Штучний клапан серця - це пристрій для імплантації в серце пацієнта з патологією серцевих клапанів.
При захворюванні або дисфункції через патології розвитку одного з чотирьох клапанів серця рішенням по відновленню його працездатності може бути заміна природного клапана на його протез. Як правило, це вимагає операції на відкритому серці.
Клапани є невід'ємною частиною нормального фізіологічного функціонування людського серця. Природні клапани серця розвиваються в форми, які функціонально підтримують односпрямований потік крові з однієї камери серця в іншу.
Серед штучних клапанів серця виділяються механічні та біологічні конструкції. Співвідношення імлантірованних біоклапанов і механічних протезів в останні роки становить в світовій клінічній практиці 45% і 55% відповідно [1].
Механічні штучні клапани серця
Існуючі моделі механічних штучних клапанів серця можна розділити на пелюсткові і вентильні. Останні підрозділяються на осесиметричні (з поступальним рухом замикаючого елементу, поворотно-дискові і двостулкові) клапани і тристулкового (в ідеалі - полнопроточние) клапани.
Багаторічний (з кінця 1950-х років) світовий досвід застосування механічних протезів клапанів серця сформував наступні вимоги до них [2]:
- Механічна надійність протеза повинна забезпечувати довговічність його роботи протягом життя пацієнта.
- Гемодинамічні властивості протеза повинні бути близькі до природних і зберігатися в часі (потік повинен бути ламінарним. Замикаючий елемент повинен мати мінімальну інерційністю, регургітація на протезі не повинна бути вище, ніж у природних клапанів).
- Протез повинен бути біоінертними, не травмувати формені елементи крові. володіти мінімальним обсягом і масою.
- Протез повинен бути зручний для хірурга при імплантації в будь-яких анатомічних умовах.
- Тромборезістентность повинна виключати небезпеку розвитку тромбозу і тромбоемболії без використання антикоагулянтної терапії.
- Розміри і форма протеза не повинні погіршувати механіку серцевих скорочень.
- Повинен бути відсутнім шумовий дискомфорт від роботи протеза.
- Повинні бути гарантовані простота зберігання і стерильність протеза.
Пелюсткові клапан
Пелюсткові клапан своєю конструкцією найбільшою мірою імітують будова природних клапанів серця, але використовуються значно рідше протезів інших типів. По-перше, застарілі конструкції пелюсткових клапанів не використовуються через значно більшу ймовірність ускладнень (до повного руйнування клапана). Ризик виникнення ускладнень після імплантації сучасних пелюсткових клапанів значно нижче, але складність їх конструкції і необхідність використання дорогих матеріалів при виготовленні, роблять їх значно дорожче протезів інших конструкцій.
осесиметричні клапани
Відомі три групи осесиметричних штучних механічних протезів клапанів серця вентильного типу: клапани з поступальним рухом замикаючого елементу (кульові. Полушаровой, сочевицеподібні і ін.), Поворотно-дискові і двостулкові.
Всі ці протези мають однаковий принцип роботи і склад структурних елементів: замикаючий елемент, обмежувач руху цього елемента, а також пришивними манжету для фіксації протеза. Замикаючий елемент рухається пасивно в залежності від зміни тиску в серцевих камерах протягом серцевого циклу. Коли перед клапаном тиск перевищує тиск після нього, що замикає елемент відкривається, і кров протікає через клапан. При зворотному перепаді тиску замикає елемент перекриває прохідний отвір клапана й запобігає регургитацию крові.
Клапани з поступальним рухом замикаючого елементу
Клапан з поступальним рухом замикаючого елементу - протез, в якому замикаючий елемент у вигляді кулі, напівкулі, сочевиці, конуса. двоопуклою і увігнутою лінзи. диска під час діастоли притискається до сідла протеза і перешкоджає регургітації потоку крові в шлуночок серця. Під час систоли замикає елемент відходить до вершини обмежувача його ходу і кров вільно виходить з шлуночків.
Першим за часом створення і найбільш поширеним став кульовий клапан - протез, в якому замикаючий елемент був виконаний у вигляді кулі. Кульові клапани були найбільш поширені в 60-70 роках XX століття (кілька сотень тисяч імплантованих клапанів). Більш ніж тридцятирічні віддалені результати дозволяють використовувати кульові клапани в якості стандарту для оцінки протезів інших конструкцій.
Кульові клапани мають корпус з сідлом і пришивних манжетою, що замикає елемент у вигляді кулі, і обмежувачі ходу (стопи), пов'язані з корпусом. Під дією різниці тиску в серцевих камерах, розділених протезом, кульової елемент або відходить від сідла на відстань, що визначається обмежують хід стопами, або примикає до сідла, перешкоджаючи регургитацию крові.
Перехід розробників до нешаровим замикаючим елементам в кінці 1960-х років пояснюється прагненням зменшити профіль протеза, зберегти корисний об'єм серцевих камер, поліпшити обтікання кровотоком самого замикаючого елементу.
Поворотно-дисковий клапан
Відмінною рисою поворотно-дискових протезів стала конструкція запірного елемента у вигляді диска, кріпиться шарнірно в циліндричному корпусі протеза, з можливістю обертання диска навколо осі, розташованої в площині корпусу.
Завдяки хорошим гідродинамічним властивостями, низькопрофільні і зносостійкості, вони були найбільш затребувані в клінічній практиці 1970-1980 років, а кращі зарубіжні і вітчизняні моделі протезів цієї конструкції успішно застосовуються в даний час.
двостулковий клапан
Відмінною рисою двостулкових протезів клапанів серця стала конструкція запірного елемента у вигляді двох симетрично розташованих півколом стулок, кріплення яких з каркасом протеза здійснюється за допомогою шарнірного з'єднання.
В даний час двостулкові протези є найбільш популярними в кардіохірургії.
тристулковий клапан
Біологічні штучні клапани серця
Біологічні штучні клапани серця - протез, який частково складається з неживих, спеціально оброблених тканин людини або тварини.
У термінології, що відноситься до біопротезуванні, зустрічаються поняття, що мають латинське походження: heterogenic - різнорідний, homogeneous - однорідний, xenogenic - відноситься до іншого біологічного виду, allogenic - відноситься до іншої особини того ж біологічного виду, autogeneous - виділений від самої особи, graft - трансплантат. Відповідно, при пересадці між різними видами, наприклад, від тварини до людини (як правило, свинячі або бичачі ділянки), використовують термін «ксенографт», при пересадці у одного і того ж людини з однієї позиції в іншу - термін «аутографт», при пересадці від людини до людини - «гомографт».
Розробка і застосування біологічних замінників клапанів серця (біокпапанов) почалися в середині 1950-х років. але основний розвиток отримали два десятиліття по тому. Їх використання в клінічній практиці пов'язано з недоліками їх механічних конкурентів. тромбоемболічними ускладненнями, необхідністю довічного прийому антикоагулянтів. протезним ендокардитом і гострими розладами. Навпаки, біологічні замінники формують структуру кровотоку, близьку до фізіологічної, мають низьку тромбогенностью, в більшості випадків дозволяють уникнути прийому антикоагулянтної терапії, а поступовий розвиток їх дисфункцій дає можливість виконати повторну операцію в плановому порядку.
Розвиток біопротезів для серцево-судинної системи проходить, переважно, по двох напрямах: перший - розвиток конструкції каркасних біопротезів, друге - вдосконалення технологій структурної стабілізації биоткани.
Структурна стабілізація биоткани
Стабільність коллагеновой структури біологічних протезів в часі (основа їх тривалої роботи) досягається збереженням природної архітектоніки біологічної тканини при її хімічній обробці і консервації. Одночасно вирішуються завдання підвищення стійкості колагену до ферментативному і механічного руйнування, запобігання клітинних і імунних впливів з боку організму реципієнта. зменшення зон концентрації напруги при фіксації біологічної частини протеза на каркасі [3].
Стабілізація биоткани ведеться шляхом її хімічної обробки речовинами, що утворюють інтрамолекулярних і міжмолекулярні поперечні зв'язку з амінокислотами молекул колагену [4] [5]. Хімічні агенти запобігають також кальцифікацію і зберігають еластичні властивості биоткани, а різними методами стерилізації та консервації забезпечується збереження морфологічної цілісності і функціональної повноцінності біоматеріалу, досягнутих при його стабілізації [4].
Каркасні біоклапани серця
Каркасний біологічний клапан серця
Каркасні біологічні клапани серця - протез, в якому неживі, спеціально біологічні оброблені тканини зафіксовані на опорному каркасі (стенті), покритому синтетичної тканиною.
Вперше запропоновано в 1967 році [6]. і в подальшому, крім поліпшення способів стабілізації биоткани, удосконалювалися по конструкції і властивостями опорних каркасів для фіксації їх біологічної частини.
Спочатку використовувався жорсткий опорний каркас, який приводив до відриву протеза по лінії кріплення комиссур до його стійок, а в ряді спостережень - до розривів самих стулок. Було встановлено, що навантаження на стулки біопротеза при фіксації в каркасі сприяють розвитку втомних пошкоджень колагенових волокон в центрі стулок і в місцях фіксації комиссур - тобто механічні та біологічні фактори, що ушкоджують підсумовуються [4].
Для зменшення навантаження на стулки біоклапана в даний час широко застосовуються гнучкі каркаси, що зберігають жорстке кільце в підставі. Напруга в їх стулках в порівнянні з жорстким каркасом зменшувалася в експериментах in vitro на 90%. Відомі гнучкі каркаси зі сталі різних марок, титанових сплавів, а також комбіновані - містять металеві і полімерні елементи конструкції [4] [7].
Безкаркасні біоклапани серця
клапанний гомографт
Судинний клапанний гомографт ( «гомографт» від лат. Homo - людина, або лат. Homogeneus - однорідний, і лат. Graft - трансплантат. Протез) - імплантований протез, який повністю або частково складається з неживих, спеціально оброблених тканин людини, що включають серцеві клапани .