瓣下結構對人工心瓣下游湍流剪應力影響的實驗研究

張 滸，楊百暉，張桂敏＊，李甘牛，孫 毅，李 斌

（1.昆明醫學院第一附屬醫院 心血管外科，云南 昆明 650032；2.南京航空航天大學）

瓣下結構對人工心瓣下游湍流剪應力影響的實驗研究

張 滸1，楊百暉1，張桂敏1＊，李甘牛2，孫 毅1，李 斌1

（1.昆明醫學院第一附屬醫院 心血管外科，云南 昆明 650032；2.南京航空航天大學）

目的 在二尖瓣置換動物模型上研究不同瓣下結構保留術式對人工心瓣下游TSS的影響。方法建立二尖瓣置換術動物模型，采用熱線流速儀實測三種瓣下結構保留術式人工二尖瓣下游核心區和邊界區6個測量點的TSS。結果三種保留術式人工心瓣下游核心區TSS無統計學差異，邊界區保留后瓣組與未保留組TSS無統計學差異，保留全瓣組TSS高于未保留組和保留后瓣組（P＜0.05）。結論未保留瓣下結構和保留后瓣瓣下結構人工心瓣下游血流流場邊界區TSS較全瓣瓣下結構保留小，血流動力學性能較佳。

瓣下結構；湍流剪應力；熱線流速儀；豬；二尖瓣置換

（ChinJLabDiagn，2012，16：0198）

心瓣膜疾病已能通過人工心瓣置換得到較為有效的治療，臨床資料顯示，無論生物瓣還是機械瓣，保留瓣下結構對維護術后心臟的舒縮功能十分重要［1，2］。Fontaine等［3］采用體外生理脈動流模型對保留瓣下結構的跨瓣血流進行了模擬研究，結果顯示，由于瓣下結構的存在，人工瓣跨瓣血流存在某種形式的血流梗阻現象。下游分離擾動的血流所產生的湍流剪應力（Turblent shear stress，TSS）將會對血液有形成分、人工心瓣甚至心壁結構產生損害作用。因此，明確不同瓣下結構保留術式對人工心瓣下游TSS的影響具有重要的意義，但尚未見相關的生物體內實驗報道。本研究在豬二尖瓣置換模型上，通過熱線流速儀（Hot-film anemometry，HFA）測量人工瓣下血流TSS，研究不同瓣下結構保留術式對人工心瓣下游TSS的影響。

1 材料和方法

1.1 實驗動物及分組

采用昆明醫學院動物科提供的滇南小耳豬封閉群6只，體重在45－68kg，豬齡大于12月，雌雄不限。隨機平均分為未保留組，保留后瓣組，保留全瓣組。

1.2 動物模型建立

動物麻醉后，仰臥位，正中開胸，縱行正中切開心包，雙側提吊心包后顯露心臟。以3mg／kg的初始劑量肝素化。激活全血凝固時間（ACT）＞480s后行升主動脈插供動脈血管，右心耳插腔房管引流，與人工心肺機連接建立CPB。主動脈阻斷，4℃含鉀冷心肌保護液灌注至心臟停跳（300ml），同時心包腔內放入冰屑。體外循環加新鮮血預充，降溫至鼻咽溫度27－30℃。左心耳長軸切口，體位右側傾斜30°，充分提吊顯露二尖瓣，未保留組，切除前、后瓣葉及其瓣下腱索后置換瓣膜；保留后瓣組，切除前瓣及其腱索，將保留的后瓣瓣葉折疊縫合于后瓣環后再換瓣；保留全瓣組，后瓣以同樣方式折疊縫合，前瓣腱索分為兩束，分別被縫合固定于前外和后內交界，然后換瓣。沖洗心腔，放置人工二尖瓣（采用St Jude雙葉機械瓣），用2－0Prolene線連續縫合于二尖瓣環。確定二尖瓣啟閉正常后開始復溫，縫合心臟切口，充分排氣后開放循環。心臟不能自主復跳者給予10－20WS電除顫，輔助循環穩定后撤離體外循環，拔除心臟插管。

1.3 熱線流速儀（HFA）測TSS

1.3.1 HFA的標定 所謂的標定，就是給定一系列的已知流速，記錄相應的電壓值，用曲線擬合方法建立流速與電壓的關系。本實驗的標定是在體外循環機管道流動中進行的，其中曲線擬合的關系式如下：V＝30.0（E2－E20）＋30.0（E2－E20）2，式中流速單位為cm／s，電壓單位為伏特（Vot）。

1.3.2 HFA探針的放置 將探針置于特制的金屬鞘內，將金屬鞘經心尖穿入左心室，在超聲定位下分別于四腔心切面（four chamber view，FCV）和二腔心切面（two chamber view，TCV）將速度頻譜多普勒取樣容積（1.5mm）置于下游距瓣尖0.5－2.0 cm區域，將探針放于瓣下核心區和周圍邊界6個位點（AFC：Lc－核心區位點，L1－外側邊界位點，Lm－內側邊界位點；LTC：Lc－核心區位點，La1－前外側邊界位點，Lpm－后內側邊界位點）直接測量TSS。

1.4 統計學方法

采用SPSS13.0統計軟件包進行雙側t檢驗分析，P＜0.05為有統計學意義。

2 結果

人工瓣下游核心區位點TSS組間差異無統計學意義，保留后瓣組與未保留組邊界各位點TSS差異無統計學意義，保留全瓣組與未保留組和保留后瓣組比較，TSS差異具有統計學意義（P＜0.05）。其中保留全瓣組TSS邊界位點的TSS高于另外兩組，見表1。

表1 三組各測量位點TSS比較（±s）

表1 三組各測量位點TSS比較（±s）

注：與未保留組比較，aP＜0.05；與保留后瓣組比較，b P＜0.05

未保留組（n＝2） 保留后瓣組（n＝2） 保留全瓣組（n＝2）TSS（N／m2）FCVLc 50.4±14.3 52.6±13.5 53.2±16.5 L1 104.9±28.5 105.9±28.3 141.9±28.1ab Lm 104.4±24.3 108.4±24.7 146.4±25.3ab TCVLc 59.6±23.8 57.5±23.5 59.0±21.2 Lal 105.5±25.1 106.5±25.3 138.5±23.1ab Lpm 108.5±25.3 109.7±25.5 147.3±24.4ab

3 討論

自從1960年Starr醫生成功地進行了世界上第一例人工心瓣置換術以來，威脅人類健康的心瓣膜疾病已能通過人工心瓣置換得到較為有效的治療。但術后出現的血栓栓塞、溶血等并發癥使相當部分病人生存質量不佳。隨著心瓣流體力學研究的不斷深入，人們發現上述并發癥的產生與人工瓣膜瓣區流場血流紊亂及其所引起的TSS的作用明顯相關［1，4］。研究表明，某些血流動力學性能較好、TSS較小的人工瓣，如St.Jude瓣，術后溶血等并發癥發生率較低［5］。同時，許多臨床資料顯示，保留瓣下結構對維護術后心臟的舒縮功能十分重要［1，2］。保留瓣下結構的原理就在于保持了瓣環-內、外層螺旋肌-乳頭肌-腱索-瓣葉-再返回瓣環這一環行結構的完整性，這樣，既可限制左室舒張期過度膨脹，又有助于收縮期左室沿縱軸縮短［6，7］。但保留瓣下結構所存在的一些問題，如其對瓣膜下游血流動力學產生的不良影響，近年來逐漸引起人們的關注。Fontaine等［3］采用體外生理脈動流模型對保留瓣下結構的Carpentier-Edwards牛心包瓣與St.Jude雙葉機械瓣跨瓣血流進行了模擬研究，結果顯示，由于瓣下結構的存在，兩種人工瓣跨瓣血流均存在某種形式的血流梗阻現象。此外，前、后瓣下腱索均保留的情況下，血流受阻程度明顯加劇，尤以機械瓣為著。因此，理論上推測，保留瓣下結構可能會加重人工心瓣的狹窄效應，其下游分離擾動的血流所產生的湍流射流及其剪應力將會對血液有形成分、人工心瓣甚至心壁結構產生損害作用，使與人工心瓣置換術有關的一系列并發癥加重。該研究率先提出了保留瓣下結構可以引起左室流入道狹窄以及由此而產生的血流動力學紊亂的實驗依據，所不足的是，研究是在體外條件下采用理想狀態的生理性脈動流模型來對保留瓣下結構的手術方式和血流動力學環境進行單純模擬，而且屬于定性研究，因而難以對體內病理性湍流射流以及不同瓣下結構保留術式下實際所產生的血流動力學變化進行全面實時和客觀準確的定量描述［3，8，9］。因此我們在豬二尖瓣置換模型上通過熱線流速儀在生物體內定量測量人工心瓣下血流流場內6個位點的TSS，通過比較得出，在瓣下血流邊界區，未保留瓣下結構組和保留后瓣瓣下結構組之間無顯著性差異，而保留全瓣下結構組高于以上兩組（P＜0.05），由此提示保留后瓣瓣下結構對雙葉機械瓣下游血流動力學影響小，而保留全瓣下結構則會引起其下游湍流度升高。分析其原因可能是雙葉瓣瓣口面積相對較大，三流道大小相近的擬中心血流通道，血流方向與瓣口截面垂直，跨瓣血流較平穩，僅保留后瓣瓣下結構不能構成明顯的狹窄效應，而全保留瓣下結構會對跨瓣血流有較大干擾，從而增大了湍流擾動強度。本研究結果可為臨床醫生在二尖瓣置換術中選擇瓣下結構保留術式提供一定的理論依據。

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The effect of subvalvular apparatus on turbulent shear stress downstream of atifical mitral valve in swine

ZHANGHu，YANGBai-hui，ZHANGGui-min，etal.（TheFirstAffiliatedHospitalofKunmingMedicalUniversity，Kunming650032，China）

ObjectiveTo explore the effect of subvalvular apparatus on turbulent shear stress downstream of atifical mitral valve in swine.MethodsThe model of mitral valve replacement was established in swine to measure TSS of different subvalvular apparatus in downstream flow field of artificial mitral valve through HFA directly.ResultsAt the central location TSS downstream was of no significant difference among three groups.At the marginal location TSS was of no significant difference between the groups of preservation of posterior subvalvular apparatus and non-preservation groups，TSS of the group of preservation of total subvalvular apparatus was significant higher than that of the other two groups（P＜0.05）Conclusion The preservation of posterior subvalvular apparatus and non-preservation groups is better than the preservation of total subvalvular apparatus in flow field uniformity.

subvalvular apparatus；turbulent shear stress；hot-film anemometry；swine；mitral valve replacement

R542.2

A

1007－4287（2012）02－0198－03

國家自然科學基金項目（30860279）

＊通訊作者

2011－03－14）