人工二尖瓣瓣膜发展史:西西弗斯与巨石



希腊神话里,国王西西弗斯因其善良机智得罪众神,被罚推巨石上山。但巨石到了山顶,又会滚回山脚。他必须走下山,重新推起石头,再上山——如此往复,永无休止。

世人都说,这是惩罚。西西弗斯也曾一度抱怨、懊恼,但他却以过人的心智将众神的惩罚看作是自己成长与对子民的保护。

在医学的世界里,也有一群西西弗斯——他们是外科医生,是科学家,是一代又一代与疾病较劲的人。他们推起的那块巨石,是患者日新月异的临床需求。






第一块巨石:瓣膜病了,无门可换

在人类健康的历史长河里,二尖瓣一旦坏了,人就只能逐渐走向心衰,无药可医,无门可换。

1960年,年轻的美国外科医生Albert Starr,把一个乒乓球大小的金属球笼缝进了患者二尖瓣的位置[1]:简易,但能救命。

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图 1 Starr-Edwards 球笼型人工瓣膜实物(左:流入面观,可见金属笼架内的硅胶球;右:侧观)。下方为厘米标尺。图片来源:Starr A, Edwards ML. Ann Surg. 1961;154:726-740[1]


这便是第一代“门”:球笼瓣,需置换二尖瓣瓣膜的患者获得了新生的机会。这类瓣膜因其材质使用金属、热解碳等非生物合成材料,又被称为“机械瓣”,有人也形象地称其为“铁门”,此后几十年,铁门不断打磨——

Björk–Shiley倾斜碟瓣(1969):开口更大,血流更畅;

St. Jude双叶机械瓣(1977):成为此后几十年的“金标准”。

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图 2 双叶机械瓣(bileaflet mechanical prosthesis):两片半圆形碟片与缝合环。图片来源:Pibarot P, Dumesnil JG. Prosthesis-patient mismatch. Heart. 2006;92(8):1022-1029[3]


第一块巨石,被稳稳推上了山顶。





第二块巨石:抗凝之痛,患者不胜其扰

铁门的优势是理论使用寿命比较长,有报道使用长达50年的病例[2]。但铁门的代价很快浮现:需终身服用华法林抗凝。如果剂量调不好,出血或血栓随时可能发生[4]。患者虽换了门,却从此活在一根钢丝上。

巨石滚落了:能不能有一扇门,不用终身吃药?

1965年,法国外科医生Binet与Carpentier首次把猪的主动脉瓣异种移植进人体(主动脉位);1968年,Carpentier改用戊二醛对异种瓣膜进行处理和保存,解决了免疫排异和血栓的问题,瓣膜的耐久性显著提升,现代生物瓣由此奠基,相关结果于1969年整理发表[5]。

这就是第二代“门”:猪瓣。它将猪的主动脉瓣取下倒置在二尖瓣位置上,形成了一扇“生物”门。它温柔得多——不需要终身抗凝,瓣叶薄、柔软、顺应性好,患者生活质量得到了大大地提升。


第二块巨石,又一次被推上了山顶。





第三块巨石:承压能力不足,使用寿命受限

但很快猪瓣也被发现问题:,瓣叶会逐渐撕裂或钙化,发生“结构性瓣膜衰败”(SVD),患者植入猪瓣,可能还没有走到生命的终点,门又坏了[6]。当时猪瓣的三大短板被Carpentier团队记录在了1985 年《美国心脏病学会杂志》上——小号瓣的跨瓣压差高、瓣叶的疲劳损伤、钙化[7]。团队在连续入组 100 例的研究中观察到:猪瓣 7 年的瓣膜衰败率约 20%[7]。

巨石,再次滚落。

西西弗斯的第一反应,不是换材料,而是想办法把猪瓣打磨得更好。在这样的背景下,猪瓣不断更新迭代。比如采用环上瓣设计,瓣架高度一压再压,使得凸入左心室腔的部分缩短了约 30%,对左心室流出道的阻碍也随之减小(图 3)[7],而低瓣脚的设计理念被很多现代瓣膜沿用至今。

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图 3 二尖瓣位猪瓣的瓣架凸出对比(左:现行瓣;右:环上瓣 S.A.V.)。猪瓣的瓣架会向下凸入左心室腔,在左心室流出道区域形成阻碍——图中两种构型的对比显示,心室腔内凸出缩短了约 30%,为此第三代设计将瓣架高度一再压低。图片来源:Relland J, Perier P, Lecointe B. J Am Coll Cardiol. 1985;6(5):1149-1154[7]


但无论如何迭代,猪瓣有一个从其“出生”就带有的问题无法解决:猪的瓣叶一旦衰败,常常以撕裂的方式崩溃——来得又快又急,险象环生[8];而二尖瓣位,偏偏是全身压力最高的“门轴”。把猪的主动脉瓣放在这里——真的合适吗?

答案可能是否定的。

二尖瓣猪瓣瓣叶来自猪的主动脉瓣,其受力是为承受主动脉舒张压设计的;猪的主动脉舒张压约为 90 mmHg(92±2 mmHg)[9],与人的主动脉舒张压(约80 mmHg)量级相近;

而人的二尖瓣瓣口面积更大,关闭时需要承受的是左心室收缩压 120–150 mmHg——是主动脉瓣关闭时所承受压力的 1.5–2倍[10,11]。二尖瓣瓣下还有腱索与乳头肌支撑,是一套为高应力而生的复杂结构[12]。


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图 4 二尖瓣的瓣叶与瓣下装置:主动脉瓣叶(前叶)、壁瓣叶(后叶),以及前外、后内两组乳头肌与腱索(strut cord、basal cord)。图片来源:Ho SY. Heart. 2002;88(Suppl 4):iv5-iv10[12]


把猪的主动脉瓣置于一个高压的战场可能是导致瓣叶容易撕裂的主要原因——可能先天就不适配二尖瓣。

那有没有一个更致密,抗压能力更好的材料来制作人工瓣膜呢?转机来自主动脉瓣位的观察。牛心包瓣——用整张牛心包“皮料”裁剪、缝制的瓣膜——在主动脉瓣位已经崭露头角:研究显示,同为 25 号瓣膜,牛心包瓣的有效开口面积优于猪瓣[7]。流场测试的照片更直观:牛心包瓣的中央开口可以做得很大,血流几乎直进直出(图 5)[7]。

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图 5 流场测试中的两款牛心包瓣对比(左:Ionescu-Shiley 瓣;右:第三代 Carpentier-Edwards 牛心包瓣)。牛心包为整张“皮料”,可按模板裁剪、无需保留主动脉壁组织,中央开口得以最大化——右侧 CE 瓣的开口明显大于左侧上一代牛心包瓣;在体研究亦显示同尺寸牛心包瓣的有效开口面积优于猪瓣。图片来源:Relland J, Perier P, Lecointe B. J Am Coll Cardiol. 1985;6(5):1149-1154[7]


1980年代,又是Carpentier教授与心脏瓣膜领域的全球领导者爱德华生命科学一起深度合作,推出了 Carpentier-Edwards PERIMOUNT牛心包瓣(最初用于主动脉位,随后拓展至二尖瓣位)[7]。这一次,人类不再“偷梁换柱”,而是用牛的心包组织,裁剪、缝制成想要的形状——瓣叶的厚薄、弧度、开口面积、瓣架结构,都可以为了二尖瓣的解剖结构而精细定制。

这是第三代“门”:牛心包瓣。

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图 6 牛心包瓣的制作(第三代 Carpentier-Edwards 心包瓣):金属弹性支架(左上)、覆以聚四氟乙烯衬里与缝合环(右上)、按模板裁剪的心包瓣叶(左下),以及缝制成型后的瓣膜(右下)。连合处不必再用缝线固定,是同代瓣膜中独有的一步。图片来源:Relland J, Perier P, Lecointe B. J Am Coll Cardiol. 1985;6(5):1149-1154[7]


瓣叶材质的更迭是异想天开还是有理可循?1999 年,一份沉甸甸的答案揭晓。一项汇总多中心经验的研究,把二尖瓣位的两款 Edwards 瓣膜直接摆上天平:环上瓣猪瓣 1266 例,PERIMOUNT 牛心包瓣 429 例。10 年随访下来,牛心包瓣免结构性衰败率在各年龄段全面占优——41–50 岁组 91% 对 61%,≤40 岁组 80% 对 60%,61–70 岁组 95% 对 75%;瓣膜类型本身,就是衰败的独立危险因素[8]。两者连衰败模式都不一样:牛瓣多由于钙化衰败,坏得慢,尚有择期手术的余地;猪瓣的衰败则一半以上合并瓣叶撕裂,坏得急[8]。

不仅如此,随着“患者-人工瓣膜不匹配”(PPM)的概念被重视,二尖瓣位PPM以EOAi ≤ 1.20 cm²/m²为界(中度)[3];成人二尖瓣置换术后中度PPM的发生率约为20%[13],生物瓣、尤其猪瓣的风险更高[13,14]。而随机对照研究(Perimount牛心包 vs Mosaic猪瓣,二尖瓣位145例)显示:同样瓣环尺寸下,牛心包瓣跨瓣压差显著更低(平均压差 4.81±1.22 vs 6.24±1.21 mmHg,P<0.001),有效开口面积在数值上更大(1.98±0.21 vs 1.89±0.71 cm²)虽未达到统计学差异(P=0.538)——但它确实更“敞得开”[15]。

从解剖不适配,到PPM差异——每一个证据似乎都指向同一个方向:精细打磨定制的牛瓣似乎更合适。


第三块巨石,被推得更高了一些。





第四块巨石:猪牛之争——证据的拉锯

进入21世纪后,二尖瓣位生物瓣的材料选择始终存在争议,不同研究的结论并不一致。最近克利夫兰医学中心的单中心回顾性研究结果显示,二尖瓣位猪瓣的远期耐久性更优,因结构性瓣膜衰败(SVD)再手术的风险更低[16]。

当然作为单中心回顾性研究,作者也表示研究有诸多局限性,其中三项直接关系到上述结论:一是时代效应(era effect),牛心包瓣使用的是Perimount(2000年FDA获批)集中于2000–2008年植入,猪瓣使用的是Epic(2008年FDA获批)在该中心,自2009年起才广泛应用,两组并非同代产品;二是随访时间不对等,猪瓣中位随访4.9年、牛瓣7.1年,观察窗口更长的一组更易累积衰败事件;三是超声随访不完整且存在选择偏倚。其余各条多为适用范围的限定——单中心、高手术量三级转诊中心,仅纳入Epic/Biocor与PERIMOUNT两种瓣膜并排除机械瓣,术后抗凝方案与部分终点数据不完整。因此,单一研究的结论仍需谨慎解读。

面对结论各异的多项研究,按证据等级由高到低加以梳理更为可靠。


第一层|最高等级证据:大样本荟萃与随机对照。

样本量最大的是Koulouroudias等的个体患者数据(IPD)荟萃分析,纳入20项研究、共16465例。结果显示,猪瓣与牛瓣在全因生存(P=0.24)、免于再次手术(P=0.48)及免于SVD(P=0.11)三项终点上均无显著差异[17]。

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图 7 重建个体患者数据荟萃分析的猪瓣与牛心包瓣二尖瓣置换总生存曲线(蓝:猪瓣;红:牛心包瓣)。两组总生存无显著差异(P=0.24)。图片来源:Koulouroudias M, et al. Am J Cardiol. 2024;221:64-73[17]


同时还有该领域唯一的随机对照研究(Perimount牛心包瓣 vs Mosaic猪瓣,二尖瓣位,145例):相同瓣环尺寸下,牛心包瓣跨瓣压差显著更低(4.81±1.22 vs 6.24±1.21 mmHg,P<0.001),有效开口面积在数值上更大、但未达统计学差异(P=0.538)[15]。可见,随机对照研究证实了牛瓣的血流动力学优势。

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图 8 二尖瓣生物瓣置换术后的超声血流动力学评估(二维、彩色多普勒、连续波多普勒与M型),示跨瓣压差与有效开口面积的测量。图片来源:Fu B, et al. J Thorac Dis. 2021;13(1):262-269[15]


第二层|倾向性匹配与队列研究。

2026年最新发表的日本双中心倾向性匹配研究(304例,1:1匹配)采用综合终点Win Ratio评价,结果倾向牛瓣(Win Ratio 1.49,95% CI 1.21–1.83,P<0.001),10年血流动力学相关SVD诊断的累积发生率牛瓣为3.7%、猪瓣为12.8%[18],牛瓣耐久性表现显著优于猪瓣。韩国全国队列(3151例,倾向性匹配加竞争风险分析)与美国七中心研究(1284例,匹配后),则均报告两组长期生存与再手术无显著差异[19,20]。


第三层|单中心回顾性研究。

2021年日本单中心研究(240例,其中Epic 125例,Perimount 115例),随访10年结果,在7年因SVD导致的再次手术豁免率猪瓣明显低于牛瓣(Epic 75.5% v.s.Perimount 90%),牛瓣耐久性更优。[23]


小结|证据结论差异的成因:研究设计,产品代际差,手术习惯的演进等都可能对结果产生重要影响。

高等级的临床证据(如多中心大样本随机对照试验的系统评价或Meta分析)是现代循证医学的基石,其核心意义在于最大限度地消除研究偏倚(包括研究设计,产品代际差,手术习惯等),为临床决策提供最高信度的科学支撑。相对在证据等级不足的情况下,综合不同渠道不同等级的证据可能有助于得到更为客观的结论。


第四块巨石,西西弗斯们没有绕开争议,他们需要扛着它继续向上。





第五块巨石:全生命周期管理——能不能更好?

时代在进步,人类对于健康生活的向往一如既往,如今患者的需求已不再仅仅是“换一扇能关的门”。

患者要的是:瓣膜能不能用得更久一些?年轻患者是否也能用上不吃抗凝药的瓣膜?万一将来瓣膜坏了,能不能有后路?

瓣膜的抗钙化技术是回答这些疑问的核心之一:从XenoLogiX、ThermaFix,到RESILIA干式抗钙化技术[21],一步步把钙化这头“门”最大的敌人摁下去。

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图 9 不同处理方式心包组织的钙沉积残留量对比(C-group 为Perimount瓣膜组;T-group为RESILIA瓣膜组[21];


爱德华的MITRIS RESILIA——采用RESILIA干式抗钙化组织的二尖瓣牛瓣,在COMMENCE二尖瓣试验五年随访中交出了答卷[22](该试验所用为PERIMOUNT Magna Mitral Ease试验瓣,MITRIS RESILIA为其商品化版本;二尖瓣臂共82例患者,中位年龄70岁):

5年结构性瓣膜衰败(SVD)豁免率 98.7%;

5年免于任何原因再手术率 97.1%;

血流动力学稳定,跨瓣压差5年无衰减。

更耐久,客观上推后了再次干预(包括瓣中瓣)的时机;大开口,为未来“瓣中瓣”留好后路——这是对“全生命周期管理”的第一次正面回应。


第五块巨石,被推向了比以往都更高的地方。






西西弗斯不会停下


从球笼瓣,到猪瓣,到牛心包瓣,再到干式抗钙化瓣膜——西西弗斯们推了六十年。产品设计,技术的不断进步推动了瓣膜产品的更新迭代,瓣膜的使用寿命也随之不断提升。干式抗钙化瓣膜不一定是终极解决方案,抗钙化技术,对免疫排异能力的应对,材质抗疲劳性等等方面可能仍有进一步提升的空间。巨石还可能滚落,新的临床难题还会出现。

但推石头的人,从未放下双肩。因为他们坚信巨石每被推高一寸,患者就能多一些获益,生活质量就能提高一些。

西西弗斯从不相信徒劳,用尽全力,托举起患者的健康福祉。

他们相信总有一天,巨石会被稳稳推到山顶。


参考文献



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注册证信息:

干式二尖瓣瓣膜MITRIS RESILIA Mitral Valve:国械注进20243130603

心包生物瓣膜CARPENTIER-EDWARDS PERIMOUNT MAGNA MITRAL EASE:国械注进20163133322


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PP--JA-0445



转自|爱德华心外


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