论文部分内容阅读
研究背景及目的体外循环辅助下心脏大血管直视手术后,部分患者心脏复跳不佳,安装临时心脏起搏器,有利于其顺利渡过围术期。当患者循环功能稳定后,停用起搏器、拔除或剪除临时起搏电极,但是在去除电极过程中可能会合并严重的并发症,留在体内的电极残根也会引起罕见的并发症。本研究旨在设计一种可降解、无需拔除的临时起搏电极(degradable temporary pacing electrodes,DTPE),主要对由上海交通大学材料科学与工程学院轻合金精密成型国家工程研究中心研发的可降解生物医用镁合金(Jiao Da Bio-Magnesium series,JDBM)应用于DTPE导电部分,即导电金属丝,开展相关的实验研究。研究方法本研究分为以下三部分:一、四种不同直径JDBM-3起搏性能的相关研究采用气体吸入方式麻醉SD大鼠,静脉留置针予以气管穿刺,小动物呼吸机机械通气,维持麻醉与呼吸。左侧开胸暴露心脏,艾司洛尔左心室腔内注射,采用Medtronic5348单心室临时起搏器,测试等长的各型JDBM-3、临床用Covidien 8886 2592-43临时心脏起搏电极的起搏功能及相关参数。采用数字万用表测量等长的各型JDBM-3、Covidien 8886 2592-43的电阻,应用Graphpad Prism软件对各组电阻进行统计学分析。二、四种不同直径JDBM-3体外细胞毒性的相关研究应用组织块贴壁法分离培养人心包间质细胞(human pericardial interstitial cells,HPICs);应用II型胶原酶消化过夜联合差速贴壁法分离培养SD大鼠乳鼠心脏间质细胞(rat cardiac interstitial cells,RCICs);采用免疫荧光法鉴定HPICs、RCICs,应用间质细胞标志物Vimentin进行阳性鉴定,内皮细胞标志物CD-31及肌细胞标志物α-SMA进行阴性鉴定。依据GB/T 16886.12-2017中的方法,对各组材料制备浸提液。采用GB/T 16886.5-2017中量表,应用HPICs与RCICs对四种型号JDBM-3等材料浸提液的细胞毒性,采取形态学方法进行定性分级;应用L929小鼠成纤维细胞对各组材料浸提液的细胞毒性,采取CCK-8(Cell Counting Kit-8,细胞计数试剂盒)法进行定量分级。应用Graphpad Prism软件对实验数据进行统计学分析。三、四种不同直径JDBM-3植入SD大鼠胸壁的相关研究按体重由小到大排序,每4只为一组,共15组(3组备用),对SD大鼠采用气体吸入麻醉行电极胸壁植入术,分别于左右侧胸大、小肌间隙,植入一种型号的JDBM-3与Covidien 8886 2592-43。观察术后切口愈合及大鼠整体情况;术后2周行胸部X线检查;术后每4周取材一次,千分尺测量JDBM-3直径,探索其降解速率;应用Graphpad Prism软件对实验数据进行统计学分析。术后第2、4、8周取材,扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)下观察,探索JDBM-3在胸壁的降解模式;术后第2、12、24周取材,标本石蜡包埋、超薄切片,应用HE染色、Cason染色、S-P免疫组化法。采用GB/T 16886.6–2015中量表,对比不同JDBM-3与Covidien8886 2592-43对周围组织的炎症反应,判定不同JDBM-3对组织的异物刺激程度。综合评判降解情况、炎症反应等因素,优选出符合临床应用要求的最佳JDBM-3直径范围。结果一、各型JDBM-3电极有应用于临时起搏电极的可能通过SD大鼠在体心脏模型实验,各型JDBM-3和Covidien 8886 2592-43均可正常起搏SD大鼠在体心脏。应用数字万用表测量等长各型JDBM-3和Covidien 88862592-43的电阻,按照α=0.05水准,各组电阻均数差异具有统计学意义。由此猜测,各型JDBM-3电极在导电性能方面可能优于某些临床上已用的临时起搏电极,进一步证实JDBM-3有应用于临时起搏电极的可能。二、各型JDBM-3细胞毒性小、生物相容性好,可以应用于临时起搏电极通过形态学方法对各组材料浸提液定性分级,发现各型JDBM-3浸提液均有细胞毒性。通过CCK-8法定量分级,发现各型JDBM-3浸提液细胞毒性小,与阴性对照组没有统计学差异,优于某些临床上已用的临时起搏电极。我们认为各型JDBM-3生物相容性良好,可以应用于临时起搏电极。三、电极胸壁植入术后SD大鼠情况及胸部X线表现经电极胸壁植入术的大鼠,无一例发生麻醉反应、术中意外,麻醉清醒后,观察其活动、进食、排泄、精神、睡眠等均正常,未见有切口愈合不良情况的发生。各组至观察期结束,未见有异常死亡情况的发生。术后2周胸部X线发现各型JDBM-3均不显影。四、各型JDBM-3对大鼠胸壁的异物刺激程度依据GB/T16886.6-2015中的量表,对各型JDBM-3进行生物学评价,判定其对胸壁组织的异物刺激程度。随着在体内植入时间的延长,各型JDBM-3相比于同等长度的Covidien 8886 2592-43对胸壁组织的异物刺激程度,基本上逐步减轻至无刺激。镜下观察各型JDBM-3急性期炎症反应较重,随着植入时间的延长,炎症反应减轻。而Covidien 8886 2592-43急性期炎症反应较轻,但是后期炎症反应逐步加重。五、各型JDBM-3在大鼠胸壁的降解情况对植入前及植入后取材的JDBM-3行扫描电镜观察发现,植入前JDBM-3表面有颗粒样散在粗糙突起;随着植入时间延长,逐步呈现细小裂纹样光滑膜状结构。对各型JDBM-3不同植入期肉眼观察,早期未见JDBM-3周围有气肿形成。各型JDBM-3早期降解速率较快,随着植入时间延长,降解速率缓慢降低,电极表面的金属光泽逐渐消失,直径逐渐变小,长度逐渐变短,在观察期内发现间断完全降解现象。各型JDBM-3降解趋势有统计学差异。结论各型JDBM-3导电性能、生物相容性良好,具有成为临时起搏电极金属导电材料的潜力,优选其直径范围在150～200μm。