بروتوكول لتقييم هيدرودينامي النسبية للثلاثي النشرة بوليمر صمامات

Summary

لقد كان هناك اهتمام متجدد في تطوير الصمامات البوليمر. هنا، تتمثل الأهداف في إثبات جدوى تعديل الناسخ نبض التجارية لاستيعاب هندستها ثلاثي نشرة وتحديد بروتوكول لتقديم البوليمر البيانات الهيدروديناميكية صمام مقارنة البيانات صمام المحلية والأطراف الصناعية التي تم جمعها تحت ظروف شبه متطابقة.

Abstract

وقد دفعت القيود من المتاحة حاليا الصمامات البديلة، xenografts، وhomografts تجدد مؤخرا من تطورات في مجال ثلاثي النشرة البوليمر صمام الأطراف الاصطناعية. ومع ذلك، وتحديد بروتوكول للتقييم الأولي من البوليمر وظائف الهيدروديناميكية صمام أمر بالغ الأهمية خلال المراحل المبكرة من عملية التصميم. التقليدية في نظم الناسخ نبض المختبر لم يتم تكوين لاستيعاب المواد ثلاثي النشرة مرنة؛ بالإضافة إلى ذلك، تقييم وظيفة صمام البوليمر يجب ان يتم في سياق النسبي لصمامات القلب الاصطناعية المحلية وتحت ظروف الاختبار متطابقة بحيث تقلب في قياسات مختلفة من ويمكن تجنب الصكوك. وفقا لذلك، أجرت نحن تقييم الهيدروديناميكية من أنا) اللغة الأم (ن = 4، يعني قطر، D = 20 مم)، والثاني) ثنائي النشرة الميكانيكية (ن = 2، D = 23 مم) والثالث) البوليمر الصمامات (ن = 5، D = 22 ملم) من خلال استخدام نظام الناسخ نبض المتاحة تجاريا (ViVitro مختبراتالمؤتمر الوطني العراقي، فيكتوريا، قبل الميلاد) التي تم تعديلها لاستيعاب هندستها صمام ثلاثي النشرة. صمامات السيليكون ثلاثي النشرة المتقدمة في جامعة فلوريدا ان المجموعة مكونة من صمام البوليمر. تم استخدام الخليط في نسبة من الجلسرين 35:65 إلى الماء لتقليد الخصائص الفيزيائية الدم. وقد تم قياس معدل التدفق الفوري في واجهة البطين الأيسر والشريان الأبهر وحدة في حين تم تسجيل الضغط على المواقف البطين والشريان الأبهر. تم استخدام ثنائي النشرة والبيانات صمام الأصلي من الأدب للتحقق من صحة وتدفق قراءات ضغط. وذكرت والمقاييس الهيدروديناميكية التالية: إلى الأمام تدفق انخفاض الضغط، وجذر الأبهر يعني مربع معدل التدفق إلى الأمام، إغلاق الأبهر والتسرب وحجم قلسي، مكابح بطريق الأبهر، والتسرب، ومجموع الخسائر الطاقة. وأشار ممثل النتائج أن مقاييس الهيدروديناميكية من المجموعات الثلاث صمام يمكن الحصول عليها بنجاح من خلال دمج الجمعية مبنية خصيصا في نظام الناسخ نبض المتاحة تجاريا وsubsequentlY، مقارنة موضوعية لتقديم رؤى في الجوانب الوظيفية من البوليمر تصميم صمام.

Introduction

مرض صمام القلب غالبا ما ينتج عن التنكسية تكلس صمام ^{1، 2} الحمى الروماتيزمية، التهاب الشغاف ^3،4 أو العيوب الخلقية الخلقية. عندما يحدث تلف صمام، مما تسبب تضيق و / أو هبوط صمام قلس ولا يمكن إصلاحه جراحيا، يتم استبدال صمام الأم عادة عن طريق صمام الاصطناعية. وتشمل الخيارات المتاحة حاليا الصمامات الميكانيكية (الصمامات القفص، الكرة الصمامات القرص إمالة، الخ.)، طعم مثلي، والصمامات bioprosthetic (الخنزيري والصمامات البقري). وغالبا ما أوصى الصمامات الميكانيكية للمرضى الأصغر يعتمد على ديمومتها، ولكن مطلوب من المريض أن يبقى على العلاج المضاد للتخثر لمنع مضاعفات الجلطات ^5. كانت الصمامات البديلة طعم مثلي والبيولوجية خيارات فعالة لتجنب تجلط الدم العلاج، ولكن هذه الصمامات لها مخاطر مرتفعة للكشف عن التليف، تكلس، انحطاط، والمضاعفات المناعية مما يؤدي إلى فشل صمام ⁶. ويجري التحقيق الصمامات الأنسجة المهندسة وتكنولوجيا ناشئة ^7-9، ولكن ما زال هناك الكثير ليتم الكشف عنها. وهناك حاجة دائمة حيويا، والصمامات البديلة، الأطراف الصناعية لتحسين نوعية حياة المرضى الذين يعانون أمراض صمام القلب. مرة أخرى، يمكن لهذا التصميم صمام استبدال bioprosthesis المستخدمة في تكنولوجيا صمام عبر القسطرة، مع النهج عبر القسطرة تظهر إمكانات لتحويل العلاج من المرضى المختارين مع مرض القلب صمام ^10.

كما جاء وفقا للمعايير الحالية، ينبغي أن يكون صمام قلب ناجحة بديلا خصائص الأداء التالية: "1) يسمح تدفق إلى الأمام مع الضغط صغير مقبول يعني انخفاض الفرق؛ 2) يمنع تدفق الوراء مع قلس صغيرة مقبول؛ 3) يقاوم الانصمام، 4) يقاوم انحلال الدم؛ 5) يقاوم تشكيل خثرة؛ 6) هو حيويا؛ 7) متوافق مع تقنيات التشخيص في الجسم الحي؛ 8) هو التسليم وزرع في الهدفالسكان؛ 9) تبقى ثابتة ضعت مرة واحدة، و 10) لديه مستوى الضوضاء مقبولا؛ 11) لديه وظيفة استنساخه؛ 12) يحافظ على وظائفه لمدى الحياة معقولة، بما يتفق مع فئتها عامة؛ 13) يحافظ على وظائفه والعقم لرف معقول الحياة قبل الزرع. ^"11. يحتمل أن التغلب على بعض أوجه القصور في الأطراف الاصطناعية صمام قائم بواسطة صمام البوليمر. وقد نظرت البوليمرات حيويا كبار المرشحين على أساس biostability، ومكافحة التحلل، المضادة للأكسدة، والخواص الميكانيكية مثل المفيد قوة عالية وزوجة مطاطية. على وجه الخصوص، قد البوليمرات المرنة توفر تشويه المادة تشبه ديناميات صمام الأصلي. اللدائن يمكن أن تكون مصممة لتقليد خصائص الأنسجة اللينة، وأنها قد تكون المواد الاصطناعية الوحيدة المتاحة التي هي الحيوي تسامحا والتي يمكن أن تصمد أمام مزدوجة، في الجسم الحي، تؤكد السوائل التي يسببها، العاطفة والشد، حتى الآن، تتحرك بطريقة تشبه صحية،حركة صمام الأصلي. وعلاوة على ذلك، يمكن أن تكون اللدائن ذات الإنتاج الضخم في مجموعة متنوعة من الأحجام وتخزينها بكل سهولة، ومن المتوقع أن تكون الأجهزة فعالة من حيث التكلفة ويمكن زيادة هيكليا مع التعزيز ليفية.

مفهوم استخدام مواد البوليمر لتجميع صمام ثلاثي النشرة ليست جديدة، وكانت موضوع العديد من التحقيقات البحوث على مدى السنوات ال 50 الماضية ^12، التي هجرت إلى حد كبير نظرا لمتانة صمام محدودة. ومع ذلك، مع ظهور منهجيات التصنيع رواية ^13،14، وتعزيز مواد البوليمر ^15،16 والتكامل السلس يحتمل أن تكون بدائل صمام البوليمر مع التكنولوجيا صمام عبر القسطرة، كان هناك في الآونة الأخيرة تجدد الاهتمام والنشاط في تطوير الصمامات البوليمر كما يحتمل بديلا صالحا للصمامات التجارية المتاحة حاليا. في ضوء ذلك، على بروتوكول لتمكين اختبار هذه الصمامات لتقييم وظائف الهيدروديناميكية هي الخطوة الأولىفي عملية التقييم، ومع أنظمة محاكاة نبض المتاحة تجاريا عموما لا تأتي مجهزة لاستيعاب التصاميم صمام ثلاثي نشرة وتحتوي على تباعد الحلقي لإدراج صمامات القلب المتاحة تجاريا (مثل قرص إمالة، ثنائي النشرة صمامات القلب الميكانيكية). ثانيا، والصمامات البوليمر هي التكنولوجيا الناشئة التي لا يمكن إلا أن تقييمها في سياق نسبي الهيدروناميكا. على الرغم من قلب الأم ضغط صمام وتدفق البيانات متوفرا، فمن المهم إجراء اختبار صمامات الأبهر الخنازير الأم، التي تشبه من الناحية البيولوجية لصمامات البشرية، وذلك باستخدام نفس محاكاة نابض التي يتم استخدامها لتقييم صمامات البوليمر وذلك لحساب الاختلافات القياس التي قد يكون نظام يعتمد. وهكذا، كان الهدف من هذه الدراسة هو إظهار كيف يمكن تركيبها على جهاز محاكاة نبض المتاحة تجاريا مع الجمعية لاستيعاب بنيات صمام ثلاثي نشرة وتقييم منهجي البوليمر صمام المقاييس الهيدروديناميكية في المقاولات النسبيةتحويلة بالمقارنة مع الخنازير قلب نظرائهم الميكانيكية والأم صمام. في حالتنا، رواية ثلاثي الصمامات النشرة سيليكون البوليمر المتقدمة سابقا في جامعة فلوريدا ان المجموعة مكونة من ¹³ صمام البوليمر.

Protocol

1. إعداد

1. تصميم وتصنيع وتجميع لاستيعاب الهندسة صمام ثلاثي النشرة. وهذا في الحد الأدنى تشمل حامل صمام للخياطة في منشورات صمام وانبوب لإيواء حامل صمام وإكسسوارات المحيطة بها لتأمين الجمعية على النظام الناسخ النبض. في حالتنا، ونحن تستخدم المتاحة تجاريا نظام الناسخ نبض المتاحة من ViVitro مختبرات شركة (فيكتوريا، قبل الميلاد). صمام تصميم حامل فضلا عن تكوينات ما قبل وما بعد الجمعية وصفت في الشكل 1.
2. سوف تحتاج إلى حلقة كاملة إلى أن تستعد قبل الاستخدام. وهذا ينطوي على خطوتين: أنا) تطهير النظام حلقة بأكملها باستخدام محلول الصابون والماء، بما في ذلك استبدال أي أنابيب المتدهورة قبل استخدامها والثاني) معايرة الأدوات متصلا حلقة، وهي المضخة المستخدمة، التحقيق التدفق، و ومحولات الضغط (تقاس عادة في مواقع الأذيني، الأبهر والبطين). يمكن معايرة التهيئةially أن يؤديها باستخدام محلول ملحي 1٪ ويجب أن يتكرر قبل استخدام الدم التناظرية حل الجلسرين.

2. الأم الأبهر صمام تشريح

1. الحصول على 4 قلوب الخنازير الطازجة مع الشريان الأورطي سليمة من وزارة الزراعة الأميركية المعتمدة للمسالخ (المؤسسات ورعاية الحيوان قد يكون مطلوبا استخدام اللجنة بالموافقة (IACUC)). في حالتنا، وقد وافق بروتوكول تشريح لدينا من قبل IACUC في جامعة فلوريدا الدولية (البروتوكول رقم الموافقة: 11-020). شطف القلب مع الماء منزوع الأيونات ووضعه في وعاء مليئة مضاد فطري / مضاد حيوي ومعقم فوسفات 1٪ مخزنة المالحة (PBS) حل والنقل على الجليد إلى المختبر اختبار الهيدروديناميكية.
2. وضع قلوب في مقلاة تشريح وإزالة بعناية التأمور. ضع القلب مثل أن الجانب البطني باتجاهك. تفقد البصر والتعرف على أربعة غرف القلب وتحديد قوس الأبهر في الشريان الأورطي سليمة.
3. فصل القلب في TWس نصفين عن طريق خفض عبر أفقيا وفي حوالي 0.75 في أسفل الحلقة، أي تقاطع بين الشريان الأبهر والبطين الأيسر. عزل بعناية الشريان الأورطي سليمة لا تزال تعلق على الجزء الأنسجة البطين الأيسر.
4. فحص الصمام الأبهري الموجود في جذر الأبهر، المنطقة بين الأبهر الصاعد وانخفاض بالطوق، وضمان أن لا يوجد أي ضرر أو أي علامات تكلس.
5. تقسيم الشريان الأورطي في ~ 1 في أعلاه بالطوق وفصل الجزء الأنسجة البطين الأيسر أدناه بالطوق لعزل صمام الأبهر (الشكل 2A).

3. البوليمر والأم عملية التخييط صمام

1. وضع صمام القلب داخل حامل صمام بحيث قاعدة كل صمام ينسجم مع قاعدة حامل آخر. تأمين صمام في مكان في كل وظيفة مؤقتا مع مشبك الورق، لكن يجب الحرص على عدم الاضرار commissures أو الشرفات.
2. إدراج خياطة فيإبرة. يبدأ خياطة في الجزء السفلي من حامل صمام عن طريق تمرير الإبرة من خلال ثقب الأولى، من الخارج إلى الداخل مثل أن الإبرة قد يتم سحبها بسهولة من أسفل. بطريقة التكرار، بدء خياطة صمام عموديا على الوظائف لصاحب صمام.
3. تقدم مع خياطة (الشكل 2B) على طول محيط حامل وآمنة مع خياطة إضافية حول نصائح من المشاركات حامل. مشابك الورق (الشكل 2C) يمكن إزالتها عندما يتم تأمين صمام تماما باستخدام الخيوط الجراحية إلى 3 وظائف في ومحيط حامل صمام (أرقام 2D و 2E).

4. التقييم الهيدروديناميكية

ملاحظة: سوف بروتوكول الفعلية تختلف تبعا لنظام محدد الناسخ نبض المستخدمة. caontained جميع المعلومات المستخدمة هنا في ViVitro نبض الناسخ سيسيتم (ViVitro مختبرات، وشركة، فانكوفر، كولومبيا البريطانية).

1. VA ثنائي النشرةLVE
   1. ضبط معدل ضربات القلب من نظام الناسخ نبض الى 70 نبضة / دقيقة.
   2. اختر الموجي تدفق لدفع المضخة (في حالة نظام ViVitro تم اختيار الموجي S35 لجميع الاختبارات الهيدروديناميكية). ويتضح الموجي محددة تستخدم في تجاربنا من قبل ليم وآخرون (2001) ^17.
   3. بدوره على مكبر للصوت ومكبس المضخة. الاحماء لمدة 15 دقيقة.
   4. مكان صمام ثنائي نشرة (الشكل 2F) في موضع الأبهر.
   5. تشويه الشحوم فراغ على جميع التقاطعات في الجهاز حيث يمكن أن يحدث تسرب.
   6. صب الجليسرين / السائل الملحي في المقصورة الأذيني. لاحظ أن نظام الناسخ نابض يعمل على 2 لتر من السائل مع: 35٪ / 0.7 L الجليسرين و 65٪ / 1.3 L من محلول ملحي. يتم إعداد محلول ملحي باستخدام الملح العادي جيدا المذاب في الماء منزوع الأيونات عند تركيز من 9 ملغ / مل (الوزن / الحجم).
   7. بدوره على محول تدفق التي تم وضعها في موقف الأبهر.
   8. معايرة اله المضخة.
   9. المضي قدما في معايرة محول تدفق تليها محولات الضغط. وعلى غرار مضخة، ببساطة اتبع التعليمات التي تتلقاها من قبل ViVitest البرمجيات (ViVitro مختبرات شركة) لكل التدفق والضغط تحت علامة التبويب معايرة.
   10. مرة واحدة معايرة كاملة، تبدأ المضخة في دورة في الدقيقة منخفضة حتى يملأ السائل المقصورة الأبهر. تحقق من وجود تسرب. استخدام الشحوم فراغ إضافية إذا لزم الأمر.
   11. تحويل اثنين من وقف الديوك (الأبهر ومحولات الطاقة البطين) لفتح موقف.
   12. زيادة دورة في الدقيقة للمضخة حتى تصل إلى حجم السكتة الدماغية 80 مل / فوز.
   13. يسمح النظام لتشغيل لمدة 10 دقيقة حتى استقر التدفق. يمكن التحقق من استقرار تدفق من خلال مراقبة التدفق والضغط الطول الموجي عرضها في الشاشة. منخفض مقابل لا شيء الاختلاف بين الدورات هو مؤشر جيد على استقرار النظام.
   14. في ViVitest برامج اختر وضع عليه.
   15. انقر على جمع 10 دورات.
   16. من وضع تحليل، جلعق على الطاولة وحفظ الملف. أيضا حفظ صورة من الطول الموجي باستخدام الخيار الصورة المفاجئة في ViVitest.
2. الصمامات الأصلية والبوليمرات
   1. للصمامات البوليمر والحيواني، اتبع نفس الخطوات 3.1.1 - 3.1.3 من تعليمات صمام ثنائي النشرة.
   2. ضع حامل صمام مع صمام خياطة داخل أنبوب زجاجي من العرف الجمعية المحرز. شطيرة الأنبوب مع القطع العلوية والسفلية وآمنة في نفس المكان مع مسامير الوحشي والمكسرات.
   3. مكان التجميع بين غرفة الأبهر وحامل الصمام الأبهري الأصلي.
   4. متابعة الخطوات 3.1.5 - 3.1.16 من الإرشادات صمام ثنائي النشرة.

5. أضف التحميل

1. تدفق الضغط والطول الموجي
   1. متوسط ​​البيانات التي تم جمعها لكل من الطول الموجي جمعها، أي ضغط الأبهر (AP)، الضغط البطيني (VP)، ومعدل التدفق (Q).
   2. لكل مجموعة من صمام (البوليمر، الخنزيري نصمام الأبهر اطر النسبية وثنائي النشرة)، رسم AP المقابلة، نائب الرئيس وس مقابل علاقات الوقت على نفس المؤامرة.
   3. لAP، ركب العادي، صمام الأبهر الأم ^18، وثنائية النشرة الاصطناعية صمام ¹⁹ المؤامرات من الأدب لأغراض التحقق من الصحة.
2. مقاييس الهيدروديناميكية
   1. لكل صمام اختبار، يجب أن يتم حسابها المقاييس الهيدروديناميكية التالية: أ) انتقل تدفق هبوط الضغط والحد الأقصى لضغط transvalvular (TVP)، ب) جذر الأبهر يعني مربع (RMS) معدل التدفق إلى الأمام، ج) تدفق إلى الأمام الأبهر، الختام، تسرب وبلغ حجم قلسي، د) صمام نهاية منطقة فوهة (EOA)، ه) بطريق الأبهر إلى الأمام تدفق، مكابح والتسرب ومجموع الخسائر الطاقة.
      1. يتم احتساب تدفق إلى الأمام انخفاض الضغط من قراءات TVP ويمكن تصنيفها إلى 3 فترات زمنية، P: الفاصل الزمني الذي يبدأ وينتهي مع 0 TVP، F: فاصل مع تدفق إلى الأمام وH: الفاصل الزمني بدءا 0 TVP وتنتهي مع 0 التدفق. أقصى TVP هو أماهximum التدرج الضغط سجلت عبر الصمام الأبهري من والبطين قراءات ضغط.
      2. معدل التدفق إلى الأمام RMS (Q _RMS) يوفر متري مفيدة لقياس حجم معدل التدفق إلى الأمام على النحو التالي:
         
         حيث 'ن' هو العدد الإجمالي من النقاط الزمنية التي تم جمعها، 'س _ط' هو قياس معدل التدفق الفوري جمعها من أجل 'أنا'.
      3. يتم احتساب كميات من الأبهر إلى الأمام، إغلاق والتسرب على أساس فترات الزمنية التالية، إلى الأمام: بداية تدفق إلى الأمام من خلال صمام (ر _س)، إلى نهاية تدفق إلى الأمام (ر _1)؛ الإنتهاء: من ر ₁ حتى المثيل من إغلاق صمام (ر _2)؛ التسرب: من ر ₂ حتى نهاية دورة القلب (T _3). اجمالى حجم قلسي هو ببساطة مجموع كلوسجي وكميات التسرب.
      4. وEOA استنادا إلى خصائص الدم يمكن حسابها لل3 فترات، P، F و H من TVP يعني خلال كل هذه الفترات إلى ^20:
         
      5. يتم تعريف الفاقد من الطاقة على النحو التالي ^(21):
         

النتائج

وتظهر تدفق ممثل والطول الموجي الضغط في أرقام 3 و 4 و 5. وبلغ متوسط ​​المؤامرات على حجم عينة من الصمامات اختبار لكل مجموعة، والذي كان، ن = 5، 4، و 2 صمامات للبوليمر، الخنزيري الأصلية والجماعات ثنائي النشرة، على التوالي. يتم عرض المقاييس الهيدر?...

Discussion

في هذه الدراسة، وقد أثبتنا فائدة تعديل وحدة الناسخ نابض المتاحة تجاريا لاستيعاب هندستها صمام ثلاثي النشرة بحيث يمكن أن يؤديها أن التجارب الهيدروديناميكية من البوليمر وصمامات الخنازير الأم. وتحديدا في حالتنا، كان النظام المعدل قلب اليسار ViVitro ونظام محاكاة النظامية ...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Pump	ViVitro Labs		http://vivitrolabs.com/products/superpump/
Flow Meter and Probe	Carolina Medical	Model 501D	http://www.carolinamedicalelectronics.com/documents/FM501.pdf
Pressure Transducer	ViVitro Labs	HCM018
ViVitro Pressure Measuring Assembly	ViVitro Labs	6186
Valve holder	WB Engineering		Designed by Florida International University. Manufactured by WB Engineering
Pulse Duplicator	ViVitro Labs	PD2010	http://vivitrolabs.com/wp-content/uploads/Pulse-Duplicator-Accessories1.pdf
Pulse Duplicator Data Acquisition and Control System, including ViViTest Software	ViVitro Labs	PDA2010	http://vivitrolabs.com/products/software-daq
Porcine Hearts and Native Aortic Valves	Mary's Ranch Inc
Bi-leaflet Mechanical Valves	Saint Jude Medical		http://www.sjm.com/
High Vacuum Grease	Dow Corning Corporation		http://www1.dowcorning.com/DataFiles/090007b281afed0e.pdf
Glycerin	McMaster-Carr	3190K293	99% Natural 5 gal
Phosphate Buffered Saline (PBS)	Fisher Scientific	MT21031CV	100 ml/heart
Antimycotic/Antibiotic Solution	Fisher Scientific	SV3007901	1 ml in 100 ml of PBS/heart; 20 ml for ViVitro System
NaCl	Sigma-Aldrich	S3014-500G	9 g/L of deionized water
Deionized Water	EMD Millipore Chemicals		Millipore Deionized Purification System. 1.3 L for ViVitro System, 200 ml for heart valve dissection process