СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИОПРОТЕЗА КЛАПАНА СЕРДЦА НА ГИБКОМ ОПОРНОМ КАРКАСЕ С НИЗКИМ ПРОФИЛЕМ
METHOD OF MAKING VALVE BIOPROTESIS OF HEART VALVE ON FLEXIBLE BASE FRAMEWORK WITH LOW PROFILE

Область техники
Изобретение относится к области медицинской техники, а именно, к протезированию клапанов сердца, более конкретно, к способу изготовления ксеноперикардиального биопротеза клапана сердца на гибком опорном каркасе с низким профилем на основе стабилизированной биологической ткани (стабилизированного перикарда быка). Способ по изобретению обеспечивает создание низкопрофильного ксеноперикардиального биопротеза клапана сердца, который обладает оптимальными гемодинамическими параметрами, благодаря своему низкому профилю может быть имплантирован в аортальную, митральную и трикуспидальную позицию без анатомических ограничений, при этом также обеспечивается улучшение гемодинамических характеристик клапана, уменьшение риска тромбообразования и повышение износоустойчивости и увеличение срока службы биопротеза.
Полученный биопротез клапана сердца может быть использован в кардиохирургической практике для замены пораженных естественных клапанов сердца или ранее имплантированных протезов клапанов сердца при нарушении их функции. Предлагаемый в изобретении биопротез клапана сердца может быть имплантирован в аортальную, митральную и трикуспидальную позиции без анатомических ограничений, связанных с индивидуальными особенностями пациента, он обладает улучшенными гемодинамическими характеристиками, а также пониженным риском тромбообразования и увеличенным сроком службы. При этом улучшение гемодинамических характеристик биопротеза обеспечивается благодаря увеличению площади проходного отверстия при заданном посадочном диаметре протеза за счет крепления запирательного элемента снаружи каркаса двойным плоским возвратным швом.
Уровень техники
Биопротезы клапанов сердца обладают хорошими гемодинамическими показателями, не требуют постоянной антикоагулянтной терапии в послеоперационном периоде, что, в комбинации с относительной легкостью имплантации, делает их клапанами выбора при оперативном вмешательстве у тяжелого контингента кардиохирургических больных с высокой степенью риска в пожилом возрасте. (Здесь и далее в настоящей заявке термины «биопротез клапана сердца», «биопротез», «протез клапана сердца», «искусственный клапан сердца» и «искусственный сердечный клапан» используются в качестве синонимов.)
Биопротезы клапанов различных конструкций применяются в клинической практике с 60-70-х гг. XX века. Основные направления развития данной области коснулись как создания новых конструкций клапанов, так и поиска новых биоматериалов и разработки новых технологий их обработки (Барбараш Л.С., 1995 [1]). Конструкционных решений коммерчески доступных каркасных протезов существует множество. Также было предложено много различных биоматериалов, созданы новые способы их стерилизации и консервации. В настоящее время наиболее распространенными протезами являются ксеноаортальные и ксеноперикардиальные протезы, использующие стабилизированные ткани, соответственно, аорты и перикарда животных (Миролюбов Л.М. и др., 2012 [2]). При этом, если для имплантации в аортальную позицию могут использоваться как каркасные, так и бескаркасные протезы, то для имплантации в атриовентрикулярные позиции подходят только каркасные протезы клапанов.  Показано, что среди всех каркасных протезов наилучшим образом себя зарекомендовали ксеноаортальные биологические протезы и клапаны, изготовленные из ксеноперикарда (Бокерия, Л.А. и др., 2009 [3]). Первые каркасные ксеноаортальные и ксеноперикардиальные протезы появились еще в конце 1960-х – начале 1970-х (Carpentier A., et al., 1968; Carpentier A., 1971 [4, 5]), однако первые ксеноперикардиальные протезы клапанов сердца имели, как было показано в клинических испытаниях (Dellgren G., 2002; Gabbay S., 1984 [6, 7]), ограниченный срок службы.
Для обеспечения структурной устойчивости ксеноперикардиальной ткани биопротезов были разработаны различные методы консервации, например, консервация формальдегидом, комбинацией метапериодата натрия и глутарового альдегида или просто глутаровым альдегидом.
Одним из первых каркасных биопротезов клапанов сердца, внедренных в клиническую практику, был биопротез "Hancock Standart", изготовленный из цельного аортального комплекса свиньи, обработанного глутаровым альдегидом. Благодаря такой обработке биопротез "Hancock Standart" оставался в клинической практике на протяжении многих лет (Bortolotti U., Gallucci V., et al., 1979 [8]). Каркас биопротеза "Hancock Standart" был выполнен из полипропилена, в основании клапана находилось металлическое кольцо, способствующее большей жесткости биопротеза. Промежуточные и отдаленные результаты исследования клинического применения таких клапанов показали, однако, что в процессе эксплуатации клапана "Hancock Standart" развивается большое количество структурных дисфункций, обусловленных как кальцификацией биопротеза и образованием паннуса, так и отрывом створок в зоне комиссур (Davila, J.C., 1978 [9]; Litwak, R.S., 1977 [10]; Mcintosh, C.L., 1976 [11]; Summa, M.Di., 1977 [12]).
Впоследствии было также показано, что для сохранения структурной целости биопротеза клапана сердца необходимо корректное распределение механической нагрузки в процессе эксплуатации биопротеза, отсутствие усталостных деформаций биологической ткани (Reis, R.L., 1971 [13]). Также показано, что укрепление места фиксации биоткани к жесткому каркасу различными синтетическими материалами уменьшало частоту отрыва створок в зоне комиссур, а гибкие опорные каркасы снижали механическую нагрузку на створки биопротеза, так как их опорные стойки имели возможность перемещаться в радиальном направлении происходило демпфирование нагрузок, при этом энергия гидравлического удара расходовалась как на деформацию створок, так и на деформацию всего каркаса, что в итоге уменьшало напряжение на створках биологического протеза (Lund, О., 2000 [14]).
Среди наиболее распространенных ксеноперикардиальных каркасных протезов клапанов сердца, применяемых в клинической практике в настоящее время, можно назвать биопротез «CE Perimount», разработанный компанией "Edwards Lifesciences" ("Carpentier-Edwards PERIMOUNT Aortic Heart Valve", 2017 [15]), «Mosaic», разработанный компанией "Medtronic Inc." ("Mosaic Tissue Valve", 16.04.2016 [16]) и «Mitroflow», разработанный компанией "Sorin Group" ("Mitroflow Aortic Pericardial Heart Valve: Instruction for Use", 09/2007 [17]).
Биопротезы [15]-[17] имеют металлический или полимерный опорный каркас по крайней мере с тремя опорными стойками, расположенными на равном или неравном расстоянии друг от друга на основании каркаса, причем геометрические размеры каждой отдельно взятой стойки варьируют в широких пределах, как и способ формирования биологического запирательного элемента.
Крепление биологической ткани створок запирательного элемента к каркасу в биопротезы [15]-[17] реализуется двумя способами – внутри (биопротезы «CE Perimount» [15] и «Mosaic» [16]), либо снаружи каркаса (биопротез «Mitroflow» [17]).
Крепление створок запирательного элемента изнутри проходного отверстия протеза создает препятствие току крови при открытии клапана, что ухудшает гемодинамические показатели протеза, а именно, повышает транспротезный градиент давления из-за большой разницы между посадочным и проходным диаметром. Однако в этом варианте легко можно достичь плотного смыкания створок в области комиссур при закрытии протеза. Крепление биоткани снаружи каркаса гемодинамически предпочтительнее, однако при этом возникают трудности при формировании состоятельной комиссуры, поскольку в закрытом состоянии биопротеза возможно неплотное смыкание створок около вершины стойки, что приводит к обратным утечкам на протезе в процессе его работы в организме.
Высота стоек должна обеспечивать полноценную коаптацию створок в момент закрытия биопротеза, но слишком высокий протез может создавать препятствия при имплантации в силу анатомических особенностей строения корня аорты или желудочков сердца пациента. Напротив, низкопрофильные биопротезы удобно имплантировать, поэтому разработчики протезов клапанов сердца стремятся по возможности уменьшить высоту стоек, в то же время сохраняя зону коаптации створок достаточной, чтобы не возникали обратные утечки.
Крепление створок к опорной стойке в узле комиссуры протеза является одним из основных факторов, влияющих на его адекватное и длительное функционирование в организме реципиента, поскольку именно это звено обеспечивает гашение ударной нагрузки, ложащейся на створки протеза, и ее перераспределение по остальным зонам протеза клапана сердца.
Из уровня техники известен ряд конструкций биопротезов клапана сердца «БиоЛАБ», разработанный в НЦССХ им. А.М. Бакулева, изготавливаемых из глиссоновой капсулы печени теленка, из ткани перикарда теленка или перикарда свиньи. В биопротезах «БиоЛАБ» биоткань зафиксирована на опорном металлическом каркасе с переменной жесткостью, покрытом синтетической тканью (Железнев С.И., Исаян М.В., Астапов Д.А. и др., 2011 [18]). Хотя биопротезы «БиоЛАБ» в отдаленные сроки после имплантации показали меньшее количество структурных дисфункций по сравнению со своими предшественниками, впоследствии было выявлено, что в процессе эксплуатации они подвержены значительной кальцификации, ограничивающей срок их службы.
Дальнейший шаг в развитии ксеноперикардиальных и ксеноаортальных биопротезов клапанов сердца был связан с обработкой биоматериала (ткани перикарда) с целью защиты его от кальцификации при эксплуатации биопротеза. Такая обработка, для которой использовались диэпоксидные соединения (диглицидиловый эфир полиэтиленгликоля), применена в ксеноаортальных биопротезах сердечных клапанов «КемКор» и «Перикор» и в ксеноперикардиальном биопротезе «Юнилайн», разработанных российской компанией ЗАО «НеоКор» (патент РФ на полезную модель RU 76565 U1, МПК: A61F 2/24, опубликован 27.09.2008 [19]).
Биопротез «Юнилайн» [19] включает в себя однокомпонентный гибкий полимерный каркас со стойками и отверстиями по верхнему контуру, проволочный контур, изготовленный из эластичного материала – никелида титана и повторяющий по форме верхний контур каркаса, створчатый аппарат, манжету и облицовки указанных элементов протеза, отличающийся тем, что каркас снабжен дополнительными отверстиями, расположенными по нижнему контуру для фиксации манжеты, а створчатый аппарат основаниями створок прикреплен непосредственно к каркасу посредством швов, проходящих через отверстия по его верхнему контуру, причем проволочный контур прикреплен швами к облицовке по верхнему контуру каркаса и в зоне вершин стоек каркаса соединен дополнительно швами со створчатым аппаратом, а манжета и облицовки элементов протеза выполнены из однослойной биологической ткани. ЗАО «НеоКор» было разработано несколько типоразмеров ксеноперикардиальных клапанов «Юнилайн», предназначенных для имплантации как в аортальную позицию, так и в митральную и трикуспидальную позиции.
Однако в гидродинамических исследованиях биопротеза «Юнилайн» показано, что при его работе створки биопротеза раскрываются куполообразно, что до некоторой степени уменьшает площадь проходного отверстия и, таким образом, снижает гидродинамическую эффективность биопротеза (Клышников К.Ю., Овчаренко Е.А. и др., 2017 [20]). В свою очередь, в закрытом состоянии створок биопротеза «Юнилайн» во всех типоразмерах клапана возникает эффект «закручивания» створок, обусловленный, как предполагается, чрезмерной высотой зоны коаптации створок. Такое искажение геометрии зоны смыкания створок может, как предполагается, приводить к развитию асимметричного и неравномерного распределения механического напряжения в материале биопротеза (к появлению так называемых концентраторов напряжения), что, в свою очередь, негативно влияет на циклостойкость (износоустойчивость) биопротеза и может приводить к раннему выходу биопротеза из строя и к необходимости оперативного вмешательства для его замены. Кроме того, указанные участки высокого механического напряжения, как показано, существенно ускоряют кальцификацию биоматериала протеза, при этом такой эффект кальцификации, как ожидается, будет лишь усугубляться в процессе эксплуатации протеза по мере его растяжения под действием длительной нагрузки.
Из уровня техники известен также аортальный биопротез клапана сердца «Trifecta», разработанный St. Jude Medical (Bavaria J. E., Desai, N. D., et al., 2014 [21]), отличающийся высоким эффективным профилем (см. таблицу 1). Биопротез «Trifecta» имеет гибкий опорный каркас из титанового сплава, двойную обшивку каркаса, выполненную из полиэфирного основосвязанного полотна и из стабилизированной биологической ткани (перикарда свиньи). Запирательный элемент клапана «Trifecta» выкроен из единого лоскута не стабилизированной биологической ткани (перикарда быка) с фиксацией формы створок на ответной форме. Крепление запирательного элемента к стойкам происходит снаружи каркаса широким крестообразным швом, шов на вершине стойки отсутствует.
Вследствие высокого профиля биопротеза «Trifecta» (высота каркаса биопротеза «Trifecta» составляет от 15 до 20 мм – см. Таблицу 1) не всегда возможно имплантировать биопротез «Trifecta» даже в аортальную позицию, не перекрывая при этом устья коронарных артерий. В атриовентрикулярные позиции имплантация протеза «Trifecta» в силу его высокого профиля невозможна ни при каких условиях. Кроме того, используемый при изготовлении клапана «Trifecta» метод раскроя створок из единого лоскута не стабилизированной биологической ткани с последующей фиксацией их на ответных формах, имитирующих вид закрытого запирательного элемента готового протеза, вряд ли сможет обеспечить каждой створке запирательного элемента протеза равнозначные упруго-прочностные показатели, которые гарантируют симметричное движение створок в процессе функционирования протеза в организме человека.
Из уровня техники из авторского свидетельства СССР SU 1116573 A1, 15.07.1985, МПК: А61F 2/24 [22] известен также биопротез сердечного клапана, содержащий раму с тремя гибкими плавно закругленными опорами (стойками), каркас в виде соединительного жесткого кольца, обшивку и манжету, при этом верхняя часть гибких стоек биопротеза сердечного клапана [22] состоит из стальной проволоки, образующей в вершинах петли, плоскость которых расположена перпендикулярно его радиусу, с образованием гибкой стойки каркаса. Соединительное кольцо снабжено расположенными внутри рамы напротив стоек зубчатыми жесткими ограничителями перемещений, а гибкие опоры выполнены с возможностью изгиба стоек в пределах упругой деформации рамы. Крепление запирательного элемента осуществляют снаружи каркаса. Две соседние створки запирательного элемента биопротеза [22] фиксируют друг к другу двойным обвивным швом и прикрепляют к верхней части гибкой стойки каркаса с образованием комиссуры каркаса. Обшивку каркаса выполняют из полиэфирного основосвязанного полотна, створки – из биологического материала. Эффективный профиль биопротеза [22] высокий, а основание протеза жесткое.
Биопротез сердечного клапана [22] имеет шов на вершине комиссуры, необходимый для надежного крепления двух сшитых между собой соседних створок запирательного элемента к стойке протеза. Такое конструктивное выполнение клапана [22] приводит, однако, к возникновению в этом узле протеза усталостных напряжений и провоцирует разрывы биологической ткани створок в области комиссуры, в результате становится необходима замена клапана на новый.
Из уровня техники из патента США US 4477930 А, МПК: А61F 2/24, опубликован: 23.10.1984 [23] известен способ изготовления низкопрофильного ксеноперикардиального биопротеза клапана сердца, предлагаемый в качестве ближайшего аналога заявляемого способа, и биопротез клапана сердца, изготовленный данным способом. Способ согласно патенту [23] включает в себя получение трикотажного покрытия цилиндрической формы, размещение стента, имеющего три стойки, поверх указанного покрытия, выворачивание одного конца указанного покрытия таким образом, что при этом по внутренней и внешней поверхностям стента формируются внутренняя и внешняя концентрические складки соответственно, формирование шва между внутренней и внешней концентрическими складками вдоль нижнего края стента, удаление указанного стента из указанной цилиндрической части и выворачивание указанной цилиндрической части таким образом, что упомянутый шов оказывается внутри указанных внутренних и наружных складок, введение указанного стента между указанными внутренней и внешней складками; прошивка базового шва, проходящего в циркулярном направлении между указанными внутренней и внешней складками и под передним краем упомянутого стента, с получением внутренних и наружных участков манжеты в указанном тканевом покрытии, идущих в направлении от стента и от основного шва, обратное сгибание упомянутых внутренних и наружных частей манжеты поверх стента, размещение шовного кольца между указанными внутренними и наружными участками манжеты, с последующим складыванием одной из упомянутых частей манжеты поверх указанного шовного кольца и другой части манжеты и подшиванием упомянутой одной части манжеты по окружности, благодаря чему обеспечивается прикрепление шовного кольца к основанию.
Способ изготовления клапана [23] не предусматривает использования двойного симметричного матрасного шва для крепления створок к стойкам каркаса; таким образом, не обеспечивается увеличение площади проходного отверстия клапана при заданном посадочном диаметре протеза (что, в свою очередь, приводит к недостаточному снижению транспротезного градиента).
Формирование створок биопротеза [23] не предусматривает изменения положения створок клапана с определенной периодичностью, с поочередным воспроизведением фаз полного открытия и полного закрытия створок биопротеза клапана; таким образом, биомеханические (эластические) свойства материала створок клапана [23] сохраняются при осуществлении способа изготовления клапана не в полной мере.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание низкопрофильного ксеноперикардиального биопротеза клапана сердца, лишенного недостатков известных аналогов, который благодаря своему низкому профилю мог бы быть использоваться в кардиохирургической практике для имплантации в аортальную, митральную и трикуспидальную позиции.
Технические результаты изобретения - обеспечение оптимальной коаптации створок клапана и минимизация обратных утечек крови, увеличение площади проходного отверстия при заданном посадочном диаметре протеза и снижение транспротезного градиента, а также уменьшение нагрузок на створки биопротеза и уменьшение износа биопротеза в процессе его эксплуатации.
Поставленная задача решается в рамках настоящего изобретения предлагаемым в рамках настоящего изобретения способом изготовления биопротеза клапана сердца.
Указанный способ включает в себя обеспечение низкопрофильного каркаса, выполненного из высокопрочного сплава или из высокопрочного полимерного материала, осуществление первичной обшивки указанного каркаса тонкой синтетической тканью, при этом указанную первичную обшивку выполняют так, что все фиксирующие обшивку швы расположены снаружи протеза, а на вершине стойки выполняют окутывающий трикотажный элемент для повышения надежности крепления запирательного элемента к стойкам каркаса, при этом внутреннюю обшивку каркаса полностью выполняют из тонкой биологической ткани, такой как стабилизированный перикард, таким образом, что проходное отверстие биопротеза целиком покрыто биологической тканью и не имеет швов в просвете клапана, при этом створки запирательного элемента выкраивают из ксеноперикарда после 12-48-часовой выдержки его в нейтральном 0,3-0,8% водном растворе глутарового альдегида или в нейтральном 0,5-5% водном растворе диглицидилового эфира этиленгликоля, причем крепление створок к стойкам каркаса выполняют двойным симметричным матрасным швом, при этом створки соединяются «в стык», причем запирательный элемент биопротеза формируют после завершения процесса стабилизации биоткани ксеноперикарда сшивающим агентом, после подшивания запирательного элемента биопротеза к стойкам и к основанию каркаса, при этом положение створок запирательного элемента биопротеза изменяют с 6-12-часовой периодичностью, тем самым поочередно воспроизводя фазы полного открытия и полного закрытия створок запирательного элемента биопротеза, и при этом эластичную манжету из полиэфирного трикотажа подшивают снаружи основания каркаса перед завершением его внутренней обшивки биологической тканью, но после формирования его запирательного элемента.

В предпочтительных (не ограничивающих) воплощениях изобретения каркас может быть выполнен из высокопрочного сплава, например, из титанового сплава ВТ 1-0 или из сплава, содержащего 35% кобальта, 35% никеля, 20% хрома и 10% молибдена, или из высокопрочного полимерного материала, например, из высокопрочного полимерного материала, такого как полимер на основе полиоксиметилена, в частности, такого полимера на основе полиоксиметилена, как коммерчески доступный полимер на основе полиоксиметилена, выпускаемый компанией "DuPont" под торговым наименованием Delrin, или из аналогичного ему полимера.
Здесь и далее под «высокопрочным» понимается сплав или полимер, устойчивый к развитию усталостных механических напряжений, возникающих при эксплуатации биопротеза.
Для целей настоящего изобретения здесь и далее под «низкопрофильным каркасом» понимается каркас, имеющий эффективный профиль от 12,0 до 14,5 мм для имплантации в аортальную позицию (более конкретно, 12,0, 12,5, 13,3, 14,3 или 14,5 мм) или от 10,0 до 11,5 мм (более конкретно, 10,0, 11,0 или 11,5 мм) для имплантации в митральную позицию, как отражено в настоящем описании в Таблице 1.
Таблица 1. Сравнение габаритных размеров и эффективных профилей известных аналогов ксеноперикардиальных биопротезов клапанов сердца.
Диаметр каркаса, мм
Высота каркаса, мм
Эффективный профиль, мм
Аортальный
Митральный
Протез«CE Perimount»
19
14
14
21
15
15
23
16
16
25
17
17
12
27
18
18
13
29
19
19
14
31
20
20
14
Протез «Trifecta»
19
15
12
-
21
16
13
-
23
17
13
-
25
18
14
-
27
19
15
-
29
20
16
-
Протез «БиоЛАБ»
23
16
15
-
26
17
16
15
28
18
17
16
31
20
-
18
33
21
-
19
Биопротез клапана поизобретению
19
12,0
12,0
-
21
12,5
12,5
-
23
13,3
13,3
10,0
25
14,3
14,3
11,0
27
14,5
14,5
11,5
29
14,5
14,5
11,5
Технический результат предлагаемого способа является комплексным и включает в себя:
а) получение низкопрофильного ксеноперикардиального биопротеза клапана сердца на гибком опорном каркасе, обладающего оптимальными гемодинамическими параметрами, который может быть имплантирован в аортальную, митральную и трикуспидальную позицию без анатомических ограничений;
б) увеличение срока службы биопротеза (за счет сохранения эластических свойств биологической ткани запирательного элемента и за счет способа формирования запирательных элементов (створок) биопротеза, а также за счет снижения нагрузок на створки благодаря способу крепления комиссур протеза);
в) увеличение площади проходного отверстия при заданном посадочном диаметре протеза благодаря креплению запирательного элемента снаружи каркаса двойным плоским возвратным швом;
г) уменьшение риска тромбообразования благодаря бесшовному моделированию проходного отверстия биопротеза целиком из биологической (ксеноперикардиальной) ткани с ее фиксацией с наружной стороны протеза.
Технический результат достигается тем, что:
1. во-первых, снижение эффективного профиля и уменьшение габаритных размеров при заданном посадочном диаметре вследствие оригинальной технологии изготовления запирательного элемента обеспечивает возможность беспрепятственной имплантации биопротеза вне зависимости от конкретной анатомии корня аорты, либо подклапанных структур митрального или трикуспидального клапанов;
2. во-вторых, предлагаемый авторами способ сохранения эластических свойств биологической ткани запирательного элемента при его моделировании с чередованием имитации фаз открытия и закрытия биопротеза на ответных формах обеспечивает улучшение гемодинамических характеристик, в том числе увеличение площади проходного отверстия биопротеза, дополнительно увеличивая его долговечность;
3. в-третьих, снижение нагрузок на створки в области комиссур благодаря конструкционному решению каркаса биопротеза, обладающего тремя гибкими стойками, оптимальными радиусами кривизны оснований крепления створок и упруго-деформируемым основанием каркаса, приводит к увеличению долговечности функционирования биопротеза в организме;
4. в-четвертых, снижение нагрузок на створки в области комиссур обеспечивается дополнительно отсутствием шва на вершине комиссуры;
5. в-пятых, внутренняя перикардиальная обшивка минимизирует риск износа и структурных изменений створок клапана при его функционировании;
6. в-шестых, относительно небольшая площадь поверхности и масса створок облегчает их движение и снижает риск образования тромбов и нарастания на них паннуса при имплантации протеза в трикуспидальную позицию, где он работает в условиях невысоких давлений и низкоскоростных потоков крови;
7. в-седьмых, формирование проходного отверстия биопротеза целиком из биологической ткани увеличивает его тромборезистентность, создавая условия формирования ламинарного потока крови через протез.
Предлагаемый способ изготовления биопротеза на гибком опорном каркасе с низким профилем отличается от известных в мире аналогов внутренней перикардиальной обшивкой каркаса с полным отсутствием швов в просвете клапана, креплением запирательного элемента к стойкам каркаса двойным плоским возвратным швом, разработанным авторами для минимизации разницы наружного и внутреннего размеров протеза, сохранением эластических свойств биологической ткани запирательного элемента благодаря предлагаемому авторами способу формирования створок клапана (запирательного элемента биопротеза), включающему поочередное воспроизведение фаз полного открытия и полного закрытия створок клапана.
Краткое описание фигур
Заявляемое изобретение поясняется Фигурами 1-7, где:
на фигуре 1 представлен общий вид каркаса биопротеза клапана сердца по изобретению, выполненного из высокопрочного и устойчивого к усталостным напряжениям материала;
на фигуре 2 представлен общий вид заготовки трикотажной обшивки каркаса биопротеза клапана сердца по изобретению, подготовленной для окутывания каркаса и фиксации к стойкам;
на фигуре 3 представлен общий вид завершенной трикотажной обшивки одной из стоек каркаса;
на фигуре 4 представлены внутренняя и наружная (снизу) части обшивки ксеноперикардом каркаса биопротеза клапана сердца по изобретению;
на фигуре 5 представлена техника выполнения шва, фиксирующего створки биопротеза к стойкам каркаса;
на фигуре 6 представлен плоский завершенный шов, фиксирующий створки биопротеза к стойкам каркаса. Показано место крепления завершающего узла, в последствии скрыт под манжетой протеза;
на фигуре 7 представлен пример кроя створки, при этом указаны следующие параметры:
1
h– высота стойки обшитого каркаса + 1-4 мм
2
h – высота стойки обшитого каркаса + 5-15 мм
3
h – высота выступа по центру свободного края створки + 1-3 мм
s – ширина створки (равна наружному диаметру каркаса + 1-3 мм на каждую сторону).
Ксеноперикардиальный протез, изготовленный способом по изобретению, обладает наиболее низким профилем из всех коммерчески доступных биопротезов, как можно видеть из Таблицы 1.
Конструкционное решение каркаса биопротеза (фиг. 1) обеспечивает возможность его имплантации в аортальную, митральную и трикуспидальную позиции. Каркас выполнен из высокопрочного и устойчивого к усталостным напряжениям материала, что позволяет уменьшить нагрузку на створки. Запирательный элемент предлагаемого биопротеза может моделироваться как из единого лоскута перикарда, так и раздельной триадой, подобранных по толщине и ориентации, створок из предварительно частично стабилизированного ксеноперикарда. Это расширяет возможности выбора, соответствующего требованиям стандартов на имплантируемые медицинские изделия, биологического материала, повышая качество исполнения биопротеза в целом. Крепление створок запирательного элемента к стойкам происходит снаружи каркаса, что, как известно из предшествующего уровня техники, оптимизирует коаптацию и увеличивает площадь отверстия при заданном посадочном диаметре протеза. Крепление створок запирательного элемента к стойкам каркаса в рамках настоящего изобретения может быть выполнено двумя способами:
1. двойным возвратным плоским матрасным швом - оригинальной разработкой авторов;
2. известным ранее крестообразным швом, применяемым в известных конструкциях биопротезов – «Mitroflow», «Trifecta», «БиоЛАБ».
На вершине стойки предлагаемого биопротеза на гибком опорном каркасе с низким профилем шов отсутствует, что снижает нагрузки и уменьшает риск износа в этой области комиссуры, а также увеличивает продолжительность адекватного функционирования биопротеза в организме человека. Каркас обшит полиэфирным трикотажем для прочной фиксации внутренней перикардиальной обшивки, которая минимизирует риск износа и структурных изменений створок клапана при его функционировании, и створок протеза. Внутренняя обшивка протеза полностью выполнена из тонкого перикарда теленка или свиньи, что обеспечивает низкую тромбогенность биопротеза. Эластичная манжета выполнена из полиэфирного основосвязанного полотна, расположена целиком снаружи протеза и может быть, как супра-, так и интрааннулярной формы, что создает возможность уменьшения эффективного профиля биопротеза при его имплантации ниже уровня фиброзного кольца.
От ближайшего аналога биопротез, изготовленный способом согласно изобретению, отличается более низким геометрическим и эффективным профилем, меньшими габаритными размерами и большей площадью проходного отверстия при заданном посадочном диаметре протеза, расположением запирательного элемента целиком снаружи протеза и возможностью его изготовления как из единого лоскута ксеноперикарда, так и раздельной триадой створок, авторским методом сохранения эластических свойств биологической ткани запирательного элемента при его моделировании с чередованием имитации фаз открытия и закрытия биопротеза, и сформированным целиком из тонкой биологической ткани проходным отверстием, не имеющим швов в просвете протеза.
В предшествующем уровне техники не выявлено известных технических решений с сочетанием совокупности признаков, сходной с признаками, отличающими заявляемое решение от ближайшего аналога [24].
В предлагаемом способе изготовления биопротеза на гибком опорном каркасе с низким профилем последний разработан с учетом требований минимизации нагрузок на гибкие створки, максимально возможного снижения профиля для ксеноперикардиального протеза, обеспечения имплантации биопротеза как в аортальную, так и в митральную позиции, удобства и надежности изготовления синтетической и биологической обшивки каркаса, а также его запирательного элемента.
Обшивка каркаса тонкой синтетической тканью в предлагаемом способе изготовления биопротеза на гибком опорном каркасе с низким профилем выполняется таким образом, что все фиксирующие ее швы расположены снаружи протеза для обеспечения максимально возможно гладкой поверхности в просвете протеза (фиг. 2, 3). Раскрой трикотажной обшивки производится с помощью лазерной резки. На вершине стойки выполнен окутывающий трикотажный элемент для обеспечения надежного крепления гибких биологических створок к стойкам каркаса и предотвращения их сползания в процессе функционирования в организме реципиента (фиг. 2).
Вторичную (внутреннюю) обшивка каркаса полностью выполняют из тонкой биологической ткани, такой как стабилизированная ксеноперикардиальная ткань, что повышает тромборезистентность биопротеза, а также минимизирует риск износа и структурных изменений створок клапана при его функционировании. Эластичная манжета из полиэфирного основосвязанного полотна подшивается на завершающем этапе сборки биопротеза снаружи основания каркаса перед завершением его внутренней обшивки биологической тканью, но после формирования его запирательного элемента (фиг. 4). Таким образом, проходное отверстие биопротеза целиком покрыто биологической тканью (стабилизированной ксеноперикардиальной тканью) и не имеет швов в просвете клапана, за счет чего достигается улучшение гемодинамических характеристик биопротеза.
Створки запирательного элемента выкраиваются из ксеноперикарда после 12-48 часовой выдержки его в нейтральном водном растворе стабилизирующего реагента (с целью снижения иммуногенности ксеноперикардиальной ткани и повышения ее биомеханической прочности, что достигается за счет поперечного сшивания белков ксеноперикардиальной ткани). В качестве стабилизирующего агента для целей настоящего изобретения, без ограничения, используют нейтральный 0,3-0,8% водный раствор глутарового альдегида или нейтральный 0,5-5% водный раствор диглицидилового эфира полиэтиленгликоля. В отличие от известных аналогов, крепление створок к стойкам каркаса в рамках настоящего изобретения выполняют двойным симметричным матрасным швом, разработанным авторами, с соединением створок «в стык». Данное соединение створок обеспечивает, с одной стороны, прочность крепления створок к вершине комиссуры, а с другой - уменьшение внешних габаритных размеров протеза при заданном посадочном диаметре, благодаря уменьшению толщины боковых швов. Окончательный вид завершенного плоского бокового шва представлен на фиг. 6.
Окончательное формирование запирательного элемента биопротеза происходит при завершении процесса стабилизации биоткани сшивающим агентом, например, 0,3-0,8% нейтральным водным раствором глутарового альдегида после подшивания запирательного элемента к стойкам и к основанию каркаса, при этом запирательный элемент биопротеза подшивают к стойкам и к основанию каркаса с внешней стороны. Створки биопротеза с 6 - 12 часовой периодичностью изменяют свое положение, воспроизводя поочередно фазы полного открытия, когда внутрь протеза вводят цилиндр диаметром равным диаметру его проходного отверстия, и полного закрытия биопротеза, когда створки принудительно полностью сомкнуты тампонированием, но без излишнего растяжения. Это гарантирует сохранение эластических свойств биологической ткани запирательного элемента, приводя в результате к увеличению площади проходного отверстия клапана и дополнительному разглаживанию внутренней обшивки протеза стабилизированной тканью ксеноперикарда.
Протез клапана сердца предлагаемого способа изготовления биопротеза на гибком опорном каркасе с низким профилем работает следующим образом.
Работа протеза клапана сердца на опорном каркасе с гибкими стойками и запирательным элементом из ксеноперикарда заключается в попеременном открытии и закрытии гибких створок запирательного элемента протеза в течение сердечного цикла, при этом открытие створок запирательного элемента происходит под действием избыточного давления, возникающего в камерах сердца перед запирательным элементом; в этом случае створки протеза изгибаются и открывают свободный ток крови. Закрытие (смыкание) створок запирательного элемента происходит под действием избыточного давления, возникающего за запирательным элементом протеза; в этом случае створки протеза смыкаются, перекрывая ток крови, а гибкие стойки протеза под действием закрывающих усилий перемещаются в радиальном направлении к оси (геометрическому центру) протеза.
Перемещение гибких стоек протеза обеспечивает снижение нагрузок на материал створок, поскольку за счет этих перемещений увеличивается время достижения максимальной нагрузки, приходящейся на створки, а значит, снижается динамическая (ударная) нагрузка на створки в зонах их прикрепления к опорным стойкам протеза.
Низкопрофильный каркас, полученный способом по изобретению, обуславливает относительно небольшую площадь поверхности створок и их малую инерционность вследствие небольшой массы, что может быть особенно полезным для трикуспидальных протезов, поскольку перемещение их створок в условиях невысоких давлений и низкоскоростных потоков крови в правом желудочке будут существенно облегчены, и риск образования тромбов, либо нарастания паннуса на створки будет снижен.
При функционировании протеза клапана сердца в организме реципиента конструктивные особенности протеза, а именно низкий профиль каркаса в сочетании с гибкими стойками, кривизна основания каркаса, количество и форма отверстий для крепления биологической ткани, метод изготовления и крепления створок к каркасу позволяют уменьшить нагрузки на створки протеза и количество зон высокого напряжения на створках, и в конечном итоге предотвращает разрыв и вероятный отрыв створок от стоек протеза с последующей функциональной несостоятельностью протеза клапана сердца.
Каркас в предлагаемом способе изготовления биопротеза на гибком опорном каркасе с низким профилем с низким профилем может быть выполнен из высокопрочных металлических сплавов или полимеров, устойчивых к развитию усталостных напряжений, например, таких, как титановый сплав ВТ 1-0 или сплава, содержащий 35% кобальта, 35% никеля, 20% хрома и 10% молибдена, или высокопрочный кобальт-хром-никелевый или титан-никелевый сплав, либо высокопрочный полимер на основе полиоксиметилена, или иметь как металлические, так и полимерные элементы, разрешенные для имплантации во внутреннюю среду организма человека. Каркас обладает низким профилем, имеет три гибкие стойки и упруго-деформируемое основание (фиг. 1). Обшивка каркаса (фиг. 2 - 4) имеет 2 слоя, при этом первый слой обшивки выполнен из тонкого полиэфирного основосвязанного полотна, а второй – из тонкого ксеноперикарда теленка или свиньи, стабилизированных глутаровым альдегидом, либо диэпоксидным соединением, таким как диглицидиловый эфир этиленгликоля. При этом глутаровый альдегид, без ограничения, представляет собой в наиболее предпочтительных воплощениях изобретения водный раствор глутарового альдегида, в частности, 0,3-0,8% водный раствор глутарового альдегида и, более конкретно, 0,625% водный раствор глутарового альдегида. Диглицидиловый эфир этиленгликоля, без ограничения, представляет собой в наиболее предпочтительных воплощениях изобретения водный раствор диглицидилового эфира этиленгликоля, в частности, 0,5-5% водный раствор диглицидилового эфира этиленгликоля и, более конкретно, 2-5% водный раствор диглицидилового эфира этиленгликоля.
Эластичную манжету из полиэфирного основосвязанного полотна выполняют из прочного полиэфирного основосвязанного полотна. Указанная манжета имеет анатомическую форму и может быть, как интра-, так и супрааннулярной формы. Поскольку манжета целиком расположена снаружи протеза, она не увеличивает высоту профиля каркаса.
Таким образом, предлагаемый способ изготовления биопротеза на гибком опорном каркасе с низким профилем позволяет достичь расширения показаний к применению биологического протеза клапана сердца, имплантируемого в аортальную, митральную и трикуспидальную позиции без каких-либо анатомических ограничений; повышения его долговечности и улучшения гемодинамических характеристик благодаря сохранению эластических свойств биологической ткани запирательного элемента при его моделировании с чередованием имитации фаз открытия и закрытия биопротеза; повышения долговечности его функционирования в организме за счет снижения нагрузок на створки благодаря предлагаемому способу крепления комиссур протеза; увеличения площади проходного отверстия при заданном посадочном диаметре протеза благодаря креплению запирательного элемента снаружи каркаса плоским швом; уменьшения риска тромбообразования благодаря бесшовному моделированию проходного отверстия биопротеза целиком из биологической ткани с ее фиксацией с наружной стороны протеза.
Ссылки:
1. Барбараш, Л.С. Биопротезы клапанов сердца: проблемы и перспективы. - Л.С. Барбараш, Н.А. Барбараш, И.Ю. Журавлева - Кемерово: Кемеровский полиграфкомбинат, 1995, 400 с.
2. Миролюбов Л.М., Хавандеев М.Л., Миролюбов Б.М. Развитие технологий биопротезирования в кардиохирургии. - "Практическая медицина", 2012, №5 (60), c. 39.
3. Бокерия, Л.А. Биоматериалы в сердечно-сосудистой хирургии / Л.А. Бокерия, И.И. Каграманов, И.В. Кокшенев, Д.В. Бритиков. — М., Издательство НЦССХ им. А.Н. Бакулева, 2009, 350 с.
4. Carpentier A., Guilmet D., Dubost C. Aortic, mitral and tricuspid valve replacement with frame mounted aortic heterografts. - "Thoraxchir. Vask. Chir.", 1968, Vol. 16, pp. 618-618.
5. Carpentier A. Valvular xenograft and valvular xenobioprostheses, рresent and future. - "J. Thorac. Cardiovasc. Surg.", 1971, vol. 62, pp. 707-713.
6. Dellgren G., David T.E., Raanani E., et al. Late hemodynamic and clinical outcomes of aortic valve replacement with the Carpentier-Edwards Perimount pericardial bioprosthesis. - "J. Thorac. Cardiovasc. Surg.", 2002, Vol.124(1), pp. 146-154.
7. Gabbay S., Bortolotti V., et al. Fatigue-induced failure of the Ionescu-Shiley pericardial xenograft in the mitral position: in vivo and in vitro correlation and a proposed classification. - "J. Thorac. Cardiovasc. Surg.", 1984, Vol.87, pp.836-844.
8. Bortolotti U., Gallucci V., et al. Fibrous tissue overgrowth on Hancock mitral xenografts: a cause of late prosthetic stenosis. - "Thorac. Cardiovasc. Surg.", 1979, Vol.27, №5, pp.316-318.
9. Davila, J.C. Is the Hancock porcine valve the best cardiac valve substitute today? / J.C. Davila, D.J.Jr. Magilligan, J.W. Lewis // Ann. Thorac. Surg. - 1978. - Vol.26, №4. - P.303-316.
10. Litwak, R.S. Role of the Hancock "stabilized glutaraldehyde process" bioprosthesis in the management of mitral valve disease / R.S. Litwak, W.D. Hancock, S.B. Lukban, R.A. Jurado // Adv. Cardiol. - 1977. - Vol.20. - P.90-101.
11. Mcintosh, C.L. Proceedings: Atrio-ventricular valve replacement with the Hancock Porcine xenograft: a five year clinical experience / C.L. Mcintosh, L.L. Mitchaelis, A.G. Morrow // J. Cardiovasc. Surg. (Torino). - 1976. - Vol.17, №1. - P.98.
12. Summa, M.Di. The biological prostheses of Hancock in our experience of 250 subjects underwent a valvular replacement (author's transl) / M.Di. Summa, R. Albiero, C. Carletta et al. // G. Ital. Cardiol. - 1977. - Vol.7, №11. - P.1093-1097.
13. Reis, R.L. The flexible stent. A new concept in the fabrication of tissue valve pros- theses / R.L. Reis, W.D. Hancock, J.W. Yarbrough // J. Thorac. Cardiovasc. Surg. - 1971. - Vol.62, №5. - P.683-689.
14. Lund, О. Standard aortic St. Jude valve at 18 years. performance profile and determinants of outcome / О. Lund, S.L. Nielson, H. Arildsen et al. // Ann. Thorac. Surg. - 2000. - Vol.69, №5. - P.1459-1465.
15. Carpentier-Edwards PERIMOUNT Aortic Heart Valve. – Доступно посредством сети Интернет по адресу (URL): https://www.edwards.com/eu/products/heartvalves/pages/perimountaortic.aspx, 2017.
16. Mosaic Tissue Valve. – Доступно посредством сети Интернет по адресу (URL): http://www.medtronic.com/us-en/patients/treatments-therapies/heart-valve-repair-replacement/mosaic-tissue-valve.html, 16.04.2016.
17. Mitroflow Aortic Pericardial Heart Valve: Instruction for Use. – Доступно посредством сети Интернет по адресу (URL): https://www.accessdata.fda.gov/cdrh_docs/pdf6/p060038c.pdf, 09/2007.
18. Железнев С.И., Исаян М.В., Астапов Д.А. и др. Непосредственные результаты протезирования аортального клапана каркасными биологическими протезами "БиоЛАБ КА/ПТ". - "Патология кровообращения и кардиохирургия", 2011. - №1. – С.16-20.
19. Патент РФ на полезную модель RU 76565 U1 «БИОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОТЕЗ КЛАПАНА СЕРДЦА», патентообладатель: Закрытое акционерное общество "НеоКор" (RU), дата публикации: 27.09.2008, МПК: A61F 2/24.
20. Клышников К.Ю., Овчаренко Е.А., Щеглова Н.А., Барбараш Л.С. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БИОПРОТЕЗОВ «ЮНИЛАЙН». - "Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний", 2017; (3):6-12.
21. Bavaria, J.E., Desai, N.D., Cheung, A., Petracek, M.R., Groh, M.A., Borger, M.A., & Schaff, H.V. (2014). The St Jude Medical Trifecta aortic pericardial valve: Results from a global, multicenter, prospective clinical study. - "The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery", 147(2), 590-7.
22. Авторское свидетельство СССР SU 1116573 A1, «Биопротез сердечного клапана», заявитель: ПРЕДПРИЯТИЕ П/Я А-1619 (SU), дата публикации: 15.07.1985, МПК: А61F 2/24.
23. Патент США US 4477930 А, «Natural tissue heat valve and method of making same», патентообладатель: Mitral Medical International, Inc. (US), дата публикации: 23.10.1984, МПК: А61F 2/24.