موضوع مقاله: دریچه قلب مصنوعی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # دریچه قلب مصنوعی | مقدمه: دریچه‌های مصنوعی قلب را می‌توان به سه دسته کلی تقسیم کرد: دریچه‌های مکانیکی، دریچه‌های بافتی (بیوپروتزی) و دریچه‌های مهندسی بافت. | ## بخش 1: دریچه قلب مصنوعی | قلب انسان دارای چهار دریچه است: دریچه سه‌لتی، دریچه ریوی، دریچه میترال و دریچه آئورت. هدف اصلی این دریچه‌ها، حفظ جریان خون در جهت صحیح در سراسر قلب، و از قلب به سمت رگ‌های خونی اصلی متصل به آن (سرخرگ ریوی و آئورت) است. دریچه‌های قلب ممکن است به دلایل گوناگونی دچار اختلال عملکرد شوند، که این امر می‌تواند جریان خون را از طریق دریچه مسدود کند (تنگی) و/یا اجازه دهد خون به عقب از طریق دریچه بازگردد (پس‌زنش). هر دو این فرایندها به قلب فشار وارد کرده و ممکن است به مشکلات جدی، از جمله نارسایی قلبی، منجر شوند. در حالی که برخی از دریچه‌های ناکارآمد را می‌توان با داروها یا ترمیم درمان کرد، برخی دیگر باید با یک دریچه مصنوعی جایگزین شوند. خون در دهلیز راست وارد قلب می‌شود و از طریق دریچه سه‌لتی به بطن راست عبور می‌کند. پس از اکسیژن‌رسانی، خون به دهلیز چپ می‌رود و از آنجا از طریق دریچه میترال به بطن چپ پمپ می‌شود. دلایل بالقوه زیادی برای آسیب دریچه قلب وجود دارد، مانند نقص‌های مادرزادی، تغییرات مرتبط با افزایش سن و تأثیرات ناشی از اختلالات دیگر، مانند تب روماتیسمی و عفونت‌هایی که باعث اندوکاردیت می‌شوند. فشار خون بالا و نارسایی قلبی که می‌توانند قلب و شریان‌ها را بزرگ کنند، و بافت اسکار (جای زخم) ممکن است پس از یک حمله قلبی یا آسیب تشکیل شود. سه نوع اصلی دریچه‌های مصنوعی قلب عبارتند از دریچه‌های مکانیکی، بیولوژیکی (بیوپروتزی/بافتی) و مهندسی بافت. در ایالات متحده، بریتانیا و اتحادیه اروپا، رایج‌ترین نوع دریچه مصنوعی قلب، دریچه بیوپروتزی است. دریچه‌های دو-لتی رایج‌ترین نوع دریچه مکانیکی هستند که امروزه در بیماران کاشته می‌شوند. اولین پیوندها اولین دریچه مصنوعی قلب یک لوله پلاستیکی شفاف با یک توپ آزاد بود که بین محدودیت‌هایی در ورودی و خروجی گیر کرده بود. طرح اولیه شیر یک‌طرفه توپی زمانی باز می‌شد که قلب منقبض شده و فشار خون در حفره از فشار خارجی قلب فراتر می‌رفت و به خون اجازه جریان می‌داد. وقتی انقباض قلب تمام می‌شد، فشار داخل حفره کاهش می‌یافت و به توپ اجازه می‌داد تا به پایه دریچه برگردد و یک مهر و موم ایجاد کند. هافناگل طرح لوله و توپ خود را در سال ۱۹۵۲ در ده بیمار (که شش نفر از آن‌ها از عمل جراحی جان سالم به در بردند) کاشت، که این اولین پیوند دریچه قلب با موفقیت محدود بود. با این حال، این طرح هرگز به عنوان یک درمان پزشکی قابل اعتماد اثبات یا پذیرفته نشد. طرح ادواردز برای اولین بار در سال ۱۹۶۰ توسط آلبرت استار به صورت جراحی کاشته شد و برای ۴۷ سال بعد با موفقیت برای نجات بیماران قلبی در سراسر جهان مورد استفاده قرار گرفت. این طرح شامل یک توپ سیلیکونی بود که در یک قفس متیل متاکریلات جوش داده شده به یک حلقه قرار داشت. اختراع ادواردز امروزه به عنوان دریچه استار-ادواردز شناخته می‌شود که همچنان برای بسیاری از بیماران قلبی که قبل از سال ۲۰۰۷ تحت درمان قرار گرفته‌اند، خدمات نجات‌بخش ارائه می‌دهد. دریچه استار-ادواردز رکوردی را برای ارائه ۴۸ سال خدمت به یک بیمار قبل از نیاز به تعویض ثبت کرد. دریچه‌های مکانیکی قلب، مانند دریچه استار-ادواردز، به شدت با تشکیل لخته خون مرتبط هستند و به دوز بالایی از داروهای ضدانعقاد، معمولاً با INR هدف ۳٫۰–۴٫۵ نیاز دارند. دریچه‌های دیسک کج‌شونده، نوعی از شیر یک‌طرفه نوسانی، از یک حلقه فلزی پوشیده شده با پارچه ePTFE ساخته شده‌اند. حلقه فلزی، به وسیله دو تکیه‌گاه فلزی، دیسکی را نگه می‌دارد که با ضربان قلب باز می‌شود تا خون عبور کند، سپس دوباره بسته می‌شود تا از جریان خون به عقب جلوگیری کند. دیسک معمولاً از یک ماده کربنی بسیار سخت (کربن پیرولیتی) ساخته شده است که به دریچه امکان می‌دهد سال‌ها بدون فرسودگی کار کند. با داشتن دهانه بزرگتر از دریچه‌های توپ-در-قفس یا دیسک کج‌شونده، خطر کمتری برای ایجاد لخته خون دارند. مزایای دریچه‌های مکانیکی مزیت اصلی دریچه‌های مکانیکی نسبت به دریچه‌های بیوپروتزی، دوام بیشتر آن‌هاست. این دریچه‌ها که از فلز و/یا کربن پیرولیتی ساخته شده‌اند، می‌توانند ۲۰ تا ۳۰ سال دوام بیاورند. معایب دریچه‌های مکانیکی یکی از معایب عمده دریچه‌های مکانیکی قلب این است که با افزایش خطر لخته شدن خون همراه هستند. لخته‌های تشکیل شده در اثر آسیب به گلبول‌های قرمز و پلاکت‌ها می‌توانند رگ‌های خونی را مسدود کرده و منجر به سکته مغزی شوند. | ## بخش 2: دریچه قلب مصنوعی | افرادی که دریچه‌های مکانیکی دارند باید تا آخر عمر از داروهای ضدانعقاد (رقیق‌کننده‌های خون)، مانند وارفارین، استفاده کنند. دریچه‌های مکانیکی قلب همچنین می‌توانند باعث کم‌خونی همولیتیک مکانیکی شوند، وضعیتی که در آن گلبول‌های قرمز هنگام عبور از دریچه آسیب می‌بینند. کاویتاسیون، تشکیل سریع حباب‌های بسیار ریز در مایعی مانند خون به دلیل افت فشار موضعی، می‌تواند منجر به نارسایی دریچه مکانیکی قلب شود، بنابراین آزمایش کاویتاسیون بخش اساسی از فرایند تأیید طراحی دریچه است. بسیاری از عوارض مرتبط با دریچه‌های مکانیکی قلب را می‌توان از طریق مکانیک سیالات توضیح داد. به عنوان مثال، تشکیل لخته خون یک اثر جانبی تنش برشی بالا است که توسط طراحی دریچه‌ها ایجاد می‌شود. از دیدگاه مهندسی، یک دریچه قلب ایده‌آل باید حداقل افت فشار را ایجاد کند، حجم پس‌زنش کمی داشته باشد، تلاطم را به حداقل برساند، شیوع تنش‌های بالا را کاهش دهد و جدایش جریان در مجاورت دریچه ایجاد نکند. دریچه‌های بافتی بیوپروتزی دریچه‌های بیوپروتزی معمولاً از بافت حیوانی (هتروگرافت/زنوگرافت) متصل به یک پایه فلزی یا پلیمری ساخته می‌شوند. بافت گاوی (از گاو) بیشترین کاربرد را دارد، اما برخی از آن‌ها از بافت خوکی (از خوک) ساخته می‌شوند. گاهی اوقات از جایگزین‌هایی برای دریچه‌های بافت حیوانی استفاده می‌شود، که در آن‌ها دریچه‌ها از اهداکنندگان انسانی گرفته می‌شوند، مانند هموگرافت آئورتی و آتوگرافت ریوی. هموگرافت آئورتی یک دریچه آئورت از یک اهداکننده انسانی است که یا پس از مرگ او یا از قلبی که برای جایگزینی طی پیوند قلب برداشته می‌شود، بازیابی می‌گردد. آتوگرافت ریوی، که به عنوان عمل جراحی راس نیز شناخته می‌شود، روشی است که در آن دریچه آئورت برداشته شده و با دریچه ریوی خود بیمار (دریچه بین بطن راست و شریان ریوی) جایگزین می‌شود. سپس از یک هموگرافت ریوی (دریچه ریوی گرفته شده از جسد) برای جایگزینی دریچه ریوی خود بیمار استفاده می‌شود. این روش برای اولین بار در سال ۱۹۶۷ انجام شد و عمدتاً در کودکان استفاده می‌شود، زیرا به دریچه ریوی خود بیمار (که اکنون در موقعیت آئورت قرار دارد) اجازه می‌دهد تا با کودک رشد کند. مزایای دریچه‌های قلبی بیوپروتزی احتمال ایجاد لخته خون در دریچه‌های بیوپروتزی کمتر از دریچه‌های مکانیکی است، بنابراین نیازی به مصرف مادام‌العمر داروهای ضدانعقاد ندارند. در نتیجه، افرادی که دریچه‌های بیوپروتزی دارند، خطر خونریزی کمتری نسبت به افراد دارای دریچه‌های مکانیکی دارند. معایب دریچه‌های قلبی بیوپروتزی دریچه‌های بافتی دوام کمتری نسبت به دریچه‌های مکانیکی دارند و معمولاً ۱۰ تا ۲۰ سال عمر می‌کنند. این بدان معناست که افراد دارای دریچه‌های بیوپروتزی، احتمال بیشتری برای نیاز به تعویض مجدد دریچه آئورت در طول زندگی خود دارند. در سال‌های اخیر، دانشمندان فناوری جدیدی برای نگهداری بافت توسعه داده‌اند با هدف بهبود دوام دریچه‌های بیوپروتزی. در مطالعات روی گوسفند و خرگوش، بافت نگهداری شده با این فناوری جدید، کلسیفیکاسیون کمتری نسبت به بافت گروه کنترل داشت. دریچه‌ای حاوی این بافت اکنون به بازار عرضه شده است، اما داده‌های مربوط به دوام بلندمدت آن در بیماران هنوز در دسترس نیست. دریچه‌های بیوپروتزی فعلی فاقد طول عمر بالا هستند و با گذشت زمان کلسیفیه می‌شوند. هنگامی که یک دریچه کلسیفیه می‌شود، لَت‌های دریچه سفت و ضخیم شده و نمی‌توانند به‌طور کامل بسته شوند. علاوه بر این، دریچه‌های بیوپروتزی نمی‌توانند با بیمار رشد کرده یا با او سازگار شوند: اگر کودکی دریچه‌های بیوپروتزی داشته باشد، برای متناسب شدن با رشد فیزیکی خود باید چندین بار دریچه‌ها را تعویض کند. دریچه‌های مهندسی بافت بیش از ۳۰ سال است که محققان در تلاش برای رشد دریچه‌های قلب درون‌کشتگاهی هستند. دو نوع اصلی داربست عبارتند از داربست‌های طبیعی، مانند بافت سلول‌زدایی‌شده، یا داربست‌های ساخته شده از پلیمرهای تجزیه‌پذیر. داربست به عنوان یک ماتریکس برون‌یاخته‌ای عمل می‌کند و رشد بافت را به ساختار سه‌بعدی صحیح دریچه قلب هدایت می‌کند. برخی از دریچه‌های قلب مهندسی بافت در کارآزمایی‌های بالینی آزمایش شده‌اند، اما هیچ‌کدام به صورت تجاری در دسترس نیستند. دریچه‌های قلب مهندسی بافت می‌توانند مختص هر فرد باشند و به صورت سه‌بعدی برای تناسب با یک گیرنده خاص مدل‌سازی شوند. انتظار می‌رود سلول‌هایی که برای دریچه‌های قلب مهندسی بافت استفاده می‌شوند، ماتریکس برون‌یاخته‌ای (ECM) را ترشح کنند. ماتریکس برون‌یاخته‌ای برای حفظ شکل دریچه‌ها پشتیبانی فراهم می‌کند و فعالیت‌های سلولی را تعیین می‌کند. | ## بخش 3: دریچه قلب مصنوعی | دانشمندان می‌توانند ساختار دریچه‌های قلب را دنبال کنند تا چیزی شبیه به آن‌ها تولید کنند، اما از آنجا که دریچه‌های مهندسی بافت فاقد اساس سلولی طبیعی هستند، یا در انجام عملکردهای خود مانند دریچه‌های طبیعی قلب شکست می‌خورند، یا در هنگام کاشت عمل می‌کنند اما به تدریج با گذشت زمان تخریب می‌شوند. یک دریچه قلب مهندسی بافت ایده‌آل باید غیرترومبوژنیک، زیست‌سازگار، بادوام، مقاوم در برابر کلسیفیکاسیون، همراه با قلب اطراف رشد کند و پروفایل همودینامیک فیزیولوژیکی از خود نشان دهد. برای دستیابی به این اهداف، داربست باید با دقت انتخاب شود—سه نامزد اصلی وجود دارد: ECM سلول‌زدایی‌شده (زنوگرافت‌ها یا هموگرافت‌ها)، پلیمرهای طبیعی و پلیمرهای مصنوعی. تفاوت بین دریچه‌های مکانیکی و بافتی دریچه‌های مکانیکی و بافتی از مواد مختلفی ساخته شده‌اند. دریچه‌هایی که از بافت انسانی تشکیل شده‌اند، که به عنوان آلوگرافت یا هموگرافت شناخته می‌شوند، از قلب اهداکنندگان انسانی گرفته می‌شوند. دریچه‌های مکانیکی به دلیل دوامشان می‌توانند انتخاب بهتری برای افراد جوان‌تر و افرادی که در معرض خطر تخریب دریچه هستند، باشند. همچنین برای افرادی که قبلاً داروهای رقیق‌کننده خون مصرف می‌کنند و افرادی که احتمالاً تحمل عمل جراحی تعویض دریچه دیگری را ندارند، ترجیح داده می‌شود. دریچه‌های بافتی برای گروه‌های سنی بالاتر بهتر هستند زیرا ممکن است در طول عمرشان نیازی به عمل جراحی تعویض دریچه دیگری نباشد. به دلیل خطر تشکیل لخته خون در دریچه‌های مکانیکی و خونریزی شدید به عنوان یک عارضه جانبی عمده مصرف داروهای رقیق‌کننده خون، افرادی که در معرض خطر خونریزی هستند و تمایلی به مصرف وارفارین ندارند نیز ممکن است دریچه‌های بافتی را در نظر بگیرند. بیماران دیگری که ممکن است برای دریچه‌های بافتی مناسب‌تر باشند، افرادی هستند که جراحی‌های برنامه‌ریزی شده دیگری دارند و قادر به مصرف داروهای رقیق‌کننده خون نیستند. افرادی که قصد باردار شدن دارند نیز ممکن است دریچه‌های بافتی را در نظر بگیرند زیرا وارفارین در دوران بارداری خطراتی ایجاد می‌کند. الزامات عملکردی دریچه‌های مصنوعی قلب یک دریچه مصنوعی قلب در حالت ایده‌آل باید مانند یک دریچه قلب طبیعی عمل کند. عملکرد دریچه‌های طبیعی قلب با مزایای بسیاری مشخص می‌شود: حداقل پس‌زنش – این بدان معناست که مقدار خونی که هنگام بسته شدن دریچه به عقب نشت می‌کند، کم است. درجه‌ای از پس‌زنش دریچه‌ای اجتناب‌ناپذیر و طبیعی است، تا حدود ۵ میلی‌لیتر در هر ضربان. با این حال، چندین آسیب‌شناسی دریچه قلب (مانند اندوکاردیت روماتیسمی) ممکن است منجر به پس‌زنش دریچه‌ای بالینی قابل توجهی شود. یک ویژگی مطلوب برای پروتزهای دریچه قلب این است که پس‌زنش در تمام دامنه عملکرد فیزیولوژیک قلب حداقل باشد. حداقل گرادیان فشار ترانس‌والوولار – هرگاه یک سیال از یک محدودیت، مانند یک دریچه، عبور می‌کند، یک گرادیان فشار در دو سوی آن محدودیت ایجاد می‌شود. دریچه‌های طبیعی قلب گرادیان فشار ترانس‌والوولار پایینی دارند زیرا مانع کمی برای جریان عبوری از خود ایجاد می‌کنند، که معمولاً کمتر از ۱۶ میلی‌متر جیوه است. یک ویژگی مطلوب برای پروتزهای دریچه قلب این است که گرادیان فشار ترانس‌والوولار آن‌ها تا حد امکان کم باشد. عدم ایجاد لخته خون (غیر-ترومبوژنیک) – دریچه‌های طبیعی قلب با اندوتلیومی مشابه اندوتلیوم پوشاننده حفره‌های قلب پوشیده شده‌اند، بنابراین به‌طور معمول ترومبوژنیک نیستند (یعنی باعث ایجاد لخته خون نمی‌شوند). لخته‌های خون می‌توانند خطرناک باشند زیرا ممکن است در شریان‌های پایین‌دست مستقر شده و آن‌ها را مسدود کنند (به عنوان مثال، شریان‌های کرونری که منجر به حمله قلبی [انفارکتوس میوکارد] می‌شود؛ یا شریان‌های مغزی که منجر به سکته مغزی می‌شود). یک ویژگی مطلوب برای دریچه‌های مصنوعی قلب این است که غیر-ترومبوژنیک یا با حداقل ترومبوژنیسیته باشند. خود-ترمیم‌شونده – لَت‌های دریچه به لطف سلول‌های بازتولیدکننده (مانند فیبروبلاست‌ها) در بافت همبندی که لَت‌ها از آن تشکیل شده‌اند، مقداری ظرفیت برای ترمیم را حفظ می‌کنند. از آنجایی که قلب انسان در طول یک عمر معمولی تقریباً ۳٫۴ میلیارد بار می‌تپد، این ظرفیت ترمیمی محدود اما موجود، از اهمیت حیاتی برخوردار است. در حال حاضر هیچ پروتز دریچه قلبی نمی‌تواند خود را ترمیم کند، اما دریچه‌های مهندسی بافت ممکن است در نهایت چنین قابلیت‌هایی را ارائه دهند. عملکرد یک دریچه مصنوعی قلب را می‌توان قبل از استفاده بالینی به وسیله یک تکثیرکننده پالس به صورت درون‌کشتگاهی آزمایش کرد. ترمیم دریچه مصنوعی قلب انتظار می‌رود دریچه‌های مصنوعی قلب بین ۱۰ تا ۳۰ سال دوام داشته باشند. شایع‌ترین مشکلات دریچه‌های مصنوعی قلب، اشکال مختلف تخریب، از جمله بیرون‌زدگی شدید لَت‌ها، آسیب‌شناسی دریچه میترال ایسکمیک، و طویل شدن جزئی طناب‌های وتری است. فرایند ترمیم پس‌زنش و تنگی دریچه مصنوعی قلب معمولاً به جراحی قلب باز نیاز دارد، و ترمیم یا تعویض جزئی دریچه‌های دچار پس‌زنش معمولاً ترجیح داده می‌شود. محققان در حال بررسی جراحی مبتنی بر کاتتر هستند که امکان ترمیم دریچه مصنوعی قلب را بدون برش‌های بزرگ فراهم می‌کند. | ## جمع‌بندی | محققان در حال بررسی دریچه قلب پروتزی قابل تعویض هستند که امکان انجام مجدد و ترمیم سریع دریچه مصنوعی قلب را فراهم می‌کند.