Tri-broşür Polimer Vanalar göreceli hidrodinamik Değerlendirme Protokolü

Özet

Polimer vanalar gelişmekte olan ilgi yenilendi. Burada, hedefleri üç-broşür geometrileri karşılamak için ve yakın-aynı koşullar altında toplanan yerli ve protez kapak verilerine göre polimer kapak hidrodinamik veri sunmak için bir protokol tanımlamak için ticari bir darbe teksir değiştirme fizibilite göstermek için vardır.

Özet

Mevcut protez, xenografts ve homogreftler sınırlamaları üç-broşür polimer kapak protezi alanında gelişmeler son dirilişi yol açmıştır. Ancak, polimer kapak hidrodinamik işlevsellik ilk değerlendirme için bir protokol belirlenmesi tasarım sürecinin erken aşamalarında çok önemlidir. In vitro darbe teksir sistemlerinde Geleneksel esnek tri-broşür malzemeleri karşılamak için yapılandırılmamış, buna ek olarak, polimer kapak işlevsellik değerlendirmesi aynı test koşullarında yerli ve protez kalp kapakçığı için göreli bir bağlamda yapılması gereken o kadar farklı gelen ölçümlerde değişkenlik araçlar önlenebilir. Buna göre,)) yerel (n = 4, ortalama çapı, D = 20 mm), ii) iki-broşür mekanik (n = 2, K = 23 mm) ve III I hidrodinamik değerlendirmesi yapılmıştır polimer kapaklar (n = 5, D, bir ticari olarak temin edilebilen darbe teksir sisteminin kullanımı ile = 22 mm) (ViVitro LabsA.Ş., Victoria, BC) bu üç-broşür kapak geometrileri karşılamak için güncellenmiştir. Florida Üniversitesi'nde geliştirilen Tri-broşür silikon vanalar polimer valf grubunu oluşturdu. Su 35:65 gliserin oranındaki bir karışımı, kan fiziksel özelliklerini taklit etmek için kullanıldı. Basınç ventriküler ve aort pozisyonlarda olurken, anlık akış hızı, sol ventrikül ve aort birimlerinin arayüz ölçülmüştür. Bi-broşür ve literatür doğal kapak veri akışı ve basınç okumaları doğrulamak için kullanıldı. Aşağıdaki hidrodinamik ölçümler bildirilmiştir: ileri akış basınç düşüşü, aort kökü kare ileri akış hızı, aort kapanış, kaçak ve yetersizlik hacmi, transaortik kapanış, kaçak ve toplam enerji kayıpları anlamına gelir. Temsilcisi sonuçları üç valf grupları hidrodinamik ölçümleri başarılı bir ticari darbe teksir sistemi ve subsequentl bir özel yapılmış montaj dahil ederek elde edilebileceğini belirttiy, objektif polimer kapak tasarımı fonksiyonel yönleri üzerinde anlayış sağlamak göre.

Giriş

Kalp kapak hastalığı genellikle dejeneratif kapak kalsifikasyonu ^1, romatizmal ateş ^2, endokardit ^3,4 veya konjenital doğum kusurları kaynaklanır. Kapak hasarı darlığı ve / veya yetersizliği kapak prolapsusu ve cerrahi tamir edilemez neden oluştuğunda, doğal kapak genellikle protez kapak ile değiştirilir. Şu anda mevcut seçenekleri mekanik vanalar (kafes-vanaları, devirme disk vanalar, vb.), Homogreft ve biyolojik kapakların (domuz ve sığır vanalar) içerir. Mekanik vanalar genellikle dayanıklılık dayalı genç hastalar için tavsiye edilir, ancak hastanın trombotik komplikasyonlar ⁵ önlemek için antikoagülan tedavisi olmaya devam etmelidir. Homogreft ve biyolojik protez kan inceltici tedavi önlemek için etkin seçimler olmuştur, ancak bu vanalar fibrozis için yüksek risk, kalsifikasyon, dejenerasyon, ve valf arızası ⁶ yol açan immünojenik komplikasyonlar. Doku mühendisliği vanaları gelişmekte olan bir teknoloji ^7-9 olarak araştırıldı, ama çok hala ortaya gerekmektedir edilmektedir. Alternatif dayanıklı, biyo-uyumlu, protez kalp kapak hastalığı hastaların yaşam kalitesini artırmak için ihtiyaç vardır. Yine, bu valf tasarımı kalp hastalığı kapak ¹⁰ ile seçilen hastaların tedavisinde dönüştürülmesi için potansiyel gösteren transkateter yaklaşımlarla transkateter valf teknolojisi kullanılan biyoprotez yerini alabilir.

Gibi mevcut standartlara belirttiği, başarılı bir kalp kapağı yerine aşağıdaki performans özelliklere sahip olmalıdır: "1) kabul edilebilir küçük ortalama basınç farkı düşüşü ile akış ileri sağlar; 2) kabul edilebilir küçük yetersizliği olan retrograd akışını engeller, 3) embolizasyon direnir;) 4 direnir hemoliz, 5) trombüs oluşumuna karşı dayanıklıdır; 6) biyouyumlu, 7) in vivo tanı teknikleri ile uyumludur; 8) hedef teslim ve implante edilebilir birnüfus, 10) kabul edilebilir bir gürültü seviyesi vardır;, 9) kez yer sabit kalır 11) tekrarlanabilir fonksiyonu vardır; 12), makul bir ömür boyu işlevselliğini tutar genel sınıf ile uyumlu, 13) makul bir raf için işlevselliği ve kısırlık korur implantasyon öncesinde hayat. ^"11. Mevcut kapak protezi eksikliklerin bazıları potansiyel bir polimer vana ile üstesinden olabilir. Biyouyumlu polimerler biyo, anti-hidroliz, anti-oksidasyon ve gibi avantajlı mekanik özelliklerine göre üst aday olarak kabul edilmiştir , yüksek mukavemetli ve viskoelastisite. Özellikle, elastomerik polimerler Elastomerler yumuşak doku özelliklerini taklit etmek için uygun olabilir. doğal kapak dinamikleri benzeyen malzeme deformasyon sağlayabilir, ve biyo-hoşgörülü ve birleştirilmiş dayanabilir mevcut tek yapay malzemeler olabilir in vivo olarak, akışkan ile indüklenen, bükülme ve gerilme, ancak sağlıklı, benzer bir şekilde hareketdoğal kapak hareket. Ayrıca, elastomer seri üretim kolaylıkla saklanan boyutlarda, çeşitli, maliyet-etkin cihazlar olması bekleniyor ve yapısal lifli takviye ile artar olabilir olabilir.

Bir tri-broşür kapak monte polimer malzemelerin kullanımı kavramı yeni bir şey değil ve sınırlı kapak dayanıklılığı nedeniyle büyük ölçüde terk edildi, son 50 yılda ¹² üzerinde çeşitli araştırma soruşturma konusu olmuştur. Ancak, yeni üretim yöntemleri ^13,14 gelişine, polimer malzemelerin ^15,16 ve transkateter valf teknolojisi ile polimer kapak yerine potansiyel kesintisiz entegrasyon takviye, son bir potansiyel olarak polimer vanalar gelişmekte olan yenilenmiş bir ilgi ve faaliyet olmuştur mevcut ticari vanaları için alternatif. Bu açıdan, hidrodinamik işlevselliğini değerlendirmek için bu vanalar test etkinleştirmek için bir protokol ilk adımdırdeğerlendirme sürecinde; henüz ticari darbe simülatörü sistemleri genellikle üç-broşür kapak tasarımları karşılamak için donatılmıştır ve ticari kalp kapakçıkları (örneğin devirme disk, iki broşür mekanik kalp kapakçığı) eklemek için dairesel bir boşluk içermez. İkinci olarak, polimer vanalar olan hidrodinamik sadece göreceli bir bağlamda değerlendirilebilir gelişmekte olan bir teknolojidir. Doğal kalp kapak basınç ve akış veri mevcut olmasına rağmen, bunun için hesap şekilde polimer vanalar değerlendirmek için kullanılan aynı pulsatil simülatörü kullanarak, insan vanalar için biyolojik olarak benzer yerli aort domuz vanalar, test yapmak için önemlidir sistem bağlı olabilir ölçüm farklılıkları. Bu nedenle, bu çalışmanın amacı, piyasada bulunan darbe simülatörü tri-broşür kapak yapıları karşılamak için ve sistematik bir göreceli devam polimer kapak hidrodinamik ölçümleri değerlendirmek için bir montaj ile donatılmış nasıl göstermektidahili mekanik ve doğal domuz kalp kapak meslektaşları ile karşılaştırıldığında. Bizim durumumuzda, yeni üç-broşür silikon polimer vanalar önce polimer valf grubu oluşan Florida ¹³ Üniversitesi'nde geliştirdi.

Protokol

1. Hazırlık

1. Tasarım ve tri-broşür valf geometri karşılamak için bir montaj imal. Bu en azından kapakçık dikiş-in için bir vana tutucu ve darbe teksir sistem üzerine düzeneğini sabitlemek için valf tutucu ve çevresindeki aksesuarlar ev için bir tüp içerir. Bizim durumumuzda, biz ViVitro Labs Inc (Victoria, BC) edinilebilir bir ticari darbe teksir sistemi kullanılmaktadır. Vana sahibi tasarım hem de öncesi ve sonrası montaj konfigürasyonları Şekil 1'de gösterilmiştir.
2. Tüm döngü önce kullanım astarlanmalıdır gerekir. Bu iki adımdan oluşur: i) kullanmadan önce herhangi bir bozulmuş boruların değiştirilmesi ve ii) döngü bağlı araçlar kalibrasyon, yani pompa kullanılan, akış probu dahil olmak üzere sabun çözeltisi ve su kullanarak tüm döngü sistemin temizlik ve basınç dönüştürücüler (genellikle atriyal, aort ve ventriküler yerlerde ölçülen). Kalibrasyon init olabilirially% 1 tuz çözeltisi kullanılarak gerçekleştirilebilir ve önceden kan analog gliserin çözeltisi kullanılarak tekrar edilmelidir.

2. Yerli Aort Kapak Diseksiyon

1. Bir USDA onaylı mezbaha (Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Kurulu (IACUC) onayı gerekli olabilir) sağlam aorta ile 4 taze domuz kalpleri edinin. Bizim durumumuzda, bizim diseksiyon protokol Florida International University (: 11-020 Protokol Onay Numarası) de IACUC tarafından onaylanmıştır. Deiyonize su ile kalp durulayın ve hidrodinamik test laboratuvara buz üzerinde serum fizyolojik (PBS) çözümü ve ulaşım tamponlu% 1 antibiyotik / antimikotik ve steril fosfat ile dolu bir kap yerleştirin.
2. Bir diseksiyon tavada kalpleri yerleştirin ve dikkatli bir şekilde perikard çıkarın. Ventral yüzü size bakacak şekilde kalp yerleştirin. Görme incelemek ve kalbin dört odaları belirlemek ve sağlam aort üzerindeki arkus bulun.
3. Tw içine kalp ayırıno halka altında yaklaşık 0.75 yatay olarak kesen tarafından yarıya, aort ve sol ventrikül arasındaki birleşme yani. Dikkatle hala sol ventrikül doku kademeli bağlanmış sağlam aort izole edin.
4. Herhangi bir hasar ya da kalsifikasyon herhangi bir işaret var sağlamak aort kökü, aort ve alt halka arasındaki bölgede, bulunan aort kapak inceleyin.
5. Halka yukarıda ~ 1 aort bölünmüş ve aort kapak (Şekil 2a) izole etmek için halka aşağıdaki sol ventrikül doku segmentinde ayrı.

3. Polimer ve Yerli Vana dikilmesi Süreci

1. Her bir valf baz sonrası yuvasının taban ile aynı hizaya gelecek şekilde, valf yuvasındaki kalp kapak yerleştirin. Bir ataş ile geçici olarak her yazının yerinde vana Güvenli, ama commissures veya başlangıç ​​çizgileri zarar vermemeye dikkat edin.
2. Içinde dikiş takıniğne. Dışarıdan iğnesi kolayca altından çekilmiş olabilir içinde bu tür için, ilk delik içinden geçen iğne tarafından valf tutucusunun alt dikiş başlayın. Bir döngü şekilde, dikey olarak vana sahibinin mesajları kadar vana dikiş başlar.
3. Tutucu ve tutucu mesajların ipuçları etrafında ek sütür ile güvenli çevresi boyunca dikiş (Şekil 2b) ile ilerleme. Valf tamamen 3 mesaj ve valf yuvasını (Şekil 2D ve 2E) ve çevresinin sütür kullanılarak sabitlenir kağıt klip (Şekil 2c) çıkartılabilir.

4. Hidrodinamik Değerlendirme

Not: Gerçek kullanılan protokole özgü darbe teksir sistemine bağlı olarak değişir. Burada verilen tüm bilgiler ViVitro Darbe teksir Sysytem (ViVitro Labs, Inc, Vancouver, BC) kullanılır caontained.

1. Bi-broşür vaLve
   1. 70 atım / dk 'ya darbe teksir sisteminin kalp hızı ayarlayın.
   2. Pompa (ViVitro sistemi durumunda S35 dalga biçimi hidrodinamik tüm testler için seçildi) sürmek için bir akış dalga seçin. Deneylerde kullanılan belirli bir dalga biçimi Lim ve ark. (2001), ¹⁷ ile gösterilmiştir.
   3. Amplifikatör ve pistonlu pompa açın. 15 dakika kadar sıcak.
   4. Aort pozisyonda yer bi-broşür vanası (Şekil 2f).
   5. Sızıntıları oluşabilir cihazın tüm kavşak üzerinde smear vakum gres.
   6. Atriyal bölmesinde gliserin / tuzlu sıvı dökün. % 35 / 0.7 L gliserin ve tuzlu su çözeltisi% 65 / 1.3 L: pulsatil çoğaltıcı sistemi ile sıvı 2 L çalışır unutmayın. Tuzlu su çözeltisi 9 konsantrasyonunda iyonu giderilmiş su içinde iyi çözündürüldü tuzu kullanılarak hazırlanır mg / mL (ağırlık / hacim).
   7. Aort konumda olan akış dönüştürücü açın.
   8. Inci kalibree pompası.
   9. Basınç transdüseri ile takip akış transdüseri kalibrasyon ile devam edin. Benzer şekilde pompaya, sadece kalibre sekmesi altında her akış ve basınç için ViVitest yazılım (ViVitro Labs Inc) tarafından verilen talimatları izleyin.
   10. Kalibrasyon işlemi tamamlandıktan sonra sıvı aort bölmesi doldurur kadar, düşük devirde pompa başlar. Sızıntı olup olmadığını kontrol edin. Ek vakum gres gerekirse kullanın.
   11. Iki stop-musluklar (aort ve ventriküler dönüştürücüler) açık konuma getirin.
   12. Atım hacmi 80 ml / yendi ulaşana kadar pompanın devir artırın.
   13. Akış stabilize kadar sistem 10 dakika çalıştırmak için izin verir. Akış istikrar dalga ekranda görüntülenen akış ve basınç gözlemleyerek doğrulanabilir. Döngüleri arasındaki Düşük hiçbiri değişim sistemi istikrar iyi bir göstergedir.
   14. ViVitest yazılımında modu elde seçin.
   15. 10 döngü toplamak tıklayın.
   16. Analiz modu, cmasaya yalamak ve dosyayı kaydedin. Ayrıca ViVitest olarak fotoğraf ek bileşenini seçeneğini kullanarak dalga bir görüntü kaydedin.
2. Yerli ve Polimer vanalar
   1. 3.1.3 bi-broşür valf talimatlardan - polimer ve hayvan vanalar için, aynı adımları 3.1.1 izleyin.
   2. Özel yapılmış aksamından cam tüp içindeki dikildi valf ile vana tutucu yerleştirin. Üst ve alt parçaları ve yan vida ve somun ile yerinde güvenli ile sandviç tüp.
   3. Aort odası ve orijinal aort kapak tutucu tarihleri ​​arasında montaj.
   4. 3.1.16 bi-broşür valf talimatlardan - adım 3.1.5 ile devam edin.

5. İşleme sonrası

1. Akış ve Basınç Dalga Şekilleri
   1. Ortalama dalga toplanan, yani aort basıncı (AP), ventriküler basınç (VP) ve debi (Q) her biri için toplanan veriler.
   2. Her vana grubunun (polimer, domuz native aort kapak ve iki-broşür), ilgili AP, Başkan Yardımcısı ve Q karşı aynı arsa üzerinde zaman ilişkiler arsa.
   3. AP, normal, doğal aort kapak ¹⁸ ve doğrulama amacıyla literatürden bi-broşür protez kapak ¹⁹ araziler üst üste.
2. Hidrodinamik ölçümleri
   1. Test edilen her vana için, aşağıdaki hidrodinamik ölçümleri hesap edilmelidir: a) İleri akış basınç düşüşü ve maksimum transvalvüler basınç (TVP), b) aort kökü aort ileri akım, kapanış, kaçak kare (RMS) ileri akış hızı, c) ortalama ve toplam yetersizlik hacmi, d) valf orifis alanı (EOA), e) transaortik ileri akışı, kapanış, kaçak ve toplam enerji kayıpları.
      1. İleri akış basınç düşüşü TVP okumalarından hesaplanır ve 3 zaman aralıkları, P olarak kategorize edilebilir: ileri akışı ve H aralığı: aralığı 0 TVP ile başlayan ve 0 akışı ile biten 0 TVP, F ile başlar ve biter aralığı. Maksimum TVP maximum basınç farkı aort ve ventriküler basınç okumalarından vana karşısında kaydetti.
      2. RMS ileri debisi (Q _rms) aşağıdaki gibi ileri debi büyüklüğü ölçülmesi için yararlı bir metrik sağlar:
         
         'N' zaman noktalarının sayısı olduğu için 'i' toplanan anlık sarfiyat ölçümü olan 'Q _i', topladı.
      3. Ileri aort, kapanış ve kaçak hacmi İleri aşağıdaki zaman aralıklarında, temel hesaplanır: ileri akışı (t ₁₎ sonuna kadar vana (t _o), ileri akış başında; Kapanış: t ₁ örneği kadar kapak kapama (t _{2) ';} Kaçak: t ₂ kalp döngüsü (t ₃₎ sonuna kadar. Toplam yetersizlik hacmi sadece clos toplamıdıring ve kaçak hacmi.
      4. Kan özelliklerine göre EOA ²⁰ gibi söz konusu dönemlerin her sırasında ortalama JP gelen 3 aralıklarla, P, F ve H için hesaplanan:
         
      5. Enerji kayıpları aşağıdaki tabloda gösterildiği ²¹ olarak tanımlanır:
         

Sonuçlar

Örnek akış ve basınç dalga Şekiller 3, 4 ve 5'te gösterilmektedir. Araziler oldu her grup, için test vanaların örneklem büyüklüğü üzerinden ortalama edildi, n sırasıyla = 5, 4, ve polimer, yerli domuz ve iki broşür gruplar için 2 vana,. Ortalama hidrodinamik ölçümler ve bu örnek boyutları için ortalamanın standart hatası Tablo 1 'de sunulmaktadır.

Tartışmalar

Bu çalışmada, bir polimer ve doğal domuz valf bu hidrodinamik test gerçekleştirilir, böylece üç yaprakçık valf geometrileri karşılamak için ticari olarak satılan bir pulsatil teksir biriminin modifiye yarar göstermiştir. Özellikle bizim durumumuzda, sistem modifiye bir ViVitro sol kalp ve ViViTest veri toplama sistemi (ViVitro Systems, Inc, Victoria, BC, Kanada) ile kontrol sistemik simülatörü sistemi (Şekil 1a) oldu. Ancak, sistem tüm insan dolaşımı ^22-25 için öne...

Malzemeler

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