1、國產人工心臟瓣膜綜述國產人工心臟瓣膜綜述人工心臟瓣膜是指可植人心臟內代替心臟瓣膜,具有天然心臟瓣膜功能的人工器官.當心臟瓣膜病變嚴重而不能采用瓣膜分離手術或修補手術來恢復或改善瓣膜功能時,則須采用人工心臟瓣膜置換術.人造心臟瓣膜主要分為 2 大類 :一是機械瓣 ,二是生物瓣.我國機械瓣使用量在90%以上 ,生物瓣的使用量不到10%,造成這種情況的主要原因是我國瓣膜以風濕性心臟病應用為主,病人多為2040歲的青壯年.由于生物瓣耐 久性差（710年即損壞）,10多年后需 進行第 2 次換瓣手術,而機械瓣可終身植入 ,因此機械瓣更適合我國國情.本文就國內機械瓣膜市場,產品性能比較及發展趨勢做一評述,

2、以期對我國機械心臟瓣膜產業的推進發展有所裨益.機械心臟瓣膜市場目前 ,人工機械瓣膜可分為單葉式瓣膜及雙葉式瓣膜.單葉瓣膜為第 2 代人工心臟瓣膜,已屬于性能落文/王睿李海平鄭光明馬利川北京思達醫用裝置有限公司后的產品,位于退出市場的地位.雙葉式瓣膜為第 3 代人工心臟瓣膜,其血液流體力學性能優異,臨床效果良好,自推出后即迅速獲得了世界范圍內臨床醫師的廣泛認可,截至目前,雙葉式瓣膜占全球機械心臟瓣膜市場的90%以上 .目前心臟瓣膜市場上的雙葉式瓣膜主要有以下幾種：美國st.JudeM (SJM),美國 Medtronic 的 ATS 瓣膜，美 國 On-X 瓣膜 ,意大 1Sorin 瓣膜 (包

3、括 CarboMedics瓣膜)及北京思達醫用裝 置有限公司(簡稱 "北京思達") 的 GK 型雙葉式人工心臟瓣膜.除前4 個國外企業以外 ,北京思達為國內也是亞洲唯一一家可以生產雙葉式心臟瓣膜的企業.二,國內外機械心臟瓣膜產品性能比較1.產品比較 (1)產品結構比較 雙葉式瓣膜由瓣環,雙瓣葉,加固圈 ,加固絲及外層縫合布構成, 其中 ,瓣環和瓣葉為關鍵部件.不同廠家雙葉式瓣膜的差別也集中于瓣環,瓣葉及兩者如何相互配合的結構設計.美國St.Jude瓣膜,On-X瓣膜， 意大 1Sorin 瓣膜的結構相同,均為凹陷式結構,即瓣環內壁有8 字形凹槽如圖1(a)所示，瓣葉通過瓣葉

4、側壁的凸起球與凹槽相互配合如圖1(b)所示以構成瓣膜結構.凹陷式設計較簡單,解決了雙葉式瓣膜瓣環和瓣葉如何配合的問題 ,但由于其結構本身限制 ,不可避免地帶來了一些問題,其中最主要的是安全性及形成血栓問題.機械心臟瓣膜為終身植入式產品,凹陷式結構中瓣環和瓣葉的相互配合僅僅依靠瓣葉耳狀凸起在八字凹槽內的轉動,耳狀凸起既是轉動軸又是限位軸,在患者終身幾億次瓣膜的快速啟閉過程中 ,瓣膜啟閉形成的應力始終集中于瓣葉耳狀凸起上,從而使得瓣葉耳狀凸起潛在斷裂的幾率變大,增大了產品的安全性隱患.同時,由于瓣環內壁新贏丑料產業NO.82011日為凹陷式結構,血液流過瓣環和瓣葉的配合間隙時如圖1(b)中箭頭所示

5、 在凹陷處不可避免地會產生淤積現象 ,增大了對血細胞和血小板的潛在損傷,從而使得血栓發生的幾率大大增加.經過不斷研究和創新，ATS公司于 1992 年推出開放式結構的雙葉式瓣膜,北京思達也于 2005年推出杵臼式結構的 GKS 瓣膜 ,從而解決了凹陷式結構瓣膜的上述2 個難題.開放式結構和杵臼式結構的設計理念基本相同 ,其設計均為將瓣葉凸球變為凹球如圖1(d)所示,將瓣環內壁構建凸球與瓣葉凹球相互配合,同時增加凸起結構以控制瓣葉啟閉和限制瓣葉轉動角度如圖1(C)所示，即使得轉動軸與限位軸分開設計.由于此 2 種結構增加了凸起結構來限制瓣葉轉動,瓣膜啟閉時形成的應力均勻分散于瓣葉（a）(c)整體

6、,消除了凹陷式結構應力集中于瓣葉耳狀凸起的缺陷 ,從而大大增強了產品的安全性.同時, 由于凸起結構消除了凹陷式設計瓣環和瓣葉配合間隙中存在的凹陷,其凸起球稍稍凸出血流之中 ,血液流過瓣環和瓣葉配合間隙時如圖1(d)中箭頭所示可提供持續被動沖洗,減少了血液的淤積,從而減小了血栓形成的幾率.從凹陷式結構到開放式結構(杵臼式結構),雖然看似僅僅為瓣環和瓣葉凹陷與凸起的相互轉換,十分簡單,但實際上牽涉到內壁復雜結構的加工 ,產品的拋光及相互配合等諸多難題 ,因此 ,雖然開放式結構推出甚久,但目前世界上仍只有美國 Medtronic的 ATS 瓣膜和北京思達的 GK 型雙葉式人工心臟瓣膜解決了此結構帶來

7、的相關技術難題,采用了開放式結構設計 （杵臼式結構）.具有開放式（杵臼（b）（d）圖1不同雙葉式瓣膜瓣環設計（algc）及瓣環瓣葉配合方式（b和d）唧 AdvancedMaterialsIndustry式 ）結構的雙葉瓣膜也被譽為第4 代人工心臟瓣膜.（2）產品材料比較美國St.Jude瓣膜，美國Medtronic的 ATS 瓣膜 ,美國On X 瓣膜 ,意夫利Sorin 瓣膜及北京思達的 GK 型雙葉式人工心臟瓣膜的主體材料無差別,均為熱解碳材料.熱解碳材料是碳氫化合物氣體（如丙烷,甲烷等 ）在高溫爐內經熱解 ,縮聚等復雜過程使碳沉積在基體 （如石墨材料等）上而制成的 .由于其血液相容性及耐

8、久性均非常優異,熱解碳材料已經是世界公認最適用于制作人工心臟瓣膜的材料.在加固圈和加固絲方面,上述公司產品均采用醫用鈦合金材料.在最外層縫合布方面,上述公司產品也均采用了醫用滌綸編織布.其中 ,SOri12公司的醫用滌綸編織布上蒸鍍了一層碳原子涂層,但并無相關臨床報道顯示其具有更大的性能優勢.2 .產品性能比較（1）耐久性比較人工心臟瓣膜作為一種長期植入人體的人造器官 ,不僅要有優良的性能 ,更重要的是可靠性強,耐久性好,期望其能在人體內正常工作幾十年.人工心臟瓣膜的疲勞壽命與患者的生命緊密相關.國內現行標準(GB122792008)規定人工機械心臟瓣膜壓力測量系統應至少有1000Hz 固有頻

9、率,連續進行試驗直到破壞為止要至少循環380 X 106(3.8億次)次,即相當于在正常生理條件下工作10 年以上 .對 SJM 雙葉瓣膜 ,GK 型雙葉式人工心臟瓣膜進行體外加速試驗,試驗結果如圖 2,圖 3 所示 .因轉動關節處和瓣環內部無法準確地觀察和記錄,僅能對瓣葉進行觀察和對比分析.從圖中可以看出 SJM 雙葉瓣膜的瓣葉邊緣瓣的跨瓣壓差較大,而 GK 型雙葉式人工心臟瓣膜，CarboMedics瓣膜,ATS瓣膜及 SJM 瓣膜的跨瓣壓差均較小 ,測量數值相互問相差不大.(3)返流量比較返流量是瓣膜完成一次啟閉過程(個循環周期) 內反向通過瓣膜的流體體積,它是關閉量和泄漏量之和.返流量

10、是人工心臟瓣膜體外流體力學實驗最重要的性能指標之一.返流量過大表明瓣膜間隙過大,導致反向泄漏量過大;返流量過小則表示瓣膜間隙過小往往導致瓣膜卡死.這 2 種情況都會導致病人死亡,因此都是絕對不允許的.從圖 5 可以看出,在選用同一型號 （27M） 的雙葉式心臟瓣膜,不同心輸出量的測量條件下 ,SJM 瓣膜和 ATS 瓣膜的雙葉瓣返流量相較于CarboMedics,Sorin和 GK 型雙葉式人工心臟瓣膜的返流量稍大,但 5 種型號雙葉式瓣膜的返流量均符合要求.3 .臨床調查比較中國人民解放軍成都軍區總醫院的張近寶等對北京思達機械瓣膜的臨床血流動力學進行了比較,選取了90 例符合病例要求的患者,

11、以其中39例應用北京思達機械瓣膜（其中單葉嘲I增蝌瓣 27 例 ,雙葉瓣l2 例）替換術病人為研究對象，取同期接受ATS機械瓣膜（其中單葉瓣33例,雙葉瓣18例）替換術的 51 例病人為對照組.通過術后體表心動超聲和彩色多譜勒檢查,觀察比較 2 種人工心臟瓣膜的血流動力學情況 .術后 6 個月心動超聲隨訪結果表明 ,北京思達機械瓣膜與ATS 機械瓣膜在最大跨瓣壓差,平均跨瓣壓差,最大跨瓣流速和平均跨瓣流速方面無統計學差異,表明北京思達機械瓣膜具有優良的血流動力學特性.福建醫科大學附屬協和醫院的曹華等分析和比較了 21mm 國產GK 型雙葉式人工心臟瓣膜與進口CarboMedics雙葉機械瓣膜在

12、主動脈瓣置換術后的心功能變化及臨床療效,對 326例患者行主動脈瓣人工機械瓣膜置換術.其中 ,198例患者植 GK型雙葉式人工心臟瓣膜,128例患者植入CarboMedics雙葉機械瓣膜；主動脈瓣置換者l12 例,主動脈瓣及二尖瓣置換者共214 例.在術前和術后3個月 ,術后6 個月及術后 1 年期間 ,采用彩色多普勒超聲心動圖檢測 2 組患者的左心室射血分數（LVEF）,主動脈瓣跨瓣壓差 ,有效瓣口面積的變化 ,從而進行對比分析,術后隨訪的326 例患者無一例死亡.同時分析比較2 組瓣膜置換者術后34"月 ,術后64-月及術后 1 年的主動脈跨瓣壓差及有效瓣口面積 ,結果表明GK

13、型雙葉式人工心臟瓣膜與CarboMedics雙葉機械瓣膜相比無明顯差異,術后恢復效果理想.河南弘大心血管病醫院的王平凡等對國產 GK 型雙葉式人工心臟瓣膜植入人體后的早期臨床療效和近中期療效進行了隨訪,隨訪跟蹤了 412例應用GK 型雙葉式人工心臟瓣膜的患者,其中 ,二尖瓣置換23 咧 ,主動脈瓣置換108fY, 二尖瓣置換+主動脈瓣置換74例.412例患者共植/GK 型雙葉式人工心臟瓣膜486枚,其中 ,二尖瓣30做,主動脈瓣 l82 枚.同期 ,選擇應用進口ATS雙葉機械瓣膜的 618 例患者為對照組,在相同條件下,術后監測血流動力學指標 ,心功能恢復程度,并定期隨訪是否發生與瓣膜相關的并

14、發癥,比較兩者的差異.隨訪64-月5年的結果表明，99的患者心功能由術前加一IV級提高為I - II級，表明國產GK型雙葉式人工心臟瓣膜臨床應用取得了良好的近中期療效 ,與進口雙葉瓣膜無明顯差別 , 同時其平均住院花費低于進口瓣膜.AdvancedMaterialsIndust23456圖5從左肇右依次為 ;心輸出量 /(L/min)國產與進口雙葉瓣膜(27M)不同心輸出量時瓣膜關閉返流量較O9876S432tO此外 ,尚有多篇文獻對國產GK 型雙葉式人工心臟瓣膜的臨床效果進行了短期或中長期隨訪,通過與國外瓣膜對照組相互比較,結果表明國產GK型雙葉式人工心臟瓣膜的臨床使用效果良好 ,與國外瓣膜

15、的臨床應用無統計差異 ,為安全可靠的理想選擇 .三機械瓣膜發展趨勢1 .對機械瓣膜材料的研究在機械瓣膜材料方面,熱解碳是截至目前公認最好的制作機械瓣膜的材料 ,其硬度和強度高 ,耐磨性好 ,生物相容性好 ,質量輕 ,加工性能好,因此很適合做機械瓣膜.所以,目前市場上的主要產品完全采用熱解碳材料來制備.未來除非能研制成功各方面性能完全超越熱解碳的新材料,否則熱解碳作為機械瓣膜材料的主體地位不會發生變化 .2 .對機械瓣膜結構的改進機械瓣膜結構上的優化可以模擬分析 ,試驗測試及臨床統計分析為基礎 ,調整優化瓣膜結構參數來改善原有的跨瓣壓差,溶血,致栓等缺陷 .要合理地優化瓣膜參數,就必須清楚地了解

16、瓣膜工作時的血流動力學特性 .血流動力學是流體力學與生物工程學等多學科的交叉學科,隨著流體力學相關分析軟件的功能日趨強大和測試技術水平的提高 ,通過適當建立模型 ,合理設定邊界條件可對瓣膜的血流流場及其特定部位進行精確的定性,定量分析 ,從而優化瓣膜的設計參數 ,縮短設計周期 .據俄科學信息 )雜志報道,俄長期從事人工心臟瓣膜研究的 "三個石炭紀 "公司在現有的雙瓣葉人工機械心臟瓣膜基礎上,開發出由 3 個瓣葉構成的人工機械心臟瓣膜.俄科學院精密機械研究所專家據對這種人工心臟瓣膜進行的試驗結果稱新式人工心臟瓣膜能保證正常的血液流動 ,接受移植的人其血壓與正常心臟瓣膜產生的血

17、壓相差不超過5mmHg.理論上,三葉瓣與人體中的三尖瓣在形態上更接近,血流動力學更好,但是與現有雙瓣葉機械心臟瓣膜相比 ,三葉瓣多出一個葉片,即增加了 2個轉動軸,瓣膜潛在的不穩定性和風險勝大大增加 ,同時 ,其血液動力學性能比雙葉瓣并沒有絕對性的提高,因此三葉瓣并沒有進入市場.3 .對瓣膜抗血栓性能的研究熱解碳材料的血液相容性很好,但對人體而言始終是異物 ,很容易形成血栓 ,因此 ,植入機械瓣膜后需終生進行抗凝.一直以來,人們在不斷針對熱解碳材料進行改性,以提高機械瓣膜材料的血液相容性,避免患者終身服用抗凝藥.對于生物醫用材料,表面改性的目的是提高人體植入物的生物相容性 ,植入人體的生物醫用

18、材料的表面粗糙度 ,濕潤度 ,化學組成,結晶度,異質和表面電荷等表面性能對其生物相容性有直接的影響.對于和血液相接觸的植入體,由于血小板,血細胞和蛋白質帶有負電荷,血管壁也呈現負電性(-813mV),因而在血栓形成中 表面電荷是很重要的.研究發現,材料表面帶有適量的負電荷會產生某種蛋 白質的吸附,形成鈍化層,使得材料對血液的毒害性減小,從而具有更好的血液相容性,例如二氧化鈦(xio),氮化鈦(TiN),碳化鈦(TiC),TaN (氮化鑰),碳化硅(SiC),三氧化二鋁 (AlO,),類金剛石膜，都可以提高植 入體的抗腐蝕性和血液相容性.在材料表面改性處理方法中,表面改性鍍膜與基體結合的緊密強度,防脫落程度,力學性能 ,工藝可行性及經濟性是 材料選擇和優化的關鍵 . 但從目前的實驗結果來看,以上研究僅停留在