Protokół względnej oceny hydrodynamicznej trójpłatkowych zaworów polimerowych

Ogólnym celem następującego eksperymentu jest zademonstrowanie, w jaki sposób komercyjnie dostępny duplikator tętna in vitro może zostać przystosowany do nowoczesnych polimerowych protez zastawek serca z trzema płatkami, oraz ocena parametrów hydrodynamicznych tego zestawu. Celem tym osiągnięto poprzez montaż rurki i uchwytu zaworu, aby umożliwić zastosowanie konfiguracji zastawki trójpłatkowej w duplikatorze tętna. W drugim kroku polimerowe zastawki zostają zaszyte na miejscu i poddane testom w celu pomiaru ich parametrów hydrodynamicznych. Testowane są również natywne zastawki świńskie oraz mechaniczne zastawki serca, aby zwalidować modyfikacje sprzętowe systemu względem konstrukcji mechanicznej syntetycznej zastawki.

Wyniki pokazują, że zmodyfikowany system duplikatora pulsu może być wykorzystywany do oceny zastawek polimerowych z hydrodynamiką charakterystyczną dla natywnych zastawek świńskich oraz zastawek mechanicznych, dostarczając tym samym informacji na temat funkcjonalnych aspektów konstrukcji zastawek polimerowych. Zazwyczaj osoby rozpoczynające pracę z tą metodą mogą napotkać trudności, ponieważ techniki te są żmudne, a zrozumienie kompleksowej oceny protez zastawek wymaga znajomości wielu pojęć związanych z metrykami hydrodynamicznymi, których zazwyczaj nie uczy się w ramach tradycyjnego programu studiów inżynieryjnych. Zastosowanie tej techniki ma znaczenie dla funkcjonalnego rozwoju nowych technologii protez zastawek serca, ponieważ ocena hydrodynamiczna dostarcza wiedzy na temat dalszego doskonalenia cech konstrukcyjnych protez zastawek serca, wraz z Manuel.

Pomagać będzie mi Carl Lande, student studiów licencjackich w moim laboratorium. Niniejszy protokół rozpoczyna się od wykonania zestawu.

Zestaw ten obejmuje uchwyt zastawki służący do przyszycia płatków zastawki oraz rurkę, w której umieszcza się uchwyt zastawki i okoliczne akcesoria mocujące cały zespół do systemu pulsacyjnego duplikatora. Wymagany jest również komercyjnie dostępny system pulsacyjnego duplikatora. Przed pierwszym użyciem należy odpowietrzyć cały obieg. System obiegu należy wyczyścić za pomocą wody z mydłem.

W trakcie tego procesu należy wymienić wszelkie zdegradowane rurki. Następnie należy skalibrować instrumenty podłączone do obiegu, czyli pompę, sondę przepływu oraz przetworniki ciśnienia. Kalibrację rozpoczyna się od zastosowania 1% roztworu soli fizjologicznej, a następnie roztworu gliceryny będącego analogiem krwi.

Zazwyczaj należy przeprowadzić kalibrację w celu wykonywania pomiarów w lokalizacjach przedsionkowych, aortalnych i komorowych. Po kalibracji należy przystąpić do przygotowania zastawek. Należy pozyskać cztery świeże serca wieprzowe z nienaruszoną aortą z rzeźni zatwierdzonej przez A-U-S-D-A.

Rozpakować i opłukać serce wodą dejonizowaną, a następnie umieścić je w naczyniu z 1% antybiotykiem przeciwgrzybiczym w PBS na lodzie. Przenieść je do laboratorium badań hydrodynamicznych. Umieścić jedno z serc w kuwecie sekcyjnej i ostrożnie usunąć osierdzie.

Patrząc na stronę brzuszną, obejrzy cztery komory i zlokalizuj łuk aorty na nienaruszonej aorcie. Następnie podziel serce na pół. Wykonaj cięcie poziome trzy czwarte cala poniżej pierścienia w miejscu połączenia aorty z lewą komorą i wyizoluj nienaruszoną aortę przytwierdzoną do segmentu tkanki lewej komory.

Zbadaj zastawkę aortalną znajdującą się w pierścieniu aorty pod kątem uszkodzeń lub zwapnień. Jest to obszar między aortą wstępującą a dolnym pierścieniem. Jeśli tkanka nie wykazuje zmian, przetnij aortę około cala powyżej pierścienia; w przeciwnym razie utylizuj materiał.

Następnie oddziel segment tkanki lewej komory poniżej pierścienia, aby wyizolować zastawkę aortalną. Po wyizolowaniu zastawki przystąp do szycia w celu zamocowania jej do uchwytu. Najpierw umieść zastawkę wewnątrz uchwytu.

Wyrównaj podstawę zastawki z podstawą uchwytu słupka. Następnie tymczasowo przymocuj zastawkę za pomocą spinacza do papieru. Należy uważać, aby nie uszkodzić komisury ani płatków.

Następnie umieść szwy u dołu uchwytu zastawki. Przeciągnij igłę przez pierwszy otwór w dół, aż do spodu. Następnie, wykonując pętle, przyszyj zastawkę do uchwytu zastawki wzdłuż słupków.

Kontynuuj szycie wzdłuż obwodu uchwytu. Zakończ szycie dodatkowym szwem wokół końcówek słupków, aby zwiększyć stabilność. Po wykonaniu szwów przymocuj zastawkę do wszystkich słupków.

Usuń spinacz w tej demonstracji. Wykorzystano system symulatora tętna in vitro. W przypadku innych systemów kroki będą przebiegać inaczej.

Ocenę należy rozpocząć od ustawienia częstotliwości pracy serca systemu na 70 uderzeń na minutę. Następnie należy wybrać kształt fali przepływu do sterowania pompą, którym w tym przypadku jest fala S 35. Teraz należy włączyć wzmacniacz oraz pompę tłokową i pozostawić je do rozgrzania przez 15 minut.

Podczas testowania zastawki dwupłatowej, należy umieścić ją w systemie w pozycji aortalnej w przypadku zastawki szytej. Najpierw należy umieścić ją wewnątrz szklanej rury w specjalnie wykonanym zestawie, zaciskając rurę między górnym a dolnym elementem, a następnie zabezpieczyć je śrubami bocznymi. Właśnie włożyliśmy polimerową zastawkę.

Jest to ta sama procedura, której używamy do wszczepienia zastawki natywnej. Następnie należy umieścić zespół między komorą aorty a oryginalnym uchwytem zastawki aortalnej z zastawką w odpowiedniej pozycji i nałożyć smar próżniowy na wszystkie połączenia, z których może wystąpić wyciek. Następnie do komory przedsionkowej należy dodać dwa litry 35% gliceryny w soli fizjologicznej.

Po napełnieniu układu najważniejszym krokiem jest upewnienie się, że wszystkie komponenty są odpowiednio skalibrowane. Dwie osoby współpracują przy konfiguracji systemu. Teraz należy upewnić się, że przetwornik przepływu jest ustawiony dla pozycji aorty, a następnie włączyć go zgodnie z instrukcjami w zakładce „calibrate” w oprogramowaniu; skalibrować pompę, a następnie przetwornik przepływu oraz przetworniki ciśnienia.

Po zakończeniu kalibracji uruchom pompę przy niskiej prędkości obrotowej (RPM), aż płyn wypełni komorę aorty. Sprawdź, czy nie ma wycieków, a jeśli wystąpią, uszczelnij je dodatkową smarem próżniowym. Przekręć oba kurki w pozycję otwartą.

Są to przetworniki aortalne i komorowe. Zwiększaj liczbę obrotów pompy (RPM), aż objętość wyrzutowa osiągnie 80 mililitrów na uderzenie. Pozostaw system w działaniu przez 10 minut, aż przepływ się ustabilizuje.

Można to zweryfikować, obserwując kształty fal przepływu i ciśnienia na ekranie. Gdy różnice między cyklami są niezauważalne lub bardzo niewielkie, system uległ stabilizacji. Teraz w oprogramowaniu testowym VI należy wybrać tryb akwizycji (acquire mode), a następnie w trybie analizy (analyze mode) kliknąć opcję zbierz 10 cykli (collect 10 cycles), kliknąć tabelę (table) i zapisać plik.

Należy również zapisać obraz przebiegów fal za pomocą funkcji photo snap. W opcji piątej porównano cztery natywne zastawki wieprzowe oraz dwie zastawki dwupłatowe. Natężenie przepływu mierzono za pomocą elektromagnetycznego przepływomierza połączonego z nieinwazyjną sondą przepływową umieszczoną na styku komory i aorty.

Ciśnienie komorowe mierzono w komorze komory za pomocą naniesionego na nią przetwornika ciśnienia z mikrokońcówką. Wyniki przedstawiają wartości dla natywnych zastawek oraz zastawek z płatkami B o średnicy 29 milimetrów. Na podstawie literatury.

Ciśnienie w aorcie mierzono tuż za zastawką aortalną przy użyciu mikroprzetwornika ciśnienia. Ponownie podano wcześniej zgłoszone wartości dla zastawek o średnicy 29 milimetrów. Podsumowując, na podstawie wykonanych pomiarów przepływu i ciśnienia obliczono wiele parametrów.

Średnica badanych zastawek wynosiła średnio około 22 milimetrów dla każdej płatki. Zastawki były trudne do pozyskania, dlatego wielkość próby jest niewielka.

Po opanowaniu tej techniki, wliczając przygotowanie próbek i ocenę hydrodynamiczną, cały proces można przeprowadzić w około dwie i pół godziny. Wykorzystując zbudowany przez nas autorski zestaw, zdołaliśmy zademonstrować sposób, w jaki możemy osadzać struktury zastawki trójpłatkowej lub polimerowej zastawki trójpłatkowej, a następnie włączyć tego typu zastawki lub zastawki polimerowe do istniejącego komercyjnego układu pulsacyjnego w celu funkcjonalnej oceny hydrodynamicznej. Jednocześnie wykazaliśmy, że możemy obiektywnie porównać te zastawki z zastawką natywną, która również posiada geometrię trójpłatkową.

W naszym przypadku wykorzystujemy natywne zastawki aorty świńskie, ponieważ są one bardzo podobne do zastawek ludzkich. Ostatecznie, po przeprowadzeniu tych procedur, możemy również przyjrzeć się innym obszarom badawczym, takim jak opracowywanie zastawek montowanych na rusztowaniach, które mogą być wykorzystywane w inżynierii tkankowej do celów związanych z zastawkami serca.