Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы: современные биологические бескаркасные протезы и их место в хирургии пороков аортального клапана 15
1.1. Хирургическая анатомия, морфология и биомеханика аортального клапана сердца человека. Анатомия ксеногенного (свиного) клапана аорты .15
1.2. Бескаркасные биопротезы аортального клапана сердца, их функциональные характеристики 26
1.3. Показания и противопоказания к имплантации бескаркасных биопротезов в аортальную позицию. Варианты техники имплантации .35
1.4. Непосредственные и отдаленные результаты применения бескаркасных биопротезов при коррекции пороков аортального клапана . 45
1.5. Проблемы, перспективы и тенденции в разработке бескаркасных биопротезов аортального клапана 56
ГЛАВА 2. Материалы и методы 63
2.1. Общая характеристика материала и объем проведенных исследований 63
2.2. Методы исследования анатомии клапана аорты .71
2.3. Методика исследования биомеханики аортального клапана человека in vivo 73
2.4. Методика исследования биомеханики и гидродинамики аортального клапана и его биологических бескаркасных заменителей в условиях ех vivo 76
2.4.1. Характеристика гидродинамического стенда и функциональное назначение его составных частей... 76
2.4.2. Методика проведения стендовых исследований, регистрация и расчет гидродинамических и биомеханических характеристик клапанов аорты 79
2.5. Методы оценки структурной стабильности биоткани 83
2.6. Методы структурной стабилизации ксеноклапанов 84
2.7. Методы оценки бактерицидного эффекта эпоксисоединений, альдегидов и антибактериальных средств 88
2.8. Методика экспериментальной имплантации бескаркасных биопротезов 89
2.8.1. Техника полной и неполной субаннулярной субкоронарной имплантации традиционной модели ксенографта . 89
2.8.2. Техника полной интрааннулярной и супрааннулярной субкоронарной имплантации новой модели ксенографта.. 91
2.8.3. Техника протезирования корня аорты новой моделью ксенографта.. 93
2.9. Методы статистической обработки... 95
ГЛАВА 3. Анатомия и биомеханика человеческого и свиного клапана аорты 96
3.1. Особенности строения клапана аорты человека и свиньи 96
3.2. Биомеханика клапана аорты человека в исследованиях in vivo 110
3.3. Сравнительный анализ биомеханики и гидродинамики клапана аорты человека и свиньи 116
3.4.- Возрастная динамика морфометрических, биомеханических и гидродинамических характеристик клапана аорты человека .119
ГЛАВА 4. Экспериментальная разработка новой модели бескаркасного биопротеза аортального клапана 125
4.1. Влияние физико-химических и физических факторов на результат структурной стабилизации ткани створок свиного аортального клапана ...25
4.2. Изменение анатомо-функциональных характеристик нативных свиных клапанов аорты под влиянием структурной стабилизации в стационарном и динамическом режимах 130
4.2.1. Влияние химического агента и режима структурной стабилизации на анатомо-функциональные характеристики ксеноклапанов ——132
4.2.2. Влияние вариантов динамического режима структурной стабилизации эпоксидами на анатомо-функциональные характеристики ксеноклапанов — 144
4.3. Бактерицидный эффект эпоксисоединений 152
4.4. Новая модель бескаркасного биопротеза аортального клапана сердца 154
ГЛАВА 5. Сравнительная оценка биомеханики и гидродинамики различных моделей каркасных и бескаркасных биопротезов аортального клапана 157
ГЛАВА 6. Влияния техники имплантации на функцию бескаркасных биопротезов в эксперименте ex vivo 167
6.1. Сравнительный анализ функции композитных корней аорты при полной и неполной субаннулярной субкоронарной имплантации традиционной модели ксенографта . ..168
6.2. Влияние вариантов полной субкоронарной имплантации и протезирования корня аорты на изменения анатомо-функциональных характеристик новой модели ксенографта 173
6.3. Анализ факторов, определяющих функциональный результат субкоронарной имплантации разработанной модели ксенографта... 177
ГЛАВА 7. Обсуждение полученных результатов 190
Выводы 223
Практические рекомендации 226
Список литературы 228
Приложени е 255
- Хирургическая анатомия, морфология и биомеханика аортального клапана сердца человека. Анатомия ксеногенного (свиного) клапана аорты
- Показания и противопоказания к имплантации бескаркасных биопротезов в аортальную позицию. Варианты техники имплантации
- Методика исследования биомеханики и гидродинамики аортального клапана и его биологических бескаркасных заменителей в условиях ех vivo
- Биомеханика клапана аорты человека в исследованиях in vivo
Введение к работе
Актуальность проблемы. Протезирование клапана аорты является основным и высокоэффективным видом хирургического лечения органического поражения клапанного аппарата сердца (Цукерман Г.И. и Скопин И.И., 1996; Шевченко Ю.Л. и Черепенин И.М., 1996; Новиков В.К., 2002). Использование механических протезов клапанов сердца требует пожизненного приема антикоагулянтов, не гарантирующего полной защиты от тромбоэмболических осложнений и создающего определенную угрозу возникновения медикаментозного кровотечения. Применение каркасных биологических протезов, не требующих жесткой антикоагулянтной терапии, показало их ограниченную износоустойчивость, достаточно высокое сопротивление в аортальной позиции особенно при малых размерах (Wong К. et al., 1995; Коп N.D. et al., 1995; Van Nooten G. et al., 1999). Износоустойчивость и потоковые характеристики аллографтов (гомографтов) оказались выше, однако доступность их по-прежнему остается крайне ограниченной (Коп N.D. et al., 1995; Dossche К. et al., 1996; Baur L.H.B. et al., 1999). Исторически эти направления в хирургии клапана аорты развивались параллельно, периодически привлекая пристальное внимание исследователей и хирургов к одному из них.
В настоящее время в мировой клинической практике отчетливо прослеживается тенденция к более широкому применению биологических заменителей клапанов сердца (Bessler А., 2003). В 2002 году впервые мировые продажи биологических заменителей превысили продажи механических клапанов на 100 млн. $ (при общей сумме в 800 млн. $). Эта тенденция обусловлена, с одной стороны, неудовлетворенностью хирургов отдаленными результатами применения механических протезов, в частности, количеством осложнений и качеством жизни пациентов, а, с другой стороны, разработкой новых моделей биопротезов и современных технологий их изготовления. К таковым относят бескаркасные биопротезы или ксенографты «третьего» поколения.
Начало применения биологических бескаркасных заменителей клапана аорты датируется 1955 годом, когда Murrey G. впервые успешно имплантировал аортальный гомографт в нисходящую грудную аорту пациента. Первое сообщение об ортотопической имплантации аортального гомографта было сделано Kerwin A.G. и соавторами в 1962 году. С этого года Ross D. и Barratt-Boyes В. регулярно использовали гомографты для имплантации в субкоронарную позицию (Бокерия Л.А. и соавт., 1996; Barratt-Boyes В., 1997). Однако ограниченная доступность аортальных гомографтов и возрастающая потребность в заменителях клапана аорты стимулировали разработку ксеноаортальных бескаркасных и каркасных протезов.
Протезирование клапана аорты бескаркасным биопротезом впервые было выполнено Binet J.Р. и соавторами в 1965 году. Однако несовершенная технология изготовления и относительно сложная техника имплантации бескаркасных биопротезов, а также разработка и широкое внедрение в клиническую практику механических и каркасных биологических клапанов в тот период привели к полному отказу от применения ксенографтов (Gross Ch. et al., 1995; O'Brien M., 1995; Sintek C.F. et al., 1995; Baur L.H.B. et al., 1999).
С 1989 года, благодаря разработкам David Т. и соавторов, возродился интерес к применению бескаркасных биопротезов в хирургии клапанных пороков сердца и особенно аортального клапана. Лучшие потоковые характеристики ксенографтов предполагали их большую износоустойчивость относительно каркасных биопротезов (Hvass U. et al., 1995; Jin X.Y. et al., 1995; Kon N.D. et al., 1995; O'Brien M.F. etal., 1995; Westaby S. et al., 1995). Прошло десятилетие клинических исследований, подтверждающее эти предположения (David Т.Е. et al., 1998; Westaby S. et al., 2000; David Т.Е., 2002).
В настоящее время одновременно с ростом числа имплантаций бескаркасных биопротезов в аортальную позицию продолжаются дискуссии относительно выбора модели ксенографта,, методики подбора размера бескаркасного биопротеза и техники имплантации. В частности, разрабатываются варианты и технические детали имплантации ксенографтов в
зависимости от этиологических факторов формирования порока, конструктивных особенностей различных моделей бескаркасного биопротеза, а также анатомических изменений корня аорты пациента. Ряд вопросов хирургической тактики остаются нерешенными.
Все это определяет необходимость продолжения разработки более совершенных моделей ксенографта, поиска новых технологий изготовления, новых стабилизаторов биологических тканей взамен глутаральдегиду, а также методик тестирования и критериев функциональной оценки этих биопротезов. В частности, ряд исследователей рассматривают параметры биомеханики как наиболее перспективные критерии оценки функции биопротезов (Yoaganathan А.Р. et al.,. 1994; Revanna P. et al., 1997; Nagy Z.L. et al., 1999). Однако авторы использовали эти критерии (окружные деформации и растяжимость ксенографта) только при стендовых исследованиях.
Почти неизученной остается нормальная биомеханика клапана аорты человека. Вместе с тем, точные знания биомеханики клапана аорты и её влияния на запирательную функцию створок особенно необходимы при дальнейшей разработке моделей и техники имплантации бескаркасных заменителей клапана аорты, а также наиболее информативных критериев их функциональной оценки. Эта проблема отдельно обсуждалась на международном симпозиуме общества "Heart Valve Disease" в 1999 году (Vesely I., 2000). Такой подход в разработке новых моделей и технологий их изготовления позволит снизить риск отдаленной детериорации (повреждения) створок имплантата и увеличить его износоустойчивость (Dagum P. et al., 1999).
В целом многие теоретические и практические аспекты (анатомо-функциональные, биотехнологические, биомеханические и клинические) проблемы протезирования клапана аорты бескаркасными биопротезами остаются до настоящего времени не решенными и продолжают обсуждаться, преимущественно, в зарубежной литературе. Поиск их решений, нередко проводимый эмпирически на основании тридцатилетнего опыта разработки и
применении каркасных биопротезов, пока не дал в полной мере ожидаемых результатов.
Все это явилось поводом к изучению проблемы протезирования клапана аорты бескаркасными биопротезами и проведению многопланового исследования, предусматривающего разработку и изготовление новой модели ксенографта, включая технологию ее структурной стабилизации и техники имплантации.
Цель исследования. На основе изучения анатомо-функциональных особенностей человеческого и свиного клапана аорты обосновать и разработать новую модель бескаркасного ксеноаортального протеза, применение которой позволит улучшить функциональные результаты хирургического лечения больных с пороками аортального клапана.
Задачи исследования:
Разработать методику и программу исследования биомеханики клапана аорты человека, и его бескаркасных заменителей для использования в условиях in vivo и ex vivo.
Изучить анатомо-функциональные особенности свиного и человеческого клапана аорты.
Изучить биомеханику клапана аорты человека на здоровых добровольцах.
Изучить в эксперименте возрастную динамику анатомо-функциональных характеристик клапана аорты человека.
Разработать и обосновать технологию структурной стабилизации свиных ксеноаортальных клапанов эпоксисоединениями в динамическом режиме.
Провести сравнительный анализ биомеханических и гидродинамических характеристик различных биологических заменителей аортального клапана.
Разработать новую модель бескаркасного биопротеза клапана аорты и технику ее имплантации.
8. Изучить в эксперименте влияние техники имплантации и типа бескаркасного заменителя на потоковые и биомеханические характеристики композитного корня аорты. Научная новизна и практическая значимость работы.
Впервые в мире на здоровых добровольцах была изучена биомеханика аортального клапана человека методом чреспищеводной эхокардиографии с покадровым количественным и качественным анализом фазовой структуры сердечного цикла. Определены динамика основных геометрических параметров корня аорты, характер движения створок за весь сердечный цикл, уточнен механизм открытия и закрытия клапана аорты. Разработаны качественные и количественные параметры биомеханики клапана аорты здорового человека и определена стандартная кривая площади открытия его створок.
Впервые в РФ разработана методика и комплексная программа стендовых исследований биомеханических и гидродинамических характеристик аллогенных, ксеногенных и композитных корней аорты.
Изучена биомеханика клапана аорты (свиного и человеческого) и его биологических заменителей в эксперименте in vitro путем моделирования их работы на пульсдупликаторе с применением разработанного измерительно-вычислительного комплекса, позволяющего производить синхронный анализ движения створок и элементов корня аорты за весь цикл открытия-закрытия по видео - и эхоизображению. Впервые в мире разработаны количественные критерии оценки радиальных деформаций створок аортального клапана и его биологических заменителей, позволяющие определить их степень и локализацию.
Проведен сравнительный анализ анатомо-функциональных характеристик аллогенных и ксеногенных клапанно-аортальных комплексов. Доказана определяющая роль упруго-эластичных свойств корня аорты в функционировании его створок. Показана возрастная динамика анатомо-функциональных характеристик клапана аорты человека и необходимость их учета при имплантации ксенографтов в аортальную позицию.
Разработана и комплексно обоснована оригинальная технология структурной стабилизации ксенографтов в условиях динамического режима. Проведен сравнительный анализ анатомо-функциональных характеристик ксенографтов, дубленых в различных физических условиях.
Разработана оригинальная модель бескаркасного биопротеза клапана аорты, обладающая высокими биомеханическими и гидродинамическими характеристиками, а также техника её интра-, супрааннулярной субкоронарной имплантации и полного протезирования корня аорты. Впервые в мире изучено влияние техники имплантации на потоковые и биомеханические характеристики аортального ксенографта в эксперименте на модели небальзамированных трупов с последующими стендовыми исследованиями композитных корней аорты.
Разработанная и всесторонне исследованная на доклиническом этапе оригинальная модель бескаркасного биопротеза клапана аорты подготовлена для дальнейшей клинической апробации.
Основные положения, выносимые на защиту:
Индивидуальная вариабельность ксеногенных корней аорты, анатомо-функциональные различия человеческого и ксеногенного (свиного) клапанов аорты должны учитываться при разработке, изготовлении и имплантации ксеноаортальных бескаркасных протезов. Анатомо-функциональные особенности корня-акцептора должны учитываться при имплантации ксенографтов в аортальную позицию.
Структурная стабилизация ксеноаортальных клапанов должна проводится в условиях оптимального воздействия физико-химических и физических факторов.
Разработанная модель бескаркасного биопротеза аортального клапана обладает высокими гидродинамическими и биомеханическими характеристиками, приближающимися к характеристикам клапана аорты человека. Эта модель ксенографта может стать альтернативой применению аллографтов.
Разработанная программа эхокардиографического исследования биомеханики клапана аорты может использоваться для оценки и прогнозирования функционирования имплантированных биологических заменителей аортального клапана, а также при их стендовых исследованиях.
Модель имплантации ксенографтов в аортальную позицию на небальзамированных трупах с последующей оценкой анатомо-функциональных характеристик композитных клапанно-аортальных комплексов позволяет эффективно и последовательно разрабатывать технические аспекты операции протезирования клапана аорты бескаркасными биопротезами.
Имплантация разработанной модели бескаркасного биопротеза в супрааннулярную позицию с полным иссечением его синусов или протезирование в виде цельного корня аорты позволяют практически полностью сохранять исходные потоковые и биомеханические характеристики ксенографта.
Функциональный результат операции имплантации бескаркасного биопротеза зависит от многих факторов, в том числе от технологии структурной стабилизации и модели ксенографта, а также выбранной методики и варианта техники имплантации. Любое значительное отклонение параметров изготовленного и/или имплантированного бескаркасного биопротеза от нормальных анатомо-функциональных характеристик может привести к дисторции конструкции, образованию избыточных сгибательных деформаций на створках с последующим развитием дисфункции ксенографта. Операция субкоронарной имплантации ксенографта в определенной степени носит реконструктивный характер.
Апробация и реализация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на 111, IV, V и VII Всероссийских съездах сердечнососудистых хирургов (Москва 1996, 1998, 1999 и 2001 гг.), второй - пятой ежегодных сессиях НЦССХ им. А.Н.Бакулева РАМН (Москва 1998 - 2001 гг.),
Всероссийской конференции, посвященной 110-летию со дня рождения акад. П.А.Куприянова (Санкт-Петербург, 2003).
Разработанная программа эхокардиографической оценки биомеханики аортального клапана и его биологических заменителей внедрена в лечебную и научно-исследовательскую работу кафедры и клиники сердечно-сосудистой хирургии им.акад. П.А.Куприянова Военно-медицинской академии им. С.М.Кирова (Санкт-Петербург, Загородный пр., 47), в работу межклинического отделения ультразвуковой диагностики СПбГМУ им.акад. И.П.Павлова (Санкт-Петербург, ул. Л.Толстого, д. 6/8), научно-практическую работу лаборатории физиологии кровообращения НИИ пульмонологии СПбГМУ им.акад. И.П.Павлова (Санкт-Петербург, ул. Рентгена, 12), в работу отделений функциональной диагностики дорожной клинической больницы Октябрьской железной дороги (Санкт-Петербург, пр. Мечникова, 27) и городской Мариинской больницы Санкт-Петербурга (Санкт-Петербург, Литейный пр., 56), а также в научно-исследовательскую работу кафедры гидроаэродинамики Санкт-Петербургского государственного технического университета (Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29). Основные научные положения диссертации используются в лекциях и практических занятиях со студентами, интернами и клиническими ординаторами кафедры госпитальной хирургии № 1 и 2 СПбГМУ им. акад. И.П.Павлова (Санкт-Петербург, ул. Л.Толстого, 6/8).
Публикации и изобретательская деятельность. По теме диссертации опубликовано 24 научные работы, включая 7 журнальных статей, два патента и одно авторское свидетельство. Также получены два положительных решения на изобретения.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, обсуждения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложения. Работа изложена на 255 страницах машинописного текста, содержит 34 таблицы и 99 рисунков. Список литературы включает 36 отечественных и 210 зарубежных источников.
Хирургическая анатомия, морфология и биомеханика аортального клапана сердца человека. Анатомия ксеногенного (свиного) клапана аорты
Анатомия клапана аорты считается наиболее изученной, поскольку описана давно, начиная с Леонардо да Винчи (1513) и Вальсальвы (1740), и многократно, особенно на протяжении второй половины двадцатого столетия (Константинов Б.А. и соавт., 1980; Reid К., 1970). При этом исследования прошлых лет носили преимущественно описательный (Копейкин Н.Г., 1967; Мурач A.M., 1970; Михайлов С.С., 1987 и др.) или, реже, сравнительный характер (Reid К., 1970; Sands М.Р. et al., 1969).
Начиная с работы J.Zimmerman (1969), в которой автор предложил рассматривать «функцию клапана как продолжение его структуры», большинство исследований стало носить морфо-функциональный характер (Константинов Б.А. и соавт., 1980 и 1989; Малиновский Н.Н. и соавт., 1988; Mercer J.L. et al., 1973; Swanson W.M. and Clark R.E., 1974; Brewer R.J. et al., 1976; Anderson R. et al., 1991; Sutton J. et al., 1995). Такой подход в исследовании функции клапана аорты через изучение его структуры был в определенной мере обусловлен методическими трудностями прямого исследования биомеханики клапана аорты в целом. Исследования функциональной анатомии позволили определить морфо-функциональные границы клапана аорты, уточнить терминологию (Dagum P. et al., 1999), а также изучить в значительной степени его функцию (Константинов Б.А. и соавт.,1989; Brewer R.J. et al.,1974; Anderson R. et al., 1991; Christie G.W., 1992; Sutton J. et al., 1995). По современным представлениям клапан (корень) аорты является объемной структурой воронкообразной или цилиндрической формы, состоящей из трех синусов, трех межстворчатых треугольников Генле, трех полулунных створок и фиброзного кольца основания створок,
Леонардо да Винчи в 1513 году (по Reid R., 1970). проксимальной и дистальной границами которого являются соответственно вентрикулоаортальное и синотубулярное соединения (Anderson R. et al., 1991; Sutton J. et al., 1995). Реже используется термин «клапанно-аортальный комплекс» (Малиновский Н.Н. и соавт., 1988; Sutton J. et al., 1995). В узком смысле под аортальным клапаном иногда понимают запирательный элемент, состоящий из трех створок, трех комиссур и фиброзного кольца (Silver М.А., Roberts W.C, 1985). С точки зрения общей механики клапан аорты также стали рассматривать как композитную структуру, состоящую из прочного фиброзного (силового) каркаса и размещенных на нем относительно тонких оболочечных элементов (стенки синусов и створки). Деформации и перемещения этого каркаса происходят под действием внутренних сил, возникающих в закрепленных на нем оболочках. Каркас в свою очередь определяет деформации и перемещения оболочечных элементов (Малиновский Н.Н. и соавт., 1988). Каркас состоит преимущественно из плотно упакованных коллагеновых волокон (Константинов Б.А. и соавт., 1980 и 1989; Малиновский Н.Н. и соавт., 1988; J.Zimmerman, 1969; Anderson R. et al., 1991). Такая конструкция клапана аорты определяет долговечность его функционирования (Малиновский Н.Н. и соавт., 1988).
Синусы Вальсальвы - расширенная часть начального отдела аорты, ограниченная проксимально соответствующим сегментом фиброзного кольца и створкой, а дистально синотубулярным соединением (J.Zimmerman, 1969; Reid К., 1970; Anderson R. et al., 1991; Sutton J. et al., 1995). Синусы названы согласно коронарным артериям, впадающим в них (правый коронарный, левый коронарный и некоронарный). Стенка синусов тоньше стенки аорты и состоит только из интимы и медии, несколько утолщенных за счет коллагеновых волокон (Малиновский Н.Н. и соавт., 1988; Reid К., 1970). При этом количество эластиновых волокон уменьшается, а коллагеновых волокон увеличивается в стенке синусов по направлению от синотубулярного к вентрикулоаортальному соединению. Плотные коллагеновые волокна располагаются преимущественно по наружной поверхности синусов и ориентированны в окружном направлении, а в подкомиссуральном пространстве принимают участие в образовании межстворчатых треугольников, поддерживающих геометрию клапана (Малиновский Н.Н. и соавт., 1988; Thubrikar M.J. et al., 1980; Sutton J. et al., 1995). Основная роль синусов сводится к перераспределению напряжения между створками и синусами в диастолу (Thubrikar M.J. et al., 1986; Mercer J.L. et al., 1973; Swanson W.M. and Clark R.E., 1974) и установления равновесного положения створок в систолу (Bellhouse B.J. and Talbot L., 1969). Синусы разделены на уровне их основания межстворчатыми треугольниками.
Показания и противопоказания к имплантации бескаркасных биопротезов в аортальную позицию. Варианты техники имплантации
Имплантации бескаркасных биопротезов в аортальную позицию выполнялись преимущественно больным в возрасте старше 40 лет с гемодинамически значимыми пороками по общепринятым показанием (Konertz W. et al., 1992; Hvass U., et al, 1994; Kon N.D. et al., 1995; Jin X.Y. et al., 1995; Sintek C.F. et al., 1995; Westaby S. et al., 1995; Dossche K. et al., 1996; Walter T. et al., 1996 и др.) или более молодым пациентам при их непереносимости антикоагулянтов (Hvass U., et al, 1994; Westaby S. et al., 1995). Этот тип биопротеза является клапаном выбора для пожилых пациентов с узким корнем аорты (Mohr F.W. et al., 1995; O Brien M.F., 1995; Sintek C.F. et al., 1995) или с низкой фракцией выброса левого желудочка (Bevilacqua S. et al., 2002). Отсутствие каркаса в узком корне аорты пациента обеспечивал высокий гемодинамический эффект.
Преимущественно имплантации ксенографтов выполнялись пациентам в возрасте 60 - 70 лет и старше. Отечественные хирурги (Барбараш Л.С. и соавт., 2001, 2002; Караськов A.M. и соавт., 2001) имплантировали бескаркасные биопротезы, стабилизированные диэпоксидом, больным относительно молодого возраста (в среднем 36 лет).
Большинство авторов не выделяли противопоказаний к применению этого типа биопротеза, ограничивая их применение только в молодом возрасте (Konertz W. et al., 1992; Kon N.D. et al., 1995; Jin X.Y. et al, 1995; Sintek C.F. et al., 1995; Westaby S. et al., 1995; Walter T. et al., 1996). Вместе с тем, тяжелый кальциноз синусов, аномалии расположения устья коронарных артерий, наличие неудалимых кальцинатов фиброзного кольца рассматривались многими авторами как противопоказание к имплантации этого типа биопротеза (O Brien M.F., 1995; Dossche К. et al, 1996; Van Nooten G. et al., 1999a; Kalangos A. et al., 2000; Gelsomino S. et al., 2001; MilanoA. D. et al., 2001). Некоторые авторы (Deeb M.G, 1999; Doty D., 1999; Huysmans H., 1999; Kon N.D. et al., 1999; Westaby S., 1999) выполняли полное протезирование корня аорты при тяжелой кальцификации синусов, аневризме корня и/или восходящей аорты, если устье коронарных артерий были свободны от кальциноза.
Крупный корень аорты пациента (более 30 мм в диаметре), дилатация синотубулярного соединения также могут являться противопоказанием к применению субкоронарной техники имплантации (Mohr F.W. et al., 1995; O Brien M.F., 1995; Sintek C.F. et al., 1995; Van Nooten G. et al., 1999; Gelsomino S. et al., 2001). В норме у молодых здоровых людей диаметр синотубулярного соединения всегда меньше диаметра основания клапана (Мурач A.M., 1966; Михайлов С.С., 1987; Reid К., 1970; Kimzelman K.S. et al., 1994). Если диаметр синотубулярного соединения превышал диаметр «аортального кольца» пациента более чем 10%, то отдельные авторы воздерживались от выполнения субкоронарной имплантации (Mohr F.W. et al., 1995; MilanoA. D. et al., 2001).
Однако такая анатомическая ситуация встречается достаточно часто у больных с пороками аортального клапана. Поэтому некоторые хирурги подбирали размер ксенографта по диаметру его синотубулярноого соединения и имплантировали по технике «вставки корня» (Dossche К. et al., 1996) или выполняли протезирование корня аорты (Kon N.D. et al., 1995, 1999; Sintek C.F. et al., 1995; David Т.Е., 1998). Некоторые авторы (Bhatnagar G. et al., 1997; Siebermann R.P., 1997; Doty D., 1999; David Т.Е. et al., 2001) рекомендуют выполнять субкоронарную имплантацию с реконструкцией синотубулярного соединения при его значительном расширении или аневризме восходящей аорты. При аневризме корня аорты ряд авторов выполняли его протезирование (рис. 1.9 и 1.10) или протезирование корня вместе с восходящим отделом аорты (Urbanski P. P. and Hacker R.W., 2000; Massetti М. et al. 2001; Paulis R.D. et al., 2001; Greve H.H. et al., 2001).
Противопоказанием к использованию субкоронарной техники имплантации отдельные авторы (Uemura К. et al., 1999; Kolangos A. et al., 2000, 2001) рассматривают близкое расположение устья коронарных артерий к кольцу основания клапана или их противоположное расположение (под углом 170 - 180 относительно друг друга) при двухстворчатых клапанах аорты.
Не выделяя абсолютных противопоказаний к применению
Схема протезирования клапана (1) и восходящей аорты (2) бескаркасным биопротезом Toronto SPV с дакроновим протезом по Massetti М. (2001). бескаркасных биопротезов, одни авторы рекомендуют воздерживаться от их использования в случаях активного инфекционного эндокардита (Wong К. et al., 1995; Deeb M.G, 1999; Huysmans H., 1999). Другие авторы достаточно широко применяли биопротезы Medtronic Freestyle (Westaby S., 1999; Muller L.C. et al., 2003), Biocor (Gontijo B.F. et al., 1995; Santini F. et al., 1995), Toronto STV (Santini F. et al., 1995) при активном инфекционном эндокардите. Некоторые хирурги (Doty D., 1999; Sakaguchi Т. et al., 1999) рекомендуют имплантировать ксенографты в субкоронарное положение только при неосложненных формах, когда инфекционный процесс ограничен пределами створок аортального клапана, поскольку возможно инфицирование синтетической обшивки биопротеза.
Большей устойчивостью к инфицированию, по-видимому, обладают бескаркасные биопротезы, обшитые стабилизированным перикардом (Караськов A.M. и соавт., 2001 ;Барбараш Л.С. и соавт., 2002; Siniawski Н. et al., 2003). Ксенографты фирмы Shelhigh использовались преимущественно в экстренных случаях при отсутствии необходимого размера гомографта. Частота реинфицирования бескаркасных биопротезов Shelhigh и гомографтов (4%) у пациентов обеих групп была одинаковой (Siniawski Н. et al., 2003).
Методика исследования биомеханики и гидродинамики аортального клапана и его биологических бескаркасных заменителей в условиях ех vivo
Забор аллогенных и ксеногенных клапанно-аортальных комплексов для исследования биомеханики и гидродинамики клапана аорты производился аналогичным образом как при анатомическом исследовании, описанном в разделе 2.2. этой главы. Коронарные артерии перевязывались на расстоянии 3 — 4 мм от их устья.
Нативный клапанно-аортальных комплекс фиксировался на специально изготовленных патрубках необходимого диаметра и затем помещался в раствор 0,9% NaCl при 4С, содержащий антибиотики. Испытание комплексов выполнялось в этот же день в среднем через 6 часов после забора материала. Аналогичным способом фиксировались на патрубках стабилизированные клапанно-аортальные комплексы. Контрольные каркасные биопротезы помещались в трубку соответствующего диаметра, изготовленную из стабилизированного бычьего перикарда. Оба конца перикардиальной трубки фиксировались к патрубкам.
Исследования проводились в лаборатории кафедры гидроаэродинамики Санкт-Петербургского государственного технического университета. Стенд с пульсирующим потоком представлял собой пульсдупликатор, функциональную часть «аорты» и измерительно-вычислительный комплекс (рис. 2.5).
Задающим устройством являлся источник пульсирующего давления. Наличие в стенде эластичного «левого желудочка» позволяло передавать внешнее пульсирующее давление в пульсирующий поток, исходящий из этого желудочка. Форма кривой желудочкового давления была близка к физиологической. Систолическое давление в желудочке регулировалось в диапазоне от 100 до 250 мм рт. ст, аортальное давление - от 50 до 200 мм рт.ст., предсердное - от 5 до 50 мм рт. ст. Стабильный режим работы задавался плавной регулировкой периферического сопротивления. При этом ударный объем изменялся от 20 до 180 мл. В пульсдупликаторе предусмотрена возможность задания частоты сокращений в пределах от 40 до 120 уд/мин и длительности систолы от 0,2 до 0,4 с помощью электронного пульта, управляющего работой электромагнитных клапанов. Стабильность работы стенда по частоте составляла ±0,1 уд/мин, по давлениям в камерах ±0,1 мм рт ст, по ударному объему ± 1 мл. В качестве рабочей жидкости использовался раствор 0,9% NaCl. Угол между осями митрального и аортального клапанов, установленных на входе и выходе эластичного желудочка, составлял 34. Диаметр и длина входного патрубка перед митральным (дисковым механическим) клапаном равнялась его посадочному диаметру.
Для исследования естественных аортальных клапанов сердца и бескаркасных биопротезов была разработана функциональная часть стенда, позволяющая крепить аортальный ксенографт не вызывая его дисторции и тем самым не нарушая его биомеханики (рис. 2.6). Это устройство состояло из двух частей - камеры для визуализации клапанов и эластичной тонкостенной камеры для размещения в ней алло-, ксенографта или каркасного биопротеза. Камера для визуализации была изготовлена из органического стекла, а эластическая камера - из тонкой (0,3 мм) силиконовой резины. Эластическая камера веретенообразной формы содержала входное и выходное отверстия, а также ближе к выходному отверстию сосок, предназначенный для введения и удаления жидкости. Аортальный клапан или бескаркасный биопротез, закрепленный на входном и выходном патрубках, помещались в тонкостенную камеру. Эта камера своими входным и выходным отверстиями крепилась лигатурами к патрубкам. Закрепленный таким образом клапан присоединялся выходным патрубком к камере для визуализации. Визуализация движения створок в аксиальной проекции со стороны выхода клапана осуществлялась видеокамерой через оптическое окно (рис 2.6, А). Ультразвуковая локация клапана выполнялась через стенку эластичной камеры, заполненной через сосок раствором 0,9% NaCl (рис. 2.6, Б).
7
Биомеханика клапана аорты человека в исследованиях in vivo
Таким образом, ксеногенные клапаны имели относительно аллоклапанов низкий профиль и в большинстве случаев были асимметричными вследствие меньшего размера НКСи. Умеренная асимметрия аллогенных клапанов аорты в целом была обусловлена меньшим размером ЛКСи и была не столь выраженной.
В целом, полученные данные позволят учитывать существующие анатомические различия свиного и человеческого клапана аорты при разработке новых моделей и технологий изготовления ксеноаортальных бескаркасных протезов, а также хирургической техники имплантации.
Динамика геометрических параметров аортального клапана в течение сердечного цикла представлена на рисунке 3.19 (см. стр. 112). В систолу существенно изменялись площадь открытия клапана, радиальный угол наклона створки к основанию клапана, диаметр его основания и радиальная длина створки. В меньшей степени изменялись диаметр синотубулярного соединения, окружная длина свободного края створки и особенно высота синусов. Так, радиальная длина створки была максимальной в диастолическую фазу изоволюмического снижения внутрижелудочкового давления и минимальной -в систолическую фазу редуцированного изгнания. Радиальное систоло-диастолическое растяжение створки в среднем составило 63,2 ± 1,3%. (таб. 3.2, см. стр. 113). Изменение длины створки коррелирует с изменением градиента давления на створках (Thubrikar M.J., 1993). Створка была длиннее в диастолу при высоком диастолическом градиенте и короче в фазу редуцированного кровотока, когда систолический градиент был близок к нулю. В отличие от данных Thubrikar М. et al. (1993), полученные нами данные свидетельствовали о том, что в течение 2/3 систолы (фаза Ml и М2) при высокой скорости потока (угол а был равен 80 - 100) створки подвергались деформации на растяжение, поскольку их радиальная длина была близка к максимальной. Однако напряжение, возникающее на желудочковой поверхности створки под воздействием потока, было незначительным, поскольку не было морфологических признаков адаптации к большим нагрузкам, как было показано в разделе 1.1 и 3.1.
Угол а изменялся в среднем от 22 в середине диастолы до 93 в систолу. Динамика Lc и Dst в течение сердечного цикла изменялись умеренно (см. рис. 3.19) - окружное систол о-диастолическое растяжение створки и синотубулярного соединения составили соответственно 32,0 ± 2,0% и 14,1 ± 1,4% (таб. 3.2)
Диаметр основания клапана аорты был максимальным в диастолу, затем уменьшался на протяжении всей систолы и был на 40% меньше в фазу редуцированного изгнания (см. рис. 3.19).
Основные количественные параметры биомеханики клапана аорты у здоровых лиц (п = 10). В течение систолы (рис. 3.20) в перемещении створок аортального клапана условно выделяли 5 периодов:
1. Подготовительный период. Этот период приходился на фазу изоволюмического повышения внутрижелудочкового давления (ИП). Тела створок выпрямлялись, ширина зоны кооптации уменьшалась за счет расхождения желудочковых краев центральной зоны кооптации (рис. 3.20, А; «1»), что было обусловлено уменьшением трансвальвулярного градиента и некоторым расширением синотубулярного соединения. Створки несколько укорачивались в радиальном направлении, существенно увеличивался угол а (см. рис. 3.19).
2. Период быстро нарастающего открытия створок продолжался 20-25 мс. С началом изгнания крови у основания створок образовывалась волна инверсии (рис. 3.20, «2а»), которая быстро распространялась в радиальном направлении на тело створок (рис. 3.20, «26») и дальше к их свободным краям. В конце этого периода волна инверсии достигала зоны кооптации. Быстро увеличивались площадь открытия створок, угол а, длина створки в радиальном и окружном направлениях, а также умеренно увеличивался Dst и уменьшался Db (см. рис. 3.19).
3. Пик открытия приходился на первую максимальную фазу изгнания сердечного цикла (МІ). В этот период свободные края створок максимально изгибались в сторону синусов, и форма открытия клапана приближалась к кругу (рис. 3.20, Б; «З»), а в профиль клапан напоминал форму усеченного перевернутого конуса (рис. 3.20, А; «3»). Площадь открытия створок достигала максимального значения (см. рис. 3.19).
4. Период относительно устойчивого открытия створок (или плато) приходился на вторую максимальную фазу изгнания сердечного цикла (М2). Продолжительность этого периода зависела от ЧСС. Свободные края створок выпрямлялись вдоль оси потока, и клапан принимал форму цилиндра (рис. 3.20, А; «26»). Происходило медленное прикрытие створок и к концу этого периода форма свободного края створок клапана в поперечной проекции становилась треугольной (рис. 3.20, Б; «26»). Несколько укорачивались створки в радиальном направлении, уменьшались Db и угол а. Площадь открытия и окружная длина створок, а также D и Н не изменялись (см. рис. 3.19).
5. Период быстрого закрытия клапана совпадал с фазой редуцированного изгнания (РИ). У основания створок образовывалась волна реверсии (рис. 3.20, А; «5а»), растягивающая сократившиеся створки в радиальном направлении, что приводило к их смыканию вначале по желудочковому краю зоны кооптации (рис. 3.20, А и Б; «56»), а затем - к их полному закрытию (рис. 3.20, А и Б; «Д»). Происходило значительное уменьшение большинства геометрических параметров (см. рис. 3.19).
