Summary
Polimer vanalar gelişmekte olan ilgi yenilendi. Burada, hedefleri üç-broşür geometrileri karşılamak için ve yakın-aynı koşullar altında toplanan yerli ve protez kapak verilerine göre polimer kapak hidrodinamik veri sunmak için bir protokol tanımlamak için ticari bir darbe teksir değiştirme fizibilite göstermek için vardır.
Abstract
Mevcut protez, xenografts ve homogreftler sınırlamaları üç-broşür polimer kapak protezi alanında gelişmeler son dirilişi yol açmıştır. Ancak, polimer kapak hidrodinamik işlevsellik ilk değerlendirme için bir protokol belirlenmesi tasarım sürecinin erken aşamalarında çok önemlidir. In vitro darbe teksir sistemlerinde Geleneksel esnek tri-broşür malzemeleri karşılamak için yapılandırılmamış, buna ek olarak, polimer kapak işlevsellik değerlendirmesi aynı test koşullarında yerli ve protez kalp kapakçığı için göreli bir bağlamda yapılması gereken o kadar farklı gelen ölçümlerde değişkenlik araçlar önlenebilir. Buna göre,)) yerel (n = 4, ortalama çapı, D = 20 mm), ii) iki-broşür mekanik (n = 2, K = 23 mm) ve III I hidrodinamik değerlendirmesi yapılmıştır polimer kapaklar (n = 5, D, bir ticari olarak temin edilebilen darbe teksir sisteminin kullanımı ile = 22 mm) (ViVitro LabsA.Ş., Victoria, BC) bu üç-broşür kapak geometrileri karşılamak için güncellenmiştir. Florida Üniversitesi'nde geliştirilen Tri-broşür silikon vanalar polimer valf grubunu oluşturdu. Su 35:65 gliserin oranındaki bir karışımı, kan fiziksel özelliklerini taklit etmek için kullanıldı. Basınç ventriküler ve aort pozisyonlarda olurken, anlık akış hızı, sol ventrikül ve aort birimlerinin arayüz ölçülmüştür. Bi-broşür ve literatür doğal kapak veri akışı ve basınç okumaları doğrulamak için kullanıldı. Aşağıdaki hidrodinamik ölçümler bildirilmiştir: ileri akış basınç düşüşü, aort kökü kare ileri akış hızı, aort kapanış, kaçak ve yetersizlik hacmi, transaortik kapanış, kaçak ve toplam enerji kayıpları anlamına gelir. Temsilcisi sonuçları üç valf grupları hidrodinamik ölçümleri başarılı bir ticari darbe teksir sistemi ve subsequentl bir özel yapılmış montaj dahil ederek elde edilebileceğini belirttiy, objektif polimer kapak tasarımı fonksiyonel yönleri üzerinde anlayış sağlamak göre.
Introduction
Kalp kapak hastalığı genellikle dejeneratif kapak kalsifikasyonu 1, romatizmal ateş 2, endokardit 3,4 veya konjenital doğum kusurları kaynaklanır. Kapak hasarı darlığı ve / veya yetersizliği kapak prolapsusu ve cerrahi tamir edilemez neden oluştuğunda, doğal kapak genellikle protez kapak ile değiştirilir. Şu anda mevcut seçenekleri mekanik vanalar (kafes-vanaları, devirme disk vanalar, vb.), Homogreft ve biyolojik kapakların (domuz ve sığır vanalar) içerir. Mekanik vanalar genellikle dayanıklılık dayalı genç hastalar için tavsiye edilir, ancak hastanın trombotik komplikasyonlar 5 önlemek için antikoagülan tedavisi olmaya devam etmelidir. Homogreft ve biyolojik protez kan inceltici tedavi önlemek için etkin seçimler olmuştur, ancak bu vanalar fibrozis için yüksek risk, kalsifikasyon, dejenerasyon, ve valf arızası 6 yol açan immünojenik komplikasyonlar. Doku mühendisliği vanaları gelişmekte olan bir teknoloji 7-9 olarak araştırıldı, ama çok hala ortaya gerekmektedir edilmektedir. Alternatif dayanıklı, biyo-uyumlu, protez kalp kapak hastalığı hastaların yaşam kalitesini artırmak için ihtiyaç vardır. Yine, bu valf tasarımı kalp hastalığı kapak 10 ile seçilen hastaların tedavisinde dönüştürülmesi için potansiyel gösteren transkateter yaklaşımlarla transkateter valf teknolojisi kullanılan biyoprotez yerini alabilir.
Gibi mevcut standartlara belirttiği, başarılı bir kalp kapağı yerine aşağıdaki performans özelliklere sahip olmalıdır: "1) kabul edilebilir küçük ortalama basınç farkı düşüşü ile akış ileri sağlar; 2) kabul edilebilir küçük yetersizliği olan retrograd akışını engeller, 3) embolizasyon direnir;) 4 direnir hemoliz, 5) trombüs oluşumuna karşı dayanıklıdır; 6) biyouyumlu, 7) in vivo tanı teknikleri ile uyumludur; 8) hedef teslim ve implante edilebilir birnüfus, 10) kabul edilebilir bir gürültü seviyesi vardır;, 9) kez yer sabit kalır 11) tekrarlanabilir fonksiyonu vardır; 12), makul bir ömür boyu işlevselliğini tutar genel sınıf ile uyumlu, 13) makul bir raf için işlevselliği ve kısırlık korur implantasyon öncesinde hayat. "11. Mevcut kapak protezi eksikliklerin bazıları potansiyel bir polimer vana ile üstesinden olabilir. Biyouyumlu polimerler biyo, anti-hidroliz, anti-oksidasyon ve gibi avantajlı mekanik özelliklerine göre üst aday olarak kabul edilmiştir , yüksek mukavemetli ve viskoelastisite. Özellikle, elastomerik polimerler Elastomerler yumuşak doku özelliklerini taklit etmek için uygun olabilir. doğal kapak dinamikleri benzeyen malzeme deformasyon sağlayabilir, ve biyo-hoşgörülü ve birleştirilmiş dayanabilir mevcut tek yapay malzemeler olabilir in vivo olarak, akışkan ile indüklenen, bükülme ve gerilme, ancak sağlıklı, benzer bir şekilde hareketdoğal kapak hareket. Ayrıca, elastomer seri üretim kolaylıkla saklanan boyutlarda, çeşitli, maliyet-etkin cihazlar olması bekleniyor ve yapısal lifli takviye ile artar olabilir olabilir.
Bir tri-broşür kapak monte polimer malzemelerin kullanımı kavramı yeni bir şey değil ve sınırlı kapak dayanıklılığı nedeniyle büyük ölçüde terk edildi, son 50 yılda 12 üzerinde çeşitli araştırma soruşturma konusu olmuştur. Ancak, yeni üretim yöntemleri 13,14 gelişine, polimer malzemelerin 15,16 ve transkateter valf teknolojisi ile polimer kapak yerine potansiyel kesintisiz entegrasyon takviye, son bir potansiyel olarak polimer vanalar gelişmekte olan yenilenmiş bir ilgi ve faaliyet olmuştur mevcut ticari vanaları için alternatif. Bu açıdan, hidrodinamik işlevselliğini değerlendirmek için bu vanalar test etkinleştirmek için bir protokol ilk adımdırdeğerlendirme sürecinde; henüz ticari darbe simülatörü sistemleri genellikle üç-broşür kapak tasarımları karşılamak için donatılmıştır ve ticari kalp kapakçıkları (örneğin devirme disk, iki broşür mekanik kalp kapakçığı) eklemek için dairesel bir boşluk içermez. İkinci olarak, polimer vanalar olan hidrodinamik sadece göreceli bir bağlamda değerlendirilebilir gelişmekte olan bir teknolojidir. Doğal kalp kapak basınç ve akış veri mevcut olmasına rağmen, bunun için hesap şekilde polimer vanalar değerlendirmek için kullanılan aynı pulsatil simülatörü kullanarak, insan vanalar için biyolojik olarak benzer yerli aort domuz vanalar, test yapmak için önemlidir sistem bağlı olabilir ölçüm farklılıkları. Bu nedenle, bu çalışmanın amacı, piyasada bulunan darbe simülatörü tri-broşür kapak yapıları karşılamak için ve sistematik bir göreceli devam polimer kapak hidrodinamik ölçümleri değerlendirmek için bir montaj ile donatılmış nasıl göstermektidahili mekanik ve doğal domuz kalp kapak meslektaşları ile karşılaştırıldığında. Bizim durumumuzda, yeni üç-broşür silikon polimer vanalar önce polimer valf grubu oluşan Florida 13 Üniversitesi'nde geliştirdi.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Hazırlık
- Tasarım ve tri-broşür valf geometri karşılamak için bir montaj imal. Bu en azından kapakçık dikiş-in için bir vana tutucu ve darbe teksir sistem üzerine düzeneğini sabitlemek için valf tutucu ve çevresindeki aksesuarlar ev için bir tüp içerir. Bizim durumumuzda, biz ViVitro Labs Inc (Victoria, BC) edinilebilir bir ticari darbe teksir sistemi kullanılmaktadır. Vana sahibi tasarım hem de öncesi ve sonrası montaj konfigürasyonları Şekil 1'de gösterilmiştir.
- Tüm döngü önce kullanım astarlanmalıdır gerekir. Bu iki adımdan oluşur: i) kullanmadan önce herhangi bir bozulmuş boruların değiştirilmesi ve ii) döngü bağlı araçlar kalibrasyon, yani pompa kullanılan, akış probu dahil olmak üzere sabun çözeltisi ve su kullanarak tüm döngü sistemin temizlik ve basınç dönüştürücüler (genellikle atriyal, aort ve ventriküler yerlerde ölçülen). Kalibrasyon init olabilirially% 1 tuz çözeltisi kullanılarak gerçekleştirilebilir ve önceden kan analog gliserin çözeltisi kullanılarak tekrar edilmelidir.
2. Yerli Aort Kapak Diseksiyon
- Bir USDA onaylı mezbaha (Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Kurulu (IACUC) onayı gerekli olabilir) sağlam aorta ile 4 taze domuz kalpleri edinin. Bizim durumumuzda, bizim diseksiyon protokol Florida International University (: 11-020 Protokol Onay Numarası) de IACUC tarafından onaylanmıştır. Deiyonize su ile kalp durulayın ve hidrodinamik test laboratuvara buz üzerinde serum fizyolojik (PBS) çözümü ve ulaşım tamponlu% 1 antibiyotik / antimikotik ve steril fosfat ile dolu bir kap yerleştirin.
- Bir diseksiyon tavada kalpleri yerleştirin ve dikkatli bir şekilde perikard çıkarın. Ventral yüzü size bakacak şekilde kalp yerleştirin. Görme incelemek ve kalbin dört odaları belirlemek ve sağlam aort üzerindeki arkus bulun.
- Tw içine kalp ayırıno halka altında yaklaşık 0.75 yatay olarak kesen tarafından yarıya, aort ve sol ventrikül arasındaki birleşme yani. Dikkatle hala sol ventrikül doku kademeli bağlanmış sağlam aort izole edin.
- Herhangi bir hasar ya da kalsifikasyon herhangi bir işaret var sağlamak aort kökü, aort ve alt halka arasındaki bölgede, bulunan aort kapak inceleyin.
- Halka yukarıda ~ 1 aort bölünmüş ve aort kapak (Şekil 2a) izole etmek için halka aşağıdaki sol ventrikül doku segmentinde ayrı.
3. Polimer ve Yerli Vana dikilmesi Süreci
- Her bir valf baz sonrası yuvasının taban ile aynı hizaya gelecek şekilde, valf yuvasındaki kalp kapak yerleştirin. Bir ataş ile geçici olarak her yazının yerinde vana Güvenli, ama commissures veya başlangıç çizgileri zarar vermemeye dikkat edin.
- Içinde dikiş takıniğne. Dışarıdan iğnesi kolayca altından çekilmiş olabilir içinde bu tür için, ilk delik içinden geçen iğne tarafından valf tutucusunun alt dikiş başlayın. Bir döngü şekilde, dikey olarak vana sahibinin mesajları kadar vana dikiş başlar.
- Tutucu ve tutucu mesajların ipuçları etrafında ek sütür ile güvenli çevresi boyunca dikiş (Şekil 2b) ile ilerleme. Valf tamamen 3 mesaj ve valf yuvasını (Şekil 2D ve 2E) ve çevresinin sütür kullanılarak sabitlenir kağıt klip (Şekil 2c) çıkartılabilir.
4. Hidrodinamik Değerlendirme
Not: Gerçek kullanılan protokole özgü darbe teksir sistemine bağlı olarak değişir. Burada verilen tüm bilgiler ViVitro Darbe teksir Sysytem (ViVitro Labs, Inc, Vancouver, BC) kullanılır caontained.
- Bi-broşür vaLve
- 70 atım / dk 'ya darbe teksir sisteminin kalp hızı ayarlayın.
- Pompa (ViVitro sistemi durumunda S35 dalga biçimi hidrodinamik tüm testler için seçildi) sürmek için bir akış dalga seçin. Deneylerde kullanılan belirli bir dalga biçimi Lim ve ark. (2001), 17 ile gösterilmiştir.
- Amplifikatör ve pistonlu pompa açın. 15 dakika kadar sıcak.
- Aort pozisyonda yer bi-broşür vanası (Şekil 2f).
- Sızıntıları oluşabilir cihazın tüm kavşak üzerinde smear vakum gres.
- Atriyal bölmesinde gliserin / tuzlu sıvı dökün. % 35 / 0.7 L gliserin ve tuzlu su çözeltisi% 65 / 1.3 L: pulsatil çoğaltıcı sistemi ile sıvı 2 L çalışır unutmayın. Tuzlu su çözeltisi 9 konsantrasyonunda iyonu giderilmiş su içinde iyi çözündürüldü tuzu kullanılarak hazırlanır mg / mL (ağırlık / hacim).
- Aort konumda olan akış dönüştürücü açın.
- Inci kalibree pompası.
- Basınç transdüseri ile takip akış transdüseri kalibrasyon ile devam edin. Benzer şekilde pompaya, sadece kalibre sekmesi altında her akış ve basınç için ViVitest yazılım (ViVitro Labs Inc) tarafından verilen talimatları izleyin.
- Kalibrasyon işlemi tamamlandıktan sonra sıvı aort bölmesi doldurur kadar, düşük devirde pompa başlar. Sızıntı olup olmadığını kontrol edin. Ek vakum gres gerekirse kullanın.
- Iki stop-musluklar (aort ve ventriküler dönüştürücüler) açık konuma getirin.
- Atım hacmi 80 ml / yendi ulaşana kadar pompanın devir artırın.
- Akış stabilize kadar sistem 10 dakika çalıştırmak için izin verir. Akış istikrar dalga ekranda görüntülenen akış ve basınç gözlemleyerek doğrulanabilir. Döngüleri arasındaki Düşük hiçbiri değişim sistemi istikrar iyi bir göstergedir.
- ViVitest yazılımında modu elde seçin.
- 10 döngü toplamak tıklayın.
- Analiz modu, cmasaya yalamak ve dosyayı kaydedin. Ayrıca ViVitest olarak fotoğraf ek bileşenini seçeneğini kullanarak dalga bir görüntü kaydedin.
- Yerli ve Polimer vanalar
- 3.1.3 bi-broşür valf talimatlardan - polimer ve hayvan vanalar için, aynı adımları 3.1.1 izleyin.
- Özel yapılmış aksamından cam tüp içindeki dikildi valf ile vana tutucu yerleştirin. Üst ve alt parçaları ve yan vida ve somun ile yerinde güvenli ile sandviç tüp.
- Aort odası ve orijinal aort kapak tutucu tarihleri arasında montaj.
- 3.1.16 bi-broşür valf talimatlardan - adım 3.1.5 ile devam edin.
5. İşleme sonrası
- Akış ve Basınç Dalga Şekilleri
- Ortalama dalga toplanan, yani aort basıncı (AP), ventriküler basınç (VP) ve debi (Q) her biri için toplanan veriler.
- Her vana grubunun (polimer, domuz native aort kapak ve iki-broşür), ilgili AP, Başkan Yardımcısı ve Q karşı aynı arsa üzerinde zaman ilişkiler arsa.
- AP, normal, doğal aort kapak 18 ve doğrulama amacıyla literatürden bi-broşür protez kapak 19 araziler üst üste.
- Hidrodinamik ölçümleri
- Test edilen her vana için, aşağıdaki hidrodinamik ölçümleri hesap edilmelidir: a) İleri akış basınç düşüşü ve maksimum transvalvüler basınç (TVP), b) aort kökü aort ileri akım, kapanış, kaçak kare (RMS) ileri akış hızı, c) ortalama ve toplam yetersizlik hacmi, d) valf orifis alanı (EOA), e) transaortik ileri akışı, kapanış, kaçak ve toplam enerji kayıpları.
- İleri akış basınç düşüşü TVP okumalarından hesaplanır ve 3 zaman aralıkları, P olarak kategorize edilebilir: ileri akışı ve H aralığı: aralığı 0 TVP ile başlayan ve 0 akışı ile biten 0 TVP, F ile başlar ve biter aralığı. Maksimum TVP maximum basınç farkı aort ve ventriküler basınç okumalarından vana karşısında kaydetti.
- RMS ileri debisi (Q rms) aşağıdaki gibi ileri debi büyüklüğü ölçülmesi için yararlı bir metrik sağlar:
'N' zaman noktalarının sayısı olduğu için 'i' toplanan anlık sarfiyat ölçümü olan 'Q i', topladı. - Ileri aort, kapanış ve kaçak hacmi İleri aşağıdaki zaman aralıklarında, temel hesaplanır: ileri akışı (t 1) sonuna kadar vana (t o), ileri akış başında; Kapanış: t 1 örneği kadar kapak kapama (t 2) '; Kaçak: t 2 kalp döngüsü (t 3) sonuna kadar. Toplam yetersizlik hacmi sadece clos toplamıdıring ve kaçak hacmi.
- Kan özelliklerine göre EOA 20 gibi söz konusu dönemlerin her sırasında ortalama JP gelen 3 aralıklarla, P, F ve H için hesaplanan:
- Enerji kayıpları aşağıdaki tabloda gösterildiği 21 olarak tanımlanır:
- Test edilen her vana için, aşağıdaki hidrodinamik ölçümleri hesap edilmelidir: a) İleri akış basınç düşüşü ve maksimum transvalvüler basınç (TVP), b) aort kökü aort ileri akım, kapanış, kaçak kare (RMS) ileri akış hızı, c) ortalama ve toplam yetersizlik hacmi, d) valf orifis alanı (EOA), e) transaortik ileri akışı, kapanış, kaçak ve toplam enerji kayıpları.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Örnek akış ve basınç dalga Şekiller 3, 4 ve 5'te gösterilmektedir. Araziler oldu her grup, için test vanaların örneklem büyüklüğü üzerinden ortalama edildi, n sırasıyla = 5, 4, ve polimer, yerli domuz ve iki broşür gruplar için 2 vana,. Ortalama hidrodinamik ölçümler ve bu örnek boyutları için ortalamanın standart hatası Tablo 1 'de sunulmaktadır.
Şekil 1. Fizyolojik ilgili akımları (Şekil ViVitro Systems, Inc, BC, Kanada izniyle Burada sunulan) için bir Windkessel modeli uygulamak temel bileşenleri gösteren ViVitro darbe teksir sisteminin (a) şematik. (B) Hızlı örneklenmekte kapak tutucu yapılandırma silikon veya yerinde yerli domuz vanalar dikiş ve güvenli. (C) modificattri-broşür kapak yapıları karşılamak için ViVitro pulsatil döngü iyon. büyük rakam görmek için buraya tıklayın .
Şekil 2. (A) Yerli domuz valf. Polimer kapakçık (b) üstten görünümü. Vana-tutucu içinde dikiş ve yerinde güvence sonra polimer vana (c) Yandan görünüm. (D), Saint Jude bi-broşür mekanik kapak. büyük rakam görmek için buraya tıklayın .
Şekil 3,. Test 3 valf anlık akış oranlarının ortalama (n = 5, 4, ve polimer boyunca 2 vana, yerel bir domuz sırasıyla d iki broşür,). Debi ventrikül ve aort odaları arayüzü yerde (Şekil 1a) yerleştirilen bir invaziv olmayan akış probu bağlı bir elektromanyetik akış ölçer kullanılarak ölçüldü. büyük rakam görmek için buraya tıklayın .
Şekil 4. Test edilen 3 vanaların anlık ventrikül basıncı ortalama (polimer n = 5, 4, ve 2 vana, yerli domuz ve iki broşür, sırasıyla). Ventrikül basıncı, mikro uç basınç çevirici kullanarak ventrikül odası içinde ölçülmüştür. Doğal ve iki broşür valfler (çapı: 29 mm) için üst üste literatürde ventriküler basınç değerleri, sırasıyla, 18 ve 19 elde edilmiştir.fig4large.jpg "target =" _blank "> büyük rakam görmek için buraya tıklayın.
Şekil 5,. Test edilen 3 vanaların anlık ortalama aortik basınca (polimer n = 5, 4, ve 2 vana, yerli domuz ve iki broşür, sırasıyla). Aort basınç bir mikro-uç basınç sensörü kullanarak aort kapak pozisyonu sadece aşağı ölçüldü. Yerli ve iki broşür (Çap: 29 mm) için üst üste edebiyat aort basınç edebiyat değerleri valfleri sırasıyla 18 ve 19, elde edilmiştir. büyük rakam görmek için buraya tıklayın .
| Bi-broşür (n = 2) | (Polimer n = 5) | Domuz (n = 4) | ||||
| Bilgileri Açıklama | Ortalama | SEM | Ortalama | SEM | Ortalama | SEM |
| Aort Orifice Alanı [P] (cm 2) | 3.143 | 2.697 | 2.920 | 1.306 | 2.516 | 1.258 |
| Aort Orifice Alanı [F] (cm 2) | 7.940 | 1.286 | 4.613 | 2.063 | 3.975 | 1.988 |
| Aort Orifice Alanı [H] (cm 2) | 7.516 | 1.633 | 4.575 | 2.046 | 3.942 | 1.971 |
| İleri Akış Basınç Kaybı [P] (mmHg) | 17.000 | 0.054 | 22.284 | 12.007 | 40.795 | 11.670 |
| 0.410 | 0.210 | 30.424 | 9.235 | 29.766 | 9.733 | |
| İleri Akış Basınç Kaybı [H] (mmHg) | 26.520 | 0.120 | 50,790 | 4.230 | 5.610 | 4.970 |
| Trans-Aort Max Basınç (mmHg) | 15.850 | 12.400 | 60,930 | 20.470 | 75.250 | 17,470 |
| Aort RMS İleri Akış Hızı [P] (ml / sn) | 88,280 | 11.110 | 162,120 | 24.970 | 189,080 | 32.610 |
| Aort RMS İleri Akış Hızı [F] (ml / sn) | 193,570 | 3.820 | 204,560 | 6.680 | 177,310 | 2.630 |
| Aort RMS İleri Akış Hızı [H] (ml / sn) | 197,790 | 0.630 | 174.760 | 11.530 | 182,680 | 3.160 |
| Aort İleri Hacmi (ml) | 68.180 | 6.430 | 55,390 | 3.660 | 64.200 | 1.750 |
| Aort Kapanış Hacmi (ml) | 62.260 | 0.860 | 32.990 | 9.820 | 45.260 | 11.990 |
| Aort Kaçak Hacmi (ml) | 60.140 | 3.470 | 33.090 | 9.220 | 56.130 | 11.260 |
| Toplam Regurjitan Hacmi (ml) | 122,400 | 4.320 | 66.080 Alınan | 17.200 | 101,390 | 23.160 |
| Transaortik İleri Akış Enerji Kaybı (mJ) | 80,321 | 4.65 | 115,287 | 17.354 | 184,325 | 12.354 |
| Transaortik Kapanış Enerji Kaybı (mJ) | 25,231 | 0.589 | 29.52 | 6.872 | 12.354 | 4.874 |
| Transaortik Kaçak Enerji Kaybı (mJ) | 87.219 | 13.242 | 84.02 | 12.205 | 97,029 | 25,047 |
| Transaortik Toplam Enerji Kaybı (mJ) | 192.771 | 23.51 | 228,827 | 47,254 | 293,708 | 36.483 |
Tablo 1. Ortalama ve test edilmiş kalp kapakçıkları için hesaplanan ortalama (SEM) hidrodinamik ölçümleri Standart Hata (n = 5, 4, ve polimer için 2 vana, yerli domuz ve iki broşür,). Aşağıdaki aralıkları dikkat edilmelidir: P: 0 TVP ile F başlar ve biter aralığı: ileri akışı ve H aralığı: aralığı 0 TVP ile başlayan ve 0 akışı ile biten. Aşağıdaki gibi valf ortalama çapları vardı: Polimer kapak (n = 5): 22 mm; yerel domuz kapak (n = 4): 20 mm, bi-broşür (n = 2): 23 mm. Bi-broşür kapak için küçük örneklem büyüklüğü araştırması kullanıma hazır sınırlı örnekler nedeniyle, test edilen iki bi-broşür vanalar önce Aziz Jude Medical tarafından Florida International University (Saint Paul, MN) de Biyomedikal Mühendisliği Bölümü bağışlanmıştır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu çalışmada, bir polimer ve doğal domuz valf bu hidrodinamik test gerçekleştirilir, böylece üç yaprakçık valf geometrileri karşılamak için ticari olarak satılan bir pulsatil teksir biriminin modifiye yarar göstermiştir. Özellikle bizim durumumuzda, sistem modifiye bir ViVitro sol kalp ve ViViTest veri toplama sistemi (ViVitro Systems, Inc, Victoria, BC, Kanada) ile kontrol sistemik simülatörü sistemi (Şekil 1a) oldu. Ancak, sistem tüm insan dolaşımı 22-25 için önemli akış ve basınç dalga taklit etmek için bir iki bileşenli Windkessel modeli kullanmak pulsatil akış döngüler, in vitro birkaç farklı değildir. Bu iki bileşenli Windkessel sistemleri tipik olarak bir pulsatil pompa, damar esnekliğin taklit eden bir uyum odası ve vasküler direnç düzenlemek için kullanılabilecek bir periferal direnç kontrol oluşur. İki compone tarif denklemint Windkessel modeli: 
C burada uygun, R direnci, Q (t) bir fonksiyonu olarak hacimsel akış oranı olmaktadır ve p ortalama arter basıncı (pulmoner arter veya aort içinde ya da örneğin,) 'dir. Bu bağlamda, benzer bir değişiklik hem de diğer pulsatil simülatörleri de üç-broşür vanalar karşılamak için yapılabilir inanıyoruz. Özellikle bizim durumumuzda, aort kapak yerde bir üç-broşür kapak yapısı, hızlı bir prototip vana sahibi bulunan ve üç broşür vanası (Şekil 1b ve 1c) olabilir dikilir öncelikle akrilik plastik bir montaj (Pleksiglas) kasa evine kolayca entegre edilir ve birincil ViVitro sistemden çıkarılır. Hidrodinamik test daha sonra Baldwin ve arkadaşları tarafından yapılan diğer çalışmalara benzer yapılmıştır. 26ve Wang ve ark. 25 anlık akış hızı bir elektromanyetik akış ölçer sistemi (Şekil 3) kullanılarak ölçülmüştür. Basınç Gerçek zamanlı ölçüm ventriküler ve 70 atım / dk (Şekil 4 ve 5) bir dizi kalp hızında mikrotip transformatörü üzerinden boru yerde kaydedildi. Test sıvısı% 65 ila% 35 oranında ve 9 g / L NaCl, taklit kan viskozitesi (~ 3.3 cP) gliserin deiyonize su içeren bir kan analog bir sıvı halinde idi.
Başlangıçta iki-mekanik bir broşür valf olarak test edilmiş ve elde edilen ortalama basınç dalga formları 19 literatür değerleri ile karşılaştırılmıştır. Bazı ventrikül basıncı değişkenliği sıvı akışı yanı sıra geometri ve bu ventriküler odasının büyüklüğü, mitral kapak konumu taklit eden özel vana gibi farklı darbe teksir sistemlerinin özel ayarları sürücü yerine farklı pompa mekanizmaları muhtemelen nedeniyle gözlendi, kalp hızı seçilen, Fizyolojik akış seçilen, vb dalga formu. Öte yandan, aortik dalga çok benzer ve sistem bağımsız olduğu bulunmuştur. Bu egzersiz yerli domuz vanalar için tekrarlandı ve edebiyat 18 için sonuçlar karşılaştırırken yine, ventriküler basınç daha büyük değişkenlik gözlenmiştir. Ancak, bizim sistem içinde, anlık debileri yanı sıra her iki ventrikül ve aort basınçları test edilmiştir vana ne olursa olsun benzer olduğunu dikkat etmek önemlidir, yani polimer ve montaj olmadan montaj veya iki broşür ile yerli. Bir ihtiyacı bir montaj ile teksir sisteme değişiklikler önemli ölçüde yerel akışı ve / veya basınç koşulları değiştirmez emin olmak için çünkü bu egzersiz yapmak önemlidir. İkinci olarak, bu sonuçlar, sistem doğrulama için bir araç olarak, en azından karşılaştırılabilir basınçlarının darbe çoğaltıcı platformlarında elde edilmesi veya valf sınanan gerek olduğunu göstermektedir. Yorumlanmasıhidrodinamik değişkenleri kendilerini tek tek polimer kapak tasarımı özellikleri meselesidir. , ISO (International Organization for Standardization) kalp kapak protezi değerlendirilmesinde kullanılan 5840 gibi standartlar polimer vana geometri, üretim ve malzeme özellikleri ile ilgili çeşitli parametreleri değerlendirmek için bir yol gösterici olarak kullanılabilir. Bu parametreler daha sonra FDA sunulması için gerekli olan standartların karşılanmasını sağlamak için gözden daha optimize ve hidrodinamik test olabilir.
Örneğin, polimer vanalar, karşılaştırılabilir enerji kayıpları ve vanalar düşük hacimli yetersizlik karşı yerli ve iki broşür, sol ventrikül 21 ve etkili valf kapatma (Tablo 1) kabul edilebilir iş yükleri önerdi. Ancak, kapanış dinamikleri silikon malzeme bize olma bizim durumumuzda, garanti daha fazla mekanik değerlendirme nispeten daha yüksek polimer valfi maksimum TVP degrade (karşı iki broşür vanalar), sonuçlandıed yüksek stres broşür kopma neden olmaz sağlamak için vana imal ve yeterli güvenlik faktörü yerine koymak olabilir için. Sonuç olarak, bir muhafaza birimi, cam tüp ve bir valf tutucu oluşan bir montaj konumunda dikilebilir polimer valfleri gibi tri-broşür yapıları karşılamak için imal edilebilir olduğunu göstermiştir. Geliştirilmektedir yerli, protez ve polimer valfler arasında karşılaştırmalı akış ve basınç dalga elde edilmesi gerekir. İkinci olarak, basınç dalga literatür değerleri ile doğrulanması gerekir. Bizim yaklaşım bir sınırlama ventriküler dalga darbe teksir sistemi özeldir ve farklılıkları göstermek için muhtemel olduğunu, ancak aort basınç dalga platformlar veya yeterli kapak işlevi varsa test edilen valf arasında karşılaştırılabilir olmalıdır. Bu çalışmanın bir geleceği yönünde daha fazla işlem ve geometri üretim, polimer kapak malzeme optimize etmektir. Hidrodinamik testleri will sonra fonksiyonel iyileştirmeler kantitatif hesaplanan cari ve önceki hidrodinamik ölçümleri karşılaştırılarak tespit olup olmadığını belirlemek amacıyla aynı koşullar altında tekrar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.
Acknowledgments
Florida Üniversitesi'nden bir tohum hibe - College Tıp minnetle kabul edilmektedir. NIH / NIGMS R25 GM061347: bilimsel geliştirme (MBR-RISE) bursu için araştırma girişimi - Lisansüstü (Manuel Salinas) biyomedikal araştırma programları bir azınlık fırsatları ile desteklenmiştir. Florida Uluslararası Üniversitesi ile Wallace H. Coulter Vakfı maddi destek, Biyomedikal Mühendisliği Bölümü de minnetle kabul edilmektedir. Kamau Pier, Malaki Suttle, Kendall Armstrong ve İbrahim Alfonso: Son olarak, yazarlar deneysel sürecinin çeşitli aşamalarında onların yardım için aşağıdaki öğrencilerimize teşekkür.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Pump | ViVitro Labs | http://vivitrolabs.com/products/superpump/ | |
| Flow Meter and Probe | Carolina Medical | Model 501D | http://www.carolinamedicalelectronics.com/documents/FM501.pdf |
| Pressure Transducer | ViVitro Labs | HCM018 | |
| ViVitro Pressure Measuring Assembly | ViVitro Labs | 6186 | |
| Valve holder | WB Engineering | Designed by Florida International University. Manufactured by WB Engineering | |
| Pulse Duplicator | ViVitro Labs | PD2010 | http://vivitrolabs.com/wp-content/uploads/Pulse-Duplicator-Accessories1.pdf |
| Pulse Duplicator Data Acquisition and Control System, including ViViTest Software | ViVitro Labs | PDA2010 | http://vivitrolabs.com/products/software-daq |
| Porcine Hearts and Native Aortic Valves | Mary's Ranch Inc | ||
| Bi-leaflet Mechanical Valves | Saint Jude Medical | http://www.sjm.com/ | |
| High Vacuum Grease | Dow Corning Corporation | http://www1.dowcorning.com/DataFiles/090007b281afed0e.pdf | |
| Glycerin | McMaster-Carr | 3190K293 | 99% Natural 5 gal |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Fisher Scientific | MT21031CV | 100 ml/heart |
| Antimycotic/Antibiotic Solution | Fisher Scientific | SV3007901 | 1 ml in 100 ml of PBS/heart; 20 ml for ViVitro System |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S3014-500G | 9 g/L of deionized water |
| Deionized Water | EMD Millipore Chemicals | Millipore Deionized Purification System. 1.3 L for ViVitro System, 200 ml for heart valve dissection process |
References
- Rajamannan, N. M., et al. Calcific aortic valve disease: not simply a degenerative process: A review and agenda for research from the National Heart and Lung and Blood Institute Aortic Stenosis Working Group. Executive summary: Calcific aortic valve disease-2011 update. Circulation. 124, 1783-1791 (2011).
- Marijon, E., Mirabel, M., Celermajer, D. S., Jouven, X.
- Karaci, A. R., et al. Surgical treatment of infective valve endocarditis in children with congenital heart disease. J. Card. Surg. 27, 93-98 (2012).
- Knirsch, W., Nadal, D. Infective endocarditis in congenital heart disease. Eur. J. Pediatr. 170, 1111-1127 (2011).
- Korossis, S. A., Fisher, J., Ingham, E. Cardiac valve replacement: a bioengineering approach. Biomed. Mater. Eng. 10, 83-124 (2000).
- Ghanbari, H., et al. Polymeric heart valves: new materials, emerging hopes. Trends Biotechnol. 27, 359-367 (2009).
- Mol, A., Smits, A. I., Bouten, C. V., Baaijens, F. P. Tissue engineering of heart valves: advances and current challenges. Expert Rev. Med. Devices. 6, 259-275 (2009).
- Ramaswamy, S., et al. The role of organ level conditioning on the promotion of engineered heart valve tissue development in using mesenchymal stem cells. Biomaterials. 31, 1114-1125 (2010).
- Sacks, M. S., Schoen, F. J., Mayer, J. E. Bioengineering challenges for heart valve tissue engineering. Annu. Rev. Biomed. Eng. 11, 289-313 (2009).
- Zamorano, J. L., et al. EAE/ASE recommendations for the use of echocardiography in new transcatheter interventions for valvular heart disease. J. Am. Soc. Echocardiogr. 24, 937-965 (2011).
- ANSI/AAMI/ISO. Cardiovascular Implants - Cardiac Valve Prostheses. Assoc. Adv. Med. Instrum. 71, (2005).
- Gallocher, S. L. Durability Assessment of Polymer Trileaflet Heart Valves PhD thesis. , Florida International University. Available from: FIU Electronic Theses and Dissertations 313 (2007).
- Blood Cell Adhesion on Polymeric Heart Valves. Carroll, R., Boggs, T., Yamaguchi, H., Al-Mously, F., DeGroff, C., Tran-Son-Tay, R. UF Pediatrics Science Days Conference, March 7-9, Gainesville, FL, , (2012).
- Hydrodynamic Evaluation of a Novel Tri-Leaflet Silicone Heart Valve Prosthesis. Pierre, K. K., Salinas, M., Carroll, R., Landaburo, K., Yamaguchi, H., DeGroff, C., Al-Mousily, F., Bleiweis, M., Ramaswamy, S. Biomedical Engineering Society, Annual Fall Meeting, Oct. 24-27, Atlanta, GA, , (2012).
- Cacciola, G., Peters, G. W., Schreurs, P. J. A three-dimensional mechanical analysis of a stentless fibre-reinforced aortic valve prosthesis. J. Biomech. 33, 521-530 (2000).
- De Hart, J., Cacciola, G., Schreurs, P. J., Peters, G. W. A three-dimensional analysis of a fibre-reinforced aortic valve prosthesis. J. Biomech. 31, 629-638 (1998).
- Lim, W. L., Chew, Y. T., Chew, T. C., Low, H. T. Pulsatile flow studies of a porcine bioprosthetic aortic valve in vitro: PIV measurements and shear-induced blood damage. J. Biomech. 34, 1417-1427 (2001).
- Gutierrez, C., Blanchard, D. G. Diastolic heart failure: challenges of diagnosis and treatment. Am. Fam. Physician. 69, 2609-2616 (2004).
- Shi, Y., Yeo, T. J., Zhao, Y., Hwang, N. H. Particle image velocimetry study of pulsatile flow in bi-leaflet mechanical heart valves with image compensation method. J. Biol. Phys. 32, 531-551 (2006).
- Chandran, K. B., Yoganathan, A. P., Rittgers, S. E. Biofluid Mechanics: The Human Circulation. , 1st edn, CRC Press, Taylor & Francis Group. 277-314 (2007).
- Akins, C. W., Travis, B., Yoganathan, A. P. Energy loss for evaluating heart valve performance. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 136, 820-833 (2008).
- Fung, Y. C. Biomechanics: Circulation. , 2nd ed, Springer. (1997).
- Keener, J., Sneyd, J. Mathematical Physiology, II: Systems Physiology. , 2nd ed, Springer. (1998).
- Quick, C. M., Berger, D. S., Noordergraaf, A.
- Wang, Q., Jaramillo, F., Kato, Y., Pinchuk, L., Schoephoerster, R. T. Hydrodynamic Evaluation of a Minimally Invasive Heart Valve in an Isolated Aortic Root Using a Modified In Vitro Model. J. Med. Devices. 3, 011002.1-011002.6 (2009).
- Baldwin, J. T., Campbell, A., Luck, C., Ogilvie, W., Sauter, J. Fluid dynamics of the CarboMedics kinetic bileaflet prosthetic heart valve. Eur. J. Cardiothorac. Surg. 11, 287-292 (1997).
