Liotta生物瓣膜對體內(nèi)環(huán)境適應性的相關(guān)分析研究.pdf

1、人工心臟瓣膜已經(jīng)廣泛應用于臨床，取得了良好的效果。相對機械瓣膜而言，生物瓣膜不但具有優(yōu)越的血流動力學性能、無需終身抗凝和抗感染強等優(yōu)點，它還具有可以運用微創(chuàng)手術(shù)將其植入人體的潛力。經(jīng)皮瓣膜置換術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項微創(chuàng)瓣膜置換手術(shù)。隨著經(jīng)皮瓣膜置換術(shù)的不斷發(fā)展，要求我們更多地去深入了解生物瓣膜對該技術(shù)的適應性，為臨床研制出更為理想的生物瓣膜，為經(jīng)皮瓣膜置換術(shù)的完善和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。因此，對常規(guī)手術(shù)和經(jīng)皮瓣膜置換術(shù)植入的生物瓣膜臨床使用后

2、存在的問題進行研究分析具有非常重要的意義。
　　 本論文對62個病人體內(nèi)取出的LLP(Liotta Low Profile)豬主動脈瓣膜進行了形態(tài)學、組織學和礦物學等相關(guān)研究，從生物相容性、生物功能性和生物耐久性方面分析研究了Liotta生物瓣膜在人體環(huán)境中的適應性。這62個瓣膜中，有一部分是采用經(jīng)皮瓣膜置換術(shù)植入病人體內(nèi)的。我們重點關(guān)注的是瓣膜的纖維層、室面層以及松質(zhì)層隨著植入時間所發(fā)生的變化，以期了解瓣膜對血液流動的適應性、

3、不同瓣膜化學處理方法的優(yōu)缺點，從而為生產(chǎn)廠商優(yōu)化生產(chǎn)加工和儲存生物瓣膜提供理論依據(jù)。
　　 這62個瓣膜失功能的原因有以下幾方面：血流動力學、血栓形成和心內(nèi)膜炎。其中使用壽命為短期(t≤1年)的瓣膜失功能原因為：血液滲透到瓣葉內(nèi)部，纖維蛋白沉積，血栓形成；使用壽命為中期(1年＜t≤5年)的瓣膜：內(nèi)膜炎和血流動力學性能差；使用壽命為長期(t＞5年)的瓣膜：鈣化和撕裂所引起的血流動力學障礙。
　　 研究目的：本課題通過對62

4、個從人體內(nèi)取出的LLP豬主動脈瓣膜進行形態(tài)學，組織學和礦物學等相關(guān)分析，從生物相容性、生物功能性和生物耐久性方面分析研究了Liotta生物瓣膜在人體環(huán)境中的適應性，作為第一代經(jīng)皮瓣膜置換的生物瓣膜，它失功能的原因以及它是否適合用于經(jīng)皮瓣膜置換術(shù)。
　　 研究方法：采用62個從病人體內(nèi)取出的LLP豬主動脈瓣膜。這些瓣膜植入人體的時間長短由幾分鐘到9年以上。其中10個瓣膜使用壽命為短期，19個瓣膜使用壽命為中期，另外33個瓣膜使用壽

5、命為長期。通過形態(tài)學觀察，分析瓣膜形態(tài)變化和失功能的相關(guān)性；通過組織學研究(包括光學顯微鏡，掃描電子顯微鏡和透射電鏡)，分析瓣膜兩個表面和內(nèi)部層的相關(guān)變化；通過礦物學分析研究(包括X射線衍射和核磁共振)，檢測瓣膜中鈣鹽的沉積以及測定鈣化組分情況。
　　 研究結(jié)果：
　　 ①使用壽命為短期的瓣膜：
　　 1)形態(tài)學：這10個瓣膜均保有較為完好的血流動力學性能。其中撕裂和穿孔的瓣膜占20％。經(jīng)皮瓣膜置換術(shù)植入的瓣膜中

6、，有些瓣膜的瓣葉有輕微的損傷、撕裂或者瓣葉處于非自然狀態(tài)。貨架期較長的瓣膜植入病人體內(nèi)后，在短時間內(nèi)出現(xiàn)了嚴重的退化和鈣化。
　　 2)組織學：所有瓣膜表面上的內(nèi)皮幾乎完全脫落，暴露出下面的纖維結(jié)構(gòu)。在纖維層表面可以看到有少量的內(nèi)皮細胞分散存在。血小板常常存在于瓣葉表面纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凹陷處。瓣膜植入2個月后，血管翳慢慢地從縫合環(huán)的兩面長出。在纖維層表面，宿主自身內(nèi)皮細胞開始生長。大多數(shù)瓣膜的表面沒有發(fā)現(xiàn)血栓形成，僅少數(shù)瓣膜的瓣葉

7、內(nèi)部或者縫合處存有血栓。隨著植入時間的延續(xù)，瓣膜瓣葉表面的形態(tài)和結(jié)構(gòu)持續(xù)發(fā)生著變化，血液中的蛋白沉積在瓣葉表面，形成一均勻的生物膜，厚約有10μm。蛋白生物膜的存在使瓣葉表面變得更光滑，在生物膜比較薄弱或者有凹陷的位置，發(fā)現(xiàn)了巨噬細胞的浸入。生物膜結(jié)構(gòu)隨瓣膜植入時間的延長由粒狀變成纖維狀。
　　 3)礦物學：少數(shù)瓣膜出現(xiàn)較早瓣葉內(nèi)的鈣化或者瓣葉表面的鈣化，且均為單瓣葉出現(xiàn)鈣化現(xiàn)象。
　　 ②使用壽命為中期的瓣膜：

8、　　 1)形態(tài)學：70％的瓣膜的生物功能性被減弱，主要原因是瓣葉的撕裂和鈣化。瓣葉表面的鈣化主要是由血栓和損傷所引起，瓣葉內(nèi)的鈣化主要發(fā)生在瓣葉壓力集中的部位。少數(shù)瓣膜在瓣葉縫合處裂開。
　　 2)組織學：血管翳沿著瓣葉表面發(fā)展的同時也向瓣葉內(nèi)部發(fā)展，隨著時間的延長，變得愈加嚴重，呈不連續(xù)斷裂式發(fā)展，延續(xù)到瓣葉活動部位。纖維層表面的內(nèi)皮層延伸到了瓣葉縫合處。在室面層上，無生物膜的區(qū)域有單核細胞和淋巴細胞附著。生物膜覆蓋較好區(qū)域

9、的生物膜中有少量的單核細胞和淋巴細胞存在。纖維層的結(jié)構(gòu)保存較好。隨著植入時間的延續(xù)，巨噬細胞、單核細胞和淋巴細胞由瓣葉表面開始向內(nèi)部滲透，從而為瓣葉內(nèi)部的鈣化創(chuàng)造了條件。由于瓣葉表面結(jié)構(gòu)的改變，瓣葉表面的鈣化開始伴隨著發(fā)展，纖維層表面較為明顯。
　　 3)礦物學：羥基磷灰石存在于所有的瓣膜內(nèi)。
　　 ③使用壽命為長期的瓣膜：
　　 1)形態(tài)學：極少數(shù)植入人體時間長的瓣膜有心內(nèi)膜炎和血栓形成，但幾乎所有的瓣膜都發(fā)生

10、了撕裂和穿孔。約97％的瓣膜存在大量的鈣化和多處撕裂，瓣膜的功能性嚴重減弱。由于鈣化，瓣葉變硬；纖維層的瓣葉內(nèi)的鈣化轉(zhuǎn)化為瓣葉表面的鈣化沉淀物。纖維組織增生覆蓋了瓣葉，因此嚴重影響瓣葉運動的靈活性。
　　 2)組織學：部分瓣膜纖維層表面的內(nèi)皮細胞層仍然存在，這些瓣膜的形態(tài)和瓣葉結(jié)構(gòu)均保持完好。瓣葉表面的生物膜呈碎片狀存在。細胞和血液碎片等滲透到了瓣葉內(nèi)部松質(zhì)層，瓣膜的結(jié)構(gòu)受到嚴重的破壞，表現(xiàn)為細胞、纖維、細胞外基質(zhì)和壞死組織混合

11、在一起。瓣葉內(nèi)的鈣化越來越嚴重，已經(jīng)穿破瓣葉組織成為瓣葉表面的鈣化。
　　 3)礦物學：所有的瓣膜均含有程度不同的鈣沉淀物。研究結(jié)論：
　　 ①生物相容性：LLP生物瓣膜具有較為良好的血流動力學特性和生物相容性，植入人體后極少產(chǎn)生由血流動力學不適或惡性組織反應而引發(fā)的血栓形成。但LLP生物瓣膜在以下幾個方面還需要進一步改進：1)隨植入人體時間的延續(xù)，瓣葉的表面變得粗糙。如能讓瓣葉表面生長出一層內(nèi)皮細胞，從而提高瓣葉表面的

12、光滑度，將更為理想；2)應增強縫合環(huán)上的組織生長，從而減小縫合環(huán)與瓣葉之間的縫隙，以降低血液通過該縫隙的泄漏；3)應采取措施，不讓血管翳延伸超過瓣葉。
　　 ②生物功能性：LLP生物瓣膜在正常的生理學條件下具有自如的開啟、關(guān)閉性能，且在心房面沒有發(fā)現(xiàn)任何的泄漏。然而，由病理學引起的生物瓣膜的退化會大大削弱瓣膜的生物功能性。雖然瓣葉的變硬沒有嚴重地影響瓣膜的生物功能性，但是它會引起瓣葉的撕裂和破損，從而最終影響到瓣膜的生物功能性。

13、因此，如何防止或延緩生物瓣膜的病理性退化是亟待解決的課題。
　　 ③生物耐久性：一個理想的生物瓣膜替代品的生物耐久性，應超過病人的壽命。但是由于病理的損害限制了生物瓣膜的發(fā)展，從而使其生物耐久性被大大地縮短了。Liotta生物瓣膜表面的內(nèi)皮和基底膜在生產(chǎn)加工過程中受到了嚴重的破壞。纖維結(jié)構(gòu)的暴露，加速了血液成分和細胞的滲透，從而為鈣化的形成創(chuàng)造了條件，使瓣膜的生物耐久性被大大地縮短了。生物瓣膜組織表面內(nèi)皮化是解決該問題的一個途徑

14、，然而體外內(nèi)皮化方法受宿主內(nèi)皮細胞來源、培養(yǎng)條件等因素的限制，體內(nèi)內(nèi)皮化受到生物瓣膜交聯(lián)處理的細胞毒性作用等因素的影響，所以進展不大。本研究發(fā)現(xiàn)，瓣膜表面的蛋白生物膜不但可以提高瓣膜的生物相容性，同時可以作為一個保護屏障，防止血液成分和細胞滲入瓣葉。由此，我們建議可在瓣膜植入人體前，在生產(chǎn)加工過程中在瓣膜表面覆蓋一層人工生物膜，作為屏障，阻止血液成分或組織液成分的滲入、鈣鹽沉積，預防瓣膜的變性和鈣化，延長瓣膜的耐久性。
　　 ④

15、貨架期較長的瓣膜在較短的時間內(nèi)便出現(xiàn)了嚴重的退化，因此建議植入人體的瓣膜貨架期不應超過2年。
　　 ⑤Liotta生物瓣膜設計的構(gòu)型獨特，瓣架具有彈性，瓣架環(huán)為波浪形，支架的高度低，瓣葉的應力較小，且縫合環(huán)為瓣上型。這一設計的初衷是要使瓣膜更近于生理狀態(tài)。然而，本研究發(fā)現(xiàn)，Liotta生物瓣膜并沒有顯示出明顯的優(yōu)勢，有些瓣膜還發(fā)生了瓣葉縫合處的斷裂。這說明，低剖面的設計影響了Liotta生物瓣膜的長期生物穩(wěn)定性。