基于超微孔ePTFE的高分子材料介入人工心脏瓣膜实验研究

发布时间：2019-01-30 11:13

【摘要】：第一部分高分子心脏瓣膜材料的体内评价：一种新型大动物实验模型的建立目的：建立无需体外循环，同时在体循环和肺循环植入高分子心脏瓣膜材料的实验模型，对比研究材料在体循环和肺循环中的生物相容性和耐久性。方法：雄性绵羊5只，体重(22.4±1.8)kg。左胸后外侧切口，修剪超微孔膨体聚四氟乙烯（ePTFE）薄膜成等腰三角形单瓣。体循环植入到降主动脉起始部，肺循环植入到左肺动脉开口处。术后口服阿司匹林1月。观察20周后安乐死，对比体内实验结果。结果：5只羊手术均成功，术后除1只羊胸引较多外，余无明显并发症。5只羊均存活到20周。尸检发现除一个在左肺动脉处ePTFE薄膜贴壁外，其余均保持张开状态。ePTFE无论在降主动脉还是左肺动脉，均无血栓、钙化或降解。左肺动脉ePTFE上有明显新生内膜，致其增厚、欠柔软；降主动脉ePTFE无新生内膜，表面光滑、柔软。结论：该大动物实验模型提供了一种对高分子心脏瓣膜材料进行体内评价的有效、安全的方法，既节约动物数量，又能对照观察材料在体循环、肺循环中的不同表现。超微孔ePTFE在肺循环环境，有明显新生内膜增生，下一步开发介入肺动脉瓣时，应对超微孔ePTFE进行相应的表面改性以进一步改善其生物相容性。而超微孔ePTFE在体循环环境结果满意，可直接应用于介入主动脉瓣的研究。第二部分磷酰胆碱表面改性增强ePTFE心脏瓣膜材料生物相容性目的：超微孔膨体聚四氟乙烯（ePTFE）是高分子心脏瓣膜材料的研究热点，本研究通过对其进行磷酰胆碱表面改性，观察其生物相容性的变化。方法：以2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱（MPC）和甲基丙烯酸正丁酯（BMA）为原料合成磷酰胆碱衍生物MPC-BMA。通过等离子体表面活化的方法，将MPC-BMA接枝于ePTFE表面。检测表面改性对ePTFE生物安全性（体外溶血实验）、生物力学性能（应力应变试验）、表面性质（扫描电镜、静态水接触角）、致血栓性（体外血小板计数试验和血小板激活试验）、抗蛋白吸附能力（牛血清蛋白吸附试验）的影响。结果：体外溶血实验、应力应变试验提示表面改性对ePTFE生物安全性能和生物力学性能无明显影响。扫描电镜提示表面改性后ePTFE微孔孔径进一步减小，水接触角试验提示亲水性能提高。体外血小板计数和血小板激活试验提示抗血栓性能显著增强，蛋白吸附试验提示抗蛋白吸附能力显著提升。结论：磷酰胆碱表面改性可以增强超微孔ePTFE的抗血栓性和抗蛋白吸附的能力，从而改善其生物相容性，为下一步开发高分子心脏瓣膜提供了依据。第三部分超微孔ePTFE球囊扩张型介入肺动脉瓣膜的实验研究目的：评价自主研制的新型高分子材料球囊扩张型介入肺动脉瓣膜动物体内原位置换后的早期和中期实验效果。方法：①设计和制作新型高分子材料球囊扩张型介入心脏瓣膜，支架材料为钴铬合金，瓣叶采用经磷酰胆碱表面改性的厚度0.1mm的超微孔ePTFE并缝制呈三叶瓣，并进行体外测试。体外测试内容包括：支架的抗压缩性能及弹性回复能力测试以及耐疲劳性测试；人工心脏瓣膜的脉动流试验和耐疲劳试验。②新型介入瓣膜的动物体内实验：选用牛心包介入瓣膜作对照。雄性绵羊12只（22.1±2.3kg），10只植入高分子材料瓣膜（polymeric prosthetic pulmonary valve,PPHV），2只植入对照瓣。右侧开胸经导管经右室心尖途径原位置换肺动脉瓣，术后给予华法林抗凝4周。术后即时通过心血管造影、右心导管检查，术后4周、12周通过经胸心脏超声、胸部CT、心血管造影、右心导管检查对介入瓣膜功能进行早期和中期评价。术后4周随机选择一种植入PPHV的绵羊进行尸检，术后12周将剩余存活的绵羊尸检，并对取出的介入瓣膜进行大体观察，组织学评价，电子显微镜观察，以及钙化评价。结果：①支架抗压缩性能及弹性回复能力良好，压缩1/3时仍可自行回复；支架经过31104000次耐疲劳性测试后，无明显变形或断裂。人工心脏瓣膜脉动流试验结果满意，耐疲劳性测试达到两亿次，均符合人工心脏瓣膜国家标准。②两只植入PPHV的羊，植入位置未在肺动脉瓣原位，手术失败。其余10只羊手术获得成功。术后一只植入PPHV的羊因肺部感染于术后15天死亡，其余9只均存活到随访终点。心脏超声提示，术后4周人工心脏瓣膜均无明显返流或狭窄，术后12周时PPHV均无明显返流，但五个出现轻度狭窄(最大跨瓣压差38mmHg)，一个正常；牛心包瓣一个轻度狭窄并轻度返流，一个正常。右心导管检查提示PPHV峰值跨瓣压差，植入前，植入后即刻，植入后4周，以及植入后12周的平均值分别为（3.8±1.2）mmHg,（5.5±1.0）mmHg，（12.3±5.4）mmHg，和（27.3±8.1）mmHg；牛心包瓣膜峰值跨瓣压差，植入后12周时分别为14和25mmHg。术后即刻、术后4周、术后12周心血管造影提示所有人工心脏瓣膜均正常工作，支架无移位或变形。术后4周、12周胸部CT检查提示人工心脏瓣膜位置良好，支架无明显变形。尸检结果提示：术后4周时ePTFE瓣叶光滑，无明显血栓、赘生物，支架底部的密封套囊和瓣叶根部有轻度纤维增生；术后12周时ePTFE瓣叶无降解或损伤，大部分保持光滑，无血栓、钙化，但密封套囊、瓣叶流出面根部、瓣窦底部、三个瓣叶交界处有血管翳增生；牛心包瓣膜术后12周时尸检结果与ePTFE瓣膜相近，密封套囊、瓣叶流出面根部、瓣窦底部、三个瓣叶交界处有轻度血管翳增生，但牛心包瓣叶出现明显胶原纤维和弹性纤维断裂，且瓣叶钙化定量测试结果显著高于ePTFE瓣叶。结论：杂交手术下右室心尖入路经导管肺动脉瓣植入术安全有效。经磷酰胆碱表面改性的超微孔ePTFE材料的介入肺动脉瓣膜动物体内原位置换后早期和中期效果良好，PPHV有良好的抗组织粘附性能，有良好的抗降解、抗血栓、抗钙化和生物力学性能，血流动力学参数与牛心包对照瓣相当。密封套囊、瓣叶流出面根部、瓣窦底部、三个瓣叶交界处血管翳增生，可能通过优化瓣膜设计来改善。第四部分新型高分子材料介入主动脉瓣膜的动物实验研究目的：评价自主研制的新型高分子材料介入主动脉瓣动物体内原位植入的可行性，并对植入后的即时效果进行评价。方法：选用超微孔膨体聚四氟乙烯（ePTFE）薄膜制作成三叶球囊扩张型介入瓣膜。采用雄性绵羊8只，体重(21.5±1.7)kg。全身麻醉，左侧开胸，经心尖入路行经导管主动脉瓣原位植入术。术后即时通过心血管造影、经胸心脏超声、胸部CTA对介入瓣膜功能进行即时评价，术后2h将绵羊进行安乐死，并解剖观察介入瓣膜植入情况。结果：1只羊因支架位置过低导致瓣周漏死亡，1只羊因支架位置过高影响冠脉供血导致室颤死亡。其余6只羊手术成功，术后即时心血管造影、心脏超声和胸部CTA检查结果提示人工心脏瓣膜位置满意，开闭良好，冠脉供血良好，无瓣周漏，4只羊无或仅有微量返流，2只羊少量返流，峰值跨瓣压差(14.2±7.1)mmHg。尸检见介入瓣膜植入位置准确，形态正常，支架扩张充分，冠状动脉或二尖瓣未受影响。结论：超微孔膨体聚四氟乙烯材料介入主动脉瓣绵羊体内原位置换可行，即时效果良好。第五部分超微孔ePTFE自膨式介入肺动脉瓣膜动物实验研究目的：设计操作更加简便的介入心脏瓣膜及输送系统；评价自主研制的超微孔膨体聚四氟乙烯（ePTFE）自膨式介入肺动脉瓣膜动物体内原位置换后的早期实验效果。方法：选用厚度0.1mm经磷酰胆碱表面改性的超微孔ePTFE材料制作成三叶自膨胀型介入心脏瓣膜。雄性绵羊7只，体重(27.1±1.1)kg，，全麻右侧开胸，右室近心尖处缝荷包，将人工心脏瓣膜经导管从右室心尖送入肺动脉瓣行原位置换。术后即时通过心血管造影、右心导管检查，术后4周通过经胸心脏超声、右心导管检查对介入瓣膜功能进行早期评价。结果：7只羊手术均获得成功，X线暴露时间较球囊扩张型介入瓣膜操作系统明显缩短。术后即时心血管造影提示人工心脏瓣膜位置满意，开闭良好。1只羊因感染性心内膜炎术后16天死亡，其余6只羊随访4周状况良好。术后4周查心脏超声提示人工心脏瓣膜工作正常，无明显血栓或赘生物，4只羊无明显返流，2只羊微量返流。右心导管检查提示术后即时人工心脏瓣膜峰值跨瓣压差(6.0±2.2)mmHg，术后4周(9.5±2.7)mmHg。结论：超微孔ePTFE经心尖入路自膨胀型介入肺动脉瓣膜及输送系统，操作简便，植入成功率高，人工心脏瓣膜植入后早期功能良好。
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【学位授予单位】：第二军医大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R654.2

【参考文献】