Искусственный клапан сердца

редактировать
Устройство, имплантированное в сердце пациента с пороком сердца
Искусственный клапан сердца
Механические сердечные клапаны.jpg Различные типы искусственного сердца клапаны
Специальность кардиология
[редактировать в Викиданных ]

искусственный клапан сердца - это односторонний клапан , имплантированный в сердце пациента для замены дисфункционального нативного сердечного клапана (порок клапанов сердца ).

Сердце человека содержит четыре клапана: трехстворчатый клапан, легочный клапан, митральный клапан и аортальный клапан. Их основная цель - поддерживать поток крови в одном направлении через сердце и из сердца в основные соединенные кровеносные сосуды. к нему (легочная артерия и аорта ). Сердечные клапаны могут работать со сбоями по разным причинам, что может препятствовать току крови через клапан (стеноз ) и / или позволить крови течь обратно через клапан (regur gitation ). Оба процесса создают нагрузку на сердце и могут привести к серьезным проблемам, в том числе сердечной недостаточности.

Искусственные клапаны сердца обычно можно разделить на три класса: механический клапан сердца, биопротезный (тканевый) клапан и тканевый клапан сердца.

Хотя некоторые дисфункциональные клапаны можно вылечить с помощью лекарств или отремонтировать, другие необходимо заменить искусственным клапаном. Основная проблема с искусственными клапанами сегодня - это регургитация, вызванная дегенерацией формы, и для восстановления деформированных клапанов в большинстве случаев требуется опора в желудочке для любой хирургической операции.

Содержание

  • 1 Типы клапанов искусственного сердца
    • 1.1 Механические клапаны
      • 1.1.1 Зачем нужны искусственные клапаны сердца
      • 1.1.2 Типы механических клапанов
        • 1.1.2.1 Шаровые клапаны с сепаратором
        • 1.1.2.2 Дисковые клапаны
        • 1.1.2.3 Двусторонние клапаны
      • 1.1.3 Преимущества механических клапанов
      • 1.1.4 Недостатки механических клапанов
        • 1.1.4.1 Повреждение крови
        • 1.1.4.2 Шум
        • 1.1.4.3 Кавитация
        • 1.1.4.4 Механика жидкости
          • 1.1.4.4.1 Отторжение инородного тела и отсутствие адаптации к росту
    • 1.2 Биопротезные (тканевые) клапаны
      • 1.2.1 Преимущества биопротезы клапанов сердца
      • 1.2.2 Недостатки биопротезов клапанов сердца
    • 1.3 Тканевые клапаны
      • 1.3.1 Моделирование и трехмерная печать сердечных клапанов
      • 1.3.2 Нановолокно как каркас тканевых клапанов
      • 1.3.3 Типы клеток, используемых в тканевой инженерии
      • 1.3.4 Проблемы, с которыми сталкиваются тканевые клапаны
      • 1.3.5 Будущее тканевых инженерных клапанов
    • 1.4 Различия между механическими и тканевыми клапанами s
    • 1.5 Выбор искусственных клапанов
  • 2 Функциональные требования к искусственным клапанам сердца
  • 3 Ремонт искусственного клапана сердца
  • 4 Дополнительные изображения
  • 5 См. также
  • 6 Ссылки
  • 7 Дополнительная литература
  • 8 Внешние ссылки

Типы искусственных клапанов сердца

Три основных типа искусственных клапанов сердца - это механические, биологические (биопротезные / тканевые) и тканевые клапаны. В США, Великобритании и Европейском Союзе наиболее распространенным типом искусственного сердечного клапана является биопротезный клапан. Механические клапаны чаще используются в Азии и Латинской Америке. Компании, производящие сердечные клапаны, включают Edwards Lifesciences, Medtronic, Abbott (St. Jude Medical), LivaNova, CryoLife и LifeNet Health.

Механические клапаны

Почему искусственные сердечные клапаны

Сердце содержит четыре клапана, которые постоянно открываются и закрываются, чтобы в них могла течь кровь. Четыре типа сердечных клапанов - это трикуспидальный, легочный, митральный и аортальный клапаны. Трехстворчатый клапан позволяет крови проходить, когда она течет обратно от сердца к телу. Легочный клапан позволяет крови поступать в легкие и получать кислород. Митральный клапан - это место, куда попадает кровь после поглощения кислорода из легких. Аортальный клапан находится из нижней левой камеры. Кровь течет в человеческий организм из аортального клапана.

Существует несколько причин повреждения сердечного клапана, например, возрастные изменения, побочные эффекты от других заболеваний, ревматическая лихорадка или инфекции и т. Д. К другим заболеваниям относятся: высокий уровень крови давление и сердечная недостаточность, которые могут увеличить сердце и артерии; Рубцовая ткань, вызванная сердечным приступом или травмой. Распространенные инфекции, которые могут вызвать повреждение сердечных клапанов, - это неэффективный эндокардит или микробы, попадающие в сердце через кровоток.

Типы механических клапанов

Механические клапаны бывают трех основных типов - шаровые с фиксаторами, наклонные -дисковые и двустенные - с различными модификациями этих конструкций. Шаровые краны с сепаратором больше не имплантируются, но многие пациенты все еще живут с этим типом клапана. Двусторонние клапаны - наиболее распространенный тип механических клапанов, имплантируемых сегодня пациентам.

Шаровые клапаны с фиксатором
Шаровой клапан с фиксатором

Первым искусственным сердечным клапаном был шаровой клапан с фиксатором, тип шаровой обратный клапан, в котором шар размещен внутри клетки. Когда сердце сокращается и кровяное давление в камере сердца превышает давление снаружи камеры, мяч прижимается к клетке и позволяет крови течь. Когда сердце перестает сокращаться, давление внутри камеры падает, и шар движется обратно к основанию клапана, образуя уплотнение.

В 1952 году Чарльз А. Хуфнагель имплантировал шаровые сердечные клапаны с клетками десяти пациентам (шесть из которых пережили операцию), что стало первым долгосрочным успехом в протезировании клапанов сердца. Похожий клапан был изобретен Майлсом «Лоуэллом» Эдвардсом и Альбертом Старром в 1960 году (обычно называемый силиконовым шаровым клапаном Старра-Эдвардса). Он состоял из силиконового шара, заключенного в клетку из метилметакрилата, приваренную к кольцу. Клапан Старра-Эдвардса был впервые имплантирован человеку 25 августа 1960 года, но в 2007 году его производство было прекращено компанией Edwards Lifesciences.

Шаровые клапаны с клетками тесно связаны с образованием тромбов, поэтому пациентам, у которых он есть, требовалось высокая степень антикоагуляции, обычно с целевым INR 3,0–4,5.

клапаны с наклонным диском
клапан с наклонным диском

Представленный в 1969 году, первый клинически доступный наклонный клапан -дисковый клапан клапан Бьорк-Шили. Дисковые поворотные клапаны, разновидность поворотных обратных клапанов , изготовлены из металлического кольца, покрытого тканью ePTFE. Металлическое кольцо с помощью двух металлических опор удерживает диск, который открывается, когда сердце бьется, чтобы пропустить кровь, а затем снова закрывается, чтобы кровь не текла в обратном направлении. Диск обычно изготавливается из чрезвычайно твердого углеродного материала (пиролитический углерод ), что позволяет клапану работать годами без износа.

Двусторонние клапаны
Двусторонние клапаны

Представленные в 1979 году двухстворчатые клапаны состоят из двух полукруглых створок, которые вращаются вокруг распорок, прикрепленных к корпусу клапана. Благодаря большему отверстию, чем шаровые клапаны или клапаны с поворотным диском, они несут меньший риск образования тромбов. Однако они уязвимы для обратного кровотока.

Преимущества механических клапанов

Основным преимуществом механических клапанов перед биопротезными клапанами является их большая долговечность. Изготовленные из металла и / или пиролитического углерода, они могут прослужить 20–30 лет.

Недостатки механических клапанов

Повреждение кровью

Одно из Основным недостатком механических сердечных клапанов является то, что они связаны с повышенным риском тромбов. Сгустки, образованные эритроцитами и повреждением тромбоцитов, могут блокировать кровеносные сосуды, что приводит к серьезным последствиям. Людям с механическими клапанами необходимо всю оставшуюся жизнь принимать антикоагулянты (препараты, разжижающие кровь), такие как варфарин.

Механические клапаны сердца также могут вызывать механическую гемолитическую анемию, состояние, при котором эритроциты повреждаются при прохождении через клапан.

Шум

Некоторые пациенты с механическими клапанами могут слышать щелчки при закрытии клапана, что некоторых беспокоит.

Кавитация

Кавитация - это быстрое образование парообразных микропузырьков в жидкости из-за локального падения давления ниже давления парообразования при заданной температуре. Кавитация в крови может привести к механической недостаточности сердечного клапана, поэтому испытание на кавитацию является важной частью процесса проверки конструкции клапана.

Механика жидкости

Многие осложнения, связанные с механическими сердечными клапанами, можно объяснить с помощью механики жидкости. Например, образование тромба - это побочный эффект высоких сдвиговых напряжений, создаваемых конструкцией клапанов. С инженерной точки зрения идеальный сердечный клапан будет производить минимальные перепады давления, иметь малые объемы регургитации, минимизировать турбулентность, уменьшать распространенность высоких нагрузок и не создавать разделения потоков в непосредственной близости от клапана.

Отторжение инородного тела и отсутствие адаптации к росту

Имплантация механических клапанов вызовет отторжение инородного тела. Кровь может свернуться и в конечном итоге привести к остановке кровотечения. Использование антикоагулянтных препаратов для предотвращения тромбоза будет бесконечным.

Механические клапаны иногда вызывают инфекции. Когда случаются инфекции, их будет очень трудно вылечить, если не изменить сердечные клапаны.

Механические клапаны не могут адаптироваться к изменениям, таким как физический рост тела. Пациенту придется заменить клапаны, если размер сердца изменится [4].

Биопротезные (тканевые) клапаны

Биопротезные клапаны обычно изготавливаются из ткани животного происхождения (гетеротрансплантат / ксенотрансплантат ), закрепленной на металлической или полимерной опоре. Чаще всего используется ткань крупного рогатого скота (коровы), но некоторые из них сделаны из ткани свиньи (свиньи). Ткань обрабатывают для предотвращения отторжения и кальцификации (когда кальций накапливается на замещающем клапане и останавливает его работу).

Иногда используются альтернативы тканевым клапанам животных: аортальные гомотрансплантаты и легочные аутотрансплантаты. Гомотрансплантат аорты - это аортальный клапан от человека-донора, извлеченный либо после его смерти, либо из его сердца, если он подвергается трансплантации сердца. Легочный аутотрансплантат, также известный как процедура Росс, заключается в удалении аортального клапана и его замене собственным легочным клапаном (клапаном между правым желудочком и легочной артерией). Затем легочный гомотрансплантат (легочный клапан, взятый из трупа) используется для замены собственного легочного клапана пациента. Эта процедура была впервые проведена в 1967 году и используется в основном у детей, так как она позволяет собственному легочному клапану пациента (теперь в положении аорты) расти вместе с ребенком.

Преимущества биопротезов сердечных клапанов

Биопротезные клапаны с меньшей вероятностью, чем механические клапаны, вызывают образование тромбов, поэтому не требуют пожизненной антикоагуляции. В результате у людей с биопротезными клапанами риск кровотечения ниже, чем у людей с механическими клапанами.

Недостатки биопротезов сердечных клапанов

Тканевые клапаны менее долговечны, чем механические клапаны, как правило, на 10–10%. 20 лет. Это означает, что люди с биопротезными клапанами имеют более высокий риск потребовать повторной замены аортального клапана в течение своей жизни. У молодых пациентов биопротезные клапаны, как правило, быстрее портятся.

Недавно ученые разработали новую передовую технологию сохранения тканей с целью повышения долговечности биопротезных клапанов. В исследованиях на овцах и кроликах ткань, консервированная с использованием этой новой технологии (называемая тканью RESILIA ™), имела меньше кальцификации, чем контрольная ткань. Клапан, содержащий эту ткань, сейчас продается, но данные о долговременной долговечности у пациентов еще не доступны.

Современные биопротезные клапаны недолговечны и со временем кальцифицируются. Клапаны делают створку клапана жесткой и толстой, которая не может полностью закрываться при кальцификации клапанов. Более того, биопротезные клапаны не могут расти вместе с пациентом или адаптироваться к нему: если у ребенка есть биопротезные клапаны, ему необходимо будет заменять клапаны несколько раз, чтобы соответствовать их физическому росту.

тканевые клапаны

Более 30 лет исследователи пытались вырастить сердечные клапаны in vitro. Эти тканевые клапаны включают посев человеческих клеток на каркас. Двумя основными типами каркасов являются природные каркасы, такие как децеллюляризованная ткань, или каркасы, сделанные из разлагаемых полимеров. Каркас действует как внеклеточный матрикс, направляя рост ткани в правильную трехмерную структуру сердечного клапана. Некоторые сердечные клапаны, изготовленные из тканевой инженерии, прошли клинические испытания, но ни один из них не является коммерчески доступным.

Моделирование и 3D-печать сердечных клапанов

Обычно сердечные клапаны, изготовленные из тканевой инженерии, подбираются индивидуально для каждого пациента и должны иметь предварительный дизайн. Моделирование позволит врачу спроектировать соответствующие сердечные клапаны в зависимости от физического состояния пациента. 3D-печать используется из-за ее высокой точности и точности работы с различными биоматериалами. 3D-печать может помочь свести к минимуму ошибки, которые могут возникнуть при производстве клапанов. Структура клапанов очень важна для их правильного функционирования, и 3D-печать - лучший способ создать эти структуры. Самый важный метод 3D-печати при изготовлении сердечного клапана - это микроштамповка. Это позволяет расположить клетки в заранее спроектированной трехмерной структуре, которая позволяет клапанам функционировать.

Нановолокно в качестве основы тканевых инженерных клапанов

Нановолокно - это биоразлагаемый и синтезируемый материал. Он может обеспечить хорошую основу для роста клеток. Поверхность нановолокна обеспечивает подходящую среду для прикрепления клеток. Несмотря на то, что большинство лекарств имеют длинную белковую цепь, они все же могут хорошо прилипать к поверхности нановолокна. Поэтому нановолокна используются в качестве каркаса для инженерии мышечно-скелетной ткани. и в качестве носителя для контролируемого высвобождения лекарств, ДНК и белков.

Типы клеток, используемых в тканевой инженерии

Ожидается, что клетки, которые используются для тканевых инженерных клапанов сердца, будут секретировать внеклеточные матрица (ECM). Внеклеточный матрикс поддерживает форму клапанов и определяет активность клеток. Для производства сердечных клапанов обычно используются три типа клеток: стволовые клетки, клетки-предшественники и дифференцированные клетки. Эти клетки можно найти в телах отдельных пациентов или в их кровотоке, чтобы максимизировать адаптивность клапанов.

Проблемы, с которыми сталкиваются тканевые клапаны

Теперь ученые могут проследить структуру сердца клапаны, чтобы производить что-то похожее на них. Однако, поскольку в тканевых клапанах отсутствуют живые клетки, они либо не могут выполнять свои функции, как естественные сердечные клапаны, либо функционируют при имплантации, но со временем постепенно разрушаются. Исправить деградацию клеток без замены сердечных клапанов вряд ли возможно. Ученые проводят исследования по производству прочных тканевых клапанов, но до сих пор только естественные клапаны могут функционировать и приспосабливаться.

Будущее тканевых инженерных клапанов

Тканевые клапаны сердца направлены на достижение следующих целей: анти-тромбогенный, биосовместимый, прочный, устойчивый к кальцификации и демонстрирующий физиологический гемодинамический профиль. Клапан также должен расти вместе с человеческим телом.

Для достижения этих целей необходимо тщательно выбирать каркас - есть три основных кандидата: децеллюляризованные ECM (ксенотрансплантаты или гомотрансплантаты), природные полимеры и синтетические полимеры. Чтобы выбрать наиболее подходящий материал, мы должны учитывать следующие аспекты: 1. Взаимодействие клеток и каркаса. 2. Изготовление материалов и влияние на трехмерную структуру. 3. Прочность каркаса.

Разница между механическими и тканевыми клапанами

Механические и тканевые клапаны изготавливаются из разных материалов. Материалы, используемые при изготовлении механических клапанов, - титан и углерод. Тканевые клапаны состоят из тканей человека или животных. Клапаны, состоящие из человеческой ткани, известные как аллотрансплантаты или гомотрансплантаты, взяты из человеческих сердец доноров. Клапаны, сделанные из тканей животных, таких как модели свиньи (свиньи), крупного рогатого скота (корова) и лошади (лошадь), закрепляются консервирующим раствором.

Структура обоих клапанов также различается. Механические клапаны обычно включают в себя две створки и кольцо из трикотажного полотна, окружающее металлическое кольцо. Вместо этого тканевые клапаны заключены в кольцо из трикотажной ткани, которое пришивается к сердцу.

Выбор искусственных клапанов

Выбор искусственных клапанов зависит от таких факторов, как возраст пациента, физическое состояние, другие лекарства и т. д. Пациенты всегда должны следовать рекомендациям врачей при выборе искусственных клапанов.

Механические клапаны могут быть лучшим выбором для молодых людей (моложе 65 лет) и людей, подверженных риску повреждения клапана из-за его долговечности. Это также предпочтительно для пациентов, которые уже принимают варфарин, и людей, которые могут подвергнуться риску еще одной операции по замене клапана.

Тканевые клапаны лучше подходят для более старших возрастных групп, поскольку еще одна операция по замене клапана может не потребоваться в течение их жизни. Из-за риска образования тромбов для механических клапанов и сильного кровотечения как основного побочного эффекта приема разжижающих кровь препаратов, люди, которые имеют риск кровотечения и не желают принимать варфарин, также могут рассматривать тканевые клапаны. Другие пациенты, которым больше подходят тканевые клапаны, - это пациенты, у которых запланированы другие операции и которые не желают принимать препараты для разжижения крови. Люди, у которых есть планы на беременность, могут также рассмотреть тканевые клапаны, так как существует риск использования варфарина для беременности.

Функциональные требования к искусственным сердечным клапанам

Искусственный сердечный клапан в идеале должен функционировать как естественный сердечный клапан.. Функционирование естественных сердечных клапанов характеризуется многими преимуществами:

  • минимальная регургитация - это означает, что количество крови, просачивающейся назад через клапан при его закрытии, невелико. Некоторая клапанная регургитация неизбежна и естественна, примерно до 5 мл на удар. Однако некоторые патологии сердечных клапанов (например, ревматический эндокардит ) могут привести к клинически значимой клапанной регургитации. Желательной характеристикой протезов клапанов сердца является то, что регургитация минимальна во всем диапазоне физиологической функции сердца.
  • Минимальный градиент трансклапанного давления - всякий раз, когда жидкость течет через ограничение, такое как клапан, возникает градиент давления над ограничением. Этот градиент давления является результатом повышенного сопротивления потоку через сужение. Естественные сердечные клапаны имеют низкий градиент чресклапанного давления, поскольку они мало препятствуют прохождению через себя кровотока, обычно менее 16 мм рт. Желательной характеристикой протезов сердечных клапанов является то, что их транскалапанный градиент давления как можно меньше.
  • Не- тромбогенный - Естественные сердечные клапаны покрыты эндотелием сопоставимым с эндотелием, выстилающим камеры сердца, поэтому они обычно не являются тромбогенными (т. е. не вызывают образования тромбов). Сгустки крови могут быть опасными, поскольку они могут застревать и блокировать нижележащие артерии (например, коронарные артерии, что приводит к сердечному приступу [инфаркт миокарда ]; или церебральные артерии, приводящие к инсульту ). Желательной характеристикой искусственных сердечных клапанов является то, что они не являются или минимально тромбогенными.
  • Самовосстанавливающиеся - створки клапана сохраняют некоторую способность к восстановлению благодаря регенеративным клеткам (например, фибробластам ) в соединительной ткани, из которой состоят створки. Поскольку человеческое сердце бьется примерно 3,4 × 10 раз в течение типичной жизни человека, эта ограниченная, но тем не менее существующая способность к восстановлению критически важна. В настоящее время протезы клапанов сердца не могут самостоятельно восстанавливаться, но искусственные клапаны сердца в конечном итоге могут предложить такие возможности.
  • Быстрый динамический ответ

Восстановление искусственного клапана сердца

Ожидается, что искусственные клапаны сердца прослужат от 10 до 30 лет, и к тому времени у пациента часто будет установлен новый сердечный клапан.

Наиболее частыми проблемами с искусственными сердечными клапанами являются различные формы дегенерации, включая сильное вздутие створок, ишемию митрального клапана патология клапана и незначительное удлинение хорд.

Процесс восстановления искусственной регургитации сердечного клапана (митральная или трикуспидальная регургитация) и стеноза обычно требует от хирурга операции на открытом сердце и восстановления или частичной замены регургитации клапаны, такие как митральный клапан, обычно предпочтительнее. В этой области было разработано множество изобретений для правильного восстановления искусственного клапана сердца.

Общий способ поддержки клапана искусственного сердца в соответствии с настоящим изобретением, такой как устройство регулировки расстояния внутри клапана, поддерживающая конструкция сначала соединяется с кольцевым пространством клапана, а затем закрепляется на нем, или он может уже иметь выдвижной столб для якоря. В большинстве случаев в развернутом состоянии якорь располагается перпендикулярно продольной оси. Чтобы открыть и закрыть створку, стойка затем соединяется с одной из створок клапана для поддержки. Во всех типах ремонтных устройств столб может располагаться вместе с гибким растягивающим элементом, например, натуральной или искусственной веревкой. Или тип прямого соединения включает протягивание спирали от столба к двум соседним створкам, чтобы соединить их с центральными частями створок. Другие формы соединений для поддерживающих целей также включают искусственные хорды или опоры, описанные выше.

Хотя способы в соответствии с настоящим изобретением направлены на сокращение фиброзного кольца искусственного сердечного клапана, в частности, для лечения клапанной регургитации, эти изобретения может найти более широкое применение. В частности, устройство развертывания зажима можно использовать в других обстоятельствах, например, для переноса множества последовательных зажимов прямым или изогнутым образом для стягивания ткани или, возможно, связывания привязной части ткани.

Из Современные изобретения, их методы и системы, как правило, разработаны для удобства при трансваскулярных, минимально инвазивных и других хирургических процедурах за счет повышения эффективности доставки терапевтического аппарата.

Исследователи разрабатывают хирургические операции на основе катетера, которые восстанавливают искусственный клапан сердца без разрезания для любого разреза, также называемого «чрескожным», а также с использованием полимеров для производства гибких створчатых клапанов, унаследовав преимущества современных коммерческих биопротезных и механических клапанов.

Дополнительные изображения

См. Также

  • Искусственное сердце
    • Искусственное сердце всего сердца
      • Итого искусственное сердце - это двухжелудочковый пневматический пульсирующий насос для крови, который будет трансплантирован вместо желудочка и его четырех сердечных клапанов.
      • Устройство полного искусственного сердца (TAH) на данный момент может быть только одобрено FDA для бивентрикулярной сердечной недостаточности, и это только для того, чтобы заработать время для пациента для трансплантации сердца.
      • В случае необратимой бивентрикулярной недостаточности TAH может значительно увеличить шансы на выживание по сравнению с сердечными клапанами, а показатели выживаемости в течение одного и пяти лет после успешной трансплантации составляют 86% и 64%.
      • Гемодинамический статус пациента был улучшен после имплантации всего сердца, а сердечный индекс увеличился по сравнению с исходным уровнем. значение от 1,9 до 3,2 литра на квадратный метр.
      • Имплантация полного искусственного сердца не только способствует немедленному восстановлению гемодинамики и клинической стабильности, но и улучшает прогноз умирающего пациента, что приводит к восстановлению конечного органа s, который в конечном итоге подготавливает пациента к трансплантации сердца.
      • Тотальное искусственное сердце служило экстренным спасательным устройством, и оно не работает при длительном использовании, поскольку может вызвать гемолиз и тромбоз. Из-за негибкой структуры TAH, которая может привести к сгустку крови, кровотечения, инфекции и отказы органов являются наиболее частыми препятствиями.
      • Эксперимент с непрерывным потоком TAH показывает отсутствие пульса в кровообращении у пациента без влияния на гомеостаз или физические упражнения.
      • TAH с непрерывным потоком более долговечен, отзывчив, совместим с человеческим телом по сравнению с обычным TAH.
  • Замена митрального клапана
  • Замена аортального клапана

Ссылки

Дополнительная литература

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-11 21:53:48
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте