D-Shant心房分流器的初步动物实验研究

尚小珂 张长东 陈澍 陈松 王雪丽 王斌 朱达 宋光远 廖曼 董念国

慢性心力衰竭是全球常见的医学问题，据统计发达国家人群中心力衰竭发病率为1.5%～2.0%［1］。患者最常见的主诉是呼吸困难，生活质量显著下降。心力衰竭的整体预后仍较差，死亡率和再住院率均较高。心力衰竭的管理包括药物治疗，如β阻滞药、血管紧张素转换酶抑制药和利尿药等；以及置入器械治疗，如心脏再同步化治疗和植入式心律转复除颤器、经皮左心室重塑术、左心室辅助装备等，取得了一定的治疗效果［1-2］。但仍然有相当比例患者症状持续恶化，心脏移植成为最后的治疗选择。然而，根据目前的指南心脏移植仅适用于65岁以下患者，另外心脏移植本身具有相当大的风险，并且在心脏移植时需要等待匹配的供体，临床实施起来比较困难［3-4］。一种新的治疗心力衰竭的器械——房间隔分流装置有可能用来进一步改善和控制病情［5］。本研究是中国第一个D-Shant心房分流器的动物预实验。

1 材料与方法

1. 1 实验动物

健康实验用比格犬4只，均为雄性，月龄19个月，平均体重（13.70±0.53）kg，由西安迪乐普生物医学有限公司提供。由于目前没有构建动物心力衰竭模型的标准方法，且存在模型建立困难、成功率低、存活时间短等问题，对器械置入实验的长期效果观察有较大影响。本实验过程中发现，二尖瓣关闭不全等心脏疾病在犬群中发病率较高，在实验动物术前筛查时发现有高达1/3的正常犬存在二尖瓣关闭不全及左心扩大。对于本研究而言，这种亚临床左心功能不全的患犬也能较可靠地反映心力衰竭的血流动力学特点、并体现心房分流器置入的长期效果，故选择其作为本研究受试动物。动物实验手术在北京通和立泰生物科技有限公司动物实验中心完成。

1. 2 实验材料与仪器

D-Shant心房分流器由武汉唯柯医疗科技有限公司生产，双盘状中心有留孔设计，两侧盘面将产品固定在室间隔位置，通过分流孔实现双侧心房的血液分流。D-Shant心房分流器由网塞、端头螺母组成，产品结构示意图见图1。网塞为镍钛记忆合金丝编织而成，端头螺母为医用不锈钢。D-Shant心房分流器的规格型号按照左右盘面和腰部尺寸的不同划分为4个（表1），规格划分编码规则如图2所示。

图 1 D-Shant心房分流器结构示意图 A为旁面直径，D为分流孔径，H为装置厚度

表1 D-Shant 心房分流器规格型号参数列表（mm）

图 2 WKASD28-10表示盘面直径28 mm、分流孔径10 mm的D-Shant心房分流器

1. 3 操作方法

手术方式部分参考Manuri等［6］报道的Fontan术后分流器置入经验，首先穿刺股静脉，在超声心动图及X线下引导房间隔穿刺针进行房间隔穿刺，测量心脏各部位压力、抽取各部位血1 ml检测血氧饱和度，计算血流动力学参数。然后使用10 mm球囊导管扩张房间隔，之后引入输送鞘，以类似于置入传统双盘房间隔缺损封堵的方式置入分流器，置入后输送钢缆推拉分流器验证是否牢靠，随后成功释放。释放完成可用导管穿过分流器于左心房造影验证分流器的效果，复测心脏各部位压力及计算血流动力学参数。之后撤出长鞘及所有导管，结扎股静脉近端，缝合皮肤。术中及术后3 d分别肌内注射青霉素10万U/kg预防感染，术后3个月内予阿司匹林5 mg/kg、每日1次。实验犬饲养观察时间为3个月。

1. 4 观察指标

每日观察实验动物一般状态，每周测量实验动物体重。D-Shant心房分流器置入术前、术后1个月、术后3个月进行血液生化、血常规及凝血指标检测。置入术前、术后及术后1个月和3个月进行超声心动图检查。 术后3个月进行解剖探查和病理学评价。

1. 5 统计学分析

所有数据采用SPSS 22.0统计学软件进行处理。计量资料用均数±标准差表示，配对样本采用Wilcoxon符号秩检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2. 1 手术效果与并发症

4只实验犬全部成功置入D-Shant心房分流器，即刻置入成功率100%，未出现溶血、封堵器移位、脱落、心脏破裂、心包积液、栓塞事件等。4只实验犬均存活至实验终点。

2. 2 血流动力学及超声心动图检查

超声心动图及导管血流动力学参数结果详见表2～3。心导管检查手术前后即刻血流动力学显示，左心房压力由（16.75±3.20）mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）降低至（9.25±2.63）mmHg（P=0.125），肺循环/体循环血流量比由（0.97±0.02）上升至（1.30±0.14）（P=0.125），因样本量小未达统计学差异；右心房压力由（9.25±0.50）mmHg变为（9.25±1.89）mmHg（P＞0.999），肺动脉收缩压由（37.25±4.10）mmHg变为（36.00±1.40）mmHg（P=0.625），肺动脉舒张压由（13.75±2.87）mmHg变为（14.25±1.50）mmHg（P=0.750）；超声心动图检查手术前后即刻变化为左心房直径由术前（24.22±1.51）mm缩小至（18.68±0.87）mm（P=0.125），左心室直径由术前（36.52±2.27）mm缩小至（30.20±2.11）mm（P=0.125），左心室射血分数由术前（57.00±1.83）%升高至（61.25±2.50）%（P=0.125）；二尖瓣反流程度由（3.25±0.50）级降低至（0.67±0.58）级（P=0.125）；右心房直径（22.68±2.55）mm由变为（23.10±2.13）mm（P=0.625）、右心室直径由（22.55±2.43）mm变为（22.03±2.20）mm（P=0.625），因样本量小均未达到统计学差异。3个月后超声心动图观察，所有实验犬房间隔分流仍然存在，均为单纯左向右分流，二尖瓣反流程度较术后即刻无改变。

2. 3 病理解剖学和组织学检查

所有实验犬于术后3个月处死进行大体解剖检查，心外观可见D-Shant心房分流器支撑在房间隔中央处，局部无坏死组织，分流器表面光滑被一层白色内膜覆盖（内皮化完全），未见血栓及赘生物生成，未见影响心脏瓣膜及阻挡肺静脉（图3～4）。

图 3 D-Shant心房分流器置入后右心房面观，分流器表面光滑，未见血栓，无移位，分留孔通畅

图 4 D-Shant心房分流器置入后左心房面观，分流器表面光滑未见血栓，无移位

对D-Shant心房分流器表面及周围组织进行透视电镜检查，可见分流器表面内皮细胞结构和形态正常，分流器附近细胞结构未见异常，线粒体结构无肿胀和形态异常（图5～6）。

图 5 D-Shant心房分流器周围极少炎性细胞（苏木素伊红染色，×200）

图 6 扫描电子显微镜检测右侧盘面内皮细胞被覆完整（×100）

表2 实验犬基本参数

表3 置入D-Shant 心房分流器术前、术后血流动力学参数及心脏结构数据

3 讨论

心力衰竭是一种常见的慢性疾病，根据《中国心血管病报告2017》2000年中国35～74岁人群慢性心力衰竭患病率为0.9%［7］，推算我国心力衰竭患者至少有450万，且患病率随着年龄增加显著上升。心力衰竭的药物治疗有了很大的进展与变革，除了原发病控制外，药物治疗经历了从强心、利尿、扩血管药改善血流动力学状态到针对病理生理机制、抑制神经内分泌激活的长期修复性策略的巨大转变，新药物的出现、临床试验的不断更新，也使得经典的“金三角”药物（血管紧张素转换酶抑制药、β阻滞药、醛固酮拮抗药）开始向“金四角”（血管紧张素受体脑啡肽酶抑制药、β阻滞药、醛固酮拮抗药、钠-葡萄糖协同转运蛋白2抑制药）转变［7］。作为药物治疗的补充，心力衰竭器械治疗上也有了很大的进展，出现了包括心脏再同步化治疗、心室机械辅助装置、置入式血流动力学远程监测装置、神经电刺激装置、结构重塑装置、经导管瓣膜修复装置和房间隔分流器械等［8-9］。然而在规范系统治疗的基础上5年生存率仍然较低，对广大心力衰竭患者而言药物治疗的依从性难以保证，而各种器械治疗手段有相应的严格的适应证及不菲的治疗费用，难以真正意义上推广。

房间隔分流器械是近几年国外开发出的一种结构原理相对简单、价格更低廉的治疗器械，可改善失代偿心力衰竭的血流动力学障碍，最初用于治疗目前药物及器械治疗手段匮乏的射血分数保留的心力衰竭，后研究发现在射血分数降低的心力衰竭中也适用［10-12］。心房分流技术带来的血流动力学变化的理论基础源自于房间隔分流的临床经验，即假设存在限制性的房间隔左向右分流，在不影响左心室充盈或心输出量的情况下左心房压力应当会降低，同时小的房间隔缺损对心脏功能也没有重要的长期影响，这可以作为一个比较理想的缓解射血分数保留的心力衰竭症状的策略［13］。另外，已经观察到很多二尖瓣狭窄患者当合并房间隔缺损时，患者的心力衰竭症状往往并不严重，被称为Lutembacher综合征，这类患者发生反常栓塞导致的卒中也是非常罕见［14］。心房间分流装置的代表性器械InterAtrial Shunt Device（IASD ®，科维亚医疗，美国；已获CE认证用于治疗射血分数保留及射血分数中间值的心力衰竭）和V-Wave® （V-Wave公司，以色列）的几项早期研究结果令人满意，患者的运动后肺小动脉楔入压、纽约心脏病协会心功能分级、堪萨斯心肌病量表、再住院率等关键指标有不同程度的改善［15-21］。目前二者均在进行关键性多中心随机对照研究及提交美国食品药品监督管理局审批，前者纳入射血分数保留的心力衰竭，后者则对于射血分数保留和降低两种类型均有入选，其长期安全性和有效性结果值得期待。

本研究是国内首个D-Shant心房分流器动物实验，初步研究结果显示D-Shant心房分流器的置入具备可行性和较高的安全性。D-Shant心房分流器引导的房水平左向右分流可以即刻降低左心房压力约5 mmHg。这十分令人鼓舞，因为已有研究发现左心房压力是决定左心衰竭症状和结局的关键参数［22］。左心室充盈压与死亡和心力衰竭住院治疗之间存在关联，Dorfs等［23］发现左心房压力每增加1 mmHg死亡率增加9%（2%～11%），推测降低5 mmHg左心房压力可降低45%死亡率。另外本研究还观察到实验犬左心室及左心房均较之前缩小，而右心系统显然没有受到明显的影响。最为关键的是本研究还观察到所有实验犬二尖瓣反流在置入分流器后减轻或消失，这可能得益于心房分流减少了心脏前负荷从而缓解了瓣膜反流，也可能获益于心房分流后进一步的左心室逆向重构缩小，瓣环回缩至正常，因而反流消失。这提示我们对于合并二尖瓣反流心力衰竭人群在恰当的条件及干预时机使用D-Shant心房分流器治疗，可能会缓解患者二尖瓣反流的程度，这是在既往的研究中未观察到的。

本研究采用国内首个研发的D-Shant心房分流器对实验动物施行了房间隔分流器置入术，成功造成了医源性房间隔分流，观察了分流器置入前后血流动力学改变及心脏结构及功能变化，结果表明该分流器可以安全有效地造成房间隔水平适当的左向右分流，改善了左心功能及左心大小而对右心结构功能没有明显影响；同时显著减轻了二尖瓣反流程度，随访3个月心房分流及瓣膜反流程度仍然同术后一样维持，并且无实验犬死亡及出现血栓等并发症发生，提示具有良好的临床疗效，为将来临床试验提供了一定的依据。总之在这个初步动物实验中我们获得了良好的结局，毫无疑问，这种方式会成为潜在的治疗心力衰竭领域重要的一种手段，后续更大样本量的动物研究已经启动，观察时间更长以及观察的指标更为详尽。