液氮保存的人主动脉瓣力学及形态结构的变化
作者：董安平 黄庆恒 徐 磊 任沪平 耿希刚
单位：710061 西安医科大学第一临床学院心外科
关键词：
中华医学杂志970927 我们对正常人新鲜主动脉瓣膜和液氮保存多个时间段的瓣膜力学和形态结构进行研究，探讨液氮保存对同种主动脉瓣的影响以及与保存时间的相关性，为临床应用同种瓣提供依据。
一、材料和方法
1.材料：(1) 瓣膜分组：意外死亡的健康成年男性(年龄19～30岁)的主动脉瓣21个，分为新鲜对照(Ⅰ组)、液氮保存 3个月(Ⅱ组)、7个月(Ⅲ组)、10个月(Ⅳ组)、15个月(Ⅴ组)、19个月(Ⅵ组)、24个月(Ⅶ组)，每组3个瓣膜，9个瓣叶。瓣膜采集、灭菌及液氮保存方法参考文献[1]。(2) 仪器：RPI软组织流变仪，HMEE-0.005-A型力传感器，CBW1103型数字位移计，L23-204函数记录仪等。
, http://www.100md.com
2.方法：(1) 力学测试：按测定软组织流变特性要求制做力学试件，参照文献[2]方法。(2) 形态结构检查：光镜，常规HE染色；电镜标本经戌二醛锇酸固定，逐级脱水，812包埋，制成厚70nm切片，铅铀复染，电镜阅片。
二、结果
1.力学参数：液氮保存各组，应力-应变曲线右移，弹性横量、破坏应力、破坏能耗、单位宽破坏力均小于新鲜对照组，且均随保存时间延长呈逐渐减小趋势，Ⅱ～Ⅴ组与Ⅰ组相比差异无显著统计学意义(P>0.05)，Ⅵ～Ⅶ组与Ⅰ组相比差异有显著统计学意义(P<0.05)，但Ⅱ～Ⅶ组应力松弛，破坏应变与Ⅰ组相比差异无显著意义(P>0.05)(附表)。
2.形态结构：光镜下Ⅰ组瓣膜表面被覆单层内皮细胞，内皮下纤维致密，组织细胞数量多，结构完整，核清晰。Ⅱ～Ⅴ组结构无明显改变，Ⅵ～Ⅶ组瓣膜内皮局部脱失。电镜下，Ⅰ组胶原纤维排列整齐、致密，数量多，横纹清晰，成纤维细胞胞浆均匀，内质网丰富，线粒体嵴多，清晰，核膜完整。Ⅱ～Ⅴ 组胶纤维结构无明显改变，但细胞数量逐渐减少，轻度水肿，细胞器趋少，内质网扩张，线粒体嵴模糊。Ⅵ～Ⅶ组即液氮保存19～24个月后瓣膜胶原 纤维稀疏、排列错乱、局部溶解、断裂、横纹模糊，细胞及细胞器极少，内质网结构不完整。线粒体嵴消失，呈空泡状，核固缩。
, http://www.100md.com
三、讨论
液氮保存同种瓣是目前比较成熟有效的方法，但保存 期限是关注的焦点。Armiger等[3]液氮保存23～380天，郭加强等[1]保存10～343天均未发现形态学改变。本实验表明，液氮保存对同种主动脉瓣力学有一定影响，15月内影响较小，19月后影响较为严重，主要表现为应力—应变性质发生变化，破坏强度减小，其程度随保存时间延长而加重，这与 形态学变化完全一致。但液氮保存对应力松弛没有影响。
同种瓣力学特性取决于其组成成分—胶原纤维、弹性纤维、基质的性质、含量、以及它们的具体构造。加载时瓣叶的刚度主要来自胶原纤维，弹性纤维刚度小，但可使瓣叶加载时胶原纤维变形或移动，故胶原纤维和弹性纤维密切相互作用赋予瓣叶应力-应变性质和破坏强度。胶原纤维和弹性纤维对施加应力进行重组或移行的过程，需在基质完好时才有可能，故瓣叶基质(氨基聚糖)控制应力松弛的速度。我们认为液氮保存
, http://www.100md.com
附表 各组破坏参数(
±s) 组别
弹性模量(MPa)
破坏应力(MPa)
单位宽破坏力(N/mm)
破坏能耗(J×10-3)
破坏应变(%)
I
39±9
5.2±1.3
1.97±0.72
, 百拇医药
13.7±6.4
31.1±2.2
II
39±8
4.5±1.2
1.77±0.49
10.7±5.7
29.4±0.9
III
31±8
4.0±1.5
1.77±0.66
, http://www.100md.com
11.6±4.8
31.7±3.6
IV
29±9
3.7±1.0
1.69±0.48
15.3±5.4
36.5±7.1
V
28±6
3.3±0.8
1.44±0.38
, http://www.100md.com
11.6±5.9
35.1±4.5
VI
20±5
2.0±0.6
0.81±0.23*
5.8±1.8*
31.6±3.7
VII
17±5
1.5±0.4
0.52±0.14*
, http://www.100md.com
5.0±1.2*
30.5±5.3
注：* 与I组比较P<0.05
同种瓣是利用液氮的超低温(-196℃)，停止瓣膜组织的代谢，降低瓣膜的自溶过程，保护了胶原纤维、弹性纤维，尤其是基质的完整性。因此，瓣膜可显示良好的力学性质，此时施加在瓣叶上的应力分布将同新鲜瓣一样，造成瓣叶撕裂和疲劳的应力集中将最小，可延长瓣膜的寿命。但液氮保存的方法不完善，不能避免细胞外结冰引起的电解质浓度过高和冰晶的机械损伤，故长期保存的方法有待进一步完善。据本实验结果，我们推荐应选用液氮保存15个月内的瓣膜供临床使用为好。(致谢：本实验力学部分承蒙成都科技大学陈孟诗、李章政教授的帮助)
参考文献
1 郭加强，朱晓东，漆志涛，等.同种瓣的抗生素灭菌与液氮保存.中国循环杂志，1992，7：379.
2 陈孟诗，李永年，腾胜毅，等.狗颞颌关节盘的流变特性研究.生物医学工程学杂志，1992，9：55.
3 Armiger LC, Thomson RW, Strickett MG, et al. Morphology of heart valves preserved by liquid nitrogen freezing. Thorax, 1985, 40：778.
(收稿：1996-09-10 修回：1997-06-16), 百拇医药
单位：710061 西安医科大学第一临床学院心外科
关键词：
中华医学杂志970927 我们对正常人新鲜主动脉瓣膜和液氮保存多个时间段的瓣膜力学和形态结构进行研究，探讨液氮保存对同种主动脉瓣的影响以及与保存时间的相关性，为临床应用同种瓣提供依据。
一、材料和方法
1.材料：(1) 瓣膜分组：意外死亡的健康成年男性(年龄19～30岁)的主动脉瓣21个，分为新鲜对照(Ⅰ组)、液氮保存 3个月(Ⅱ组)、7个月(Ⅲ组)、10个月(Ⅳ组)、15个月(Ⅴ组)、19个月(Ⅵ组)、24个月(Ⅶ组)，每组3个瓣膜，9个瓣叶。瓣膜采集、灭菌及液氮保存方法参考文献[1]。(2) 仪器：RPI软组织流变仪，HMEE-0.005-A型力传感器，CBW1103型数字位移计，L23-204函数记录仪等。
, http://www.100md.com
2.方法：(1) 力学测试：按测定软组织流变特性要求制做力学试件，参照文献[2]方法。(2) 形态结构检查：光镜，常规HE染色；电镜标本经戌二醛锇酸固定，逐级脱水，812包埋，制成厚70nm切片，铅铀复染，电镜阅片。
二、结果
1.力学参数：液氮保存各组，应力-应变曲线右移，弹性横量、破坏应力、破坏能耗、单位宽破坏力均小于新鲜对照组，且均随保存时间延长呈逐渐减小趋势，Ⅱ～Ⅴ组与Ⅰ组相比差异无显著统计学意义(P>0.05)，Ⅵ～Ⅶ组与Ⅰ组相比差异有显著统计学意义(P<0.05)，但Ⅱ～Ⅶ组应力松弛，破坏应变与Ⅰ组相比差异无显著意义(P>0.05)(附表)。
2.形态结构：光镜下Ⅰ组瓣膜表面被覆单层内皮细胞，内皮下纤维致密，组织细胞数量多，结构完整，核清晰。Ⅱ～Ⅴ组结构无明显改变，Ⅵ～Ⅶ组瓣膜内皮局部脱失。电镜下，Ⅰ组胶原纤维排列整齐、致密，数量多，横纹清晰，成纤维细胞胞浆均匀，内质网丰富，线粒体嵴多，清晰，核膜完整。Ⅱ～Ⅴ 组胶纤维结构无明显改变，但细胞数量逐渐减少，轻度水肿，细胞器趋少，内质网扩张，线粒体嵴模糊。Ⅵ～Ⅶ组即液氮保存19～24个月后瓣膜胶原 纤维稀疏、排列错乱、局部溶解、断裂、横纹模糊，细胞及细胞器极少，内质网结构不完整。线粒体嵴消失，呈空泡状，核固缩。
, http://www.100md.com
三、讨论
液氮保存同种瓣是目前比较成熟有效的方法，但保存 期限是关注的焦点。Armiger等[3]液氮保存23～380天，郭加强等[1]保存10～343天均未发现形态学改变。本实验表明，液氮保存对同种主动脉瓣力学有一定影响，15月内影响较小，19月后影响较为严重，主要表现为应力—应变性质发生变化，破坏强度减小，其程度随保存时间延长而加重，这与 形态学变化完全一致。但液氮保存对应力松弛没有影响。
同种瓣力学特性取决于其组成成分—胶原纤维、弹性纤维、基质的性质、含量、以及它们的具体构造。加载时瓣叶的刚度主要来自胶原纤维，弹性纤维刚度小，但可使瓣叶加载时胶原纤维变形或移动，故胶原纤维和弹性纤维密切相互作用赋予瓣叶应力-应变性质和破坏强度。胶原纤维和弹性纤维对施加应力进行重组或移行的过程，需在基质完好时才有可能，故瓣叶基质(氨基聚糖)控制应力松弛的速度。我们认为液氮保存
, http://www.100md.com
附表 各组破坏参数(
±s) 组别弹性模量(MPa)
破坏应力(MPa)
单位宽破坏力(N/mm)
破坏能耗(J×10-3)
破坏应变(%)
I
39±9
5.2±1.3
1.97±0.72
, 百拇医药
13.7±6.4
31.1±2.2
II
39±8
4.5±1.2
1.77±0.49
10.7±5.7
29.4±0.9
III
31±8
4.0±1.5
1.77±0.66
, http://www.100md.com
11.6±4.8
31.7±3.6
IV
29±9
3.7±1.0
1.69±0.48
15.3±5.4
36.5±7.1
V
28±6
3.3±0.8
1.44±0.38
, http://www.100md.com
11.6±5.9
35.1±4.5
VI
20±5
2.0±0.6
0.81±0.23*
5.8±1.8*
31.6±3.7
VII
17±5
1.5±0.4
0.52±0.14*
, http://www.100md.com
5.0±1.2*
30.5±5.3
注：* 与I组比较P<0.05
同种瓣是利用液氮的超低温(-196℃)，停止瓣膜组织的代谢，降低瓣膜的自溶过程，保护了胶原纤维、弹性纤维，尤其是基质的完整性。因此，瓣膜可显示良好的力学性质，此时施加在瓣叶上的应力分布将同新鲜瓣一样，造成瓣叶撕裂和疲劳的应力集中将最小，可延长瓣膜的寿命。但液氮保存的方法不完善，不能避免细胞外结冰引起的电解质浓度过高和冰晶的机械损伤，故长期保存的方法有待进一步完善。据本实验结果，我们推荐应选用液氮保存15个月内的瓣膜供临床使用为好。(致谢：本实验力学部分承蒙成都科技大学陈孟诗、李章政教授的帮助)
参考文献
1 郭加强，朱晓东，漆志涛，等.同种瓣的抗生素灭菌与液氮保存.中国循环杂志，1992，7：379.
2 陈孟诗，李永年，腾胜毅，等.狗颞颌关节盘的流变特性研究.生物医学工程学杂志，1992，9：55.
3 Armiger LC, Thomson RW, Strickett MG, et al. Morphology of heart valves preserved by liquid nitrogen freezing. Thorax, 1985, 40：778.
(收稿：1996-09-10 修回：1997-06-16), 百拇医药