פרוטוקול להערכה הידרודינמית יחסית של הפולימר שסתום Tri-עלון

Summary

יש התעניינות מחודשת בפיתוח מסתמי פולימרים. כאן, המטרות הן כדי להוכיח את ההיתכנות של שינוי מעתק דופק מסחרי כדי להתאים לגיאומטריות תלת עלון ולהגדיר פרוטוקול להציג נתונים הידרודינמית סתום פולימר בהשוואה לנתונים שסתום ילידים ותותבים שנאספו בתנאים כמעט זהים.

Abstract

מגבלות של שסתומים זמינים כרגע תותבים, xenografts וhomografts יש הנחיה התעוררות האחרונה של התפתחויות באזור בשלושה עלון פולימר שסתום תותב. עם זאת, זיהוי של פרוטוקול להערכה ראשונית של פונקציונליות הידרודינמית סתום פולימר הוא בעל חשיבות עליונה במהלך השלבים המוקדמים של תהליך התכנון. מסורתי במערכות מבחנה דופק מעתק אינו מוגדרים כדי להכיל חומרים תלת עלון גמישים, בנוסף, הערכה של תפקוד המסתם פולימר צריך להיעשות בהקשר ביחס למסתמי לב מקומיים ותותבים בתנאי בדיקה זהים, כך ששונות במדידות משונים ניתן להימנע ממכשירים. בהתאם לכך, אנו נערכים הערכה הידרודינמית של i) דו עלון n, D = 23 מ"מ הילידים (n = 4, כלומר קוטר, D = 20 מ"מ), ii) מכאני (= 2) ו-III) פולימר שסתומים (N = 5, D = 22 מ"מ) באמצעות השימוש במערכת מעתק דופק זמין מסחרי (מעבדות ViVitroInc, ויקטוריה, BC) שהותאמה לגיאומטריות סתום תלת עלון. שסתומי סיליקון Tri-עלון שפותחו באוניברסיטת פלורידה מורכבת שסתום קבוצת הפולימר. תערובת ביחס של גליצרין 35:65 למים הייתה בשימוש כדי לחקות תכונות פיסיקליות דם. קצב זרימה מיידי נמדד בממשק של החדר השמאלי ואב עורקי יחידות תוך לחץ נרשם בעמדות חדריות ואב העורקים. נתונים שסתום ילידים מהספרות דו עלון והיה בשימוש כדי לאמת את הזרימה ואת קריאות לחץ. את המדדים הבאים הידרודינמית דווחו: ירידה בלחץ זרימה קדימה, שורש האאורטה מתכוונת שיעור כיכר קדימה זרימה, סגירת אב העורקים, דליפה ונפח regurgitant, סגירת transaortic, נזילה והפסדי אנרגיה בסך הכל. נציג תוצאות הצביעו על כך שמדדים הידרודינמית מהשלוש הקבוצות שסתום יכולים להיות מושגת בהצלחה על ידי שילוב של הרכבה מותאמת אישית בנויה לתוך מערכת מעתק דופק זמינה מסחרי וsubsequentlY, באופן אובייקטיבי בהשוואה לספק תובנות על היבטים פונקציונליים של עיצוב שסתום פולימר.

Introduction

מחלה שסתום לב לעתים קרובות נובעת מהסתיידות ניוונית סתום ^{1, 2} קדחת שיגרון, דלקת פנים הלב ^3,4 או מומים מולדים מולדים. כאשר שסתום נזק מתרחש, גורם להיצרות ו / או צניחה של המסתם regurgitation ולא ניתן לתיקון בניתוח, שסתום היליד מוחלף בדרך כלל על ידי שסתום תותב. כרגע אפשרויות זמינות כוללות שסתומים מכאניים (שסתומים כלוב כדור, שסתומים דיסק הטיה, וכו '.), Homograft, ושסתומים bioprosthetic (חזירי ושסתומי שור). שסתומים מכאניים לעתים קרובות מומלצים לחולים צעירים המבוססים על העמידות שלהם, אך נדרש למטופל להישאר בטיפול נוגד קרישה למניעת סיבוכים טרומבוטיים ^5. שסתומים תותבים Homograft והביולוגיים היו בחירות יעילות, כדי למנוע טיפול מדלל דם, עם זאת, יש שסתומים האלה סיכון גבוה לסיסטיק, הסתיידות, ניוון, וסיבוכי immunogenic המובילים לכישלון שסתום ⁶. שסתומי רקמות מהונדסים הם נחקרים כטכנולוגיה מתפתחת ^7-9, אבל הרבה עדיין לא נחשף. שסתומים אלטרנטיביים עמידים, תותבים ביולוגית, יש צורך לשפר את איכות החיים של חולים במחל שסתום הלב. שוב, עיצוב זה יכול להחליף שסתום bioprosthesis השתמש בטכנולוגיה שסתום Transcatheter ב, עם גישות transcatheter מראות את הפוטנציאל להפיכת הטיפול בחולים עם מחלת נבחרו סתום לב ^10.

כאמור על ידי סטנדרטים הנוכחיים, שסתום לב תחליף מוצלח צריך את מאפייני ביצועים הבאים: "1) מאפשר זרימה קדימה עם טיפת הבדל בלחץ ממוצעת קטנה מקובל, 2) מונע זרימת מדרדר עם regurgitation הקטן מקובל; 3) מתנגד אמבוליזציה; 4) מתנגד המוליזה; 5) מתנגדת היווצרות פקיק; 6) היא ביולוגית; 7) תואמת בטכניקות אבחון vivo; 8) הוא תוצר ומושתל ביעדאוכלוסייה; 9) נשארת קבוע להציב פעם אחת; 10) יש רמת רעש מקובלת; 11) יש פונקציה לשחזור; 12) שומרת על הפונקציונליות שלו לכל חיים סבירים, עולה בקנה אחד עם המעמד הגנרית שלה; 13) שומר על פונקציונליות ועקרותיה למדף סביר חיים לפני ההשתלה. ^"11. חלק מהחסרונות של תותבות סתום קיימות פוטנציאלי עלול להיות להתגבר על ידי שסתום פולימר. פולימרים ביולוגית כבר נחשבו מועמדים מובילים מבוססים על biostability, אנטי הידרוליזה, אנטי חמצון, ומאפייני יתרון מכאניים כגון חוזק גבוה וviscoelasticity. בפרט, פולימרים אלסטומרי עשויים לספק עיוות חומר דומה לדינמיקה שסתום ילידים. ניתן להתאים אלסטומרים לחקות תכונות של רקמות רכות, והם עשויים להיות חומרים המלאכותיים בלבד שאינם זמינים ביו סובלני ושיכולים לעמוד בשילוב, in vivo, לחצים הנגרם נוזל, כפיפה ומתיחה, ובכל זאת, לעבור באופן דומה בריאים,תנועת שסתום ילידים. יתר על כן, אלסטומרים יכולים להיות מיוצר בייצור המוני במגוון רחב של גדלים, המאוחסנים בקלות, צפויים להיות מכשירים חסכוניים ויכול להיות מוגבר מבני עם חיזוק סיבי.

הרעיון של שימוש בחומרים פולימריים להרכיב שסתום תלת עלון אינו חדש וכבר את הנושא של כמה חקירות מחקר במשך ¹² השנים האחרונות 50, שננטשו במידה רבה בשל עמידות שסתום מוגבלת. עם זאת, עם כניסתו של שיטות ייצור חדשניות ^13,14, חיזוק חומרים פולימריים ^15,16 ואינטגרציה חלקה של פוטנציאל תחליפי שסתום פולימר עם טכנולוגיית המסתם Transcatheter, חל לאחרונה התעניינות מחודשת ובפעילות בפיתוח מסתמי פולימר כמו פוטנציאל חלופה לשסתומים מסחריים זמינים כרגע. באור זה, פרוטוקול המאפשר בדיקה של שסתומים אלה כדי להעריך פונקציונלי הידרודינמית הוא הצעד הראשוןבתהליך ההערכה, ובכל זאת מערכות סימולטור דופק זמינות מסחרי בדרך כלל אינן מצוידות כדי להכיל את עיצובי שסתום תלת עלון ותכלנה מרווח טבעתי להכניס מסתמי לב זמינים מסחרי (דיסק הטיה, מסתמי לב מכאניים כגון דו עלון). שנית, שסתומי פולימר הם טכנולוגיה מתפתחת שהידרודינמיקה ניתן להעריך רק בהקשר יחסי. למרות לחץ שסתום לב האם וזרימת הנתונים זמין, חשוב לבצע בדיקה של שסתומים חזירי אבי העורקים ילידים, שהם בחינה ביולוגית דומים לשסתומי אדם, תוך שימוש באותה סימולטור pulsatile המשמש כדי להעריך את שסתומי הפולימר כך שדין וחשבון על הבדלי מדידה שעשויה להיות מערכת תלויה. לפיכך, מטרתו של מחקר זה הייתה כדי להדגים כיצד ניתן להתקין סימולטור דופק זמין מסחרי עם הרכבה כדי להכיל את מבני שסתום תלת עלון ולהעריך באופן שיטתי מדדים הידרודינמית סתום פולימר בהמשך יחסישלוחה בהשוואה לעמיתיהם שסתום לב חזירי מכאניים וילידים. במקרה שלנו, שסתומים פולימר סיליקון תלת עלון חדשני שפותח בעבר באוניברסיטה של פלורידה ¹³ היוותה את קבוצת סתום הפולימר.

Protocol

1. הכנה

1. לעצב ולייצר הרכבה כדי להכיל גיאומטריה סתום תלת עלון. זה יהיה במינימום כולל בעל שסתום לתפר, בעלונים שסתומים וצינור לבית בעל השסתום ואבזרים מסביב כדי לחזק את המערך על מערכת מעתק הדופק. במקרה שלנו, אנחנו מנוצלים מערכת מעתק דופק זמינה מסחרי זמינה מViVitro מעבדות Inc (ויקטוריה, BC). עיצוב בעל שסתום, כמו גם תצורות הרכבה לפני ואחרי מתוארים באיור 1.
2. כל הלולאה תצטרך להיות דרוכה לפני השימוש. זה כולל שני שלבים: א) ניקוי של מערכת הלולאה כולו באמצעות תמיסת סבון ומים, ובכלל זה החלפה של כל צינורות מושפלים לפני השימוש ושני) כיול של מכשירים המחוברים ללולאה, כלומר המשאבה בשימוש, הבדיקה הזרימה, ו מתמר הלחץ (בדרך כלל נמדד במקומות פרוזדורים, אבי העורקים וחדרית). כיול יכול initially להתבצע באמצעות תמיסת מלח 1% ויש לחזור לפני השימוש אנלוגי דם פתרון גליצרין.

2. שסתום אבי העורקים Dissection שפת אם

1. השג 4 לבבות חזיר טריים עם אב העורקים ללא פגע ממשרד החקלאות האמריקאי אישר בית שחיטה (טיפול בבעלי חיים מוסדיים וייתכן שיידרש שימוש באישור הוועדה (IACUC)). במקרה שלנו, פרוטוקול הנתיחה שלנו אושר על ידי IACUC באוניברסיטת פלורידה אינטרנשיונל (מספר פרוטוקול אישור: 11-020). יש לשטוף עם מים deionized לב ולמקם אותו בקיבול מלא ב1% פוספט antimycotic / אנטיביוטיקה וסטרילי שנאגרו פתרון (PBS) מלוח ותחבורה על קרח למעבדת הבדיקה הידרודינמית.
2. הנח לבבות במחבת לנתח ולהסיר את קרום הלב בזהירות. מקם את הלב באופן שצד הגחון הוא פונה אליך. ראייה לבדוק ולזהות את ארבעת חדרי הלב ולאתר את קשת אב העורקים באב העורקים ללא פגע.
3. הפרד את הלב לתוך TWo חצאים על ידי חיתוך לרוחב אופקי בכ 0.75 בהמשך annulus, כלומר המפגש בין אב העורקים והחדר השמאלי. לבודד את אב העורקים ללא פגע עדיין מחוברים לקטע רקמת חדר שמאל בזהירות.
4. בדוק את שסתום אב העורקים ממוקם בשורש אב העורקים, באזור שבין אב העורקים עולים וannulus נמוך יותר, על מנת להבטיח שאין נזק או שום סימנים של הסתיידות.
5. פיצול אב העורקים ב~ 1 במעל annulus ולהפריד את קטע רקמת חדר השמאל מתחת annulus לבודד את שסתום אב העורקים (איור 2 א).

3. פולימר ותהליך תפירת Valve שפת אם

1. הנח בתוך מחזיק הסתום כזה שבסיסו של כל שסתום מתיישר עם הבסיס של בעל ההודעה שסתום הלב. לאבטח את השסתום במקום בכל הודעה באופן זמני עם מהדק נייר, אבל להיזהר שלא לפגוע בcommissures או cusps.
2. הכנס את התפר במחט. בגין תפירה בתחתיתו של בעל השסתום על ידי העברת המחט דרך החור הראשון, מבחוץ לבפנים כזה שהמחט עשויה להיות משך בקלות מתחתית. בצורה לולאה, להתחיל תפירת הסתום אנכי את הודעותיו של בעל השסתום.
3. התקדמות עם תפירה (איור 2b) לאורך היקפו של בעל ומאובטח עם תפר נוסף מסביב לקצוות את הודעות בעל. מהדקי נייר (איור 2 ג) ניתן להסיר כאשר השסתום הוא מאובטח לחלוטין באמצעות תפרים ל3 הודעות ובהיקפו של בעל השסתום (איורים 2 ו 2 ה).

4. הערכה הידרודינמית

הערה: פרוטוקול בפועל ישתנה בהתאם למערכת מעתק דופק ספציפית שבשימוש. כל המידע caontained שימוש במסמך ViVitro דופק מעתק Sysytem (ViVitro Labs, Inc, ונקובר, לפני הספירה).

1. va Bi-עלוןLVE
   1. הגדר את קצב לב של מערכת מעתק דופק ל 70 פעימות / דקה.
   2. בחר צורת גל זרימה לנהוג משאבה (במקרה של מערכת ViVitro צורת גל S35 נבחרה לכל הבדיקות הידרודינמית). צורת גל מסוימת מנוצל בניסויים שלנו באה לידי ביטוי בLim et al. (2001) ^17.
   3. הפעל מגבר ובוכנת משאבה. להתחמם במשך 15 דקות.
   4. שסתום מקום דו עלון (איור 2F) בעמדה של אב העורקים.
   5. גריז ואקום למרוח על כל צמתים של המכשיר שבו יכולים להתרחש דליפות.
   6. יוצקים גליצרין / נוזל מלוח בתא פרוזדורים. שים לב שמערכת מעתק pulsatile פועלת על 2 ליטר של נוזל עם: 35% / 0.7 ליטר גליצרין ו65% / 1.3 ליטר של תמיסת מלח. תמיסת מלח מוכנה באמצעות מלח רגיל מומס היטב במי deionized בריכוז של 9 מ"ג / מ"ל ​​(משקל / נפח).
   7. הפעל את מתמר הזרימה שהושם בעמדה של אב העורקים.
   8. כיול הדואר משאבה.
   9. להמשיך עם כיול מתמר הזרימה ואחריו את מתמרי לחץ. בדומה למשאבה, פשוט בצע את ההוראות שניתנו על ידי תוכנת ViVitest (ViVitro מעבדות Inc) עבור כל זרימה ולחץ תחת הלשונית לכייל.
   10. ברגע שהכיול הושלם, תתחיל את המשאבה בסל"ד נמוך עד שהנוזל ממלא את תא אב העורקים. לבדוק אם קיים דליפה. השתמש בגריז ואקום נוסף במידת צורך.
   11. הפעל את שני Stop-זין (אב העורקים ומתמר חדרית) כדי לפתוח את העמדה.
   12. הגדל סל"ד של המשאבה עד נפח הפעימה מגיע 80 מ"ל / פעימה.
   13. לאפשר למערכת לרוץ במשך 10 דקות עד שהזרימה התייצבה. ייצוב זרימה יכול להיות מאומת על ידי התבוננות על הזרימה ולחץ גל מוצגת במסך. וריאציה אף נמוכה בין המחזורים היא אינדיקטור טוב לייצוב מערכת.
   14. בתוכנת ViVitest בחר לרכוש מצב.
   15. לחץ על לאסוף 10 מחזורים.
   16. מהמצב לנתח, גללקק על שולחן ולשמור את הקובץ. גם לשמור תמונה של צורות הגל באמצעות אפשרות צילום בצמד ViVitest.
2. שסתומי ילידים ופולימר
   1. לשסתומי פולימר ושל בעלי חיים, בצע את אותם צעדים 3.1.1 - 3.1.3 מהוראות הסתום דו העלון.
   2. הנח את בעל השסתום עם שסתום sutured בתוך שפופרת הזכוכית מההרכבה בהתאמה אישית. כריך הצינור עם חתיכות ובטוחות במקום-עם ברגים ואומים לרוחב העליונים ותחתונה.
   3. הרכבה מקום בין תא אב העורקים והמסתם האאורטלי בעל המקורי.
   4. המשך עם צעדים 3.1.5 - 3.1.16 מהוראות הסתום דו העלון.

5. לאחר העיבוד

1. זרימה וצורות גל לחץ
   1. ממוצע הנתונים שנאספו לכל אחת מהצורות גל אסף, לחץ כלומר אב העורקים (AP), לחץ חדרית (סמנכ"ל), וקצב זרימה (ש ').
   2. לכל קבוצה של שסתום (פולימר, חזירי nשסתום אב העורקים ative ודו עלון), העלילו AP המקביל, סמנכ"ל וQ לעומת יחסי זמן על אותו המגרש.
   3. לסוכנות ידיעות AP, להרכיב רגיל, שסתום אב העורקים ילידים ^18, ודו עלון תותב שסתום ¹⁹ חלקות מהספרות למטרות אימות.
2. מדדים הידרודינמית
   1. עבור כל שסתום נבדק, את המדדים הידרודינמית הבאים צריכים להיות מחושב: ירידה) קדימה זרימת לחץ ולחץ transvalvular מרבי (TVP), ב) שורש האאורטה מתכוון שיעור המרובע (RMS) קדימה זרימה, ג) אב העורקים זרימה קדימה, סגירה, דליפה ונפח כולל regurgitant, ד) שטח פתח שסתום הסוף (EOA), ה) transaortic קדימה זרימה, סגירה, דליפה והפסדי אנרגיה בסך הכל.
      1. קדימה טיפת זרימת לחץ מחושבת מקריאות TVP ויכולה להיות מסווג לתוך 3 מרווחי זמן, P: מרווח שמתחיל ומסתיים עם 0 TVP, F: מרווח עם זרימה וH קדימה: מרווח מתחיל עם 0 TVP וכלה בזרימה 0. מקסימום TVP הוא מאמפל לחץ ximum נרשם על פני שסתום אב העורקים ומקריאות לחץ חדריות.
      2. קצב הזרימה קדימה RMS (ש _RMS) מספק מדד שימושי לכימות ההיקף של קצב זרימה קדימה כדלקמן:
         
         איפה 'נ' הוא המספר הכולל של נקודות זמן שנאסף, "ש _לי 'היא מדידת קצב הזרימה המיידית נאספה במטרה" אני ".
      3. כרכי אב העורקים קדימה, סגירה וזליגה מחושבים בהתבסס על המרווחים הבאים בזמן, קדימה: תחילתה של זרימה קדימה דרך השסתום (t _O), ועד סוף הזרימה קדימה (t _1); סגירה: מ ₁ עד t למשל סגירה של שסתום (לא _2); דלף: מלא ₂ עד סוף מחזור הלב (לא _3). נפח regurgitant כולל הוא פשוט הסכום של קלוing וכרכי זליגה.
      4. EOA מבוסס על מאפייני דם ניתן לחשב עבור 3 מרווחים, P, F ו-H מTVP הממוצע בכל אחת מתקופות אלה ^כ20:
         
      5. הפסדי אנרגיה מוגדרים כדלקמן ^21:
         

תוצאות

זרימת נציג וגל לחץ מוצגים ב 3 דמויות, 4 ו -5. את המגרשים בממוצע לכל גודל המדגם של שסתומים נבדקו עבור כל קבוצה, מה שהייתה, N = 5, 4, ו 2 שסתומים לפולימר, חזירי יליד וקבוצות דו עלון, בהתאמה. את המדדים הידרודינמית הממוצע וסטיית ההתקן של הממוצע לגדלים לדוגמה אלה ?...

Discussion

במחקר זה, אנו הוכחנו את התועלת של שינוי יחידת מעתק pulsatile זמין מסחרי כדי להתאים לגיאומטריות סתום תלת עלון כך שניתן לבצע בדיקות הידרודינמית של פולימר ושסתומים חזיריים ילידים. באופן ספציפי במקרה שלנו, המערכת השונה היה מערכת סימולטור מערכתית (איור 1 א) נשלטה באמצ...

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