骨骼肌循环辅助

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第1287页（3400字）

骨骼肌循环辅助是利用自体骨骼肌在电刺激下的收缩特性来实现心肌的泵血功能或各种循环辅助功能。

晚期心力衰竭有很高发病率，其死亡率居各类心脏疾病之首。只有应用心脏移植术和人工心脏等机械循环辅助装置，才能救治这类患者。然而，心脏移植有排异和供体来源困难等问题；机械的辅助装置又存在血栓形成和感染的潜在危险及材料、能源等技术困难，仅能作为过渡到心脏移植的桥梁而短期应用。

骨骼肌循环辅助不仅能完全避免排异、凝血、感染等并发症，而且技术简单、安全、经济，利于推广应用，可望成为救治晚期心力衰竭患者的常规临床手段。

自1933年列奇(R．Leriche)等报道将骨骼肌移植用于心脏后，骨骼肌已广泛用于胸腔内外各种加固、成形手术。1959年，康特洛维茨(A．Kantrowitz)等首次提出骨骼肌动态循环辅助的概念。

他保留骨骼肌的神经血管供应，仅分离远端而成为连体骨骼肌瓣，然后分别包缠在心室或主动脉外壁，用标准心脏起搏器对肌瓣进行电刺激，使其分别在收缩期和舒张期发生收缩，成为骨骼肌循环辅助研究的开端。这次实验的直接结果是显示了主动脉舒张期反搏的重要血液动力学效果。

但由于骨骼肌有易疲劳的固有特征，这一反搏效果仅维持了15s即告消失。使人们意识到骨骼肌辅助的主要障碍在于肌肉的易疲劳性，从而把骨骼肌疲劳特性的研究提上议事日程。

1981年，塞蒙斯(S．Salmons)等通过对骨骼肌进行低频短阵电脉冲的长期刺激，成功地实现了骨骼肌肌纤维类型的转变，使骨骼肌具有和心肌一样的抗疲劳特性，可以长期持续工作而不发生疲劳。这一开创性的成果，重新点燃了人们对骨骼肌循环辅助研究的热情，将这一领域的工作推向新的高度。

生理、生化和组织化学的研究资料表明，哺乳类动物的横纹肌均由两类肌纤维组成：抗疲劳、慢收缩、需氧代谢的Ⅰ型肌纤维和易疲劳、快收缩、糖酵解代谢的Ⅱ型肌纤维。由于生理功能的差别，各组织内部肌纤维的组份不同，未训练的骨骼肌中Ⅰ、Ⅱ型肌纤维约各占一半。

组织化学检测证实：经六周以上短阵脉冲串“训练”的骨骼肌中，Ⅰ型肌纤维已占绝对优势，人们把这一电刺激过程称为骨骼肌的心肌化训练。

80年代以来，分子生物学的进展又从分子水平上揭示了在长期电刺激的生理条件下骨骼肌收缩蛋白构型和基因表达的转变。快慢型肌纤维在肌球蛋白重链构型上的差异，使其分解利用ATP和蛋白质合成的速率不同，因而其电刺激阈值、收缩速度和抗疲劳特性均不相同。超微结构的研究资料还表明，骨骼肌肌纤维类型的转变，伴随着毛细血管密度、需氧代谢酶和线粒体数量的增加。

心肌化的骨骼肌作为辅助循环的新一代自体动力源，在世界各国心脏外科和人工心脏研究中心得到了广泛的实验研究。早期对膈肌、腹直肌、臀肌、背阔肌等实验研究均有报导，证实背阔肌在解剖结构、位置、大小和收缩力等方面最适用于循环辅助。

骨骼肌循环辅助方法可分为两类：心肌增强和循环辅助。

前者通过心肌成形术将骨骼肌瓣直接包裹在心室外壁，通过电刺激使骨骼肌与心脏同步收缩而起到直接辅助心脏的作用。1985年1月，法国卡潘梯尔(A．Carpentier)等成功地完成了首例骨骼肌心肌成形术。在切除双心室巨大纤维瘤后，保留心内膜，用左背阔肌瓣在心室后壁作心肌成形术。

术后第5天开始同步刺激的渐进训练，1个月后射血分数比无循环辅助时高23%，病人情况良好。同年9月，美国马戈文(G．J．Magovern)等为一弥漫性冠状动脉病及双心室前尖部巨大钙化动脉瘤的患者施行动脉瘤切除及左背阔肌成形术。术后第8天开始同步电刺激，28个月后随访时，患者在75W运动负荷下的射血分数，比无循环辅助时增加20%。

截至1991年，全世界已完成骨骼肌心肌成形术150例。

心肌成形术的主要适应症为冠状动脉手术无效者，或因冠状动脉和心肌损伤无法进行搭桥手术的缺血性心肌病患者；无瓣膜失效或严重心律不齐的扩张性心肌病、射血分数不低于20%的动脉瘤患者和由寄生虫病引起的心肌衰竭，如南美州的恰加斯氏病(Chagas)患者等。主要手术指征为心室壁运动机能减退或运动障碍，射血分数逐年递减率大于20%但仍在15%以上者，均可考虑心肌成形术。

早期实验发现，用作循环辅助的骨骼肌，在手术后或当刺激频率高时，往往发生缺血现象，说明骨骼肌和心肌一样，也有一个血液灌注和供氧的问题。为此，史蒂文森(L．W．Stephenson)等提出所谓“血管延迟期”的建议。

即在手术后不立即开始刺激训练和循环辅助，等待两周左右，使骨骼肌被切断的毛细血管得以恢复和再生。为此，手术对象，要选取那些尚有一定心室功能的患者，以顺利度过术后的恢复期。

第2类循环辅助的方法包括左右心室辅助和反搏。这类循环辅助常需由骨骼肌瓣构成新的泵血腔，称为骨骼肌心室。

骨骼肌心室实验研究中遇到的最大障碍，是内壁和血液接触表面的凝血问题。安德森(D．R．Amderson)等报道了用自体胸膜或心包作为新心室的内壁，在很大程度上解决了血栓形成的问题，使实验动物存活一年半以上。骨骼肌心室虽有泵血功能，但与自然心室相比，顺应性很差，需在较高的前负荷下才能产生必要的泵血功率。而过高的前负荷又不利于骨骼肌的血液灌注，因此，如何使骨骼肌心室与血液循环系统的实际生理条件相匹配，是骨骼肌循环辅助设计的关键环节。

体外模拟循环实验发现，骨骼肌心室的输出功率相当于自然心脏的右心室。为治疗与右心功能不全相联系的充血性心脏病的肥大性心肌病，舒姆威(W．E．Shumway)和史蒂文森(L．W．Stephenson)分别进行了右心室循环辅助的实验研究，他们的资料证实，骨骼肌心室能在接近于右心室生理充盈压的条件下完成右心室的泵血功能。

肌肉生理、生化研究资料均表明，肌纤维的静止伸展程度对肌肉收缩力有重要影响。从这个角度来看，反搏方式最有利于满足骨骼肌的生理和生化要求。

在收缩期骨骼肌松弛，既有足够时间达到最大的静止伸展，又能在较高的收缩压下得到充分的充盈和血流灌注；舒张期循环压力相对降低，会减少骨骼肌泵血的后负荷。已有文献报道了一系列不同的骨骼肌反搏机构的实验研究资料，其中以史蒂文生组的应用骨骼肌心室反搏装置者存活期最长。

1988年，有人报道了一种设计巧妙的双腔反搏机构，利用液压传动实现主动脉外反搏，是手术范围小、血液流变学特性较好的反搏方案，可望在不久的将来应用于临床。

骨骼肌循环辅助是80年代后期发展起来的新技术，临床应用前景乐观，但还有许多问题有待进一步探讨，如肌肉训练中细胞内的代谢过程及蛋白质的合成机理；循环辅助方案的设计；刺激参数和外科手术技术的最佳化；临床数据的积累和长期效果的观察等。

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(中国医学科学院基础医学研究所黄文美副研究员撰；王天佑审)