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人工生物瓣膜退化衰败的机制及预防

中华胸心血管外科杂志 2023年第3期39卷 180-185页

作者：储庆高华炜中国医学科学院阜外医院心外科北京100037

人工生物瓣膜的结构性退化和衰败是限制生物瓣膜使用寿命的重要原因。探讨生物瓣膜结构性退化和衰败的分子机制和病理过程是改善瓣膜耐久性和提高生物瓣膜置换患者预后的重要方式。本文系统总结了生物瓣膜结构性退化和衰败的定义、发病... 详细信息

人工生物瓣膜的结构性退化和衰败是限制生物瓣膜使用寿命的重要原因。探讨生物瓣膜结构性退化和衰败的分子机制和病理过程是改善瓣膜耐久性和提高生物瓣膜置换患者预后的重要方式。本文系统总结了生物瓣膜结构性退化和衰败的定义、发病机制、相关分子通路以及预防策略,希望为生物瓣膜退化和衰败机制研究和临床干预靶点的开发提供理论依据。

关键词：生物瓣膜瓣膜置换分子通路病理过程预防策略发病机制干预靶点分子机制

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生物瓣膜流固耦合分析的PISO算法研究

机械科学与技术 2018年第1期37卷 19-23页

作者：申炳申袁泉王志超唐丹朱宏伟山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室济南250061

应用任意拉格朗日欧拉法推导了生物瓣膜与血液的耦合方程,并借助压力隐式算子分割算法对血液的动量方程进行离散,得到耦合过程的速度迭代方程。根据Fluent中的压力隐式算子分割算法PISO(Pressure implicit with splitting of operators... 详细信息

应用任意拉格朗日欧拉法推导了生物瓣膜与血液的耦合方程,并借助压力隐式算子分割算法对血液的动量方程进行离散,得到耦合过程的速度迭代方程。根据Fluent中的压力隐式算子分割算法PISO(Pressure implicit with splitting of operators)对生物瓣膜模型进行动态力学分析,得到了生物瓣膜的变形情况。仿真分析结果显示生物瓣膜的变形主要发生在每片瓣叶的自由边,而腹部的变形较小,而且在瓣膜打开的过程中自由边会出现卷曲。对生物瓣膜使用同样的环境进行脉动流实验模拟,得到了相同的结果。仿真和实验结果证明,该方法可以用在生物瓣膜的流固耦合分析中,同时也为生物瓣膜的进一步优化提供了参考。

关键词：生物瓣膜流固耦合压力隐式算子分割算法脉动流实验

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生物瓣膜新型交联改性方法及免疫性能研究

生物瓣膜新型交联改性方法及免疫性能研究

作者：许良鹏四川大学

学位级别：硕士

心血管疾病是威胁人类健康的头号杀手,其死亡率远高于癌症和传染病等其他疾病。心脏瓣膜疾病是最主要的心血管疾病之一,由于瓣膜自身结构和功能发生损坏从而影响血液的正常流动以至造成心脏功能异常,严重影响着患者的寿命和生活质量。... 详细信息

心血管疾病是威胁人类健康的头号杀手,其死亡率远高于癌症和传染病等其他疾病。心脏瓣膜疾病是最主要的心血管疾病之一,由于瓣膜自身结构和功能发生损坏从而影响血液的正常流动以至造成心脏功能异常,严重影响着患者的寿命和生活质量。相比药物治疗和瓣膜修复术,瓣膜置换术具有更高的可适用范围从而被广泛使用。相比于机械瓣,生物瓣无需终生抗凝治疗且生物相容性和血流动力学特性更好。同时,随着微创介入技术的发展,经导管介入心脏瓣膜置换技术因无需进行开胸手术和体外循环等优点而给心脏疾病患者带来了曙光。临床上,生物瓣和介入瓣都由戊二醛交联异种组织制备而得,经戊二醛处理后,异种组织可降低其免疫原性、稳定细胞质基质(ECM)成分和提高力学性能。但是越来越多研究显示,戊二醛交联的生物瓣膜容易因钙化、血栓和内皮化困难等情况从而使瓣膜发生早期衰败。同时,在植入失效的生物瓣膜内也发现了强烈的宿主免疫细胞活动,表明免疫细胞在生物瓣膜的降解和失效过程中扮演了重要的角色。因此,发展新型交联方法或改善戊二醛交联方法自身存在的缺陷来制备具有优异抗钙化性能、抗凝血性能、免疫性能等的生物瓣膜成为了目前的研究热点。1.自由基聚合交联猪主动脉瓣用于提高细胞相容性和抗钙化性能的研究自由基聚合交联法由于反应条件温和、应用范围广等优点已被广泛应用于聚合物和水凝胶的制备。猪主动脉瓣作为一种常用于制备生物瓣膜的异种组织,其组成结构和生理性能更接近于人体瓣膜。因此,以猪主动脉瓣为基底,引入甲基丙烯酸酐与异种组织上的氨基基团发生反应,再经引发剂作用引发自由基交联从而形成组织内的交联网络,得到自由基聚合交联猪主动脉瓣。与传统戊二醛交联猪主动脉瓣相比,具有相当的胶原蛋白稳定效果和双轴力学性能,同时表现出更为优异的生物相容性和抗钙化性能,有望提高瓣膜的使用寿命及实现在临床上的进一步使用。2.巨噬细胞与不同交联处理生物瓣膜的相互作用研究虽然在对植入失效的戊二醛交联生物瓣膜组织的检查中显示出了宿主巨噬细胞活动的存在,然而对于这些巨噬细胞如何被招募至组织周围以及其如何导致瓣膜组织功能失效的具体机制尚不可知。同时研究发现,巨噬细胞的极化表型和其参与瓣膜组织降解失效过程与瓣膜组织的交联处理方式有密切关系。因此,我们采用体外细胞模型人白血病单核细胞THP-1探究与不同交联方式(戊二醛交联和自由基聚合交联)得到的生物瓣膜的相互作用,以期获得不同交联生物瓣膜的体外免疫性能以及交联方式对材料降解失效的具体影响机制。研究结果显示,与戊二醛交联生物瓣膜相比,自由基聚合交联生物瓣膜不影响巨噬细胞的生长和繁殖并维持细胞正常的形态和生理功能,同时,对材料表面生长的巨噬细胞分泌的生长因子的PCR测定显示自由基聚合交联瓣膜分泌更少的促炎因子和更多的抗炎因子,反映出该交联方法有利于降低炎症反应而促进组织的修复和重建。3.贻贝仿生两性离子聚合物涂层用于提高戊二醛交联猪心包血液相容性和抗钙化性能的研究经导管主动脉瓣植入术是一种微创介入的生物瓣膜置换术,因其手术无需开胸、创伤小、恢复时间快等优点而成为治疗结构性心脏疾病的重要突破之一。然而,经导管主动脉瓣瓣叶材料仍经戊二醛溶液交联处理,而其本身游离戊二醛的高毒性或残留醛基基团与钙离子的高亲和力容易导致生物瓣膜因钙化或炎症反应等原因而发生结构性退化。同时,戊二醛交联瓣膜容易引起血栓,从而可能导致瓣叶功能紊乱,增加卒中风险。因此,在本章研究中,通过自由基聚合交联反应在戊二醛交联心包基质上修饰贻贝仿生两性离子聚合物涂层以期改善传统戊二醛交联心包细胞毒性高、血液相容性差等特点,制备一种生物相容性优异,抗钙化性能良好的生物瓣膜。与传统戊二醛交联瓣膜相比,目标制备瓣膜材料拥有超亲水潜能,显现出优异的抗血小板和蛋白黏附性能,因此可有效降低其血栓形成率。同时,目标瓣膜材料几乎不具备细胞毒性,通过大鼠皮下植入实验表明其拥有很好的抗钙化性能。

关键词：生物瓣膜自由基聚合交联生物相容性免疫性能抗钙化性能

基于戊二醛和非戊二醛处理体系制备的生物瓣膜材料的血液相容性评估

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中国胸心血管外科临床杂志 2023年第9期30卷 1323-1328页

作者：温晓晓潘文志张坤潘孔荣周达新葛均波沛嘉医疗科技(苏州)有限公司江苏苏州215000 复旦大学附属中山医院心内科中国医学科学院心血管技术与器械创新单元上海200032

目的评估戊二醛处理体系与非戊二醛处理体系制备的牛心包生物瓣膜材料的血液相容性。方法新鲜牛心包剥离脂肪组织后采用戊二醛处理或非戊二醛处理。通过溶血试验、体外纤维蛋白原吸附、血小板黏附、凝血酶-抗凝血酶复合物(thrombin-anti... 详细信息

目的评估戊二醛处理体系与非戊二醛处理体系制备的牛心包生物瓣膜材料的血液相容性。方法新鲜牛心包剥离脂肪组织后采用戊二醛处理或非戊二醛处理。通过溶血试验、体外纤维蛋白原吸附、血小板黏附、凝血酶-抗凝血酶复合物(thrombin-antithrombin complex,TAT)检测、补体激活及半体内血液循环实验,评估两种生物瓣膜材料的血液相容性。结果溶血实验结果表明两种材料的溶血率均生物瓣膜材料表现出明显降低的纤维蛋白原吸附、血小板黏附和血栓生成。结论相比戊二醛处理,非戊二醛处理体系制备的牛心包生物瓣膜材料具有较好的血液相容性。

关键词：生物瓣膜牛心包戊二醛碳二亚胺血液相容性

一种非戊二醛化学体系处理的生物瓣膜材料的生物相容性研究

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中国胸心血管外科临床杂志 2022年第12期29卷 1653-1659页

作者：温晓晓张坤潘孔荣汪文涛潘文志沛嘉医疗科技(苏州)有限公司江苏苏州215000 复旦大学附属中山医院心内科中国医学科学院心血管技术与器械创新单元上海200032

目的研究一种基于非戊二醛化学体系处理的生物瓣膜材料的生物相容性,为其临床应用提供安全性数据。方法所有实验均参照GB/T16886系列标准:采用噻唑蓝法进行体外细胞毒性实验;取15只豚鼠,分为实验组(n=10)和对照组(n=5),进行皮肤致敏实验... 详细信息

目的研究一种基于非戊二醛化学体系处理的生物瓣膜材料的生物相容性,为其临床应用提供安全性数据。方法所有实验均参照GB/T16886系列标准:采用噻唑蓝法进行体外细胞毒性实验;取15只豚鼠,分为实验组(n=10)和对照组(n=5),进行皮肤致敏实验;取3只新西兰大白兔,每只动物左右两侧背部各取5个点作为实验部位和对照部位,进行皮内反应实验;取20只ICR小鼠,随机分为4组:实验组(极性介质)、对照组(极性介质)、实验组(非极性介质)、对照组(非极性介质),每组5只,开展急性全身毒性实验;取40只SD大鼠,分为实验组(n=20)和对照组(n=20),开展亚慢性全身毒性实验。结果非戊二醛化学体系处理的生物瓣膜材料100%样品浸提液的细胞活力为75.2%,皮肤致敏阳性率为0.0%,皮内反应最终计分为0分,急性全身毒性实验中实验组与对照组动物体重差异无统计学意义(P>0.05),亚慢性全身毒性实验中实验组与对照组体重、主要器官重量、血常规和血生化数据差异均无统计学意义(P>0.05)。结论非戊二醛化学体系处理的生物瓣膜材料具有良好的生物相容性,符合国家相关标准,有可能应用于临床瓣膜置换中。

关键词：生物瓣膜牛心包碳二亚胺生物相容性毒性反应

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人工生物瓣膜血流动力学行为的有限元分析

材料研究学报 2018年第1期32卷 51-57页

作者：刘晨杨理践张兴沈阳工业大学信息科学与工程学院沈阳110870 中国科学院金属研究所沈阳110016

使用脉动工作站检测生物瓣膜在近似生理条件下的血流动力学特性,结合有限元分析研究了生物瓣膜在心动周期过程中的微观应力和应变情况,寻求一种快速评价人工心脏瓣膜结构—力学性能间关系的方法。结果表明,生物瓣膜(Edwards #2625)在体... 详细信息

使用脉动工作站检测生物瓣膜在近似生理条件下的血流动力学特性,结合有限元分析研究了生物瓣膜在心动周期过程中的微观应力和应变情况,寻求一种快速评价人工心脏瓣膜结构—力学性能间关系的方法。结果表明,生物瓣膜(Edwards #2625)在体外脉动流检测条件下的平均跨瓣压差为10.8 mmHg、有效开口面积为2.0 cm^2、返流百分比为8.4%,均符合ISO-5840国际检测标准。生物瓣膜有限元模拟结果揭示其在收缩期最大主应力达到425 kPa,应力集中在弯曲变形严重的腹部以及瓣叶缝合边;舒张期最大主应力为1.46 MPa,应力集中在瓣叶缝合边的两侧。在脉动检测的不同时间点,瓣膜有限元模型开口面积均与实验条件下样品的开口面积近似,证明了有限元模拟结果的可靠性。本文提出的体外脉动流检测实验与有限元仿真计算相结合的方法,为评价人工心脏瓣膜的结构—力学性能间关系提供一种高效可靠的途径。

关键词：有机高分子材料生物瓣膜血流动力学特性应力分布有限元分析脉动流检测

主动脉瓣生物瓣膜安全性的系统评价与meta分析

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北京大学学报（医学版） 2020年第3期52卷 547-556页

作者：曾保起于树青陈瑶翟伟刘斌詹思延孙凤北京大学公共卫生学院流行病与卫生统计学系北京100191 北京市药品不良反应中心北京100024

目的:采用系统评价和meta分析的方法评价主动脉瓣置换术中使用生物瓣膜的远期安全性结局。方法:计算机系统检索Medline、Embase、Web of Science、CENTRAL、ClinicalTrial.gov、SinoMed、中国知网、维普和万方数据库在2000年1月1日至201... 详细信息

目的:采用系统评价和meta分析的方法评价主动脉瓣置换术中使用生物瓣膜的远期安全性结局。方法:计算机系统检索Medline、Embase、Web of Science、CENTRAL、ClinicalTrial.gov、SinoMed、中国知网、维普和万方数据库在2000年1月1日至2019年1月26日期间发表的随机临床试验、非随机临床试验、队列研究和病例系列研究,纳入标准还包括使用生物瓣膜进行主动脉瓣膜置换术、平均随访时间≥5年、报告了相关安全性结局等。提取研究特征和相关数据,使用Stata 14.0进行meta分析。结果:最终纳入53篇文献共57个研究组,包含47803名患者。(1)全因死亡率为6.33/100人年(95%CI:5.85~6.84),亚组分析结果显示,猪瓣膜和牛心包瓣膜的死亡率分别为5.69/100人年(95%CI:5.05~6.41)和7.29/100人年(95%CI:6.53~8.13);有支架和无支架瓣膜的死亡率分别为6.69/100人年(95%CI:6.12~7.30)和5.21/100人年(95%CI:4.43~6.14)。(2)血栓栓塞的发生率为1.16/100人年(95%CI:0.96~1.40),心脏起搏器植入率为1.08/100人年(95%CI:0.75~1.54),再手术率为0.77/100人年(95%CI:0.65~0.91),脑卒中的发生率为0.74/100人年(95%CI:0.51~1.06),结构性瓣膜退化的发生率为0.73/100人年(95%CI:0.59~0.91),大出血的发生率为0.52/100人年(95%CI:0.41~0.65),心内膜炎的发生率为0.38/100人年(95%CI:0.33~0.44),非结构性瓣膜退化的发生率为0.20/100人年(95%CI:0.13~0.31)。结论:生物瓣膜的全因死亡率为6.33/100人年,血栓栓塞、心脏起搏器植入、再手术、脑卒中和结构性瓣膜退化是主要的远期并发症。

关键词：主动脉瓣置换生物瓣膜系统评价 Meta分析

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生物瓣膜置换术治疗瓣膜性心脏病临床观察

社区医学杂志 2023年第1期21卷 21-25页

作者：钱磊季爱华张文剑赵文奇潍坊市益都中心医院心脏大血管外科山东潍坊262500 潍坊市益都中心医院血管外科山东潍坊262500

目的探讨生物瓣膜置换术治疗瓣膜性心脏病的临床效果、并发症及生活质量的影响。方法回顾性分析2020-01-01-2020-12-31潍坊市益都中心医院接受治疗的55例瓣膜性心脏病患者临床资料和治疗情况,行机械瓣膜置换术治疗的25例瓣膜性心脏病患... 详细信息

目的探讨生物瓣膜置换术治疗瓣膜性心脏病的临床效果、并发症及生活质量的影响。方法回顾性分析2020-01-01-2020-12-31潍坊市益都中心医院接受治疗的55例瓣膜性心脏病患者临床资料和治疗情况,行机械瓣膜置换术治疗的25例瓣膜性心脏病患者为机械瓣膜置换术组,行生物瓣膜置换术治疗的30例瓣膜性心脏病患者为生物瓣膜置换术组。分析比较2组患者临床效果和并发症发生情况,比较2组患者左心室射血分数(EF)、左心房内径(LA)、心脏瓣膜两边压力阶差(PG)和左心室舒张末期内径(LVEDD)心功能指标水平,采用生活质量普适量表(QOL-35)分析2组生活质量。结果生物瓣膜置换术组病态率为3.33%,低于机械瓣膜置换术组的28.00%,χ^(2)=4.838,P=0.028;治疗成功率为93.33%,高于机械瓣膜置换术组的60.00%,χ^(2)=8.882,P=0.003;2组患者死亡率比较,差异无统计学意义,P>0.05。生物瓣膜置换术组手术进行时间为(80.00±19.20)min,短于机械瓣膜置换术组的(120.75±24.20)min,t=7.225,P瓣膜置换术组的(12.25±2.35)d,t=9.173,P生物瓣膜置换术组术后并发症发生率为3.33%,低于机械瓣膜置换术组的28.00%,差异有统计学意义,χ^(2)=8.882,P=0.003。治疗前,2组患者EF、LA、PG和LVEDD各项心功能指标水平比较,差异无统计学意义,均P>0.05;治疗后,生物瓣膜置换术组EF水平为(71.35±6.15)%,高于机械瓣膜置换术组的(68.35±6.16)%,t=1.888,P瓣膜置换术组的(30.73±6.12)mm,t=0.351,P瓣膜置换术组的(14.25±4.60)mmHg,t=0.304,P瓣膜置换术组的(48.40±5.20)mm,t=0.708,P0.05;治疗后,生物瓣膜置换术组上述各项指标评分均高于机械瓣膜置换术组,差异有统计学意义,均P瓣膜性心脏病患者接受生物瓣膜置换术治疗,成功率明显高于行机械瓣膜置换术者,而且手术操作时间、住院时间更短,安全性更高,利于改善心功能指标水平,提高生活质量。

关键词：机械瓣膜生物瓣膜置换术瓣膜性心脏病并发症生活质量

基于戊二醛和非戊二醛处理体系制备的生物瓣膜材料的血液相容性评估

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中国胸心血管外科临床杂志 2023年

作者：潘文志温晓晓张坤潘孔荣周达新葛均波沛嘉医疗科技(苏州)有限公司复旦大学附属中山医院心内科中国医学科学院心血管技术与器械创新单元

目的评估戊二醛处理体系与非戊二醛处理体系制备的牛心包生物瓣膜材料的血液相容性。方法新鲜牛心包剥离脂肪组织后采用戊二醛处理或非戊二醛处理。通过溶血试验、体外纤维蛋白原吸附、血小板黏附、凝血酶-抗凝血酶复合物(thrombin-an... 详细信息

关键词：生物瓣膜牛心包戊二醛碳二亚胺血液相容性