穿越千年的心痛——动脉导管的前世和今生

2021
09/28

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西安市儿童医院
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人类的千年动脉导管研究史。

 

正处豆蔻年华的欣彤(化名),亭亭玉立、冰雪聪明,已经有身高1米6的她,在12岁时就取得了民族舞十级证书,毫无疑问是个人见人爱、花见花开的“万人迷”。

前些天,欣彤逐渐出现乏力、心悸、多汗的症状,最初上楼明显气喘,没几天走路都会口唇青紫,父母赶紧带着欣彤满世界的找医院求诊,最终在儿童医院,经过全面检查,心血管内科团队确诊欣彤是先天性心脏病、动脉导管未闭(PDA)

而随后拿到的、更深入、更详细的检查结果,就像晴空霹雳让医生和欣彤全家都无法接受:

“现在看,孩子的情况很不好……孩子…孩子的动脉导管未闭已经合并心功能衰竭、重度肺动脉高压……孩子已经……失去了手术机会,现在无法手术了。”医生尽量细语轻声,尽量温柔委婉,告诉他们孩子现在的情况,但这仍然碾碎了这一家人的所有希望。

“动脉导管未闭是个啥病?孩子好好的,咋就得了这么可怕的病?”妈妈已经是一边在喊一边在哭了。

爸爸打断妈妈的话,带着恳求的眼神追问:“怎么会发展到重度肺动脉高压?还能治么?还有没有什么办法?”

那场面不忍再去回忆,实在让人心痛。


人类的千年动脉导管研究史

动脉导管解剖结构相对简单,但却在长久以来一直困扰着临床医生和研究人员——成为了人类千年的“心病”。

早在公元2世纪,古罗马时代医学家盖伦(Claudius Galenus)和其他一些解剖学家就认识到导管是一种非常独特的解剖结构,盖伦的在他的著作写到:这可以解释在胎儿时期腔静脉与动脉的交通(如肺静脉和左心房),动脉为肺脏供应静脉血,而伴随的血管给器官供应动脉血。因此,自然地有一交通与大动脉连接。这两种血管相互分离,而由第三种血管将两者连接(如导管)……

Galen、Hieronymus Fabricius、Leonardo Bottalo等人对动脉导管的描绘

盖伦关于血液和体液是通过看不见的孔隙混合的理论在几个世纪里被作为教条接受,而动脉导管却在很大程度上被忽视。直到公元200-600年,波斯文献对血液如何从心脏流向肺部有了较为准确的描述。Avicenna、 Ibn-al-Nafis和其他来自伊斯兰黄金时代(9-12世纪)的有影响力的科学家、医学家们也进一步对肺循环和心脏功能的进行了阐述,但那个时代仍然没有关于动脉导管的准确描述。

进入16世纪,文艺复兴时期的学者Vesalius、Servetus和Columbo等人,对肺循环的描述已经比较准确。关于动脉导管完整描述和最早的插图出现在17世纪初,由Falloppio, Aranzio, Carcano, Fabicius, Van Horne等人绘制。

1600年,Botallo在他的Opera Omnia著作中描绘了动脉导管的结构,被称为Botallo导管

到17世纪中期时,人们对心肺循环的理解发生了重大转变,这要归功于哈维(William Harvey),这位英国医生曾师从Fabicius,他综合借鉴了中东和欧洲学者的观察结果——哈维注意到在胎儿中,动脉导管存在于心脏大动脉的根部并在出生后“枯萎”,类似于脐带血管的命运。在随后的200年里,关于动脉导管自发闭合机制的理论包括血栓形成、新膨胀肺的机械挤压、导管扭曲和扭转、心包的拉伸、血流停止后塌陷、导管与主动脉连接处瓣膜样褶皱关闭,以及导管与主动脉成角收缩等现象和机制逐渐被人们所认识。

Sir Joseph Barcroft

Joseph Barcrof和他的同事第一个应用血管造影术证明胎羊动脉导管血流, 他还研究了导致产后导管闭合的因素,并纠正了许多有关胎儿循环的错误假设

现代医学理论认为动脉导管是胎儿时期连接于主动脉和肺动脉的重要血流通道,在胎儿循环中起重要作用。在胚胎发育第6-8周弓动脉相继演变,形成6对主动脉弓,第6对主动脉弓形成右肺动脉主干和左肺动脉起始部,动脉导管由左侧第六对主动脉弓远侧端的背部部分演变而来,连接于左右肺动脉的分叉处与主动脉弓远端之间。

少数情况下,导管可在右侧、双侧或缺失导管,通常长度5mm-10mm,直径1mm-20mm不等。动脉导管在主动脉开口较在肺动脉开口大,导管与主动脉汇合处,往往会合并其他畸形,如主动脉缩窄、主动脉弓中断等。

在胎儿时期,右心室射出的血流几乎全部通过动脉导管至体循环,而出生后,胎儿循环逐渐向婴儿循环转化,动脉导管在12-18小时内功能关闭,在2-3周内解剖关闭。如果在足月儿出生后3个月或早产儿出生后1年以上仍保持开放,则称为动脉导管未闭,因为超过这些时间自发闭合的发生率非常低。

1918年通过尸解观察的动脉导管自然闭合率,与现在统计结果非常接近

动脉导管4个发育成熟阶段的示意图

关于动脉导管未闭的知识

1、动脉导管未闭是常见的先天性心脏病,发病率占先天性心脏病的21%。单纯的动脉导管未闭在2500-5000例出生存活婴儿中会有1例发生。

2、早产儿和出生体重轻的婴儿发病率会增加,体重低于1000g的婴儿,动脉导管未闭的发病率超过80%

3、动脉导管未闭发病率的增加与多种因素有关,包括动脉平滑肌的减少、导管平滑肌对氧的反应能力降低、血液中使血管扩张的前列腺素浓度升高等。

4、由于肺循环与体循环相比压力、阻力较低,在出生后,体循环的血液会从主动脉通过动脉导管分流到肺动脉,过多的血容量对肺动脉和左心系统会造成不良影响,影响的程度取决于分流量和这些结构的解剖和生理状态。

5、动脉导管未闭的婴幼儿可能会出现生长发育迟缓、心力衰竭伴反向分流的肺动脉高压

6、充血性心力衰竭是常见的结局,此时患者对药物治疗的反应可能会很差。当肺动脉高压由动力型发展至阻力型时,则已经失去手术治疗机会。


动脉导管未闭的治疗

虽然动脉导管未闭比较常见,但它不是一种良性疾病,自然病史及预后与未闭导管的直径有关:在未治疗的动脉导管未闭婴儿中死亡率高达30%;Shapiro和Keys研究发现80%的动脉导管未闭,病人最终死于心脏病;Campbell统计42%未治疗的病人45岁前死亡;在应用抗生素前40%病人死于细菌性心内膜炎,余者多数死于充血性心力衰竭。

动脉导管未闭尽管自然预后不良,但在疾病早期动脉导管未闭完全是一种可以治愈的疾病。

Robert Gross

自1938年美国医生Gross成功为7岁的小女孩Sweeny完成世界第一例动脉导管未闭外科结扎手术以后,随着医学技术的发展,对于动脉导管的诊断和治疗已经逐渐成熟。

1963年,Gross和当年的患儿Sweeny在术后25年合影纪念

介入手术治疗动脉导管未闭

目前,除了药物、外科手术的方法之外,介入手术已经成为关闭动脉导管的首选治疗方式

什么是介入治疗?

介入治疗是利用现代高科技手段进行的一种微创性治疗——(简单的说)就是在医学影像设备的引导下,将特制的导管、导丝等精密器械,引入人体,对体内病灶进行诊断和局部治疗。介入治疗应用数字技术,擦亮并扩大医生的“视野”,借助导管、导丝,延长并细腻了医生的“手指”。

介入治疗具有不开刀、恢复快、效果好的特点,切口(穿刺点)仅有米粒大小,不用切开人体组织就可以施行许多过去无法实现、难以操作的治疗,来解决很多种过去必须通过高难度的大手术或长时间的内科治疗还难以保证疗效的疾病(如多种肿瘤、血管瘤和各类出血等疾病)介入治疗是未来医学的发展趋势。

治疗动脉导管未闭

玻利维亚是最贫穷的国家之一,因为高海拔、营养不良、基因遗传、乱用滥用药物和特殊气候等原因,玻利维亚是世界上先天性心脏病的最高发的国家之一,发病率是其他国家的10倍。一位玻利维亚的心脏医生、医学家Franz Freudenthal发现当地竟然有接近4%的孩子会因为动脉导管未闭最终导致死亡,而传统的手术治疗难度大、费用高,当地能施行这样手术的医生屈指可数,能负担这样费用的家庭更是寥寥无几。

Franz Freudenthal

Freudenthal开始尝试设计一种“瓶塞子”植入患儿的心脏,堵住未能闭合的动脉导管,使患儿们得以延续生命,进而回归生活。经过长期研究,他从当地绿鳄梨盘旋缠绕的树枝得到灵感设计了初代产品,几经改良,又在祖母的织布机上“攻克难关”,最终设计出了这样机关巧妙、相对廉价的动脉导管封堵器。

没想到吧?千年传承的编织手艺加上现代科学尖端的镍钛合金记忆材料就是“正确答案”

房间缺损封堵器示意图,动脉导管封堵器和它长得非常相似

手术台上,医生将导丝穿入患儿的动脉,随后导丝牵引封堵器到达未闭合位置,调整、对准、打开,然后“啪”的一声就堵住了,手术结束!

(房间隔缺损)介入手术过程示意图


动脉导管未闭进行介入封堵后,随着孩子身体的生长,动脉导管会不会又“漏”了?根据孩子生长发育情况,术后4-6个月之后,随着导管内膜的生长,自身组织就会把封堵器包裹起来了,逐渐和导管壁融为一体,不会再“漏”了。



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关键词:
主动脉,封堵器,导管,手术,治疗

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