动脉内轴流泵的动物体内实验-“田氏”手术植入法的探索

田步升 鹿素青 郝宗超 陈海丰 郝素萍 田俊斌

动脉内轴流泵的动物体内实验-“田氏”手术植入法的探索

田步升 鹿素青 郝宗超 陈海丰 郝素萍 田俊斌

目的 本研究探讨磁驱动主动脉内轴流泵动物体内植入手术-“田氏”植入法及实验结果。方法 选取家猪 33头,全麻后开胸手术暴露胸降主动脉和心脏。在降主动脉侧壁作切口与 26-mm Dacron人造血管行端-侧吻合,然后通过人造血管将轴流泵推入升主动脉,环绕结扎动脉内轴流泵。结果随着动脉内轴流泵转速的增加,左心室的收缩期峰值压和平均压力逐步下降。动脉及心室压力与转速的关系。当达到10000rpm转速时,左心室内压力可降为零。结论 左心功能可被动脉内轴流泵替代,揭示动脉内轴流泵具有可行性。“田氏”植入手术是一种简单可行的植入技术。

心功能衰竭;心脏辅助;动脉内轴流泵;“田氏”植入手术

临床研究已表明植入式心脏辅助装置具有重要的应用价值[1,2]。为减少并发症,植入式心脏辅助装置正趋于小型化甚至微型化[3,4]。轴流血泵采用高速旋转的叶轮驱动血液,效率高,机械性能可靠。有研究证明连续的非博动血流可被机体适应,因此叶轮泵已成为近年来该领域的一个研究方向。我们与中国医学科学院阜外医院的李国荣、朱晓东等研制了在主动脉内植入微型轴流泵的心脏辅助装置[5],并在体外模拟中证实了其可行性。主动脉内植入式微型轴流泵具有以下优点:①结构简单体积小,因此比气动式或电动式隔膜泵更容易植入体内,对机体的损伤也较小;②与血液的接触面积较小,因此由异物表面接触所引起的血栓形成和栓塞的几率也大大降低;③易加工,成本低,较适合我国广大患者的经济水平。但该微型泵直接植入到升主动脉内,常规的手术方式是在建立体外循环后心脏停跳的条件下安装。由于体外循环可产生较多的并发症,手术创伤也较大,因此笔者首次探索了在非体外循环下将微型泵由降主动脉经过侧支血管植入升主动脉的手术方式(本文简称“田氏”手术),并获得了初步成功。本文总结了“田氏”手术植入方法和急性动物实验及结果。

1 材料和方法

1.1 装置描述 动脉内轴流泵采用体外磁驱动技术,可降低植入装置的结构复杂性,提高工作可靠性,并减小体积。装置分体外驱动部分和体内植入部分。动脉内轴流泵的动脉腔内结构由“支架笼”和“转子-叶轮”体组成。支架笼中心有轴穿过叶轮中心以将其固定在正确的位置。该支架笼的外形适合于植入到升主动脉腔內,并有缝合环可缝合固定于主动脉瓣环上。转子的一端连接固定于叶轮,以便提供转矩。转子由永磁材料制成,在周围空间存在适当的交变磁场时可吸收其能量转变为动能,这样就可用简单的方法实现电动机的驱动功能(如图 1)。在此结构中,转子的作用实际上是吸收外界交变磁场的能量并将其转变为机械能。而从理论上看,外界磁场的场源既可以来自包绕转子的类似于电动机的筒形定子,也可以来自远距离的磁场源。

1.2 动物实验 选择80 kg左右的猪,术前采血1200m l备用。常规备皮,消毒后气管切开插管行全身麻醉。四肢插入导线连接心电监护仪,选择左或右后下肢做动脉切开插入导管连接压力表。术中行胃造漏插入胃管持续胃肠减压,并插入导尿管观测尿量。

动物左侧卧位固定,先行左侧第 3肋间开胸,切开心包,充分暴露升主动脉和心脏。在左心尖处向心室内插入细导管,测定左心室压力。用 7号线结扎右心耳后拉向胸骨一侧,牵开右心耳后充分暴露主动脉根部,将升主动脉与主肺动脉分离开,并在主动脉根部套三根线绳(作固定泵体用)。然后再行左侧第五肋间前外侧切口开胸,切断结扎斜跨在降主动脉上的奇静脉,暴露降主动脉,作人造血管与降主动脉端侧吻合,取长约60mm,直径26 mm的人造血管,剪一宽2mm长15 cm的涤纶布片,先将人造血管吻合端的上下两侧缝在降主动脉外膜上,然后行人工血管与降主动脉的吻合。吻合的方法是:用 0/4普理线,进针顺序为:涤纶布-血管外膜及部分肌层-人工血管的连续缝合,将人工血管吻合在降主动脉的侧壁上(见图 2),在吻合口下方的降主动脉处夹侧壁钳,在人造血管腔内切开降主动脉侧壁(见图 3),将泵体放入人造血管腔内 ,再加满生理盐水,用心耳钳夹住人造血管的远端,开放夹在降主动脉处的侧壁钳,用手小心将人造血管内的泵推入降主动脉内(见图 4)。在紧靠吻合口上方的人造处夹侧壁钳,将多余人造血管剪去,然后缝合人造血管的断端,开放侧壁钳(见图 5)。将自动拉钩移至第三肋间切口处,用左手将泵体从降主动脉推至主动脉弓处,交给右手先固定在该处,然后迅速将左手置于升主动脉后方,小心将泵体推至升主动脉根部,左手中指与拇指将泵体牢牢捏住。提起预先置在升主动脉根部的线绳打结(打三道)(见图 6),将泵体牢牢固定在升主动脉根部。

图 1 在降主动脉端侧吻合人造血管

图 2 动脉壁用侧壁钳阻断后作侧切口

图 3 去除侧壁钳使人造血管与动脉腔连通,将泵推入动脉腔内

图4 缝合人造血管断端 图 5 将动脉内泵推入升主动脉内并绑扎固定

2 结果

动物实验植入后在非工作状态对心室收缩压和动脉血压都没有明显影响,即在叶轮停止主动转动的条件下不会造成明显的后负荷增加。在工作状态,动脉内轴流泵可以驱动血液流动,产生足够的压力和流量输出。随着动脉内轴流泵转速的增加,左心室的收缩期峰值压和平均压力逐步下降,当达到额定转速时,左右心室内压力可降为零。动脉血压可维持在 100mm Hg以上,且在整个实验过程中无明显波动。动脉及心室压力与转速的关系如表1。

表1 平均动脉压(MAP)及左心室压(MLVP)与转速(RS)的关系(mm Hg)

观测表明:当动脉内轴流泵转速达到 4000RPM以上时,左心室内平均压明显低于动脉压,当达到 10000RPM左心室内平均压降为 0,说明动脉内轴流泵取代心脏做功成为维持外周循环的动力来源。在实际应用时可根据需要,调节使泵在低转速下运行,可以实现有效的左心辅助。

动物试验 7头存活 3 d,4头成活 7 d;2头成活 10 d。手术中死亡主要是吻合口的大出血及心跳聚停。术后死亡原因:①支架固定不平衡,导致叶轮转动受阻,形成血栓,栓塞死亡 6头;②术后各种原因导致出血死亡 15头;③其他原因死亡 12头。对驱动后死亡的动物做解剖观察动脉内轴流泵的血栓形成情况,看到转子与支架笼接触点的缝隙细小血栓形成,是此装置的改进点。

3 讨论

各种心脏疾病的严重阶段都可发生泵功能的衰竭,心衰引发的内环境紊乱是威胁机体生理稳态的原因。机械性循环辅助装置可以直接纠正心脏衰竭引起的生理紊乱,因此将成为晚期心衰竭的有效治疗技术。目前在发达国家,植入式心脏辅助装置目前已广泛进入临床应用。我们研制的各型轴流泵为我国患者享受这一医学进步奠定了基础,可以预计,国内也将有广泛应用植入式心脏辅助装置的趋势。但已有的临床应用的结果表明:装置植入后的围术期并发症和死亡率仍较高。手术损伤大和体外循环的应用均是重要的影响因素。特别对于晚期心衰的危重患者,对长时间的手术耐受能力下降。因此,探索各种辅助装置的低损伤手术方式是临床应用该技术时值得研究的问题。本文的初步动物试验,不仅初步证明了该装置的基本原理是可以实现的,而且也证实了笔者提出的手术方法的可行性。

“动脉内轴流泵”是我国学者在国际上首先提出的循环辅助装置,具有独特创新点。该装置需要植入体内的部分仅仅是一个由支架支承的“转子-叶轮体”,结构更简单,体积更小,解剖相容性也更好。由于植入部分全部包在动脉腔内,因此有更好的抗感染特性。去除了引流管道,进一步使“血液-异物”接触面减小,抗血栓形成的能力增强。血液中活性因子的激活几率也随之减低,进而可保护血液,防止其蜕化。若机体内引入体积很大的引流管道对周围组织、器官会产生压迫性影响,加之体内大量的异物存在,将大大降低机体的抗感染能力,患者的生活质量也严重下降。

我们的手术过程表明“动脉内轴流泵”在植入体内时对心脏和动脉的损伤很小,特别是对心室肌肉不产生植入性损伤,动脉内轴流泵可对心室直接卸负荷,这些都特别有利于保护心脏功能并促使其恢复。通过动物试验我们观察到,动脉内轴流泵植入后,由于其与血液的接触面积小,因此由血液接触异物所引起的血栓形成概率极小,加之血液在泵的驱动下高速运动,除了在转子与支架笼的接触点,也是涡流的中心点,可形成细小血栓,其他部位没有发现血栓形成。虽然本文研究是初步的,但结果表明远距离驱动“动脉内轴流泵”可行性,在将来的临床应用中,“田氏”手术植入方法可作为该装置的一种较好的手术方式加以选择。

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Explored the new surgical technology of imp lantation of an intra-aortic impeller pump(termed“tian procedure”)by in vivo animal tests.

TIAN Bu-sheng,LU Su-qing,HAO Zong-chao,et al.

Department of ShanxiChangzhi qinghua hospital Changzhi046000,China

Objective This study exp lored the new surgical technology of implantation ofan intra-aortic impeller pump(termed“tian procedure”)by in vivo animal tests.M ethods 33 swineswere anesthetized and,after thoracotomy an 26-mm Dacron graftwas astomosed in an end-to-side fashion to the descending aorta,the intraaortic impeller pump was positioned inside the aortic chamber through the ananastomosis and fastened.Then the extracorporealmagnetic device,hold by hand tightly against the thoracic wall approximately parallel to the intraaortic impellerpump was started.Results The relations of rotary speed of the pump(RS)andmean leftventricular pressure(MLVP),mean right ventricular pressure(MRVP),mean aortic pressure(MAP)were recoded.We found thatwhen rotation speed was over 10000rpm,the pressure of the left ventricular fell to zero.Conclusion implying the leftventricular function was totally replaced.The conceptof intra-aortic impellerpump is feasible and the“tian procedure”is a effective technology of imp lantation of an intra-aortic impeller pump.

Heart failure;Ventricular assist;Dynam ic aortic valve,“Tian”procedure

山西科技攻关项目(项目编号:051105)

046000山西省长治医学院附属和平医院