導 讀

外科手術是心臟瓣膜疾病的主要治療策略。目前應用于臨床的人工瓣膜按其材料的不同主要分為生物瓣膜和機械瓣膜。本篇主要對生物瓣膜進行整理介紹。

生物瓣膜的主體用生物材料制成，又可分為同種瓣膜（如人的主動脈瓣、硬腦膜瓣）和異種瓣膜（如牛心包、主動脈瓣等）。生物瓣膜移植后不需要接受長時間的抗凝治療，且其中的異種瓣膜來源于動物，供體充足，能為臨床提供各種不同尺寸的瓣膜。常用材料室牛心包和豬心包脫細胞材料。

異種來源的生物材料所制成的生物瓣膜，具有一定免疫原性。MEEZAN 等首次提出對生物材料進行脫細胞處理，即去除細胞外基質中的細胞和核酸，進而降低非自體來源生物材料的免疫原性。如此，可得到保留固有幾何構型的細胞外基質支架，并且其組成成分生物相容性高，可促進細胞的遷移和分化，進而推進內皮化進展；同時，生物材料的各向異性不受較大影響。

目前通常以物理、化學 ( 或酶 ) 或組合方法對生物材料進行脫細胞處理，需要裂解和去除細胞、去除遺傳物質，并保留細胞外基質的組成和結構。在 2011 年，業內達成了脫細胞標準化的普遍共識1：1、每毫克細胞外基質干質量中的 DNA 含量應低于 50 ng；2、殘余 DNA 片段的長度應短于 200 個堿基對；3、組織切片經 DAPI 或蘇木精-伊紅染色后缺乏可見核物質。第一和第二條標準可以分別通過 PicoGreen 熒光染料等 dsDNA 插入劑和凝膠電泳進行量化檢測；第三條標準通過蘇木精 - 伊紅組織染色或 DAPI 免疫熒光法進行評估，并可作為前 2 個標準的定性驗證。

生物瓣的優點：（1）抗凝血性好，不易形成血栓和栓塞，術后抗凝治療 6 個月即可，不必再服用抗凝血藥物；（2）置換后血流動力學特征接近人體正常情況，血栓形成的可能性非常低，并且不會對血液成分產生破壞；（3）瓣膜材料血液相容性良好，不會產生凝血、溶血現象，形成血栓的風險較低，能長期維持組織與功能的完整性。

生物瓣缺點是相較于機械瓣耐久性差，預期使用壽命在10年左右，年齡是生物瓣膜耐久性最重要的影響因素， 接受生物瓣膜置換的患者通常在手術后約 7 年發生結構性瓣膜退化2。在 70 歲以上的患者中，生物瓣膜很少失效，而在 50 歲以下的患者中，生物瓣膜極易失效3。最大問題是瓣膜材料再鈣化導致生物瓣膜失效，瓣膜組織鈣化可導致材料的彈性、韌性以及機械強度發生很大變化，從而造成瓣膜失去原本的生理功能。

鈣化現象

難溶性鈣鹽在除了骨和牙齒以外的非骨性組織或體液中沉積，無論是否伴隨組織壞死或損傷，均稱為異位性鈣化。生物心臟瓣膜鈣化即為一種發生在心血管系統的異位性鈣化。鈣化的發生被認為是由結締組織的酸性磷脂和鈣離子之間的靜電吸引導致的。鈣化部位存在著膠原的排列紊亂、腫脹、斷裂和玻璃樣變性，Ca3(PO4)2 沉積變成磷灰石，形成鈣化結節，導致生物瓣膜的柔韌性降低，結構遭到破壞，內部血流動力學性能下降，從而易在在薄弱部位出現穿孔或撕裂4。

鈣化影響因素

a)  細胞殘留：瓣膜血管內的細胞殘留是植入早期鈣化的主要因素。瓣膜組織鈣化通常從經過戊二醛預處理后失活的殘余細胞開始。

b)  酶：鈣化最初的發生部位是具有細胞膜性結構且富含堿性磷酸酶的基質小泡5， 堿性磷酸酶的主要功能是在成骨過程中水解磷酸酯，為羥基磷灰石的沉積提供磷酸根。此外，水解焦磷酸鹽可解除對骨鹽形成的抑制，促進鈣晶體成核，對鈣化過程起到了促進作用。

c)  游離醛殘基：目前市場上商品化的生物瓣膜大多是采用戊二醛交聯的牛心包或豬主動脈瓣，經戊二醛處理后的生物瓣膜材料表現出顯著增強的韌性、機械強度和抗降解能力6。戊二醛又是引起瓣膜鈣 化的主要因素之一，會誘導細胞死亡，促使細胞碎片的形成，繼而成為鈣化的結合位點；另一方面，戊二醛與組織蛋白的不完全反應也會產生具有細胞毒性的醛基殘留，同樣會誘導鈣化7。

d)  膠原結構的改變：戊二醛交聯處理可以提高力學強度，但只能穩定生物瓣膜中的膠原蛋白，很難穩定其中的彈性蛋白，而彈性蛋白降解斷裂將會 導致鈣化加重8。

e) 機械應力：生物瓣膜鈣化主要發生在瓣葉活動的部位。一方面應力造成的膠原纖維斷裂使鈣結合位點暴露出來，同時膠原降解產物也引起了鈣的沉著；另一方面應力使組織發生形變而產生空隙，使血漿中的液體及離子更多地進入組織與鈣結合點充分接觸，有利于晶核的形成和聚集，從而引起鈣化的發生；

f)  宿主自身因素：宿主的代謝模式影響了瓣膜的工作內環境，當宿主處于高鈣高磷代謝狀態時可促進鈣晶體的成核聚集，進而逐漸形成較大的鈣鹽沉積結節。另外臨床分析表明，生物瓣膜植入年齡較小的宿主體內更易發生嚴重鈣化，在生物瓣膜植入后的 10 年內，年齡大于 65 歲的患者中僅有不足10% 的生物瓣膜會發生衰退，而年齡小于 35 歲的患者常會發生嚴重的瓣膜衰退9。

資料來源：

[1] CRAPO PM, GILBERT TW, BADYLAK SF. An overview of issue and whole organ decellularize on processes. Biomaterials. 2011;32(12):3233-3243

[2] 陳世崧,劉曉紅,徐志云.人工生物瓣膜的研究現狀及展望[J].中國組織工程研究,2023,27(07):1096-1102.

[3] DAVID T. How to decide between a bioprosthetic and mechanical valve[J]. Can J Cardiol, 2020. doi: 10. 1016/j. cjca. 2020. 09. 011.

[4] 付海洋,于秋航,段蘇然,等.人工生物心臟瓣膜鈣化機制及評價研究進展[J].中國醫刊,2021,56(08):840-843.

[5] 楊學永, 胡素平, 劉兵, 等. 生物心臟瓣膜鈣化及預防[J]. 武警醫學, 2004, 15(8): 629-630

[6] Liu J, Jing H, Qin Y, et al. Nonglutaraldehyde fixation for off the shelf decellularized bovine pericardium in anticalcification cardiac valve applications. ACS Biomater Sci Eng, 2019, 5(3): 1452-1461.

[7] Whelan A, Williams E, Fitzpatrick E, et al. Collagen fibre-mediated mechanical damage increases calcification of bovine pericardium for use in bioprosthetic heart valves. Acta Biomater, 2021, 128: 384- 392

[8] BAILEY M, XIAO H, OGLE M, et al. Aluminum chloride pretreatment of elastin inhibits elastolysis by matrix metalloproteinases and leads to inhibition of elastinoriented calcification[J]. Am J Pathol, 2001, 159(6): 1981-1986

[9] 何盛南, 曲龍, 鄒志成, 等. 生物心臟瓣膜移植研究進展[J]. 器官移植, 2017, 8(5): 410-412