搏动式全人工心脏体外循环测试后血小板功能保全评估研究

《Platelets》：Functionality of platelets after in vitro testing of pulsatile total artificial hearts

　　

溶血（hemolysis）是全人工心脏（total artificial hearts，TAHs）血液相容性的一项度量指标，但其对血小板生物学与血栓形成性（thrombogenicity）的洞察有限。研究人员先前已证实，与经FDA批准的SynCardia TAH（Sync）相比，Realheart? TAH（RH）的溶血程度更低。本研究采用标准化ASTM F1830方案，在全血体外系统中评估血液暴露于上述两种装置后的血小板功能。人类血液（n=5）在受控条件下（5 L/min，100 mmHg，37°C）于RH、Sync中循环360 min，同时设置匹配的静态对照组并保持在相同温度条件下。研究人员通过代谢（ATP、线粒体膜电位）、表型（表面标志物、微粒）及功能（激动剂反应、血栓弹力图）检测对血小板进行评估。循环条件与静态条件之间存在差异，包括pH升高、乳酸增加以及血小板表面受体表达降低，这与静态对照的非生理学性质一致。尽管存在上述变化，但未观察到血小板活化（CD62P）、血栓形成性（CD61+微粒）或线粒体损伤（ATP、JC-1）增加的证据，且通过激动剂刺激和血栓弹力图评估，血小板功能保持完好。SynCardia使平均血小板体积（mean platelet volume，MPV）增加并降低ATP水平，提示颗粒组成改变而非血小板内在功能障碍。上述发现表明，在临床相关TAH条件下血小板完整性得以保留，并强调溶血与血小板反应代表了装置血液相容性的不同方面。

**一、研究背景与目的**

心力衰竭是全球性健康负担，影响数千万患者，预计到2030年患病率将超过7400万，5年死亡率约为50%。由于每年仅约10287例供体心脏可用于移植，全人工心脏（total artificial hearts，TAHs）的临床需求日益增长。SynCardia TAH（Sync）已植入超过2100例患者，虽证实了临床有效性，但伴随出血、贫血和感染等血液相关并发症。搏动式四腔室Realheart? TAH（RH）通过模拟天然房室平面位移，旨在重现生理性血流模式；既往计算流体力学、混合模拟及动物研究已表征其血流动力学行为，并证实其可通过心率、每搏输出量及收缩/舒张时相调节心输出量并维持左右平衡。

溶血检测是TAH的监管终点指标，Sync是目前唯一获FDA批准的TAH对照装置。研究人员先前已证实，在体外生理相关左心（体循环）条件下，RH产生的溶血显著低于Sync；临床研究亦报道Sync支持的患者存在明显溶血。然而，溶血仅提供血液相容性的部分评估，无法反映装置对血小板生物学或血栓形成性的影响。血小板活化是机械循环支持中血栓并发症的关键驱动因素，但TAH系统中缺乏标准化的评估方法。既往对Sync的研究采用分离血小板和剪切依赖性凝血酶生成，证明了在较高工作条件下活化增加且水平超过单独机械瓣膜；但这些方法未能反映血小板在整合全血中的反应。本研究在前期溶血研究基础上，采用标准化ASTM F1830方案，在临床相关的全血循环模型中评估血小板功能，旨在确定全人工心脏循环是否损害血小板功能，以及血小板反应在Realheart? TAH与SynCardia TAH之间是否存在差异。

**二、研究方法概述**

研究人员使用新鲜的非去白细胞人全血（枸橼酸-磷酸盐-葡萄糖抗凝），来自卡罗林斯卡大学医院血液中心的健康男性供者，经知情同意用于研究；血小板计数要求为130–240×10⁹/L。3至4名ABO相容供者（B或AB型，RhD血型相同）的血液混合并4–8°C过夜储存。检测前按ASTM F1830-17将血细胞比容稀释至29–32%，并补充抗生素/抗真菌剂。搏动式血液循环环路（含心房和动脉顺应室）装入550 ml血液，目标压差100±3 mmHg、流量5.0±0.25 L/min（ASTM F1841-97），温度37±1°C。共使用7个独立混合血液样本，其中3个进行配对测试，最终每组获得5次独立循环实验（生物学重复）。静态对照为同一血池在37±1°C下静置360 min不进行泵送或循环，以区分装置诱导效应与体外孵育变化。血小板相关检测包括：自动血液分析仪测定血小板计数和平均血小板体积（MPV）；临床血气分析仪测定pH、pCO₂、pO₂、葡萄糖、乳酸和碳酸氢盐；荧光素酶法测定血小板ATP含量；JC-1法检测线粒体膜电位（Δψ）；流式细胞术评估表面受体表达（CD62P、CD42b、CD61/CD41、GPVI、PECAM-1）、PAC-1结合（ADP或胶原刺激后）及CD61阳性微粒；旋转血栓弹力图（ROTEM）评估血小板对凝血的整体贡献。数据分析采用单因素方差分析（ANOVA），p<.05为差异有统计学意义。

**三、研究结果**

**血小板基本特征**：在富血小板血浆（platelet-rich plasma，PRP）中，RH、Sync和静态对照组的血小板计数相当，表明循环后血小板回收率相似。但此结果与此前同一循环实验的全血血液学发现不同——既往分析中Sync处理的全血显示血小板计数显著高于RH和静态对照。Sync来源PRP的MPV显著增加，支持颗粒组成向更大粒径方向偏移且PRP内粒径分布更宽。ATP浓度在Sync样本中显著降低，尽管血小板计数未变，可能反映异质性颗粒群体内血小板来源ATP被稀释。JC-1阳性评估的线粒体膜电位在各组间保持，表明血小板生物能量完整性得以维持，不支持显著血小板损伤。上述发现提示MPV和ATP变化更可能归因于PRP中的非血小板物质而非血小板内在功能障碍。

**细胞外代谢环境**：TAH循环暴露的血液在37°C下维持生理范围内pH，而静态血液pH显著降低，伴随pCO₂数值升高和pO₂改变（未达统计学显著）。静态条件下的酸化与缺乏对流气体交换时持续细胞代谢一致。循环后乳酸水平适度升高，而葡萄糖和碳酸氢盐浓度保持不变，表明缓冲能力和底物可用性保留。代谢差异主要反映静态条件的非生理性质而非装置特异性效应。

**血小板表面标志物与功能**：CD62P表达在RH、Sync和静态样本间相当，表明血小板表面活化水平相似。循环样本中CD42b、CD61、CD41、GPVI和PECAM-1表达较静态对照降低，这些受体已知受剪切力和人工表面接触调节。结合CD62P无伴随升高、CD61阳性微粒未见增加以及血小板功能保留，提示为轻微受体调节而非病理性血小板活化。ADP或胶原刺激均引起预期血小板活化增加，各组间无差异，表明TAH暴露后激动剂依赖性信号传导和整合素活化完好。粘弹性检测显示各组间凝血时间、凝血块形成时间和最大凝血块硬度相当，表明血小板对整体凝血块形成和机械稳定性的贡献保留。

**四、讨论与结论**

本研究在代谢、表型和功能终点上的一致性表明，在测试条件下，暴露于TAH循环不会损害血小板功能。观察到的轻微表型差异与活化改变或止血性能恶化无关。在此背景下，Realheart? TAH原型表现出与临床已建立的SynCardia TAH相当的血小板相容性。值得注意的是，尽管既往报道SynCardia TAH溶血更高，但RH与Sync之间缺乏功能性差异，支持红细胞和血小板代表不同血液相容性终点、具有不同易感阈值的观点。血小板功能障碍通常需要比红细胞溶解更高或更持续的病理剪切或代谢应激。静态对照的纳入为解释装置诱导的血小板行为变化提供了必要基线。研究局限性包括：体外受控条件使用混合健康供者血液和6小时循环方案，虽遵循ASTM标准并允许直接装置比较，但不能完全再现TAH患者的炎症、内皮、凝血和血液学复杂反应；结果应视为标准化条件下相对装置效应的评估，而非临床结局的直接预测。本研究仅评估体循环（左泵）以保持与既往方法一致，未来应结合体循环和肺循环环路进行更全面的血液相容性评估。研究人员结论：在临床相关TAH条件下，血小板完整性得以保留，Realheart? TAH原型与SynCardia TAH具有相当的血小板相容性，且溶血与血小板反应是装置血液相容性的不同方面。