Desarrollo de un modelo de evaluación de la válvula mitral ex vivo utilizando un simulador de flujo pulsátil

Summary

Presentamos un modelo ex vivo para el montaje de válvulas mitrales de cordero en un simulador pulsátil para evaluar la función de la válvula en condiciones fisiológicas. Esta configuración permite la evaluación cuantitativa de la dinámica de la válvula mitral utilizando tejido biológico en una configuración reproducible y anatómicamente precisa.

Abstract

La reparación quirúrgica de la válvula mitral sigue siendo un procedimiento difícil. Aunque se han definido varias técnicas de reparación, faltan datos que comparen sus efectos hemodinámicos. Los duplicadores de pulso disponibles en el mercado se utilizan comúnmente para simular la circulación sanguínea a través de válvulas cardíacas mecánicas o impresas en 3D. Sin embargo, debido a la estructura específica y al mecanismo de funcionamiento de la válvula mitral, los experimentos sobre técnicas quirúrgicas requieren el uso de tejidos biológicos. Las válvulas mitrales de cordero ex vivo son adecuadas para este tipo de experimentos, pero los métodos para montar estas válvulas en el sistema de duplicación de pulsos (PDS) no están bien definidos. Para solucionar este problema, modificamos el sistema mediante impresión 3D y moldeo de silicona como soporte de válvula mitral. Extirpamos la válvula mitral de un corazón de cordero para cada experimento, incluyendo su anillo y aparato subvalvar. Lo implantamos en la zona de la válvula auriculoventricular (mitral) de la máquina de ensayo utilizando el soporte de silicona. La tensión del músculo papilar se simuló atando suturas alrededor de las uniones cuerda-papilar y pasando estas suturas a través del orificio de liberación en el fondo de la cámara ventricular. Las pruebas iniciales de la competencia valvular se realizaron a una frecuencia cardíaca de 120 latidos por minuto y un gasto cardíaco de 2 L/min. La regurgitación valvular y el gradiente de presión entre las cámaras auricular y ventricular se midieron mediante caudalímetros electromagnéticos duplicadores de pulso y se validaron con ecocardiografía. Las pruebas hemodinámicas iniciales demostraron una función valvular consistente en cinco experimentos, con una fracción media de regurgitación del 21,1% y gradientes transmitrales derivados del eco que oscilaron entre 5,15 y 8,13 mmHg. Los volúmenes sistólicos y las tasas de flujo máximo variaron entre las muestras, lo que refleja la variabilidad fisiológica dentro del modelo pediátrico.

Introduction

La reparación de la válvula mitral ha evolucionado significativamente, con técnicas quirúrgicas contemporáneas que ofrecen una mayor eficacia y mejores resultados a largo plazo¹. A pesar de que muchos centros cuentan con estrategias estandarizadas de reparación mitral, persiste un vacío en la evaluación integral del impacto hemodinámico de estas intervenciones². La optimización de las estrategias de reparación, especialmente para casos anatómicamente complejos o pediátricos, requiere modelos que permitan realizar pruebas fisiológicas controladas y repetibles.

El objetivo principal de este estudio fue desarrollar un modelo ex vivo reproducible utilizando válvulas mitrales biológicas, que permitiera una evaluación precisa de la dinámica de las válvulas en condiciones de flujo fisiológico. Los sistemas de duplicación de pulsos han avanzado significativamente en el campo de la biomecánica de las válvulas al facilitar el análisis ex vivo de la función de la válvula en condiciones casi fisiológicas ^3,4,5. Estos sistemas se han aplicado a las válvulas aórtica y pulmonar y, más recientemente, a la válvula mitral. Sin embargo, el objetivo de desarrollar esta técnica proviene de la complejidad anatómica y funcional única de la válvula mitral, en particular de su aparato subvalvular, lo que requiere modelos biológicamente precisos. Existe una gran cantidad de literatura sobre modelos ex vivo de la válvula mitral; Sin embargo, ninguno de estos estudios proporciona una descripción detallada de la técnica de recolección ni destaca los pasos críticos necesarios para preservar la integridad estructural de la válvula mitral y el aparato subvalvular durante la extracción ^6,7. Además, la literatura carece de orientación práctica sobre cómo integrar con éxito la válvula extirpada en un sistema de duplicación de pulsos, que es esencial para lograr una simulación hemodinámica fisiológicamente relevante.

En la cirugía cardíaca del adulto, se han evaluado varias técnicas de reparación utilizando modelos ex vivo , como la reparación de borde a borde, el reemplazo de cuerdas y la aproximación papilar⁵. Estas técnicas han aportado valiosos conocimientos biomecánicos. Por el contrario, las aplicaciones pediátricas siguen siendo poco exploradas, con solo estudios ex vivo limitados que abordan anomalías congénitas como las hendiduras mitrales. Uno de estos estudios demostró la importancia del cierre completo de la hendidura para restaurar la competencia valvular⁶.

Este método es particularmente apropiado para investigadores y médicos interesados en evaluar los resultados de reparación de patologías congénitas o complejas de la válvula mitral en un entorno controlado. Al recolectar el aparato mitral de corazones de cordero, elegidos por su similitud anatómica con las válvulas pediátricas, y montarlos en un soporte de silicona personalizado dentro de un simulador de flujo pulsátil, el sistema replica la hemodinámica realista y permite realizar pruebas en serie. Es importante destacar que este modelo evita la experimentación con animales vivos y proporciona una plataforma adaptable para simular regurgitación, estenosis, hendidura o fusión subvalvular⁸.

En este estudio se empleó el sistema de duplicación de pulso Vivitro para evaluar la eficacia de una válvula mitral y simular la función cardíaca. El procedimiento comenzó con la activación del software del sistema, a la que siguió la selección de los parámetros de forma de onda adecuados, como la relación sistólica a diastólica, la frecuencia cardíaca (latidos por minuto) y la longitud de onda. Posteriormente, la válvula mitral se insertó en la cámara de prueba del duplicador y se conectaron todos los sensores necesarios. Se abrió el archivo de calibración y se inició simultáneamente el sistema para garantizar que se eliminara todo el aire de los sensores y los tubos después de instalar el sensor. Con el fin de garantizar mediciones precisas, era imperativo que todo el circuito de fluidos estuviera desprovisto de oxígeno y completamente lleno de solución salina. Cuando el sistema estaba en funcionamiento en estado estacionario, el volumen sistólico se cambiaba a 25 mL. La adquisición de datos comenzó registrando 10 ciclos en los que se encontró que el sistema no tenía fugas ni errores. A continuación, los datos generados se exportaban en formato de hoja de cálculo para su posterior análisis. La capacidad del sistema para calcular automáticamente la mayoría de los parámetros necesarios para realizar una evaluación cuantitativa del estudio fue facilitada por la capacidad del sistema, incluido el volumen regurgitante y varias mediciones de presión (Figura 1A).

En resumen, este modelo ex vivo ofrece un enfoque estandarizado y biológicamente relevante para estudiar la reparación de la válvula mitral, cerrando la brecha entre el modelado in silico y las pruebas in vivo , y ampliando el valor traslacional de la innovación quirúrgica.

Protocol

Este estudio se llevó a cabo utilizando corazones de cordero obtenidos post-mortem de un matadero autorizado. De acuerdo con la decisión del Comité Local de Ética para Experimentos con Animales de la Universidad de Estambul-Cerrahpaşa (2025/11), este trabajo entra dentro de la exención descrita en el artículo 8 (8-k1) de la directiva HADYEK y, por lo tanto, no requería aprobación ética .

1. Configuración del experimento

1. Duplique el componente de entrada mitral del sistema de duplicación de pulsos utilizando software de modelado 3D. Cree una copia digital de la geometría existente para garantizar la compatibilidad. Imprime el diseño con filamento PLA en una impresora 3D. Utilice el molde impreso para fundir la cámara de entrada de silicona. Después del curado, integre la pieza de silicona en el sistema, asegurándose de que encaje de forma segura y mantenga un sellado adecuado (Figura 1B,C).
2. Procure corazones de cordero en un matadero cercano, prestando atención inmediata a asegurarse de que los corazones se obtuvieron post mortem para preservar su estado fisiológico. Después de la recolección, almacene los corazones por separado a -20 °C en un congelador para mantener su integridad estructural, o utilícelos rápidamente en procedimientos experimentales.
   NOTA: Todos los experimentos se llevaron a cabo bajo las precauciones de seguridad adecuadas. Se utilizaron guantes y capuchas en todo momento, y todos los instrumentos quirúrgicos se esterilizaron con alcohol después de cada uso.

2. Extracción de la válvula mitral

1. Ventriculotomía y resección del ventrículo derecho y la aurícula
   1. Haga una incisión transversal en el ápice del corazón con unas tijeras quirúrgicas. Extienda la incisión superiormente hacia el ventrículo derecho a lo largo del surco interventricular. Tenga cuidado de evitar lesionar los músculos papilares durante esta disección. Consulte la Figura 2A - B para conocer la trayectoria de la incisión y los puntos de referencia anatómicos.
   2. Resecar la pared libre del ventrículo derecho con unas tijeras quirúrgicas para prolongar la exposición. Continúe extirpando la aurícula derecha en bloque para exponer completamente el tabique interventricular. Esta exposición es crítica para la posterior disección de las estructuras subvalvulares (Figura 3A,B).
2. Incisión del tabique interventricular (IVS)
   1. Visualizar la válvula mitral desde la raíz aórtica hasta la cavidad ventricular izquierda. Identificar la valva anterior en función de su orientación por debajo del plano de la válvula aórtica. Asegúrese de que la valva esté completamente expuesta antes de la incisión septal (Figura 4A).
   2. Con unas tijeras quirúrgicas finas, incida el SIV, comenzando desde la raíz aórtica en el lado contralateral de la valva mitral anterior. Extienda la incisión hacia abajo a lo largo del tabique hacia el corte apical realizado anteriormente. Abrir el tabique para exponer la cavidad ventricular izquierda sin dañar las estructuras subvalvulares (Figura 4B).
3. Disección del músculo papilar
   1. Exponga el ventrículo izquierdo y extirpe los músculos papilares con unas tijeras finas. Preservar las cuerdas tendinosas, para mantener la funcionalidad de la válvula mitral (Figura 4C).
4. Exéresis de la aurícula izquierda
   1. Extirpar el apéndice auricular izquierdo circunferencialmente para mejorar la visualización del anillo mitral desde arriba (Figura 5A,B).
   2. Transloque los músculos papilares hacia arriba a través de la aurícula izquierda para invertir la válvula mitral y exponerlos de manera segura de la superficie ventricular para su escisión (Figura 6A).
   3. Recorte el exceso de tejido que rodea el anillo mitral, asegurándose de que al menos 10 mm de tejido se conserven circunferencialmente para mantener la integridad anatómica y la función (Figura 6B).
5. Extirpación de tejido pulmonar y aórtico
   1. Extraer cualquier resto de tejido de la aorta y la arteria pulmonar para evitar interferencias con la colocación del aparato mitral en el molde de silicona.

3. Colocación de la válvula mitral en el molde de silicona

1. Mediciones de la válvula mitral
   1. Mida las longitudes de las valvas de la válvula mitral anterior y posterior a lo largo del eje anteroposterior para evaluar las dimensiones de las valvas (Figura 7A,B).
   2. Registre la longitud de la válvula mitral a lo largo del eje mediolateral para su uso en el ajuste posterior del molde y el análisis dimensional (Figura 7C).
   3. Estimar la longitud craneocaudal de la zona de coaptación como aproximadamente 1/^{4 de la} longitud anteroposterior de la valva posterior. Mida esta distancia para evaluar la superposición de folletos y la capacidad de sellado.
   4. Utilice las dimensiones medidas para calcular el margen de retención anular adecuado. Seleccione un molde de silicona de 30 mm para garantizar un ajuste y una estabilización óptimos del aparato mitral (Figura 8A). Utilice las siguientes ecuaciones:
      a = (30-x)/2
      Donde a = la distancia que debe dejarse de las comisuras; x = la longitud medida del eje medial-lateral.
      b = (30 - z y) /2−longitud ZC estimada
      Donde b = representa la distancia restante que queda en la valva anterior y posterior; y = la longitud de la valva posterior; z = la longitud de la valva anterior.
   5. Después de las mediciones, conecte todos los puntos para formar un contorno circular continuo, que represente el área que se suturará en el molde de silicona (Figura 8B).
2. Montaje de tejidos y fijación de cuerdas tendinéceas
   1. Monte el tejido de la válvula mitral en un molde de silicona, utilizando suturas de 16 U para asegurar el anillo y mantener su posición anatómica (Figura 9A).
   2. Ate las cuerdas tendinosas en los puntos de inserción de los músculos papilares con suturas de poliéster trenzado recubiertas 2-0.
   3. Pase las suturas a través del orificio de liberación en la base de la cámara ventricular y asegúrelas para simular la tensión fisiológica del músculo papilar. La tensión de las valvas se ajustó visualmente para asegurar que los bordes de las valvas permanecieran alineados con el plano del anillo y no sobresalieran por encima de él. (Figura 9B).
   4. Coloque las suturas bajo tensión máxima en el tracto del orificio del ventrículo izquierdo del PDS, asegurando la estabilización de la válvula mitral sin inducir desplazamiento (Figura 10A, B).

4. Pruebas iniciales (modelo de referencia)

1. Coloque el modelo de válvula mitral preparado en el simulador de flujo pulsátil para la prueba hemodinámica de referencia. Ajuste el sistema a las condiciones fisiológicas pediátricas: una frecuencia cardíaca de 120 latidos por minuto y un gasto cardíaco de 2,0 L/min.
2. Llene el sistema duplicador de pulsos con solución salina, asegurándose de que todo el circuito esté libre de burbujas de aire para mantener mediciones precisas de presión y flujo.
3. Ponga a cero el sistema duplicador de pulsos antes de la inicialización para garantizar que todas las mediciones posteriores sean precisas.
4. Inicialice el sistema y, una vez alcanzado el volumen sistólico deseado, haga clic en Capturar para registrar las mediciones hemodinámicas.
5. Evaluar la función de la válvula mitral mediante imágenes ecocardiográficas de la cámara auricular superior y transparente para evaluar parámetros como el gradiente transmitral y la gravedad de la regurgitación, asegurando una evaluación funcional completa del modelo valvular (Figura 10C).

Results

Los datos hemodinámicos de referencia se obtuvieron de cinco experimentos ex vivo utilizando válvulas mitrales nativas montadas en un soporte de silicona personalizado dentro de un sistema de duplicación de pulsos. El modelo se perfundió en condiciones fisiológicas pediátricas estandarizadas (gasto cardíaco: 2 L/min; HR: 120 lpm) y se realizaron evaluaciones funcionales con transductores de presión e imágenes ecocardiográficas.

La fracción de regurgitación osciló entre el 15,9% y el 2...

Discussion

El objetivo de este estudio fue desarrollar un modelo que replicara la válvula mitral en estado hemodinámico pediátrico, el cual orientó nuestra elección de utilizar corazones de cordero como base experimental. Esta selección fue impulsada por la gran semejanza en dimensiones entre la válvula mitral de cordero y la de los pacientes pediátricos. Anatómicamente, el corazón de cordero exhibe una orientación más inclinada ventralmente a lo largo de su eje longitudinal en comparación con el c...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Sutura de poliéster trenzado recubierto 2-0	Covidien	88863230-56	Estabilización de los músculos papilares durante las pruebas
Impresora 3D	Ultimaker	Ultimaker S3	Se utiliza para fabricar moldes de silicona personalizados
5-0 Sutura de polipropileno monofilamento, doble brazo	Covidien	VPF-720-X	Sutura de la válvula al molde de silicona
Pinzas	atraumáticas DeBakeyAesculap	MB062R Manipulación de	tejidos durante la disección
Corazones de cordero frescos	Licenciado Matadero	mdash;	Origen de las válvulas mitrales nativas
Tijeras de disección Mayo	Aesculap	BC252B	Disección cardíaca general
portaagujas	Aesculap	FM538R	Sutura de la válvula mitral
Tijeras Nelson-Metzenbaum	Aesculap	BC606R	Se utiliza para el corte de suturas
Sistema de duplicación de pulsos	ViVitro Labs	18363	Flujo fisiológico simulado para pruebas
válvulas Moldes de silicona	—	Fabricado a medida	Se utiliza para replicar la geometría ventricular
Solución salina estéril (0,9%)	Elabscience	PB180353	Medio para circuito de perfusión