Искусственный сердечный клапан — это односторонний клапан , имплантируемый в сердце человека для замены сердечного клапана , который не функционирует должным образом ( клапанный порок сердца ). Искусственные сердечные клапаны можно разделить на три больших класса: механические сердечные клапаны, тканевые биопротезы и тканевые клапаны.
Сердце человека содержит четыре клапана: трехстворчатый клапан , легочный клапан , митральный клапан и аортальный клапан . Их основная цель — поддерживать ток крови в правильном направлении через сердце и из сердца в связанные с ним основные кровеносные сосуды (легочную артерию и аорту ). Клапаны сердца могут работать со сбоями по разным причинам, что может препятствовать потоку крови через клапан ( стеноз ) и/или позволить крови течь обратно через клапан ( регургитация ). Оба процесса создают нагрузку на сердце и могут привести к серьезным проблемам, включая сердечную недостаточность . Некоторые дисфункциональные клапаны можно вылечить с помощью лекарств или восстановить, другие необходимо заменить искусственным клапаном. [2]
Сердце содержит четыре клапана (трикуспидальный, легочный, митральный и аортальный), которые открываются и закрываются при прохождении крови через сердце. [3] Кровь поступает в сердце через правое предсердие и проходит через трехстворчатый клапан в правый желудочек. Оттуда кровь перекачивается через клапан легочной артерии и попадает в легкие. После насыщения кислородом кровь поступает в левое предсердие, откуда через митральный клапан перекачивается в левый желудочек. Левый желудочек перекачивает кровь в аорту через аортальный клапан .
Существует множество потенциальных причин поражения сердечных клапанов, таких как врожденные дефекты, возрастные изменения и последствия других заболеваний, таких как ревматическая лихорадка и инфекции, вызывающие эндокардит . Высокое кровяное давление и сердечная недостаточность, которые могут привести к увеличению сердца и артерий, а также к образованию рубцовой ткани после сердечного приступа или травмы. [4]
Три основных типа искусственных клапанов сердца: механические, биологические (биопротезы/ткани) и тканеинженерные клапаны. В США, Великобритании и Европейском Союзе наиболее распространенным типом искусственного сердечного клапана является биопротез. Механические клапаны чаще используются в Азии и Латинской Америке. [ нужна ссылка ] Компании, производящие сердечные клапаны, включают Edwards Lifesciences, [5] Medtronic, [6] Abbott (St. Jude Medical), [7] CryoLife, [8] и LifeNet Health. [9]
Механические клапаны бывают трех основных типов: шаровые с сепаратором, поворотно-дисковые и створчатые, с различными модификациями этих конструкций. [10] Шаровые краны с клеткой больше не имплантируются. [11] Двустворчатые клапаны являются наиболее распространенным типом механических клапанов, имплантируемых сегодня пациентам. [12]
Первым искусственным сердечным клапаном был шаровой клапан с клеткой, разновидность шарового обратного клапана , в котором шар находится внутри клетки. Когда сердце сокращается и кровяное давление в камере сердца превышает давление снаружи камеры, шарик прижимается к клетке и позволяет крови течь. Когда сердце прекращает сокращаться, давление внутри камеры падает, и шарик возвращается к основанию клапана, образуя уплотнение.
В 1952 году Чарльз А. Хуфнагель имплантировал шаровые сердечные клапаны в клетках десяти пациентам (шестеро из которых пережили операцию), что стало первым успехом в протезировании сердечных клапанов. [ нужна цитация ] Подобный клапан был изобретен Майлзом «Лоуэллом» Эдвардсом и Альбертом Старром в 1960 году, обычно называемый силиконовым шаровым клапаном Старра-Эдвардса. [13] Он представлял собой силиконовый шарик, заключенный в клетку из метилметакрилата , приваренную к кольцу. Клапан Старра-Эдвардса был впервые имплантирован человеку 25 августа 1960 года, а производство компании Edwards Lifesciences было прекращено в 2007 году. [13]
Шаровые клапаны с клетками тесно связаны с образованием тромбов, поэтому людям, у которых они есть, требуется высокая степень антикоагуляции , обычно с целевым МНО 3,0–4,5. [14]
Представленный в 1969 году первым клинически доступным клапаном с наклонным диском был клапан Бьорка-Шили . [15] Клапаны с наклонным диском, разновидность поворотного обратного клапана , состоят из металлического кольца, покрытого тканью из эПТФЭ . Металлическое кольцо с помощью двух металлических опор удерживает диск, который открывается, когда сердце бьется, пропуская кровь, а затем снова закрывается, чтобы предотвратить обратный ток крови. Диск обычно изготавливается из чрезвычайно твердого углеродного материала ( пиролитического углерода ), что позволяет клапану работать годами без износа. [ нужна цитата ]
Представленные в 1979 году двустворчатые клапаны состоят из двух полукруглых створок, которые вращаются вокруг стоек, прикрепленных к корпусу клапана. Благодаря большему отверстию, чем у сепараторных шаровых клапанов или клапанов с наклонным диском, они несут меньший риск образования тромбов. Однако они уязвимы для обратного тока крови. [ нужна цитата ]
Основным преимуществом механических клапанов перед биопротезами является их большая долговечность. [16] Изготовленные из металла и/или пиролитического углерода , [10] они могут прослужить 20–30 лет. [16]
Одним из основных недостатков механических сердечных клапанов является то, что они связаны с повышенным риском образования тромбов . Сгустки, образованные повреждением эритроцитов и тромбоцитов, могут блокировать кровеносные сосуды, что приводит к инсульту . Людям с механическими клапанами необходимо принимать антикоагулянты (разжижители крови), такие как варфарин , всю оставшуюся жизнь. [16] Механические сердечные клапаны также могут вызывать механическую гемолитическую анемию — состояние, при котором эритроциты повреждаются при прохождении через клапан. [ нужна ссылка ] Кавитация , быстрое образование микропузырьков в жидкости, такой как кровь, из-за локального падения давления, может привести к механическому отказу сердечного клапана, [17] , поэтому кавитационные испытания являются важной частью процесса проверки конструкции клапана.
Многие из осложнений, связанных с механическими клапанами сердца, можно объяснить с помощью механики жидкости . Например, образование тромбов является побочным эффектом высоких напряжений сдвига , создаваемых конструкцией клапанов. С инженерной точки зрения идеальный сердечный клапан должен производить минимальные перепады давления, иметь небольшие объемы регургитации, минимизировать турбулентность, уменьшать распространенность высоких напряжений и не создавать разделения потоков вблизи клапана. [ нужна цитата ]
Имплантированные механические клапаны могут вызвать отторжение инородного тела. Кровь может свернуться и в конечном итоге привести к гемостазу. Использование антикоагулянтов будет бесконечным, чтобы предотвратить тромбоз. [18] [ нужен неосновной источник ]
Биопротезы клапанов обычно изготавливаются из тканей животных (гетеротрансплантат/ ксенотрансплантат ), прикрепленных к металлической или полимерной опоре. [11] Чаще всего используется бычья (коровья) ткань, но некоторые из них изготавливаются из свиной (свиньи) ткани. [19] [ необходим неосновной источник ] Ткань обрабатывается для предотвращения отторжения и кальцификации . [ нужна цитата ]
Иногда используются альтернативы клапанам из тканей животных, где используются клапаны от доноров-людей, например, в аортальных гомотрансплантатах и легочных аутотрансплантатах . Аортальный гомотрансплантат представляет собой аортальный клапан от донора-человека, полученный либо после его смерти, либо из сердца, которое удаляется для замены во время трансплантации сердца. [12] Легочный аутотрансплантат, также известный как процедура Росса , заключается в том, что аортальный клапан удаляется и заменяется собственным легочным клапаном пациента (клапаном между правым желудочком и легочной артерией). Затем гомотрансплантат легочной артерии (легочный клапан, взятый у трупа) используется для замены собственного легочного клапана пациента. Эта процедура была впервые выполнена в 1967 году и используется в основном у детей, поскольку она позволяет собственному легочному клапану пациента (теперь находящемуся в аортальном положении) расти вместе с ребенком. [12]
Биопротезные клапаны реже, чем механические, вызывают образование тромбов, поэтому не требуют пожизненной антикоагулянтной терапии. В результате люди с биопротезными клапанами имеют меньший риск кровотечения, чем люди с механическими клапанами. [16]
Тканевые клапаны менее долговечны, чем механические, и обычно служат 10–20 лет. [20] Это означает, что людям с биопротезными клапанами чаще требуется повторная замена аортального клапана в течение жизни. [16] Биопротезные клапаны имеют тенденцию разрушаться быстрее у молодых пациентов. [21]
В последние годы ученые разработали новую технологию сохранения тканей с целью повышения долговечности биопротезов клапанов. В исследованиях на овцах и кроликах ткани, консервированные с использованием этой новой технологии, имели меньшую кальцификацию , чем контрольная ткань. [22] Клапан, содержащий эту ткань, в настоящее время продается, но данные о долгосрочной долговечности у пациентов пока недоступны. [23] [ нужен неосновной источник ]
Современные биопротезы клапанов не долговечны и со временем кальцинируются. [24] Когда клапан кальцинируется, створки клапана становятся жесткими и утолщенными и не могут полностью закрыться. [24] Более того, биопротезные клапаны не могут расти вместе с пациентом или адаптироваться к нему: если у ребенка есть биопротезы, ему придется заменять клапаны несколько раз, чтобы они соответствовали его физическому росту. [24]
Уже более 30 лет исследователи пытаются вырастить сердечные клапаны in vitro . [25] Эти тканеинженерные клапаны включают в себя посев человеческих клеток на каркас. [25] Двумя основными типами каркасов являются естественные каркасы, такие как децеллюляризированная ткань, или каркасы, изготовленные из разлагаемых полимеров. [26] Каркас действует как внеклеточный матрикс , направляя рост тканей в правильную трехмерную структуру сердечного клапана. [26] [25] Некоторые тканеинженерные сердечные клапаны прошли клинические испытания, [26] но ни один из них не является коммерчески доступным.
Тканевые сердечные клапаны могут быть индивидуализированы и смоделированы в 3D для конкретного реципиента [27]. 3D-печать используется из-за ее высокой точности и точности работы с различными биоматериалами. [27] Ожидается, что клетки, которые используются для тканеинженерных клапанов сердца, будут секретировать внеклеточный матрикс (ECM). [24] Внеклеточный матрикс обеспечивает поддержку формы клапанов и определяет активность клеток. [28]
Ученые могут проследить за структурой сердечных клапанов и создать что-то похожее на них, но поскольку тканеинженерным клапанам не хватает естественной клеточной основы, они либо не могут выполнять свои функции, как естественные сердечные клапаны, либо функционируют при имплантации, но постепенно деградируют. время. [ нужна ссылка ] Идеальный тканеинженерный сердечный клапан должен быть нетромбогенным, биосовместимым, долговечным, устойчивым к кальцификации, расти вместе с окружающим сердцем и иметь физиологический гемодинамический профиль. [29] Для достижения этих целей каркас должен быть тщательно выбран — есть три основных кандидата: децеллюляризованный ЕСМ (ксенотрансплантаты или гомотрансплантаты), природные полимеры и синтетические полимеры. [29]
Механические и тканевые клапаны изготавливаются из разных материалов. Механические клапаны обычно изготавливаются из титана и углерода. [30] Тканевые клапаны состоят из тканей человека или животного. Клапаны, состоящие из человеческой ткани, известные как аллотрансплантаты или гомотрансплантаты, взяты из человеческих сердец доноров. [30]
Механические клапаны могут быть лучшим выбором для молодых людей и людей, подверженных риску износа клапана из-за его долговечности. Он также предпочтителен для людей, которые уже принимают препараты, разжижающие кровь, и для людей, которые вряд ли перенесут еще одну операцию по замене клапана. [ нужна цитата ]
Тканевые клапаны лучше подходят для пожилых возрастных групп, поскольку в течение их жизни может не потребоваться еще одна операция по замене клапана. Из-за риска образования тромбов на механических клапанах и сильного кровотечения как основного побочного эффекта приема препаратов, разжижающих кровь, люди, у которых есть риск кровотечения и не желают принимать варфарин, также могут рассмотреть возможность использования тканевых клапанов. Другими пациентами, которым может больше подходить установка тканевых клапанов, являются люди, перенесшие другие запланированные операции и неспособные принимать лекарства, разжижающие кровь. Люди, которые планируют забеременеть, также могут рассмотреть возможность использования тканевых клапанов, поскольку варфарин вызывает риски во время беременности. [ нужна цитата ]
Искусственный сердечный клапан в идеале должен функционировать как естественный сердечный клапан. [11] Функционирование естественных клапанов сердца характеризуется множеством преимуществ:
Ожидается, что искусственные сердечные клапаны прослужат от 10 до 30 лет. [16]
Наиболее распространенными проблемами при использовании искусственных клапанов сердца являются различные формы дегенерации, включая сильное вздутие створок, ишемическую патологию митрального клапана и незначительное удлинение хорд. [24] Процесс восстановления регургитации и стеноза искусственного клапана сердца обычно требует хирургического вмешательства на открытом сердце, и обычно предпочтительнее восстановление или частичная замена клапанов регургитации. [24]
Исследователи изучают возможность катетерной хирургии, которая позволяет восстановить искусственный сердечный клапан без больших разрезов. [32]
Исследователи исследуют сменный протез сердечного клапана, который позволяет переделывать и быстро восстанавливать искусственный сердечный клапан. [33]
{{cite book}}
: |work=
игнорируется ( помощь )