人工心脏瓣膜heart valve prosthesis

系一种长期置入心脏内部的人造医疗器件，供已无法修补的缺损瓣膜之植换用。人工瓣膜分生物瓣和机械瓣两大类：生物瓣有猪主动脉瓣、牛心包瓣、硬脑膜瓣等，此种瓣结构简单，呈中心流型，血液动力学效果好，置换后不需终生抗凝，但易产生钙化与穿孔；机械瓣有球形瓣与碟瓣2种，特点是强度好，耐磨、耐疲劳，但球型瓣占据心室容积大，碟瓣运动有“卡”住的可能，二者均为中心血流受阻，易产生涡流，破坏血液有形成分，有凝血倾向，病人置换后需终生抗凝。近年人工瓣膜又有很大改进。

人工心脏瓣膜

人工心脏瓣膜是指能使血液单向流动而不返流，具有天然心脏瓣膜功能的人工器官。当心脏瓣膜病变严重而不能应用其他简单手术以恢复或改善瓣膜功能时，须将病变的瓣膜切除而更换人工心脏瓣膜，以保持瓣膜的功能，有效地维持血液循环。目前临床使用的人工心脏瓣膜主要分为生物瓣和机械瓣两大类。
生物瓣 全部或部分使用生物组织，并经特殊处理而制成的人工心脏瓣膜称为生物瓣。
早在1955年，Murray氏就用同种主动脉瓣植入病人降主动脉以治疗主动脉瓣关闭不全，获得成功。1962年，Ross氏用同种主动脉瓣在冠状动脉开口下方行原位替换成功。此后各种各样的生物瓣相继问世，并取得了满意的临床效果。
二十多年来，生物瓣在流体力学性能、与机体的相容性以及瓣功能的持久性等方面都已达到了可以接受的程度，但都还未达到人体天然瓣膜的理想标准。因此，目前使用的各类人工生物心脏瓣膜都还有待进一步研究和发展。其目标包括四个方面：
❶具有近似自然瓣的流体力学性能，即瓣口开放阻力最小，瓣口两侧无压力阶差，瓣口关闭迅速、严密，瓣口附近的流场近乎生理状态，无异常涡流；
❷具有充分的使用寿命，瓣材料和结构的化学和物理性能长期稳定不变；
❸与机体有良好的相容性，无致血栓作用，无明显异物反应，不破坏血液成分，不引起免疫学的排异反应，瓣活动无噪音，不影响病人正常生活；
❹便于外科原位置换，易于制造，价格不贵，便于推广应用。
(1)生物瓣的材料： 生物瓣的支架通常为金属合金或塑料支架，外包绦纶编织物。生物材料主要用作瓣叶。生物材料或为组织薄膜，或为半月瓣，包括瓣叶、瓣环、一部分主动脉壁组织和右叶下方的一部分肌组织。生物材料来源可分为六类，如下表所示。

生物材料来源表

来源	半月瓣装置	生物瓣组织	说 明
自 体 同种异体	肺动脉瓣 主动脉瓣	阔筋膜 硬脑膜	现已基本废弃
异种异体	猪主动脉瓣	牛心包	目前多用

生物瓣的根本问题是材料的耐久性。到目前为止，生物瓣组织都难以在宿主体内继续存活，它只是作为一种无生命的生物材料而存在。因长期植入体内并在血液中承受一定的压力，生物瓣组织会发生组织退化、变性与磨损。生物瓣组织中的蛋白成分也会在体内引起免疫学排异反应，从而降低生物膜的强度。六十年代曾试用新鲜有活性的生物瓣，也应用过各种生物膜消毒与贮存方法，但效果很差。直到改用甘油浸泡或戊二醛处理，才使生物膜的强度大大提高。
生物瓣材料的处理方法主要有：
❶深低温冰冻贮存同种生物瓣；
❷用抗生素液漂洗与贮存生物瓣，如阔筋膜瓣、同种或异种主动脉瓣。此法不能长期贮存。生物瓣组织植入人体后仍然不能存活；
❸用组织培养基加抗生素贮存同种生物瓣，贮存期最长可达两周；
❹用环氧乙烷(Ethylene Oxide)气体熏24小时，或用其1%溶液浸泡消毒。此法会使生物组织的强度显著下降；
❺用β-丙内脂(β-Propiolactone)1%溶液浸泡消毒。此法处理的生物瓣，术后穿孔率很高；
❻γ射线照射生物组织，其效果也不佳；
❼用4%甲醛液浸泡异种生物瓣，效果不佳。植入体内四年后几乎100%损毁；
❽汞剂溶液浸泡(0.02%、2Et-hyl-meraptomercury-benoxazol-5-Sodium carbonate)，其效果也不好；
❾用98%甘油浸泡同种硬脑膜，在制成生物瓣后仍贮存于甘油中。这种瓣长期植入人体后，发现硬膜瓣叶内不仅有退化改变，而且有重塑再生过程；
❿戊二醛处理法，主要处理步骤是先将生物组织用Hank's液浸泡、漂洗，从而清除组织内绝大部分可溶性蛋白，以减少生物瓣在人体内的抗源性，使生物组织内主要保留弹力纤维；然后用0.5～0.65%戊二醛溶液浸泡，使赖氨酸和羟赖氨酸残余的氨基之间以化学键的方式连接起来，使胶原纤维、弹力纤维和糖蛋白等形成分子内和分子间交联，从而使处理后的生物组织变得更结实、更稳定。临床证明10年内的瓣损毁率很低。
(2)生物瓣的设计： 生物瓣的基本结构是模仿人类主动脉瓣，用三个半月瓣叶保证血流单向流动。由于瓣口开放时瓣叶向外周移动，血流中心没有任何阻挡，故称为“中心血流式”结构。这种结构对血流阻力小，不易破坏血液成分。最早期使用的同种主动脉瓣是直接将供给的主动脉瓣剥下，然后缝在病人的主动脉瓣环上，这种方法操作困难，术后“瓣周漏”的机会较多。七十年代以后的各种生物瓣几乎均用支架法，即将供体的主动脉瓣或生物膜(牛心包、硬脑膜等)镶在三足形支架上，可以防止生物
瓣变形，且便于手术缝合。
由于生物瓣的体积较大，在心腔和升主动脉的狭小空间内，生物瓣植入后可能造成梗阻和磨损主动脉壁或室间隔等毗邻组织，因此生物瓣设计应从扩大有效瓣口面积，降低瓣架高度，减少瓣口关闭时瓣叶与瓣架之间的应力等三个方面改进。
(3) 常用的生物瓣： 主要有四种。
❶非戊二醛处理的异种（猪）主动脉瓣： 曾采用多种处理方法如甲醛液或其他化学消毒剂，但手术后瓣损毁率很高，因此，此法已被否定。
❷同种硬脑膜： 将采集的新鲜硬脑膜用98%甘油浸泡2～3周，通过脱水过程达到消毒目的，然后选取三片缝在等距离三足的包布金属支架上。制成的瓣放在抗生素液中，在4℃下贮存一周，可随时使用。瓣功能良好率七年为86.56%，十年为53%。
❸用戊二醛处理的异种（猪） 主动脉瓣： 国际市场上供应最多的有Hancock瓣、Corpentier Edwards瓣和Angell-shiley瓣三种。Han-cock瓣是用0.2%戊二醛处理，采用硬支架，跨瓣阻力较大。改良型Hancock(250型)乃采用组合式瓣，流体力学性能明显改善。Carpentier Edwards瓣是用0.625%戊二醛液处理猪主动脉瓣，瓣架为弹性金属架，流体力学性能较好，这是目前使用最多的生物瓣。Angell-shiley瓣是用0.5%戊二醛处理猪主动脉瓣，使用各种形状的弹性支架与瓣装置完全密接，以扩大有效口径。国产猪主动脉瓣有两种，一是广州低架瓣，它比Hancock瓣矮4～8mm，其优点是缩小了生物瓣的体积； 二是北京BZ型弹性瓣，用0.5%戊二醛处理生物组织，1977年用于临床。
❹牛心包瓣：用戊二醛处理牛心包，镶在硬性金属支架上，平时用甲醛液贮存，其有效瓣口面积与流体力学性能均优于主动脉瓣，其中二尖瓣替换手术后12年，瓣功能无损率为90.8%，这是国外应用最多的牛心包瓣。此外，还有Io-nescu shiley低架瓣、Edwards pericardial瓣、Hancockpericardial瓣、Medical Mitroflow瓣和北京牛心包瓣等。目前，生物瓣的手术死亡率及近期效果与其他型机械瓣并无显著差异。生物瓣替换后，血栓栓塞率很低，术后十年的瓣损毁率也不高，但十年以上的耐久性还有待进一步观察。增进生物膜耐久性及解决生物瓣的钙化问题，仍是今后生物瓣研制的主要目标。
机械瓣 自从1960年Starr与Harken应用人工笼球型机械瓣膜分别为患者置换二尖瓣与主动脉瓣获得成功后，多种机械人工心脏瓣膜相继问世，其血液动力学、耐久性和血栓栓塞率有了明显的改善。但为了预防术后血栓栓塞的发生，机械瓣在手术后尚须终身抗凝，在材料、设计等方面尚未达到理想的程度。
理想的人工机械心脏瓣膜必须具备下列条件：
❶经久耐用；
❷中心血流型；
❸对血液不破坏或极少破坏；
❹组织相容性好；
❺不发生血栓；
❻跨瓣压力阶差小；
❼打开与关闭灵活；
❽手术时容易置换。目前应用的机械瓣有
以下四类。
(1)笼球瓣： 其基本结构是在一金属笼架内有一球型阀体。心脏舒张时阀体下降，瓣口开放时血液可从心房
通过瓣口流入心室；心脏收缩时阀体上升将瓣口阻塞，血液不能返流至心房，只能通过主动脉瓣流入主动脉至体循环，保持单向血流，从而维持血液循环。
笼球瓣有多种，其中starr-Edwards笼球瓣使用最早，它是目前各类型机械瓣的先导，是其它类型人工瓣膜的设计基础，往往用作衡量一种新设计的瓣膜的标准。笼球瓣是周围血流型，其缺点是跨瓣压差较大，瓣架高，对小心室与主动脉根本较小的病员不适用。
(2) 笼碟瓣： 笼碟瓣阀体为碟型，其主要特点为瓣架低，这一类型主要有Kay-shiley笼碟瓣、Beall-Surgitool笼碟瓣、Cooley-Cutter笼碟瓣和starr-Edwards笼碟瓣。笼碟瓣的跨瓣压差大，属周围血流型，血液动力学性能差，血栓栓塞率高，溶血多，且有瓣柱折断、碟片磨损、甚至脱掉的危险，因此尚未广泛采用。
(3) 侧倾碟型瓣膜： 瓣膜设计与结构较笼球瓣与笼碟瓣精巧，阀体为碟片，由圆形瓣环内交链结构将碟片悬夹于瓣环内。置放在二尖瓣位置上，当心室舒张时，碟片开放，左心房内血液可通过瓣口流入左心室，当心室收缩时，碟片关闭瓣口，血液只能流向主动脉而不会返流回心房，从而保持血液单向流动以维持血液循环。碟片开放时向一侧倾斜60～80度，故称侧倾碟瓣。其特点是重量较轻，属于半中心血流型，血液动力学性能较好，耐久性好。这一类型有Bjork-shiley碟瓣、Lillehei-Kaster碟瓣、Hall Kaster碟瓣和Ominiscience碟瓣等。
(4) 二叶瓣：二叶瓣是七十年代最新型的机械瓣膜，其基本结构是在圆形瓣环内有两个半圆片状瓣叶，每个瓣叶基底两端各有一个轴与瓣环内相应处的槽构成绞链，如两扇门一样，可自由开关。瓣叶打开时血流可通过瓣口，瓣叶关闭时可防止血液返流。这一类型有St.Judemedicar二叶瓣和Duromedics二叶瓣两种。属中心血流型，瓣叶运动灵活，有效瓣口面积较大，跨瓣压差小，血栓栓塞率低。现已大量用于临床。
人工心脏瓣膜的手术适应证 心脏瓣膜病变严重而不能用瓣膜分离或修补手术等其他手术恢复或改善瓣膜功能时，则须采用人工心脏瓣膜置换术，以恢复瓣膜的功能。其中最常见者为风湿性心脏瓣膜病。
(1) 二尖瓣置换术适应证：
❶二尖瓣漏斗型狭窄，瓣叶增厚或钙化，腱索严重融合、粘连、缩短，瓣膜活动受限；
❷二尖瓣狭窄伴有关闭不全，明显纤维化增厚或钙化，瓣叶卷缩，瓣膜成形术无法改善其功能；
❸二尖瓣关闭不全为主伴有狭窄，瓣叶增厚，卷缩下陷，瓣叶边缘无法闭合，丧失瓣膜功能；
❹二尖瓣扩张术后再狭窄，或狭窄与关闭不全的病人。此外，如二尖瓣脱垂综合征、瓣叶粘液性病变、腱索或乳头肌断裂。
(2) 主动脉瓣置换术适应证：
❶风湿性心脏病主动脉狭窄和（或）关闭不全；
❷感染性心内膜炎并发主动脉瓣破坏或穿孔，引起关闭不全；
❸ Marfan氏综合征主动脉中层囊性坏死，瓣环扩张引起主动脉瓣关闭不全；
❹单纯性非风湿性主动脉瓣钙化性狭窄；
❺主动脉窦瘤破裂合并重度主动脉瓣关闭不全。
先天性心脏病中，如果是三尖瓣下移(Ebstein畸形)，瓣叶发育不良等，则须行瓣膜置换术。有些先天性心脏病中，可用人工心脏瓣膜与人工血管相结合的带瓣管道，以解除某些阻塞性病变。如果是三尖瓣闭锁，则可应用带瓣管道使右心房与肺动脉相交通(Fontan手术)。对法乐四联症伴有肺动脉瓣闭锁或严重的瓣及（或）肺动脉发育不良，永存动脉干，大动脉转位等，均可用带瓣管道重建肺动脉瓣及（或）肺动脉。机械瓣并发症为血栓栓塞，因此，术后需终身服用抗凝剂以预防血栓形成。