专利名称：动物心力衰竭诱导装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种动物心力衰竭诱导装置，特别是涉及一种用于模拟人类主要心脏疾病导致心力衰竭病理生理过程的动物心力衰竭诱导装置。
背景技术：
心力衰竭是各种心血管疾病导致心脏机械收缩功能不全引起的一种综合症。其原因是心肌收缩力下降导致心脏搏血量不能满足机体代谢的需要。发生心力衰竭时心脏收缩搏血能力下降，血液残留心室，舒张期血液充盈减少，心室收缩-舒张容积变化率缩小。血液淤积在心脏使得舒张期心腔内压力升高和心腔扩大，进一步使心肌收缩力下降而加重心功能不全，致使体循环和肺循环血液回流受阻而产生体、肺循环瘀血。机体供血不足和血液淤积于体、肺循环将导致机体代谢紊乱。近年来，随着心力衰竭基础研究的深入，对心力衰竭的发病机制及临床防治有了更深人的认识和更高的要求，高度近似人类心力衰竭病理生理过程的心力衰竭动物模型成为开展心力衰竭实验研究的首要问题。许多动物可用于制作心力衰竭模型，如大鼠、兔、猫、犬、羊、猪、猴、狒狒等。其中， 猪和犬等大动物的个体较大，心血管系统较为发达，神经体液调节较为完善，操作及观察较容易，是较理想的实验材料，可广泛用于心力衰竭机制研究和药物评价。目前，用于研究的心力衰竭动物模型有以下几种1、压力超负荷型心衰模型压力超负荷型心衰模型常通过对实验动物的主动脉和肾动脉进行缩窄增加心室阻力负荷得以实现，诱导心肌细胞肥大，适合于研究心肌肥厚演变为心力衰竭时的病理生理过程。但压力超负荷型心衰模型用于评价药物价值受到限制，而且实验过程不稳定，周期长，难以实现在大动物体内进行模拟实验。2、容量超负荷型HF模型容量超负荷型心衰模型模拟心脏前负荷超载时心腔扩大导致的心力衰竭，常用于研究心衰时体内神经内分泌机制的改变、水电解质失衡和肾功能异常，在评价抗心衰药物疗效方面作用有限。容量超负荷型心衰模型制备方法有动静脉瘘法和瓣膜关闭不全法。由于瘘口大小及瓣膜返流程度难以掌握，以致心衰程度难以控制，被实验的动物死亡率较高。3、心肌收缩力减弱型心衰模型心肌收缩力减弱型心衰模型适用于多种实验动物，临床拟似性好，心衰程度容易控制，而成为应用最多的模型。实现心肌收缩力减弱型心衰模型的方法包括阻塞冠状动脉致缺血性心肌病法和快速心室起搏法。阻塞冠状动脉致缺血性心肌病法可采用介入方式植入栓子，不开胸，创伤小，定位较准确，适用于大动物，而对于小动物则需开胸直接结扎冠状动脉。快速心室起搏法应用电极快速起搏心脏，使血流动力学发生严重紊乱，心肌血液供应下降，心肌收缩力下降，从而发生心力衰竭。快速心室起搏法多用于体形较大的动物，制作周期较短，可控性较好，且模型制作中动物能保持清醒状态，适用于心衰的多种研究，并可用于评价药物。4、自发性心衰模型自发性心衰模型对于研究动物心肌病变和心衰自然发生具有突出特点，较其他各类模型更接近临床情况，适合于研究衰竭心肌生化代谢、收缩性能以及超微结构改变，尤其适于心肌病发生机制和预防性治疗的研究。自发性心衰动物模型动物选择受限，心衰过程难以调控。上述几种心衰动物模型都难以客观、自由和全面地表达心力衰竭状态下神经、体液和药物对心脏收缩力、电生理特性和心脏负荷的调节作用，尤其是不能很好地模拟占临床心力衰竭60%的缺血性心脏病心力衰竭的病理生理过程和评价药物作用。因此，需要建立一个更接近人类主要疾病导致的动物心力衰竭诱导装置，尤其是大动物模型，并具备完善的测量系统和能在清醒状态下进行相关实验，以用于心力衰竭机理研究和建立药物评价的标准平台。
发明内容
本发明提供一种动物心力衰竭诱导装置，用于植入到实验动物体内，人为地造成实验动物心力衰竭，从而模拟人类主要疾病导致的心力衰竭病理生理过程。根据本发明的实施例，提供一种复合型动物心力衰竭诱导装置，所述动物心力衰竭诱导装置可植入动物体内，用于模拟研究人类心力衰竭病理生理过程和评价药物作用， 包括心室限制机构，所述心室限制机构被构造成可植入心室内，并包括支撑装置，所述支撑装置具有与心室的内部形状基本上相适应的凹形结构，以植入心室内；可伸缩装置，所述可伸缩装置部分地被容纳在所述支撑装置的凹形结构内；以及心室外腔室，所述心室外腔室被构造成设置在心室的外部或动物体外并与所述可伸缩装置通过连接管流体连通，所述心室外腔室包括弹性部件。其中，在心脏收缩期，所述可伸缩装置回缩到所述凹形结构中并通过驱动介质驱动所述弹性部件收缩；在心脏舒张期，已收缩的所述弹性部件通过驱动介质驱动所述可伸缩装置从所述凹形结构扩张出来。在上述动物心力衰竭诱导装置中，所述心室外腔室进一步包括封闭的硬质外壳； 以及隔膜，所述隔膜设置在所述外壳内并将所述外壳的内部分隔成第一腔室和第二腔室， 所述第一腔室内容纳所述驱动介质并与所述可伸缩装置通过所述连接管流体连通，所述弹性部件设置在所述第二腔室内并对抗所述隔膜的动作而伸缩。上述动物心力衰竭诱导装置进一步包括与所述第一腔室连通的导管，以通过所述导管向所述第一腔室和可伸缩装置内导入所述驱动介质或者从所述第一腔室和可伸缩装置内导出所述驱动介质。在上述动物心力衰竭诱导装置中，所述外壳具有与心室的外部的形状相匹配的凹形形状，以将所述外壳附着在心室的心尖部。在上述动物心力衰竭诱导装置中，所述支撑装置为可收缩成管状结构的具有记忆特性的柔性支撑网。在上述动物心力衰竭诱导装置中，所述支撑装置由具有记忆性能的材料制成。在上述动物心力衰竭诱导装置中，所述可伸缩装置在从所述凹形结构扩张出来时为与心室形态相适应的柔性囊状结构。
在上述动物心力衰竭诱导装置中，所述可伸缩装置被设置成在心脏收缩期和舒张期的形状为固定的状态。在上述动物心力衰竭诱导装置中，所述囊包括位于上部的动作部和位于下部的容纳在支撑装置内的非动作部，所述囊的非动作部的外部均勻涂覆有增强膜，使所述支撑网与非动作部牢固粘接结合。在上述动物心力衰竭诱导装置中，所述弹性部件的弹性系数被设置成使得第一腔室内驱动介质的压力保持在低于心室的收缩压并高于心室的舒张压。根据本发明的实施例的动物心力衰竭诱导装置，可植入到实验的动物体内，由于实验动物的心脏内植入了含有支撑装置的心室限制机构，限制了心尖部心室壁的收缩运动幅度，降低了心脏的泵血能力。同时一定程度充盈的心室限制机构增加了心室死腔，进一步降低心脏搏血，人为地造成了实验动物心力衰竭。
将参照附图来进一步详细说明本发明，其中图1是根据本发明的一种示例性实施例的动物心力衰竭诱导装置在心脏收缩期所处的状态示意图。图2是根据本发明的一种示例性实施例的动物心力衰竭诱导装置在心脏舒张期所处的状态示意图。图3是根据本发明的一种示例性实施例的心室限制机构在充分扩张状态下的示意图。图4是图3所示的心室限制机构的支撑装置的局部剖视图。图5是支撑装置的一种实施例在张开时的示意图。图6是作为可伸缩装置的一种实施例的心室限制机构在展开时的剖面示意图。图7是心室限制机构收缩后放置在输送管内的示意图。图8是植入动物心脏的根据本发明的动物心力衰竭诱导装置在心脏收缩期处于回缩状态的示意图。图9是植入动物心脏的根据本发明的动物心力衰竭诱导装置在心脏舒张期处于张开状态的示意图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同的标号表示相同或相似的元件。下面参考附图描述的实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能解释为对本发明的一种限制。图1是根据本发明的一种示例性实施例的动物心力衰竭诱导装置在心脏收缩期的示意图，图2是根据本发明的一种示例性实施例的动物心力衰竭诱导装置在心脏舒张期的示意图。根据本发明的一种示例性实施例的动物心力衰竭诱导装置100植入动物体内， 可控制地限制实验动物心脏功能和诱导心力衰竭，用于有计划地和可控制地降低实验动物心脏功能并最终导致心力衰竭，包括心室限制机构1和心室外腔室2。心室限制机构1被构造成通过外科手术植入心室3内(参见图8和9)，并包括支撑装置11，所述支撑装置11具有与心室的内部形状基本上相适应的凹形结构13(参见图幻，例如植入左心室的心室限制机构1的支撑装置11为大致的半椭球体，以植入心室内并与心室心尖部的内壁保持良好接触和以例如缝合之类的外科方式固定；以及可伸缩装置12(参见图3)，所述可伸缩装置 12部分地被容纳在支撑装置11的凹形结构13内，并可以全部收缩到凹形结构13内或者从凹形结构13内扩张出来。心室外腔室2被构造成设置在心室3的外部(参见图8和9)或动物体外并与可伸缩装置12通过连接管4流体连通，心室外腔室2包括例如弹簧之类的弹性部件21。其中，在实验动物心脏收缩期，可伸缩装置12回缩到凹形结构13中并通过流体形式的驱动介质驱动弹性部件21收缩；在心脏舒张期，已收缩的弹性部件21通过驱动介质驱动可伸缩装置12从凹形结构13扩张出来。根据本发明进一步的实施例，心室外腔室2还包括例如由不锈钢、镍钛合金之类的金属材料、或者高分子聚合物材料制成的封闭的硬质外壳22 ；以及由柔性材料制成的隔膜23，所述隔膜23设置在外壳22内并将外壳22的内部分隔成第一腔室M和第二腔室25， 第一腔室M内容纳例如液体或者气体之类的驱动介质并与可伸缩装置12通过连接管4流体连通，弹性部件21设置在第二腔室25内并对抗隔膜23的动作而伸缩。即，在心脏收缩期，可伸缩装置12和第一腔室M内的驱动介质的压力由于受到心室壁33的压缩而变大， 从而驱动弹性部件21收缩；而在心脏舒张期，可伸缩装置12和第一腔室M内的驱动介质压力由于心室壁33的舒张而变小，使得已收缩的弹性部件21通过驱动介质驱动可伸缩装置12从凹形结构13扩张出来。可以理解，弹性部件21的弹性系数的设定应使得第一腔室 24内液体的压力保持在低于心室3的收缩压并高于心室3的舒张压，从而使得弹性部件21 在心脏收缩期在隔膜23的推动下被压缩，而在心脏舒张期伸展开并推动隔膜23移动。如图1和2所示外壳22具有与心室的心尖外部的凸出形状相匹配的凹形形状，例如呈弯月形，以将外壳23附着在心室的心尖部。这样，在将本发明的动物心力衰竭诱导装置100植入动物的心脏上一段时间之后，由于心脏表面瘢痕组织的形成，心室外腔室2的凹形壳体22将与心脏的外部紧密结合在一起。心室外腔室2也可置于动物体外，与可伸缩装置12通过加长的连接管4流体连通。因此，在根据本发明的动物心力衰竭诱导装置100中，由可伸缩装置12、连接管4 和第一腔室M构成一个封闭的容器，该容器内容纳有例如液体之类的驱动介质，其形状可随着心脏的收缩和舒张而变化，但体积基本上保持不变。详细而言，参照图8-9，在心脏收缩期，可伸缩装置12由于受到心室壁33的压缩而回缩到支撑装置11的凹形结构13内，这样液体在可伸缩装置12内的量变少，并使得一部分液体通过连接管4流动到第一腔室M 中，同时心脏的收缩力通过液体和隔膜23传递到弹性部件21，使得弹性部件21压缩；而在心脏舒张期，由于心室壁33的舒张，施加在可伸缩装置12上的压力解除，已收缩的弹性部件21通过隔膜23推动一部分液体从第一腔室M通过连接管4流动到可伸缩装置12，使得可伸缩装置12从凹形结构13扩张出来，心室3的有效充盈容积缩小，限制心室3的舒张功能。在本发明的动物心力衰竭诱导装置100中，在弹性部件21的作用下，可伸缩装置12可与心脏的搏动同步地扩张和回缩。在心脏收缩和舒张的过程中，由于支撑装置11的刚性支撑作用，使得心室的心尖部变形很小甚至不发生变形。需要说明的是，凹形结构13内的凹形空间的容积小于正常的心室(即其内没有放置心室限制机构的正常心室)容积。在心脏收缩期，可伸缩装置12收
6缩到凹形结构13内，心室内的一部分血液也存留在凹形结构13内，这样心脏就不能将正常容量的血液经主动脉瓣31泵送到主(肺)动脉，也就是说，支撑装置11限制了部分心室壁 33的收缩，心室3的无效腔扩大；而在心脏舒张期，可伸缩装置12从凹形结构13内扩张出来，心室内用于容纳血液的空间减少，使得一部分血液不能通过二尖瓣32进入心室。因此， 由于被实验动物的心脏内植入了心室限制机构1的支撑装置11，限制了心尖部心室壁33 的收缩运动幅度，降低了心脏的泵血能力，人为地造成了实验动物的心力衰竭实验。进一步地，本发明动物心力衰竭诱导装置100与冠状动脉结扎及快速起搏装置联合应用可有效提高心力衰竭诱导效率和稳定性。在本发明进一步的实施例中，心力衰竭诱导装置100的可伸缩装置12还可以被设置成在心脏收缩期和舒张期的形状为固定的。例如采用阀门机构将连接管4关闭，这样可伸缩装置12内的液体不能流动到第一腔室24，从而使可伸缩装置12不随心脏的收缩和舒张而动作，并始终以固定容积充填在心室内，这样仍然缩小了心室的容积，能够降低心脏的泵血能力，人为地造成实验动物的心力衰竭。因此，采用这种阀门机构可以将可伸缩装置12 设定为固定状态和非固定状态，并且在的固定状态下，可伸缩装置12在心脏收缩期和舒张期的形状为固定的。在非固定状态下，在心脏收缩期，可伸缩装置12回缩到凹形结构13中并通过驱动介质驱动弹性部件21收缩；在心脏舒张期，已收缩的弹性部件21通过驱动介质驱动所述可伸缩装置12从凹形结构13扩张出来。进一步地，设置与第一腔室M连通的导管沈，导管沈可延伸到动物体外，以通过导管沈向第一腔室M和可伸缩装置12内导入驱动介质或者从第一腔室M和可伸缩装置 12内导出驱动介质。这样可以调节第一腔室M和可伸缩装置12内的驱动介质的量，从而控制心力衰竭的程度，进而协助心衰诱导和增加安全性。参见图3，连接管4的位于支撑装置11的一端设有诸如网状结构的防堵塞装置41 以防止可伸缩装置12回缩时贴在其内壁上并堵塞驱动介质进出连接器4。图5示出了支撑装置11的一种示例性实施例的示意图。该支撑装置11为柔性支撑网结构，支撑网为心室限制机构1的非动作部分，用于为可伸缩装置12的动作提供支撑， 以保证可伸缩装置12的定向伸缩运动。该支撑装置11具有一定的刚性和柔性，以保证与心室壁33可靠地接触，以利于外科手术固定。另外，如图7所示，支撑网结构的支撑装置11 在一定条件下可以收缩成管状结构并放入到输送管5中，以便于手术人员通过在心脏的心尖处切口将输送管5以及输送管5内收缩成细管状的支撑网和回缩在支撑网内的可伸缩装置12—同植入到心室内，植入后在大于32摄氏度的血温下展开成图5所示的凹形结构13， 并和心室壁33接触。图6示出了可伸缩装置12的一种示例性实施例的示意图。以植入左心室的心室限制机构为例，展开情况下心室限制机构的可伸缩装置12为大致椭球体或半椭球体的柔性囊16。如图6所示，囊16包括三层结构，即用于与驱动介质接触的内层17、用于接触血液的外层19、和夹在内层17和外层19之间并用于支撑内层17和外层19的中层18。但也可以选择使囊16具有一层或者两层、甚至更多层，只要保证囊16具有气密性、可伸缩性、抗屈挠性、和生物相容性即可。在囊16的下部与连接管4流通。在一种示例性实施例中，心室限制机构的可伸缩装置12的囊16由三层厚度和理化性能不同的例如医用聚氨酯之类的具有良好生物安全性的医用高分子材料制成。
再次参见图3和6，作为心室限制机构的可伸缩装置12的囊16包括位于上半部的动作部分161和位于下半部容纳在作为支撑装置11的支撑网内的非动作部分162。非动作部分162的壁与支撑装置11紧密均勻接触后，通过在支撑网和非动作部分162的外部均勻涂覆例如由医用聚氨酯制成的增强膜14，使支撑网与非动作部分162牢固粘接结合，并增加非动作部分162的强度和与心室壁33组织的生物相容性。在本发明进一步的示例性实施例之间，可以在植入心脏内部的心衰诱导装置100 上设置用于检测心脏功能和心衰诱导装置1工作情况的传感器，例如所述传感器包括下列传感器中的至少一种用于检测心电信号的传感器、用于检测心腔内压力的传感器、用于检测心衰诱导装置100内的压力的传感器、以及用于检测心室容积的传感器和用于检测心腔内血液氧饱和度传感器等等。这些传感器产生的信号可分别传输到设置在被实验动物的体外监视装置(未示出)。监视装置根据这些传感器的探测结果分析心脏功能状态和心衰诱导装置100的工作状态以及两者的匹配状况，为调整第一腔室M和可伸缩装置12内的液体量、设定弹性部件21的弹性系数、以及确定治疗心力衰竭的方案提供依据。下面描述将本发明的动物心力衰竭诱导装置100放置到例如猪、羊、猴、狒狒等被实验动物的心脏上的操作过程。首先，在手术前测得实验动物的例如左心室(本发明的动物心力衰竭诱导装置 100适用于左、右心室)的心腔尺寸，并制作相应尺寸的可收缩装置12和支撑装置11 ；在例如0-5摄氏度的低温条件下将支撑网结构的支撑装置11收缩成管状结构并放入到输送管 5中；实验通过心尖处的切口将输送管5以及输送管5内收缩成细管状的支撑装置11和收缩在支撑装置11内的可伸缩装置12 —同植入到心室3内；植入后拔出输送管5，使连接管 4的一端露出到心室壁33之外，并将支撑装置11和可伸缩装置12保留在心室3中；在支撑装置11在血液温度下展开成图5所示的凹形结构13，并和心室壁33接触；采用医疗缝合线将支撑装置11缝合到心室壁33上，将支撑装置11固定；将连接管4的露出的一端连接到心室外腔室2的壳体21上并与第一腔室M连通；采用医疗缝合线将壳体21基部缝合到心室壁33的外部。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种复合型动物心力衰竭诱导装置，所述动物心力衰竭诱导装置可植入动物体内， 用于模拟研究人类心力衰竭病理生理过程和评价药物作用，包括心室限制机构，所述心室限制机构被构造成可植入心室内，并包括支撑装置，所述支撑装置具有与心室的内部形状基本上相适应的凹形结构，以植入心室内；可伸缩装置，所述可伸缩装置部分地被容纳在所述支撑装置的凹形结构内；以及心室外腔室，所述心室外腔室被构造成设置在心室的外部或动物体外并与所述可伸缩装置通过连接管流体连通，所述心室外腔室包括弹性部件，其中，在心脏收缩期，所述可伸缩装置回缩到所述凹形结构中并通过驱动介质驱动所述弹性部件收缩；在心脏舒张期，已收缩的所述弹性部件通过驱动介质驱动所述可伸缩装置从所述凹形结构扩张出来。
2.如权利要求1所述的动物心力衰竭诱导装置，其中，所述心室外腔室进一步包括封闭的硬质外壳；以及隔膜，所述隔膜设置在所述外壳内并将所述外壳的内部分隔成第一腔室和第二腔室， 所述第一腔室内容纳所述驱动介质并与所述可伸缩装置通过所述连接管流体连通，所述弹性部件设置在所述第二腔室内并对抗所述隔膜的动作而伸缩。
3.如权利要求2所述的动物心力衰竭诱导装置，其中，进一步包括与所述第一腔室连通的导管，以通过所述导管向所述第一腔室和可伸缩装置内导入所述驱动介质或者从所述第一腔室和可伸缩装置内导出所述驱动介质。
4.如权利要求2所述的动物心力衰竭诱导装置，其中，所述外壳具有与心室的外部的形状相匹配的凹形形状，以将所述外壳附着在心室的心尖部。
5.如权利要求1所述的动物心力衰竭诱导装置，其中，所述支撑装置为可收缩成管状结构的具有记忆特性的柔性支撑网。
6.如权利要求5所述的动物心力衰竭诱导装置，其中，所述支撑装置由具有记忆性能的材料制成。
7.如权利要求6所述的动物心力衰竭诱导装置，其中，所述可伸缩装置在从所述凹形结构扩张出来时为与心室形态相适应的柔性囊状结构。
8.如权利要求1所述的动物心力衰竭诱导装置，其中，所述可伸缩装置被设置成在心脏收缩期和舒张期的形状为固定的状态。
9.如权利要求7所述的动物心力衰竭诱导装置，其中，所述囊包括位于上部的动作部和位于下部的容纳在支撑装置内的非动作部，所述囊的非动作部的外部均勻涂覆有增强膜，使所述支撑网与非动作部牢固粘接结合。
10.如权利要求1所述的动物心力衰竭诱导装置，其中，所述弹性部件的弹性系数被设置成使得第一腔室内驱动介质的压力保持在低于心室的收缩压并高于心室的舒张压。
全文摘要
一种可诱导动物心力衰竭的诱导装置，可植入到实验动物体内，人为地造成实验动物心力衰竭，以模拟人类心力衰竭病理生理过程。心衰诱导装置包括心室限制机构和心室外腔室。心室限制机构可植入到心室内，并包括支撑装置，具有与心室的内部形状基本上相适应的凹形结构，以植入心室内；以及可伸缩装置，部分地被容纳在支撑装置的凹形结构内。心室外腔室设置在心室的外部或动物体外并与可伸缩装置通过连接管流体连通，心室外腔室包括弹性部件。心脏收缩期可伸缩装置回缩到凹形结构中并通过驱动介质驱动弹性部件收缩；心脏舒张期，已收缩的弹性部件通过驱动介质驱动可伸缩装置从凹形结构扩张出来。
文档编号A61D1/00GK102247218SQ201110078129
公开日2011年11月23日 申请日期2011年3月25日 优先权日2011年3月25日
发明者杨碧波 申请人:杨碧波