Aurelio Chaux 1, Richard J. Gray 2, Jonathan C. Stupka 3, Michael R. Emken 4, Lawrence N. Scotten 5, Rolland Siegel 6

Резюме: Клапните сърдечни заболявания остават голям обществен здравен проблем за всички общества; привлича вниманието на обществените здравни организации, изследователи и правителства. Заместването на клапана е неразделна част от лечението на това състояние. Понастоящем изборът на клапна протеза е или тъканна, или механична. Тъканните клапани стават все по-популярни въпреки нерешените проблеми с трайността, хемодинамиката, разходите и необходимостта от антикоагулационна терапия. В резултат на това иновациите на механичните клапани на практика са престанали; последният успешен механичен дизайн е на 25 години. Ние постулираме, че с подобрена технология, знания и опит, придобити през последния четвърт век, възможно най-доброто решение на проблема с подмяната на клапаните може да бъде постигнато с механичен клапан, който е независим от антикоагулант, издръжлив, хемодинамично и рентабилен. Понастоящем е възможно да се проектира, тества и произведе клапан, който може да постигне тези цели.

Ключови думи: Антикоагуланти; протеза на сърдечна клапа; хидродинамика на сърдечната клапа

Подадено на 15 ноември 2016 г. Прието за публикуване на 18 ноември 2016 г.

Въведение

В момента изборът на клапна протеза е или на тъканна основа (BHV), или механичен (MHV). Дискусията продължава по отношение на това кой тип е преференциален в дадена популация пациенти според възрастта, патологията на клапата и анатомичното местоположение. От основно значение за дискусията е продължаващата дилема относно компромисите за трайност, нуждата от перорални антикоагуланти, честотата на усложненията, свързани с тези лекарства и неоптималната хемодинамика, както и лечението и разходите за изделието (4-7).

Това, заедно с наскоро публикуваната работа на Makkar et al. (12) описване на намалено движение на аортните клапани при пациенти след имплантиране на транскатетърна клапа (TAVI) или хирургично поставени биопротезни клапани, както и от Egbe et al. (13) твърдението, че биопротезната тромбоза на клапата не е необичайно и може да възникне няколко години след операцията, добави към дискусията. Тези тревожни наблюдения пораждат опасения, че пациентите, подложени или на TAVI, или на хирургична подмяна на аортна клапа (SAVR) с биопротеза, биха могли да бъдат изложени на по-висок риск от тромбоза на листовки и последващ емболичен инсулт, отколкото се предполагаше преди от пациентите и техните лекари.

На тези добре документирани данни е обърнато по-малко заслужено внимание, може би поради честите доклади за TAVI успехите и напредъка в инструментариума, предназначен за лечение на високорискови, възрастни хора (средна възраст от 80 до 85 години), популация от пациенти с аортна клапно заболяване, което не се счита за подходящо за хирургична смяна на клапа. Доскоро повечето от тези пациенти са били проследявани за кратък или междинен период (2 до 5 години). Ранните резултати разшириха използването на тъканни клапи като цяло, и по-специално TAVI, до по-млада и по-нискорискова популация. Съвсем наскоро се появиха доклади с по-продължително проследяване при по-млади пациенти, призоваващи за повишено внимание (17,18). Според Dvir et al., Кривата на дегенерация в транскатетърните клапани (TCV) показва рязко ускорение на 5 години и надхвърля 50% на осем (25). Тези изследователи заявяват: „Лекарите трябва да имат предвид ограниченията на биопротезата, която имплантират, и дали тези клапани могат да бъдат безопасно и ефективно лекувани чрез транскатетър подход (Valve-in-Valve), ако тези клапани откажат години по-късно“.

Какви са оптималните изисквания за протезиране на клапата?

Измина повече от половин век, откакто д-р Д. Е. Харкен през 1960 г. предложи своите „Десет заповеди“ за идеалния протетичен механичен заместител на сърдечната клапа (29). През 1986 г. той докладва на Световния конгрес по заместване на сърдечните клапи, че всички негови изисквания продължават да бъдат „често цитирани, но не напълно изпълнени“ (30) Таблица 1.

сърдечни

Предложение

Неуловимият „Свещен Граал“ за смяна на сърдечна клапа продължава да бъде протеза, която не изисква антикоагулация, има отлични хемодинамични характеристики и е трайна през прогнозирания живот на всички възможни получатели. С подобрената технология, заедно със знанията и опита, натрупани през последния четвърт век, времето за разработка и въвеждане на клапан, способен да постигне тези цели, е изтекъл, а това се постига най-добре с механична протеза.

Нови перспективи за успех

През 2001 г. 20-годишно ретроспективно проучване в Медицинския център Cedars-Sinai на 2 533 реципиенти на клапи на 18 години или повече не установи значителна разлика в степента на преживяемост или усложнения между пациенти с механични или биопротезни клапи (32). Тези открития подновиха интереса на изследователите към изследване на нови материали и конструкции на клапаните (33). Един от резултатите беше разработването на по-биостабилни полимери, включително нови поколения полиуретани и няколко нови конструкции на три-листови клапани, както и разбирането за тяхната издръжливост, свързана с концентрацията на напрежение в листовките. За съжаление, отчасти поради все още неразрешената сложност в производството на този клас устройства, тази работа, продължаваща повече от половин век, не успя да произведе приемливи полимерни протези с достатъчна издръжливост за човешкото имплантиране и единственото им полезно клинично приложение е в устройства за сърдечна помощ (33,34).

Освен това, Scotten и Siegel (39,40) съобщават за висока амплитуда, краткотрайни регионални скорости на обратен поток (RBV) през MHVs in vitro, които се считат за основна причина за увреждане на скоростта на срязване на клетките и други кръвни компоненти. Като се има предвид, че тромбът и/или емболизацията могат да бъдат предизвикани предимно от тези клинично невидими RBV, тези открития предполагат възможен начин за оценка на потенциални антикоагулантни независими прототипи на клапата in vitro. На свой ред, намаляването на in vitro откриваеми RBVs трябва да спомогне за оптимизиране на прототипа MHVs спрямо контролите на тъканните клапани и да допринесе за разработването на бъдещи прототипни конструкции на клапани, които намаляват потенциала за образуване/емболизация на тромби (39-41).

В допълнение, през последните 20 години областите на компютърно подпомаган дизайн и изчислителна динамика на флуидите станаха по-сложни и ефективни.

Новото оборудване за тестване на клапана, като споменатия по-горе FVALT, предоставя недостъпни преди това средства за количествено определяне на локализирания кръвен поток между корпуса на клапана и оклудера (ите) през целия сърдечен цикъл. Други примери за усъвършенствана технология са микроциметричните изображения на микрочастици за количествено измерване на поведението на потока в малки домейни в нанометрова скала (42) и методът на Lattice-Boltzmann, използван успешно за моделиране на флуиден поток, включително по-високи числа на Рейнолдс (43). Неотдавнашни проучвания, свързани със срязването на течността с протромботичния потенциал на клапата, са установили съществени разлики в реакциите на механично и тъканно затваряне на клапата (28). Друг пример за новаторска нова технология е използването на 3D ЯМР с разрешено време и 4D скорост, кодирана CMR за изследвания in vitro и in vivo характеристики на потока (44-46). Производствените технологии също са напреднали и са по-способни ефективно да произвеждат по-сложна геометрия на вентилните компоненти (47,48).

В заключение, като се има предвид целия спектър от разширени възможности, които осигуриха по-добро разбиране на връзката между характеристиките на потока, геометрията на клапана, динамичното поведение и затварянето на клапаните, тези нови източници на данни обещават да предоставят нова критична представа за възможните причини за тромбоемболия, която може да донесе антикоагулант независим механичен клапан на обсег. Необходими са бързи и енергични усилия за постигане на тази дългогодишна цел.

Благодарности

Авторите са благодарни на следните за техния щедър принос към този ръкопис: Prediman Krishan Shah, MD, MACC, George E, Chaux, MD, и Robert W. Emery, MD.

Бележка под линия

Конфликт на интереси: AC, RJG, JCS, MRE, са основатели на Lakeway Innovations LLC. Целта на компанията е да се занимава с проектиране, разработване и тестване на медицински изделия и технически консултантски услуги. Акциите, които притежават в компанията, нямат търговска стойност. Lakeway иновации LLC е частна стартираща компания, която не е регистрирана в обмен. Останалите автори нямат конфликт на интереси, който да декларират.