左心辅助装置实验山羊三例死亡分析

周 欣，陶 凉，康爱梅，张兆钧，付晓娟，吴华春，丁明星

左心辅助装置(left ventricular assist device，LVAD)作为心脏移植的过渡和替代治疗，其安全性已被众多实验证实［1-2］。较之常规药物治疗晚期心力衰竭，其在提高存活率和改善生活质量方面具有较大的优势［3］。自1986年美国Texas 心脏病研究所首次应用HeartMate1000IP 气动式LVAD 以来，国内外有学者一直对这种装置进行研发、改进。轴流式心脏血泵体积小、创伤小、操作简单，成为国内外血泵研发的重点。国外已有可供临床应用的轴流泵［4］，国内虽有几家单位研制，但尚无此类产品问世。我院于2010年5月开始研发轴流式植入式LVAD，至今完成山羊动物实验3例。本文主要分析与讨论安装LVAD 后引起实验动物死亡的原因及相关因素，对改进植入式LVAD 方案，降低手术失败率和减少术后可能发生的并发症具有重要意义，为植入辅助装置的临床应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物 3例实验山羊均来源于实验动物羊场，为波尔系杂交后备雌性山羊，年龄2岁，体重30～48 kg。圈栏以山羊标准日粮隔离饲喂1 周以上，术前体检指标良好，无传染病，排除环境应激，术前2 周进行检疫、驱虫并备自体血300～600 ml，禁饲12～36 h，禁饮12 h。

1.2 心尖Ⅱ型轴流泵装置的基本参数 自制心尖Ⅱ型轴流泵装置［5］(图1)分体外控制部分和体内植入部分。体内植入部分为圆柱状的轴流泵体，总体积42 ml，总重量110 g，外径26 mm，长度75 mm。泵体外壁为包被电动机定子的筒状定子外壳，由相容性良好的医用不锈钢或钛合金制成，直径为18.4～20.6 mm，进、出口由12 mm 口径的人工血管导引，具体参数:转速11 000 r/min，压力100 mmHg，流量5 L/min，功耗12 W，功率15%，入口直径13 mm。体外动力学输出实验证实其转速为11 000 r/min，可提供5 L/min 的血流辅助支持。体外控制部分由电源电池和控制电路组成。控制电路的工作原理类似于普通的无刷直流电动机，泵转速通过输入电压调节。

图1 心尖Ⅱ型轴流泵

1.3 仪器设备 麻醉机(NARKOMED2C12662)，多参数麻醉气体监护仪(Vamos)，心电监护仪(Agilent CM2001、RSM-4101K、MIHON KOHDEN，日本)，全血活化凝血时间(activated clotting time，ACT)测量仪及耗材(ACT Ⅱ，美敦力公司，美国)。

1.4 试剂 羟乙基淀粉130/0.4 氯化钠注射液(北京费森尤斯卡比医药有限公司，中国)，地塞米松(湖北天药药业股份有限公司，中国)，氨甲环酸(重庆莱美药业股份有限公司，中国)，氯胺酮(福建古田医药有限公司，中国)，丙泊酚注射液(阿斯利康医药有限公司，中国)，利多卡因(山东华鲁医药有限公司，中国)，氯化钾(上海海虹医药有限公司，中国)，止血敏(湖北天药医药有限公司，中国)，多巴胺(上海禾丰制药有限公司，中国)，硝酸甘油(河南润弘制药有限公司，中国)，肝素(上海第一生化药业有限公司，中国)，鱼精蛋白(上海第一生化药业有限公司，中国)，异氟醚(德国拜囊有限公司，德国)等。

1.5 LVAD 手术安装过程 无菌手术符合实验动物3R 原则，在华中农业大学动物医学院小动物手术室进行。山羊置自制多功能动物手术床［6］右侧卧保定，麻醉前给药:阿托品0.03 mg/kg 肌内注射;麻醉诱导:氯胺酮3 mg/kg 肌内注射。①颈静脉置管［7］完成后，补充容量，氯胺酮与丙泊酚按1∶ 2 配比，持续静脉注射以维持麻醉。②气管插管:用舌钳将实验羊的舌头拉出，左手持自制喉镜在舌面上向前推进，右手持插有导丝的导管向下推软腭，使其与会厌分开，找到气管开口处，将导管迅速从气管开口处插入。拔除导丝，看到导管内有雾气，表示插管成功。从导管上的气囊中注射5 ml 空气以固定导管，同时用绷带将导管口固定，接上麻醉呼吸机和心电监护仪。呼吸机机械通气，15/min，潮气量7 ml/kg;或辅以异氟醚吸入麻醉，约10 min，实验山羊的自主呼吸消失。③实施导尿，监测有创动脉血压、心电图、血氧饱和度、血象、血气及血清生化指标，经静脉给予肝素(1.5 mg/kg)，使得ACT 值达400 s 以上。术前静脉推注头孢唑林钠1.5 mg、地塞米松10 mg。④心尖部植入LVAD［8-9］，血泵出口经人工血管与降主动脉吻合。剪开心包膜暴露左心室心尖部位，在心脏不停跳的情况下，血泵入口插管从左心尖插入，建立“左心室－LVAD－降主动脉”体循环辅助旁路(手术步骤见图2)，实行左心室辅助，测定装置各项数据。血泵驱动线经胸部切开下方引出，检查无出血后，放置胸腔引流，关胸。监测并维持血氧饱和度、血压和电解质平衡，每5 h 查一次血浆游离血红蛋白了解LVAD 对红细胞的破坏情况。及时调整ACT 值及肝素的用量。术中和术后给予补液、抗感染、抗凝治疗。

图2 左心辅助装置手术安装过程

1.6 术后护理 术后恢复山羊俯卧体位，待山羊恢复呼吸后，停止呼吸维持，拔除气管导管，转运至重症监护室进行监护，苏醒并拔除呼吸插管后即给予进食。每小时记录山羊状态，包括体温、呼吸、血氧饱和度、血压及进食及排便等情况。每2 h 测ACT一次，术后静脉滴注肝素抗凝［3 U/(kg·h)左右］，确保ACT 值维持在120～250 s［10］。

1.7 数据采集 术中经LVAD 左室测压空测左心室流量及LVAD 监测仪记录运行参数，包括泵转速、电流、电压等。术前和术后每5 h 查一次血常规、每24 h 查一次血尿素、肌酐，了解血泵对血细胞破坏及肾功能损害情况。

1.8 尸解和病理分析 山羊循环系统或呼吸系统活动停止6 min 以上，被确定为死亡。动物死亡后随即进行解剖，取出血泵后，检查血泵泵体内、入口和出口流道内有无血栓形成。肉眼观察心脏、肺、肝、肾、脾等主要脏器有无梗死灶病理变化，并对其做常规组织学病理切片检查。

2 结果

例1、2 实验山羊术中Ⅱ型轴流泵装置顺利安装，术中监测当Ⅱ型轴流泵装置转速达8000～10 000 r/min可维持实验山羊的正常血压，LVAD 流量达4～5 L/min(图3～5)。麻醉停药10 min 后恢复自主呼吸，术中阻断降主动脉支20～30 min 后，导尿引流出现绛色尿液。术后观察指标数据(例3实验山羊术中死亡，无术后观察数据)见表1。

例1 实验山羊术中输入300 ml 异体配型血及400 ml 回收血，术后15 min 即可站立，体温在术后2 h恢复正常，维持在38.2～39.1℃，3 h 后尿液恢复为淡黄色。19～27 h 采食少量青饲并有反刍现象;术后血浆游离血红蛋白显著高于正常值(表1)，并排血红蛋白尿，提示红细胞严重破坏。术后第1、2 天查尿素、肌酐增高(表2)，提示肾功能损害。28 h时术部创口开始渗血，并出现咳嗽现象，34 h 时ACT 448 s，超出正常值，41.7 h 时死亡。解剖可见胸、腹皮下淤血、胶冻样水肿;胸腔积聚大量血液和血凝块，压迫左肺塌陷;心尖部辅助装置与人工血管接头部松脱，血泵内可见血栓;肝脏呈灰黄色，被膜苍白;肾脏切片平整，被膜与实质易剥离;肠及肠系膜灰白。组织病理学检查可见局部心脏组织间质内红细胞淤积;肺组织浆膜水肿，间质内较多嗜中性粒细胞浸润;大部分肾组织近曲小管肿胀、溶解，部分动脉内血栓形成。

例2 实验山羊术中输入300 ml 自体备血及1500 ml 回收血。术后不能自行站立，出现短暂气胸，体温37.3～38.5℃，排水样粪便，术后10 h 后尿液恢复为淡黄色。术后血浆游离血红蛋白、尿素、肌酐(表1、2)显著高于正常值，提示红细胞被破坏、肾功能损害。5～7.5 h 采食极少量青饲并有反刍现象，10 h 时术部创口开始渗血，咳嗽。19.5 h 时死亡。剖解皮下未见淤血，但有气体蓄积，胸腔仍有血液与血凝块积聚。左肺塌陷，右肺代偿性气肿;心尖部辅助装置各接头及人工血管吻合口完好，左心室测压穿刺孔处有大量血凝块附着;腹腔脏器呈苍白、灰黄。组织病理学检查肺组织间质及部分小支气管内嗜中性粒细胞浸润，局部血细胞充盈;肝组织结构清晰，中央静脉扩大;肾组织部分肾小球内毛细血管充血，有部分动脉内血栓形成。

例3 实验山羊术中LVAD 安装监测完毕后，由于远端血管吻合口吻合不良，致术中大量出血，输入自体备血600 ml 及回收血液1500 ml;同时辅助装置测压孔(测左心室压力)金属连接不完善，致输出端漏气，心室内形成大量气栓，心脏停搏，实施手术3.5 h 时死亡。

表1 例1、例2 实验山羊左心辅助装置安装术前、术后血浆游离血红蛋白含量变化(mg/L)

表2 例1、例2 实验山羊左心辅助装置安装术前、术后肾功能变化(mmol/L)

图3 例1 与例2 实验山羊左心辅助装置安装术中平均动脉压比较

图4 例1 与例2 实验山羊左心辅助装置安装术中血泵流量比较

图5 例1 与例2 实验山羊左心辅助装置安装术中血泵转速比较

3 讨论

3.1 LVAD 设计与制作 研制可长期植入人体的LVAD 面临多学科如机电学、流体力学、生物材料学、医学等交叉学科结合研究的复杂问题［11-12］。①LVAD 设计:LVAD 外形尺寸适应人体纵隔体腔自然间隙，针对儿童、成人或者体重不同的患者，LVAD的尺寸型号设计也不同;LVAD 应尽量减小对相邻器官的压迫，便于手术安装及长期植入体内，故LVAD 研发团队人员应由医学专家和机电专家组成;②LVAD 制作:在例1 动物实验中出现Ⅱ型轴流泵与人工血管接头部松脱，血泵内可见血栓，例2 动物实验中出现Ⅱ型轴流泵左心室测压孔断裂，说明在LVAD 制作的工艺加工上应精细，各链接管道要牢固，不能松脱，避免由于链接管道松脱致实验动物术后出血死亡;同时，选择组织相容性能好的材料，避免溶血;③例1、2 实验山羊术后血浆游离血红蛋白、尿素、肌酐显著高于正常值，提示红细胞被破坏、肾功能损害;尸体解剖取出血泵内血栓，显示Ⅱ型轴流泵机械轴承摩擦导致血栓和溶血，需要对Ⅱ型轴流泵进行改进，我们已经开始研发新的磁悬浮轴流血泵，磁悬浮人工心脏泵的特点是无机械轴承接触带来转子无摩擦、无润滑、长寿命等优点，消除了机械磨损和摩擦，可降低血液损伤程度［13-14］。

3.2 LVAD 实验山羊与植入手术 参考国内外经验和本实验特点，选用波尔系杂交后备雌性山羊作为实验模型，波尔系杂交山羊性情温顺，利于实验人员对其进行体检、采血等操作。选择成年健康山羊体重达40 kg 以上为佳，40 kg 以上山羊其胸腔心脏体积与人类接近，胸腔术野清晰便于操作。术后山羊自然俯卧位易于胸腔引流，避免血液在胸腔内聚积，压迫邻近脏器。LVAD 植入术中注意事项:①在对山羊实施手术时最好有熟悉山羊解剖的兽医专家参加，可减少手术中由于术者对山羊解剖不熟悉造成误损伤，节省时间，提高手术成功率，减少术后并发症。②气管插管和静脉麻醉时严密观察实验山羊的全身情况，如果发现山羊腹胀，立即减少麻醉药物用量;同时，尽量减少氯胺酮与芬太尼的用量，可使实验山羊手术后立即苏醒。本研究在预实验中有1例实验山羊因术中麻醉药物用量较大致术后2 h 后才苏醒。③术者固定，不宜频繁更换，致操作不熟、配合不好，延长手术时间。④实验山羊麻醉苏醒后实验人员不要围观，以免影响手术摄像效果，不利于实时科研影像资料的采集。⑤术后应该尽早诱导实验山羊采食青饲，以满足营养代谢需求和维持内环境酸碱平衡，促进消化功能的恢复。⑥术后每2 h测ACT 值一次，及时调整肝素用量。本研究中例1、2 实验山羊在术后28、10 h 出现伤口渗血，ACT ＞300 s。血液指标的监测应与动物体征结合，提前制定采集血样计划，尽量减少采样次数，降低对实验动物刺激。需要提示的是，ACT 监测在体内大量出血的状况下无法指导抗凝治疗方案的制订。

综上所述，成年山羊可作为LVAD 实验动物模型，胸内术部出血和气栓形成是导致实验动物术后近期死亡的主要原因。改进心室辅助装置植入各连接管道的工艺制作、提高血管吻合技巧、减少胸腔内可能对肺部挤压的因素、加强围术期血容量维护和营养支持、早期抗凝治疗等都可有效提高实验动物存活率。

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