Перикардиальный сердечный клапан был изобретен Марианом Ионеску , британским хирургом, работавшим в Главной больнице в Лидсе, Англия. [1] Он создал этот искусственный биопротезный сердечный клапан в виде трехстворчатой конструкции из химически обработанного бычьего перикарда, прикрепленного к титановой раме , покрытой дакроном . [2]
Экспериментальное и in vitro тестирование этого нового устройства состоялось в 1970 году, а в марте 1971 года Ионеску впервые начал имплантацию перикардиального клапана во все три положения сердца у людей. В период с 1971 по 1976 год клапаны были изготовлены в собственной больничной лаборатории Ионеску. На протяжении этих пяти лет использования у 212 пациентов была тщательно оценена работа перикардиального клапана. Результаты показали, что этот оригинальный клапан продемонстрировал наилучшие гемодинамические характеристики в состоянии покоя и во время упражнений [3] по сравнению с зарегистрированными результатами всех других существующих искусственных клапанов. Он продемонстрировал очень низкий риск эмболии даже при отсутствии длительного лечения пациентов антикоагулянтами . [2] Не было случаев тромбоза клапана , внутрисосудистого гемолиза или внезапной, неожиданной поломки клапана. Прочность клапана была хорошей в течение 5 лет наблюдения. [2]
На основании этих результатов лаборатория Шилей в Ирвайне, Калифорния, начала производить этот клапан и распространять его по всему миру под названием «Перикардиальный ксенотрансплантат Ионеску-Шили».
Начиная с 1976 года был проведен ряд модификаций с целью улучшения качеств и производительности перикардиального ксенотрансплантата. Выбор и подготовка бычьего перикарда были стандартизированы и строго контролировались. Для фиксации ткани при нулевом давлении использовался раствор 0,5% очищенного глутаральдегида. Он содержал оптимальную пропорцию мономеров и полимеров , а идеальная плотность сшивки была получена путем контроля концентрации и pH раствора, а также его температуры и времени воздействия на ткань. Толщина и гибкость перикарда были стандартизированы, а направление макроскопически видимых волокон соответствовало каждому из трех створок конкретного клапана. Поддерживающий стент был изменен. Титан был заменен на обработанный Delrin , который представляет собой ацетиловый гомополимер с низкими свойствами «ползучести» благодаря стабильной молекулярной памяти . Он гибкий и амортизирующий, что является необходимыми качествами для тканевой поддержки клапана сердца. Этот новый стент содержал рентгеноконтрастный маркер в своем основании для легкой идентификации. Контур зубчатых столбиков был изменен, а высота стента уменьшена. Вся структура Delrin была покрыта бесшовным дакроновым велюром, а на более позднем этапе края зубчатых краев были покрыты тонким слоем перикарда в попытке предотвратить или уменьшить истирание створок при контакте с этим краем во время закрытия клапана. Швейный ободок был укреплен для лучшего и более безопасного прикрепления к сердечным кольцам, а его форма была анатомически очерчена в двух различных конфигурациях для лучшего соответствия аортальному и атриовентрикулярному положениям. Были сделаны два других дополнения: встроенный держатель клапана, который предотвращает касание створок клапана, и индикатор «замораживания» в качестве защиты от воздействия на клапаны во время транспортировки или хранения при температуре ниже 4 градусов по Цельсию. [4]
Геометрия клапана была слегка изменена из-за изменений в форме стента и удаления внешних прокладок вокруг стоек. Это дало более обтекаемую форму всей конструкции. Эти модификации вводились постепенно, и все они были включены в клапан «Ionescu - Shiley Low Profile Pericardial Xenograft», который стал доступен в 1983 году.
Около 200 000 перикардиальных клапанов, изготовленных Shiley Laboratories, были распространены по всему миру в период с 1976 по 1987 год, и предполагается, что большинство из них были имплантированы пациентам. [5] Использование этого клапана вызвало большой интерес, выраженный на нескольких симпозиумах специалистов, академических встречах и многочисленных научных статьях, опубликованных за эти годы.
Присвоение и организация этого огромного материала, а также классификация и интерпретация данных были очень трудной и сложной задачей, особенно потому, что - вопреки тому, что утверждается - во всех существенных главах научной работы сохраняется большое разнообразие стандартов представления информации. В некоторых случаях совершенно невозможно следовать таким стандартам, как это будет описано позже. Несмотря на все эти трудности и препятствия, общее представление о работе перикардиального клапана, максимально приближенное к реальности, может быть получено.
Однако следует помнить, что любой отдельный исследователь должен сопротивляться искушению написать обзор такого сложного вопроса, как клапаны сердца из ткани, и охватить этот предмет полностью и справедливо. Также следует помнить, что если мы изучаем сложные и изменчивые условия, то средние значения должны быть отклонены, поскольку они запутывают, стремясь к унификации, и искажают, стремясь к упрощению.
Из имеющихся материалов следует, что сообщаемые показатели госпитальной летальности и, до определенного момента, поздняя летальность в различных публикациях разных авторов схожи и не отражают напрямую качество используемого клапана.
Перикардиальный клапан Ионеску имел большое центральное отверстие, почти равное внутренней поверхности поддерживающего стента. Это, а также податливость перикардиальной ткани, придают этому клапану исключительные гидравлические качества. Гемодинамические исследования нескольких авторов [3] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12], изучавших пациентов с перикардиальными клапанами, показали, что во всех отношениях гемодинамическая функция этого клапана превосходит ту, которая сообщается для свиных клапанов, и, в общем, равна таковой лучших механических протезов. Гемодинамические результаты, сообщенные другими исследователями, очень похожи на результаты группы Тандона. Некоторые авторы подчеркивали преимущество очень низких градиентов давления через небольшие перикардиальные клапаны (а именно: диаметром 17, 19 и 21 мм) для имплантации в небольшие корни аорты без необходимости сложных хирургических методов для расширения корня. [7] [8] [9]
Тандон и его коллеги [10] [11] провели пред- и послеоперационные гемодинамические исследования в покое и во время упражнений у 110 пациентов. У 51 пациента была замена аортального клапана , у 44 — митрального , у 3 — трехстворчатого и у 12 пациентов была произведена замена нескольких клапанов. Следуя методике и протоколу, разработанным в Leeds General Infirmary , из группы из 110 обследованных пациентов 13 пациентов с аортальным и 6 с митральным клапаном были подвергнуты многократным последовательным гемодинамическим исследованиям в покое и во время упражнений со следующими интервалами: аортальный: до операции и через 9,9, 42,2 и 68,3 месяца после операции; митральный: до операции и через 11,2, 42,3 и 68,7 месяца после операции. Полученные результаты показали, что значительное улучшение, зафиксированное при первом послеоперационном исследовании, сохранялось до 68 месяцев после замены клапана. [3]
Чтобы наглядно продемонстрировать причины большой гемодинамической разницы между клапанами перикарда и свиньи, Ионеску записал в « дубликаторе импульсов » характеристики открытия двух клапанов свиньи (модифицированного отверстия Хэнкока и недавно модифицированного клапана Эдвардса) и двух клапанов перикарда (стандартного и низкопрофильного клапанов Шили).
Все четыре клапана были изготовлены для клинического использования, и все имели диаметр имплантации 25 мм. Клапаны были испытаны в идентичных условиях в митральном отсеке дубликатора импульсов, и фотографии были сделаны на пике диастолы . Скорости потока были для каждого кадра слева направо: 0, 100, 200, 300 и 400 мл в секунду. Открытие створок обоих типов перикардиальных клапанов синхронное и регулярное, без трехмерного изгиба, а низкопрофильный перикардиальный клапан показывает даже большее открытие по сравнению со стандартным перикардиальным клапаном. Нет никаких щелей или мертвых пространств позади открытых створок перикардиальных клапанов. Разница между свиными и перикардиальными клапанами является вопиющей во всех отношениях. (Рис. )
Многие авторы изучали in vitro гидродинамические характеристики перикардиального клапана и обнаружили, что он обладает лучшими функциональными характеристиками, чем свиные клапаны, и аналогичен характеристикам лучших протезов. [13] [14] [15] Подводя итог, можно сказать, что превосходная гемодинамическая функция перикардиального клапана является одним из его больших преимуществ и отличает его от всех других тканевых клапанов.
При рассмотрении очень большого количества отчетов из разных больниц с различным числом пациентов, которым были имплантированы перикардиальные клапаны и которые наблюдались в течение разного периода времени, от пяти до десяти лет, и особенно потому, что отчеты не следовали «установленному», хотя и нечеткому «стандарту» идентификации, описания и классификации событий, лучше перечислить результаты некоторых из наиболее репрезентативных серий сообщений и сделать только общие выводы.
Приведенные ниже данные демонстрируют результаты, выраженные в актуарных процентах свободы от эмболии.
ТАБЛИЦА I. Свобода от эмболии
Просматривая многочисленные публикации о результатах замены клапанов сердца на перикардиальные клапаны относительно частоты эмболических осложнений, можно сформулировать несколько выводов.
Четкая картина относительно точности тромботических и эмболических осложнений искусственных клапанов сердца, и особенно перикардиальных клапанов, кажется очень сложной. Знания в настоящее время поверхностны и неполны относительно реальных причин, риска и факторов, способствующих этому сложному явлению. Следовательно, никогда не было практичным пытаться стандартизировать определения, и еще сложнее установить линии лечения. Все говорят о «причинах» и «факторах риска», но никто не обладает никакими научными доказательствами этого эффекта.
Так называемые «факторы риска» эмболизации, за исключением мерцательной аритмии , можно назвать, в лучшем случае, «научными иллюзиями». Следовательно, любой научный, логический способ установления терапевтических средств для предотвращения таких явлений из-за неизвестных или не полностью понятых причин обречен оставаться эмпирическим, а конечные результаты неопределенными. [18] [19] [20] [21] [24] Существует множество отчетов за и против лечения антикоагулянтами пациентов с заменой тканевого клапана сердца. Кроме того, пациенты с заменой клапана сердца наблюдаются «комитетом», составленным последовательно хирургом , кардиологом , врачом общей практики в этом или другом городе и т. д. Впечатление от знания или наше принятие невежества еще больше усугубляют эту ситуацию. Единственным решением, как для пациентов, так и для врачей, был бы искусственный клапан сердца, который несет очень низкий риск образования тромбов и, следовательно, не потребует, в большинстве случаев, лечения антикоагулянтами.
Одним из главных недостатков недавней «научной» литературы по перикардиальным клапанам является отсутствие необходимых данных для разумной интерпретации результатов. Нет описания предоперационного состояния пациентов относительно сердечного ритма, различных аритмий, мерцательной аритмии, лечения антикоагулянтами, предыдущих системных эмболий и т. д., и скудная информация о послеоперационном состоянии: сердечном ритме, характере и продолжительности антикоагуляции, времени возникновения эмболических явлений, а также величине и последствиях, если таковые имеются.
Все это уже в прошлом, теперь, для практических целей, можно сделать вывод, что перикардиальный клапан несет очень небольшой риск эмболии, намного меньший, чем у свиных клапанов, даже при отсутствии лечения антикоагулянтами. Риск тромбоза перикардиального клапана чрезвычайно маловероятен. Очень немногие зарегистрированные случаи не были тщательно исследованы с точки зрения причины или способствующих факторов, связанных или не связанных с клапаном. Кровотечение, связанное с антикоагулянтами, было крайне редким, поскольку немногие пациенты получали депрессанты протромбина в течение длительных периодов времени (Sublata Causa Tollitur Effectus).
Существует несколько отчетов о тканевых клапанах, в которых говорится, что частота эмболии была выше среди пациентов, получавших антикоагуляцию. Кроме того, было отмечено, что скорость эмболизации, по-видимому, снижается с течением времени с перикардиальными клапанами, в отличие от опыта со свиными клапанами в митральной позиции, где риск оставался постоянным в течение всего периода наблюдения, несмотря на различные схемы долгосрочной антикоагуляции. [20]
Благоприятный уровень эмболии и фактическое отсутствие тромбоза клапана перикарда, по-видимому, обусловлены качеством ткани и, в особенности, конструкцией клапана с плавным и синхронным движением трех створок и обтекаемой структурой, придающей клапану оптимальные гидродинамические характеристики даже при низких скоростях потока. [14] [18] [20]
Инфекционный эндокардит — тяжелое заболевание, которое возникает как на собственных, так и на искусственных клапанах. Поражаются как механические протезы, так и тканевые клапаны сердца. Частота возникновения эндокардита в западных странах составляет от 1,5 до 6,2 случаев на 100 000 человек в год. Кумулятивный уровень эндокардита протезного клапана составляет от 1,5 до 3,0% в течение одного года после замены клапана и от 3 до 6% в течение пяти лет, причем риск является самым высоким в течение первых шести месяцев после замены клапана.
Эндокардит протезированного клапана, возникающий в течение двух месяцев после операции на клапане, как правило, является результатом интраоперационного заражения протеза или бактериемического послеоперационного осложнения. Внутрибольничная природа этих инфекций отражается в их первичных микробных причинах: коагулазоотрицательные стафилококки, S. aureus, факультативные грамотрицательные палочки, дифтероиды и грибы.
Эпидемиологические данные свидетельствуют о том, что эндокардит протезного клапана, вызванный коагулазоотрицательными стафилококками, который проявляется через 2–12 месяцев после операции, часто имеет нозокомиальное происхождение, но с отсроченным началом. [25]
Это краткое введение может помочь поразмышлять о различных и иногда противоположных точках зрения относительно «происхождения» эндокардита протезного клапана. Как и в большинстве последних научных отчетов, некоторые описания эндокардита тканевого клапана страдают от того же недостатка ясности и стандартизации в представлении фактов и не дают всех соответствующих деталей для лучшего понимания событий и их причин. Из восьми опубликованных статей больших серий пациентов с клапанами перикарда Ионеску-Шили только в одном отчете представлено более высокое, чем среднее, количество клапанных бактериальных инфекций. [26] В других семи публикациях описывается уровень инфицирования с цифрами аналогичной величины.
ТАБЛИЦА II. Свобода от инфекционного эндокардита
Примечания к таблице:
(A): Авторы делают замечание: до замены сердечного клапана 86 пациентов страдали инфекционным эндокардитом, но только у 9 из этих пациентов развилась рецидивирующая инфекция после замены перикардиального клапана.
(B): Из 17 случаев заражения 15 произошли в период с 1976 по 1981 год и только 2 случая в период с 1981 по 1985 год. Группа Ионеску приняла драконовские меры, пытаясь сдержать послеоперационные инфекции, которые они считали в значительной степени нозокомиальными по происхождению. Эти меры были направлены на систематическое предоперационное стоматологическое обследование и лечение, поиск любых скрытых, потенциальных очагов инфекции - урологических, верхних и нижних дыхательных путей, разумный выбор антибиотикотерапии пациента до, во время и после операций по замене сердечного клапана и строгий мониторинг всех признаков инфекции в послеоперационный период. Похоже, что эти меры принесли свои плоды.
(C): В двух случаях Холден успешно имплантировал перикардиальные клапаны пациентам с инфекционным эндокардитом, и он выступает за использование таких клапанов в подобных ситуациях, поскольку перикардиальные клапаны считаются более устойчивыми к инфекции, чем другие устройства. [17]
(D): Эта группа считает, что в ее руках перикардиальные клапаны были более подвержены инфицированию, чем свиные клапаны, а также при сравнении с результатами с перикардиальными клапанами, опубликованными другими хирургами.
В заключение, очевидно, что риск инфекционного эндокардита в перикардиальных клапанах не отличается от риска, встречающегося в свиных клапанах, по крайней мере, до десяти лет после установки клапана. Можно также считать, что незначительные различия, имеющие место в опубликованных отчетах, обусловлены местными различиями в больницах, хирургической техникой, общим обращением с клапанами и другими факторами.
Редко можно встретить пациента, которого лечили медикаментозно от доказанного эндокардита на его собственном клапане, которому рано или поздно не потребуется замена клапана. Нет фундаментальной причины, по которой какой-либо перикардиальный клапан должен инфицироваться чаще, чем другой, за исключением случая, если у пациента развивается септицемия, и инфицирующие организмы достигнут области клапана. Кажется нелогичным утверждать, что, поскольку один хирург сообщил о более высокой частоте инфекционного эндокардита с одним типом клапана, могут быть какие-либо существенные различия между «его» клапанами и клапанами, имплантированными другими хирургами. Разница заключается в количестве пациентов с циркулирующими инфицирующими микроорганизмами, способными инфицировать область клапана.
Большинство авторов не считают инфекционный эндокардит клапанной недостаточностью и не включают случаи инфекции в такую статистику. Перикардиальный клапан не ведет себя иначе, чем другие тканевые клапаны, в том, что касается инфекции, за исключением, возможно, одного. По мнению некоторых хирургов, сам перикард, по-видимому, более устойчив к инфекции, чем свиной клапан.
Прочность перикардиального клапана, как и всех других искусственных клапанов сердца, зависит от множества факторов, одним из важнейших из которых является среда, в которой функционируют искусственные клапаны.
Первичная или внутренняя тканевая недостаточность произошла с перикардиальными клапанами, и об этом сообщалось в нескольких публикациях. К сожалению, многие отчеты не содержат некоторых важных данных и деталей, необходимых для построения четкого представления об этом важнейшем аспекте работы клапана. Таблица III сводит воедино некоторые из имеющихся данных о первичной тканевой недостаточности.
ТАБЛИЦА III. Первичная тканевая недостаточность
Замечания по первичной тканевой недостаточности
(A): Возраст пациентов составил от 8 до 90 лет (средний 57). 74% были старше 70 лет. Возраст двух пациентов с клапанной недостаточностью (кальцификацией) не был указан.
(Б): Самым важным элементом в этой большой серии является демонстрация того, что одним из важнейших факторов кальцификации клапана является возраст пациента на момент имплантации клапана.
(C): В этой серии авторы упоминают, кроме того, 4 случая запутывания швов вокруг стоек. Эти 4 пациента были повторно прооперированы в период от одной недели до 50 месяцев после первой операции на клапане.
(D): Авторы заявили, что все 8 отказов были вызваны кальцификацией клапана и что 2 из них имели дополнительные разрывы. Они обнаружили, что их результаты с «кальцификацией» во всех отказавших клапанах противоречат результатам Габбея [34] , где отказы происходили в основном из-за разрывов створок.
Эта таблица является лишь попыткой дать общее представление и предоставить основу для более подробной интерпретации результатов. Однако можно сформулировать несколько выводов по сложным, разнообразным и в некоторых случаях противоречивым опубликованным результатам. Как часто бывает, отсутствует значительное количество существенных данных, и это усложняет задачу точной и справедливой интерпретации результатов.
Похоже, что подавляющее большинство перикардиальных клапанов функционируют правильно до 6–7 лет после имплантации. После семи лет наблюдения актуарные показатели свободы от отказа клапана начинают снижаться. В таблице риск отказа клапана, по-видимому, выше в аортальной позиции, как сообщают некоторые авторы. В действительности, общее мнение хирургов в различных презентациях и официальных обсуждениях показывает обратное.
В 10 лет и более перикардиальный клапан функционировал хорошо в аортальной позиции, как сообщают различные авторы., [35] [36] [37] [38] Несколько перикардиальных клапанов были эксплантированы из аортальной позиции через 16, 17 и 18 лет после имплантации, и несколько клапанов между 21 и 23 годами. [35] [38] Перикардиальные клапаны в митральной позиции показали себя хуже после 5-6 лет, как сообщалось в некоторых сериях, но не в других. Равичандран [35] сообщил о серии из 34 пациентов (с 41 клапаном), которые были повторно прооперированы для удаления несостоятельных перикардиальных клапанов Ионеску-Шили. Несостоятельности произошли в среднем через 11,3 года с момента «имплантации» (средний диапазон 3-17 лет). Было задействовано 30 митральных и 11 аортальных клапанов, и большинство из них были умеренно или сильно кальцинированы. Ватанабе [39] описывает случай биопротеза Ионеску-Шили, который функционировал 24 года в митральной позиции пациента.
Известные способы отказа ткани клапана: разрыв перикарда, кальцификация клапана и, в исключительных случаях, фиброз створок. Разрывы составляют примерно 25%, а кальцификация 75% первичной недостаточности. В некоторых случаях обе патологии могут встречаться в одном и том же клапане. Эта пропорция значительно варьируется и может быть обратной у некоторых серий пациентов.
Причины разрывов перикарда были подробно описаны [34] [37] и могут быть обобщены как абразивный механизм, вызванный трением перикарда о покрытый дакроном край поддерживающего стента. Такие разрывы прогрессируют медленно, пока часть одной из створок не станет молотящей, а количество регургитации не увеличится. Это объясняет тот факт, что не происходит внезапного катастрофического отказа перикардиального клапана, за исключением случаев, когда начальные, очевидные клинические признаки и симптомы начинающейся неисправности были пропущены или проигнорированы лечащим врачом или пациентом. В меньшинстве случаев могут быть некоторые немного отличающиеся механизмы повреждения перикарда в точках трехмерного изгиба или перфорации, вызванные чрезмерно длинными концами швов, используемых при замене аортального клапана.
Для уменьшения или устранения «истирания» использовались различные методы, как будет описано далее. [37] В пределах ограничений внутренней прочности химически обработанного бычьего перикарда, различные модификации, физические и химические, могут быть использованы для устранения этого типа отказа и значительного продления срока службы этого клапана.
Кальцификация клапана является локальным проявлением общего биологического явления, которое происходит при определенных условиях в различных частях тела, особенно у молодых людей. Известно, что кальцификация клапана имела место во всех типах тканевых клапанов. Поскольку в представленных сериях не указаны некоторые важные детали (возраст пациентов, время возникновения, положение клапана и т. д.), сложно сделать четкий вывод во всех ситуациях.
Один отчет о большой серии пациентов, наблюдавшихся в течение шести лет, представленный на симпозиуме в 1985 году, [27] дал ясную и полную информацию относительно связи между кальцификацией клапана и возрастом пациентов на момент имплантации клапана. Авторы показали, что в группах пациентов в возрасте от 10 до 59 лет частота кальцификации клапана варьировалась от 31,8% (в возрастной группе от 10 до 20 лет) до 1,8% (в группе от 50 до 59 лет) и достигала нулевой кальцификации у пациентов старше 70 лет. Аналогичные выводы о связи между возрастом и осложнениями, связанными с клапаном, были опубликованы в отношении свиных клапанов. [40] [41] Явная демонстрация этой обратной зависимости между возрастом пациента и скоростью кальцификации клапана «прозвучала как сигнал тревоги» и начала менять способ, которым тканевые клапаны (свиная аорта и бычий перикард) должны использоваться в будущем, и указала направление, в котором должны быть сосредоточены потенциальные будущие исследования, чтобы сделать тканевые клапаны универсально приемлемыми для молодых и пожилых пациентов без проблем. В данный момент времени (2011) тканевые клапаны используются почти исключительно у пациентов старше 65 лет, поскольку в пожилом возрасте процесс кальцификации значительно замедляется, а также потому, что срок службы клапанов может пережить жизнь тех пациентов, которые достигают «почтенного» возраста.
Было предпринято несколько попыток, чтобы отменить или, по крайней мере, отсрочить возникновение кальцификации. Были предложены два химических процесса: T6 от Hancock Laboratory и PV2 от Edwards Laboratory. Два химических вмешательства были испытаны на животных и людях с неубедительными результатами. Подкожные имплантаты у крыс створок свиных клапанов и полосок перикарда показали некоторые положительные результаты. [42] Однако следует проявлять осторожность при экстраполяции таких данных, полученных с помощью подкожных имплантатов, на внутрисердечное расположение и функцию клапанов у людей.
Джонс [43] и его коллеги, используя хорошо известную модель овцы, которая является быстрой, универсальной и высококальцифицирующей моделью, имплантировали свиные и перикардиальные клапаны либо «стандартные», либо предварительно обработанные процессами Hancock T6 или Edwards PV2. Результаты показали, что эти процессы смягчили кальцификацию свиных клапанов, но не оказали никакого влияния на перикардиальные клапаны. Галло [44] провел аналогичные эксперименты, используя ту же модель, что и Джонс и Ферранс, и имплантировал свиные клапаны Hancock , с обработкой T6 и без нее, в митральное и трикуспидальное положение овец. Он не обнаружил существенной разницы в количестве кальцификации створок между стандартными и обработанными T6 клапанами, будь то в митральном или в трикуспидальном положении.
Хотя о точных причинах этого чрезвычайно сложного процесса кальцификации известно очень мало, предпринимаются попытки его лечения.
Макро- и микроскопические патологические исследования неудавшихся свиных биопротезов, проведенные Шоеном и Коном [45], подробно продемонстрировали процесс дегенерации тканей в клапанах с разрывами, кальцификацией или обоими. Они считают, что пациенты с аортальными биопротезами свиных клапанов имеют клинически удовлетворительный курс в течение примерно пяти лет после операции. Позднее ухудшение этих клапанов часто требует повторной операции. Они оценивают частоту отказов примерно в 15–25%, через 7–10 лет после имплантации клапана. Галло и его коллеги [41] подробно описывают частоту возникновения и сроки первичного отказа тканей с помощью свиного клапана Хэнкока и показывают аналогичный процент отказов. Актуарная свобода от отказа клапана в митральной позиции в течение 10 лет составляет 69%, а в аортальной позиции — только 53%. Скорость отказа тканевого клапана увеличивалась с третьего послеоперационного года в митральной позиции и с пятого года в аортальной позиции с резким падением в течение 8-го и 9-го лет наблюдения. Они полагают, что пациенту можно сказать, что у него или у нее есть 30% шансов потребовать повторной операции из-за дегенерации свиного клапана в течение следующих 10 лет. Этот общий расчет не принимает во внимание другие причины «проблем» с клапаном, которые могут привести к повторной операции или какой-либо другой заболеваемости в течение этого периода времени. Гоффин [46] показал в сравнительном гистологическом исследовании эксплантированных свиных и перикардиальных клапанов, что микроскопические патологические изменения были схожи в этих двух типах ткани. Грабенвогер [47] обнаружил схожие патологические изменения в вышедшем из строя перикардиальном клапане Sorin Pericarbon.
Эти долгосрочные исследования показали, что как ткань клапанов свиньи, так и ткань перикарда теленка ведут себя схожим образом при использовании для замены клапанов у людей. Упрощенно говоря, основное различие между этими двумя типами клапанов заключается в гемодинамическом превосходстве перикардиального клапана и его меньшем риске эмболии. Но подавляющим преимуществом перикардиального клапана остается тот факт, что, будучи искусственным устройством, он поддается различным изменениям с целью улучшения своих характеристик.
В большинстве опубликованных отчетов о замене тканевого клапана сердца существуют различия в представлении данных и результатов по всем аспектам конкретной темы между различными публикациями. Почти во всех главах о функции клапана, за исключением гемодинамических и гидравлических измерений, которые получены научным путем и выражены математически, существуют различия от автора к автору. Почему в руках одного хирурга один и тот же тип тканевого клапана выходит из строя у одного пациента в 24 месяца, а у другого он сохраняется в течение 243 месяцев? Микроскопические исследования, проведенные на свиных и перикардиальных клапанах, эксплантированных из-за отказа в возрасте от 12 месяцев до 6 лет, все показали грубые гистологические изменения в структуре ткани. [45] Учитывая эти изменения в этих клапанах, как некоторые из свиных и перикардиальных клапанов продолжали функционировать более 10 лет? Почему частота возникновения бактериального эндокардита различалась в разных больницах, а частота эмболии различалась у разных хирургов?
Обзор публикаций по этой теме может привести к формулированию некоторых предварительных ответов. Существует, вообще говоря, несколько потенциальных факторов, которые могут по-разному влиять на прочность тканевых клапанов и которые могут объяснить расхождения в опубликованных результатах. Карлос Дюран [48] обобщил некоторые из них следующим образом:
Биопротезу может быть нанесен большой ущерб во время его имплантации. Одной из не столь редких причин является то, что створки клапана высыхают – становятся похожими на пергамент – во время наложения швов. Некоторые ошибки происходили в исключительных случаях: пластиковая идентификационная бирка оставалась прикрепленной к клапану и прилипала к стенке левого желудочка; швы, предназначенные для фиксации интродьюсера, не были удалены, и все три створки клапана были ограничены в своем движении; запутывание швов вокруг стоек стента, иногда вокруг двух стоек: (один из инцидентов был опубликован под заголовком «Фатальная регургитация биопротеза сразу после замены митрального и трикуспидального клапанов биопротезом Ионеску-Шили»). [50]
В 1986 году Шили внес существенную и оригинальную модификацию в перикардиальный клапан. Стент был перепроектирован. Он был изготовлен из двух тонких, неравных, гибких компонентов Delrin : внешнего каркаса стандартной формы и внутреннего, меньшего размера. Перикардиальные створки были установлены внутри внешнего каркаса и удерживались на месте внутренним каркасом, который меньше и намного тоньше внешнего. Благодаря такому расположению нижние части перикардиальных створок выходят из поддерживающего каркаса в его нижней части, и поэтому перикард не прогибается над верхним краем стента, что исключает возможность истирания во время фазы закрытия клапана. Как было установлено из клинических и in-vitro исследований, истирание перикарда было причиной отказа клапана, когда ткань была прикреплена снаружи стента. [34] [37] Тестирование in-vitro этого модифицированного перикардиального клапана показало почти идентичные гидродинамические результаты по сравнению с существующим перикардиальным клапаном. [51] Ускоренные испытания на долговечность показали, что отказ этого нового клапана произошел примерно в 3-4 раза позже, чем у существующих клапанов. Когда произошел отказ клапана, это произошло не из-за истирания, а из-за прогрессирующего изнашивания перикарда. Воодушевленный этими результатами, Shiley решил начать производство этого модифицированного, улучшенного клапана под названием «Ionescu-Shiley Pericardial Optimograft». [52]
Примерно в это же время Shiley столкнулась с серьезными проблемами, связанными с участившимися случаями внезапного отказа механического дискового клапана Bjork-Shiley. [53] Pfizer Labs, производитель лекарств и владелец Shiley, остановили всю производственную деятельность Shiley Laboratory с целью ликвидации компании. Следовательно, не только клапан Bjork-Shiley (виновник) был затронут этим действием, но и вся другая продукция – клапаны, оксигенаторы, катетеры и т. д. – была снята с производства.
Было сказано (г-ном Ларри Веттлауфером, вице-президентом Shiley Inc., 1987), что Ионеску не хотел обращаться к другому производителю клапанов со своим «Optimograft» и что вместо этого он предпочел свои гималайские альпинистские экспедиции.
Тщательная оценка результатов и эволюции двух типов тканевых клапанов, созданных и используемых в течение последних четырех десятилетий, выявляет сходства, но в основном различия, которые отличают их как структуры и как функционирующие клапаны. Свиной клапан подвергся нескольким модификациям, которые достигли пределов, налагаемых фиксированной геометрией аортального клапана свиньи.
Перикардиальный клапан, воплощение концепции «искусственных» устройств, поддается бесконечному изменению формы и физико-химическим вмешательствам с целью улучшения его функции, и именно это и произошло. Почти через 10 лет после создания Ионеску перикардиального клапана концепция, лежащая в его основе, привлекла несколько специализированных лабораторий для изучения этого клапана, его модификации и усовершенствования, а также для его нового внедрения в клиническую сферу применения под разными формами и названиями, но всегда следуя одной и той же общей концепции: обработанный глутаральдегидом бычий перикард, установленный на гибкой раме в качестве трехстворчатого клапана.
Создание второго поколения перикардиальных клапанов стало возможным, прежде всего, потому, что существовало первое поколение. Оригинальность концепции, успехи и неудачи, недостатки и положительные стороны оригинального перикардиального клапана и опыт, накопленный при его использовании в течение первых 10–15 лет, создали стимул и указали путь для изменений, модификаций и потенциальных улучшений в создании клапанов второго поколения.
Из нескольких перикардиальных клапанов, построенных с 1980 года, некоторые были заброшены рано, и только три выдержали испытание временем. Эти три модифицированных и улучшенных перикардиальных клапана были изготовлены соответственно Mitral Medical Inc. (теперь часть группы Sorin), Edwards Laboratories (теперь Edwards Lifesciences) [54] и Sorin Group. [55] Все три лаборатории разработали различные методы изготовления клапанов с целью снижения или устранения риска истирания тканей. Специалисты Mitral Medical Inc. сохранили метод крепления перикарда снаружи стента, как в оригинальном клапане Ионеску, но нашли другие способы снижения истирания. Инженеры Edwards использовали гениальный способ крепления перикарда внутри стента, хотя и с минимальной потерей полезной площади потока отверстия. Специалисты Sorin разработали еще один способ крепления перикарда в два слоя, чтобы край стента был покрыт перикардиальным листом (аналогично одной из модификаций Шили [37] ).
Клапан Эдвардса стал доступен в 1980 году. Устройство, выполненное в конфигурации для замены митрального клапана, пришлось снять после имплантации небольшому количеству пациентов из-за чрезмерной гибкости стента, вызывающей митральную недостаточность. Новая переработанная версия этого клапана была повторно представлена в 1984 году. [56] Клапан Mitroflow, впервые изготовленный Mitral Medical в 1982 году, пришлось перепроектировать, поскольку он показал режим отказа, аналогичный первому поколению перикардиальных клапанов. С 1991 года была представлена модифицированная версия этого клапана, которая использовалась у большого количества пациентов. [56] Дополнительные изменения, внесенные в конфигурацию этих двух клапанов, еще раз демонстрируют преимущество универсальности «искусственной концепции» перикардиального клапана.
Гемодинамические характеристики этих 3 типов клапанов [57] [58] аналогичны превосходным результатам, полученным с оригинальным клапаном Ионеску-Шили, описанным группой Тандона. [3]
Незначительные различия в градиентах и в расчетной площади поверхности не показывают существенной разницы на клиническом уровне. Соседнее изображение отображает характеристики открытия 4 перикардиальных клапанов - Hancock (больше не доступен), Mitroflow, Edwards и Shiley. Створки этих клапанов открываются синхронно до очень большой площади поверхности, которая лишь минимально отличается от одного клапана к другому. Все 4 клапана были изготовлены для клинического использования, и все они имели диаметр 25 мм. Клапаны были сфотографированы в идентичных условиях на митральной стороне «дубликатора импульсов», а скорости потока на пике диастолы были: для каждого кадра слева направо: 0, 100, 200, 300 и 400 мл/с.
Что касается инфекционного эндокардита, эмболических осложнений и кровотечения из-за лечения антикоагулянтами, в публикациях, проанализированных для этой статьи, имеется лишь скудное количество данных. Предполагается, и не без оснований, что основной акцент авторы сделали на структурном ухудшении клапана (SVD). Можно также считать логичным, что эти три типа перикардиальных клапанов, имеющие схожую структуру и динамическую функцию, как и оригинальный перикардиальный клапан Ионеску, такие осложнения, 'grosso modo', возникали бы примерно с той же частотой, о которой сообщали пользователи клапана Ионеску, как уже сообщалось в этой статье.
Научные публикации по этим трем перикардиальным клапанам второго поколения не только немногочисленны, но и в них отсутствуют некоторые необходимые стандартизированные данные для полной, ясной и справедливой оценки результатов. Чтобы избежать обобщений и усреднений, данные по SVD представлены в виде таблиц.
Таблица IV. Перикардиальный клапан Mitroflow
A = аортальный; M = митральный; D = митральный и аортальный, T = трехстворчатый, SVD = структурная деградация клапана.
Отсутствие стандартизированных данных, представленных в различных публикациях, затрудняет интерпретацию. Расхождение актуарно представленных результатов между различными публикациями очевидно.
Таблица V. Перикардиальный клапан Эдвардса
A = Аортальный; M = Митральный; T = Трикуспидальный; SVD = Структурная деградация клапана; SBE = Подострый бактериальный эндокардит
В большинстве отчетов прослеживается обратная зависимость между возрастом пациентов и частотой СВД.
Существуют весьма существенные различия между различными публикациями относительно показателей актуарной свободы от SVD. Опубликованные данные доктора Карпентье о структурной дисфункции клапана, который носит его имя, были бы полезны, но поиск в соответствующей медицинской литературе не выявил никаких подобных публикаций.
Таблица VI. Перикардиальный клапан Сорина Перикарбона
A = аортальный; M = митральный; D = митральный и аортальный; T = трехстворчатый; P = легочный; SVD = структурная деградация клапана.
(i) Эту цифру следует интерпретировать с осторожностью, поскольку исследование проводилось только среди 39 пациентов с заменой митрального клапана, и только 2 пациента были в группе риска в течение 10 лет. Возраст пациентов не был подробно указан.
(ii) В этом исследовании описывается только патология отказавших клапанов у 9 пациентов (из 144) в возрасте 51–79 лет (в среднем 69), наблюдавшихся в течение 6–8 лет. Описание клинического применения и результатов у 144 пациентов, которым были имплантированы перикардиальные клапаны Sorin Pericarbon, было бы очень интересно, но поиск в соответствующей медицинской литературе не выявил ни одной подобной публикации от хирургической бригады.
Очень мало опубликованных отчетов, содержащих достаточно данных, чтобы быть полезными. Можно только отметить, без особых комментариев, большую разницу между SVD, показанными в этих трех таблицах.
Научное сравнение между этими тремя клапанами второго поколения, а также между ними и клапанами Ионеску-Шили практически невозможно. Количество пациентов в опубликованных сериях значительно варьируется.
Для клапанов Shiley наблюдалось почти равное распределение замен митрального и аортального клапанов. Для клапанов нового поколения соотношение было около 5:1 в пользу аортального клапана. Гораздо меньшее количество замен митрального клапана отчасти объясняется снижением заболеваемости митральным клапаном в общей популяции и, в то же время, увеличением числа пациентов с дегенеративным заболеванием аортального клапана в постепенно стареющей популяции. Другой причиной, по-видимому, является восприятие некоторых хирургов, что перикардиальные клапаны в митральной позиции более восприимчивы к SVD, чем в аортальной позиции. Временные рамки их использования также различаются. Хирургические методы и опыт в целом развивались за последние 40 лет. Уроки прошлого могли принести свои плоды. Опыт с клапанами Shiley показывает, что 75-80% отказов клапанов были вызваны кальцификацией и только 20-25% отказали из-за истирания и, возможно, из-за недостатков конструкции. Знания о типе отказа клапана — абразии и, особенно, кальцификации — открыли тканевые клапаны в новом свете и дали хирургам иной взгляд. Самым большим достижением после первых 10–15 лет использования первых перикардиальных клапанов стало осознание обратной зависимости между возрастом пациента и кальцификацией клапана. Это было известно и раньше, из опыта использования свиных клапанов, но этому не уделялось достаточного внимания до использования перикардиальных клапанов.
Представленные в трех таблицах выше данные позволяют сделать некоторые выводы, основанные на имеющихся фактических результатах, а также на общих впечатлениях.
Клапаны перикарда второго поколения выходили из строя лишь изредка из-за истирания тканей, хотя разрывы все еще случались.
У пожилых пациентов кальцификация тканей происходит позже, поскольку минерализация в пожилом возрасте развивается позже и протекает медленнее.
Эти модифицированные клапаны использовались преимущественно, если не исключительно, у пожилых пациентов и в значительно большей пропорции для замены аортального клапана, а не в митральной позиции, где риск SVD был и остается выше. Эти элементы значительно искажают все шансы сравнения с серией клапанов Shiley.
В 1970-х и 1980-х годах перикардиальные клапаны Shiley использовались у пациентов всех возрастов, и особенно у пациентов моложе 65 лет. В 1990-х годах и в последующее десятилетие средний возраст пациентов, которым устанавливали перикардиальные клапаны второго поколения, варьировался от 67,2 до 72 лет, что является весьма существенной разницей в возрасте.
Технические усовершенствования, внесенные во второе поколение клапанов, по-видимому, снизили риск истирания створок. Это преимущество не было полностью использовано, поскольку эти клапаны использовались только в небольшой пропорции у молодых пациентов, которые могли бы извлечь больше пользы из этого технического усовершенствования. Несмотря на заявления о том, что все 3 типа клапанов второго поколения были обработаны «так называемыми» антикальцификационными процессами, клинические результаты не показали никакой пользы от такой химической обработки. Единственной причиной снижения скорости кальцификации — и, следовательно, структурного ухудшения клапана — у пациентов, получивших эти клапаны второго поколения, был пожилой возраст пациентов, которым они были установлены. Средний возраст пациентов был смещен со среднего значения около 50 лет с клапанами Shiley до среднего значения от 67 до 72 лет с клапанами второго поколения.
Прискорбно, что перикардиальные клапаны, которые, как известно, несут в себе очень низкий риск эмболии, не использовались чаще в митральной позиции, где необходимость и польза были бы выше.
Однако в целом второе поколение перикардиальных клапанов представляет собой прогресс в арсенале устройств для лечения заболеваний клапанов сердца. Если бы можно было контролировать процесс кальцификации клапанов, эти перикардиальные клапаны стали бы панацеей для пациентов, нуждающихся в замене клапанов сердца.
В общем, известно, что успех зависит от знания того, сколько времени потребуется, чтобы добиться успеха. Пока же нужно смириться с тем, что большинство аспектов настоящего доступно только Пророчеству, о будущем же, понимание явления «кальцификация» и его предотвращение, может быть, лежат где-то за горизонтом.
Краткая история внедрения в клиническую практику клапанов, изготовленных из тканей животных, для замены клапанов сердца у людей позволяет нам оценить эволюцию этой главы кардиохирургии и представить себе будущие потенциальные разработки в этой области.
1965 Дюран и Ганнинг в Оксфорде, Англия, опубликовали свою экспериментальную работу по имплантации свиных аортальных клапанов собакам, а годом ранее они уже провели первую успешную замену свиного аортального клапана у одного пациента-человека. [73] [74]
1965 Бине и его коллеги в Париже, Франция, начали использовать свиные аортальные клапаны для замены аортального клапана у людей. [75]
1967 Ионеску и его коллеги в Лидсе, Англия, впервые использовали свиные аортальные клапаны, установленные на оригинальной опоре клапана, для замены митрального клапана у людей. [76]
1969 Лаборатория Хэнкока в Ирвайне, Калифорния, представляет первый коммерчески доступный свиной аортальный клапан для использования у пациентов. [77]
1969 Карпентье и его коллеги в Париже, Франция, выступают за использование глутаральдегида для химической обработки аортальных клапанов свиней. [78]
1971 Ионеску и другие в Лидсе, Англия, создают первый бычий перикардиальный сердечный клапан и начинают его имплантацию людям. [79]
1980 С начала 1980-х годов было создано несколько модифицированных перикардиальных клапанов. Три из них с улучшенными характеристиками успешно используются, как показано в этой статье.
Два важных творческих этапа в области тканевых клапанов сердца (с 1964 по 1971 год) произошли за короткий промежуток в семь лет, и с 1971 года, когда была создана концепция «искусственных перикардиальных клапанов», в этой области не было сделано никаких других значительных изобретений, за исключением использования бычьего перикарда в конструкции транскатетерных клапанов для замены аортального клапана.
Свиной клапан успешно использовался под несколькими названиями, производился разными лабораториями, с различными модификациями и небольшими улучшениями, не становясь существенно отличным от оригинальной, родной формы свиного клапана. Однако свиной клапан, хотя и далек от совершенства, был очень полезен, помогая большому количеству пациентов на протяжении многих лет.
Бычий перикардиальный клапан был создан в 1971 году, и в течение последующих 4 десятилетий, с различными модификациями и усовершенствованиями, внесенными различными специалистами, он стал, благодаря своим превосходным общим качествам, предпочтительным тканевым клапаном для большинства хирургических групп по всему миру.
Перикардиальный клапан — это не просто еще один клапан, это воплощение концепции конструкции тканевого клапана. В настоящее время используется бычий перикард, завтра, возможно, будет найден еще лучший материал.
В этой связи Ионеску в одной из своих ранних статей сделал важное и весьма пророческое заявление:
Физико-химические и биологические свойства естественного свиного аортального клапана были глубоко изменены различными вмешательствами с целью адаптации его для терапевтических целей. Таким образом, свиной клапан утратил все свои изначальные характеристики, за исключением формы, которая остается неизменной и неизменяемой. С другой стороны, перикардиальный клапан был задуман как полностью «искусственный» клапан, и поэтому его форма и общие характеристики могут быть изменены посредством множества вмешательств с целью оптимизации его функции [80]
Adhuc sub judice lis est: Квинт Гораций Флакк (68–8 до н. э.) [81]
Вопреки тому, что упоминается в этой статье, была найдена короткая публикация, соавтором которой был А. Карпентье. [82] В ней представлена небольшая серия из 61 пациента, которым была проведена изолированная замена аортального клапана на перикардиальные клапаны Карпентье-Эдвардса. Авторы заявляют, что за 6 лет наблюдения «не было случаев перипротезной утечки, сердечной недостаточности и тромбоэмболии». Эта короткая статья не содержит никакой другой «значимой» информации.
В недавней публикации доктор Дентон А. Кули, который использовал очень большое количество перикардиальных ксенотрансплантатов Ионеску-Шили, упомянул следующее: У меня все еще есть выжившие пациенты с функционирующими клапанами Бьорка-Шили и Ионеску-Шили, некоторые из которых были имплантированы 30 или более лет назад. [83]
Прошло уже более 40 лет с тех пор, как доктор Ионеску впервые ввел в клиническую практику обработанный глутаральдегидом бычий перикард в форме трехстворчатого сердечного клапана (перикардиальный ксенотрансплантат Ионеску-Шили). Интересно знать, что сейчас, 40 лет спустя, бычий перикард по-прежнему используется в трех медицинских/хирургических устройствах.
1. Второе поколение перикардиальных ксенотрансплантатов, описанное в статье выше, используется в больших количествах.
2. Для производства устройств для «транскатетерной имплантации аортального клапана», которые используются у все большего числа выбранных пациентов, особенно в Европе.
3. За изготовление камер желудочков сердца в экспериментальном искусственном сердце, проходящем испытания во французской лаборатории.