Desenvolvimento de um modelo de avaliação da valva mitral ex vivo utilizando um simulador de fluxo pulsátil

Summary

Apresentamos um modelo ex vivo para montagem de válvulas mitrais de cordeiro em um simulador pulsátil para avaliar a função valvar em condições fisiológicas. Essa configuração permite a avaliação quantitativa da dinâmica da válvula mitral usando tecido biológico em uma configuração reprodutível e anatomicamente precisa.

Abstract

O reparo cirúrgico da valva mitral continua sendo um procedimento desafiador. Embora várias técnicas de reparo tenham sido definidas, faltam dados que comparem seus efeitos hemodinâmicos. Os duplicadores de pulso disponíveis comercialmente são comumente usados para simular a circulação sanguínea por meio de válvulas cardíacas mecânicas ou impressas em 3D. No entanto, devido à estrutura específica e ao mecanismo de funcionamento da valva mitral, os experimentos com técnicas cirúrgicas requerem o uso de tecidos biológicos. As válvulas mitrais de cordeiro ex vivo são adequadas para tais experimentos, mas os métodos para montagem dessas válvulas no sistema duplicador de pulso (PDS) não estão bem definidos. Para resolver isso, modificamos o sistema por impressão 3D e moldagem de silicone como suporte de válvula mitral. A valva mitral foi excisada de um coração de cordeiro para cada experimento, incluindo seu aparelho anular e subvalvar. Implantamos isso na área da válvula atrioventricular (mitral) da máquina de teste usando o suporte de silicone. A tensão do músculo papilar foi simulada amarrando-se suturas ao redor das junções cordo-papilares e passando-as pelo orifício de liberação no fundo da câmara ventricular. O teste inicial da competência valvar foi realizado a uma frequência cardíaca de 120 batimentos por minuto e um débito cardíaco de 2 L/min. A regurgitação valvar e o gradiente de pressão entre as câmaras atrial e ventricular foram medidos por meio de fluxômetros eletromagnéticos duplicadores de pulso e validados com ecocardiografia. O teste hemodinâmico basal demonstrou função valvar consistente em cinco experimentos, com fração de regurgitação média de 21,1% e gradientes transmitrais derivados do eco variando de 5,15 a 8,13 mmHg. Os volumes sistólicos e as taxas de pico de fluxo variaram entre os espécimes, refletindo a variabilidade fisiológica dentro do modelo pediátrico.

Introduction

O reparo da valva mitral evoluiu significativamente, com técnicas cirúrgicas contemporâneas oferecendo maior eficácia e melhores resultados a longo prazo¹. Embora muitos centros tenham padronizado estratégias de reparo mitral, permanece uma lacuna persistente na avaliação abrangente do impacto hemodinâmico dessas intervenções². A otimização de estratégias de reparo, particularmente para casos anatomicamente complexos ou pediátricos, requer modelos que permitam testes fisiológicos controlados e repetíveis.

O objetivo primário deste estudo foi desenvolver um modelo ex vivo reprodutível usando válvulas mitrais biológicas, permitindo uma avaliação precisa da dinâmica valvar em condições fisiológicas de fluxo. Os sistemas de duplicadores de pulso avançaram significativamente no campo da biomecânica valvar, facilitando a análise ex vivo da função valvar em condições quase fisiológicas ^3,4,5. Esses sistemas têm sido aplicados às valvas aórtica e pulmonar e, mais recentemente, à valva mitral. No entanto, o objetivo do desenvolvimento dessa técnica vem da complexidade anatômica e funcional única da valva mitral, particularmente de seu aparelho subvalvar, que necessita de modelos biologicamente precisos. Existe um corpo substancial de literatura sobre modelos ex vivo da válvula mitral; No entanto, nenhum desses estudos fornece uma descrição detalhada da técnica de coleta ou destaca as etapas críticas necessárias para preservar a integridade estrutural da valva mitral e do aparelho subvalvar durante a extração ^6,7. Além disso, a literatura carece de orientação prática sobre como integrar com sucesso a válvula excisada em um sistema duplicador de pulso, o que é essencial para obter uma simulação hemodinâmica fisiologicamente relevante.

Na cirurgia cardíaca em adultos, várias técnicas de reparo têm sido avaliadas usando modelos ex vivo , como reparo borda a borda, substituição de cordas e aproximação papilar⁵. Essas técnicas produziram valiosos insights biomecânicos. Em contraste, as aplicações pediátricas permanecem pouco exploradas, com apenas estudos ex vivo limitados abordando anomalias congênitas, como fissuras mitrais. Um desses estudos demonstrou a importância do fechamento completo da fissura para restaurar a competência valvar⁶.

Este método é particularmente apropriado para pesquisadores e médicos interessados em avaliar os resultados do reparo de patologias congênitas ou complexas da válvula mitral em um ambiente controlado. Ao colher o aparelho mitral de corações de cordeiro, escolhidos por sua semelhança anatômica com as válvulas pediátricas, e montá-los em um suporte de silicone personalizado dentro de um simulador de fluxo pulsátil, o sistema replica a hemodinâmica realista e permite testes em série. É importante ressaltar que este modelo evita a experimentação de animais vivos e fornece uma plataforma adaptável para simular regurgitação, estenose, fenda ou fusão subvalvar⁸.

O Sistema Duplicador de Pulso Vivitro foi empregado neste estudo para avaliar a eficácia de uma válvula mitral e simular a função cardíaca. O procedimento iniciou-se com a ativação do software do sistema, seguida da seleção dos parâmetros apropriados da forma de onda, como a relação sistólica-diastólica, a frequência cardíaca (batimentos por minuto) e o comprimento de onda. A válvula mitral foi posteriormente inserida na câmara de teste do duplicador e todos os sensores necessários foram conectados. O arquivo de calibração foi aberto e o sistema foi iniciado simultaneamente para garantir que todo o ar fosse removido dos sensores e da tubulação após a instalação do sensor. Para garantir medições precisas, era imperativo que todo o circuito do fluido fosse desprovido de oxigênio e totalmente preenchido com solução salina. Quando o sistema estava em operação em estado estacionário, o volume sistólico foi alterado para 25 mL. A aquisição de dados começou registrando 10 ciclos quando o sistema não apresentava vazamentos ou erros. Os dados gerados foram então exportados em formato de planilha para posterior análise. Uma avaliação quantitativa do estudo foi facilitada pela capacidade do sistema de calcular a maioria dos parâmetros necessários automaticamente, incluindo volume regurgitante e várias medições de pressão (Figura 1A).

Em resumo, este modelo ex vivo oferece uma abordagem padronizada e biologicamente relevante para estudar o reparo da válvula mitral, preenchendo a lacuna entre a modelagem in silico e o teste in vivo e expandindo o valor translacional da inovação cirúrgica.

Protocol

Este estudo foi conduzido usando corações de cordeiro obtidos post-mortem de um matadouro licenciado. De acordo com a decisão do Comitê de Ética Local para Experimentos com Animais da Universidade de Istambul-Cerrahpaşa (2025/11), este trabalho se enquadra na isenção descrita no Artigo 8 (8-k1) da diretiva HADYEK e, portanto, não requer aprovação ética.

1. Configuração do experimento

1. Duplique o componente de fluxo mitral do sistema duplicador de pulso usando o software de modelagem 3D. Crie uma cópia digital da geometria existente para garantir a compatibilidade. Imprima o desenho usando filamento PLA em uma impressora 3D. Use o molde impresso para fundir a câmara de entrada de silicone. Após a cura, integre a peça de silicone ao sistema, certificando-se de que ela se encaixa com segurança e mantém uma vedação adequada (Figura 1B,C).
2. Adquira corações de cordeiro em um matadouro próximo, com atenção imediata para garantir que os corações sejam obtidos post-mortem para preservar seu estado fisiológico. Após a coleta, armazene os corações separadamente a -20 °C em um freezer para manter sua integridade estrutural ou utilize-os prontamente em procedimentos experimentais.
   NOTA: Todos os experimentos foram conduzidos sob as devidas precauções de segurança. Luvas e capuzes foram usados durante todo o uso, e todos os instrumentos cirúrgicos foram esterilizados com álcool após cada uso.

2. Colheita da válvula mitral

1. Ventriculotomia e ressecção do ventrículo direito e átrio
   1. Faça uma incisão transversal no ápice do coração usando uma tesoura cirúrgica. Estenda a incisão superiormente em direção ao ventrículo direito ao longo do sulco interventricular. Tome cuidado para evitar lesões nos músculos papilares durante esta dissecção. Consulte a Figura 2A - B para a trajetória da incisão e os pontos anatômicos.
   2. Ressece a parede livre do ventrículo direito usando uma tesoura cirúrgica para estender a exposição. Continue excisando o átrio direito em bloco para expor totalmente o septo interventricular. Essa exposição é crítica para a dissecção subsequente das estruturas subvalvares (Figura 3A,B).
2. Incisão do septo interventricular (SIV)
   1. Visualize a válvula mitral da raiz da aorta para a cavidade ventricular esquerda. Identifique o folheto anterior com base em sua orientação abaixo do plano da válvula aórtica. Garanta a exposição total do folheto antes da incisão septal (Figura 4A).
   2. Usando uma tesoura cirúrgica fina, faça uma incisão no SIV, começando pela raiz da aorta no lado contralateral do folheto mitral anterior. Estenda a incisão para baixo ao longo do septo em direção ao corte apical feito anteriormente. Abra o septo para expor a cavidade ventricular esquerda sem danificar as estruturas subvalvares (Figura 4B).
3. Dissecção do músculo papilar
   1. Exponha o ventrículo esquerdo e excise os músculos papilares usando uma tesoura fina. Preservar as cordas tendíneas para manter a funcionalidade da valva mitral (Figura 4C).
4. Excisão do átrio esquerdo
   1. Extirpar o apêndice atrial esquerdo circunferencialmente para melhorar a visualização do anel mitral de cima (Figura 5A, B).
   2. Transloque os músculos papilares para cima através do átrio esquerdo para inverter a válvula mitral e expô-los com segurança da superfície ventricular para excisão (Figura 6A).
   3. Apare o excesso de tecido ao redor do anel mitral, garantindo que pelo menos 10 mm de tecido sejam preservados circunferencialmente para manter a integridade e a função anatômicas (Figura 6B).
5. Remoção de tecido pulmonar e aórtico
   1. Remova qualquer tecido remanescente da aorta e da artéria pulmonar para evitar interferência na colocação do aparelho mitral no molde de silicone.

3. Colocação da válvula mitral no molde de silicone

1. Medidas da valva mitral
   1. Meça os comprimentos dos folhetos da valva mitral anterior e posterior ao longo do eixo ântero-posterior para avaliar as dimensões dos folhetos (Figura 7A,B).
   2. Registre o comprimento da válvula mitral ao longo do eixo mediolateral para uso no ajuste subsequente do molde e análise dimensional (Figura 7C).
   3. Estime o comprimento craniocaudal da zona de coaptação como aproximadamente 1/^{4 do comprimento} ântero-posterior do folheto posterior. Meça essa distância para avaliar a sobreposição do folheto e a capacidade de vedação.
   4. Use as dimensões medidas para calcular a margem de retenção anular apropriada. Selecione um molde de silicone de 30 mm para garantir o ajuste ideal e a estabilização do aparelho mitral (Figura 8A). Use as equações abaixo:
      a = (30-x)/2
      Onde a = a distância que deve ser deixada das comissuras; x = comprimento medido-lateral medido.
      b = (30 - z y) /2−comprimento estimado do ZC
      Onde b = representa a distância restante deixada na cúspide anterior e posterior; y = comprimento da cúspide posterior; z = comprimento da cúspide anterior.
   5. Após as medidas, conecte todos os pontos para formar um contorno circular contínuo, representando a área a ser suturada no molde de silicone (Figura 8B).
2. Montagem de tecido e fixação de cordas tendíneas
   1. Monte o tecido da valva mitral em um molde de silicone, usando suturas em U 16 para fixar o anel e manter seu posicionamento anatômico (Figura 9A).
   2. Amarre as cordas tendíneas nos pontos de inserção dos músculos papilares usando suturas de poliéster trançadas revestidas 2-0.
   3. Passe as suturas pelo orifício de liberação na base da câmara ventricular e prenda-as para simular a tensão fisiológica do músculo papilar. A tensão do folheto foi ajustada visualmente para garantir que as bordas do folheto permanecessem alinhadas com o plano do anel e não se projetassem acima dele. (Figura 9B).
   4. Posicionar as suturas sob tensão máxima no orifício do ventrículo esquerdo da SDP, garantindo a estabilização da valva mitral sem induzir o deslocamento (Figura 10A,B).

4. Ensaio inicial (modelo de base)

1. Coloque o modelo de válvula mitral preparado no simulador de fluxo pulsátil para teste hemodinâmico inicial. Defina o sistema para condições fisiológicas pediátricas: uma frequência cardíaca de 120 batimentos por minuto e um débito cardíaco de 2.0 L/min.
2. Encha o sistema duplicador de pulso com solução salina, garantindo que todo o circuito esteja livre de bolhas de ar para manter medições precisas de pressão e vazão.
3. Zere o sistema duplicador de pulso antes da inicialização para garantir que todas as medições subsequentes sejam precisas.
4. Inicialize o sistema e, quando o volume sistólico desejado for alcançado, clique em Capturar para registrar as medições hemodinâmicas.
5. Avalie a função da valva mitral usando imagens ecocardiográficas da câmara atrial superior e transparente para avaliar parâmetros como gradiente transmitral e gravidade da regurgitação, garantindo uma avaliação funcional abrangente do modelo valvar (Figura 10C).

Results

Os dados hemodinâmicos basais foram obtidos de cinco experimentos ex vivo usando válvulas mitrais nativas montadas em um suporte de silicone personalizado dentro de um sistema duplicador de pulso. O modelo foi perfundido em condições fisiológicas pediátricas padronizadas (débito cardíaco: 2 L/min; FC: 120 bpm) e as avaliações funcionais foram realizadas por meio de transdutores de pressão e imagens ecocardiográficas.

A fração de regurgitação variou de 15,9% a 26,6%, com média de 21,1%...

Discussion

O objetivo deste estudo foi desenvolver um modelo replicando a valva mitral em estado hemodinâmico pediátrico, o que orientou nossa escolha de utilizar o coração de cordeiro como base experimental. Essa seleção foi impulsionada pela estreita semelhança de dimensões entre a valva mitral de cordeiro e a de pacientes pediátricos. Anatomicamente, o coração de cordeiro exibe uma orientação mais inclinada ventralmente ao longo de seu eixo longitudinal em comparação com o coração humano e possu...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
2-0 Sutura de Poliéster Trançado Revestido	Covidien	88863230-56	Estabilização dos músculos papilares durante o teste
Impressora 3D	Ultimaker	Ultimaker S3	Usado para fabricar moldes de silicone personalizados
5-0 Sutura de polipropileno monofilamento, Covidien		VPF-720-X	Sutura da válvula ao molde de silicone
Pinça	atraumática DeBakeyAesculap	MB062R	Manuseio de tecidos durante a dissecação
Coração de Cordeiro Fresco	Matadouro Licenciado	—	Fonte de válvulas mitrais nativas
Tesoura de dissecção Mayo	Aesculap	BC252B	Dissecção cardíaca geral
Micro porta-agulha	Aesculap	FM538R	Sutura da válvula mitral
Tesoura Nelson-Metzenbaum	Aesculap	BC606R	Usado para corte de sutura
Sistema Duplicador de Pulso	ViVitro Labs	18363	Fluxo fisiológico simulado para teste de válvula
Moldes de silicone	—	Fabricado sob medida	Usado para replicar a geometria ventricular
Solução salina estéril (0,9%)	Elabscience	PB180353	Medium para circuito de perfusão