改良小兒胸腔鏡心臟外科股動靜脈插管的實驗研究.pdf

1、第一部分：改良小兒股動靜脈插管的研制
　　一、改良小兒股動脈插管的技術(shù)方案
　　改良小兒股動脈插管包括一帶有內(nèi)腔的股動脈插管管身，可配置于管身內(nèi)腔內(nèi)的管芯，同時在管身的前部設(shè)置有與內(nèi)腔相連通的出血口，管身側(cè)壁內(nèi)嵌有彈簧圈。每根小兒股動脈插管內(nèi)都有配套管芯，其頭部為錐體外形，插管時可以擴張血管，引導(dǎo)順利插管。
　　二、改良小兒雙極股靜脈插管的技術(shù)方案
　　改良小兒雙極股靜脈插管包括一帶有內(nèi)腔的股靜脈插管管身和可配置

2、于管身內(nèi)腔的管芯兩部分。與第一代相比，改良雙極股靜脈插管管徑、長度及接口大小沒有改變，外形設(shè)計有所改良，頭部采用敞口式造型，雙極側(cè)孔面積均增加1.5倍，管壁厚度降低了1/3，管身標有刻度。上進血口和下進血口之間的距離大于右心房的長度，分別收集上腔靜脈和下腔靜脈兩個方向的血液，導(dǎo)出體外。
　　三、微創(chuàng)小兒主動脈內(nèi)球囊插管的技術(shù)方案
　　微創(chuàng)小兒主動脈內(nèi)球囊插管包括帶有內(nèi)腔的管身和可配置于管身內(nèi)腔的管芯兩部分。管身的前端配置一氣

3、囊，氣囊通過管身側(cè)壁上的輸氣道與充氣管相連通，氣囊充滿氣體直徑與插管直徑之比為3：1，管身的前端開設(shè)有冷灌液出口。氣囊的后側(cè)管身側(cè)壁上設(shè)有與內(nèi)腔相通的側(cè)孔，管身內(nèi)壁嵌有不銹鋼彈簧圈，增加了插管的柔韌性和抗折強度。
　　四、結(jié)果
　　本研究采用聚氯乙烯（PVC）為主要制作原料，研發(fā)了改良小兒股動脈插管、改良小兒雙極股靜脈插管及微創(chuàng)小兒主動脈內(nèi)球囊插管。改良小兒股動靜脈插管，克服了現(xiàn)有動脈插管在心臟手術(shù)中的缺點，簡化了手術(shù)操作，

4、縮短手術(shù)時間，為胸腔鏡手術(shù)提供了微創(chuàng)的體外循環(huán)的方法，減少病人的手術(shù)損傷。插管表面經(jīng)過肝素涂層處理，可減輕對血管壁及血液成分損傷，可減小手術(shù)的風(fēng)險和復(fù)雜性，以及對患者的創(chuàng)傷。
　　第二部分：改良小兒胸腔鏡心臟外科股動靜脈插管的生物相容性研究
　　一、實驗方法
　　分為體外實驗和體內(nèi)實驗兩部分。
　　1、體外實驗
　　1.1、溶血實驗
　　心臟穿刺法采集兔血20ml，加入2％草酸鉀1ml，制成抗凝血備用

5、。用電子天平稱取十份股動靜脈插管，每份5g。取十支試管，各加入插管材料及0.9％氯化鈉注射液10ml，為插管材料組；另取十支試管各加入0.9％氯化鈉溶液10ml作為陰性對照組；再取十支試管各加入蒸餾水10ml作為陽性對照組。將全部試管放入37℃恒溫水浴箱中保溫30min，再在每支試管中加入0.2ml新鮮抗凝兔血，繼續(xù)保溫60min。離心，吸取上清，于分光光度計測定各組吸光度（OD）。
　　計算溶血率：
　　溶血率（％）=（樣

6、品吸光度-陰性吸光度）/（陽性吸光度-陰性吸光度）
　　1.2、血小板黏附試驗
　　取人正常血小板成分10ml，通過Sysmex K-4500全自動血液分析儀測定血小板濃度，加入適量的牛血清稀釋成濃度為1.0×109L-1血小板液，置入4℃冰箱備用。分別將改良插管材料和DLP動靜脈插管材料制成0.5×0.5mm片狀，反復(fù)漂洗，置入CO2孵箱中37℃孵育2h，置入細胞培養(yǎng)板孔中，加入血小板液成分，再37℃孵育2h。漂洗后，3％

7、戊二醛固定，掃描電鏡觀察材料表面血小板形態(tài)、數(shù)量，并隨機選擇10個中間區(qū)域視野（75μm×75μm放大倍數(shù)：1200倍）進行材料表面血小板黏附數(shù)量統(tǒng)計。
　　1.3、皮內(nèi)刺激試驗
　　試驗動物為新西蘭大白兔，參照《國標一醫(yī)療器械生物學(xué)評價》制備材料浸提液。新西蘭大白兔5只，實驗前每只兔背部兩側(cè)脫毛備皮，各選2個3cm×3cm面積為實驗區(qū)，右側(cè)皮膚10個部位直接皮內(nèi)注射0.2ml材料浸提液或陽性對照4.5ml／L苯酚水溶液，左

8、側(cè)皮膚5個部位直接皮內(nèi)注射0.2ml0.9％氯化鈉溶液作為陰性對照，在間隔72h內(nèi)觀察并記錄各受試物對兔皮膚有無紅斑、水腫及壞死。
　　1.4、小鼠全身急性毒性試驗
　　試驗動物為巴比斯小鼠，參照《國標一醫(yī)療器械生物學(xué)評價》制備材料浸提液。將小鼠隨機分成3組，每組10只，雌雄各半。實驗組小鼠以50ml/kg體質(zhì)量的劑量經(jīng)尾靜脈緩慢注射浸提液；陰性對照組注射0.9％氯化鈉溶液，陽性對照注射4.5ml/L苯酚水溶液，注射后連續(xù)觀

9、察72h內(nèi)動物中毒癥狀及死亡情況，體質(zhì)量重復(fù)測3次。
　　2、體內(nèi)實驗
　　2.1、分組
　　將12只比格犬隨機分為實驗組和對照組，每組6只，實驗組采用改良小兒股動脈插管和雙極股靜脈插管，對照組采用DLP動靜脈插管。
　　2.2、犬體外循環(huán)模型的建立
　　動物采用肌注麻醉誘導(dǎo)后，仰臥位固定在手術(shù)臺上，氣管插管，機械通氣。每隔2h，3％戊巴比妥靜脈注射維持。消毒皮膚，肝素化后，暴露股動靜脈進行插管建立體外循環(huán)

10、。實驗組采用16/21Fr雙極股靜脈引流管，股動脈采用16Fr股動脈插管；對照組采用DLP單腔股動脈、股靜脈及上腔靜脈插管（分別為16Fr、18Fr和20Fr），動脈和靜脈連接體外循環(huán)機，連接鼓泡式氧合器，轉(zhuǎn)流開始，分別在5min、30min、1h、2h、4h、12h、24h時間點停循環(huán)。
　　2.3、測定光度值
　　取下動靜脈插管，剪成0.5mm×0.5mm試片，以酶聯(lián)免疫法，在酶聯(lián)免疫讀數(shù)儀上，波長410nm，測定兩種插

11、管表面吸附的纖維蛋白原和白蛋白吸光度值。
　　二、結(jié)果
　　1、溶血實驗
　　改良小兒股動靜插管材料溶血率只有1.58％，低于美國《ASTM協(xié)會醫(yī)用裝置標準》及國標規(guī)定(5％)，插管材料組與陽性對照組相比，有統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.05）。
　　2、血小板黏附試驗
　　改良小兒股動靜脈插管材料表面血小板黏附數(shù)量為（12.7±2.5）（5.1±1.2）/視野；DLP插管材料表面血小板黏附數(shù)量為（18.5±3.4）

12、（7.1±1.6）/視野，改良小兒股動靜脈插管材料明顯少于DLP插管材料，有顯著統(tǒng)計學(xué)差異（P<0.05）。
　　3、皮內(nèi)刺激試驗
　　觀察72h新西蘭大白兔皮內(nèi)注射刺激試驗，陽性對照組皮膚常出現(xiàn)明顯的水腫、紅斑、焦痂，直徑分別為5mm、5mm、4mm。材料浸提液注射點的刺激反應(yīng)小于對照組注射點的刺激反應(yīng)，無紅斑、焦痂、水腫表現(xiàn)。
　　4、小鼠全身毒性急性試驗
　　試驗觀察72h各組動物表現(xiàn)，材料組及陰性對照組無

13、一例死亡，無不良反應(yīng)。陽性對照組7只小鼠出現(xiàn)明顯的腹部刺激、腹瀉、體質(zhì)量下降；3只小鼠注射后出現(xiàn)虛脫、嚴重的腹瀉，體質(zhì)量迅速下降，低于15g。
　　5、兩組動脈插管不同時間點吸附纖維蛋白原和白蛋白吸光度值
　　兩組插管隨著轉(zhuǎn)流時間的延長，對纖維蛋白原和白蛋白的吸附含量均逐漸增加，改良小兒股動靜脈插管在轉(zhuǎn)流后的各個時間點對纖維蛋白原的吸附含量均低于DLP動靜脈插管(P<0.05)，則白蛋白吸附含量均高于DLP動靜脈插管(P<0

14、.05)。
　　第三部分：改良小兒股動靜脈插管的流體力學(xué)研究
　　一、實驗方法
　　1、改良小兒股動脈插管
　　1.1、分組：
　　實驗1、2、3、4、5組采用改良小兒股動脈插管，型號分別為8Fr、10Fr、12Fr、14Fr、16Fr，每組各10根，對照組采用相同型號的DLP動脈插管。
　　1.2、體外測試：
　　建立流體力學(xué)體外測試平臺，將改良小兒股動脈插管接口端經(jīng)管道和泵管連接體外循環(huán)機，

15、通過體外循環(huán)機的滾壓泵連續(xù)灌注，測試用流體為水，插管進口端接有壓力傳感器，利用壓力傳感器讀取測試插管的即時壓力，進口端和出口端都處于同一水平面下。開始轉(zhuǎn)機，記錄不同流量插管進口端的壓力變化，反復(fù)測量3次。
　　2、改良小兒雙極股靜脈插管
　　2.1、分組：
　　分為實驗組和對照組，實驗1、2、3組采用改良雙極股靜脈插管，型號分別為16/21Fr、20/25Fr、24/29Fr，對照1、2、3組采用第一代雙極股靜脈插管，

16、型號同實驗1、2、3組，每組各10根。
　　2.2、體外測試：方法同前。
　　3、微創(chuàng)小兒主動脈內(nèi)球囊插管
　　3.1、分組：
　　分為1、2、3三個組，均采用改良的微創(chuàng)小兒主動脈內(nèi)球囊插管，型號分別為18Fr、20Fr、22Fr，每組各10根。
　　3.2、體外測試：方法同前。
　　3.3、氣囊內(nèi)壓力測試：
　　氣囊的充氣管末端連接壓力感受器，用5ml醫(yī)用注射器通過充氣指示囊和充氣管向氣囊內(nèi)注

17、氣，記錄氣囊內(nèi)壓力變化。
　　二、結(jié)果
　　1、改良小兒股動脈插管
　　各型號小兒股動脈插管測試結(jié)果，插管兩端的壓力差隨著流量的增加而增加，型號越小，管道的直徑越細，壓力差增加就越明顯。2L/min～5L/min各組間壓力差有統(tǒng)計學(xué)(P<0.05)，6L/min時各組間壓力差統(tǒng)計學(xué)差異更顯著(P<0.01)。壓力差在200mmHg時，8Fr、10Fr型號管道的流量分別為2.45L/min、3.24L/min，而12Fr

18、、14Fr及16Fr三種插管均在4.0L/min以上。與進口同型號Medtronic公司DLP股動脈插管相比，相同壓力差下，改良插管流量更大。
　　2、改良小兒雙極股靜脈插管
　　測試結(jié)果可以得出，插管兩端的壓力差隨著流量的增加而增加，型號越小，壓力差增加就越明顯。2L/min～5L/minn各組間壓力差有統(tǒng)計學(xué)(P<0.05)，6L/min時各組間壓力差統(tǒng)計學(xué)差異更顯著(P<0.01)。壓力差在20mmHg時，16/21F

19、r、20/25Fr、24/29Fr型號管道的流量分別為3.08L/min、3.79L/min、4.50L/min。實驗組流體力學(xué)特性優(yōu)于與對照組。
　　3、微創(chuàng)主動脈內(nèi)球囊插管
　　體外流體力學(xué)測試結(jié)果，微創(chuàng)小兒主動脈內(nèi)球囊插管的壓力差隨著流量的增加而增加，流量最大可以達到6L/min，管道兩端壓力差均低于220mmHg。組間比較，隨著流量增加，1組壓力差增加較快，2、3組相對較慢。在3～5L/min流量，各組間有統(tǒng)計學(xué)差異

20、（P<0.05）；在流量6L/min，各組間統(tǒng)計學(xué)差異更顯著(P<0.01)。氣囊內(nèi)壓力測試結(jié)果，微創(chuàng)小兒主動脈內(nèi)球囊插管氣囊內(nèi)壓力與注氣量成正比，隨注氣量增加而增加，最大注氣量為5ml，最大壓力可達620mmHg左右。
　　第四部分：改良小兒股動靜脈插管的動物實驗研究
　　一、實驗方法
　　1、分組
　　40只比格犬隨機分為實驗組和對照組，各20只。兩組均行ASD修補術(shù)。
　　2、手術(shù)方法
　　動物

21、肌注麻醉誘導(dǎo)后，安置食道超聲心動圖（TEE），仰臥位固定在手術(shù)臺上，氣管插管，機械通氣。每隔1h，3％戊巴比妥靜脈注射維持。消毒皮膚，暴露股動靜脈，實驗組采用股靜脈16/21Fr雙極股靜脈插管，18Fr微創(chuàng)小兒主動脈內(nèi)球囊插管，建立體外循環(huán)，連接鼓泡式氧合器。在TEE指引下，內(nèi)球囊到達主動脈瓣上2cm，經(jīng)通氣管注入氣體，壓力控制在350mmHg左右，主動脈根部順行冷灌，心臟停跳。對照組采用16Fr DLP小兒股動脈插管、20Fr DLP

22、小兒股靜脈插管和22Fr DLP上腔靜脈插管建立體外循環(huán),經(jīng)胸壁孔伸入血管阻斷鉗,鏡下操作阻斷升主動脈,常規(guī)主動脈根部冷灌。在腔鏡下行ASD修補術(shù),手術(shù)完畢,實驗組通過管輸液管主動脈注入造影劑。輔助循環(huán)20min,停機拔管,記錄術(shù)中各項常規(guī)數(shù)據(jù),手術(shù)結(jié)束后將動物處死。
　　3、取材及電鏡標本的制備
　　立即剪取心、肺、腎及主動脈夾閉(或內(nèi)阻閉)段動脈,標本固定24 h。經(jīng)漂洗、固定、脫水、包埋、聚合后,制作70～80 mm超

23、薄切片,用光學(xué)顯微鏡觀察其病理變化。主動脈內(nèi)膜再置入有支持膜的全銅網(wǎng)上,以5％水性醋酸鈉鈾染10min,枸櫞酸鉛染5min,用電鏡觀察超微結(jié)構(gòu)的改變。
　　二、結(jié)果
　　實驗組和對照組均成功建立體外循環(huán),心臟順利停跳,建立體外循環(huán)的時間分別為10.1±2.8min和18.1±3.5min;主動脈阻閉時間分別為14.7±2.9min和16.7±3.2min;手術(shù)時間分別為56.1±5.8min和71.3±4.5min,兩組之間

24、均有統(tǒng)計學(xué)差異( P0.05 )。實驗組術(shù)中轉(zhuǎn)流量為1.35～3.05L/min,泵壓61～178mmHg;對照組轉(zhuǎn)流量為1.28～2.97L/min,泵壓60～175mmHg,兩組之間無統(tǒng)計學(xué)意義( P0.05 )。造影結(jié)果顯示:實驗組的內(nèi)球囊阻斷良好,無內(nèi)囊周圍分流和主動脈瓣膜返流,無內(nèi)球囊的移位,解剖主動脈及主動脈瓣膜未見明顯損傷。觀察兩組心、肺及腎標本的病理切片未見水腫、變性等明顯病理變化,說明兩種方法對各臟器功能無損傷,心肌保

25、護良好。主動脈壁的電鏡結(jié)果說明微創(chuàng)小兒主動脈內(nèi)插管的球囊對主動脈內(nèi)膜無明顯損傷。
　　全文結(jié)論：
　　1、我們采用醫(yī)用高分子聚氯乙烯(PVC)材料,自行改良設(shè)計研發(fā)了適合于小兒胸腔鏡心臟手術(shù)應(yīng)用的改良小兒股動脈插管、改良小兒雙極股靜脈插管和微創(chuàng)小兒主動脈內(nèi)球囊插管,為開展各種胸腔鏡心臟手術(shù)提供有利的產(chǎn)品支持,填補了國內(nèi)的空白。
　　2、改良小兒胸腔鏡心臟手術(shù)股動靜脈插管對紅細胞的破壞程度很小,可明顯抑制血小板的黏附、活

26、化、減少了血栓的發(fā)生,符合生物材料的溶血性要求。改良小兒股動靜脈插管材料血液相容性優(yōu)于DLP插管材料。皮內(nèi)刺激實驗和全身小鼠毒性急性實驗結(jié)果表明浸提液不引起皮膚刺激,沒有水腫及紅斑和焦痂形成,無毒副作用,符合ISO關(guān)于醫(yī)用材料的要求。
　　3、體外流體力學(xué)測試結(jié)果表明,改良小兒胸腔鏡股動靜脈插管體外流體力學(xué)性能良好,基本達到臨床要求,其改良設(shè)計是可行的。而且,微創(chuàng)小兒主動脈內(nèi)球囊插管氣囊內(nèi)最大壓力可達620 mmHg左右,可以阻斷