瓣下结构对人工心瓣下游湍流剪应力影响的实验研究

张 浒，杨百晖，张桂敏＊，李甘牛，孙 毅，李 斌

（1.昆明医学院第一附属医院 心血管外科，云南 昆明 650032；2.南京航空航天大学）

瓣下结构对人工心瓣下游湍流剪应力影响的实验研究

张 浒1，杨百晖1，张桂敏1＊，李甘牛2，孙 毅1，李 斌1

（1.昆明医学院第一附属医院 心血管外科，云南 昆明 650032；2.南京航空航天大学）

目的 在二尖瓣置换动物模型上研究不同瓣下结构保留术式对人工心瓣下游TSS的影响。方法建立二尖瓣置换术动物模型，采用热线流速仪实测三种瓣下结构保留术式人工二尖瓣下游核心区和边界区6个测量点的TSS。结果三种保留术式人工心瓣下游核心区TSS无统计学差异，边界区保留后瓣组与未保留组TSS无统计学差异，保留全瓣组TSS高于未保留组和保留后瓣组（P＜0.05）。结论未保留瓣下结构和保留后瓣瓣下结构人工心瓣下游血流流场边界区TSS较全瓣瓣下结构保留小，血流动力学性能较佳。

瓣下结构；湍流剪应力；热线流速仪；猪；二尖瓣置换

（ChinJLabDiagn，2012，16：0198）

心瓣膜疾病已能通过人工心瓣置换得到较为有效的治疗，临床资料显示，无论生物瓣还是机械瓣，保留瓣下结构对维护术后心脏的舒缩功能十分重要［1，2］。Fontaine等［3］采用体外生理脉动流模型对保留瓣下结构的跨瓣血流进行了模拟研究，结果显示，由于瓣下结构的存在，人工瓣跨瓣血流存在某种形式的血流梗阻现象。下游分离扰动的血流所产生的湍流剪应力（Turblent shear stress，TSS）将会对血液有形成分、人工心瓣甚至心壁结构产生损害作用。因此，明确不同瓣下结构保留术式对人工心瓣下游TSS的影响具有重要的意义，但尚未见相关的生物体内实验报道。本研究在猪二尖瓣置换模型上，通过热线流速仪（Hot-film anemometry，HFA）测量人工瓣下血流TSS，研究不同瓣下结构保留术式对人工心瓣下游TSS的影响。

1 材料和方法

1.1 实验动物及分组

采用昆明医学院动物科提供的滇南小耳猪封闭群6只，体重在45－68kg，猪龄大于12月，雌雄不限。随机平均分为未保留组，保留后瓣组，保留全瓣组。

1.2 动物模型建立

动物麻醉后，仰卧位，正中开胸，纵行正中切开心包，双侧提吊心包后显露心脏。以3mg／kg的初始剂量肝素化。激活全血凝固时间（ACT）＞480s后行升主动脉插供动脉血管，右心耳插腔房管引流，与人工心肺机连接建立CPB。主动脉阻断，4℃含钾冷心肌保护液灌注至心脏停跳（300ml），同时心包腔内放入冰屑。体外循环加新鲜血预充，降温至鼻咽温度27－30℃。左心耳长轴切口，体位右侧倾斜30°，充分提吊显露二尖瓣，未保留组，切除前、后瓣叶及其瓣下腱索后置换瓣膜；保留后瓣组，切除前瓣及其腱索，将保留的后瓣瓣叶折叠缝合于后瓣环后再换瓣；保留全瓣组，后瓣以同样方式折叠缝合，前瓣腱索分为两束，分别被缝合固定于前外和后内交界，然后换瓣。冲洗心腔，放置人工二尖瓣（采用St Jude双叶机械瓣），用2－0Prolene线连续缝合于二尖瓣环。确定二尖瓣启闭正常后开始复温，缝合心脏切口，充分排气后开放循环。心脏不能自主复跳者给予10－20WS电除颤，辅助循环稳定后撤离体外循环，拔除心脏插管。

1.3 热线流速仪（HFA）测TSS

1.3.1 HFA的标定 所谓的标定，就是给定一系列的已知流速，记录相应的电压值，用曲线拟合方法建立流速与电压的关系。本实验的标定是在体外循环机管道流动中进行的，其中曲线拟合的关系式如下：V＝30.0（E2－E20）＋30.0（E2－E20）2，式中流速单位为cm／s，电压单位为伏特（Vot）。

1.3.2 HFA探针的放置 将探针置于特制的金属鞘内，将金属鞘经心尖穿入左心室，在超声定位下分别于四腔心切面（four chamber view，FCV）和二腔心切面（two chamber view，TCV）将速度频谱多普勒取样容积（1.5mm）置于下游距瓣尖0.5－2.0 cm区域，将探针放于瓣下核心区和周围边界6个位点（AFC：Lc－核心区位点，L1－外侧边界位点，Lm－内侧边界位点；LTC：Lc－核心区位点，La1－前外侧边界位点，Lpm－后内侧边界位点）直接测量TSS。

1.4 统计学方法

采用SPSS13.0统计软件包进行双侧t检验分析，P＜0.05为有统计学意义。

2 结果

人工瓣下游核心区位点TSS组间差异无统计学意义，保留后瓣组与未保留组边界各位点TSS差异无统计学意义，保留全瓣组与未保留组和保留后瓣组比较，TSS差异具有统计学意义（P＜0.05）。其中保留全瓣组TSS边界位点的TSS高于另外两组，见表1。

表1 三组各测量位点TSS比较（±s）

表1 三组各测量位点TSS比较（±s）

注：与未保留组比较，aP＜0.05；与保留后瓣组比较，b P＜0.05

未保留组（n＝2） 保留后瓣组（n＝2） 保留全瓣组（n＝2）TSS（N／m2）FCVLc 50.4±14.3 52.6±13.5 53.2±16.5 L1 104.9±28.5 105.9±28.3 141.9±28.1ab Lm 104.4±24.3 108.4±24.7 146.4±25.3ab TCVLc 59.6±23.8 57.5±23.5 59.0±21.2 Lal 105.5±25.1 106.5±25.3 138.5±23.1ab Lpm 108.5±25.3 109.7±25.5 147.3±24.4ab

3 讨论

自从1960年Starr医生成功地进行了世界上第一例人工心瓣置换术以来，威胁人类健康的心瓣膜疾病已能通过人工心瓣置换得到较为有效的治疗。但术后出现的血栓栓塞、溶血等并发症使相当部分病人生存质量不佳。随着心瓣流体力学研究的不断深入，人们发现上述并发症的产生与人工瓣膜瓣区流场血流紊乱及其所引起的TSS的作用明显相关［1，4］。研究表明，某些血流动力学性能较好、TSS较小的人工瓣，如St.Jude瓣，术后溶血等并发症发生率较低［5］。同时，许多临床资料显示，保留瓣下结构对维护术后心脏的舒缩功能十分重要［1，2］。保留瓣下结构的原理就在于保持了瓣环-内、外层螺旋肌-乳头肌-腱索-瓣叶-再返回瓣环这一环行结构的完整性，这样，既可限制左室舒张期过度膨胀，又有助于收缩期左室沿纵轴缩短［6，7］。但保留瓣下结构所存在的一些问题，如其对瓣膜下游血流动力学产生的不良影响，近年来逐渐引起人们的关注。Fontaine等［3］采用体外生理脉动流模型对保留瓣下结构的Carpentier-Edwards牛心包瓣与St.Jude双叶机械瓣跨瓣血流进行了模拟研究，结果显示，由于瓣下结构的存在，两种人工瓣跨瓣血流均存在某种形式的血流梗阻现象。此外，前、后瓣下腱索均保留的情况下，血流受阻程度明显加剧，尤以机械瓣为著。因此，理论上推测，保留瓣下结构可能会加重人工心瓣的狭窄效应，其下游分离扰动的血流所产生的湍流射流及其剪应力将会对血液有形成分、人工心瓣甚至心壁结构产生损害作用，使与人工心瓣置换术有关的一系列并发症加重。该研究率先提出了保留瓣下结构可以引起左室流入道狭窄以及由此而产生的血流动力学紊乱的实验依据，所不足的是，研究是在体外条件下采用理想状态的生理性脉动流模型来对保留瓣下结构的手术方式和血流动力学环境进行单纯模拟，而且属于定性研究，因而难以对体内病理性湍流射流以及不同瓣下结构保留术式下实际所产生的血流动力学变化进行全面实时和客观准确的定量描述［3，8，9］。因此我们在猪二尖瓣置换模型上通过热线流速仪在生物体内定量测量人工心瓣下血流流场内6个位点的TSS，通过比较得出，在瓣下血流边界区，未保留瓣下结构组和保留后瓣瓣下结构组之间无显著性差异，而保留全瓣下结构组高于以上两组（P＜0.05），由此提示保留后瓣瓣下结构对双叶机械瓣下游血流动力学影响小，而保留全瓣下结构则会引起其下游湍流度升高。分析其原因可能是双叶瓣瓣口面积相对较大，三流道大小相近的拟中心血流通道，血流方向与瓣口截面垂直，跨瓣血流较平稳，仅保留后瓣瓣下结构不能构成明显的狭窄效应，而全保留瓣下结构会对跨瓣血流有较大干扰，从而增大了湍流扰动强度。本研究结果可为临床医生在二尖瓣置换术中选择瓣下结构保留术式提供一定的理论依据。

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The effect of subvalvular apparatus on turbulent shear stress downstream of atifical mitral valve in swine

ZHANGHu，YANGBai-hui，ZHANGGui-min，etal.（TheFirstAffiliatedHospitalofKunmingMedicalUniversity，Kunming650032，China）

ObjectiveTo explore the effect of subvalvular apparatus on turbulent shear stress downstream of atifical mitral valve in swine.MethodsThe model of mitral valve replacement was established in swine to measure TSS of different subvalvular apparatus in downstream flow field of artificial mitral valve through HFA directly.ResultsAt the central location TSS downstream was of no significant difference among three groups.At the marginal location TSS was of no significant difference between the groups of preservation of posterior subvalvular apparatus and non-preservation groups，TSS of the group of preservation of total subvalvular apparatus was significant higher than that of the other two groups（P＜0.05）Conclusion The preservation of posterior subvalvular apparatus and non-preservation groups is better than the preservation of total subvalvular apparatus in flow field uniformity.

subvalvular apparatus；turbulent shear stress；hot-film anemometry；swine；mitral valve replacement

R542.2

A

1007－4287（2012）02－0198－03

国家自然科学基金项目（30860279）

＊通讯作者

2011－03－14）