心脏瓣膜材料知多少？
心脏瓣膜是维持心脏正常功能的重要部件，当瓣膜出现病变时，可能需要进行置换。目前心脏换瓣的材料主要有机械瓣和生物瓣。
1.机械瓣
机械瓣主要由碳材料、金属材料和塑料制作而成。其具有以下特点：
坚固耐用：多数机械瓣均是用热解碳材料制成，强度和耐磨性相当于金刚石，因而非常结实耐用。单纯从实验数据上看，现代机械瓣的理论使用寿命均在50年以上，因此使用寿命可以满足所有年龄段的患者。
适合特定人群：对于年轻且需要长期稳定的患者，机械瓣是一个很好的选择。小号机械瓣（如19或21号）的开口面积显著大于同型号有支架生物瓣，非常适合植入主动脉瓣环较小的患者。
需要终生抗凝治疗：机械瓣最大的不足是需要终生抗凝治疗，就是需要每天服用一定剂量的华法林，并根据抗凝检查结果（INR）调整药物剂量。每天服用抗凝药一方面比较麻烦，另一方面药物调整不到位容易发生出血（抗凝过度）或血栓形成（抗凝不足）情况。当抗凝治疗中的患者发生内脏出血（脑出血）或需要手术治疗时，处理起来也比较麻烦。此外，华法林可以通过胎盘导致胎儿畸形。安装一扇门的是单叶瓣，两扇门的是双叶瓣。对于瓣环较大的患者（特别是主动脉瓣环），单叶瓣和双叶瓣没有明显差别，有个别文献报道单叶瓣血流动力学似乎更符合生理要求。但对于瓣环较小患者，双叶瓣的开口面积更大，血流动力学更好。从抗凝治疗上讲，机械瓣的血栓发生率和血栓发生后果，双叶瓣均要好于单叶瓣。因此，临床上双叶瓣的使用率显著高于单叶瓣，特别是三尖瓣位置建议选择双叶瓣。
2.生物瓣
生物瓣主要由动物组织制成，如猪瓣和牛瓣等。其具有以下特点：
无需长期抗凝治疗：生物瓣从结构上看都类似人类自身的主动脉瓣和肺动脉瓣结构，植入人体后血流动力学与人体瓣膜也十分近似。生物瓣植入人体后3-6个月左右，瓣叶表面会被沉积的纤维蛋白和血管内皮组织覆盖，瓣叶材料不再与患者的血液接触，避免了激活血液的凝血反应，因此也就不再需要抗凝治疗了，这是生物瓣最大的优点。
有一定使用寿命：由于生物材料都有自身使用寿命，一般认为术后7-10年，生物瓣开始出现一定坏损，不过功能尚可维持；到术后15-20年就需要再次替换瓣膜了。生物瓣的使用寿命受多种因素影响，首先与植入部位有关，由于二尖瓣位置所承受的压力明显高于主动脉瓣，因此生物瓣在主动脉瓣位置的使用寿命要略长于二尖瓣位置。其次是年龄，儿童处于骨骼生长发育阶段，血钙代谢活跃，生物瓣植入后容易较早钙化损坏。慢性肾功能不全也会影响血钙代谢，不过过程相对慢得多。还有心率过快也会加速瓣膜坏损。最后生物材料的好坏也对使用寿命有较大影响。目前最新的生物瓣膜技术已经发展到了第三代瓣膜技术，包括经导管主动脉瓣置换术（TAVR）等先进技术。生物瓣膜的主要优势在于其组织相容性良好，但随着时间的推移可能会出现退化问题。对于年龄较大且对生活质量需求不高的患者更为合适。
传统心脏瓣膜材料的优缺点
（一）生物瓣膜
1.优点：
无需终身服用华法林，具有较好的组织相容性，患者不需要终身抗凝，抗凝时间短，也不需要继续检测凝血酶原时间。
柔韧、灵活，与人体心脏本身的瓣膜更为相似，更接近正常的血流动力学状态，生存质量更高。
适合高龄患者、偏远地区患者以及育龄期女性。
2.缺点：
使用年限存在一定限制，一般认为术后7-10年，生物瓣开始出现一定坏损，到术后15-20年就需要再次替换瓣膜。患者越年轻生物瓣膜寿命越短，而且生物瓣膜的使用寿命受多种因素影响，如植入部位、年龄、心率、生物材料质量等。
（二）机械瓣膜
1.优点：
能够应用较长时间，可终身使用，小号机械瓣开口面积大，如小号机械瓣（如19或21号）的开口面积显著大于同型号有支架生物瓣，非常适合植入主动脉瓣环较小的患者。
使用寿命长，几乎可以终身使用，耐酸、耐碱、耐高温、耐磨，不会引起机体排异反应，也不易钙化，制作工艺标准，临床数据详实。
2.缺点：
需要终身服用抗凝药物，调整药物时可能造成出血或抗凝不达标。患者要定期检测凝血酶原时间，消化道出血、血液疾病的患者不适合采用机械瓣膜，抗凝药物的剂量必须规范而仔细。
新型心脏瓣膜材料
以下是一些新型的心脏瓣膜材料：
1.聚合物瓣膜材料
聚醚醚酮（PEEK）：具有良好的生物相容性、机械性能和耐腐蚀性，与人体组织的适应性较好，不易引发免疫反应，且其强度和韧性能够满足心脏瓣膜长期开合的力学要求，可制成类似于人体心脏瓣膜的形状和结构。
聚碳酸酯（PC）：生物相容性佳，具备优良的力学性能和加工性能，能够通过多种成型工艺制成复杂的瓣膜形状，其透明度高，有利于术后的影像学检查和评估，同时具有一定的抗凝血性能，可降低血栓形成的风险。
聚乳酸（PLA）：来源广泛且可降解，在体内能够逐渐分解为无害的小分子被人体吸收，避免了二次手术取出的麻烦。其生物相容性良好，可支持细胞的黏附、增殖和分化，具有一定的组织修复和再生潜力，可制成具有生物活性的心脏瓣膜材料。
新型高分子纳米复合材料：如复旦大学附属中山医院葛均波院士团队参与研发的全世界首款合成高分子纳米复合材料瓣叶的经皮主动脉瓣置换系统polymertavrtriskele®，具有零钙化、低凝血、高生物相容性的优点，理论寿命能达到20-25年，大大扩展了同类产品适用人群范围，尤其适合更年轻的患者。从生产工艺上，可实现全自动化工业生产，产品原材料成本大大降低，合格率显著提升，还拥有预装、全可回收的特性，降低了手术风险和难度。
2.组织工程心脏瓣膜材料
生物材料与干细胞结合：将生物材料作为支架，接种患者自身的干细胞，如骨髓间充质干细胞、内皮祖细胞等，在体外培养或体内环境中诱导干细胞分化为心脏瓣膜细胞，形成具有正常生理功能的心脏瓣膜组织。这种瓣膜具有良好的生物活性和再生能力，能够更好地适应人体生理环境，减少免疫排斥反应。
生物材料与生长因子结合：在生物材料中添加生长因子，如血管内皮生长因子、转化生长因子-β等，可促进细胞的增殖、分化和组织修复，提高瓣膜的愈合能力和耐久性，改善瓣膜的功能和性能.
3.生物聚合物瓣膜材料
具有更好的血流动力学性能，其设计更加符合人体生理结构，能够提供更自然的血流，减少对血液流动的干扰。与动物组织瓣膜相比，生物聚合物瓣膜的表面更光滑，能够减少血栓形成的风险，且术后无需长期抗凝治疗，患者的生活质量较高。
4.其他新型生物材料
胶原蛋白：具有良好的生物相容性、可降解性和低免疫原性，可制成类似于人体心脏瓣膜的形状和结构，为心脏瓣膜的修复和替代提供了一种潜在的材料选择。
藻酸盐：来源丰富，具有良好的生物相容性和凝胶特性，可作为细胞载体或组织工程支架材料用于构建生物瓣膜。
壳聚糖：具有抗菌性、止血性和生物相容性等优点，可用于制备具有特定功能的生物瓣膜材料，如通过改性壳聚糖来提高其力学性能和抗凝血性能等.
