Автореферат и диссертация по медицине (14.00.44) на тему:Основы протезирования клапана аорты бескаркасными биопротезами (экспериментальное исследование)

На правах рукописи

ГАВРИЛЕНКОВ Владимир Иванович

ОСНОВЫ ПРОТЕЗИРОВАНИЯ КЛАПАНА АОРТЫ БЕСКАРКАСНЫМИ БИОПРОТЕЗАМИ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ)

14.00.44 - сердечно-сосудистая хирургия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук

Санкт-Петербург 2004

Работа выполнена на кафедре госпитальной хирургии № 1 Санкт-Петербургского государственного медицинского университета им. акад. И.П.Павлова

Научный консультант: доктор медицинских наук,

профессор Гриценко Владимир Викторович

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук,

профессор Лебедев Лев Валерьевич

доктор медицинских наук,

профессор Хубулава Геннадий Григорьевич

доктор медицинских наук,

профессор Баллюзек Феликс Владимирович

Ведущее учреждение: Санкт-Петербургская медицинская

академия последипломного образования

Защита диссертации состоится « » июня 2004 г. в. ж часов на заседании диссертационного совета Д 208.090.05 при Санкт-Петербургском государственном медицинском университете им. акад. И.П.Павлова (197022, Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, 6/8)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета Автореферат разослан « 19 » .^¿¿¿У-Р_2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор медицинских наук, доцент

М.О. Мясникова

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Протезирование клапана аорты является основным и высокоэффективным видом хирургического лечения органического поражения клапанного аппарата сердца (Цукерман Г.И. и Скопин И.И., 1996; Шевченко ЮЛ. и Черепенин И.М., 1996; Новиков В.К., 2002). Использование механических протезов клапанов сердца требует пожизненного приема антикоагулянтов, не гарантирующего полной защиты от тромбоэмболических осложнений и создающего определенную угрозу возникновения медикаментозного кровотечения. Применение каркасных биологических протезов, не требующих жесткой антикоагулянтной терапии, показало их ограниченную износоустойчивость, достаточно высокое сопротивление в аортальной позиции особенно при малых размерах (Wong К. et al., 1995; Kon N.D. et al., 1995; Van Nooten G. et al., 1999). Износоустойчивость и потоковые характеристики аллографтов (гомографтов) оказались выше, однако доступность их по-прежнему остается крайне ограниченной (Kon N.D. et al., 1995; Dossche К. et al., 1996; Baur L.H.B. et al., 1999). Исторически эти направления в хирургии клапана аорты развивались параллельно, периодически привлекая пристальное внимание исследователей и хирургов к одному из них.

В настоящее время в мировой клинической практике отчетливо прослеживается тенденция к более широкому применению биологических заменителей клапанов сердца (Bessler A., 2003). В 2002 году впервые мировые продажи биологических заменителей превысили продажи механических клапанов на 100 млн. $ (при общей сумме в 800 млн. $). Эта тенденция обусловлена, с одной стороны, неудовлетворенностью хирургов отдаленными результатами применения механических протезов, в частности, количеством осложнений и качеством жизни пациентов, а, с другой стороны, разработкой новых моделей биопротезов и современных технологий их изготовления. К таковым относят бескаркасные биопротезы или ксенографты «третьего» поколения.

Начало применения биологических бескаркасных заменителей клапана аорты датируется 1955 годом, когда Murrey G. впервые успешно имплантировал аортальный гомографт в нисходящую грудную аорту пациента. Первое сообщение об ортотопической имплантации аортального гомографта было сделано Kerwin A.G. и соавторами в 1962 году. С этого года Ross D. и Barratt-Boyes В. регулярно использовали гомографты для имплантации в субкоронарную позицию (Бокерия Л.А. и соавт., 1996; Barratt-Boyes В., 1997). Однако ограниченная доступность аортальных гомографтов и возрастающая потребность в заменителях клапана аорты стимулировали разработку ксеноаортальных бескаркасных и каркасных протезов.

Протезирование клапана аорты бескаркасным биопротезом впервые было выполнено Binet J.P. и соавторами в 1965 году. Однако несовершенная технология изготовления и относительно сложная техника имплантации

РОС. НАЦИОНАЛЬНА*"I ВИБЛИОГСКА I

I, уздаЫ

бескаркасных биопротезов, а также разработка и широкое внедрение в клиническую практику механических и каркасных биологических клапанов в тот период привели к полному отказу от применения ксенографтов (Gross Ch. et al., 1995; O'Brien M., 1995; Sintek C.F. et al., 1995; Baur L.H.B. et al., 1999).

С 1989 года, благодаря разработкам David Т. и соавторов, возродился интерес к применению бескаркасных биопротезов в хирургии клапанных пороков сердца и особенно аортального клапана. Лучшие потоковые характеристики ксенографтов предполагали их большую износоустойчивость относительно каркасных биопротезов (Hvass U. et al., 1995; Jin X.Y. et al., 1995; Kon N.D. et al., 1995; O'Brien M.F. etal., 1995; Westaby S. et al., 1995). Прошло десятилетие клинических исследований, подтверждающее эти предположения (David Т.Е. et al., 1998; Westaby S. et al., 2000; David Т.Е., 2002).

В настоящее время одновременно с ростом числа имплантаций бескаркасных биопротезов в аортальную позицию продолжаются дискуссии относительно выбора модели ксенографта, методики подбора размера бескаркасного биопротеза и техники имплантации. В частности, разрабатываются варианты и технические детали имплантации ксенографтов в зависимости от этиологических факторов формирования порока, конструктивных особенностей различных моделей бескаркасного биопротеза, а также анатомических изменений корня аорты пациента. Ряд вопросов хирургической тактики остаются нерешенными.

Все это определяет необходимость продолжения разработки более совершенных моделей ксенографта, поиска новых технологий изготовления, новых стабилизаторов биологических тканей взамен глутаральдегиду, а также методик тестирования и критериев функциональной оценки этих биопротезов. В частности, некоторые авторы рассматривают параметры биомеханики как наиболее перспективные критерии оценки функции биопротезов (Yoaganathan А.Р. et al., 1994; Revanna P. et al., 1997; Nagy Z.L. et al., 1999). Однако авторы использовали эти критерии (окружные деформации и растяжимость ксенографта) только при стендовых исследованиях.

Почти неизученной остается нормальная биомеханика клапана аорты человека. Вместе с тем, точные знания биомеханики клапана аорты и её влияния на запирательную функцию створок особенно необходимы при дальнейшей разработке моделей и техники имплантации бескаркасных заменителей клапана аорты, а также наиболее информативных критериев их функциональной оценки. Эта проблема отдельно обсуждалась на международном симпозиуме общества "Heart Valve Disease" в 1999 году (Vesely I., 2000). Такой подход в разработке новых моделей биопротезов и технологий их изготовления позволит снизить риск отдаленной детериорации (повреждения) створок имплантата и увеличить его износоустойчивость (Dagum P. et al., 1999).

В целом многие теоретические и практические аспекты (анатомо-функциональные, биотехнологические, биомеханические и клинические) проблемы протезирования клапана аорты бескаркасными биопротезами остаются до настоящего времени не решенными и продолжают обсуждаться, преимущественно, в зарубежной литературе. Поиск их решений, нередко проводимый эмпирически на основании тридцатилетнего опыта разработки и применении каркасных биопротезов, пока не дал в полной мере ожидаемых результатов.

Все это явилось поводом к изучению проблемы протезирования клапана аорты бескаркасными биопротезами и проведению многопланового исследования, предусматривающего разработку и изготовление новой модели ксенографта, включая технологию ее структурной стабилизации и техники имплантации.

Цель исследования. На основе изучения анатомо-функциональных особенностей человеческого и свиного клапана аорты обосновать и разработать новую модель бескаркасного ксеноаортального протеза, применение которой позволит улучшить функциональные результаты хирургического лечения больных с пороками аортального клапана.

Задачи исследования:

1. Разработать методику и программу исследования биомеханики клапана аорты человека, и его бескаркасных заменителей для использования в условиях in vivo и ex vivo.

2. Изучить анатомо-функциональные особенности свиного и человеческого клапана аорты.

3. Изучить биомеханику клапана аорты человека на здоровых добровольцах.

4. Изучить в эксперименте возрастную динамику анатомо-функциональных характеристик клапана аорты человека.

5. Разработать и обосновать технологию структурной стабилизации свиных ксеноаортальных клапанов эпоксисоединениями в динамическом режиме.

6. Провести сравнительный анализ биомеханических и гидродинамических характеристик различных биологических заменителей аортального клапана.

7. Разработать новую модель бескаркасного биопротеза клапана аорты и технику ее имплантации.

8. Изучить в эксперименте влияние техники имплантации и типа бескаркасного заменителя на потоковые и биомеханические характеристики композитного корня аорты.

Научная новизна и практическая значимость работы.

Впервые в мире на здоровых добровольцах была изучена биомеханика аортального клапана человека методом чреспищеводной эхокардиографии с покадровым количественным и качественным анализом фазовой структуры

сердечного цикла. Определены динамика основных геометрических параметров корня аорты, характер движения створок за весь сердечный цикл, уточнен механизм открытия и закрытия клапана аорты. Разработаны качественные и количественные параметры биомеханики клапана аорты здорового человека и определена стандартная кривая площади открытия его створок.

Впервые в РФ разработана методика и комплексная программа стендовых исследований биомеханических и гидродинамических характеристик аллогенных, ксеногенных и композитных корней аорты.

Изучена биомеханика клапана аорты (свиного и человеческого) и его биологических заменителей в эксперименте in vitro путем моделирования их работы на пульсдупликаторе с применением разработанного измерительно-вычислительного комплекса, позволяющего производить синхронный анализ движения створок и элементов корня аорты за весь цикл открытия-закрытия по видео - и эхоизображению. Впервые в мире разработаны количественные критерии оценки радиальных деформаций створок аортального клапана и его биологических заменителей, позволяющие определять их степень и локализацию.

Проведен сравнительный анализ анатомо-функциональных характеристик аллогенных и ксеногенных клапанно-аортальных комплексов. Доказана определяющая роль упруго-эластичных свойств корня аорты в функционировании его створок. Показана возрастная динамика анатомо-фунхциональных характеристик клапана аорты человека и необходимость их учета при имплантации ксенографтов в аортальную позицию.

Разработана и комплексно обоснована оригинальная технология структурной стабилизации ксенографтов в условиях динамического режима. Проведен сравнительный анализ анатомо-функциональных характеристик ксенографтов, дубленых в различных физических условиях.

Разработана оригинальная модель бескаркасного биопротеза клапана аорты, обладающая высокими биомеханическими и гидродинамическими характеристиками, а также техника её интра-, супрааннулярной субкоронарной имплантации и полного протезирования корня аорты. Впервые в мире изучено влияние техники имплантации на потоковые и биомеханические характеристики аортального ксенографта в эксперименте на модели небальзамированных трупов с последующими стендовыми исследованиями композитных корней аорты.

Разработанная и всесторонне исследованная на доклиническом этапе оригинальная модель бескаркасного биопротеза клапана аорты подготовлена для дальнейшей клинической апробации.

Основные положения, выносимые на защиту: 1. Индивидуальная вариабельность ксеногенных корней аорты, анатомо-функциональные различия человеческого и ксеногенного (свиного) клапанов аорты должны учитываться при разработке, изготовлении и имплантации

ксеноаортальных бескаркасных протезов. Анатомо-функциональные особенности корня-акцептора должны учитываться при имплантации ксенографтов в аортальную позицию.

2. Структурная стабилизация ксеноаортальных клапанов должна проводится в условиях оптимального воздействия физико-химических и физических факторов.

3. Разработанная модель бескаркасного биопротеза аортального клапана обладает высокими гидродинамическими и биомеханическими характеристиками, приближающимися к характеристикам клапана аорты человека. Эта модель ксенографта может стать альтернативой применению аллографтов.

4. Разработанная программа эхокардиографического исследования биомеханики клапана аорты может использоваться для оценки и прогнозирования функционирования имплантированных биологических заменителей аортального клапана, а также при их стендовых исследованиях.

5. Модель имплантации ксенографтов в аортальную позицию на небальзамированных трупах с последующей оценкой анатомо-функциональных характеристик композитных клапанно-аортальных комплексов позволяет эффективно и последовательно разрабатывать технические аспекты операции протезирования клапана аорты бескаркасными биопротезами.

6. Имплантация разработанной модели бескаркасного биопротеза в супрааннулярную позицию с полным иссечением его синусов или протезирование в виде цельного корня аорты позволяют практически полностью сохранять исходные потоковые и биомеханические характеристики ксенографта.

7. Функциональный результат операции имплантации бескаркасного биопротеза зависит от многих факторов, в том числе от технологии структурной стабилизации и модели ксенографта, а также выбранной методики и варианта техники имплантации. Любое значительное отклонение параметров изготовленного и/или имплантированного бескаркасного биопротеза от нормальных анатомо-функциональных характеристик может привести к дисторции конструкции, образованию избыточных сгибательных деформаций на створках с последующим развитием дисфункции ксенографта. Операция субкоронарной имплантации ксенографта в определенной степени носит реконструктивный характер.

Апробация и реализация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на III, IV, V и VII Всероссийских съездах сердечнососудистых хирургов (Москва 1996, 1998, 1999 и 2001 гг.), второй - пятой ежегодных сессиях НЦССХ им. А.Н.Бакулева РАМН (Москва 1998 - 2001 гг.), Всероссийской конференции, посвященной 110-летию со дня рождения акад. ПАКуприянова (Санкт-Петербург, 2003).

Разработанная программа эхокардиографической оценки биомеханики аортального клапана и его биологических заменителей внедрена в лечебную и научно-исследовательскую работу кафедры и клиники сердечно-сосудистой хирургии им.акад. П.А.Куприянова Военно-медицинской академии им. С.М.Кирова (Санкт-Петербург, Загородный пр., 47), в работу межклинического отделения ультразвуковой диагностики СПбГМУ им.акад. И.П.Павлова (Санкт-Петербург, ул. Л.Толстого, д. 6/8), научно-практическую работу лаборатории физиологии кровообращения НИИ пульмонологии СПбГМУ им.акад. И.П.Павлова (Санкт-Петербург, ул. Рентгена, 12), в работу отделений функциональной диагностики дорожной клинической больницы Октябрьской железной дороги (Санкт-Петербург, пр. Мечникова, 27) и городской Мариинской больницы Санкт-Петербурга (Санкт-Петербург, Литейный пр., 56), а также в научно-исследовательскую работу кафедры гидроаэродинамики Санкт-Петербургского государственного технического университета (Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29). Основные научные положения диссертации используются в лекциях и практических занятиях со студентами, интернами и клиническими ординаторами кафедры госпитальной хирургии № 1 и 2 СПбГМУ им. акад. И.П.Павлова (Санкт-Петербург, ул. Л.Толстого, 6/8).

Публикации и изобретательская деятельность. По теме диссертации

опубликовано 24 научные работы, включая 7 журнальных статей, два патента и одно авторское свидетельство. Также получены два положительных решения на изобретения.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, обсуждения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложения. Работа изложена на 255 страницах машинописного текста, содержит 34 таблицы и 99 рисунков. Список литературы включает 36 отечественных и 210 зарубежных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы и методы исследования.

Исследование нормальной биомеханики клапана аорты человека в условиях in vivo было проведено у 10 здоровых добровольцев в возрасте от 15 до 27 лет (в среднем 21,6 года) методом чреспищеводной эхокардиографии. Группа добровольцев была подобрана из лиц молодого возраста (2 женщины и 8 мужчин), что позволило исключить влияние возрастных изменений на функцию клапана аорты.

Сравнительный анализ особенностей анатомии человеческого и свиного клапана аорты был проведен по результатам исследования 76 аллогенных и 42 ксеногенных клапанно-аортальных комплексов. Из них 32 аллоаортальных комплекса были забраны у погибших лиц молодого возраста от 14 до 34 лет. Эти комплексы составили основной аллогенный материал для данного раздела анатомических исследований. Ксеногенный материал был забран у свиней в

возрасте 10 - 12 месяцев. Такой набор материала был проведен, чтобы исключить влияние возрастных изменений клапана аорты на результаты исследований.

Сравнительный анализ биомеханических и гидродинамических характеристик человеческого и свиного клапана аорты был проведен по результатам стендовых исследований 18 «молодых» аллогенных (до 34 лет) и 46 ксеногенных клапанно-аортальных комплексов.

Для оценки возрастной динамики анатомо-функциональных характеристик клапана аорты человека были исследованы две возрастные группы аллогенных клапанно-аортальных комплексов, набранных методом случайной выборки. В первую группу были включены «молодые» комплексы, полученные от лиц в возрасте от 19 до 50 лет (п = 32), во вторую «пожилые» - от 51 до 80 лет (п = 20).

С целью разработки оптимальных условий дубления ксеноклапанов была проведена оценка степени структурирования ткани 172 образцов створок, обработанных эпоксисоединениями при разных физико-химических и физических условиях, а также 90 контрольных нативных образцов и 8 контрольных створок, стабилизированных глутаральдегидом. Всего было исследовано 270 образцов, полученных от 90 ксеногенных корней аорты.

Для разработки технологии структурной стабилизации ксеногенных клапанов было изучено влияние стационарного и трех вариантов динамического режима дубления на функциональные характеристики ксеноклапанов. Оценка изменений функциональных характеристик была проведена отдельно в каждой группе ксеноклапанов до и после их дубления, а также между группами с помощью многофакторного дисперсионного анализа. По данному разделу работы были проведены стендовые исследования 68 нативных, а затем 80 дубленых ксеноклапанов.

Бактерицидный эффект эпоксисоединений был изучен двойным методом. Для этого были использованы 1%, 2%, 3%, 5% растворы ди- и моноглицидилового эфира этиленгликоля (соответственно диэпоксида и моноэпоксида), смеси 2% диэпоксида и 2% моноэпоксида, смеси 3% диэпоксида и 3% моноэпоксида, а также контрольные антибактериальные растворы 0,625% глутаральдегида, 4% формальдегида и 0,5% диоксидина. В проведенном микробиологическом исследовании применяли в разных концентрациях бактериальные культуры АТСС 8!аигеш 25923, Е.соЦ 25922, Рз.аегщтсйа 27853, наиболее часто осложняющие послеоперационное течение. Двумя методами были исследованы 13 антибактериальных растворов с использованием 169 микробиологических посевов.

С целью сравнительной оценки функциональных характеристик разработанной модели ксенографта с другими бескаркасными и каркасными биопротезами, используемыми в клинической практике, были проведены их стендовые исследования. В частности, были исследованы бескаркасные

биопротезы, изготовленные в Научном центре сердечно-сосудистой хирургии им.АН.Бакулева РАМН («БиоЛаб-КС\СА», п = 3) и Кемеровском кардиологическом центре («АБ-Моно-Кемерово», п = 4), а также каркасные биопротезы «Wessex» (Англия, п = 1), «КемКор» (Кемерово, n = 1) и «Бионикс -2»(НЦССХ,п = 3).

Изучение факторов, влияющих на функциональный результат операции замещения клапана аорты бескаркасным биопротезом, было проведено по материалам стендовых исследований 60 композитных корней аорты, полученных в результате выполнения 72 экспериментальных операций на небальзамированных трупах людей обоего пола. Первые 12 экспериментальных операций были выполнены с целью отработки вариантов техники имплантации ксенографтов. Анализ функциональных результатов этих операций не производился.

Исследование динамики элементов клапана аорты у здоровых добровольцев было выполнено с помощью чреспищеводной эхокардиографии в продольной и поперечной плоскостях на аппарате Vivid 5 (GE MS, США) и Acusón Sequoia 512 (Acusón, Siemens Company, Германия). При исследовании в проекции короткой оси анатомическими ориентирами были выбраны верхушки трех комиссур, а в проекции длинной оси - центральная часть зоны кооптации (бугорки Аранци). Регистрация изображения производилась с частотой до 120 кадров в секунду. В дальнейшем цифровое эхографическое изображение динамики элементов корня аорты анализировалось по кадрам с помощью IBM-совместимого компьютера с использованием программы Video-Test-Dynamic. Измеряли площадь открытия створок по их свободному краю (S, см2), длину створки в радиальном (Lr, мм) и окружном (Le, мм) направлениях, радиальный угол наклона створки к плоскости основания клапана (о; в диаметр основания клапана (Db, мм) и синотубулярного соединения (Dst, мм), высоту синуса (Н, мм), центральный угол (в °) и ширину центральной зоны кооптации створок (С, мм) в диастолу, а также анализировали профиль створки за весь сердечный цикл. Рассчитывали: индекс окружных деформаций створок (BDI), индекс окружного перемещения створки (CDI), индекс радиальной деформации створки (RBDI), радиальное (DLr, %) и окружное (DLC,%) систолодиастолическое растяжение створки. Анализ динамики геометрических характеристик элементов клапана аорты проводили в зависимости от времени и фаз сердечного цикла по электрокардиограммам (В.Н.Фатенков, 1990) и допплерограммам.

При анатомическом исследовании клапана аорты был использован комплекс методик, в том числе изготовление макропрепаратов и детальное описание клапана аорты, его морфометрию, метод просветления. При этом были исследованы нативные и фиксированные (глутаровым альдегидом и эпоксисоединениями) цельные клапанно-аортальные комплексы, а также изготовленные из них макропрепараты. Дополнительно проводили

гидростатическую пробу цельных корней аорты при разном внутриаортальном давлении, а также их гидродинамические исследования. Морфометрию аортального клапана, его отдельных структур и элементов производили путем прямого измерения калибрами, штангень-циркулем и микрометром, а также по кадрам оцифрованного видеоизображения при компьютерной обработке программой Video-Test-Dynamic. Съемку выполняли короткофокусной видеокамерой с увеличением в 6 - 10 раз при обычном освещении и в проходящем свете. С целью получения точного представления о форме, габаритах и взаиморасположении фиброзных элементов корня аорты и прилежащих структур часть корней аорты были подвергнуты просветлению. Эффект просветления корней аорты был достигнут их обработкой высокощелочным раствором 2% диэпоксида (рН выше 13,0). Это позволяло отчетливо наблюдать в проходящем свете макроструктуру фиброзных элементов всего корня аорты и его створок.

Для исследования биомеханики и гидродинамики клапана аорты и его биологических заменителей в условиях ex vivo аллоаортальные клапаны, нативные и стабилизированные ксеноклапаны фиксировались на специально изготовленных патрубках необходимого диаметра. Контрольные каркасные биопротезы помещались в трубку соответствующего диаметра, изготовленную из стабилизированного бычьего перикарда. Оба конца перикардиальной трубки также фиксировались к патрубкам. Испытание клапанов выполнялось на экспериментальном стенде, состоящем из пульсдупликатора, функциональной части «аорты» и измерительно-вычислительного комплекса [датчиков перепада давления (ПДЦ-4, АО «Тимос»), 4-х канального электромагнитного расходомера (MF-46, Nihon Konden, Япония), АЦП (L-154, L-Card), видеокамеры (Sony), эхокардиографа "Sigma Class" (Kontron, Франция) и компьютера Pentium 3].

Испытание клапанов проводилось в стандартном режиме, моделирующим состояние покоя, а именно, при частоте сокращений f = 70 уд/мин, длительность систолы Тсист = 0,33 с, минутном расходе Q,„,h = 5 л/мин. Запись сигналов выполнялось в течение 10 с. При моделировании физической нагрузки измерения проводились в течение 35 секунд в режиме возрастающего расхода от 2 до 12 л/мин для нескольких значений частоты сокращений в 70, 90 и 110 уд/мин. Программой испытаний предусматривалось измерение геометрических размеров биопротезов (до и в ходе испытаний), пульсирующего _расхода через клапан Q(t) и перепада статического давления на н е i^AS^t^ л е н и й в камерах желудочка [РжО)], аорты [P»(t)J и предсердия [Pnp(t)]. Регистрация и запись сигналов пяти датчиков и синхронизированных импульсов осуществлялась в компьютере программой Oscilloscop с частотой 100 Гц.

Синхронно с измерением пульсирующих давлений и расхода производилась видеорегистрация функционирования биопротеза в аксиальной проекции и его ультразвуковая видеорегистрация в продольной и поперечной

плоскостях с частотой 25 кадров в секунду (Положительное решение ФИПС РФ от 12.05.04 по заявке № 2003135582). В компьютере анализировали не менее 10 циклов открытия-закрытия, в каждом из которых кадры нередко не совпадали по времени между собой по отношению к началу цикла. В программе Adobe Premiere 6.0 выполнялось совмещение по времени (по контрольной видеометке) начала последовательных циклов, что позволяло получать видеоизображение цикла с частотой до 50 кадров в секунду. Сигналы датчиков давления и расхода обрабатывались с помощью программы MEAN (СПбГТУ) с расчетом режимных и функциональных гидродинамических характеристик: минутного расхода для всего цикла (Q), среднеквадратичного расхода (Qmn. мл/с), среднего прямого перепада полного давления площади

эффективного отверстия открьпого клапана (ЕОА), индекса

производительности открытого клапана - площадь,

рассчитанная по наружному диаметру основания клапана; коэффициента эффективности открытого клапана DC = ЕОА / Sb in, где Sb ¡л - площадь, рассчитанная по внутреннему диаметру основания клапана.

По кадрам видео- и видеоэхоизображения измеряли геометрические характеристики и рассчитывали параметры биомеханики аналогично как при исследовании биомеханики клапана аорты человека in vivo.

Для оценки структурной стабильности биоткани из центральной части тела каждой створки вырезали (пробойником) образцы диаметром 8 мм, которые далее были лиофилизированы и взвешены. Масса образцов составляла от 2 до 3,5 мг. Стабилизированные и - нативные образцы одного корня аорты обрабатывали коллагеназой (КФ 3.4.24.3) из Clostridium Histolyticum (Fluka) в концентрации 0,2 мг/мл с активностью около 1 U/мг и инкубировали в общем объеме 1,5 мл в вероналовом буфере (0,05 М, рН 7,4) в течение 24 часов при температуре 37 С0. Образец нативной створки был использован в качестве контроля для двух других дубленых створок одного клапана.

Для определения степени фиксации биоткани использовали нингидриновую реакцию надосадочной жидкости после гидролиза дубленых и нативных образцов. Оптическую плотность раствора определяли спектрофотометрически при длине волны 750 нм. По разнице экстинкции нативных (E„,t¡v) и фиксированных (Е&) образцов одного корня аорты рассчитывали индекс фиксации (FI) ксеноаортальной ткани по формуле: FI = (Enativ— EfixVEnMiv х 100% (Sung H.W. et al., 1996). Рассчитанный таким образом индекс (FI) отражал количество защищенных боковых цепей лизина и гидроксилизина коллагена фиксированной ткани.

Процесс структурной стабилизации коллагена полиэпоксидами и диальдегидами заключается преимущественно в образовании поперечных связей, препятствующих ферментативному гидролизу. Для определения степени структурной стабилизации ксеноаортальной ткани использовали весовой анализ (Шапошников А.Н., 1992). Для этого образцы ткани отмывали,

лиофилизировали и взвешивали дважды - до и после обработки коллагеназой. По разнице потерь массы нативных (Arrinativ) и стабилизированных (ДГПяаь) образцов рассчитывали индекс стабилизации по формуле: SI = (Am„tiv -Дт»ы>У Amaat,v х 100%. Таким образом, SI отражал плотность поперечных сшивок.

С целью проведения структурной стабилизации ксеноклапанов очищенные и частично препарированные свиные комплексы, помешались в свежий раствор 0,9% NaCl и первично отбраковывались (Малиновский Н.Н. и соавт., 1988). Коронарные артерии перевязывались в 3 - 4 мм от устья. Затем комплексы фиксировались на патрубках, устанавливались на специально разработанный стенд для проведения структурной стабилизации в стационарном или динамическом режимах. В стационарных условиях створки и стенки свиного корня аорты дубились под гидростатической нагрузкой в 3 - 4 мм.рт.ст. Установка для дубления свиных клапанно-аортальных комплексов в динамическом режиме позволяла производить структурную стабилизацию с необходимыми характеристиками потока при положительном давлении на их стенку и нулевом градиенте на створки. При этом разработанная методика позволяла задавать профиль и конфигурацию створок, соответствующую любому положению их при естественном открытии. Контроль формы и профиля открытия створок выполнялся визуально и с помощью ультразвуковой локации.

Антибактериальную активность эпоксидов, альдегидов и диоксидина исследовали с помощью метода дисков и метода внесения культуры микроорганизмов различной концентрации в исследуемые растворы. Заготовленный раствор микробной культуры в концентрации 108 КОЕ/мл (по стандарту мутности 0,5 Макферланда или SED Тарасевича) разводили стерильным раствором 0,9% NaCl до концентрации 10б и 104 КОЕ/мл, а затем наносили на чашки с кровяным агаром Мюллер-Хинтона. В пределах маркировашюй зоны (пробиркой) кровяного агара наносили по 0,1 мл исследуемого антибактериального раствора. Инкубацию проводили в течение 24 часов. Антимикробное действие исследуемого раствора оценивали по результатам роста микробной культуры в пределах маркированной зоны. При отсутствии роста колоний (-) результат оценивался как эффективный, при росте единичных колоний - как умеренно эффективный, при сплошном росте (+) - как неэффективный.

Те же микробные культуры АТСС (St.aureus 25923, Е.соК 25922, Ps.aeruginosa 27853) в концентрации и 108 КОЕ/мл разводили исследуемым раствором и затем инкубировали в течение 24 часов. Антимикробное действие исследуемого раствора оценивали аналогичным образом как в предыдущей методике.

Имплантации ксенографтов в эксперименте были проведены на небальзамированных трупах людей обоего пола. После имплантации ксенографта, выполненной в секционном зале, вновь образованный

композитный клапапно-аортальный комплекс высекали. Затем комплекс препарировали с сохранением тканей выходного отдела ЛЖ, септальной и частично муральной створок митрального клапана, а также восходящей аорты на протяжении 5-6 см. Композитный клапапно-аортальный комплекс помешали в раствор 0,9% №С1 при температуре 4°, содержащий антибиотики или антисептики. На следующий день композитный клапанно-аортальный комплекс (композит) фиксировали на патрубках, устанавливали на гидродинамический стенд для проведения исследования по разработанной программе.

Результаты каждой имплантации вносились в протокол, в котором помимо данных стендовых исследований учитывались, прежде всего, растяжимость и соотношение диаметров синотубулярного соединения и основания корня-акцептора, размерность ксенографта относительно корня-акцептора, выбранный вариант техники (суб-, интра- или супрааннулярной субкоронарной имплантации ксенографта и полного протезирования корня аорты), а также растяжимость, замыкательная функция композитного корня аорты и пр.

Традиционная модель свиного бескаркасного биопротеза аортального клапана с округлым (цилиндрическим) основанием была изготовлена и обшита перикардом по его основанию и наружной поверхности правого коронарного синуса. Имплантация этого ксенографта производилась двухрядными швами по общепринятой методике (Копейх ^ е! а1., 1992; 'М'ейаЬу 8. е! а1., 1995; 81ё1горои1о8 А. е! а1., 1997).

Интрааннулярная и супрааннулярная субкоронарные имплантации новой модели ксенографта выполняли из поперечной аортотомии (на 2/3 периметра восходящего отдела аорты), проекция которой располагалась в 1 - 1,5 см дистальнее от синотубулярного соединения корня-акцептора. Тщательно иссекали створки корня-акцептора, измеряли диаметры его основания и синотубулярного соединения. Калибр проводили через корень-акцептор без усилий. При интрааннулярной имплантации выбирали ксенографт с наружным диаметром основания, равным внутреннему диаметру основания корня-акцептора. Такую имплантацию называли соразмерной по наружному диаметру. Если наружный размер ксенографта превышал внутренний диаметр основания корня-акцептора, то такую имплантацию называли несоразмерно завышенной. Несоразмерно заниженной интрааннулярной имплантацией считали вариант, когда наружный диаметр основания ксенографта был меньше внутреннего диаметра основания корня-акцептора. При супрааннулярной имплантации выбирали ксенографт с внутренним диаметром основания, равным внутреннему диаметру основания корня-акцептора. Такую имплантацию называли соразмерной по внутреннему диаметру. Несоразмерно завышенной или заниженной имплантацией назывался вариант, когда внутренние диаметры имплантата и акцептора различались соответственно в сторону большего или меньшего размера ксенографта.

Ксенографт с иссеченными синусами извлекали из контейнера, отмывали в 0,9% растворе NaCl и удерживали с помощью клапанодержателя (патент РФ № 4909719/14) или окончатого зажима, закрепленного за дистальный отдел протеза. Имплантацию ксенографта выполняли путем проведения отдельных узловых швов через его основание, а затем через фиброзное кольцо корня-акцептора. Все швы располагали на одинаковом расстоянии в 2 - 3 мм друг от друга и перпендикулярно к свободному краю проксимального конца протеза и фиброзному кольцу корня-акцептора. При этом соблюдали осторожность, чтобы избежать повреждения иглой ткани створок. При имплантации ксенографта в интрааннулярную позицию проведение иглы начинали на фиброзном кольце со стороны желудочковой поверхности, а при имплантации в супрааннулярную позицию - со стороны аорты ближе к свободному краю. Затем ксенографт фиксировали к фиброзному кольцу корня-акцептора путем завязывания (24 - 30) узловых швов. Восходящий отдел аорты ксенографта удалялся. В области каждой комиссуры накладывали узловые или непрерывные паракомиссуральные швы. Завершали имплантацию ксенографта наложением трех надкомиссуральных "подвешивающих" П-образных швов, выводимых на наружную поверхность стенки аорты пациента, где их завязывали на прокладках.

Протезирование корня аорты новой моделью ксенографта выполняли после иссечения его створок и синусов путем наложения отдельных узловых швов (27 - 30) на фиброзное кольцо и оставленную прилежащую часть синусов иссеченного корня-акцептора. Затем нити (Ethibond 3/0) проводили через основание ксенографта, расположенное проксимальнее линии маркировки. Ксенографт фиксировали к фиброзному кольцу корня-акцептора завязыванием узловых швов. Затем отсекали его удаляемую дистальную часть аорты на необходимом уровне, формировали дистальный анастомоз между биопротезом и восходящей аортой акцептора, а также производили реимплантацию устий коронарных артерий по общепринятой методике.

Статистическая обработка данных проводилась с использованием статистической компьютерной программы SPSS (лицензионная версия 10.1). Статистический анализ проводился методом описательной статистики с определением средней арифметической (М), ее средней ошибки (т) и нормальности распределения выборок по тесту Шапиро-Уилка. В случае нормального распределения для сравнения средних значений двух независимых выборок использовался t-тест с проведением теста Ливиня на равенство дисперсий. При выявлении достоверного отличия распределения выборки от нормального с целью сравнения средних величин двух независимых выборок использовался непараметрический критерий Вилкоксона-Манна-Уитни. Для сравнения средних значений зависимых выборок также использовался t - тест или критерий Вилкоксона-Манна-Уитни в зависимости от характера распределения. Проводили корреляционный анализ с расчетом коэффициента

корреляции Пирсона и его достоверности. Для сравнения нескольких групп (более двух выборок) и определения характера влияния одного или нескольких факторов проводился многофакторный дисперсионный анализ. Сравнение отдельных средних величин более двух выборок проводилось с помощью апостериорных тестов Тьюки и ТЗ Даннетта для выборок с разной дисперсией. Данные средней арифметической (М) были представлены на диаграммах в виде столбцов или на графиках в виде точек, а диапазон отклонений обозначался вертикальной линией - ошибкой средней (т) или 95% доверительным интервалом.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Анатомия и биомеханика человеческого и свиного клапана аорты. Имплантация бескаркасных биопротезов в аортальную позицию подразумевает значительную схожесть структуры, геометрических взаимоотношений отдельных элементов и функциональных характеристик человеческого и свиного клапана аорты. Насколько они схожи и в чем их различие?

Результаты сравнения структуры аллогенного и ксеногенного (свиного) клапана аорты показали, что мышечные структуры аортального конуса, внедренные в основание корня аорты, в среднем составили соответственно 44,3 ± 3,15% и 57,2 ± 4,83% периметра вентрикулоаортального соединения аллоклапана и ксеноклапана. Мышечное внедрение межжелудочковой перегородки по оси корня аорты было также намного значительнее у ксеногенных корней аорты в сравнении с аллогенными. У ксеногенных клапанов это внедрение формировало основание правой коронарной створки и одноименного синуса, а также прилежащих сегментов оснований соседних синусов. У аллогенных клапанов внедрение аортального конуса создавало лишь плоскую опору основанию преимущественно правого коронарного и в меньшей мере левого коронарного синусов.

Второй основной отличительной особенностью ксеногенного клапана аорты явилось отсутствие фиброзного кольца основания створок, хорошо выраженное у аллогенных клапанов. Створки свиного клапана в виде расходящихся листков fibrosa и ventricularis крепились непосредственно к основанию клапана, представляющему собой фиброзно-хрящевую (в области НКСи и ЛКСи) и мышечно-фиброзную (в области ПКСи) ткань. При этом створки свиных клапанов непосредственно не примыкали к синусам, как у аллогенных корней аорты. Между створками и синусами располагалась дистальная часть основания клапана, которая в продольном направлении (вдоль оси клапана) в области левого коронарного и некоронарного синусов была равна в среднем 4,6 ± 2,2 мм, а правого коронарного синуса - 8,1 ± 2,8 мм.

Внешний вид ненагруженных створок обоих видов клапанов был схож. Однако архитектоника коллагеновых пучков и тяжей, составляющих деформативно-силовой каркас створок этих клапанов, существенно отличалась в условиях «диастолической» нагрузки. В теле свиной створки, как правило,

фиброзные пучки и листки перекрещивались в центре, образуя плотную структуру, которая отсутствовала у створок аллоклапанов. Пучки аортального слоя свиных створок распространялись на стенку основания клапана и крепились к его дистальному краю. Также у ксеногенных створок значительно чаще (в 42%) относительно аллогенных створок (8%) встречались фенестрации зоны кооптации.

Морфометрическими особенностями ксеноклаланов также были их низкий профиль, меньший угол между устьями коронарных артерий и более толстая стенка, а также иное соотношение габаритов синусов и створок относительно аллоклапанов.

Проведенный сравнительный анализ функциональных характеристик аллогенных и ксеногенных аортальных клапанов показал их существенную схожесть по многим основным параметрам гидродинамики и биомеханики. Установленные различия касались, прежде всего, относительной площади открытия створок ксеногенного клапана за счет их большей и равномерной растяжимости. Эти отличия биомеханики ксеногенных и аллогенных клапанов были обусловлены анатомическими особенностями.

Таким образом, при общем сходстве анатомии ксеногенного и аллогенного клапана аорты были выявлены существенные структурные и геометрические различия между ними.

Биомеханика клапана аорты человека в исследованиях in vivo. Анализ данных, полученных с помощью чреспищеводной эхокардиографии у здоровых молодых лиц и проведенных в зависимости от времени и фаз сердечного цикла, позволил получить представление о динамике основных геометрических параметров корня аорты человека. В частности, в систолу существенно изменялись площадь открытия клапана, радиальный угол наклона створки к основанию клапана, диаметр его основания и радиальная длина створки. В меньшей степени изменялись диаметр синотубулярного соединения, окружная длина свободного края створки и особенно высота синусов.

В течение систолы условно выделяли 5 периодов (рис. 1) перемещения створок клапана:

1. Подготовительный период приходился на фазу изометрического сокращения ЛЖ. Тела створок выпрямлялись, ширина зоны кооптации уменьшалась. Створки несколько укорачивались в радиальном направлении, увеличивался угол а в среднем с 22 до 60°.

2. Период быстро нарастающего открытия створок продолжался 20 — 25 мс. С началом изгнания крови у основания створок образовывалась волна инверсии, которая быстро распространялась в радиальном направлении на тела створок и дальше к их свободным краям.

А • Б

Рис. 1. Эхограммы динамики профиля (А) и формы открытия (Б) створок аортального клапана в течение систолы и кривые зависимости площади его открытия от времени, t -время, мс, Д - диастола. Пояснение в тексте.

3. Пик открытия приходился на первую максимальную фазу изгнания сердечного цикла. В этот период свободные края створок максимально изгибались в сторону синусов, и форма открытия клапана приближалась к кругу, а в профиль клапан напоминал форму усеченного перевернутого конуса.

4. Период относительно устойчивого открытия створок приходился на вторую максимальную фазу изгнания сердечного цикла. Свободные края створок выпрямлялись вдоль оси потока, клапан принимал форму цилиндра, и створки постепенно прикрывались. К концу этого периода форма створок клапана становилась треугольной.

5. Период быстрого закрытия клапана совпадал с фазой редуцированного изгнания. У основания створок образовывалась волна реверсии, растягивающая сократившиеся створки в радиальном направлении, что приводило к их смыканию вначале по желудочковому краю зоны кооптации, а затем — к полному закрытию.

Механизм открытия и закрытия створки с образованием соответственно волны инверсии и реверсии нами условно был назван «эффектом кнута». Указанный механизм, а также увеличение угла «а» створок в подготовительном периоде можно отнести к демпферным механизмам корня аорты, снижающим деформации и стресс-напряжения его створок.

Возрастная динамика морфометрических, биомеханических и гидродинамических характеристик клапана аорты человека. Постоянство геометрических пропорций между элементами корня аорты человека и животных, в том числе и были изучены методом функциональной

анатомии и описаны в литературе прошлых лет (Михайлов С.С., 1987; Малиновский Н.Н. и соавт., 1988; Reid К., 1970). Как показал анализ данных нашего исследования, это справедливо для клапанно-аортальных комплексов лиц молодого и среднего возраста, составивших первую «молодую» группу (п = 32). В частности, Ds,/Db в этой группе в среднем равнялось 0,89 ± 0,01, что

соответствовало данным, полученным другими авторами (Михаилов С.С., 1987; Яе1ё К., 1970). Однако, во второй группе клапанно-аортальных комплексов (п = 20), забранных от умерших старше 50 - 60 лет, этот показатель превышал единицу, что свидетельствовало о дилатации корня аорты в области синотубулярного соединения.

Проведенный корреляционный анализ полученных данных показал сильную связь между

растяжимостью, с одной стороны, и основными геометрическими,

биомеханическими и

гидродинамическими характеристиками клапанно-

аортальных комплексов человека - с другой. Тем самым было показано, что растяжимость корня аорты человека является определяющим фактором его нормального функционирования.

Растяжимость клапанно-

аортальных комплексов, полученных от лиц старше 50 лет, прогрессивно снижалась с возрастом, достигая к 70-80 годам 3% (рис. 2). Сопоставление данных морфометрических и функциональных исследований двух возрастных групп клапанно-аортальных комплексов показало, что возрастное снижение растяжимости клапана аорты (в среднем в 3,8 раза) сопровождается изменением его биомеханики и гидродинамики. Такое ухудшение функциональных характеристик нашло свое отражение, по нашим данным, в десятикратном увеличении окружных деформаций (р = 0,001) и уменьшении безразмерной площади открытия (р < 0,001) створок, а также снижении производительности клапана (р = 0,007) и повышении его сопротивления почти в два раза (р < 0,05) особенно при увеличении расхода. В таких условиях сердце пожилого человека адаптируется к ригидной аорте путем развития концентрической гипертрофии миокарда левого желудочка (Б^ 1986).

Экспериментальная разработка новой модели бескаркасного ксенобиопротеза аортального клапана сердца. Разработка новой модели ксенографта проводилась по четырем направлениям:

1. Определению оптимальных условий структурной стабилизации ткани створок.

2. Определению оптимальных условий дубления ксеноклапанов в динамическом режиме.

3. Определению оптимальных условий консервации и стерилизации этих клапанов эпоксисоединениями.

4. Созданию модели бескаркасного ксеноаортального протеза

имплантации

Таблица 1

Влияние физико-химических факторов (рН дубящего раствора, концентрации ДЭ и МЭ в составе смеси ДЭ+МЭ) на фиксацию и стабилизацию ксеноаортальной ткани.

Фактор Показател и Критерий Фишера (F) Р

рН дубящего раствора FI 57,23 <0,001

SI 0,87 0,36

Концентрация ДЭ FI 111,19 <0,001

SI 50,12 <0,001

Концентрация МЭ в составе смеси ДЭ+МЭ FI 72,65 <0,001

SI 22,39 <0,001

для в

супрааннулярную позицию.

С целью разработки оптимальных условий дубления ксеноклапанов

была оценка физико-и

факторов скорость ткани

эпоксидами произведена влияния химических физических на степень и стабилизации ксеногенных створок.

Проведенный многофакторный дисперсионный анализ полученных данных (табл. 1) показал, что наибольшее влияние на фиксацию материала, оцененную по индексу фиксации (FI), оказывала концентрация диэпоксида (F=111,19; р <0,001), в меньшей степени - концентрация моноэпоксида в составе смеси с диэпоксидом (F=72,65; p <0,001) и рН дубящего раствора (F=57,23; р <0,001). На стабилизацию ксеноаортальной ткани, оцененную по индексу стабилизации (SI), достоверно влияла, прежде всего, концентрация диэпоксида (F=50,12; p<0,001). Моноэпоксид в составе смеси с диэпоксидом не только увеличивал степень фиксации ксеноткани, как было указано выше, но также достоверно влиял на (SI) устойчивость дубленой ткани к ферментативному гидролизу (F=22,39; p<0,001). Влияния рН раствора (F=0,87) на стабилизацию ксеноаортального материала (SI) выявлено не было (р=0,36).

Анализ полученных данных также показал, что на скорость структурирования ткани створок оказывали влияние рН дубящего раствора диэпоксида (ДЭ), добавление к нему моноэпоксида (МЭ), объем дубящего раствора и режим обработки.

В нейтральном растворе (рН 7,4) фиксация и стабилизация материала происходила с одинаковой скоростью и достигала максимальных значений на 4 - 5 сутки (рис. 3). В щелочном растворе максимальная фиксация и стабилизация наступала раньше - при рН 9,0 в первые-вторые сутки, а при рН 10,2 - через 12-24 часа. При дальнейшем содержании створок в дубящем растворе с рН 10,2 было отмечено снижение степени стабилизации ткани, что предположительно было обусловлено частичной денатурацией белка под воздействием высоко щелочной среды (Sung HW. et al., 1996).

Добавление моноэпоксида в дубящий раствор диэпоксида (смесь 2%ДЭ + 2%МЭ) ускоряло процесс структурирования ткани створок до уровня их максимальной стабилизации и фиксации в среднем на 50 часов.

Анализ результатов дубления створок ксеноаортальных клапанов в стационарном режиме в течение 24 часов при отношении массы ткани к массе дубящего раствора 1: 15 (по Шапошникову А.Н., 1992) и 1 : 30 показал, что обработка ткани в «большом» объеме раствора по сравнению с «малым» обеспечивает увеличение индексов фиксации и стабилизации образцов соответственно на 10% (р < 0,001) и 9% (р < 0,001).

Использование динамического режима достоверно повысило значение FI и SI еще дополнительно на 3% (р = 0,004) и 9% (р <0,001), соответственно.

Использование комбинации физико-химических (смеси 1-1,8%ДЭ + 1-1,8%МЭ с рН 9,0) и физических (динамический режим) факторов при дублении ксеноаортальных клапанов позволило достичь высокой степени структурной стабилизации ^ = 94-95 %) и фиксации (И = 95 - 99%) ткани створок, сравнимой с дублением нейтральным (рН 7,4) раствором 5% диэпоксида (рис.

4).

Таким образом, в результате использования оптимальной комбинации этих факторов при дублении ксеноаортальных клапанов была достигнута высокой степени структурная стабилизация и фиксация ткани створок, сравнимая с дублением нейтральным 5% раствором диэпоксида. При этом время обработки сократилось в 4 раза. Снижение концентрации основного стабилизирующего фактора (диэпоксида) было необходимо для сохранения эластических свойств ткани створок.

Влияние физических

условий структурной

стабилизации ксеногенных клапанов на их функциональные характеристики было

исследовано путем проведения сравнительного анализа

динамики этих характеристик, произошедшей под

воздействием дубления

глутаральдегидом в

стационарном и динамическом режимах, а также эпоксидами в стационарном и трех динамических режимах.

Учитывая, что на исходные функциональные характеристики ксенографтов оказывали влияние дубящий агент, стационарный и динамический режимы дубления, анализ воздействия этих факторов проводился как раздельно, так и одновременно, а также сравнительно с помощью многофакторного дисперсионного анализа.

Проведенный анализ показал, что структурная стабилизация глутаровым альдегидом свиного аортального клапана в стационарном режиме под низким внутриаортальным давлением приводила к значительной его усадке (р = 0,002), снижению растяжимости основания (р = 0,001) и синотубулярного соединения (с 45,47 ± 3,69% до 7,31 ± 1,15%, р <0,02), уменьшению в 2,2 раза абсолютной (с 3,73 ± 0,43 смг до 1,65 ± 0,11 см2, р = 0,005)1 и в два раза относительной площади открытия створок, значительному росту максимальных и средних окружных (с 0,003±0,003 до 0.40 ± 0,05. р = 0,04), а также в три раза радиальных (с 0,40 ± 0,05 до 1,32 ± 0,06, р <0,001) деформаций. Этот режим дубления привел к снижению в большей степени радиального и несколько меньшей степени окружного растяжения створок, увеличению ширины центральной зоны кооптации створок (в среднем на 20%), а также ухудшению гидродинамических характеристик - увеличению АР в среднем в 2,5 раза (с 5,33 ± 0,13 до 13,00 ± 1,62 мм.рт.ст., р = 0,003), уменьшению в среднем ЕОА в два раза и снижению производительности клапана на 73%.

Дубление ксеноаортальных клапанов глутаральдегидом в динамическом режиме обеспечило предилатацию корня аорты, что выразилось

увеличением исходных абсолютных геометрических размеров (р = 0,01 - 0,001). Динамический режим структурной стабилизации в отличие от стационарного режима в меньшей степени (р <0,001) повлиял на отрицательную динамику

основных исходных биомеханических и гидродинамических характеристик ксенографтов за исключением ширины центральной зоны кооптации створок. Данный динамический режим (0|) дубления глутаральдегидом привел к уменьшению в 2,5 раза исходной ширины центральной части зоны кооптации створок что может стать причиной

развития центральной регургитации после имплантации ксенографта.

Структурная стабилизация ксенографтов эпоксисоединениями в стационарном режиме аналогично дублению глутаральдегидом привела к усадке свиного корня аорты, снижению средней площади открытия створок, значительному увеличению окружных и радиальных деформаций створок, снижению их растяжимости и ксенографта в целом, а также ухудшению его гидродинамических характеристик.

Дубление ксеноаортальных клапанов эпоксидами в условиях первого динамического режима (Э^ вызвало предилатацию корня аорты, позволило несколько увеличить площадь открытия створок, существенно уменьшить образование их окружных и радиальных деформаций, а также сохранить исходные гидродинамические характеристики (нативных клапанов) относительно ксенографтов, стабилизированных в условиях стационарного гидростатического режима. Однако первый динамический режим (ББ1) дубления эпоксидами как и глутаральдегидом сократил ширину центральной части зоны кооптации створок

Таким образом, принципиальных различий в направленности и характере происходящих изменений нативных ксенографтов под воздействием обработки глутаральдегидом и эпоксидами как в стационарном, так и в динамическом режимах получено не было.

Дубление ксеноаортальных клапанов эпоксидами в условиях второго динамического режима (Б2) позволило избежать образования окружных и минимизировать образование радиальных деформаций створок, сохранить исходную радиальную растяжимость створок и ширину центральной зоны кооптации относительно ксенографтов, стабилизированных в первом динамическом режиме.

Анализ данных по влиянию третьего динамического режима дубления (ВБ3) эпоксидами на изменение анатомо-функциональных характеристик ксеноклапанов показал увеличения абсолютных геометрических параметров, т.е. предилатацию. Биомеханические и гидродинамические характеристики ксеноклапанов изменились под влиянием обработки эпоксидов в третьем динамическом режиме аналогичным образом как при дублении в стационарном режиме.

Проведенный многофакторный дисперсионный анализ показал, что режим структурной стабилизации (как физический фактор) оказывал высокой степени достоверное (р = 0,001 -0,01) влияние на изменение геометрических, биомеханических и гидродинамических характеристик. Тип стабилизатора (химического агента) оказывал достоверное (р = 0,001 - 0,04) влияние в

процессе дубления на изменение растяжимости ксеноклапана, абсолютную и относительную площади открытия и систолодиастолическую растяжимость его створок, а также гидродинамические характеристики. Тип динамического режима дубления (как разновидности физического фактора) преимущественно и с высокой достоверностью (р = 0,001) влиял только на изменение биомеханических характеристик створок ксеноклапана.

Антибактериальная активность диэпоксида, моноэпоксида и их смеси в разных концентрациях была изучена относительно растворов 0,625% глутаральдегида, 4% формальдегида и 0,5% диоксидина методом дисков и внесением культуры микроорганизмов в антибактериальные растворы. Оценка антимикробной активности контрольных растворов двойным методом показала, что они полностью подавляли рост исследуемых культур в изучаемом диапазоне (10 и 10" КОЕ/мл) концентрации микроорганизмов.

Анализ результатов исследования антибактериальных свойств исследуемых растворов методом дисков выявил, что только 5% раствор диэпоксида оказывал бактерицидное действие на St. aureus и Е. coli при их концентрации 104/мл - 106/мл КОЕ. Ps. aeruginosa показала устойчивость к действию пятипроцентного диэпоксида.

Растворы моноэпоксида обладали более выраженным антимикробным действием в сравнении с диэпоксидом, умеренно подавляя рост St aureus уже в однопроцентной концентрации. Трехпроцентный раствор моноэпоксида оказывал бактерицидное действие на St. aureus и Е. colt при их концентрации 104/мл - 106/мл КОЕ, а пятипроцентный раствор моноэпоксида подавлял рост Ps. aeruginosa с концентрацией культуры 102/мл КОЕ. Смесь 2% моноэпоксида и 2% диэпоксида подавляла рост микроорганизмов аналогично пятипроцентному моноэпоксиду, а смесь 3% диэпоксида и 3% моноэпоксида подавляла рост Ps. aeruginosa с концентрацией культуры 104/мл КОЕ.

Анализ результатов исследования бактерицидных свойств эпоксисоединений методом внесения культуры в антибактериальные растворы показал, что только смесь растворов двухпроцентного (и выше) ди- и моноэпоксида полностью подавляла рост исследованных микробов в концентрациях

Таким образом, полученные результаты свидетельствовали, что смесь двухпроцентного раствора ди- и моноэпоксида обладает высоким бактерицидным эффектом, схожим с эффектом альдегидов и диоксидина. Ранее рекомендованный для консервации биопротезов сердечных клапанов двухпроцентный раствор диэпоксида (Шапошников А.Н., 1992) показал достаточно низкую антимикробную активность.

Внедрение межжелудочковой перегородки в основание правой коронарной створки и одноименного синуса свиного клапана аорты определяет асимметрию его синусов и радиальную асимметрию створок. Структурная стабилизация свиного клапана усугубляет асимметрию створок (Wright J. and Acosta G., 1982).

А Б

Рис. 5. Вид ксенографта при проведении гидростатической пробы (А) и схема ксенографта, предназначенного для субкоронарной имплантации (Б).

Проблема мышечного валика в разработанной модели ксенографта была решена за счет полного иссечения мышечного внедрения и формирования основания правой коронарной створки и проксимальной 1/3 одноименного синуса из эндотелиально-субэндотелиальной ткани, являющейся их внутренним слоем, и эндокардиально-субэндокардиальной ткани приточного отдела комплекса, примыкающей к основанию створки и являющейся их наружным слоем. Нижняя треть правого коронарного синуса ксенографта дополнительно укреплялась обшивкой из стабилизированного свиного перикарда. Ксенографт также имел волнообразное основание, соответствующее форме основания фиброзного кольца аллогенного корня-акцептора (рис. 5). Такое изготовление биопротеза позволяло увеличить основание правой коронарной створки и получать ксенографт с симметричными и радиально соразмерными створками (патент РФ № 2175858). На наружной поверхности биопротеза была нанесена маркировка дистальной границы пришивной зоны для проведения нитей при имплантации.

Таким образом, разработанная модель ксеноаортального бескаркасного протеза была изготовлена из свиного корня аорты, стабилизированного

эпоксисоединениями по разработанной технологии, а её имплантация в супра-или интрааннулярную позицию была определена указанными конструктивными особенностями.

Сравнительная оценка биомеханики и гидродинамики различных моделей каркасных и бескаркасных биопротезов аортального клапана.

Сравнительный анализ результатов стендового исследования разработанной модели ксенографта и других доступных каркасных и бескаркасных биопротезов показал, что разработанная модель выгодно отличается по

своим биомеханическим и гидродинамическим характеристикам от ксенографтов «АБ-Моно-Кемерово» и «БиоЛаб», а также каркасных биопротезов «Wessex», «Бионикс» и «КемКор». В частности, крайне высокие значения деформаций створок определялись в целом у каркасных биопротезов

относительно бескаркасных. Деформации створок контрольных ксенографтов были практически одинаковыми и существенно превышали значения этих показателей у ксенографтов DD2 (рис. 6).

А Б

Рис. б. Вид створок (А) и значения их макимального (В01щи) и среднего (ВОГтеи,) индекса окружных деформаций (Б) ксенографтов ОСЬ (1), «БиоЛаб» (2), «АБ-Моно-Кемерово» (3) и каркасных биопротезов «\Vessex» (4), «КемКор» (5), «Бионикс-2» (6) в аксиальной проекции на пике открытия при стендовых исследованиях. Д- окружные прекомиссуральные

деформации.

Перепады давления при низких расходах существенно не различались у всех биопротезов (рис. 7, А). При возрастающем потоке (Qгms, мл/с), моделирующем возрастающую физическую нагрузку, происходило увеличение перепада давления (ДР) на каждом из исследованных биопротезов и ксенографтов. Однако степень роста градиента была разной, а различия между биопротезами по градиентам существенно нарастали. Максимальные градиенты были зарегистрированы в порядке убывания на биоклапанах «Wessex», «АБ-Моно-Кемерово», «БиоЛаб», «КемКор» и «Бионикс-2». Минимальный прирост ДР при возрастающем расходе был установлен у DD2 ксенографтов. Следует отметить, что наружный диаметр «АБ-Моно-Кемерово» был 25 мм, а «КемКор» 31 мм при одинаковых размерах (27 мм) остальных биоклапанов. Так, при расходе 500 мл/с систолический градиент давления на биопротезе «Wessex» и ксенографте DD2 (одного размера) составил соответственно 27,9 и 10 мм.рт.ст. Тонкостенный ксеноперикардиальный биопротез «Бионикс-2» показал низкие градиенты при увеличении расхода.

Величины индекса гидродинамической эффективности при всех расходах (рис. 7, Б) были значительно ниже у каркасных ксеноаортальных биопротезов «Wessex» и «КемКор» относительно ксенографтов и тонкостенного ксеноперикардиального биопротеза «Бионикс-2», содержащего каркас переменной жесткости. При возрастающих расходах, превышающих 400 - 500 мл/с, наблюдалась тенденция к снижению DC у ксеноаортальных каркасных протезов и малорастяжимого (7%) ксенографта «БиоЛаб».

А Б

Рис. 7. Динамика прямого систолического градиента (А) и индекса эффективности (Б) у ксенографтов и каркасных биопротезов при возрастающем расходе (<2гпк, мл/с).

В целом, функциональные характеристики ксенографтов превышали эти характеристики каркасных биопротезов.

Влияние техники имплантации на функцию бескаркасных ксенобиопротезов в эксперименте ex vivo. В отличие от механических и каркасных биологических протезов ксенографты не являются ригидными, устойчивыми к дисторции структурами и поэтому их имплантация может сопровождаться изменением как геометрических, так и функциональных характеристик. Насколько и как изменяется функция ксенографтов в результате имплантации? Какие факторы необходимо учитывать до и в процессе имплантации бескаркасных биопротезов, чтобы максимально сохранить их исходные функциональные характеристики? Для получения ответов на эти вопросы, выработки основных тактических и технических принципов выполнения операций был проведен сравнительный анализ функциональных результатов экспериментальных имплантаций ксенографтов в аллогенные корни аорты.

Экспериментальные имплантации ксенографтов выполнялись в секционном зале на небальзамированных трупах людей обоего пола с последующей оценкой анатомо-функциональных характеристик удаленных композитных корней аорты при стендовых исследованиях. Такая модель имплантации была выбрана не случайно. Во-первых, она позволяла проводить имплантации как в «молодые» корни-акцепторы, так и «пожилые» корни-акцепторы с измененными анатомическими взаимоотношениями и биомеханическими свойствами их элементов, что нередко встречается в клинической практике у патологически измененных корней аорты пациентов. Во-вторых, выбранная экспериментальная модель позволяла имплантировать ксенографты в реальных топографо-анатомических условиях для разработки вариантов и деталей техники имплантации.

Сравнительный анализ функции композитных корней аорты при полной и неполной субаннулярной субкоронарной имплантации

традиционной модели ксенографта. Учитывая обусловленность функциональных свойств клапана аорты, прежде всего, его растяжимостью, имплантации этой серии проводились только в «молодые» корни-акцепторы с использованием специально изготовленных ксенографтов с растяжимостью, близкой к растяжимости аллогенных корней-акцепторов. В результате из однородной группы корней-акцепторов были сформированы две группы композитных корней аорты благодаря использованию двух вариантов субаннулярной субкоронарной техники имплантации ксенографта.

Сравнительный анализ функциональных результатов двух групп композитных корней аорты показал, что лучшие биомеханические (р < 0,001) и гидродинамические (р = 0,01 - 0,04) характеристики были получены при использовании техники имплантации с иссечением всех трех синусов (1 группа) ксенографта (табл. 2). При сохранении некоронарного синуса ксенографта (2 группа) нередко формировалась парапротезная «гематома» (рис. 8, Б), существенно искажающая геометрию композитного корня аорты и отрицательно влияющая на его потоковые характеристики и биомеханику створок.

Образование парапротезных гематом в области сохраненного некоронарного синуса ксенографта нередко приводит в послеоперационном периоде к высокому систолическому градиенту давления, постепенно регрессирующему по мере рассасывания гематомы (Коп N.0. ег а1., 1995; ^ЫаЪу ег а1., 1998).

Таблица 2

Средние значения биомеханических и гидродинамических показателей композитных корней аорты при стандартном гидродинамическом режиме.__

Показатель 1 группа 2 группа Р

$т*«а* СМ 2,19 ±0,14 1,97 + 0,13 0,30

0,94 ±0,04 0,78 ± 0,03 0,04

В01т„ 0,67 ±0,04 0,68 ±0,05 0,89

вш „„. 0,25 ± 0,02 0,42 ±0,01 < 0,001

сш 0,18 ±0,01 0,24 ±0,01 <0,001

аМАХ/аМОТ 4,67 ±0,15 4,90 ±0Д2 0,38

КВ01 0,85 ±0,03 1,18 ±0,08 <0,001

ДР, ММ.рт.СТ. 8,54 ±0,51 14,78 ± 0,36 0,01

ЕОА, см1 1,97 ±0,09 1,58 ±0,15 0,04

БС 0,85 ±0,05 0,63 ±0,06 0,02

Анализ результатов этой серии имплантаций также показал, что наличие мышечного основания правой коронарной створки (рис. 8) у традиционных ксеноаортальных бескаркасных протезов являлось фактором, определяющим

формирование существенных деформаций створок имплантированного ксенографта.

А Б В

Рис. 8. Вид композитного корня аорты второй группы в диастолу (А), в периоде устойчивого открытия клапана (Б) с парапротезной «гематомой» в области неиссечениого некоронарного

синуса (НКС) и после его иссечения (В); МВ - мышечный валик основания правой коронарной створки.

Высокие значения деформаций створок ксенобиопротезов определяют развитие процессов усталостного разрушения и кальцификации их ткани в прекомиссуральной области (ВийегАеМ М. е! а1., 1993; Яеуаппа Р. е! а1., 1997), что может ограничить износоустойчивость имплантата.

Влияние вариантов полной субкоронарной имплантации и протезирования корня аорты на изменения анатомо-функциональные характеристик новой модели ксенографта. Влияние исходной растяжимости корня-акцептора, процедуры субкоронарной имплантации в целом, её интра- и супрааннулярных вариантов, а также техники протезирования корня аорты на анатомо-функциональные характеристики новой модели ксенографта оценивали как раздельно в группе с помощью ! - теста для зависимых выборок, так одновременно с помощью ! - теста для независимых выборок и многофакторным дисперсионным анализом. Влияние размерности ксенографта относительно корня-акцептора на функциональный результат субкоронарной имплантации оценивалось с помощью описательного анализа, поскольку не представилось возможность сформировать репрезентативные группы композитных корней аорты по доминирующему признаку - растяжимости корня-акцептора.

Протезирование корня аорты разработанной моделью ксенографта не достоверно (р > 0,05) повлияло на его исходные геометрические, биомеханические и гидродинамические характеристики (рис. 9). При этом исходная абсолютная замыкательная функция створок ксенографта не изменилась после имплантации.

А Б В

Рис. 9. Вид имплантированного ксенографта в аксиальной проекции на стенде в «диастолу» (А), «систолу» (Б) и со стороны приточного отдела композита при проведении гидравлической пробы (В).

Применение техники супрааннулярной имплантации и протезирования корня позволило использовать ксенографты большего диаметра (в среднем соответственно 26,17 ± 0,55 и 26,6 ± 0,43 мм) по сравнению с интрааннулярной имплантацией (в среднем 24,55 ± 0,69 мм) в аллогенные корни-акцепторы одинакового размера (Р^, Рю, Рг-з > 0,05).

Анализ полученного материала показал, что применение техники супрааннулярной имплантации ксенографта относительно техники протезирования корня аорты приводило к образованию умеренных окружных прекомиссуральных деформаций створок (р = 0,04) и уменьшению относительной площади их открытия (р = 0,01). Так, значение ВО!,,*,,, в группах композитных корней с супрааннулярной имплантацией ксенографта и протезированием корня аорты в среднем соответственно составило 0,14 ± 0,03 и 0,02 ± 0,01. Значения остальных характеристик в сравниваемых группах не имели достоверных различий (р > 0,05).

При сравнении функциональных характеристик ксенографтов, имплантированных интрааннулярно и по технике полного протезирования корня аорты, были выявлены более высокие значения площадей открытия створок (р - 0,01 - 0,03) и меньшие величины окружных деформаций (р = 0,04) в группе композитных корней аорты, сформированных техникой протезирования корня аорты. Установленные различия потоковых характеристик заключались в более высоком градиенте давления (р = 0,004), меньших величинах ЕОА (р = 0,03) и DC ф = 0,03) в группе композитных корней аорты с интрааннулярной имплантацией ксенографта.

Сравнение значений функциональных характеристик ксенографтов, имплантированных интра- и супрааннулярно, свидетельствовало, что достоверно (р = 0,01) более высокий градиент давления, меньшие ЕОА и DC были получены в группе композитных корней аорты при интрааннулярной

имплантации. Значения остальных характеристик достоверно не различались (р >0,05).

Анализ факторов, определяющих функциональный результат субкоронарной имплантации разработанной модели ксенографта. Проведенный многофакторный дисперсионный анализ полученного материала показал, что фактор субкоронарной имплантации с высокой степенью достоверности (р < 0,001) влиял на изменение большинства геометрических, биомеханических и гидродинамических характеристик ксенографта. Вариант техники субкоронарной имплантации влиял только на изменение параметров гидродинамики ксенографта (р = 0,01 - 0,04), а растяжимость корня-акцептора - на изменение его деформативных характеристик (р = 0,02 - 0,001). Значения относительной площади открытия и ширины центральной зоны

кооптации створок (С) ксенографта изменялись не достоверно (р > 0,05) в результате субкоронарной имплантации и не зависели от выбранных факторов.

! V * ' - .15 ;1г _ * —

4 V ' ' -А " _...... ** » I -*чг «4-ЛЧ-» - -г * »- ) / 1 |Й1 т^ГчГ

Рис. 10. Вид ксенографта в аксиальной проекции в «диастолу» (1А) и «систолу» (1Б) при стендовом исследовании, в продольной проекции в «диастолу» (1В) и «систолу» (1Г) при ультразвуковой локации. Вид этого же ксенографта в аналогичных проекциях (2А, 2Б, 2В, 2Г) после имплантации в растяжимый корень-акцептор.

В результате субкоронарной имплантации ксенографтов в растяжимые корни-акцепторы происходило (рис. 10) умеренное уменьшение исходного размера проходного отверстия (р = 0,04), умеренный рост окружных деформаций створок (р = 0,02) и градиента давления в среднем с 5,61 ± 0,62 до 12,77 ± 3,25 мм.рт.ст. (р = 0,04), а также уменьшение ЕОА в среднем с 2,74 ± 0,19 до 1,68 ± 0,19 см2 (р = 0,004).

В результате имплантации ксенографтов в малорастяжимые корни-акцепторы происходило (рис. 11) с высокой степенью достоверности (Р2 = 0,02 - 0,001) изменение значений их исходных характеристик за исключением относительной площади открытия створок ^^^и) и ширины зоны кооптации

(С), что также было показано при дисперсионном анализе. Динамика геометрических, биомеханических и гидродинамических характеристик была направлена в сторону ухудшения их значений, а степень изменения преимущественно биомеханических характеристик существенно превосходила изменения, полученные в группе растяжимых композитных корней аорты (р = 0,04 - 0,001). Степень изменения (ухудшения) значений гидродинамических параметров была достоверно (Рз = 0,01) выше при интрааннулярной имплантации относительно супрааннуляной имплантации.

Рис. 11. Вид ксенографта, имплантированного в малорастяжимый корень-акцептор, в аксиальной проекции в «диастолу» (А) и «систолу» (Б) при стендовом исследовании.

С целью выявления допустимых границ выбора размера ксенографта относительно размера корня-акцептора, позволяющих получать надежную замыкательную функцию его створок и сохранять при этом его высокие потоковые и биомеханические характеристики, был проведен сравнительный анализ этих характеристик в трех подгруппах композитных корней аорты. Эти подгруппы были сформированы по признаку субкоронарной имплантации ксенографта соразмерно, несоразмерно завышено и несоразмерно занижено относительно корня-акцептора. При этом из статистического анализа были исключены результаты исследования шести композитных корней аорты, у которых была выявлена регургитация или дополнительно проводилась реконструкция синотубулярного соединения.

Проведенный сравнительный анализ между указанными подгруппами композитных корней аорты не выявил достоверных различий (р > 0,05) большинства их функциональных характеристик, что позволяет утверждать о допустимости выбора размера новой модели ксенографта соразмерно, а также на один его стандартный размер больше или меньше относительно диаметра проходного отверстия корня-акцептора.

В четырех случаях причиной образования незначительной центральной регургитации (рис. 12) была несоразмерно заниженная имплантация ксенографта в среднем на 3,75 мм по наружному диаметру основания относительно внутреннего диаметра проходного отверстия корня-акцептора при достаточно высокой его растяжимости (в среднем DLst было равно 29,5%).

/

| г * 1 Ч, «... 1» /ччйрг

« ! »

у

V 'У

>. V ?

I

Ji

"Э _

А Б В

Рис. 12. Вид композитного корня аорты в «диастолу» (А) и «систолу» (Б) при стендовом исследовании, а также его препарата (В)

В двух случаях при крайнем несоответствии размеров ксенографта относительно аневризматически расширенного корня-акцептора (Б51/Бь соответственно составили 2,0 и 1,2) помимо субкоронарной имплантации бала дополнительно выполнена реконструкция синотубулярного соединения композитного корня аорты. В одном из этих случаев из-за крайней степени несоразмерности ксенографта и акцептора полностью не удалось восстановить замыкательную функцию створок композита, что привело к возникновению малозначимой центральной регургитации. В другом случае замыкательная

функция створок была восстановлена полностью (рис. 13).

• ».

Л-* * -

* "

* »

V»

Г ^ } * *

V

I

А Б

Рис. 13. Вид композитного корня аорты с реконструированным синотубулярным соединением при стендовом исследовании в «диастолу» (А), «систолу» (Б)

Следует отметить, что эти шесть композитных корней аорты показали высокие функциональные характеристики. В частности, практически отсутствовали окружные и были минимальными радиальные деформации створок.

Сравнительный анализ динамики индекса гидродинамической эффективности композитных корней аорты, полученных путем имплантации новой модели ксенографта в супра - («А») и интрааннулярную («Б») позицию, а также путем имплантации в субаннулярную позицию традиционных ксенографтов, стабилизированных глутаральдегидом («В») и диэпоксидом («Г»), в условиях возрастающего потока показал следующее (рис. 14). При низких расходах изменение индекса

Фткяйэдад I БИБЛ I СП«

1МШШШЧ

ПТгПп»! Щ иия

БИБЛИОТЕКА СПтрвург ОЭ К» «к*

и характер во

всех группах композитных корней аорты. Дальнейшее увеличение потока, проходящего через контрольные композитные корни аорты, приводило вначале к прекращению прироста индекса эффективности в среднем при расходе в 400 мл/с, а затем появлялась тенденция к его снижению. Индекс гидродинамической эффективности постоянно возрастал в группах ксенографтов, имплантированных в супра- и интрааннулярную позиции, достигнув уровня «плато» в среднем соответственно при расходе 800 мл/с и 650 мл/с.

-----

Ï-Г __ -В"

1 — 1

0 200 400 600 800

Опт», мл/с

Рис 14 Динамика индекса эффективности (DC) в зависимости от возрастающего расхода (Qrms, мл/с) у композитных корней аорты Пояснение в тексте

Высокие гидродинамические характеристики композитных корней аорты, содержащих DD2 модель ксенографта, были обусловлены, прежде всего, ее супрааннулярным расположением в корне-акцепторе. Такое расположение новой модели, имеющей волнообразное основание, позволяло сохранить исходную растяжимость вентрикулоаортального соединения корня-акцептора и сформированного композитного корня аорты, включая межстворчатые треугольники. Вместе с тем, имплантация традиционных моделей в субаннулярную позицию вызывала иммобилизацию основания и межстворчатых треугольников композитного корня, а также уменьшала его проходное отверстие Это приводило к существенному ухудшению исходных биомеханических и гидродинамических характеристик ксенографта. Об этом также косвенно свидетельствовали литературные данные (Revanna P. et al, 1997).

Из 60 анализируемых экспериментальных имплантаций в 6 случаях (10%) была выполнена ротация ксенографта относительно корня-акцептора в связи с несоответствием размеров одноименных синусов и углов кооптации одноименных створок, а также близким расположением устья правой коронарной артерии относительно фиброзного кольца корня-акцептора.

Полученные в настоящей работе анатомо-функциональные и экспериментальные данные позволили выработать основные тактико-технические принципы проведения имплантации разработанной модели ксенографта с целью дальнейшего клинического использования в хирургии пороков аортального

клапана. Мы убеждены, что по мере разработки и совершенствования отечественных биопротезов чаша весов при выборе протеза для пациентов особенно немолодого возраста все чаще будет склоняться в пользу биологических бескаркасных заменителей, как это происходит во всем мире.

ВЫВОДЫ

1. Основными отличительными особенностями структуры свиного клапана аорты от клапана человека являются относительно низкий профиль, асимметричность строения синусов и створок вследствие значительного мышечного внедрения аортального конуса левого желудочка в основание правого коронарного синуса и одноименной створки, меньший угол отхождения устьев коронарных артерий, а также отсутствие фиброзного кольца и непосредственных границ между основанием створок и синусов. Отличительными функциональными особенностями свиного клапана аорты от клапана аорты человека являются лишь более высокая растяжимость его створок и корня аорты в целом.

2. Клапан аорты человека является динамической структурой, изменяющейся в течение сердечного цикла. Увеличение радиального угла наклона створки к плоскости основания клапана в фазу изометрического напряжения и образования волн инверсии и реверсии в периоды быстрого открытия и закрытия створок («эффект кнута») являются механизмами, ограничивающими радиальные деформации створок в течение сердечного цикла. Образование окружных деформаций створок находится в обратно пропорциональной зависимости от растяжимости клапана аорты и, прежде всего, его синотубулярного соединения.

3. Изменение геометрических пропорций и снижение растяжимости клапана аорты человека наступает в возрасте старше 50 — 60 лет, что сопровождается уменьшением площади открытия створок и ухудшением функциональных характеристик клапана в целом. Возрастные анатомо-функциональные особенности корня аорты пациентов должны учитываться при имплантации бескаркасных биопротезов в аортальную позицию.

4. Функциональные характеристики ксеноаортального бескаркасного протеза зависят от свойств химического агента, выбранного для проведения структурной стабилизации ткани ксеноклапана, и технологии её проведения. Эпоксиобработанные ксенографты обладают лучшими функциональными характеристиками относительно ксенографтов, стабилизированных глутаральдегидом.

5. Бактерицидный эффект моноглицидилового эфира этиленгликоля превосходит бактерицидный эффект диглицидилового эфира этиленгликоля. Смесь этих соединений обладает выраженным стабилизирующим эффектом при малых концентрациях, высокой антимикробной активностью, сравнимой с растворами альдегидов в общепринятых концентрациях, и может применяться

для структурной стабилизации, стерилизации и консервации эпоксиобработанных биопротезов.

6. Функциональные характеристики бескаркасных биопротезов превышают функциональные характеристики каркасных биопротезов. Разработанная модель ксенографта выгодно отличается своими биомеханическими и гидродинамическими характеристиками от других моделей бескаркасных биопротезов, приближаясь к характеристикам нативных клапанов.

7. Имплантация традиционных бескаркасных биопротезов с цилиндрическим основанием в аллоаортальные комплексы приводит к ухудшению их исходных биомеханических и гидродинамических характеристик. Субкоронарная имплантация бескаркасного биопротеза с иссечением всех трех синусов обеспечивает лучшие функциональные характеристики относительно методики имплантации с сохраненным некоронарным синусом и позволяет избежать образования парапротезной «гематомы».

8. Основными факторами, оказывающими влияние на функциональный результат субкоронарной имплантации разработанной модели ксенографта, являются растяжимость корня-акцептора, адекватный выбор размера ксенографта и его позиция относительно фиброзного кольца корня-акцептора.

9. Протезирование корня аорты не влияет на исходные функциональные характеристики разработанной модели ксенографта. Супрааннулярная субкоронарная имплантация в отличие от протезирования корня аорты приводит к образованию умеренных окружных прекомиссуральных деформаций створок ксенографта, а также обеспечивает ему лучшие потоковые характеристики в сравнении с имплантацией в интрааннулярную позицию.

10. Разработанные качественные и количественные эхокардиографические параметры биомеханики клапана аорты у здоровых лиц могут использоваться для оценки адекватности протезирования клапана аорты биологическими заменителями, непосредственных и отдаленных результатов таких операций, прогнозирования износоустойчивости имплантированных бескаркасных заменителей при динамическом наблюдении за пациентами, а также при тестировании и паспортизации биопротезов в лабораторных условиях.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. При изготовлении ксенографтов целесообразно проводить структурную стабилизацию ксеноаортальных клапанов эпоксисоединениями в динамическом режиме при «нейтральном» положении их створок в потоке дубящего раствора.

2. Комплексную доклиническую оценку бескаркасных биопротезов рекомендуется проводить путем стендовых исследований по геометрическим, биомеханическим и потоковым характеристикам, а также на модели имплантации ксенографта, выполненной на нсбальзамированных трупах, с

последующим стендовым исследованием вновь образованной композитной структуры.

3. При нормальной геометрии растяжимого («молодого») корня-акцептора (Dst/Db = 0,9 - 1,0) предпочтительно выполнять имплантацию разработанной модели ксенографта в супрааннулярную позицию несоразмерно занижено по внутреннему диаметру их оснований в пределах 2 мм (меньше на один стандартный размер протеза) или допустимо выполнять соразмерно. Имплантацию в малорастяжимые («пожилые») корни-акцепторы оптимально выполнять соразмерно или допустимо выполнять несоразмерно завышено в пределах 2 мм (больше на один стандартный размер протеза).

4. При умеренной дилатации синотубулярного соединения растяжимого корня-акцептора (Dst/Db = 1,0 - 1,19) целесообразно выполнять супрааннулярную имплантацию разработанной модели ксенографта соразмерно по наружному диаметру его синотубулярного соединения, равному внутреннему диаметру синотубулярного соединения корня-акцептора. При выраженной дилатации синотубулярного соединения корня-акцептора

1,2) вне зависимости от его растяжимости допустимо выполнять супраанулярную имплантацию с реконструкцией синотубулярного соединения или же протезирование корня аорты.

5. При несоответствии размеров одноименных синусов имплантата и корня-акцептора или в случаях, когда устье правой коронарной артерии корня-акцептора расположено близко к его фиброзному кольцу, целесообразно при субкоронарном варианте имплантации выполнять ротацию (на 120°) ксенографта правым коронарным синусом в некоронарный синус корня-акцептора.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Гавриленков В.И. Протез клапана сердца и устройство для его формирования. Авторское свидетельство № 1748814 зарегистрировано в Государственном реестре изобретений РФ от 22 марта 1992 г. // Бюл. изобр. № 27 -1992.

2. Гавриленков В.И., Анцев Г.В., Лунин А.М., Малюков И.И. Держатель протеза сердечного клапана. Патент РФ № 4909719/14 зарегистрирован в Государственном реестре изобретений РФ 20 апреля 1995 г. // Бюл.изобр. № 11.-1995.

3. Гавриленков В.И., Юхнев А.Д., Молодкина Н.В. Гидродинамические испытания аортальных биопротезов // Тезисы 3 Всероссийского съезда сердечнососудистых хирургов.- М.- НЦССХ им.А.Н.Бакулева РАМН - 1996. - С. 158.

4. Гавриленков В.И., Юхнев А.Д., Молодкина Н.В. Методика гидродинамических испытаний аортальных биопротезов // Тезисы международной конференции "Актуальные проблемы сердечно-сосудистой хирургии". - Архангельск -1996. - С. 15.

5. Гавриленков В.И., Юхнев А.Д., Николаев М.А., Маслевцов Д.В., Шарафутдинов В.Э. Сравнительные гидродинамические исследования каркасных и бескаркасных аортальных биопротезов // Тезисы Второй ежегодной сессии НЦССХ им.А.Н.Бакулева.- М. - НЦССХ им.А.Н.Бакулева РАМН.-1998.-С. 108.

6. Гавриленков В.И., Юхнев АД., Маслевцов Д.В., Шарафутдинов В.Э., Николаев МА Оценка гидродинамических и биомеханических свойств бескаркасных заменителей аортального клапана // Тезисы Четвертого Всероссийского съезда сердечно-сосудистых хирургов.- М.- НЦССХ им.АН.Бакулева РАМН - 1998. - С. 290.

7. Гавриленков В.И., Юхнев АД., Маслевцов Д.В. Влияние способа стабилизации на биомеханические и гидродинамические характеристики ксенографтов // Тезисы Третьей ежегодной сессии НЦССХ имАН.Бакулева.- М. - НЦССХ имАН.Бакулева РАМН. -1999. - С. 117.

8. Скопин И.И, Барбараш Л.С., Муратов Р.М., Терехин В.Н., Журавлева И.Ю., Гавриленков В. И. Применение бескаркасных ксенобиопротезов в хирургии аортального клапана // Тезисы Третьей ежегодной сессии НЦССХ имАН.Бакулева.- М. - НЦССХ им.АН.Бакулева РАМН. - 1999. - С. 19.

9. Гавриленков В.И., Юхнев АД., Маслевцов Д.В. Гидродинамические и биомеханические характеристики бескаркасных биологических заменителей аортального клапана сердца // Ученые записки СПбГМУ им.акад. И.П. Павлова.-1999. - Том 6, № 2. - С. 46 - 51.

10. Гавриленков В.И., Юхнев АД., Маслевцов Д.В. Стабилизированнные диэпоксидом ксенографты как возможная альтернатива аллографтам. Экспериментальное исследование // Тезисы Пятого Всероссийского съезда сердечно-сосудистых хирургов. - Новосибирск. - НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН - 1999. - С. 255.

И.Гавриленков В.И., Юхнев А.Д., Маслевцов Д.В. Геометрия, биомеханика и гидродинамика клапанно-аортального комплекса человека // Актуальные проблемы сердечно-сосудистой, легочной и абдоминальной хирургии. Сборник трудов научной конференции (95-летие со дня рождения акад. РАМН Ф.Г.Углова). - СПб: Изд.СПбГМУ.- 1999.- С. 32 - 33.

12.Гавриленков В.И., Юхнев А.Д., Маслевцов Д.В. Клапанно-аортальный комплекс человека: возрастные особенности геометрии и биомеханики // Тезисы Четвертой ежегодной сессии НЦССХ им.А.Н.Бакулева.- М. -НЦССХ им.А.Н.Бакулева РАМН. - 2000. - С. 183.

13.Гавриленков В.И., Юхнев АД., Маслевцов Д.В. Возрастная динамика биомеханических и гидродинамических свойств клапанно-аортального комплекса человека // Вестник хирургии им. И.И. Грекова. - 2000. - Том 159, № 4. - С. 20 - 25.

14. Гавриленков В.И. Бескаркасный биопротез клапана аорты. Патент РФ № 2175858 зарегистрирован в Государственном реестре изобретений РФ от 20 ноября 2001 г. // Бюл. изобр. № 32 - 2001.

15.Юхнев А.Д., Орловский П.И., Гриценко В.В., Углов Ф.Г., Галич Н.П., Зубцовский В.Н., Гавриленков В.И., Игнатов A.M., Маслевцов Д.В., Бушмарин О.Н., Николаев МА, Алексеева Е.В., Бутурлимов О.В. Развитие экспериментальной базы для исследования гидродинамики и биомеханики искусственных клапанов сердца //Актуальные вопросы грудной, сердечнососудистой и абдоминальной хирургии. Сборник тезисов / Под ред. проф. В.В. Гриценко, проф. A.M. Игнатова и доц. О.Ю. Мочалова. - СПб.: Человек.-2001.-С. 77-78.

16.Гавриленков В.И., Маслевцов Д.В., Юхнев А.Д., Жирехина О.В., Звоник М.Н., Лесбеков Т.Д. Влияние техники имплантации на потоковые и

биомеханические характеристики бескаркасных биопротезов аортального клапана в эксперименте // Вестник хирургии им. И.И. Грекова. - 2001. - Том 160, №5. -С. 45 -51.

17.V. Gavrilenkov, V. Perley, D. Maslevtcov, A. Yuchnev. Biomechanics of human aortic root and valve // 2nd International meeting of the Onassis Cardiac Surgery Center. Book ofAbstracts. - 2000. - P. 126.

18.Гавриленков В.И., Перлей В.Е., Маслевцов Д.В.,Юхнев АД. Анализ биомеханики клапана аорты и его бескаркасных заменителей //Тезисы Шестого Всероссийского съезда сердечно-сосудистых хирургов. - М. -Бюллетень НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН «Сердечно-сосудистые заболевания». - 2000. - № 2. - С. 283.

19.Гавриленков В.И., Маслевцов Д.В., Юхнев А.Д. К вопросу о технике имплантации бескаркасных биопротезов. Экспериментальное исследование // Тезисы Пятой ежегодной сессии НЦССХ имАН.Бакулева.- М. -Бюллетень НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН «Сердечно-сосудистые заболевания». - 2001. - Том 2, № 3. - С. 155.

20.Гавриленков В.И., Перлей В.Е., Юхнев АД., Маслевцов Д.В. Макробиомеханика клапана аорты и бескаркасных биопротезов // Бюллетень НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН «Сердечно-сосудистые заболевания» / Тезисы Седьмого Всероссийского съезда сердечнососудистых хирургов. - М. - Бюллетень НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН «Сердечно-сосудистые заболевания». - 2001. - Том 2, № 6. - С. 22.

21.Гавриленков В.И., Кузнецов А.А., Перлей В.Е., Маслевцов Д.В., Лифляндская Л.Б., Врабий А.А. Эхокардиографическая оценка нормальной биомеханики аортального клапана // Ультразвуковая и функциональная диагностика. - 2003. - № 2. - С. 89 - 96.

22.Гавриленков В.И., Бельтюков П.П., Суглобова Е.Д., Маслевцов Д.В., Врабий А.А. Условия структурной стабилизации ксеноаортальной ткани эпоксисоединениями // Ученые записки СПбГМУ им.акад. И.П.Павлова. -2003. - Том 10, № 4.- С. 17-21.

23.Гавриленков В.И., Маслевцов Д.В. Способ структурной стабилизации тканей, используемых для протезирования и пластики при коррекции клапанных пороков сердца // Заявка № 2004101381/15 от 31.12.03. Решение ФИПС о выдаче патента РФ от 07.04.2004 г.

24.Гавриленков В.И., Маслевцов Д.В., Юхнев А.Д. Устройство для установки клапана аорты или бескаркасного биопротеза клапана аорты при проведении исследований в пульсирующем потоке // Заявка № 2003135582/14 от 09. 12. 2003. Решение ФИПС о выдаче патента РФ от 12.05.2004 г.

25.Бушмарин О.Н., Юхнев АД., Орловский П.И., Гавриленков В.И. К истории исследования искусственных клапанов сердца на кафедре гидроаэродинамики // Научно-технические ведомости СПбГТУ. - 2004. - № 2.- С. 21-32.

26.Гавриленков В.И. Особенности строения свиного клапана аорты как потенциального ксенографта для замещения клапана аорты человека // Вестник хирургии им. И.И. Грекова. - 2004. - Том 163, № 3. - С. 35 - 41.

Огпмшио с romero фаинм-мхета • НПФ «АСТСЛЮН» Экю M 108. Поятканв • ютп, 14.05.2004 г. Бумага офсепаа. Форшг 60х84'/№0бмм 2.5 в. л. Тираж 100 экз. Самгг-Пегербург. 193144, ab 39». те», /факс (812) 275-73-00,275-53-92. тея. 970-35-70 Internet: ЬПч.//Ьоте.сот«а.па/иц E-mail: nix@coanet.iKt

Актуальность проблемы. Протезирование клапана аорты является основным и высокоэффективным видом хирургического лечения органического поражения клапанного аппарата сердца (Цукерман Г.И. и Скопин И.И., 1996; Шевченко Ю.Л. и Черепенин И.М., 1996; Новиков В.К., 2002). Использование механических протезов клапанов сердца требует пожизненного приема антикоагулянтов, не гарантирующего полной защиты от тромбоэмболических осложнений и создающего определенную угрозу возникновения медикаментозного кровотечения. Применение каркасных биологических протезов, не требующих жесткой антикоагулянтной терапии, показало их ограниченную износоустойчивость, достаточно высокое сопротивление в аортальной позиции особенно при малых размерах (Wong К. et al., 1995; Коп N.D. et al., 1995; Van Nooten G. et al., 1999). Износоустойчивость и потоковые характеристики аллографтов (гомографтов) оказались выше, однако доступность их по-прежнему остается крайне ограниченной (Коп N.D. et al., 1995; Dossche К. et al., 1996; Baur L.H.B. et al., 1999). Исторически эти направления в хирургии клапана аорты развивались параллельно, периодически привлекая пристальное внимание исследователей и хирургов к одному из них.

В настоящее время в мировой клинической практике отчетливо прослеживается тенденция к более широкому применению биологических заменителей клапанов сердца (Bessler А., 2003). В 2002 году впервые мировые продажи биологических заменителей превысили продажи механических клапанов на 100 млн. $ (при общей сумме в 800 млн. $). Эта тенденция обусловлена, с одной стороны, неудовлетворенностью хирургов отдаленными результатами применения механических протезов, в частности, количеством осложнений и качеством жизни пациентов, а, с другой стороны, разработкой новых моделей биопротезов и современных технологий их изготовления. К таковым относят бескаркасные биопротезы или ксенографты «третьего» поколения.

Начало применения биологических бескаркасных заменителей клапана аорты датируется 1955 годом, когда Murrey G. впервые успешно имплантировал аортальный гомографт в нисходящую грудную аорту пациента. Первое сообщение об ортотопической имплантации аортального гомографта было сделано Kerwin A.G. и соавторами в 1962 году. С этого года Ross D. и Barratt-Boyes В. регулярно использовали гомографты для имплантации в субкоронарную позицию (Бокерия JI.A. и соавт., 1996; Barratt-Boyes В., 1997). Однако ограниченная доступность аортальных гомографтов и возрастающая потребность в заменителях клапана аорты стимулировали разработку ксеноаортальных бескаркасных и каркасных протезов.

Протезирование клапана аорты бескаркасным биопротезом впервые было выполнено Binet J.P. и соавторами в 1965 году. Однако несовершенная технология изготовления и относительно сложная техника имплантации бескаркасных биопротезов, а также разработка и широкое внедрение в клиническую практику механических и каркасных биологических клапанов в тот период привели к полному отказу от применения ксенографтов (Gross Ch. et al., 1995; O'Brien M., 1995; Sintek C.F. et al., 1995; Baur L.H.B. et al., 1999).

С 1989 года, благодаря разработкам David Т. и соавторов, возродился интерес к применению бескаркасных биопротезов в хирургии клапанных пороков сердца и особенно аортального клапана. Лучшие потоковые характеристики ксенографтов предполагали их большую износоустойчивость относительно каркасных биопротезов (Hvass U. et al., 1995; Jin X.Y. et al., 1995; Kon N.D. et al., 1995; O'Brien M.F. etal., 1995; Westaby S. et al., 1995). Прошло десятилетие клинических исследований, подтверждающее эти предположения (David Т.Е. et al., 1998; Westaby S. et al., 2000; David Т.Е., 2002).

В настоящее время одновременно с ростом числа имплантаций бескаркасных биопротезов в аортальную позицию продолжаются дискуссии относительно выбора модели ксенографта,, методики подбора размера бескаркасного биопротеза и техники имплантации. В частности, разрабатываются варианты и технические детали имплантации ксенографтов в зависимости от этиологических факторов формирования порока, конструктивных особенностей различных моделей бескаркасного биопротеза, а также анатомических изменений корня аорты пациента. Ряд вопросов хирургической тактики остаются нерешенными.

Все это определяет необходимость продолжения разработки более совершенных моделей ксенографта, поиска новых технологий изготовления, новых стабилизаторов биологических тканей взамен глутаральдегиду, а также методик тестирования и критериев функциональной оценки этих биопротезов. В частности, ряд исследователей рассматривают параметры биомеханики как наиболее перспективные критерии оценки функции биопротезов (Yoaganathan А.Р. et al., 1994; Revanna P. et al., 1997; Nagy Z.L. et al., 1999). Однако авторы использовали эти критерии (окружные деформации и растяжимость ксенографта) только при стендовых исследованиях.

Почти неизученной остается нормальная биомеханика клапана аорты человека. Вместе с тем, точные знания биомеханики клапана аорты и её влияния на запирательную функцию створок особенно необходимы при дальнейшей разработке моделей и техники имплантации бескаркасных заменителей клапана аорты, а также наиболее информативных критериев их функциональной оценки. Эта проблема отдельно обсуждалась на международном симпозиуме общества "Heart Valve Disease" в 1999 году (Vesely I., 2000). Такой подход в разработке новых моделей и технологий их изготовления позволит снизить риск отдаленной детериорации (повреждения) створок имплантата и увеличить его износоустойчивость (Dagum P. et al., 1999).

В целом многие теоретические и практические аспекты (анатомо-функциональные, биотехнологические, биомеханические и клинические) проблемы протезирования клапана аорты бескаркасными биопротезами остаются до настоящего времени не решенными и продолжают обсуждаться, преимущественно, в зарубежной литературе. Поиск их решений, нередко проводимый эмпирически на основании тридцатилетнего опыта разработки и применении каркасных биопротезов, пока не дал в полной мере ожидаемых результатов.

Все это явилось поводом к изучению проблемы протезирования клапана аорты бескаркасными биопротезами и проведению многопланового исследования, предусматривающего разработку и изготовление новой модели ксенографта, включая технологию ее структурной стабилизации и техники имплантации.

Цель исследования. На основе изучения анатомо-функциональных особенностей человеческого и свиного клапана аорты обосновать и разработать новую модель бескаркасного ксеноаортального протеза, применение которой позволит улучшить функциональные результаты хирургического лечения больных с пороками аортального клапана.

Задачи исследования:

1. Разработать методику и программу исследования биомеханики клапана аорты человека, и его бескаркасных заменителей для использования в условиях in vivo и ex vivo.

2. Изучить анатомо-функциональные особенности свиного и человеческого клапана аорты.

3. Изучить биомеханику клапана аорты человека на здоровых добровольцах.

4. Изучить в эксперименте возрастную динамику анатомо-функциональных характеристик клапана аорты человека.

5. Разработать и обосновать технологию структурной стабилизации свиных ксеноаортальных клапанов эпоксисоединениями в динамическом режиме.

6. Провести сравнительный анализ биомеханических и гидродинамических характеристик различных биологических заменителей аортального клапана.

7. Разработать новую модель бескаркасного биопротеза клапана аорты и технику ее имплантации.

8. Изучить в эксперименте влияние техники имплантации и типа бескаркасного заменителя на потоковые и биомеханические характеристики композитного корня аорты. Научная новизна и практическая значимость работы.

Впервые в мире на здоровых добровольцах была изучена биомеханика аортального клапана человека методом чреспищеводной эхокардиографии с покадровым количественным и качественным анализом фазовой структуры сердечного цикла. Определены динамика основных геометрических параметров корня аорты, характер движения створок за весь сердечный цикл, уточнен механизм открытия и закрытия клапана аорты. Разработаны качественные и количественные параметры биомеханики клапана аорты здорового человека и определена стандартная кривая площади открытия его створок.

Впервые в РФ разработана методика и комплексная программа стендовых исследований биомеханических и гидродинамических характеристик аллогенных, ксеногенных и композитных корней аорты.

Изучена биомеханика клапана аорты (свиного и человеческого) и его биологических заменителей в эксперименте in vitro путем моделирования их работы на пульсдупликаторе с применением разработанного измерительно-вычислительного комплекса, позволяющего производить синхронный анализ движения створок и элементов корня аорты за весь цикл открытия-закрытия по видео - и эхоизображению. Впервые в мире разработаны количественные критерии оценки радиальных деформаций створок аортального клапана и его биологических заменителей, позволяющие определить их степень и локализацию.

Проведен сравнительный анализ анатомо-функциональных характеристик аллогенных и ксеногенных клапанно-аортальных комплексов. Доказана определяющая роль упруго-эластичных свойств корня аорты в функционировании его створок. Показана возрастная динамика анатомо-функциональных характеристик клапана аорты человека и необходимость их учета при имплантации ксенографтов в аортальную позицию.

Разработана и комплексно обоснована оригинальная технология структурной стабилизации ксенографтов в условиях динамического режима. Проведен сравнительный анализ анатомо-функциональных характеристик ксенографтов, дубленых в различных физических условиях.

Разработана оригинальная модель бескаркасного биопротеза клапана аорты, обладающая высокими биомеханическими и гидродинамическими характеристиками, а также техника её интра-, супрааннулярной субкоронарной имплантации и полного протезирования корня аорты. Впервые в мире изучено влияние техники имплантации на потоковые и биомеханические характеристики аортального ксенографта в эксперименте на модели небальзамированных трупов с последующими стендовыми исследованиями композитных корней аорты.

Разработанная и всесторонне исследованная на доклиническом этапе оригинальная модель бескаркасного биопротеза клапана аорты подготовлена для дальнейшей клинической апробации.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Индивидуальная вариабельность ксеногенных корней аорты, анатомо-функциональные различия человеческого и ксеногенного (свиного) клапанов аорты должны учитываться при разработке, изготовлении и имплантации ксеноаортальных бескаркасных протезов. Анатомо-функциональные особенности корня-акцептора должны учитываться при имплантации ксенографтов в аортальную позицию.

2. Структурная стабилизация ксеноаортальных клапанов должна проводится в условиях оптимального воздействия физико-химических и физических факторов.

3. Разработанная модель бескаркасного биопротеза аортального клапана обладает высокими гидродинамическими и биомеханическими характеристиками, приближающимися к характеристикам клапана аорты человека. Эта модель ксенографта может стать альтернативой применению аллографтов.

4. Разработанная программа эхокардиографического исследования биомеханики клапана аорты может использоваться для оценки и прогнозирования функционирования имплантированных биологических заменителей аортального клапана, а также при их стендовых исследованиях.

5. Модель имплантации ксенографтов в аортальную позицию на небальзамированных трупах с последующей оценкой анатомо-функциональных характеристик композитных клапанно-аортальных комплексов позволяет эффективно и последовательно разрабатывать технические аспекты операции протезирования клапана аорты бескаркасными биопротезами.

6. Имплантация разработанной модели бескаркасного биопротеза в супрааннулярную позицию с полным иссечением его синусов или протезирование в виде цельного корня аорты позволяют практически полностью сохранять исходные потоковые и биомеханические характеристики ксенографта.

7. Функциональный результат операции имплантации бескаркасного биопротеза зависит от многих факторов, в том числе от технологии структурной стабилизации и модели ксенографта, а также выбранной методики и варианта техники имплантации. Любое значительное отклонение параметров изготовленного и/или имплантированного бескаркасного биопротеза от нормальных анатомо-функциональных характеристик может привести к дисторции конструкции, образованию избыточных сгибательных деформаций на створках с последующим развитием дисфункции ксенографта. Операция субкоронарной имплантации ксенографта в определенной степени носит реконструктивный характер.

Апробация и реализация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на 111, IV, V и VII Всероссийских съездах сердечнососудистых хирургов (Москва 1996, 1998, 1999 и 2001 гг.), второй - пятой ежегодных сессиях НЦССХ им. А.Н.Бакулева РАМН (Москва 1998 - 2001 гг.),

Всероссийской конференции, посвященной 110-летию со дня рождения акад. П.А.Куприянова (Санкт-Петербург, 2003).

Разработанная программа эхокардиографической оценки биомеханики аортального клапана и его биологических заменителей внедрена в лечебную и научно-исследовательскую работу кафедры и клиники сердечно-сосудистой хирургии им.акад. П.А.Куприянова Военно-медицинской академии им. С.М.Кирова (Санкт-Петербург, Загородный пр., 47), в работу межклинического отделения ультразвуковой диагностики СПбГМУ им.акад. И.П.Павлова (Санкт-Петербург, ул. Л.Толстого, д. 6/8), научно-практическую работу лаборатории физиологии кровообращения НИИ пульмонологии СПбГМУ им.акад. И.П.Павлова (Санкт-Петербург, ул. Рентгена, 12), в работу отделений функциональной диагностики дорожной клинической больницы Октябрьской железной дороги (Санкт-Петербург, пр. Мечникова, 27) и городской Мариинской больницы Санкт-Петербурга (Санкт-Петербург, Литейный пр., 56), а также в научно-исследовательскую работу кафедры гидроаэродинамики Санкт-Петербургского государственного технического университета (Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29). Основные научные положения диссертации используются в лекциях и практических занятиях со студентами, интернами и клиническими ординаторами кафедры госпитальной хирургии № 1 и 2 СПбГМУ им. акад. И.П.Павлова (Санкт-Петербург, ул. Л.Толстого, 6/8).

Публикации и изобретательская деятельность. По теме диссертации опубликовано 24 научные работы, включая 7 журнальных статей, два патента и одно авторское свидетельство. Также получены два положительных решения на изобретения.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, обсуждения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложения. Работа изложена на 255 страницах машинописного текста, содержит 34 таблицы и 99 рисунков. Список литературы включает 36 отечественных и 210 зарубежных источников.

ВЫВОДЫ

1. Основными отличительными особенностями структуры свиного клапана аорты от клапана человека являются относительно низкий профиль, асимметричность строения синусов и створок вследствие значительного мышечного внедрения аортального конуса левого желудочка в основание правого коронарного синуса и одноименной створки, меньший угол отхождения устьев коронарных артерий, а также отсутствие фиброзного кольца и непосредственных границ между основанием створок и синусов. Отличительными функциональными особенностями свиного клапана аорты от клапана аорты человека являются лишь более высокая растяжимость его створок и корня аорты в целом.

2. Клапан аорты человека является динамической структурой, изменяющейся в течение сердечного цикла. Увеличение радиального угла наклона створки к плоскости основания клапана в фазу изометрического напряжения и образования волн инверсии и реверсии в периоды быстрого открытия и закрытия створок («эффект кнута») являются механизмами, ограничивающими радиальные деформации створок в течение сердечного цикла. Образование окружных деформаций створок находится в обратно пропорциональной зависимости от растяжимости клапана аорты и, прежде всего, его синотубулярного соединения.

3. Изменение геометрических пропорций и снижение растяжимости клапана аорты человека наступает в возрасте старше 50 - 60 лет, что сопровождается уменьшением площади открытия створок и ухудшением функциональных характеристик клапана в целом. Возрастные анатомо-функциональные особенности клапана аорты пациентов должны учитываться при имплантации бескаркасных биопротезов в аортальную позицию.

4. Функциональные характеристики ксеноаортального бескаркасного протеза зависят от свойств химического агента, выбранного для проведения структурной стабилизации ткани ксеноклапана, и технологии её проведения. Эпоксиобработанные ксенографты обладают лучшими функциональными характеристиками относительно ксенографтов, стабилизированных глутаральдегидом.

5. Бактерицидный эффект моноглицидилового эфира этиленгликоля превосходит бактерицидный эффект диглицидилового эфира этиленгликоля. Смесь этих соединений обладает выраженным стабилизирующим эффектом при малых концентрациях, высокой антимикробной активностью, сравнимой с растворами альдегидов в общепринятых концентрациях, и может применяться для структурной стабилизации, стерилизации и консервации эпоксиобработанных биопротезов.

6. Функциональные характеристики бескаркасных биопротезов превышают функциональные характеристики каркасных биопротезов. Разработанная модель ксенографта выгодно отличается своими функциональными характеристиками от других моделей бескаркасных биопротезов, приближаясь к характеристикам нативных клапанов.

7. Имплантация традиционных бескаркасных биопротезов с цилиндрическим основанием в аллоаортальные комплексы приводит к ухудшению их исходных биомеханических и гидродинамических характеристик. Субкоронарная имплантация бескаркасного биопротеза с иссечением всех трех синусов обеспечивает лучшие функциональные характеристики относительно методики имплантации с сохраненным некоронарным синусом и позволяет избежать образования парапротезной «гематомы».

8. Основными факторами, оказывающими влияние на функциональный результат субкоронарной имплантации разработанной модели ксенографта, являются растяжимость корня-акцептора, адекватный выбор размера ксенографта и его позиция относительно фиброзного кольца корня-акцептора.

9. Протезирование корня аорты не влияет на исходные функциональные характеристики разработанной модели ксенографта. Супрааннулярная субкоронарная имплантация в отличие от протезирования корня аорты приводит к образованию умеренных окружных прекомиссуральных деформаций створок ксенографта, а также обеспечивает ему лучшие потоковые характеристики в сравнении с имплантацией в интрааннулярную позицию.

10. Разработанные качественные и количественные эхокардиографические параметры биомеханики клапана аорты у здоровых лиц могут использоваться для оценки адекватности протезирования клапана аорты биологическими заменителями, непосредственных и отдаленных результатов таких операций, прогнозирования износоустойчивости имплантированных бескаркасных заменителей при динамическом наблюдении за пациентами, а также при тестировании и паспортизации биопротезов в лабораторных условиях.

Практические рекомендации

1. При изготовлении ксенографтов целесообразно проводить структурную стабилизацию ксеноаортальных клапанов эпоксисоединениями в динамическом режиме при «нейтральном» положении их створок в потоке дубящего раствора.

2. Комплексную доклиническую оценку бескаркасных биопротезов рекомендуется проводить путем стендовых исследований по геометрическим, биомеханическим и потоковым характеристикам, а также на модели имплантации ксенографта, выполненной на небальзамированных трупах, с последующим стендовым исследованием вновь образованной композитной структуры.

3. При нормальной геометрии растяжимого («молодого») корня-акцептора (Dst/Db = 0,9 - 1,0) предпочтительно выполнять имплантацию разработанной модели ксенографта в супрааннулярную позицию несоразмерно занижено по внутреннему диаметру их оснований в пределах 2 мм (меньше на один стандартный размер протеза) или допустимо выполнять соразмерно. Имплантацию в малорастяжимые («пожилые») корни-акцепторы оптимально выполнять соразмерно или допустимо выполнять несоразмерно завышено в пределах 2 мм (больше на один стандартный размер протеза).

4. При умеренной дилатации синотубулярного соединения растяжимого корня-акцептора (Dst/Db = 1,0 - 1,19) целесообразно выполнять супрааннулярную имплантацию разработанной модели ксенографта соразмерно по наружному диаметру его синотубулярного соединения, равному внутреннему диаметру синотубулярного соединения корня-акцептора. При выраженной дилатации синотубулярного соединения корня-акцептора (Dst/Db > 1,2) вне зависимости от его растяжимости допустимо выполнять супраанулярную имплантацию с реконструкцией синотубулярного соединения или же протезирование корня аорты.

5. При несоответствии размеров одноименных синусов имплантата и корня-акцептора или в случаях, когда устье правой коронарной артерии корня-акцептора расположено близко к его фиброзному кольцу, целесообразно при субкоронарном варианте имплантации выполнять ротацию (на 120°) ксенографта правым коронарным синусом в некоронарный синус корня-акцептора.