Торговый Дом «Аюрведа» — аюрведа оптом

вещества

Грантовая поддержка

• LIDER/18/0104/L-8/16/NCBR/2017/Национальный центр исследований и разработок

Полиуретан: материал для нового поколения протезов клапанов сердца? | Европейский журнал кардио-торакальной хирургии

Журнальная статья

Д. Дж. Уитли,

Д.Дж. Уитли *

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

пабмед

Google ученый

Л. Рако,

Л. Рако

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

пабмед

Google ученый

Г.М. Бернакка,

Г.М. Бернакка

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

пабмед

Google ученый

И. Сим,

И. Сим

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

пабмед

Google ученый

П. Р. Белчер,

PR Белчер

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

пабмед

Google ученый

Дж.С. Бойд

Дж. С. Бойд

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

пабмед

Google ученый

Европейский журнал кардио-торакальной хирургии , том 17, выпуск 4, апрель 2000 г., страницы 440–448, https://doi.org/10.1016/S1010-7940(00)00381-X

Опубликовано:

01 апреля 2000 г.

История статьи

Получено:

7 сентября 1999 г.

Получена редакция:

25 января 2000 г.

Принято:

08 февраля 2000 г.0003

Фильтр поиска панели навигации Европейский журнал кардио-торакальной хирургииЭтот выпускEACTS JournalsCardiothoracic SurgeryBooksJournalsOxford Academic Термин поиска мобильного микросайта

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации Европейский журнал кардио-торакальной хирургииЭтот выпускEACTS JournalsCardiothoracic SurgeryBooksJournalsOxford Academic Термин поиска на микросайте

Расширенный поиск

Реферат

Цели : Перспективы создания прочного, атромбогенного, синтетического, гибкого сердечного клапана расширяются благодаря недавнему появлению новых биостабильных полиуретанов. В качестве предшественника оценки таких биостабильных клапанов прототип трехстворчатого полиуретанового клапана (с использованием обычного материала с известным поведением in vitro) сравнивали с механическими и биопротезными клапанами для оценки функции in vivo, долговечности, тромбоэмболического потенциала и кальцификации. Методы : Полиуретановый (PU), двустворчатый механический клапан ATS и свиной клапан Карпентье-Эдвардса (CE) имплантировали в митральное положение растущей овцы. Подсчет высокоинтенсивных транзиторных сигналов (HITS) в сонных артериях, эхокардиографическая оценка функции клапанов и исследование мазков крови на наличие агрегатов тромбоцитов проводились в течение 6-месячного периода выживания без антикоагулянтов. Структуру клапана и гидродинамические характеристики оценивали после планового умерщвления. Результаты : Двадцать восемь животных выжили после операции (десять ATS, десять CE, восемь PU). Через 6 месяцев группа с механическим клапаном (n = 9) показала наибольшее количество HITS (в среднем 40/ч, P = 0,01 по сравнению с клапанами свиньи) и агрегатов тромбоцитов (в среднем 62,22/стандартное поле), но без тромбоэмболии и структурных изменений. или функциональное изменение. Группа биопротезов (n=6) показала низкий уровень HITS (1/ч) и меньшее количество агрегатов (41,67, P=1,00, не значимо), кальцификацию и выраженный разрастание паннуса с прогрессирующим стенозом. Клапаны PU (n = 8) показали небольшую степень прикрепления фибрина к поверхности створок, отсутствие разрастания паннуса, небольшое изменение гемодинамических показателей, низкий уровень HITS (5/ч) и агрегатов тромбоцитов (17,50, P≪0,01 ср. клапаны, P = 0,23 сравните с клапанами свиньи) и отсутствие признаков тромбоэмболии. Выводы : При отсутствии смертности и заболеваемости, связанных с клапаном, и сохранении хорошей гемодинамической функции клапан PU превосходил биопротез; более низкие HITS и количество агрегатов в клапане PU предполагают более низкую тромбогенность по сравнению с механическим клапаном. Биостабильный полиуретановый клапан может предложить клиническое преимущество, обещая повышенную долговечность (например, биопротезы) и низкую тромбогенность (например, механические клапаны).

Полиуретан, протез клапана сердца, in vivo, тромбогенность

1 Введение

Ежегодно в Великобритании имплантируют более 5000 протезов клапанов сердца [1]. Несмотря на более чем 30-летние исследования в области разработки клапанов, ни один из доступных в настоящее время протезов не подходит идеально для какой-либо клинической ситуации. Несмотря на то, что механический клапан относительно долговечен, он требует постоянной антикоагулянтной терапии для пациента с сопутствующим риском тромбоэмболических осложнений или эпизодов кровотечения, связанных с приемом антикоагулянтов. Это особая проблема, когда медицинские услуги не всегда доступны для последующего наблюдения за пациентом, и когда пациент плохо соблюдает режим антикоагулянтной терапии. Биопротезные клапаны имеют ограниченный срок службы из-за кальцификации (особенно у молодых), чрезмерного роста паннуса и несостоятельности тканей, хотя реципиентам обычно не требуется длительная антикоагулянтная терапия [2,3].

С точки зрения гемодинамики предпочтение отдается трехстворчатому центральному клапану естественного аортального клапана и большинства доступных в настоящее время перикардиальных и свиных аортальных клапанов [4]. Синтетические эластомерные материалы позволяют разработать материал, обеспечивающий наилучшие качества как механических клапанов, так и биопротезов в новом гибком синтетическом протезе створчатого клапана. Исторически несколько синтетических полимеров были испытаны в качестве материалов для листовок [5–8]. Силиконовые и полиолефиновые каучуки обладали недостаточной износостойкостью [9].,10]. Клапан из политетрафторэтилена был серьезно поврежден тромбозом и кальцификацией [8,11]. Многие исследования были сосредоточены на полиуретанах: сегментированная природа этих материалов позволяет изменять химический состав полимера для достижения как гибкости, так и механической прочности в одном и том же материале. Они биосовместимы и совместимы с кровью и могут применяться в широком спектре медицинских устройств [12,13]. Несколько исследовательских групп исследовали различные полиуретаны для применения в сердечных клапанах [8,9].] и сообщали о проблемах с кальцификацией и тромбозом. Долгосрочная долговечность полиуретановых клапанов in vitro была достигнута [14], и, по нашему собственному опыту, полиуретановые клапаны, изготовленные из коммерчески доступного текстильного полиуретана, способны выдержать более 800 миллионов циклов в лабораторных испытаниях на усталость (что эквивалентно более чем 20 лет «нормальной» функции) [15]. Обызвествление локализовано только в разрывах и вызванных износом дефектах материала во время испытаний на усталость in vitro [16,17]. Наше предыдущее исследование выявило необходимость модификации створок клапана [18] и конструкции рамы (неопубликованные данные) для минимизации стеноза клапана за счет уменьшения градиента давления на клапане, что особенно важно при меньших размерах. В результате был получен прототип полиуретанового клапана с геометрией створки, определенной ранее [19]. ,20]. Каркас был изготовлен из полиэфирэфиркетона (PEEK), покрытого тонким слоем листового полиуретана. Створки коммерчески доступного полиэфируретана, подходящего для имплантации животным (Estane 58315, BF Goodrich, Westerlo-Oevel, Бельгия), наносили на каркас погружением, как описано ранее [19,20]. Эта конструкция клапана достигла долговечности, превышающей 400 миллионов циклов во время испытаний на усталость in vitro.

Настоящее исследование сравнивает этот прототип полиуретанового клапана с хорошо зарекомендовавшими себя механическими и биопротезными клапанами в модели имплантата овцы с точки зрения функции in vivo, долговечности, тромбоэмболического потенциала и риска кальцификации.

2 Методы

2.1 Имплантация клапана

Полиуретановые клапаны (24 мм) имплантировали растущим овцам породы тексель. Двустворчатые механические клапаны ATS (24 мм) и супрааннулярные свиные аортальные клапаны Карпентье-Эдвардса (25 мм) были имплантированы для сравнения. Все клапаны располагались в митральной позиции. Процедуры проводились в соответствии с кодексом практики и стандартами Министерства внутренних дел, а также с соответствующим проектом Министерства внутренних дел и личными лицензиями, выданными в соответствии с Законом о животных (научная процедура) № 19.86.

Анестезию вызывали альфаксалоном/альфадолоном (0,333 мл кг ^-1 ) после внутривенной премедикации диазепамом (0,2 мг кг ^-1 ) и поддерживали 3% ингаляционным изофлураном. Однократный болюс атракурия (0,5 мг кг ^-1 ) вводили внутривенно.

Выполнена торакотомия слева через ложе резецированного пятого ребра. Животное гепаринизировали (300 ед. кг ^-1 ). Нисходящую аорту канюлировали для артериального возврата и отводили венозную кровь из правого желудочка через главную легочную артерию. Настроен нормотермический аппарат искусственного кровообращения, проведена электрическая фибрилляция сердца. Ушко левого предсердия вскрывали и резецировали переднюю створку митрального клапана, оставляя манжетку основания створки толщиной 1–2 мм. Задняя створка частично резецирована с сохранением вторичных хорд. Клапан был пришит к митральному положению с помощью 12 узловых швов Ethibond 2/0, размещенных тампонами на желудочковой стороне и завязанными на предсердной стороне митрального кольца. В послеоперационном периоде антикоагулянты не применялись.

Исследовательские исследования проводились через 6 недель, 3 месяца и 6 месяцев после операции. Овцы были гуманно убиты внутривенной передозировкой барбитуратов. Они были обескровлены и проведены полные патологоанатомические исследования. Сердца удаляли, а клапаны вырезали для дальнейшего исследования. Образцы миокарда из свободной стенки левого желудочка, каудальной доли легкого, селезенки, почки, коры головного мозга и правой доли печени собирали в 10% нейтральном забуференном формалине для гистологического исследования.

2.2 Последующие исследования

Каротидная допплерография для обнаружения высокоинтенсивных транзиторных сигналов (HITS), эхокардиографическая оценка функции клапана и исследование мазков крови на агрегацию тромбоцитов проводились при последующем наблюдении. Структуру клапана и гидродинамические характеристики оценивали после планового умерщвления через 6 месяцев.

Для сбора данных ультразвуковой допплерографии животному вводили внутривенно болюсно дозу 0,4 мг/кг ^-1 диазепама. Дополнительные болюсы по 0,2 мг кг ^-1 вводили каждые 20 минут при необходимости. Затем были записаны 30-минутные допплеровские спектры и звуковой сигнал от грудного выхода сонной артерии у основания шеи с использованием многоканального транскраниального допплеровского ультразвукового аппарата EME TC 4040 (Eden Medizinische Elektronik, Uberlingen, Germany), оснащенного двойным -глубинный зонд. HITS подсчитывали по стандартным критериям [21]. Данные HITS для всех клапанов были собраны через 3 и 6 месяцев наблюдения.

Мазки крови были приготовлены из образцов бедренных артерий, собранных в ЭДТА/формалин через 6 недель, 3 месяца и 6 месяцев наблюдения, и окрашены красителем по Май-Грюнвальду-Гимзе. Количество агрегатов тромбоцитов усредняли по девяти стандартным полям под световой микроскопией при 100-кратном увеличении.

Гемодинамическую функцию клапанов оценивали с помощью трансторакальной эхокардиографии, выполненной после седации животного однократной дозой 0,2 мл кг ^-1 кетамина внутримышечно. Градиент давления и скорость потока через протез измеряли через 6 недель, 3 месяца и 6 месяцев.

Средние градиенты давления на клапанах эксплантата измеряли in vitro с использованием импульсного дубликатора, описанного ранее [19]. Клапаны тестировали в митральном положении при пяти скоростях пульсирующего потока в диапазоне от 3,6 до 9,6 л/мин ^-1 , при среднем аортальном давлении 95 мм рт.ст.

Срезы органов окрашивали гематоксилин-эозином. Кроме того, срезы почек окрашивали Sirius Red для демонстрации коллагена и срезов селезенки по методу Перла для железа. Тонкие срезы эксплантированных полиуретановых створок клапана готовили из частей створок, залитых воском. Срезы окрашивали на кальций с использованием ализаринового красного S или фон Косса: срезы, окрашенные фон Косса, контрастно окрашивали гематоксилин-эозином, красителями Гомори или фон Гизона для исследования волокнистого материала, прикрепленного к эксплантированным створкам. После напыления золотом сегменты поверхности листочка монтировали для сканирующей электронной микроскопии и исследовали при ускоряющем напряжении 15 кВ.

2.3 Статистический анализ

Результаты выражены как среднее значение (SD), если не указано иное. Статистический анализ проводили с использованием программы Minitab для Windows, версия 12 (Minitab Inc.), при уровне значимости 5%. Данные HITS были увеличены на 1, чтобы удалить нулевые значения, с последующим логарифмическим преобразованием, чтобы приблизить нормальность среди групп. Затем преобразованные данные были проанализированы с использованием общей линейной модели (ANOVA), включающей три времени последующего наблюдения в качестве переменной повторных измерений, с множественными апостериорными сравнениями с поправкой Бонферрони (с использованием макроса Minitab, предоставленного Департаментом статистики Университета Глазго). . Логарифмическое преобразование применялось для агрегирования данных перед аналогичным анализом данных. Скоростные данные эхокардиографических исследований сравнивались аналогичными методами без преобразования данных. Данные градиента давления не могли быть преобразованы для приблизительной нормальности и равной дисперсии, и, следовательно, они были проанализированы с использованием одностороннего дисперсионного анализа Крускала-Уоллиса.

3 Результаты

Подробная информация о количестве овец с имплантированными клапанами каждого типа и выживших после операции представлена ​​в таблице 1 . Из десяти выживших после операции в группе с механическим клапаном одна смерть наступила через 6,6 недель, но при патологоанатомическом исследовании не было обнаружено окончательной патологии. В общей сложности девять овец дожили до 6 месяцев с механическим имплантатом клапана. Двое из десяти выживших после операции в группе свиных клапанов умерли через 2 недели и 15,14 недель по причинам, связанным с клапанами: оба клапана были сильно стенозированы, что было связано с разрастанием паннуса створок. В общей сложности шесть овец дожили до 6 месяцев с имплантом свиного клапана. Ни одно животное в группе с полиуретановым клапаном (восемь выживших после операции) не умерло по причинам, связанным с клапаном. Все восемь выживших после операции с полиуретановым имплантатом клапана дожили до 6 месяцев. Внешний вид механических клапанов не изменился при эксплантации без значительного разрастания паннуса створок клапана (рис. 1). . Все эксплантаты свиных клапанов были поражены обширным разрастанием паннуса с незначительной очаговой кальцификацией (рис. 2). . Один полиуретановый клапан имел две створки, удерживаемые хордовой петлей. Все створки полиуретановых клапанов демонстрировали степень прикрепления фибрина без значительного разрастания паннуса и кальцификации, которые были связаны исключительно с фибриновым материалом, прикрепленным к створкам (рис. 3). .

Таблица 1

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Краткий обзор имплантации клапана и выживания

Рис. 1

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Поверхность оттока механического клапана, вид на месте непосредственно перед эксплантацией.

Рис. 2

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Вид клапана свиньи in situ непосредственно перед эксплантацией. а) поверхность притока; б – поверхность истечения; (c) рентгенограмма эксплантата свиного клапана.

Рис. 3

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Эксплантат полиуретанового клапана, осмотр in situ непосредственно перед эксплантацией. а) поверхность притока; б – поверхность истечения; (c) рентгенограмма эксплантата полиуретанового клапана.

HITS в час подробно описаны в таблице 2 . В целом, наблюдалось значительное влияние типа клапана: группа механических клапанов давала большее количество HITS, чем клапаны свиного (P≪0,01) или PU (P≪0,01) типа клапана. Через 3 месяца механические клапаны произвели значительно большее количество HITS, чем свиные клапаны (P ≪ 0,01). Ни один полиуретановый клапан не давал HITS через 3 месяца, таким образом, хотя по определению эта группа дала значительно меньше HITS, чем любая другая группа, ее нельзя было включить в формальный статистический анализ. Через 6 месяцев механические клапаны произвели значительно больше HITS, чем свиные клапаны (P = 0,01), но ни разница между механическим и полиуретановым (P = 0,60), ни между свиным и полиуретановым (P = 1,00) не достигла значимости. Не было никаких существенных различий в пределах любого типа клапана с течением времени.

Таблица 2

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Данные HITS через 3 и 6 месяцев наблюдения

Совокупные подсчеты для каждого типа клапана подробно описаны в Таблице 3 . Через 6 недель как механические (P≪0,01), так и полиуретановые (P≪0,01) клапаны имели большее количество агрегатов, чем свиные клапаны. Через 3 месяца механические клапаны были связаны со значительно большим количеством агрегатов, чем свиные (P≪0,01) или полиуретановые (P≪0,01) клапаны: не было существенной разницы между свиными и полиуретановыми клапанами. Через 6 месяцев механические клапаны были связаны со значительно большим количеством агрегатов, чем полиуретановые клапаны (P ≪ 0,01): не было существенной разницы между механическими клапанами и клапанами свиньи (P = 1,00). Как механические, так и свиные клапаны были связаны со значительным увеличением совокупных чисел со временем, по сравнению с 6 неделями и 3 месяцами (P ≪ 0,01 для обоих типов клапанов) и 6 месяцами (P ≪ 0,01 для обоих типов клапанов). Различия между 3 и 6 месяцами не достигали значимости, хотя сохранялась тенденция к увеличению агрегации со временем, особенно в группе свиных клапанов (P = 0,09).). Агрегация тромбоцитов оставалась постоянной во времени у животных с полиуретановыми клапанами (P=1,00).

Таблица 3

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Агрегаты тромбоцитов через 6 недель, 3 месяца и 6 месяцев наблюдения

Изучение корреляции между HITS и числом агрегатов тромбоцитов с использованием двустороннего теста на преобразованных данных описанное выше, подтверждает значительную положительную корреляцию (r=0,287, P=0,032).

Эхокардиографические данные представлены в таблице 4 . Через 6 недель и 3 месяца не было выявлено существенных различий в скорости кровотока между тремя типами клапанов. Через 6 месяцев группы с механическим клапаном и полиуретановым клапаном существенно не различались, и обе группы продемонстрировали значительно более низкие скорости, чем группа со свиным клапаном (P ≪ 0,01 для обоих типов клапана). Ни механические, ни полиуретановые группы клапанов не показали какого-либо увеличения скорости со временем. Группа свиных клапанов продемонстрировала увеличение скорости между 6 неделями и 3 месяцами (P = 0,06), при этом различия стали значимыми по сравнению с 6 неделями и 6 месяцами (P ≪ 0,01). Значительное увеличение градиентов клапанного давления также было связано с группой свиных клапанов через 3 и 6 месяцев наблюдения. Никаких других существенных различий в градиентах давления между типами клапанов не было.

Таблица 4

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Эхокардиографические данные через 6 недель, 3 месяца и 6 месяцев наблюдения

Гидродинамическое исследование клапанов эксплантата in vitro подтверждает гемодинамические данные эхокардиографии (рис. 4) . Группа механических клапанов обеспечивает самый низкий профиль среднего градиента давления в группе. Данные представлены здесь для среднего значения восьми клапанов эксплантата PU (рис. 4). Группа с полиуретановым эксплантатом более стенотична через 6 месяцев, чем группа с механическим клапаном. Группа свиных клапанов крайне стенотична, и действительно, было возможно измерить средний градиент давления шести клапанов CE только при четырех самых низких скоростях потока.

Рис. 4

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Средний градиент давления в зависимости от среднеквадратичного значения потока (среднее значение ± стандартная ошибка среднего для девяти эксплантатов механического клапана, всех восьми эксплантатов полиуретанового клапана и пяти эксплантатов полиуретанового клапана при пяти скоростях пульсирующего потока и шести эксплантатов свиных клапанов при четырех пульсирующих скоростях потока).

Никаких патологических изменений в органах животных, связанных с наличием протезов клапанов, обнаружено не было. Некоторая имеющаяся патология была связана со смертью животного и с самой операцией по имплантации, например, незначительный некроз миокарда, связанный с дефибрилляцией. Незначительная степень инфаркта почки присутствовала у четырех животных, которым имплантировали свиной биопротез. Это были старые инфаркты аналогичного возраста, вероятно, связанные с отсутствием антикоагулянтной терапии в начальный послеоперационный период, когда пришивное кольцо и каркас подвергались воздействию крови, а не с каким-либо искусственным клапаном как таковым.

4 Обсуждение

Уже давно существует интерес к разработке протеза клапана сердца, который сочетает в себе долговечность механического клапана с профилем потока и совместимостью с кровью биопротеза, при этом преодолевая недостатки каждого из этих типов клапана. Полиуретаны были популярным выбором материала, учитывая их относительно хорошую совместимость с кровью и биосовместимость. Тем не менее, были проблемы, связанные с долгосрочной имплантацией, с разрушением материала, приводящим к преждевременному выходу устройства из строя. Таким образом, разработка сердечных клапанов из таких материалов идет медленнее, чем предполагалось. Недавние достижения в науке о полимерах привели к синтезу ряда, как сообщается, биостабильных полиуретанов. Доступность таких материалов подтвердила полезность полиуретанов благодаря их способности быть химически модифицированными для достижения конкретных целей и возродила интерес к использованию этих материалов в протезах сердечных клапанов. В качестве прелюдии к разработке исследований по включению биостабильных полиуретанов в новые конструкции клапанов в этом исследовании использовался хорошо изученный небиостабильный полиуретан для изучения способности измененной конструкции полиуретанового клапана удовлетворительно работать в условиях краткосрочной имплантации. Основными проблемами, связанными с конструкцией клапана, являются гемодинамические характеристики и склонность конструкции и/или материала вызывать тромботическую реакцию крови либо на самом клапане, либо в системе кровообращения.

Гемодинамическую функцию клапанов оценивали с помощью эхокардиографии и гидродинамических измерений клапанов in vitro. Тромботическую реакцию оценивали путем подсчета микроагрегатов тромбоцитов и HITS.

Точная природа HITS является спорной. Текущее мнение состоит в том, что такие HITS являются результатом циркулирующих газовых микропузырьков, хотя были предположения, что вклад в образование HITS вносят циркулирующие микротромбы. Частота HITS выше у реципиентов механических протезов клапанов, которые требуют системной антикоагулянтной терапии, в отличие от биопротезов клапанов, которые относительно нетромбогенны [22,23]. HITS также были обнаружены с помощью этого метода у пациентов с клинически очевидными источниками эмболии, например мерцательная аритмия или каротидный стеноз без наличия протеза клапана, хотя в этих случаях характер и этиология ГИТ могут быть различными [24]. В нашем исследовании HITS также были гораздо более частыми в группе с механическим клапаном, чем в группе со свиным или полиуретановым клапаном, и значительно коррелировали с количеством агрегатов тромбоцитов через 3 и 6 месяцев. Как и ожидалось, механические клапаны продуцировали наибольшее количество агрегатов, что отражает их более высокую тромбогенность. По мере прогрессирования стеноза свиные клапаны продуцировали большее количество агрегатов, что свидетельствует о возрастающей тенденции к тромбогенности, хотя со временем они не приводили к увеличению частоты ГИПТ. Независимо от того, связаны ли HITS непосредственно с тромбогенезом, корреляция между HITS и агрегацией тромбоцитов предполагает, что эти явления связаны между собой, так что клапанные факторы, которые имеют тенденцию к повышению тромбогенности, также действуют на увеличение HITS. Таким образом, низкие показатели HITS и совокупные числа, связанные с группой полиуретановых клапанов, позволяют предположить, что полиуретановый клапан, как и биопротез, относительно нетромбогенен. Более того, совокупные числа предполагают, что подсчет агрегатов является более чувствительным средством оценки тромбогенного потенциала и что стенозированный биопротез развивает повышенный тромбогенный потенциал. Модель овцы, как правило, менее тромбогенна, чем люди с клапанами, что объясняет успех имплантации механических клапанов без использования длительной антикоагулянтной терапии. Тем не менее, модель производства HITS в целом аналогична той, что обнаруживается в нашем клиническом опыте, и предполагает аналогичную модель поведения. В текущем исследовании используется механический и биопротезный контроль клапанов по сравнению с полиуретановыми имплантатами клапана, и, следовательно, полученные данные являются сравнительными, и можно разумно ожидать, что они будут отражать аналогичную модель поведения у человека-реципиента.

С точки зрения гемодинамической функции, по оценке эхокардиографии, полиуретановые клапаны работали так же, как и механические клапаны, при этом функция свиного клапана со временем ухудшалась. Более чувствительные лабораторные гидродинамические тесты выявили большие различия между механическим клапаном и полиуретановым клапаном, но эта разница не была клинически значимой в любой период наблюдения. Полиуретановые клапаны были менее стенозированы через 6 месяцев, чем свиные клапаны. Три полиуретановых клапана были серьезно поражены тромбом и фиброзным прикреплением к створкам: у одного из них также были две створки, ограниченные хордовой петлей вокруг одного из штифтов стента. Волокнистый материал также был кальцифицирован, и эти клапаны были значительно более стенозированы, чем остальные пять полиуретановых клапанов. Изменчивость данных среднего градиента давления в группе значительно увеличилась за счет включения трех стенозированных полиуретановых клапанов: оставшиеся пять клапанов показали более стабильную работу (рис. 4). Три наиболее стенозированных клапана PU были имплантированы самым молодым овцам в возрасте от 16,86 до 18 недель: механический и свиной клапаны были имплантированы по одной овце в возрасте 17,9 лет.1 недели, все остальные имплантированы через 18,20 недель, а оставшиеся полиуретановые клапаны были имплантированы овцам между 24 и 25 неделями. Никакие другие факторы не отличались среди клапанов. Различия у трех более молодых овец, которым были имплантированы полиуретановые клапаны, могли быть частично связаны с возрастом овец на момент имплантации или с физическими факторами, связанными с отдельными имплантатами. Однако для уточнения этого потребуется дополнительный опыт имплантации животным разного возраста.

В целом, полиуретановый клапан работал лучше, чем свиной биопротез. По параметрам кровотока лучше всего себя показал механический клапан, однако риск тромбоэмболических осложнений сохранялся и мог стать причиной преждевременной гибели одного животного в этой группе. Избыточный рост паннуса повлиял только на функцию клапана свиньи, что привело к тяжелому стенозу клапана. Была обнаружена лишь незначительная очаговая кальцификация (рис. 2с), которой было недостаточно, чтобы повлиять на функцию створок. Отказов полиуретановых створок клапана не было, а небольшое увеличение стеноза клапана было связано с прикреплением фиброзного и тромботического материала к поверхности створки и последующей кальцификации этого внешне прикрепленного материала. В целом, волокнистая, тромбированная сеть на створке представляла собой поверхностный слой, четко отделенный от нижележащего полимера створки. Ряд точек на поверхности створки указывал на скопление этого тромба с сопутствующим обызвествлением, проникающим в тело полиуретана (рис. 5). . Это наводит на мысль о процессе деградации, влияющем на структуру поверхности полиуретана, который, вероятно, будет ускоряться по мере проникновения кальцифицированного исходного материала в полимер. Несколько участков наиболее сильно фиброзированных/тромбированных створок полиуретанового клапана, судя по данным сканирующей электронной микроскопии, подвергались процессу деградации (рис. 6). . Кальцификация створок была полностью связана с внешне кальцинированным материалом, прикрепленным к лепесткам с некоторым ранним проникновением с поверхности (рис. 5), что, по-видимому, связано с деградацией полимера. Не было обнаружено внутренней кальцификации полиуретана, связанной с неповрежденными участками полимера. Вполне вероятно, что такие проникновения вызовут концентрации напряжений и/или истончение материала, что в конечном итоге приведет к разрушению материала. Проблемы биостабильности полиуретана хорошо известны [12], и такие полимеры особенно уязвимы при использовании в сложных условиях изгиба, в которых повреждение, вызванное усталостью, ускоряет биодеградацию материала [25]. Эта проблема была предметом большого исследовательского интереса, и были предприняты различные подходы к ее решению. Многие из этих подходов улучшили биостабильность полиуретанов, и общепризнано, что безопасный, прочный и эффективный полимерный протез клапана неизбежен [12].

Рис. 5

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Тонкий срез полиуретановой створки клапана, окрашенный на кальций по фон Косса (×312).

Рис. 6

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Сканирующая электронная микроскопия полиуретановой створки клапана, показывающая область деградации, окруженную неповрежденным полимером.

В рамках междисциплинарной программы ¹ по разработке конструкции клапана из полиуретана с хорошей биологической прочностью, устойчивостью к усталости и гемодинамикой мы сейчас работаем с новым поколением биостабильных полиуретанов, которые доказали свою превосходную биостойкость в сложных условиях. 6-месячная, напряженная модель имплантата крысы. Мы ожидаем ранней разработки полиуретанового клапана, который имеет хорошую гемодинамическую функцию, сохраняющуюся при длительном имплантировании, и который не выходит из строя из-за биологической деградации или разрушения материала, вызванного усталостью, при сохранении низкой тромбогенной поверхности.

Это исследование финансировалось Британским кардиологическим фондом.

Приложение A Обсуждение на конференции

Д-р Д. Косгроув ( Кливленд, Огайо, США ): Не могли бы вы описать электронно-микроскопическую поверхность этого материала? Это очень гладко или вы ожидаете врастания?

Профессор Уитли : Новые полиуретаны, которые мы тестируем, были напряжены до 100% и имплантированы в модели крыс в течение 6 месяцев, и внешний вид выглядит полностью однородным, абсолютно аморфным. Нет никаких признаков какой-либо ямки или неравномерности. Большинство других полиуретанов не прослужат 3 месяца, и они имеют кратеры и выглядят как поверхность Луны в этом тесте.

Dr R. Frater ( Bronxville, NY, USA ): Мы тестировали полиуретановые трехстворчатые клапаны предыдущего поколения в течение года на овцах, и через год все они имели внутреннюю кальцификацию, что определенно было не связанный с поверхностным явлением. Это было внутри вещества полиуретана. Я знаю, что полиуретан выпускается во многих формах, и я не уверен, обязательно ли форма полиуретана, которую вы используете, отличается от формы, которую мы использовали бы около 10 лет назад, с точки зрения возможности внутренней кальцификации с течением времени.

Профессор Уитли : Я не уверен, что смогу ответить на этот вопрос. Мне очень нужно, чтобы мои коллеги-биохимики и химики полимеров сказали мне об этом, но структура мягкого сегмента такова, что они не верят, что он кальцифицируется. У нас это было на достаточно требовательной животной модели в течение достаточно хорошего периода, 6 месяцев, но у нас также было это на кальцифицирующей модели в лаборатории в течение эквивалентных периодов, гораздо более длинных, чем это, и, похоже, не было никаких изменений. внутренняя кальцификация вообще. Ответ явно биохимический и химический, и я не уверен, что кто-то действительно это понимает.

Г-н А. Ричи ( Кембридж, Великобритания ): Пара вопросов. Новое поколение бескаркасных клапанов, представленное на рынке, теперь не требует терапии варфарином, как и перспектива полиуретановых клапанов, поэтому в этом смысле они эквивалентны. Вопрос, который останется в отношении бескаркасных клапанов, — это их долговечность, на которую также должен ответить полиуретановый клапан. Мы видели в трех ваших клапанах, возможно, как некоторые могут судить, ранние признаки отказа. Как вы думаете, где они могут конкурировать с бескаркасными клапанами, если они продолжат появляться?

Профессор Уитли : Изменения в трех клапанах были явно связаны с поверхностным явлением. Это было ожидаемое открытие, которое мы получили бы с небиостабильным материалом. Мы хотим, чтобы эти клапаны прослужили, по крайней мере, так же, как современные биопротезы у взрослых, потому что я думаю, что будущее для этого клапана, по крайней мере, на начальном этапе, будет в тех частях мира, где ревматизм встречается у молодых пациентов, где биопротез не вариант, так как он ведет себя как молодая овца, и где механические клапаны невозможны. Методы бескаркасной имплантации клапана таковы, что степень навыков, необходимых для их выполнения, иногда делает их не самым очевидным вариантом. Мы, конечно, можем утомить их в лаборатории, чтобы они работали лучше, чем нынешние биопротезы, смонтированные на раме, но ответы явно будут получены в результате гораздо большего количества дальнейших испытаний.

Д-р Косгроув : Не могли бы вы рассказать нам о характере отказа тестера ускоренного износа?

Профессор Уитли : Обычно это усталостное разрушение материала, трещина, которая распространяется медленно. Распространение трещин является одной из проблем; мы должны убедиться, что есть хорошее сопротивление этому. Один из аргументов, выдвинутых в пользу гомотрансплантатов много лет назад, заключается в том, что они медленно выходят из строя, и мы надеемся, что то же самое произойдет и с этими клапанами, не в ближайшем будущем, но, возможно, именно так они в конечном итоге и откажут.

Ссылки

[1]

Министерство здравоохранения Великобритании

. , 

Реестр сердечных клапанов Соединенного Королевства

, 

1992

[2]

Giddens

D.P.

,

Йоганатан

А.П.

,

Шон

Ф.Дж.

Протезы клапанов сердца

,

Cardiovasc Pathol

,

1993

, vol.

2

 (стр. 

167S

—

177S

)

[3]

G.M.M.900 900

, 

Маккей

Т.Г.

,

Уитли

Д.Дж.

.

Кальцификация биопротезов сердечных клапанов in vitro: отчет о новом методе и обзор вовлеченных биохимических факторов92

, том.

1

 (стр. 

115

—

130

)

[4]

КБ Чандран

3

, 

Fatemi

R.

, 

Schoephoerster

R.

, 

Wurzel

D.

, 

Hansen

G.

, 

Pantalos

G.

,

Ю

Л-С.

,

Колфф

WJ

.

In vitro сравнение профилей скорости и турбулентного сдвига дистальнее полиуретановой тройной створки и перикардиальных протезов клапанов

13

 (стр. 

148

—

154

)

[5]

Гильберт3 900

,

Ферранс

В.Дж.

,

Томайта

Ю.

,

Эйдбо

Е.Е.

,

Джонс

М.М.

.

Оценка эксплантированных клапанов: эффективность и совместимость с кровью

4

 (стр. 

130

—

132

)

[6]

Ло

Х.Б.

,

Herold

M.

,

REUL

H.

,

Muckter

H.

,

TAGUTHI

K.

SURCHAN

.

, 

Hildinger

К.Х.

,

Lambertz

H.

,

De Haan

H.

,

Handt

S.

,

Hollweg

G.

,

Messmer

BJ

,

.

Трехстворчатый полиуретановый клапан сердца как альтернатива механическим протезам или биопротезам

34

 (стр. 

839

—

844

)

[7]

Колфф

WJ

,

Ю

Л.С.

.

Возврат эластомерных клапанов

48

 (pg. 

S98

—

S99

)

[8]

Nistal

F.

, 

Garcia-Martinez

V.

, 

Arbe

Д.

,

Фернандес

Д.

,

Маццора

Ф.

,

Галло

3 И.

Экспериментальная оценка in vivo трехстворчатого протеза клапана сердца из политетрафторэтилена

99

 (стр. 

1074

—

1081

)

[9]

Четта

Г.Э.

,

Ллойд

Дж. Р.

.

Проектирование, изготовление и оценка трехстворчатого протеза клапана сердца

102

(стр.

34

—

41

)

[10]

Kiraly

R.

,

Yozu

R.

R.0003

,

Hillegass

D.

,

Harasaki

H.

,

Murabayashi

S.

,

Snow

J.

,

J.

.

.

.

,

.

.

Трехстворчатый клапан Hexsyn: применение для временных насосов для переливания крови

6

 (стр. 

190

—

197

)

[11]

Имамура

E.

, 

3 Кайе

.

Функция ламинированных трехстворчатых клапанов из вспененного политетрафторэтилена у животных

52

 (стр. 

770

—

775

)

[12]

Танзи

М.К.

,

Ambrosio

L.

,

Nicolais

L.

,

Iannace

S.

,

Ghislanzoni

,

.

,

9

9

9

9

9

.

9

.

.

9

.

9

.

9

.

.

Сравнительные физические испытания сегментированных полиуретанов для применения в сердечно-сосудистой системе0002 , том.

8

 (стр. 

57

—

64

)

[13]

Здрахала

3

, 

Здрахала

И.Я.

.

Биомедицинское применение полиуретанов: обзор прошлых обещаний, настоящих реалий и яркого будущего

14

 (стр. 

67

—

90

)

[14]

Янсен

J.

,

Reul

H.

.

Клапан синтетический трехстворчатый

16

 (стр. 

27

—

33

)

[15]

G. M. Bernacca

3

3

,

Маккей

Т.Г.

,

Уитли

Д.Дж.

.

Функционирование и долговечность полиуретанового клапана сердца in vitro: материалы

,

J Heart Valve Dis

,

1996

, vol.

5

 (стр. 

538

—

542

)

[16]

G.M.M. 900 900

,

Макей

Т.Г.

,

Уилкинсон

Р.

,

Уитли

Д.Дж.

.

Обызвествление и усталостное разрушение полиуретанового клапана сердца

16

 (стр.  

279

—

285

)

[17]

Бернакка 90.0

,

Маккей

Т.Г.

,

Уилкинсон

Р.

,

Уитли

Д.Дж.

.

Полиуретановые сердечные клапаны: усталостное разрушение, кальцификация и полиуретановая структура

34

 (стр. 

371

—

379

)

[18]

Бернакка

Г.М.

, 

Маккей

Т.Г.

,

Гулбрансен

М.Дж.

,

Донн

А. В.

,

Уитли

Д.Дж.

.

Долговечность полиуретанового клапана сердца: влияние толщины створки

20

 (стр. 

327

—

331

)

[19]

Mackay

Т.Г.

,

Уитли

Д.Дж.

, 

Бернакка

Г.М. .

Новый полиуретановый протез клапана сердца: проектирование, производство и оценка0002 , том.

17

 (стр. 

1857

—

1863

)

[20]

3 Mackay

, 

Бернакка

Г.М.

,

Уитли

Д.Дж.

,

Fisher

AC

,

Hindle

C.S.

Оценка функции и долговечности полиуретанового протеза клапана сердца in vitro

,

Искусственные органы

,

1996

, том.

20

 (стр. 

1017

—

1025

)

[21]

E.0003

Рингельштейн

,

Дросте

Д.В.

,

Бабикян

В.Л.

,

Evans

D.H.

,

Grosset

D. G.

,

Капс

М.

,

Маркус

Х.С.

,

Рассел

Д.

,

Зиблер

М.

.

Консенсус по обнаружению микроэмболов с помощью ТКД. Международная группа консенсуса по обнаружению микроэмболов

,

Инсульт

,

1998

, vol.

29

 

3

(стр. 

725

—

729

)

[22]

Mackay

Т.Г.

,

Георгиадис

Д.

,

Гроссет

Д. Г.

, 

Лис

К.Р.

,

Уитли

Д.Дж.

.

О происхождении цереброваскулярных микроэмболов, связанных с протезами клапанов сердца95

, том.

17

5

(стр.

349

—

352

)

[23]

GRAF

T.F.

,

Fischer

H.

,

Reul

H.

,

.

Кавитационный потенциал механических протезов клапанов сердца

,

Int J Artif Organs

,

1991

, том.

14

3

(стр.

169

—

174

)

[24]

M.E.B.

, 

Маккей

Т.Г.Г.

,

Ситцер

М.М.

, 

Штейнмец

Х.

.

Нестабильные каротидные бляшки: предоперационная идентификация и связь с интраоперационной эмболизацией, обнаруженной с помощью транскраниальной допплерографии

,

Eur J Vasc Endovasc Surg

,

1996

, vol.

11

1

(стр.

78

—

82

)

[25]

KAPS

M.

,

J.00069

,

9

.

,

9.

9000.

,

9

.

,

9

9000.

,

9

9000.

,

9

M.

.

Weiher

M.

,

Tiffert

K.

,

Kayser

I.

, 

Дросте

Д.В.

.

Клинически бессимптомные микроэмболы у пациентов с искусственными аортальными клапанами преимущественно газообразные, а не твердые

,

Инсульт

28

2

(стр.

322

—

325

)

1

Текущая программа Medlink, в связи с Университетом Ливерпуля. Лидс, Департамент машиностроения и AorTech International, при финансовой поддержке Министерства здравоохранения Великобритании и Исследовательского совета по инженерным и физическим наукам.

© 2000 Elsevier Science B.V. Все права защищены.

Elsevier Science B.V.

© 2000 Elsevier Science B.V. Все права защищены.

Раздел выпуска:

Статьи

Скачать все слайды

Реклама

Цитаты

Альтметрика

Дополнительная информация о метриках

Оповещения по электронной почте

Оповещение об активности статьи

Предварительные уведомления о статьях

Оповещение о новой проблеме

Оповещение о текущей проблеме

Оповещение о теме

Получайте эксклюзивные предложения и обновления от Oxford Academic

Ссылки на статьи по телефону

• Самые читаемые

• Самые цитируемые

Лучевая артерия по сравнению с подкожной веной по сравнению с правой внутренней грудной артерией для коронарного шунтирования

Международное консенсусное заявление по номенклатуре и классификации врожденного двустворчатого аортального клапана и его аортопатии для клинических, хирургических, интервенционных и исследовательских целей

Руководство ESC/EACTS 2021 года по лечению клапанных пороков сердца: Разработано Целевой группой по лечению клапанных пороков сердца Европейского общества кардиологов (ESC) и Европейской ассоциации кардио-торакальной хирургии (EACTS)

В память: Мариан Зембала (1950–2022)

Хирургическая замена аортального клапана стентированным перикардиальным биопротезом: 5-летние результаты

Реклама

Полиуретан: материал для нового поколения протезов клапанов сердца? | Европейский журнал кардио-торакальной хирургии

Журнальная статья

Д. Дж. Уитли,

Д.Дж. Уитли *

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

пабмед

Google ученый

Л. Рако,

Л. Рако

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

пабмед

Google ученый

Г.М. Бернакка,

Г.М. Бернакка

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

пабмед

Google ученый

И. Сим,

И. Сим

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

пабмед

Google ученый

П. Р. Белчер,

PR Белчер

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

пабмед

Google ученый

Дж.С. Бойд

Дж. С. Бойд

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

пабмед

Google ученый

Европейский журнал кардио-торакальной хирургии , том 17, выпуск 4, апрель 2000 г., страницы 440–448, https://doi.org/10.1016/S1010-7940(00)00381-X

Опубликовано:

01 апреля 2000 г.

История статьи

Получено:

07 сентября 1999 г.

Пересмотр получено:

25 января 2000 г.

Принято:

08 февраля 2000 г.

Опубликовано:

01 апреля 2000 г.

Фильтр поиска панели навигации Европейский журнал кардио-торакальной хирургииЭтот выпускEACTS JournalsCardiothoracic SurgeryBooksJournalsOxford Academic Термин поиска мобильного микросайта

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации Европейский журнал кардио-торакальной хирургииЭтот выпускEACTS JournalsCardiothoracic SurgeryBooksJournalsOxford Academic Термин поиска на микросайте

Advanced Search

Abstract

Цели : Перспективы долговечного, атромбогенного, синтетического, гибкого сердечного клапана расширяются благодаря недавнему появлению новых биостабильных полиуретанов. В качестве предшественника оценки таких биостабильных клапанов прототип трехстворчатого полиуретанового клапана (с использованием обычного материала с известным поведением in vitro) сравнивали с механическими и биопротезными клапанами для оценки функции in vivo, долговечности, тромбоэмболического потенциала и кальцификации. Методы : Полиуретановый (PU), двустворчатый механический клапан ATS и свиной клапан Карпентье-Эдвардса (CE) имплантировали в митральное положение растущей овцы. Подсчет высокоинтенсивных транзиторных сигналов (HITS) в сонных артериях, эхокардиографическая оценка функции клапанов и исследование мазков крови на наличие агрегатов тромбоцитов проводились в течение 6-месячного периода выживания без антикоагулянтов. Структуру клапана и гидродинамические характеристики оценивали после планового умерщвления. Результаты : Двадцать восемь животных выжили после операции (десять ATS, десять CE, восемь PU). Через 6 месяцев группа с механическим клапаном (n = 9) показала наибольшее количество HITS (в среднем 40/ч, P = 0,01 по сравнению с клапанами свиньи) и агрегатов тромбоцитов (в среднем 62,22/стандартное поле), но без тромбоэмболии и структурных изменений. или функциональное изменение. Группа биопротезов (n=6) показала низкий уровень HITS (1/ч) и меньшее количество агрегатов (41,67, P=1,00, не значимо), кальцификацию и выраженный разрастание паннуса с прогрессирующим стенозом. Клапаны PU (n = 8) показали небольшую степень прикрепления фибрина к поверхности створок, отсутствие разрастания паннуса, небольшое изменение гемодинамических показателей, низкий уровень HITS (5/ч) и агрегатов тромбоцитов (17,50, P≪0,01 ср. клапаны, P = 0,23 сравните с клапанами свиньи) и отсутствие признаков тромбоэмболии. Выводы : При отсутствии смертности и заболеваемости, связанных с клапаном, и сохранении хорошей гемодинамической функции клапан PU превосходил биопротез; более низкие HITS и количество агрегатов в клапане PU предполагают более низкую тромбогенность по сравнению с механическим клапаном. Биостабильный полиуретановый клапан может предложить клиническое преимущество, обещая повышенную долговечность (например, биопротезы) и низкую тромбогенность (например, механические клапаны).

Полиуретан, протез клапана сердца, in vivo, тромбогенность

1 Введение

Ежегодно в Великобритании имплантируют более 5000 протезов клапанов сердца [1]. Несмотря на более чем 30-летние исследования в области разработки клапанов, ни один из доступных в настоящее время протезов не подходит идеально для какой-либо клинической ситуации. Несмотря на то, что механический клапан относительно долговечен, он требует постоянной антикоагулянтной терапии для пациента с сопутствующим риском тромбоэмболических осложнений или эпизодов кровотечения, связанных с приемом антикоагулянтов. Это особая проблема, когда медицинские услуги не всегда доступны для последующего наблюдения за пациентом, и когда пациент плохо соблюдает режим антикоагулянтной терапии. Биопротезные клапаны имеют ограниченный срок службы из-за кальцификации (особенно у молодых), чрезмерного роста паннуса и несостоятельности тканей, хотя реципиентам обычно не требуется длительная антикоагулянтная терапия [2,3].

С точки зрения гемодинамики предпочтение отдается трехстворчатому центральному клапану естественного аортального клапана и большинства доступных в настоящее время перикардиальных и свиных аортальных клапанов [4]. Синтетические эластомерные материалы позволяют разработать материал, обеспечивающий наилучшие качества как механических клапанов, так и биопротезов в новом гибком синтетическом протезе створчатого клапана. Исторически несколько синтетических полимеров были испытаны в качестве материалов для листовок [5–8]. Силиконовые и полиолефиновые каучуки обладали недостаточной износостойкостью [9].,10]. Клапан из политетрафторэтилена был серьезно поврежден тромбозом и кальцификацией [8,11]. Многие исследования были сосредоточены на полиуретанах: сегментированная природа этих материалов позволяет изменять химический состав полимера для достижения как гибкости, так и механической прочности в одном и том же материале. Они биосовместимы и совместимы с кровью и могут применяться в широком спектре медицинских устройств [12,13]. Несколько исследовательских групп исследовали различные полиуретаны для применения в сердечных клапанах [8,9].] и сообщали о проблемах с кальцификацией и тромбозом. Долгосрочная долговечность полиуретановых клапанов in vitro была достигнута [14], и, по нашему собственному опыту, полиуретановые клапаны, изготовленные из коммерчески доступного текстильного полиуретана, способны выдержать более 800 миллионов циклов в лабораторных испытаниях на усталость (что эквивалентно более чем 20 лет «нормальной» функции) [15]. Обызвествление локализовано только в разрывах и вызванных износом дефектах материала во время испытаний на усталость in vitro [16,17]. Наше предыдущее исследование выявило необходимость модификации створок клапана [18] и конструкции рамы (неопубликованные данные) для минимизации стеноза клапана за счет уменьшения градиента давления на клапане, что особенно важно при меньших размерах. В результате был получен прототип полиуретанового клапана с геометрией створки, определенной ранее [19]. ,20]. Каркас был изготовлен из полиэфирэфиркетона (PEEK), покрытого тонким слоем листового полиуретана. Створки коммерчески доступного полиэфируретана, подходящего для имплантации животным (Estane 58315, BF Goodrich, Westerlo-Oevel, Бельгия), наносили на каркас погружением, как описано ранее [19,20]. Эта конструкция клапана достигла долговечности, превышающей 400 миллионов циклов во время испытаний на усталость in vitro.

Настоящее исследование сравнивает этот прототип полиуретанового клапана с хорошо зарекомендовавшими себя механическими и биопротезными клапанами в модели имплантата овцы с точки зрения функции in vivo, долговечности, тромбоэмболического потенциала и риска кальцификации.

2 Методы

2.1 Имплантация клапана

Полиуретановые клапаны (24 мм) имплантировали растущим овцам породы тексель. Двустворчатые механические клапаны ATS (24 мм) и супрааннулярные свиные аортальные клапаны Карпентье-Эдвардса (25 мм) были имплантированы для сравнения. Все клапаны располагались в митральной позиции. Процедуры проводились в соответствии с кодексом практики и стандартами Министерства внутренних дел, а также с соответствующим проектом Министерства внутренних дел и личными лицензиями, выданными в соответствии с Законом о животных (научная процедура) № 19.86.

Анестезию вызывали альфаксалоном/альфадолоном (0,333 мл кг ^-1 ) после внутривенной премедикации диазепамом (0,2 мг кг ^-1 ) и поддерживали 3% ингаляционным изофлураном. Однократный болюс атракурия (0,5 мг кг ^-1 ) вводили внутривенно.

Выполнена торакотомия слева через ложе резецированного пятого ребра. Животное гепаринизировали (300 ед. кг ^-1 ). Нисходящую аорту канюлировали для артериального возврата и отводили венозную кровь из правого желудочка через главную легочную артерию. Настроен нормотермический аппарат искусственного кровообращения, проведена электрическая фибрилляция сердца. Ушко левого предсердия вскрывали и резецировали переднюю створку митрального клапана, оставляя манжетку основания створки толщиной 1–2 мм. Задняя створка частично резецирована с сохранением вторичных хорд. Клапан был пришит к митральному положению с помощью 12 узловых швов Ethibond 2/0, размещенных тампонами на желудочковой стороне и завязанными на предсердной стороне митрального кольца. В послеоперационном периоде антикоагулянты не применялись.

Исследовательские исследования проводились через 6 недель, 3 месяца и 6 месяцев после операции. Овцы были гуманно убиты внутривенной передозировкой барбитуратов. Они были обескровлены и проведены полные патологоанатомические исследования. Сердца удаляли, а клапаны вырезали для дальнейшего исследования. Образцы миокарда из свободной стенки левого желудочка, каудальной доли легкого, селезенки, почки, коры головного мозга и правой доли печени собирали в 10% нейтральном забуференном формалине для гистологического исследования.

2.2 Последующие исследования

Каротидная допплерография для обнаружения высокоинтенсивных транзиторных сигналов (HITS), эхокардиографическая оценка функции клапана и исследование мазков крови на агрегацию тромбоцитов проводились при последующем наблюдении. Структуру клапана и гидродинамические характеристики оценивали после планового умерщвления через 6 месяцев.

Для сбора данных ультразвуковой допплерографии животному вводили внутривенно болюсно дозу 0,4 мг/кг ^-1 диазепама. Дополнительные болюсы по 0,2 мг кг ^-1 вводили каждые 20 минут при необходимости. Затем были записаны 30-минутные допплеровские спектры и звуковой сигнал от грудного выхода сонной артерии у основания шеи с использованием многоканального транскраниального допплеровского ультразвукового аппарата EME TC 4040 (Eden Medizinische Elektronik, Uberlingen, Germany), оснащенного двойным -глубинный зонд. HITS подсчитывали по стандартным критериям [21]. Данные HITS для всех клапанов были собраны через 3 и 6 месяцев наблюдения.

Мазки крови были приготовлены из образцов бедренных артерий, собранных в ЭДТА/формалин через 6 недель, 3 месяца и 6 месяцев наблюдения, и окрашены красителем по Май-Грюнвальду-Гимзе. Количество агрегатов тромбоцитов усредняли по девяти стандартным полям под световой микроскопией при 100-кратном увеличении.

Гемодинамическую функцию клапанов оценивали с помощью трансторакальной эхокардиографии, выполненной после седации животного однократной дозой 0,2 мл кг ^-1 кетамина внутримышечно. Градиент давления и скорость потока через протез измеряли через 6 недель, 3 месяца и 6 месяцев.

Средние градиенты давления на клапанах эксплантата измеряли in vitro с использованием импульсного дубликатора, описанного ранее [19]. Клапаны тестировали в митральном положении при пяти скоростях пульсирующего потока в диапазоне от 3,6 до 9,6 л/мин ^-1 , при среднем аортальном давлении 95 мм рт.ст.

Срезы органов окрашивали гематоксилин-эозином. Кроме того, срезы почек окрашивали Sirius Red для демонстрации коллагена и срезов селезенки по методу Перла для железа. Тонкие срезы эксплантированных полиуретановых створок клапана готовили из частей створок, залитых воском. Срезы окрашивали на кальций с использованием ализаринового красного S или фон Косса: срезы, окрашенные фон Косса, контрастно окрашивали гематоксилин-эозином, красителями Гомори или фон Гизона для исследования волокнистого материала, прикрепленного к эксплантированным створкам. После напыления золотом сегменты поверхности листочка монтировали для сканирующей электронной микроскопии и исследовали при ускоряющем напряжении 15 кВ.

2.3 Статистический анализ

Результаты выражены как среднее значение (SD), если не указано иное. Статистический анализ проводили с использованием программы Minitab для Windows, версия 12 (Minitab Inc.), при уровне значимости 5%. Данные HITS были увеличены на 1, чтобы удалить нулевые значения, с последующим логарифмическим преобразованием, чтобы приблизить нормальность среди групп. Затем преобразованные данные были проанализированы с использованием общей линейной модели (ANOVA), включающей три времени последующего наблюдения в качестве переменной повторных измерений, с множественными апостериорными сравнениями с поправкой Бонферрони (с использованием макроса Minitab, предоставленного Департаментом статистики Университета Глазго). . Логарифмическое преобразование применялось для агрегирования данных перед аналогичным анализом данных. Скоростные данные эхокардиографических исследований сравнивались аналогичными методами без преобразования данных. Данные градиента давления не могли быть преобразованы для приблизительной нормальности и равной дисперсии, и, следовательно, они были проанализированы с использованием одностороннего дисперсионного анализа Крускала-Уоллиса.

3 Результаты

Подробная информация о количестве овец с имплантированными клапанами каждого типа и выживших после операции представлена ​​в таблице 1 . Из десяти выживших после операции в группе с механическим клапаном одна смерть наступила через 6,6 недель, но при патологоанатомическом исследовании не было обнаружено окончательной патологии. В общей сложности девять овец дожили до 6 месяцев с механическим имплантатом клапана. Двое из десяти выживших после операции в группе свиных клапанов умерли через 2 недели и 15,14 недель по причинам, связанным с клапанами: оба клапана были сильно стенозированы, что было связано с разрастанием паннуса створок. В общей сложности шесть овец дожили до 6 месяцев с имплантом свиного клапана. Ни одно животное в группе с полиуретановым клапаном (восемь выживших после операции) не умерло по причинам, связанным с клапаном. Все восемь выживших после операции с полиуретановым имплантатом клапана дожили до 6 месяцев. Внешний вид механических клапанов не изменился при эксплантации без значительного разрастания паннуса створок клапана (рис. 1). . Все эксплантаты свиных клапанов были поражены обширным разрастанием паннуса с незначительной очаговой кальцификацией (рис. 2). . Один полиуретановый клапан имел две створки, удерживаемые хордовой петлей. Все створки полиуретановых клапанов демонстрировали степень прикрепления фибрина без значительного разрастания паннуса и кальцификации, которые были связаны исключительно с фибриновым материалом, прикрепленным к створкам (рис. 3). .

Таблица 1

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Краткий обзор имплантации клапана и выживания

Рис. 1

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Поверхность оттока механического клапана, вид на месте непосредственно перед эксплантацией.

Рис. 2

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Вид клапана свиньи in situ непосредственно перед эксплантацией. а) поверхность притока; б – поверхность истечения; (c) рентгенограмма эксплантата свиного клапана.

Рис. 3

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Эксплантат полиуретанового клапана, осмотр in situ непосредственно перед эксплантацией. а) поверхность притока; б – поверхность истечения; (c) рентгенограмма эксплантата полиуретанового клапана.

HITS в час подробно описаны в таблице 2 . В целом, наблюдалось значительное влияние типа клапана: группа механических клапанов давала большее количество HITS, чем клапаны свиного (P≪0,01) или PU (P≪0,01) типа клапана. Через 3 месяца механические клапаны произвели значительно большее количество HITS, чем свиные клапаны (P ≪ 0,01). Ни один полиуретановый клапан не давал HITS через 3 месяца, таким образом, хотя по определению эта группа дала значительно меньше HITS, чем любая другая группа, ее нельзя было включить в формальный статистический анализ. Через 6 месяцев механические клапаны произвели значительно больше HITS, чем свиные клапаны (P = 0,01), но ни разница между механическим и полиуретановым (P = 0,60), ни между свиным и полиуретановым (P = 1,00) не достигла значимости. Не было никаких существенных различий в пределах любого типа клапана с течением времени.

Таблица 2

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Данные HITS через 3 и 6 месяцев наблюдения

Совокупные подсчеты для каждого типа клапана подробно описаны в Таблице 3 . Через 6 недель как механические (P≪0,01), так и полиуретановые (P≪0,01) клапаны имели большее количество агрегатов, чем свиные клапаны. Через 3 месяца механические клапаны были связаны со значительно большим количеством агрегатов, чем свиные (P≪0,01) или полиуретановые (P≪0,01) клапаны: не было существенной разницы между свиными и полиуретановыми клапанами. Через 6 месяцев механические клапаны были связаны со значительно большим количеством агрегатов, чем полиуретановые клапаны (P ≪ 0,01): не было существенной разницы между механическими клапанами и клапанами свиньи (P = 1,00). Как механические, так и свиные клапаны были связаны со значительным увеличением совокупных чисел со временем, по сравнению с 6 неделями и 3 месяцами (P ≪ 0,01 для обоих типов клапанов) и 6 месяцами (P ≪ 0,01 для обоих типов клапанов). Различия между 3 и 6 месяцами не достигали значимости, хотя сохранялась тенденция к увеличению агрегации со временем, особенно в группе свиных клапанов (P = 0,09).). Агрегация тромбоцитов оставалась постоянной во времени у животных с полиуретановыми клапанами (P=1,00).

Таблица 3

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Агрегаты тромбоцитов через 6 недель, 3 месяца и 6 месяцев наблюдения

Изучение корреляции между HITS и числом агрегатов тромбоцитов с использованием двустороннего теста на преобразованных данных описанное выше, подтверждает значительную положительную корреляцию (r=0,287, P=0,032).

Эхокардиографические данные представлены в таблице 4 . Через 6 недель и 3 месяца не было выявлено существенных различий в скорости кровотока между тремя типами клапанов. Через 6 месяцев группы с механическим клапаном и полиуретановым клапаном существенно не различались, и обе группы продемонстрировали значительно более низкие скорости, чем группа со свиным клапаном (P ≪ 0,01 для обоих типов клапана). Ни механические, ни полиуретановые группы клапанов не показали какого-либо увеличения скорости со временем. Группа свиных клапанов продемонстрировала увеличение скорости между 6 неделями и 3 месяцами (P = 0,06), при этом различия стали значимыми по сравнению с 6 неделями и 6 месяцами (P ≪ 0,01). Значительное увеличение градиентов клапанного давления также было связано с группой свиных клапанов через 3 и 6 месяцев наблюдения. Никаких других существенных различий в градиентах давления между типами клапанов не было.

Таблица 4

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Эхокардиографические данные через 6 недель, 3 месяца и 6 месяцев наблюдения

Гидродинамическое исследование клапанов эксплантата in vitro подтверждает гемодинамические данные эхокардиографии (рис. 4) . Группа механических клапанов обеспечивает самый низкий профиль среднего градиента давления в группе. Данные представлены здесь для среднего значения восьми клапанов эксплантата PU (рис. 4). Группа с полиуретановым эксплантатом более стенотична через 6 месяцев, чем группа с механическим клапаном. Группа свиных клапанов крайне стенотична, и действительно, было возможно измерить средний градиент давления шести клапанов CE только при четырех самых низких скоростях потока.

Рис. 4

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Средний градиент давления в зависимости от среднеквадратичного значения потока (среднее значение ± стандартная ошибка среднего для девяти эксплантатов механического клапана, всех восьми эксплантатов полиуретанового клапана и пяти эксплантатов полиуретанового клапана при пяти скоростях пульсирующего потока и шести эксплантатов свиных клапанов при четырех пульсирующих скоростях потока).

Никаких патологических изменений в органах животных, связанных с наличием протезов клапанов, обнаружено не было. Некоторая имеющаяся патология была связана со смертью животного и с самой операцией по имплантации, например, незначительный некроз миокарда, связанный с дефибрилляцией. Незначительная степень инфаркта почки присутствовала у четырех животных, которым имплантировали свиной биопротез. Это были старые инфаркты аналогичного возраста, вероятно, связанные с отсутствием антикоагулянтной терапии в начальный послеоперационный период, когда пришивное кольцо и каркас подвергались воздействию крови, а не с каким-либо искусственным клапаном как таковым.

4 Обсуждение

Уже давно существует интерес к разработке протеза клапана сердца, который сочетает в себе долговечность механического клапана с профилем потока и совместимостью с кровью биопротеза, при этом преодолевая недостатки каждого из этих типов клапана. Полиуретаны были популярным выбором материала, учитывая их относительно хорошую совместимость с кровью и биосовместимость. Тем не менее, были проблемы, связанные с долгосрочной имплантацией, с разрушением материала, приводящим к преждевременному выходу устройства из строя. Таким образом, разработка сердечных клапанов из таких материалов идет медленнее, чем предполагалось. Недавние достижения в науке о полимерах привели к синтезу ряда, как сообщается, биостабильных полиуретанов. Доступность таких материалов подтвердила полезность полиуретанов благодаря их способности быть химически модифицированными для достижения конкретных целей и возродила интерес к использованию этих материалов в протезах сердечных клапанов. В качестве прелюдии к разработке исследований по включению биостабильных полиуретанов в новые конструкции клапанов в этом исследовании использовался хорошо изученный небиостабильный полиуретан для изучения способности измененной конструкции полиуретанового клапана удовлетворительно работать в условиях краткосрочной имплантации. Основными проблемами, связанными с конструкцией клапана, являются гемодинамические характеристики и склонность конструкции и/или материала вызывать тромботическую реакцию крови либо на самом клапане, либо в системе кровообращения.

Гемодинамическую функцию клапанов оценивали с помощью эхокардиографии и гидродинамических измерений клапанов in vitro. Тромботическую реакцию оценивали путем подсчета микроагрегатов тромбоцитов и HITS.

Точная природа HITS является спорной. Текущее мнение состоит в том, что такие HITS являются результатом циркулирующих газовых микропузырьков, хотя были предположения, что вклад в образование HITS вносят циркулирующие микротромбы. Частота HITS выше у реципиентов механических протезов клапанов, которые требуют системной антикоагулянтной терапии, в отличие от биопротезов клапанов, которые относительно нетромбогенны [22,23]. HITS также были обнаружены с помощью этого метода у пациентов с клинически очевидными источниками эмболии, например мерцательная аритмия или каротидный стеноз без наличия протеза клапана, хотя в этих случаях характер и этиология ГИТ могут быть различными [24]. В нашем исследовании HITS также были гораздо более частыми в группе с механическим клапаном, чем в группе со свиным или полиуретановым клапаном, и значительно коррелировали с количеством агрегатов тромбоцитов через 3 и 6 месяцев. Как и ожидалось, механические клапаны продуцировали наибольшее количество агрегатов, что отражает их более высокую тромбогенность. По мере прогрессирования стеноза свиные клапаны продуцировали большее количество агрегатов, что свидетельствует о возрастающей тенденции к тромбогенности, хотя со временем они не приводили к увеличению частоты ГИПТ. Независимо от того, связаны ли HITS непосредственно с тромбогенезом, корреляция между HITS и агрегацией тромбоцитов предполагает, что эти явления связаны между собой, так что клапанные факторы, которые имеют тенденцию к повышению тромбогенности, также действуют на увеличение HITS. Таким образом, низкие показатели HITS и совокупные числа, связанные с группой полиуретановых клапанов, позволяют предположить, что полиуретановый клапан, как и биопротез, относительно нетромбогенен. Более того, совокупные числа предполагают, что подсчет агрегатов является более чувствительным средством оценки тромбогенного потенциала и что стенозированный биопротез развивает повышенный тромбогенный потенциал. Модель овцы, как правило, менее тромбогенна, чем люди с клапанами, что объясняет успех имплантации механических клапанов без использования длительной антикоагулянтной терапии. Тем не менее, модель производства HITS в целом аналогична той, что обнаруживается в нашем клиническом опыте, и предполагает аналогичную модель поведения. В текущем исследовании используется механический и биопротезный контроль клапанов по сравнению с полиуретановыми имплантатами клапана, и, следовательно, полученные данные являются сравнительными, и можно разумно ожидать, что они будут отражать аналогичную модель поведения у человека-реципиента.

С точки зрения гемодинамической функции, по оценке эхокардиографии, полиуретановые клапаны работали так же, как и механические клапаны, при этом функция свиного клапана со временем ухудшалась. Более чувствительные лабораторные гидродинамические тесты выявили большие различия между механическим клапаном и полиуретановым клапаном, но эта разница не была клинически значимой в любой период наблюдения. Полиуретановые клапаны были менее стенозированы через 6 месяцев, чем свиные клапаны. Три полиуретановых клапана были серьезно поражены тромбом и фиброзным прикреплением к створкам: у одного из них также были две створки, ограниченные хордовой петлей вокруг одного из штифтов стента. Волокнистый материал также был кальцифицирован, и эти клапаны были значительно более стенозированы, чем остальные пять полиуретановых клапанов. Изменчивость данных среднего градиента давления в группе значительно увеличилась за счет включения трех стенозированных полиуретановых клапанов: оставшиеся пять клапанов показали более стабильную работу (рис. 4). Три наиболее стенозированных клапана PU были имплантированы самым молодым овцам в возрасте от 16,86 до 18 недель: механический и свиной клапаны были имплантированы по одной овце в возрасте 17,9 лет.1 недели, все остальные имплантированы через 18,20 недель, а оставшиеся полиуретановые клапаны были имплантированы овцам между 24 и 25 неделями. Никакие другие факторы не отличались среди клапанов. Различия у трех более молодых овец, которым были имплантированы полиуретановые клапаны, могли быть частично связаны с возрастом овец на момент имплантации или с физическими факторами, связанными с отдельными имплантатами. Однако для уточнения этого потребуется дополнительный опыт имплантации животным разного возраста.

В целом, полиуретановый клапан работал лучше, чем свиной биопротез. По параметрам кровотока лучше всего себя показал механический клапан, однако риск тромбоэмболических осложнений сохранялся и мог стать причиной преждевременной гибели одного животного в этой группе. Избыточный рост паннуса повлиял только на функцию клапана свиньи, что привело к тяжелому стенозу клапана. Была обнаружена лишь незначительная очаговая кальцификация (рис. 2с), которой было недостаточно, чтобы повлиять на функцию створок. Отказов полиуретановых створок клапана не было, а небольшое увеличение стеноза клапана было связано с прикреплением фиброзного и тромботического материала к поверхности створки и последующей кальцификации этого внешне прикрепленного материала. В целом, волокнистая, тромбированная сеть на створке представляла собой поверхностный слой, четко отделенный от нижележащего полимера створки. Ряд точек на поверхности створки указывал на скопление этого тромба с сопутствующим обызвествлением, проникающим в тело полиуретана (рис. 5). . Это наводит на мысль о процессе деградации, влияющем на структуру поверхности полиуретана, который, вероятно, будет ускоряться по мере проникновения кальцифицированного исходного материала в полимер. Несколько участков наиболее сильно фиброзированных/тромбированных створок полиуретанового клапана, судя по данным сканирующей электронной микроскопии, подвергались процессу деградации (рис. 6). . Кальцификация створок была полностью связана с внешне кальцинированным материалом, прикрепленным к лепесткам с некоторым ранним проникновением с поверхности (рис. 5), что, по-видимому, связано с деградацией полимера. Не было обнаружено внутренней кальцификации полиуретана, связанной с неповрежденными участками полимера. Вполне вероятно, что такие проникновения вызовут концентрации напряжений и/или истончение материала, что в конечном итоге приведет к разрушению материала. Проблемы биостабильности полиуретана хорошо известны [12], и такие полимеры особенно уязвимы при использовании в сложных условиях изгиба, в которых повреждение, вызванное усталостью, ускоряет биодеградацию материала [25]. Эта проблема была предметом большого исследовательского интереса, и были предприняты различные подходы к ее решению. Многие из этих подходов улучшили биостабильность полиуретанов, и общепризнано, что безопасный, прочный и эффективный полимерный протез клапана неизбежен [12].

Рис. 5

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Тонкий срез полиуретановой створки клапана, окрашенный на кальций по фон Косса (×312).

Рис. 6

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Сканирующая электронная микроскопия полиуретановой створки клапана, показывающая область деградации, окруженную неповрежденным полимером.

В рамках междисциплинарной программы ¹ по разработке конструкции клапана из полиуретана с хорошей биологической прочностью, устойчивостью к усталости и гемодинамикой мы сейчас работаем с новым поколением биостабильных полиуретанов, которые доказали свою превосходную биостойкость в сложных условиях. 6-месячная, напряженная модель имплантата крысы. Мы ожидаем ранней разработки полиуретанового клапана, который имеет хорошую гемодинамическую функцию, сохраняющуюся при длительном имплантировании, и который не выходит из строя из-за биологической деградации или разрушения материала, вызванного усталостью, при сохранении низкой тромбогенной поверхности.

Это исследование финансировалось Британским кардиологическим фондом.

Приложение A Обсуждение на конференции

Д-р Д. Косгроув ( Кливленд, Огайо, США ): Не могли бы вы описать электронно-микроскопическую поверхность этого материала? Это очень гладко или вы ожидаете врастания?

Профессор Уитли : Новые полиуретаны, которые мы тестируем, были напряжены до 100% и имплантированы в модели крыс в течение 6 месяцев, и внешний вид выглядит полностью однородным, абсолютно аморфным. Нет никаких признаков какой-либо ямки или неравномерности. Большинство других полиуретанов не прослужат 3 месяца, и они имеют кратеры и выглядят как поверхность Луны в этом тесте.

Dr R. Frater ( Bronxville, NY, USA ): Мы тестировали полиуретановые трехстворчатые клапаны предыдущего поколения в течение года на овцах, и через год все они имели внутреннюю кальцификацию, что определенно было не связанный с поверхностным явлением. Это было внутри вещества полиуретана. Я знаю, что полиуретан выпускается во многих формах, и я не уверен, обязательно ли форма полиуретана, которую вы используете, отличается от формы, которую мы использовали бы около 10 лет назад, с точки зрения возможности внутренней кальцификации с течением времени.

Профессор Уитли : Я не уверен, что смогу ответить на этот вопрос. Мне очень нужно, чтобы мои коллеги-биохимики и химики полимеров сказали мне об этом, но структура мягкого сегмента такова, что они не верят, что он кальцифицируется. У нас это было на достаточно требовательной животной модели в течение достаточно хорошего периода, 6 месяцев, но у нас также было это на кальцифицирующей модели в лаборатории в течение эквивалентных периодов, гораздо более длинных, чем это, и, похоже, не было никаких изменений. внутренняя кальцификация вообще. Ответ явно биохимический и химический, и я не уверен, что кто-то действительно это понимает.

Г-н А. Ричи ( Кембридж, Великобритания ): Пара вопросов. Новое поколение бескаркасных клапанов, представленное на рынке, теперь не требует терапии варфарином, как и перспектива полиуретановых клапанов, поэтому в этом смысле они эквивалентны. Вопрос, который останется в отношении бескаркасных клапанов, — это их долговечность, на которую также должен ответить полиуретановый клапан. Мы видели в трех ваших клапанах, возможно, как некоторые могут судить, ранние признаки отказа. Как вы думаете, где они могут конкурировать с бескаркасными клапанами, если они продолжат появляться?

Профессор Уитли : Изменения в трех клапанах были явно связаны с поверхностным явлением. Это было ожидаемое открытие, которое мы получили бы с небиостабильным материалом. Мы хотим, чтобы эти клапаны прослужили, по крайней мере, так же, как современные биопротезы у взрослых, потому что я думаю, что будущее для этого клапана, по крайней мере, на начальном этапе, будет в тех частях мира, где ревматизм встречается у молодых пациентов, где биопротез не вариант, так как он ведет себя как молодая овца, и где механические клапаны невозможны. Методы бескаркасной имплантации клапана таковы, что степень навыков, необходимых для их выполнения, иногда делает их не самым очевидным вариантом. Мы, конечно, можем утомить их в лаборатории, чтобы они работали лучше, чем нынешние биопротезы, смонтированные на раме, но ответы явно будут получены в результате гораздо большего количества дальнейших испытаний.

Д-р Косгроув : Не могли бы вы рассказать нам о характере отказа тестера ускоренного износа?

Профессор Уитли : Обычно это усталостное разрушение материала, трещина, которая распространяется медленно. Распространение трещин является одной из проблем; мы должны убедиться, что есть хорошее сопротивление этому. Один из аргументов, выдвинутых в пользу гомотрансплантатов много лет назад, заключается в том, что они медленно выходят из строя, и мы надеемся, что то же самое произойдет и с этими клапанами, не в ближайшем будущем, но, возможно, именно так они в конечном итоге и откажут.

Ссылки

[1]

Министерство здравоохранения Великобритании

. , 

Реестр сердечных клапанов Соединенного Королевства

, 

1992

[2]

Giddens

D.P.

,

Йоганатан

А.П.

,

Шон

Ф.Дж.

Протезы клапанов сердца

,

Cardiovasc Pathol

,

1993

, vol.

2

 (стр. 

167S

—

177S

)

[3]

G.M.M.900 900

, 

Маккей

Т.Г.

,

Уитли

Д.Дж.

.

Кальцификация биопротезов сердечных клапанов in vitro: отчет о новом методе и обзор вовлеченных биохимических факторов92

, том.

1

 (стр. 

115

—

130

)

[4]

КБ Чандран

3

, 

Fatemi

R.

, 

Schoephoerster

R.

, 

Wurzel

D.

, 

Hansen

G.

, 

Pantalos

G.

,

Ю

Л-С.

,

Колфф

WJ

.

In vitro сравнение профилей скорости и турбулентного сдвига дистальнее полиуретановой тройной створки и перикардиальных протезов клапанов

13

 (стр. 

148

—

154

)

[5]

Гильберт3 900

,

Ферранс

В.Дж.

,

Томайта

Ю.

,

Эйдбо

Е.Е.

,

Джонс

М.М.

.

Оценка эксплантированных клапанов: эффективность и совместимость с кровью

4

 (стр. 

130

—

132

)

[6]

Ло

Х.Б.

,

Herold

M.

,

REUL

H.

,

Muckter

H.

,

TAGUTHI

K.

SURCHAN

.

, 

Hildinger

К.Х.

,

Lambertz

H.

,

De Haan

H.

,

Handt

S.

,

Hollweg

G.

,

Messmer

BJ

,

.

Трехстворчатый полиуретановый клапан сердца как альтернатива механическим протезам или биопротезам

34

 (стр. 

839

—

844

)

[7]

Колфф

WJ

,

Ю

Л.С.

.

Возврат эластомерных клапанов

48

 (pg. 

S98

—

S99

)

[8]

Nistal

F.

, 

Garcia-Martinez

V.

, 

Arbe

Д.

,

Фернандес

Д.

,

Маццора

Ф.

,

Галло

3 И.

Экспериментальная оценка in vivo трехстворчатого протеза клапана сердца из политетрафторэтилена

99

 (стр. 

1074

—

1081

)

[9]

Четта

Г.Э.

,

Ллойд

Дж. Р.

.

Проектирование, изготовление и оценка трехстворчатого протеза клапана сердца

102

(стр.

34

—

41

)

[10]

Kiraly

R.

,

Yozu

R.

R.0003

,

Hillegass

D.

,

Harasaki

H.

,

Murabayashi

S.

,

Snow

J.

,

J.

,

.

.

.

,

.

.

Трехстворчатый клапан Hexsyn: применение для временных насосов для переливания крови

6

 (стр. 

190

—

197

)

[11]

Имамура

E.

, 

3 Кайе

.

Функция ламинированных трехстворчатых клапанов из вспененного политетрафторэтилена у животных

52

 (стр. 

770

—

775

)

[12]

Танзи

М.К.

,

Ambrosio

L.

,

Nicolais

L.

,

Iannace

S.

,

Ghislanzoni

,

.

,

9

9

,

9

9

,

9

.

,

9

.

,

.

9

.

,

9

.

9

.

.

Сравнительные физические испытания сегментированных полиуретанов для применения в сердечно-сосудистой системе0002 , том.

8

 (стр. 

57

—

64

)

[13]

Здрахала

3

, 

Здрахала

И.Я.

.

Биомедицинское применение полиуретанов: обзор прошлых обещаний, настоящих реалий и яркого будущего

14

 (стр. 

67

—

90

)

[14]

Янсен

J.

,

Reul

H.

.

Клапан синтетический трехстворчатый

16

 (стр. 

27

—

33

)

[15]

G. M. Bernacca

3

3

,

Маккей

Т.Г.

,

Уитли

Д.Дж.

.

Функционирование и долговечность полиуретанового клапана сердца in vitro: материалы

,

J Heart Valve Dis

,

1996

, vol.

5

 (стр. 

538

—

542

)

[16]

G.M.M. 900 900

,

Макей

Т.Г.

,

Уилкинсон

Р.

,

Уитли

Д.Дж.

.

Обызвествление и усталостное разрушение полиуретанового клапана сердца

16

 (стр.  

279

—

285

)

[17]

Бернакка 90.0

,

Маккей

Т.Г.

,

Уилкинсон

Р.

,

Уитли

Д.Дж.

.

Полиуретановые сердечные клапаны: усталостное разрушение, кальцификация и полиуретановая структура

34

 (стр. 

371

—

379

)

[18]

Бернакка

Г.М.

, 

Маккей

Т.Г.

,

Гулбрансен

М.Дж.

,

Донн

А. В.

,

Уитли

Д.Дж.

.

Долговечность полиуретанового клапана сердца: влияние толщины створки

20

 (стр. 

327

—

331

)

[19]

Mackay

Т.Г.

,

Уитли

Д.Дж.

, 

Бернакка

Г.М. .

Новый полиуретановый протез клапана сердца: проектирование, производство и оценка0002 , том.

17

 (стр. 

1857

—

1863

)

[20]

3 Mackay

, 

Бернакка

Г.М.

,

Уитли

Д.Дж.

,

Fisher

AC

,

Hindle

C.S.

Оценка функции и долговечности полиуретанового протеза клапана сердца in vitro

,

Искусственные органы

,

1996

, том.

20

 (стр. 

1017

—

1025

)

[21]

E.0003

Рингельштейн

,

Дросте

Д.В.

,

Бабикян

В.Л.

,

Evans

D.H.

,

Grosset

D. G.

,

Капс

М.

,

Маркус

Х.С.

,

Рассел

Д.

,

Зиблер

М.

.

Консенсус по обнаружению микроэмболов с помощью ТКД. Международная группа консенсуса по обнаружению микроэмболов

,

Инсульт

,

1998

, vol.

29

 

3

(стр. 

725

—

729

)

[22]

Mackay

Т.Г.

,

Георгиадис

Д.

,

Гроссет

Д. Г.

, 

Лис

К.Р.

,

Уитли

Д.Дж.

.

О происхождении цереброваскулярных микроэмболов, связанных с протезами клапанов сердца95

, том.

17

5

(стр.

349

—

352

)

[23]

GRAF

T.F.

,

Fischer

H.

,

Reul

H.

,

.

Кавитационный потенциал механических протезов клапанов сердца

,

Int J Artif Organs

,

1991

, том.

14

3

(стр.

169

—

174

)

[24]

M.E.B.

, 

Маккей

Т.Г.Г.

,

Ситцер

М.М.

, 

Штейнмец

Х.

.

Нестабильные каротидные бляшки: предоперационная идентификация и связь с интраоперационной эмболизацией, обнаруженной с помощью транскраниальной допплерографии

,

Eur J Vasc Endovasc Surg

,

1996

, vol.

11

1

(стр.

78

—

82

)

[25]

KAPS

M.

,

J.00069

,

9

.

,

9.

9000.

,

9

.

,

9

9000.

,

9

9000.

,

9

M.

.

Weiher

M.

,

Tiffert

K.

,

Kayser

I.

, 

Дросте

Д.В.

.

Клинически бессимптомные микроэмболы у пациентов с искусственными аортальными клапанами преимущественно газообразные, а не твердые

,

Инсульт

28

2

(стр.

322

—

325

)

1

Текущая программа Medlink, в связи с Университетом Ливерпуля. Лидс, Департамент машиностроения и AorTech International, при финансовой поддержке Министерства здравоохранения Великобритании и Исследовательского совета по инженерным и физическим наукам.

© 2000 Elsevier Science B.V. Все права защищены.

Elsevier Science B.V.

© 2000 Elsevier Science B.V. Все права защищены.

Раздел выпуска:

Статьи

Скачать все слайды

Реклама

Цитаты

Альтметрика

Дополнительная информация о метриках

Оповещения по электронной почте

Оповещение об активности статьи

Предварительные уведомления о статьях

Оповещение о новой проблеме

Оповещение о текущей проблеме

Оповещение о теме

Получайте эксклюзивные предложения и обновления от Oxford Academic

Ссылки на статьи по телефону

• Самые читаемые

• Самые цитируемые

Лучевая артерия по сравнению с подкожной веной по сравнению с правой внутренней грудной артерией для коронарного шунтирования

Международное консенсусное заявление по номенклатуре и классификации врожденного двустворчатого аортального клапана и его аортопатии для клинических, хирургических, интервенционных и исследовательских целей

Руководство ESC/EACTS 2021 года по лечению клапанных пороков сердца: Разработано Целевой группой по лечению клапанных пороков сердца Европейского общества кардиологов (ESC) и Европейской ассоциации кардио-торакальной хирургии (EACTS)

В память: Мариан Зембала (1950–2022)

Хирургическая замена аортального клапана стентированным перикардиальным биопротезом: 5-летние результаты

Реклама

Полиуретан: материал для нового поколения протезов клапанов сердца? | Европейский журнал кардио-торакальной хирургии

Журнальная статья

Д. Дж. Уитли,

Д.Дж. Уитли *

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

пабмед

Google ученый

Л. Рако,

Л. Рако

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

пабмед

Google ученый

Г.М. Бернакка,

Г.М. Бернакка

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

пабмед

Google ученый

И. Сим,

И. Сим

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

пабмед

Google ученый

П. Р. Белчер,

PR Белчер

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

пабмед

Google ученый

Дж.С. Бойд

Дж. С. Бойд

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

пабмед

Google ученый

Европейский журнал кардио-торакальной хирургии , том 17, выпуск 4, апрель 2000 г., страницы 440–448, https://doi.org/10.1016/S1010-7940(00)00381-X

Опубликовано:

01 апреля 2000 г.

История статьи

Получено:

07 сентября 1999 г.

Пересмотр получено:

25 января 2000 г.

Принято:

08 февраля 2000 г.

Опубликовано:

01 апреля 2000 г.

Фильтр поиска панели навигации Европейский журнал кардио-торакальной хирургииЭтот выпускEACTS JournalsCardiothoracic SurgeryBooksJournalsOxford Academic Термин поиска мобильного микросайта

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации Европейский журнал кардио-торакальной хирургииЭтот выпускEACTS JournalsCardiothoracic SurgeryBooksJournalsOxford Academic Термин поиска на микросайте

Advanced Search

Abstract

Цели : Перспективы долговечного, атромбогенного, синтетического, гибкого сердечного клапана расширяются благодаря недавнему появлению новых биостабильных полиуретанов. В качестве предшественника оценки таких биостабильных клапанов прототип трехстворчатого полиуретанового клапана (с использованием обычного материала с известным поведением in vitro) сравнивали с механическими и биопротезными клапанами для оценки функции in vivo, долговечности, тромбоэмболического потенциала и кальцификации. Методы : Полиуретановый (PU), двустворчатый механический клапан ATS и свиной клапан Карпентье-Эдвардса (CE) имплантировали в митральное положение растущей овцы. Подсчет высокоинтенсивных транзиторных сигналов (HITS) в сонных артериях, эхокардиографическая оценка функции клапанов и исследование мазков крови на наличие агрегатов тромбоцитов проводились в течение 6-месячного периода выживания без антикоагулянтов. Структуру клапана и гидродинамические характеристики оценивали после планового умерщвления. Результаты : Двадцать восемь животных выжили после операции (десять ATS, десять CE, восемь PU). Через 6 месяцев группа с механическим клапаном (n = 9) показала наибольшее количество HITS (в среднем 40/ч, P = 0,01 по сравнению с клапанами свиньи) и агрегатов тромбоцитов (в среднем 62,22/стандартное поле), но без тромбоэмболии и структурных изменений. или функциональное изменение. Группа биопротезов (n=6) показала низкий уровень HITS (1/ч) и меньшее количество агрегатов (41,67, P=1,00, не значимо), кальцификацию и выраженный разрастание паннуса с прогрессирующим стенозом. Клапаны PU (n = 8) показали небольшую степень прикрепления фибрина к поверхности створок, отсутствие разрастания паннуса, небольшое изменение гемодинамических показателей, низкий уровень HITS (5/ч) и агрегатов тромбоцитов (17,50, P≪0,01 ср. клапаны, P = 0,23 сравните с клапанами свиньи) и отсутствие признаков тромбоэмболии. Выводы : При отсутствии смертности и заболеваемости, связанных с клапаном, и сохранении хорошей гемодинамической функции клапан PU превосходил биопротез; более низкие HITS и количество агрегатов в клапане PU предполагают более низкую тромбогенность по сравнению с механическим клапаном. Биостабильный полиуретановый клапан может предложить клиническое преимущество, обещая повышенную долговечность (например, биопротезы) и низкую тромбогенность (например, механические клапаны).

Полиуретан, протез клапана сердца, in vivo, тромбогенность

1 Введение

Ежегодно в Великобритании имплантируют более 5000 протезов клапанов сердца [1]. Несмотря на более чем 30-летние исследования в области разработки клапанов, ни один из доступных в настоящее время протезов не подходит идеально для какой-либо клинической ситуации. Несмотря на то, что механический клапан относительно долговечен, он требует постоянной антикоагулянтной терапии для пациента с сопутствующим риском тромбоэмболических осложнений или эпизодов кровотечения, связанных с приемом антикоагулянтов. Это особая проблема, когда медицинские услуги не всегда доступны для последующего наблюдения за пациентом, и когда пациент плохо соблюдает режим антикоагулянтной терапии. Биопротезные клапаны имеют ограниченный срок службы из-за кальцификации (особенно у молодых), чрезмерного роста паннуса и несостоятельности тканей, хотя реципиентам обычно не требуется длительная антикоагулянтная терапия [2,3].

С точки зрения гемодинамики предпочтение отдается трехстворчатому центральному клапану естественного аортального клапана и большинства доступных в настоящее время перикардиальных и свиных аортальных клапанов [4]. Синтетические эластомерные материалы позволяют разработать материал, обеспечивающий наилучшие качества как механических клапанов, так и биопротезов в новом гибком синтетическом протезе створчатого клапана. Исторически несколько синтетических полимеров были испытаны в качестве материалов для листовок [5–8]. Силиконовые и полиолефиновые каучуки обладали недостаточной износостойкостью [9].,10]. Клапан из политетрафторэтилена был серьезно поврежден тромбозом и кальцификацией [8,11]. Многие исследования были сосредоточены на полиуретанах: сегментированная природа этих материалов позволяет изменять химический состав полимера для достижения как гибкости, так и механической прочности в одном и том же материале. Они биосовместимы и совместимы с кровью и могут применяться в широком спектре медицинских устройств [12,13]. Несколько исследовательских групп исследовали различные полиуретаны для применения в сердечных клапанах [8,9].] и сообщали о проблемах с кальцификацией и тромбозом. Долгосрочная долговечность полиуретановых клапанов in vitro была достигнута [14], и, по нашему собственному опыту, полиуретановые клапаны, изготовленные из коммерчески доступного текстильного полиуретана, способны выдержать более 800 миллионов циклов в лабораторных испытаниях на усталость (что эквивалентно более чем 20 лет «нормальной» функции) [15]. Обызвествление локализовано только в разрывах и вызванных износом дефектах материала во время испытаний на усталость in vitro [16,17]. Наше предыдущее исследование выявило необходимость модификации створок клапана [18] и конструкции рамы (неопубликованные данные) для минимизации стеноза клапана за счет уменьшения градиента давления на клапане, что особенно важно при меньших размерах. В результате был получен прототип полиуретанового клапана с геометрией створки, определенной ранее [19]. ,20]. Каркас был изготовлен из полиэфирэфиркетона (PEEK), покрытого тонким слоем листового полиуретана. Створки коммерчески доступного полиэфируретана, подходящего для имплантации животным (Estane 58315, BF Goodrich, Westerlo-Oevel, Бельгия), наносили на каркас погружением, как описано ранее [19,20]. Эта конструкция клапана достигла долговечности, превышающей 400 миллионов циклов во время испытаний на усталость in vitro.

Настоящее исследование сравнивает этот прототип полиуретанового клапана с хорошо зарекомендовавшими себя механическими и биопротезными клапанами в модели имплантата овцы с точки зрения функции in vivo, долговечности, тромбоэмболического потенциала и риска кальцификации.

2 Методы

2.1 Имплантация клапана

Полиуретановые клапаны (24 мм) имплантировали растущим овцам породы тексель. Двустворчатые механические клапаны ATS (24 мм) и супрааннулярные свиные аортальные клапаны Карпентье-Эдвардса (25 мм) были имплантированы для сравнения. Все клапаны располагались в митральной позиции. Процедуры проводились в соответствии с кодексом практики и стандартами Министерства внутренних дел, а также с соответствующим проектом Министерства внутренних дел и личными лицензиями, выданными в соответствии с Законом о животных (научная процедура) № 19.86.

Анестезию вызывали альфаксалоном/альфадолоном (0,333 мл кг ^-1 ) после внутривенной премедикации диазепамом (0,2 мг кг ^-1 ) и поддерживали 3% ингаляционным изофлураном. Однократный болюс атракурия (0,5 мг кг ^-1 ) вводили внутривенно.

Выполнена торакотомия слева через ложе резецированного пятого ребра. Животное гепаринизировали (300 ед. кг ^-1 ). Нисходящую аорту канюлировали для артериального возврата и отводили венозную кровь из правого желудочка через главную легочную артерию. Настроен нормотермический аппарат искусственного кровообращения, проведена электрическая фибрилляция сердца. Ушко левого предсердия вскрывали и резецировали переднюю створку митрального клапана, оставляя манжетку основания створки толщиной 1–2 мм. Задняя створка частично резецирована с сохранением вторичных хорд. Клапан был пришит к митральному положению с помощью 12 узловых швов Ethibond 2/0, размещенных тампонами на желудочковой стороне и завязанными на предсердной стороне митрального кольца. В послеоперационном периоде антикоагулянты не применялись.

Исследовательские исследования проводились через 6 недель, 3 месяца и 6 месяцев после операции. Овцы были гуманно убиты внутривенной передозировкой барбитуратов. Они были обескровлены и проведены полные патологоанатомические исследования. Сердца удаляли, а клапаны вырезали для дальнейшего исследования. Образцы миокарда из свободной стенки левого желудочка, каудальной доли легкого, селезенки, почки, коры головного мозга и правой доли печени собирали в 10% нейтральном забуференном формалине для гистологического исследования.

2.2 Последующие исследования

Каротидная допплерография для обнаружения высокоинтенсивных транзиторных сигналов (HITS), эхокардиографическая оценка функции клапана и исследование мазков крови на агрегацию тромбоцитов проводились при последующем наблюдении. Структуру клапана и гидродинамические характеристики оценивали после планового умерщвления через 6 месяцев.

Для сбора данных ультразвуковой допплерографии животному вводили внутривенно болюсно дозу 0,4 мг/кг ^-1 диазепама. Дополнительные болюсы по 0,2 мг кг ^-1 вводили каждые 20 минут при необходимости. Затем были записаны 30-минутные допплеровские спектры и звуковой сигнал от грудного выхода сонной артерии у основания шеи с использованием многоканального транскраниального допплеровского ультразвукового аппарата EME TC 4040 (Eden Medizinische Elektronik, Uberlingen, Germany), оснащенного двойным -глубинный зонд. HITS подсчитывали по стандартным критериям [21]. Данные HITS для всех клапанов были собраны через 3 и 6 месяцев наблюдения.

Мазки крови были приготовлены из образцов бедренных артерий, собранных в ЭДТА/формалин через 6 недель, 3 месяца и 6 месяцев наблюдения, и окрашены красителем по Май-Грюнвальду-Гимзе. Количество агрегатов тромбоцитов усредняли по девяти стандартным полям под световой микроскопией при 100-кратном увеличении.

Гемодинамическую функцию клапанов оценивали с помощью трансторакальной эхокардиографии, выполненной после седации животного однократной дозой 0,2 мл кг ^-1 кетамина внутримышечно. Градиент давления и скорость потока через протез измеряли через 6 недель, 3 месяца и 6 месяцев.

Средние градиенты давления на клапанах эксплантата измеряли in vitro с использованием импульсного дубликатора, описанного ранее [19]. Клапаны тестировали в митральном положении при пяти скоростях пульсирующего потока в диапазоне от 3,6 до 9,6 л/мин ^-1 , при среднем аортальном давлении 95 мм рт.ст.

Срезы органов окрашивали гематоксилин-эозином. Кроме того, срезы почек окрашивали Sirius Red для демонстрации коллагена и срезов селезенки по методу Перла для железа. Тонкие срезы эксплантированных полиуретановых створок клапана готовили из частей створок, залитых воском. Срезы окрашивали на кальций с использованием ализаринового красного S или фон Косса: срезы, окрашенные фон Косса, контрастно окрашивали гематоксилин-эозином, красителями Гомори или фон Гизона для исследования волокнистого материала, прикрепленного к эксплантированным створкам. После напыления золотом сегменты поверхности листочка монтировали для сканирующей электронной микроскопии и исследовали при ускоряющем напряжении 15 кВ.

2.3 Статистический анализ

Результаты выражены как среднее значение (SD), если не указано иное. Статистический анализ проводили с использованием программы Minitab для Windows, версия 12 (Minitab Inc.), при уровне значимости 5%. Данные HITS были увеличены на 1, чтобы удалить нулевые значения, с последующим логарифмическим преобразованием, чтобы приблизить нормальность среди групп. Затем преобразованные данные были проанализированы с использованием общей линейной модели (ANOVA), включающей три времени последующего наблюдения в качестве переменной повторных измерений, с множественными апостериорными сравнениями с поправкой Бонферрони (с использованием макроса Minitab, предоставленного Департаментом статистики Университета Глазго). . Логарифмическое преобразование применялось для агрегирования данных перед аналогичным анализом данных. Скоростные данные эхокардиографических исследований сравнивались аналогичными методами без преобразования данных. Данные градиента давления не могли быть преобразованы для приблизительной нормальности и равной дисперсии, и, следовательно, они были проанализированы с использованием одностороннего дисперсионного анализа Крускала-Уоллиса.

3 Результаты

Подробная информация о количестве овец с имплантированными клапанами каждого типа и выживших после операции представлена ​​в таблице 1 . Из десяти выживших после операции в группе с механическим клапаном одна смерть наступила через 6,6 недель, но при патологоанатомическом исследовании не было обнаружено окончательной патологии. В общей сложности девять овец дожили до 6 месяцев с механическим имплантатом клапана. Двое из десяти выживших после операции в группе свиных клапанов умерли через 2 недели и 15,14 недель по причинам, связанным с клапанами: оба клапана были сильно стенозированы, что было связано с разрастанием паннуса створок. В общей сложности шесть овец дожили до 6 месяцев с имплантом свиного клапана. Ни одно животное в группе с полиуретановым клапаном (восемь выживших после операции) не умерло по причинам, связанным с клапаном. Все восемь выживших после операции с полиуретановым имплантатом клапана дожили до 6 месяцев. Внешний вид механических клапанов не изменился при эксплантации без значительного разрастания паннуса створок клапана (рис. 1). . Все эксплантаты свиных клапанов были поражены обширным разрастанием паннуса с незначительной очаговой кальцификацией (рис. 2). . Один полиуретановый клапан имел две створки, удерживаемые хордовой петлей. Все створки полиуретановых клапанов демонстрировали степень прикрепления фибрина без значительного разрастания паннуса и кальцификации, которые были связаны исключительно с фибриновым материалом, прикрепленным к створкам (рис. 3). .

Таблица 1

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Краткий обзор имплантации клапана и выживания

Рис. 1

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Поверхность оттока механического клапана, вид на месте непосредственно перед эксплантацией.

Рис. 2

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Вид клапана свиньи in situ непосредственно перед эксплантацией. а) поверхность притока; б – поверхность истечения; (c) рентгенограмма эксплантата свиного клапана.

Рис. 3

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Эксплантат полиуретанового клапана, осмотр in situ непосредственно перед эксплантацией. а) поверхность притока; б – поверхность истечения; (c) рентгенограмма эксплантата полиуретанового клапана.

HITS в час подробно описаны в таблице 2 . В целом, наблюдалось значительное влияние типа клапана: группа механических клапанов давала большее количество HITS, чем клапаны свиного (P≪0,01) или PU (P≪0,01) типа клапана. Через 3 месяца механические клапаны произвели значительно большее количество HITS, чем свиные клапаны (P ≪ 0,01). Ни один полиуретановый клапан не давал HITS через 3 месяца, таким образом, хотя по определению эта группа дала значительно меньше HITS, чем любая другая группа, ее нельзя было включить в формальный статистический анализ. Через 6 месяцев механические клапаны произвели значительно больше HITS, чем свиные клапаны (P = 0,01), но ни разница между механическим и полиуретановым (P = 0,60), ни между свиным и полиуретановым (P = 1,00) не достигла значимости. Не было никаких существенных различий в пределах любого типа клапана с течением времени.

Таблица 2

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Данные HITS через 3 и 6 месяцев наблюдения

Совокупные подсчеты для каждого типа клапана подробно описаны в Таблице 3 . Через 6 недель как механические (P≪0,01), так и полиуретановые (P≪0,01) клапаны имели большее количество агрегатов, чем свиные клапаны. Через 3 месяца механические клапаны были связаны со значительно большим количеством агрегатов, чем свиные (P≪0,01) или полиуретановые (P≪0,01) клапаны: не было существенной разницы между свиными и полиуретановыми клапанами. Через 6 месяцев механические клапаны были связаны со значительно большим количеством агрегатов, чем полиуретановые клапаны (P ≪ 0,01): не было существенной разницы между механическими клапанами и клапанами свиньи (P = 1,00). Как механические, так и свиные клапаны были связаны со значительным увеличением совокупных чисел со временем, по сравнению с 6 неделями и 3 месяцами (P ≪ 0,01 для обоих типов клапанов) и 6 месяцами (P ≪ 0,01 для обоих типов клапанов). Различия между 3 и 6 месяцами не достигали значимости, хотя сохранялась тенденция к увеличению агрегации со временем, особенно в группе свиных клапанов (P = 0,09).). Агрегация тромбоцитов оставалась постоянной во времени у животных с полиуретановыми клапанами (P=1,00).

Таблица 3

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Агрегаты тромбоцитов через 6 недель, 3 месяца и 6 месяцев наблюдения

Изучение корреляции между HITS и числом агрегатов тромбоцитов с использованием двустороннего теста на преобразованных данных описанное выше, подтверждает значительную положительную корреляцию (r=0,287, P=0,032).

Эхокардиографические данные представлены в таблице 4 . Через 6 недель и 3 месяца не было выявлено существенных различий в скорости кровотока между тремя типами клапанов. Через 6 месяцев группы с механическим клапаном и полиуретановым клапаном существенно не различались, и обе группы продемонстрировали значительно более низкие скорости, чем группа со свиным клапаном (P ≪ 0,01 для обоих типов клапана). Ни механические, ни полиуретановые группы клапанов не показали какого-либо увеличения скорости со временем. Группа свиных клапанов продемонстрировала увеличение скорости между 6 неделями и 3 месяцами (P = 0,06), при этом различия стали значимыми по сравнению с 6 неделями и 6 месяцами (P ≪ 0,01). Значительное увеличение градиентов клапанного давления также было связано с группой свиных клапанов через 3 и 6 месяцев наблюдения. Никаких других существенных различий в градиентах давления между типами клапанов не было.

Таблица 4

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Эхокардиографические данные через 6 недель, 3 месяца и 6 месяцев наблюдения

Гидродинамическое исследование клапанов эксплантата in vitro подтверждает гемодинамические данные эхокардиографии (рис. 4) . Группа механических клапанов обеспечивает самый низкий профиль среднего градиента давления в группе. Данные представлены здесь для среднего значения восьми клапанов эксплантата PU (рис. 4). Группа с полиуретановым эксплантатом более стенотична через 6 месяцев, чем группа с механическим клапаном. Группа свиных клапанов крайне стенотична, и действительно, было возможно измерить средний градиент давления шести клапанов CE только при четырех самых низких скоростях потока.

Рис. 4

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Средний градиент давления в зависимости от среднеквадратичного значения потока (среднее значение ± стандартная ошибка среднего для девяти эксплантатов механического клапана, всех восьми эксплантатов полиуретанового клапана и пяти эксплантатов полиуретанового клапана при пяти скоростях пульсирующего потока и шести эксплантатов свиных клапанов при четырех пульсирующих скоростях потока).

Никаких патологических изменений в органах животных, связанных с наличием протезов клапанов, обнаружено не было. Некоторая имеющаяся патология была связана со смертью животного и с самой операцией по имплантации, например, незначительный некроз миокарда, связанный с дефибрилляцией. Незначительная степень инфаркта почки присутствовала у четырех животных, которым имплантировали свиной биопротез. Это были старые инфаркты аналогичного возраста, вероятно, связанные с отсутствием антикоагулянтной терапии в начальный послеоперационный период, когда пришивное кольцо и каркас подвергались воздействию крови, а не с каким-либо искусственным клапаном как таковым.

4 Обсуждение

Уже давно существует интерес к разработке протеза клапана сердца, который сочетает в себе долговечность механического клапана с профилем потока и совместимостью с кровью биопротеза, при этом преодолевая недостатки каждого из этих типов клапана. Полиуретаны были популярным выбором материала, учитывая их относительно хорошую совместимость с кровью и биосовместимость. Тем не менее, были проблемы, связанные с долгосрочной имплантацией, с разрушением материала, приводящим к преждевременному выходу устройства из строя. Таким образом, разработка сердечных клапанов из таких материалов идет медленнее, чем предполагалось. Недавние достижения в науке о полимерах привели к синтезу ряда, как сообщается, биостабильных полиуретанов. Доступность таких материалов подтвердила полезность полиуретанов благодаря их способности быть химически модифицированными для достижения конкретных целей и возродила интерес к использованию этих материалов в протезах сердечных клапанов. В качестве прелюдии к разработке исследований по включению биостабильных полиуретанов в новые конструкции клапанов в этом исследовании использовался хорошо изученный небиостабильный полиуретан для изучения способности измененной конструкции полиуретанового клапана удовлетворительно работать в условиях краткосрочной имплантации. Основными проблемами, связанными с конструкцией клапана, являются гемодинамические характеристики и склонность конструкции и/или материала вызывать тромботическую реакцию крови либо на самом клапане, либо в системе кровообращения.

Гемодинамическую функцию клапанов оценивали с помощью эхокардиографии и гидродинамических измерений клапанов in vitro. Тромботическую реакцию оценивали путем подсчета микроагрегатов тромбоцитов и HITS.

Точная природа HITS является спорной. Текущее мнение состоит в том, что такие HITS являются результатом циркулирующих газовых микропузырьков, хотя были предположения, что вклад в образование HITS вносят циркулирующие микротромбы. Частота HITS выше у реципиентов механических протезов клапанов, которые требуют системной антикоагулянтной терапии, в отличие от биопротезов клапанов, которые относительно нетромбогенны [22,23]. HITS также были обнаружены с помощью этого метода у пациентов с клинически очевидными источниками эмболии, например мерцательная аритмия или каротидный стеноз без наличия протеза клапана, хотя в этих случаях характер и этиология ГИТ могут быть различными [24]. В нашем исследовании HITS также были гораздо более частыми в группе с механическим клапаном, чем в группе со свиным или полиуретановым клапаном, и значительно коррелировали с количеством агрегатов тромбоцитов через 3 и 6 месяцев. Как и ожидалось, механические клапаны продуцировали наибольшее количество агрегатов, что отражает их более высокую тромбогенность. По мере прогрессирования стеноза свиные клапаны продуцировали большее количество агрегатов, что свидетельствует о возрастающей тенденции к тромбогенности, хотя со временем они не приводили к увеличению частоты ГИПТ. Независимо от того, связаны ли HITS непосредственно с тромбогенезом, корреляция между HITS и агрегацией тромбоцитов предполагает, что эти явления связаны между собой, так что клапанные факторы, которые имеют тенденцию к повышению тромбогенности, также действуют на увеличение HITS. Таким образом, низкие показатели HITS и совокупные числа, связанные с группой полиуретановых клапанов, позволяют предположить, что полиуретановый клапан, как и биопротез, относительно нетромбогенен. Более того, совокупные числа предполагают, что подсчет агрегатов является более чувствительным средством оценки тромбогенного потенциала и что стенозированный биопротез развивает повышенный тромбогенный потенциал. Модель овцы, как правило, менее тромбогенна, чем люди с клапанами, что объясняет успех имплантации механических клапанов без использования длительной антикоагулянтной терапии. Тем не менее, модель производства HITS в целом аналогична той, что обнаруживается в нашем клиническом опыте, и предполагает аналогичную модель поведения. В текущем исследовании используется механический и биопротезный контроль клапанов по сравнению с полиуретановыми имплантатами клапана, и, следовательно, полученные данные являются сравнительными, и можно разумно ожидать, что они будут отражать аналогичную модель поведения у человека-реципиента.

С точки зрения гемодинамической функции, по оценке эхокардиографии, полиуретановые клапаны работали так же, как и механические клапаны, при этом функция свиного клапана со временем ухудшалась. Более чувствительные лабораторные гидродинамические тесты выявили большие различия между механическим клапаном и полиуретановым клапаном, но эта разница не была клинически значимой в любой период наблюдения. Полиуретановые клапаны были менее стенозированы через 6 месяцев, чем свиные клапаны. Три полиуретановых клапана были серьезно поражены тромбом и фиброзным прикреплением к створкам: у одного из них также были две створки, ограниченные хордовой петлей вокруг одного из штифтов стента. Волокнистый материал также был кальцифицирован, и эти клапаны были значительно более стенозированы, чем остальные пять полиуретановых клапанов. Изменчивость данных среднего градиента давления в группе значительно увеличилась за счет включения трех стенозированных полиуретановых клапанов: оставшиеся пять клапанов показали более стабильную работу (рис. 4). Три наиболее стенозированных клапана PU были имплантированы самым молодым овцам в возрасте от 16,86 до 18 недель: механический и свиной клапаны были имплантированы по одной овце в возрасте 17,9 лет.1 недели, все остальные имплантированы через 18,20 недель, а оставшиеся полиуретановые клапаны были имплантированы овцам между 24 и 25 неделями. Никакие другие факторы не отличались среди клапанов. Различия у трех более молодых овец, которым были имплантированы полиуретановые клапаны, могли быть частично связаны с возрастом овец на момент имплантации или с физическими факторами, связанными с отдельными имплантатами. Однако для уточнения этого потребуется дополнительный опыт имплантации животным разного возраста.

В целом, полиуретановый клапан работал лучше, чем свиной биопротез. По параметрам кровотока лучше всего себя показал механический клапан, однако риск тромбоэмболических осложнений сохранялся и мог стать причиной преждевременной гибели одного животного в этой группе. Избыточный рост паннуса повлиял только на функцию клапана свиньи, что привело к тяжелому стенозу клапана. Была обнаружена лишь незначительная очаговая кальцификация (рис. 2с), которой было недостаточно, чтобы повлиять на функцию створок. Отказов полиуретановых створок клапана не было, а небольшое увеличение стеноза клапана было связано с прикреплением фиброзного и тромботического материала к поверхности створки и последующей кальцификации этого внешне прикрепленного материала. В целом, волокнистая, тромбированная сеть на створке представляла собой поверхностный слой, четко отделенный от нижележащего полимера створки. Ряд точек на поверхности створки указывал на скопление этого тромба с сопутствующим обызвествлением, проникающим в тело полиуретана (рис. 5). . Это наводит на мысль о процессе деградации, влияющем на структуру поверхности полиуретана, который, вероятно, будет ускоряться по мере проникновения кальцифицированного исходного материала в полимер. Несколько участков наиболее сильно фиброзированных/тромбированных створок полиуретанового клапана, судя по данным сканирующей электронной микроскопии, подвергались процессу деградации (рис. 6). . Кальцификация створок была полностью связана с внешне кальцинированным материалом, прикрепленным к лепесткам с некоторым ранним проникновением с поверхности (рис. 5), что, по-видимому, связано с деградацией полимера. Не было обнаружено внутренней кальцификации полиуретана, связанной с неповрежденными участками полимера. Вполне вероятно, что такие проникновения вызовут концентрации напряжений и/или истончение материала, что в конечном итоге приведет к разрушению материала. Проблемы биостабильности полиуретана хорошо известны [12], и такие полимеры особенно уязвимы при использовании в сложных условиях изгиба, в которых повреждение, вызванное усталостью, ускоряет биодеградацию материала [25]. Эта проблема была предметом большого исследовательского интереса, и были предприняты различные подходы к ее решению. Многие из этих подходов улучшили биостабильность полиуретанов, и общепризнано, что безопасный, прочный и эффективный полимерный протез клапана неизбежен [12].

Рис. 5

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Тонкий срез полиуретановой створки клапана, окрашенный на кальций по фон Косса (×312).

Рис. 6

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Сканирующая электронная микроскопия полиуретановой створки клапана, показывающая область деградации, окруженную неповрежденным полимером.

В рамках междисциплинарной программы ¹ по разработке конструкции клапана из полиуретана с хорошей биологической прочностью, устойчивостью к усталости и гемодинамикой мы сейчас работаем с новым поколением биостабильных полиуретанов, которые доказали свою превосходную биостойкость в сложных условиях. 6-месячная, напряженная модель имплантата крысы. Мы ожидаем ранней разработки полиуретанового клапана, который имеет хорошую гемодинамическую функцию, сохраняющуюся при длительном имплантировании, и который не выходит из строя из-за биологической деградации или разрушения материала, вызванного усталостью, при сохранении низкой тромбогенной поверхности.

Это исследование финансировалось Британским кардиологическим фондом.

Приложение A Обсуждение на конференции

Д-р Д. Косгроув ( Кливленд, Огайо, США ): Не могли бы вы описать электронно-микроскопическую поверхность этого материала? Это очень гладко или вы ожидаете врастания?

Профессор Уитли : Новые полиуретаны, которые мы тестируем, были напряжены до 100% и имплантированы в модели крыс в течение 6 месяцев, и внешний вид выглядит полностью однородным, абсолютно аморфным. Нет никаких признаков какой-либо ямки или неравномерности. Большинство других полиуретанов не прослужат 3 месяца, и они имеют кратеры и выглядят как поверхность Луны в этом тесте.

Dr R. Frater ( Bronxville, NY, USA ): Мы тестировали полиуретановые трехстворчатые клапаны предыдущего поколения в течение года на овцах, и через год все они имели внутреннюю кальцификацию, что определенно было не связанный с поверхностным явлением. Это было внутри вещества полиуретана. Я знаю, что полиуретан выпускается во многих формах, и я не уверен, обязательно ли форма полиуретана, которую вы используете, отличается от формы, которую мы использовали бы около 10 лет назад, с точки зрения возможности внутренней кальцификации с течением времени.

Профессор Уитли : Я не уверен, что смогу ответить на этот вопрос. Мне очень нужно, чтобы мои коллеги-биохимики и химики полимеров сказали мне об этом, но структура мягкого сегмента такова, что они не верят, что он кальцифицируется. У нас это было на достаточно требовательной животной модели в течение достаточно хорошего периода, 6 месяцев, но у нас также было это на кальцифицирующей модели в лаборатории в течение эквивалентных периодов, гораздо более длинных, чем это, и, похоже, не было никаких изменений. внутренняя кальцификация вообще. Ответ явно биохимический и химический, и я не уверен, что кто-то действительно это понимает.

Г-н А. Ричи ( Кембридж, Великобритания ): Пара вопросов. Новое поколение бескаркасных клапанов, представленное на рынке, теперь не требует терапии варфарином, как и перспектива полиуретановых клапанов, поэтому в этом смысле они эквивалентны. Вопрос, который останется в отношении бескаркасных клапанов, — это их долговечность, на которую также должен ответить полиуретановый клапан. Мы видели в трех ваших клапанах, возможно, как некоторые могут судить, ранние признаки отказа. Как вы думаете, где они могут конкурировать с бескаркасными клапанами, если они продолжат появляться?

Профессор Уитли : Изменения в трех клапанах были явно связаны с поверхностным явлением. Это было ожидаемое открытие, которое мы получили бы с небиостабильным материалом. Мы хотим, чтобы эти клапаны прослужили, по крайней мере, так же, как современные биопротезы у взрослых, потому что я думаю, что будущее для этого клапана, по крайней мере, на начальном этапе, будет в тех частях мира, где ревматизм встречается у молодых пациентов, где биопротез не вариант, так как он ведет себя как молодая овца, и где механические клапаны невозможны. Методы бескаркасной имплантации клапана таковы, что степень навыков, необходимых для их выполнения, иногда делает их не самым очевидным вариантом. Мы, конечно, можем утомить их в лаборатории, чтобы они работали лучше, чем нынешние биопротезы, смонтированные на раме, но ответы явно будут получены в результате гораздо большего количества дальнейших испытаний.

Д-р Косгроув : Не могли бы вы рассказать нам о характере отказа тестера ускоренного износа?

Профессор Уитли : Обычно это усталостное разрушение материала, трещина, которая распространяется медленно. Распространение трещин является одной из проблем; мы должны убедиться, что есть хорошее сопротивление этому. Один из аргументов, выдвинутых в пользу гомотрансплантатов много лет назад, заключается в том, что они медленно выходят из строя, и мы надеемся, что то же самое произойдет и с этими клапанами, не в ближайшем будущем, но, возможно, именно так они в конечном итоге и откажут.

Ссылки

[1]

Министерство здравоохранения Великобритании

. , 

Реестр сердечных клапанов Соединенного Королевства

, 

1992

[2]

Giddens

D.P.

,

Йоганатан

А.П.

,

Шон

Ф.Дж.

Протезы клапанов сердца

,

Cardiovasc Pathol

,

1993

, vol.

2

 (стр. 

167S

—

177S

)

[3]

G.M.M.900 900

, 

Маккей

Т.Г.

,

Уитли

Д.Дж.

.

Кальцификация биопротезов сердечных клапанов in vitro: отчет о новом методе и обзор вовлеченных биохимических факторов92

, том.

1

 (стр. 

115

—

130

)

[4]

КБ Чандран

3

, 

Fatemi

R.

, 

Schoephoerster

R.

, 

Wurzel

D.

, 

Hansen

G.

, 

Pantalos

G.

,

Ю

Л-С.

,

Колфф

WJ

.

In vitro сравнение профилей скорости и турбулентного сдвига дистальнее полиуретановой тройной створки и перикардиальных протезов клапанов

13

 (стр. 

148

—

154

)

[5]

Гильберт3 900

,

Ферранс

В.Дж.

,

Томайта

Ю.

,

Эйдбо

Е.Е.

,

Джонс

М.М.

.

Оценка эксплантированных клапанов: эффективность и совместимость с кровью

4

 (стр. 

130

—

132

)

[6]

Ло

Х.Б.

,

Herold

M.

,

REUL

H.

,

Muckter

H.

,

TAGUTHI

K.

SURCHAN

.

, 

Hildinger

К.Х.

,

Lambertz

H.

,

De Haan

H.

,

Handt

S.

,

Hollweg

G.

,

Messmer

BJ

,

.

Трехстворчатый полиуретановый клапан сердца как альтернатива механическим протезам или биопротезам

34

 (стр. 

839

—

844

)

[7]

Колфф

WJ

,

Ю

Л.С.

.

Возврат эластомерных клапанов

48

 (pg. 

S98

—

S99

)

[8]

Nistal

F.

, 

Garcia-Martinez

V.

, 

Arbe

Д.

,

Фернандес

Д.

,

Маццора

Ф.

,

Галло

3 И.

Экспериментальная оценка in vivo трехстворчатого протеза клапана сердца из политетрафторэтилена

99

 (стр. 

1074

—

1081

)

[9]

Четта

Г.Э.

,

Ллойд

Дж. Р.

.

Проектирование, изготовление и оценка трехстворчатого протеза клапана сердца

102

(стр.

34

—

41

)

[10]

Kiraly

R.

,

Yozu

R.

R.0003

,

Hillegass

D.

,

Harasaki

H.

,

Murabayashi

S.

,

Snow

J.

,

J.

,

.

.

.

,

.

.

Трехстворчатый клапан Hexsyn: применение для временных насосов для переливания крови

6

 (стр. 

190

—

197

)

[11]

Имамура

E.

, 

3 Кайе

.

Функция ламинированных трехстворчатых клапанов из вспененного политетрафторэтилена у животных

52

 (стр. 

770

—

775

)

[12]

Танзи

М.К.

,

Ambrosio

L.

,

Nicolais

L.

,

Iannace

S.

,

Ghislanzoni

,

.

,

9

9

,

9

9

,

9

.

,

9

.

,

.

9

.

,

9

.

9

.

.

Сравнительные физические испытания сегментированных полиуретанов для применения в сердечно-сосудистой системе0002 , том.

8

 (стр. 

57

—

64

)

[13]

Здрахала

3

, 

Здрахала

И.Я.

.

Биомедицинское применение полиуретанов: обзор прошлых обещаний, настоящих реалий и яркого будущего

14

 (стр. 

67

—

90

)

[14]

Янсен

J.

,

Reul

H.

.

Клапан синтетический трехстворчатый

16

 (стр. 

27

—

33

)

[15]

G. M. Bernacca

3

3

,

Маккей

Т.Г.

,

Уитли

Д.Дж.

.

Функционирование и долговечность полиуретанового клапана сердца in vitro: материалы

,

J Heart Valve Dis

,

1996

, vol.

5

 (стр. 

538

—

542

)

[16]

G.M.M. 900 900

,

Макей

Т.Г.

,

Уилкинсон

Р.

,

Уитли

Д.Дж.

.

Обызвествление и усталостное разрушение полиуретанового клапана сердца

16

 (стр.  

279

—

285

)

[17]

Бернакка 90.0

,

Маккей

Т.Г.

,

Уилкинсон

Р.

,

Уитли

Д.Дж.

.

Полиуретановые сердечные клапаны: усталостное разрушение, кальцификация и полиуретановая структура

34

 (стр. 

371

—

379

)

[18]

Бернакка

Г.М.

, 

Маккей

Т.Г.

,

Гулбрансен

М.Дж.

,

Донн

А. В.

,

Уитли

Д.Дж.

.

Долговечность полиуретанового клапана сердца: влияние толщины створки

20

 (стр. 

327

—

331

)

[19]

Mackay

Т.Г.

,

Уитли

Д.Дж.

, 

Бернакка

Г.М. .

Новый полиуретановый протез клапана сердца: проектирование, производство и оценка0002 , том.

17

 (стр. 

1857

—

1863

)

[20]

3 Mackay

, 

Бернакка

Г.М.

,

Уитли

Д.Дж.

,

Fisher

AC

,

Hindle

C.S.

Оценка функции и долговечности полиуретанового протеза клапана сердца in vitro

,

Искусственные органы

,

1996

, том.

20

 (стр. 

1017

—

1025

)

[21]

E.0003

Рингельштейн

,

Дросте

Д.В.

,

Бабикян

В.Л.

,

Evans

D.H.

,

Grosset

D. G.

,

Капс

М.

,

Маркус

Х.С.

,

Рассел

Д.

,

Зиблер

М.

.

Консенсус по обнаружению микроэмболов с помощью ТКД. Международная группа консенсуса по обнаружению микроэмболов

,

Инсульт

,

1998

, vol.

29

 

3

(стр. 

725

—

729

)

[22]

Mackay

Т.Г.

,

Георгиадис

Д.

,

Гроссет

Д. Г.

, 

Лис

К.Р.

,

Уитли

Д.Дж.

.

О происхождении цереброваскулярных микроэмболов, связанных с протезами клапанов сердца95

, том.

17

5

(стр.

349

—

352

)

[23]

GRAF

T.F.

,

Fischer

H.

,

Reul

H.

,

.

Кавитационный потенциал механических протезов клапанов сердца

,

Int J Artif Organs

,

1991

, том.

14

3

(стр.

169

—

174

)

[24]

M.E.B.

, 

Маккей

Т.Г.Г.

,

Ситцер

М.М.

, 

Штейнмец

Х.

.

Нестабильные каротидные бляшки: предоперационная идентификация и связь с интраоперационной эмболизацией, обнаруженной с помощью транскраниальной допплерографии

,

Eur J Vasc Endovasc Surg

,

1996

, vol.

11

1

(стр.

78

—

82

)

[25]

KAPS

M.

,

J.00069

,

9

.

,

9.

9000.

,

9

.

,

9

9000.

,

9

9000.

,

9

M.

.

Weiher

M.

,

Tiffert

K.

,

Kayser

I.

, 

Дросте

Д.В.

.

Клинически бессимптомные микроэмболы у пациентов с искусственными аортальными клапанами преимущественно газообразные, а не твердые

,

Инсульт

28

2

(стр.

322

—

325

)

1

Текущая программа Medlink, в связи с Университетом Ливерпуля. Лидс, Департамент машиностроения и AorTech International, при финансовой поддержке Министерства здравоохранения Великобритании и Исследовательского совета по инженерным и физическим наукам.

© 2000 Elsevier Science B.V. Все права защищены.

Elsevier Science B.V.

© 2000 Elsevier Science B.V. Все права защищены.

Раздел выпуска:

Статьи

Скачать все слайды

Реклама

Цитаты

Альтметрика

Дополнительная информация о метриках

Оповещения по электронной почте

Оповещение об активности статьи

Предварительные уведомления о статьях

Оповещение о новой проблеме

Оповещение о текущей проблеме

Оповещение о теме

Получайте эксклюзивные предложения и обновления от Oxford Academic

Ссылки на статьи по телефону

• Самые читаемые

• Самые цитируемые

Лучевая артерия по сравнению с подкожной веной по сравнению с правой внутренней грудной артерией для коронарного шунтирования

Международное консенсусное заявление по номенклатуре и классификации врожденного двустворчатого аортального клапана и его аортопатии для клинических, хирургических, интервенционных и исследовательских целей

Руководство ESC/EACTS 2021 года по лечению клапанных пороков сердца: Разработано Целевой группой по лечению клапанных пороков сердца Европейского общества кардиологов (ESC) и Европейской ассоциации кардио-торакальной хирургии (EACTS)

В память: Мариан Зембала (1950–2022)

Хирургическая замена аортального клапана стентированным перикардиальным биопротезом: 5-летние результаты

Реклама

Недорогой напечатанный на 3D-принтере протез руки из термопластичного полиуретана

В настоящее время более двух миллионов американцев живут с потерей конечностей, а ежегодно в США происходит примерно 12 500 новых ампутаций верхних конечностей [1]. Стоимость среднего коммерческого функционального протеза руки составляет от 10 000 до 30 000 долларов США [2], что может быть недоступно для многих людей с низким доходом или незастрахованных пациентов с ампутированными конечностями. Это может быть фактором, способствующим сравнительно низкому использованию протезов среди пациентов с ампутацией верхних конечностей, всего 56% по сравнению с 84% для пациентов с ампутацией нижних конечностей [3]. Основываясь на этой статистике, можно сделать вывод, что существует значительная потребность в недорогих функциональных протезах руки. Для удовлетворения этой потребности существует несколько конструкций рук с открытым исходным кодом, использующих 3D-печать с моделированием наплавления (FDM), чтобы обеспечить децентрализованное изготовление функциональных протезов на широко доступных потребительских принтерах. Тем не менее, многие доступные в настоящее время 3D-печатные руки имеют проблемы с долговечностью и отсутствием реалистичной гибкости из-за их эксклюзивной жесткой пластиковой конструкции из полимолочной кислоты (PLA). Также отсутствуют доступные данные об их приемлемости для пользователей и долговечности [4], что предполагает наличие разрыва между замыслом дизайна и реальной производительностью таких печатных устройств. Термопластичный полиуретан (ТПУ) представляет собой эластичный материал, который можно печатать на 3D-принтере на большинстве FDM-принтеров. Прочный, безопасный для кожи и доступный в различных твердостях, ТПУ идеально подходит для изготовления совместимых механизмов. Улучшенная рука, использующая преимущества совместимого дизайна и конструкции TPU для упрощения механической структуры руки и повышения долговечности, будет представлять собой значительный шаг вперед по сравнению с текущим предложением протезов руки, которые можно распечатать на 3D-принтере. Эта рука будет проверена с помощью пользовательского тестирования, чтобы доказать ее функциональность в реальном использовании.

Для создания более ловкого, реалистичного и гибкого протеза руки был использован биологический подход к дизайну. Был проведен обзор литературы по скелетно-мышечной структуре и биомеханике кисти, с особым вниманием к суставам пальцев. Это исследование предоставило ключевые размеры, измерения диапазона движения, а также вдохновило на создание более естественного ручного механизма. Были протестированы несколько концептуальных подходов к механическому дизайну руки. Первоначально для сочленения пальцев вместо механических поворотных шарниров использовались «живые» шарниры из термопластичного полиуретана. Хотя это эффективно уменьшило количество компонентов и увеличило функциональную ловкость, между сегментами пальцев остались большие промежутки. Необходимая тонкость шарниров означала, что они не обладают достаточной упругой памятью, чтобы вытянуть руку, когда они не активно сгибаются с помощью тросов управления. Гибридная конструкция была необходима, чтобы объединить механические преимущества обычного шарнира с ловкостью и простотой живого шарнира. Достаточная сила возврата была достигнута за счет использования пружин ТПУ, вдохновленных связками руки. Многие итерации прототипа использовались для точной настройки толщины, закрытия и возвратной силы пружин.

Последний подход использует модульную конструкцию пальца с гибридной жесткой/совместимой конструкцией PLA и TPU. Кончики пальцев полностью изготовлены из ТПУ, имеют эластичные текстурированные подушечки для захвата и встроенную возвратную пружину. Проксимальные фаланги отпечатаны из жесткого PLA-пластика с двумя поворотными защелкивающимися шарнирами, соединяющими каждый палец, за исключением большого пальца, который имеет один шарнир. Отдельные пружины TPU вставляются в PLA ниже второго сустава. Каждый палец фиксируется в узле ладони за счет посадки с натягом с помощью двойных крючков, что обеспечивает высокопрочную посадку с натягом, которая позволяет собирать руку без крепежа или клея. Тросы управления проложены через каналы в пальце, контур которых сводит к минимуму трение и увеличивает усилие захвата. Ладонь состоит из двух частей: жесткого корпуса из PLA, который удерживает каждый палец и соединяется с запястьем, и текстурированной ладони из TPU для захвата предметов. С эстетической точки зрения контуры ладони и пальцев придают руке гладкий и реалистичный вид. Протез руки и ротационное запястье также были изготовлены с использованием PLA, чтобы рука могла подойти пользователю с трансгуморальной ампутацией. В предплечье встроен линейный привод, питаемый от перезаряжаемой батареи 11,1 В, который тянет тросы управления, открывая и закрывая кисть.

Пользовательское тестирование проводилось в сотрудничестве с персоналом трудотерапии в больнице Квентина Миз в Хьюстоне, штат Техас. Благодаря продолжающимся исследовательским отношениям был выявлен пациент, нуждающийся в протезе верхней конечности. Ранее пациент использовал жесткую руку, изготовленную вручную профессиональными терапевтами из термоформованного пластика, алюминиевого стержня и прорезиненных настенных крючков. Поскольку этот протез не мог ни приближаться к предметам, ни сгибаться в локте, напечатанный на 3D-принтере функциональный протез руки и руки значительно улучшил бы его способности и качество жизни. После нескольких циклов измерений и пробной подгонки конструкция была адаптирована к конкретным потребностям пользователя. Хотя в настоящее время проводятся окончательные испытания и подгонка устройства, пользователь сообщает, что доволен подгонкой и работой протеза. Кроме того, специалисты по трудотерапии дали очень положительные отзывы, поскольку напечатанная на 3D-принтере рука является доступным, функциональным и надежным вариантом для пациентов с ампутированными конечностями, которым не хватает средств на какой-либо тип протеза.

Для полной руки требуется менее 15 долларов материала PLA и TPU. Внутренние компоненты моторизации являются самыми дорогими частями сборки: линейный привод стоит 70 долларов, аккумулятор — 18,50 долларов, а переключатель управления — 8 долларов. Однако эти электронные компоненты необходимы только для пользователя с трансплечевой ампутацией, а система натяжения с питанием от тела может быть заменена для использования людьми с трансрадиальной и ручной ампутацией. В идеале файлы для печати этого рисунка руки должны быть в открытом доступе и доступны бесплатно. Однако варианты распространения еще предстоит изучить.

Получившаяся рука, Knack, имеет несколько улучшений по сравнению с текущим предложением протезов рук, напечатанных на 3D-принтере. Во-первых, количество используемых компонентов резко упрощено, рука состоит всего из 20 частей. Это вдвое меньше сложности по сравнению с одной из ведущих 3D-печатных рук, которая состоит из 41 дискретного компонента, что сокращает время и стоимость изготовления. Кроме того, конструкция полностью пригодна для 3D-печати, и для ее сборки не требуется дополнительное оборудование или клей, в отличие от многих протезов с открытым исходным кодом. Каждая часть самой руки крепится с помощью посадки с натягом, при этом требуется минимальная очистка между печатью и сборкой. Податливые кончики пальцев из ТПУ более долговечны, чем жесткие, и обладают реалистичной мягкостью и цепкой текстурой, которых нет в жестких конструкциях.