HeartCon型左心室輔助裝置(LVAD)的持續性循環支持對實驗動物肝腎功能的影響

劉天文 劉曉程 劉志剛 張杰民

中國醫學科學院北京協和醫學院，泰達國際心血管病醫院，天津 300457

0 引言

全世界至少有2 600萬名心力衰竭患者，我國的新發心力衰竭患者數在以每年50萬例的速度增長。治療心力衰竭的最有效方式是心臟移植術，但是供體的數量遠遠不能滿足需求。目前，廣泛使用的心力衰竭維持器械是左心室輔助裝置（left ventricular assist device，LVAD）。它主要為問題心臟的左心室提供抽吸動力，通過分支動脈向心臟泵入富含氧的血液，并輸送至患者全身。LVAD主要被用作等待心臟移植患者的臨時性維持工具。但在不能進行心臟移植的情況下，也可將LVAD永久性植入患者胸腔。

目前，心室輔助裝置（VAD）已發展了三代。第一代是氣動式VAD，其體積龐大，操作不便，需要置于胸腔外；第二代是可植入式VAD。使用前兩代產品時，易出現胃腸道出血、中風、設備相關感染和血泵內血栓等并發癥。第三代是懸浮式VAD，其有更高的機械效率、更好的血液相容性和組織相容性，極大地降低了相關并發癥的發生概率。雖然VAD可以解決心力衰竭患者的緊急生存問題，但是在VAD的長期使用中，患者的血流動力學由自然狀態下的搏動血流變為混流或平流，這種改變是否會對機體造成不利影響，值得關注。本研究的主要目的是驗證使用磁液懸浮離心式LVAD時，持續的血流支持是否會對機體的肝腎功能造成不利影響。

1 材料與方法

1.1 主要材料與儀器

成年小尾寒羊[SCXK（陜）2014-004]，雄性，（15±1）月齡，體質量（80±5）kg（西安迪樂普生物醫學有限公司），實驗前進行標準化檢驗、檢疫及驅蟲，隔離飼養2周，臨床表征及血液檢查無異常。

陸眠寧(吉林華牧動物保健品有限公司)，丙泊酚注射液(西安立邦制藥有限公司)，維庫溴銨(哈爾濱三聯藥業)，利多卡因注射液(上海和豐藥業有限公司)，肝素鈉(常州千紅生化制藥股份有限公司)，注射用青霉素鈉(華北制藥股份有限公司)。

HeartCon型LVAD（航天泰心科技有限公司），Servoi通用型呼吸機（德國西門子公司)，插件式生命體征監護儀、多參數電生理記錄儀（美國BIOMAP公司），抗凝管(美國BD公司)，ACTⅡ型活化凝血時間（activated clotting time，ACT）分析儀及耗材(美國美敦力公司)，負壓吸引器（天津同業科技發展有限公司），心外科手術器械、Ethibond不可吸收縫合線(美國強生公司)，7600型全自動生化分析儀（日本日立公司）。

1.2 方法

隨機選取6只實驗用羊，對其進行LVAD植入，并進行為期70 d的持續血流支持。于術前對實驗羊禁食24 h，禁水16 h。依照體質量（0.6 mg/kg）肌注陸眠寧進行麻醉，建立外周血管通路，完成氣管插管（用丙泊酚注射液誘導插管）。靜脈推注維庫溴銨4 mg進行肌松。呼吸機設置參數：吸入氧體積分數為50%；壓力限制模式（I/E）為1∶2；呼氣終末正壓為8 cmH2O；潮氣量為8 ml/kg；呼吸頻率為20次/分。完成頸靜脈和耳動脈穿刺，進行中心靜脈壓、動脈血壓監測及心電和體溫監測。在實驗用羊的左側第5、6肋間，逐層切開組織后進胸，建立左心室→血泵→人造血管→降主動脈通路[2-4]。啟動LVAD和控制軟件，進行左心室循環支持。整個實驗期間，監測LVAD記錄的各項參數及實驗羊的生命指征。LVAD各組件的安裝和植入如圖1所示。

圖1 HeartCon左心室輔助裝置

根據平均動脈壓、動脈壓波形及左心室容積，調整血泵轉速為（2 400±100）r/min。術后24 h內，將實驗羊安置于術后固定架中，便于術后護理及監測。待循環穩定后，將實驗羊轉移至動物ICU，通過無線參數監控及視頻監控等手段，進行術后管理。術后14 d，將實驗羊轉移回最初的動物飼養間，模擬臨床出院。6只實驗羊回到動物飼養間后可自如活動，自由采食、飲水。

使用生化分析儀監測6只實驗羊在術前和術后的肝腎功能指標，包括尿素（UREA）、肌酐（creatinine，CREA）、谷丙轉氨酶（alanine aminotransferase，ALT）、谷草轉氨酶（aspartate aminotransferase，AST）、總膽紅素（total bilirubin，TBIL）。

本研究通過了泰達國際心血管病醫院實驗動物倫理委員會的審查（TICH-JY-20171107-10），并按實驗動物使用的3R和5F原則給予人道關懷。

1.3 統計學方法

利用SPSS17.0統計學軟件對實驗數據進行處理，數據以均數±標準差（Mean±SD）表示。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

使用生化分析儀檢測到的6只實驗羊在術前的UREA、CREA、ALT、AST、TBIL指標見表1。將6只實驗羊各項指標的（均值±標準差）值作為各項指標的基線值，為后續研究提供參照。

表1 6只實驗羊在術前的各項生理指標

對6只實驗羊在術后70 d內的UREA、CREA、ALT、AST和TBIL水平進行監測，相關指標的變化如圖2～6所示。術后觀察結果表明，6只實驗羊的尿便排泄正常，有反芻行為，無精神倦怠等異常表現，四肢健康、有力，精力充沛，體質量也以正常速度增長。在整個研究期間，HeartCon型LVAD系統工作正常，未出現控制器失控及血泵失功等故障。

圖2 6只實驗羊在術后70 d內尿素水平變化趨勢

如圖2所示，實驗羊在術后1 d的UREA水平為（7.47±1.99）mmol/L，約為基線值的1.67倍，與術前相比明顯升高（P＜0.01）；術后7 d時，實驗羊的UREA水平為（3.33±1.00）mmol/L，已恢復至術前水平；從術后14 d至研究結束，UREA水平整體上低于基線值，在1.58～3.30 mmol/L范圍內變化，原因可能與實驗羊的草食習性相關。

如圖3所示，實驗羊在整個研究過程中，CREA水平在82.50～100.67μmol/L范圍內變化，整體上在基線附近波動；術后CREA水平較術前的差異無統計學意義（P＞0.05）。

圖3 6只實驗羊在術后70 d內肌酐水平變化趨勢

如圖4所示，實驗羊在術后1 d的ALT水平為（25.83±7.63）U/L，是基線值的1.65倍，與術前相比明顯升高（P＜0.01）；術后7 d時，實驗羊的ALT水平為（18.33±5.28）U/L，已恢復至術前水平；此后實驗羊的ALT水平在基線附近波動，直至研究結束。

圖4 6只實驗羊在術后70 d內谷丙轉氨酶水平變化趨勢

如圖5所示，實驗羊在術后1 d的AST水平為（254.67±111.28）U/L，是基線值的3.19倍，與術前相比明顯升高（P＜0.01）；術后7 d時，實驗羊的AST水平為（135.83±34.10）U/L，較術后1 d時下降了近50%，為基線值的1.7倍，但與術前相比仍明顯升高（P＜0.05）；術后14 d時，實驗羊的ALT水平為（80.50±18.04）U/L，已恢復至術前的（78.00±35.94）U/L；此后實驗羊的AST水平維持在基線附近，變化量很小，直至研究結束。

圖5 6只實驗羊在術后70 d內谷草轉氨酶水平變化趨勢

如圖6所示，實驗羊在術后1 d的TBIL水平為（1.72±1.28）μmol/L，是基線值的3.30倍，與術前相比明顯升高（P＜0.05）；術后7 d時，實驗羊的TBIL水平較術后1 d時下降了近45%；術后14 d時，實驗羊的TBIL水平為（0.55±0.41）μmol/L，隨后在0.63～0.88μmol/L的范圍內變化，雖較基線值略有升高（5%～70%），但整體上保持穩定，至研究結束。值得注意的是，術后21 d開始，2號和5號實驗羊的TBIL水平有較大波動，影響了整體水平的變化趨勢，但判斷該波動應屬于個體差異，因為另外4只實驗羊的TBIL水平仍維持在基線水平。

圖6 6只實驗羊在術后70 d內總膽紅素水平變化趨勢

3 討論與結論

在20世紀90年代，Reddy等[5]提出假設，即實驗動物使用非脈動、持續流動式VAD進行長期循環支持是安全的，不會導致終末端器官的功能障礙。隨即其在綿羊體內植入AB-180型VAD并進行為期28 d的實驗觀察，結果顯示實驗綿羊在實驗終點未顯示出任何神經功能障礙，肝腎功能也恢復至術前水平，提示實驗動物能很好地適應無脈動的循環支持，該研究推進了持續流動式VAD的發展。Saito等[6-7]使用離心式LVAD在9只綿羊體內建立了穩定的非脈動持續循環支持，并分別在術后第30、60、90 d進行了相關檢查，結果表明循環組的血漿腎素水平有顯著升高，主動脈內層明顯變薄，肝腎功能均在正常范圍，終末器官的功能及組織學檢查無差異。一些實驗研究和臨床應用的結果表明，經過優化的軸流泵和離心泵可提供穩定的非脈動持續循環支持，并且對終末端器官無不良影響。

在臨床應用方面，Deo等[8]對126例植入持續流動LVAD的患者的肝腎功能進行了監測與分析，結果表明患者的腎功能在早期改善后保持穩定。Yoshioka等[9]回顧性研究了接受LVAD植入的460例患者，評估持續流動（血流搏動性降低）對患者末端器官功能的長期影響，術后30 d的檢查結果顯示所有患者的肝腎功能均有顯著改善，雖然部分患者的腎功能于術后3年后下降至術前水平，但沒有進一步加重。該研究結果證實了持續流動式LVAD可改善晚期心力衰竭患者的肝腎功能，其中肝功能可保持穩定的健康狀態。Nadziakiewicz等[10]研究了分別植入Heartware和HeartmateⅡ的患者，術后30 d的檢測結果顯示，所有患者的肝腎功能均有改善。Kamdar等[11]回顧性分析了58例接受LVAD植入的患者的臨床資料，其中有10例植入了離心式VAD（VentrAssist），30例植入了軸流式VAD（HeartMateⅡ），有18例植入了脈動式VAD（HeartMate XVE）。該研究結果表明，植入不同類型VAD患者的肝腎功能均有改善，并能穩定地維持在正常范圍內，且3種VAD對患者末端器官影響的差異無統計學意義。

在本研究中，6只實驗羊的持續性循環支持時間為70 d。整個過程中，實驗羊的UREA、ALT、AST和TBIL水平在術后早期出現不同程度的急性升高，最高值分別為（7.47±1.99）mmol/L、（25.83±7.63）U/L、（254.67±111.28）U/L和（1.72±1.28）μmol/L，與術前的基線值相比，分別升高了67%、65%、219%和230%。術后14 d后，實驗羊的UREA、ALT、AST和TBIL水平均恢復至術前水平，差異均無統計學意義（均P＞0.05）。在整個研究過程中，實驗羊的CREA水平的變化無統計學意義（P＞0.05）。本研究結果與國際上的多中心動物實驗和臨床實驗的研究結果一致，在整個實驗期間未發現實驗羊的肝腎功能因搏動減少而出現不良反應。

本研究中使用的LVAD為磁液懸浮離心式LVAD，型號為HeartCon，該產品由航天泰心科技有限公司生產，且具有獨立的自主知識產權。長期的動物實驗證明，該LVAD的技術性能已經達到國際同類產品的水平，能夠提供足夠的循環支持并維持末端器官功能，為臨床應用和患者術后并發癥的防治提供了重要的支撐。該產品的存在極大程度地降低了需進行機械循環支持的國內終末期心衰患者的經濟負擔。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突