生物心脏瓣膜钙化及预防

9 　Ho YH , Cheong WK, Tsang C et al . Stapled hemorrhoidectomy cost and effectiveness : randomized , controlled trial including incontinence scoring , anorectal manometry , and endoanal ultrasound assessments at up to three months. Dis Colon Rectum , 2000 ,43 (12) :1 666 10 　Rowsell M , Bello M , Hemingway DM. Circumferential mucosectomy (stapled haemorrhoidectomy) versus conventional haemorrhoidectomy : randomised controlled trial . Lancet , 2000 ,355 :779 - 781 11 　Pope V , Doran H , Fearn S et al . Randomized , controlled trial com2 paring quality of life after open henorrhoidectomy (OH) plus stapled anopexy (SA) . Dis Colon Rectum , 2002 ,44 (4) :5 12 　Mehigan BJ , Monson JRT , Hartley J E. Stapling procedure for haem2 orrhoids versus Milligan - Morgan Haemorrhoidectomy : randomisedcontrolled trial . Lancet , 2000 ,355 :782 - 78513 　Fazio VW. Early promise of stapling for haemorrhoidectomy. Lancet ,2000 ,355 :768 - 76914 　Ganio E , Altomare DF , Gabrielli F et al . Prospective randomizedmulticentre trial comparing stapled with open haemorrhoidectomy. Br JSurg , 2001 ,88 (5) :66915 　傅传刚. 吻合器环形痔切除术. 中国实用外科杂志 ,2001 ,21(11) :653 - 65516 　傅传刚. 直肠下端黏膜环形切除肛垫悬吊术治疗脱垂性内痔.中华普通外科杂志 ,2002 ,17 (2) :112 - 113 ( 2004 - 02 - 11 收稿 ,责任编辑　尤伟杰) 作者简介 :杨学永 ,男 ,1966 年出生。硕士研究生学历 ,主治医师。 主要从事心胸外科的临床工作。 生物心脏瓣膜钙化及预防 杨学永1 　胡素平1 　刘 　兵1 　综述 　任 　群2 　审校 　(1 武警医学院附属医院心胸外科 ,天津 300162 ;2 天津市第一中心医院 ,天津 300192) 　　关键词 　生物心脏瓣膜 　钙化 　 　　心脏瓣膜置换术用于临床 40 余年。与机械瓣相比 ,生 物瓣有其公认的优越性 : (1) 比较符合生理的中央流道 ,有效 瓣膜口径较大 ,跨瓣压差小 ,良好的血流动力学性能 ; (2) 血 栓栓塞及溶血并发症低 ,一般不需长期抗凝治疗 ; (3) 在两类 瓣膜置换术后生存率相似的前提下 ,生物瓣置换者的生活质 量更好。临床广泛应用经戊二醛 ( GA) 处理的生物瓣一牛心 包瓣和猪主动脉瓣易发生原发性衰败 ,使其临床应用受到限 制 ,瓣膜钙化是衰败的主要原因之一。 1 　瓣膜组织生化改变 1. 1 　采瓣的时间 　缩短采瓣时间能减少成纤维细胞结构和 活性的损坏 ,保持正常线粒体功能而无钙聚集。缺血损伤可 导致细胞内高能磷酸盐及中间产物 ATP、ADP、腺苷酸耗竭 , 继而引起组织和细胞自溶 :缺氧可使维持线粒体功能均衡的 线粒体内的氢及钙离子内流和外流这种生化机制衰竭 ,进入 线粒体内的钙聚集形成晶核 ,导致钙化 1 。通过光镜、电镜 观察发现 ,热缺血 2 h 即可见到线粒体肿胀和内质网明显扩 张 ,随时间延长 ,细胞水肿加重 ,细胞核与细胞浆比值 ,线粒 体表面积比值均显著降低 ;缺血 4 h 不可逆损伤达 6. 1 % ,这 一比率随缺血时间延长而升高。主张将热缺血时间限定在 4 h 以内 ,以保持较好的成纤维细胞结构和活性 ,防止钙化。 1. 2 　经戊二醛 ( GA)处理胶原纤维的生化改变 　活体胶原纤 维中黏多糖糖蛋白类物质掩盖和阻止胶原与钙、磷结合而形 成晶体核心 ,故很少钙化。戊二醛 ( GA) 处理生物瓣后 ,使胶 原纤维内分子间交联 ,增加了组织的稳定性 ,胶原分子间交 联不充分及交联后游离羧基促使钙化发生 2 。再用表面活 性剂 ,月 - 桂酰胆碱、TritonX - 100、Tween 80 等 ,清除生物瓣 组织中的磷脂 ;影响组织表面的电荷 :活性剂所含的亲水基 团阻止磷脂类成核物质的穿入来抑制钙盐的形成。用金属 离子 ,Mg2 + 、K+ 、Al3 + 、Fe2 + ,占据胶原分子羧基端的钙结合位 点 ,竞争性地抑制羧基磷灰石晶核等形式的钙盐形成、沉积。 用氨基化合物 3 和醇 4 中和戊二醛 ( GA) 处理后瓣膜残留醛 基 ,可达到抑制钙盐形成的目的。也有联合应用金属离子和 醇来延缓瓣膜钙化发生 5 。 1. 3 　瓣膜组织中酶对钙化的影响 　经戊二醛 ( GA)改性处理 和保存的牛心包瓣叶中发现有碱性磷酸酶 (AKP)活性。对正 常骨化和病理性钙化的研究发现 ,具有细胞膜性结构富含碱 性磷酸酶 (AKP)的基质小泡是钙化最初发生的部位。用羟基 铬和表面活性剂抗钙化处理后 ,生物瓣组织经检测碱性磷酸 酶 (AKP)残余活性被抑制 ;用具有抑制碱性磷酸酶 (AKP) 活 力的药物 —左旋咪唑、放线菌酮等进行动物实验发现 ,抑制 碱性磷酸酶 (AKP)活性有减轻生物瓣钙化的作用6 。 1. 4 　新型交联剂 　使用新型交联剂替代传统的戊二醛 ( GA) 处理的生物瓣 ,可使组织交联后整体稳定性增强、抗钙化能 力提高。新型交联剂 ,No - ReactTM、羟基铬等 ,处理的生物 瓣可减弱宿主对异种生物瓣的破坏性炎症反应、减少瓣片组 织中羧基的含量 ,提高抗钙化能力 :利用叠氮化合物 (AA) 、α - 氨基油酸 (AOA)等7 交联瓣膜组织的胶原纤维蛋白、增加 机械力学性能 ,明显提高抗钙化作用。较多应用的新型交联 剂为多聚环氧化合物 ,与胶原分子游离氨基酸反应形成共价 键发挥交联作用。 1. 5 　瓣膜表面内皮细胞再生 　正常心脏瓣膜表面附有单层 内皮细胞 ,阻止血液成分或组织液成分的渗入、钙盐的沉积 及血栓形成 ,预防瓣膜的变性和钙化。经戊二醛 ( GA)交联剂 处理后的生物瓣 ,表面粗糙 ,植入受者体内后由于血小板、纤 维素等黏附 ,血细胞、血浆成分的渗入 ,引起组织钙化衰败。 926武警医学 (Medical Journal of the Chinese People’s Armed Police Forces) Vol . 15 No. 08 2004 - 08 出版 经促进异种生物瓣膜宿主内皮化的实验研究发现 ,由宿主内 皮细胞覆盖异种生物瓣膜可以有效地延缓和防止生物瓣的 钙化、衰败 8 - 9 。 2 　机械应力对瓣膜的损伤 　 异种生物瓣和缝制与天然心脏瓣膜相比差异较大。 机械应力可作为一个独立的损伤因子 10 或影响瓣膜钙化 11 导致瓣膜衰败。机械应力影响生物瓣钙化的机制为 : (1) 应 力使胶原纤维断裂暴露了钙结合点和使胶原降解产物引起 钙沉着 : (2)应力使组织变形并产生空隙 ,使血浆液体及离子 更多地进入组织而易于晶核形成和聚集 ,引起钙化。生物瓣 动物皮下埋植发生钙化并未受到应力的影响 ;临床上亦有相 当多的病例钙化不显著或未发生钙化 ,但有瓣叶撕裂而衰 败。在制作瓣膜时瓣叶材料选取和化学改性的低模量变形 尽可能大一些 ,使其弯曲力减弱而减少力学失功 12 。现在 设计中应用弹性瓣架、波浪式瓣架、低架和无支架设计 ,在制 瓣工艺上选用包脚缝制 ,避免有缝针孔等减少损伤 ,提高生 物瓣仿生性 ,是减轻和防止钙化、衰败的有效途径之一。 3 　免疫反应对瓣膜的损伤 　 研究发现经戊二醛 ( GA) 处理的生物瓣动物皮下埋植后 有炎性细胞浸润 ,产生抗移植物抗体 ,T细胞反应阳性 ,组织 学显示有吞噬细胞和单核细胞浸润。Grabennoger 研究发现 植入瓣膜发生的免疫反应主要表现为吞噬作用 ,巨噬细胞吞 噬胶原纤维和弹性物质 ,使外源性的大细胞在撕裂或穿孔的 边缘积聚 ,并在细胞间隙发生小晶体钙化。免疫反应促使生 物瓣钙化衰败 13 - 14 。在心脏瓣膜置换术中应用经戊二醛 ( GA)处理、无组织抗原性的自体心包瓣 15 ,可延长生物瓣术 后使用寿命。应用液氮超低温 ( - 80 ℃) 冻存同种瓣膜 ,可使 内皮细胞基本脱落 ,杀伤某些低温敏感免疫细胞及组织细 胞 ,可显著减低移植后免疫排斥反应 ,使用寿命得以延 长 16 - 17 。 生物瓣耐久性差是制约其临床应用的根本原因。各种 影响生物瓣钙化、衰败的因素交织作用、关系复杂 ,仍需进一 步深入研究“理想瓣膜”18 : (1) 符合生理使用寿命 : (2) 表面 完全内皮化 , (3)无免疫原性 ,不引起血液成分沉积 : (4) 充分 交联 ,机械力学性能稳定 ; (5) 有自身修复功能。近年兴起的 “组织工程”技术 (以可吸收的聚合物和异种生物瓣胶原纤维 为支架 19 - 20 ,先种植成纤维细胞 ,再种植单层内皮细胞包裹 瓣叶)正在完善研究中 ,预计能使生物瓣更接近理想要求。 4 　参考文献 1 　张宝仁 ,朱家麟. 人造心脏瓣膜与瓣膜置换术. 2 版. 北京 :人民 卫生出版社 ,1999. 99 2 　王雪梅 ,许　莉 ,王春详. 牛心包生物瓣膜羧基含量的测定与抗 钙化研究. 中国现代医学杂志 ,2001 ,11 (11) :82 - 83 3 　Stacchino C , Bona G, Bonettic F et al . Detoxification process for Glu2 taraldehyde - treated bovine pericardium :biological , chemical and me2 chanical characterization. J Heart Valve Dis , 1998 , 7 (2) :190 - 194 4 　龙　隆 ,陈胜喜 ,龚光甫 等. 醇对戊二醛鞣制的牛心包防钙化 改性的实验研究. 中国现代医学杂志 ,2001 ,11 (8) :46 - 47 5 　Ogle MF , Kelly SJ , Bianco RW et al . Calcification resistance with a2 luminum - ethanol treated porcine aortic valve bioprostheses in juvenile sheep . Ann Thorac Surg , 2003 ,75 (4) :1 267 - 1 273 6 　刘　侠 ,万昌秀 ,乐以伦. AKP 与生物瓣钙化的研究 I :血磷与生 物瓣材料的钙化. 中国生物医学工程学报 ,1999 ,18 (1) :1 - 14 7 　Gott JP , Girardot MN , Girardot JMD et al . Refinement of the alpha aminodeic acid bioprosthetic valve anticalcification technique. Ann Thorac Surg , 1997 ,64 (1) :50 - 58 8 　张中明 ,董红燕 ,刘金东 等. 血管内皮生长因子基因转移促进 异种生物瓣膜宿主内皮化的实验研究. 中华医学杂志 ,2001 ,81 (17) :1 074 - 1 077 9 　Trantina Yates AE , Human P , Bracher M et al . Mitigation of biopros2 thetic heart valve degeneration through biocompatibility : in vitro versus spontaneous endothelialization. Biomaterials , 2001 , 22 (13) : 1 837 - 1 846 10 　Vesely I , Barber J E , Ratliff NB. Tissue damage and calcification may be independent mechanisms ofbioprosthetic heart valve failure. J Heart Valve Dis , 2001 ,10 (4) : 471 - 477 11 　刘维永. 心脏瓣膜外科的现状与发展趋势. 中国心胸血管外科 临床杂志 ,1999 ,6 (2) :65 - 66 12 　Langdon SE , Chernecky R , Pereira CA et at . Biaxial mechenical structural effects of equibiaxial strain during cross linking of bovine pericardial xenograft materials. Biomaterials ,1999 , 20 :137 - 153 13 　陈文生 ,刘维永 ,汪　钢 等. 新生动物同种主动脉带瓣管道移 植的免疫反应与钙含量的相关性. 心脏杂志 ,2002 ,14 (1) :22 - 24 14 　Human P , Zilla P. Characterization of the immune response to valve bioprostheses and its role in primary tissue failure. Ann Thorac Surg , 2001 ,71 (5) :385 - 388 15 　宋志钢 ,徐志云 ,张宝仁 等. 应用自体心包瓣置换术治疗主动 脉瓣病变. 中国心胸血售外科临床杂志 ,2001 ,8 (1) :1 - 4 16 　张小榕. 器官冻存与移植排斥反应. 国外医学免疫学分册 , 2000 ,23 (2) :68 - 70 17 　王荣平 ,殷桂林 ,李斌广. 冷冻保存同种带瓣管道的活性研究. 中华实验外科杂志 ,2002 ,19 (1) :64 - 65 18 　Kent PD , Tazelaar HD , Edwards WD et al . Temporal changes in the surgical pathology of prosthetic aortic valve : a studay of 157 cases spanning 26 year (1970 - 1995) . Cardiovasc Pathol , 1998 ,7 (1) :9 - 23 19 　Hoerstrup SP , Zund G, Schoeberlein A et al . Fluorescence activated cell sorting : a reliable method in tissue engineering of a bioprosthetic heart valve. Ann Thorac Surg , 1998 ,66 (5) :1 653 - 1 657 20 　廖仲恺 ,胡盛寿 ,周建业 等. 静态与动态下脱细胞猪主动脉瓣 种植入成纤维细胞初步研究. 生物医学工程与临床 ,2002 ,6 (2) :61 - 63 ( 2003 - 12 - 25 收稿 ,责任编辑　郭　青) 036 武警医学 (Medical Journal of the Chinese People’s Armed Police Forces) Vol . 15 No. 08 2004 - 08 出版