מאמר זה מתאר את ההליכים להשתלת הידרוג'ל חדשני בלב כושל וכימות השפעתו על לחץ קיר חדר שמאלי ותפקוד. נהלים אלה יושמו בהצלחה בכלבים ובבני אדם.
הזרקה של Algisyl-LVR, טיפול בפיתוח קליני, מיועדת לטיפול בחולים עם קרדיומיופתיה מורחבת. טיפול זה היה בשימוש לאחרונה בפעם הראשונה בחולים שעברו אי ספיקת לב סימפטומטי. בכל החולים, תפקוד לב של החדר השמאלי (LV) השתפר באופן משמעותי, כפי שבא לידי ביטוי בהפחתה של עוצמת הקול וקיר LV מתח עולה בקנה אחד. כאן אנו מתארים הליך הטיפול החדשני הזה ואת השיטות לכמת את השפעותיו על קיר LV לחץ ותפקוד.
Algisyl-LVR הוא ג'ל biopolymer בהיקף של Na +-אלגינט וCa 2 + אלגינט. הליך הטיפול בוצע על ידי ערבוב שני המרכיבים הללו ולאחר מכן משלבים אותם לתוך מזרק אחד לזריקות intramyocardial. תערובת זו הייתה מוזרקת ב10 עד 19 מקומות באמצע הדרך בין הבסיס והקודקוד של קיר LV החופשי בחולים.
דימות תהודה מגנטית (MRI), יחדעם מודלים מתמטיים, היה בשימוש כדי לכמת את ההשפעות של טיפול זה בחולים לפני טיפול ובנקודות זמן שונים במהלך התאוששות. משטחי epicardial וendocardial היו דיגיטציה ראשונה מתמונות MR לשחזר את הגיאומטריה LV בסוף התכווצות ובסופו של דבר, תרוויח. כרכי חלל חדר שמאל ואז נמדדו ממשטחים המשוחזרים אלה.
ממשטחי MRI-משוחזרים אלה מודלים מתמטיים של LV נוצרו כדי לחשב את הלחץ myofiber אזורי. כל דגם LV נבנה כך ש1) זה deforms פי יחסי מתח מתח תוקף עבר של שריר הלב, ו2) נפח חלל LV מהמודלים האלה חזו תואם את נפח ה-MRI-מדודה המקבילה בסוף ירוויח וסוף התכווצות . מילוי הדיאסטולי היה מדומה על ידי טעינת משטח endocardial LV עם לחץ סוף דיאסטולי שנקבע. התכווצות הסיסטולי הייתה מדומה במקביל על ידי טעינת הסוףמשטח ocardial עם לחץ הסיסטולי נקבע סופי והוספת התכווצות פעילה בכיוון myofiber. מתח myofiber אזורי בסוף ירוויח וסוף התכווצות היה מחושב מLV מעוותים המבוסס על מערכת היחסים של מתח מתח.
הפחתת המתח נפשי קיר חדרים נחשבת לאבן פינה בטיפול באי ספיקת לב 1. בצורתו הפשוטה ביותר שניתן על ידי החוק של Laplace, מתח קיר חדרים עומדים ביחס ישר לקוטרו של החדר ואת הלחץ של החדר, ועומד ביחס הפוך לעובי הקיר של החדר. הוא האמין נרחב כי לחץ מוגבר קיר חדרים הוא אחראי על תהליך שיפוץ השלילי שבו הרחיבו את החדרים הופכים בהדרגה, סופו של דבר מוביל לאי ספיקת לב 2. מחקרים קליניים בבעלי החיים הראו כי לחץ מוגבר קיר גורם לשינויים בחלבונים, סינתזת אלמנט התכווצות ועל ביטוי גנים התומכים בתהליך שיפוץ 3,4,5. הגדיל את מתח הקיר גם הוכח להיות מנבא בלתי תלוי לשיפוץ LV 6,7 שלאחר מכן.
טיפולים כירורגיים והתקנים חדשים רבים פותחו עם ACמטרת entral של הפחתת מתח קיר חדרים, בניסיון למנוע ולהפוך את ההתקדמות של אי ספיקת לב בחולי 8,9,10. למרות שטיפולים אלה חולקים את אותה המטרה, הם משיגים את זה אחר. לדוגמה, הפחתת ההליך כירורגי חדרית 10 מבקש להפחית את הלחץ על ידי קיר חדרי ניתוח הקטנת הגודל של חדר שמאלי מורחב, אבל התוצאה שלו היא נושא שנוי במחלוקת 11,12.
לאחרונה, ההזרקה של חומר ביולוגית, Algisyl-LVR, לתוך החדר השמאלי לטיפול בקרדיומיופתיה מורחבת צברה תשומת לב רבה בקהילה הרפואית. טיפול זה הוכח כיעיל במניעה או אפילו להפוך את ההתקדמות של אי ספיקת לב במחקרים בבעלי החיים 13,14, ולאחרונה, בניסוי קליני 15 בני אדם. בניגוד למכשירים אחרים, טיפול זה מבקש להפחית את לחץ קיר חדרים על ידי הזרקת חומר לתוךקיר החדר השמאלי כדי לעבות אותו.
ידע מפורט של מתח קיר חדרים, במיוחד בבני אדם, לעומת זאת, נותר חמקמק. חוסר הידע הזה הוא בעיקר בגלל כוחות או מתחים לא ניתן למדוד באופן ישיר בחדרי הלב שלמים 16. למרות סגור טופס משוואות אנליטיות כגון חוק לפלס יכולות להעריך מתח קיר חדר שמאלי, הם פותחו על בסיס הנחות מגבילות הכוללות ציר סימטריה של LV, איזוטרופיות חומר והומוגניות בתוך LV. בשל גורמים אלה, את התחזית של מתח קיר חדרים בLV בפועל באמצעות החוק לפלס אינן מדויקת 17. כדי להסיר מגבלות אלו ולהשיג תחזית מדויקת יותר של הלחץ, מודלים מתמטי קיר החדרים באמצעות שיטת האלמנט סופית (FE) עם הגיאומטריה חדרית מטופל ספציפית יש להשתמש במקום של החוק הפשוט לפלס 17.
שיטת FE היא נוטכניקת merical המשמשת לעתים קרובות כדי לפתור מערכת משוואות דיפרנציאליות חלקיות (PDE) המתארות את הבעיה ערך גבול. שיטה זו שימושית במיוחד כאשר פתרון צורה סגורה הוא קשה או לא ניתן להשיג בצורה אנליטית. בהקשר של מודל מתמטי המשמש לLV לכמת מתח קיר חדרים, הסט של משוואות PDEs הם המנהלים של שיווי משקל מכאני (יתרת המומנטום ליניארי) המתארות את תנועת LV כאשר לחץ או עומס מיושם בשטח endocardial של LV. כאשר נעשה שימוש בשיטת FE, קיר LV מחולק לתחומי משנה או אלמנטים (בדרך כלל משושים עם 8 צמתים פינה) שמשחתים את צורה על פי מערכת יחסים מתח מתח קבוע של שריר הלב בין מחובר.
יחסי מתח מתח המתארים את העיוות גדולה של LV במהלך מילוי פסיבי וירוויחו במהלך ההתכווצות פעילה בהתכווצות אומתו בעבר במחקרים בבעלי חיים גדולים. LV הוא מודללהיות כ שלוש פעמים נוקשה בכיוון myofiber מאשר בכיוונים ניצבת לכיוון myofiber במהלך דיאסטולה 18. התכווצות פעילה במהלך התכווצות היא מודל על ידי הגדלת הקשיחות של LV לאורך כיוון myofiber. עלייה זו בנוקשות היא פונקציה של זמן ותלוי במשתנים שנקבעו באופן ניסיוני, כגון ריכוז סידן תוך תאי ואורך sarcomere 19.
באמצעות מערכת יחסים מתח מתח שנקבע זה של שריר הלב, שיטת FE מחשב את עמדות הקטרים החדשות המבוססות על עומס (ים) יחול על LV. ברגע שהעמדות החדשות הקטרים מחושבות, את המתח שנוצר (מידה של עיוות) והמתח יכולים להיקבע בכל רכיב כדי לייצר את המתח ולחץ בתוך הפצת LV.
כאן, אנו מתארים את הצעדים הנדרשים כדי להשתיל Algisyl-LVR בחולים וליצור LV מטופל הספציפי המקבילמודלים מתמטיים לפני ואחרי הטיפול לכמת את קיר לחץ LV.
טיפול הזרקת Algisyl-LVR
הזרקה של חומר לתוך LV החופשי מהקיר לקיר חדרים להפחית את הלחץ היא טיפול חדשני מיועד לחולים עם קרדיומיופתיה מורחבת. טיפול זה הוכיח הבטחה גדולה במחקרים פרה קליניים הן 15. מחקר אקראי ומבוקר על מנת להעריך את הטיפול הזה כשיטת הגדלת LV עבור חולים עם אי ספיקת לב חמורה (להגדיל-HF) בדרך מאז פברואר 2012.
חזרות מרובות של המוצר מפותחות שהיעד של מגזרים שונים וצרכי הרופא קליניים. בגרסת המוצר עבור מנתחי לב וחזה כירורגית, אלגינט מועבר במערכת מחט אישית מיועדת למנתחים לבצע את הזריקות דרך חתך ניתוחי קטן בחזה (פתיחת בית החזה מינימאלי) ומזרק סטנדרטי. הליך השתל מבוצע על לב פועם. את התכונות הפיסיקליות של אלגינט hydרוגל על הזרקה לתוך שריר הלב דומה לזה של שריר הלב הדיאסטולי, והפך לשתל קבוע. משך הזמן של ההליך האופרטיבי הכולל צפוי להיות פחות מ 60 דקות ברוב המקרים, הגבלת חשיפה של המטופל להרדמת זמן מינימאלי. גרסת מוצר שנייה עשויה להציע לחולים עם אי ספיקת לב הליך שיכול להיות מבוצע על ידי קרדיולוגים התערבותית ו, בכמה מקרים בודדים, מומחים אחרים במעבדה קרדיולוגיה לא פולשנית או היברידית. זה גם יאפשר תופעות חריפות כדי להיחקר.
כימות של לחץ של חדר השמאלי באמצעות מודלים מתמטיים
השיטה של שימוש במודלים מתמטיים לשיטת FE היא כיום הדרך היחידה לכמת ב-vivo מתח קיר אזורי דווקא בחדרים. שילוב בין מודל מתמטי עם הדמיה רפואית כגון MRI מאפשר לחשב ב-vivo מתח קיר אזורי במטופל ספציפי ventricles כדי לעזור להבין את המצב התפקודי של החדרים האלה ולכמת את ההשפעות מכאניות של טיפול הזרקה בחולים.
למרות שיש לנו מטופלים LV כחומר הומוגנית כאן, שיטה זו יכולה להיות (וכבר) הוארכה לכמת מתח קיר חדרים ב- vivo בחדרי מוח שאינם הומוגניות, ובמיוחד, כאשר אוטם שריר הלב הוא הווה. במקרים כאלה, את הגבולות של האוטם וborderzone הצמוד שלה צריכים להיות מזוהים מMRI באמצעות גדוליניום כחומר ניגוד. גבולות אלה מיובאים לTrueGrid ליצור אלמנטים שנמצאים בתוך גרידא כל אזור מובחן, כלומר, אוטם, borderzone ואזור המרוחק. ניתן להקצות פרמטרים מהותיים המשקפים שינויים פתולוגיים בכל אזור דרך האלמנטים בהתאמה LS-DYNA ב. פרמטרים אלה כבר נמצאו אצל חולים עם אוטם שריר הלב באמצעות in vivo-מתח שריר הלב נמדד מMRI מתויג21. חולים הזקוקים לrevascularization כירורגית לעתים קרובות חווים פרפור פרוזדורים בתקופה שלאחר הניתוח, אשר מזוהה עם נתונים מתויגים MRI באיכות ירודה מאוד. חולים כאלה גם דורשים כמה ימים כדי להחלים מניתוח. לפיכך, אקו 3D ורבב מעקב עשוי להיות שיטת הדמיה מתאימה יותר וטכניקת מדידת מתח שריר הלב מאשר מתויג MRI כדי ללמוד תופעות חריפות של הליכים כירורגיים.
לבסוף, השתמשנו בתוכנה המסחרית Rapidform, Truegrid וLS-DYNA בתהליך של יצירת מודלים מתמטיים מטופל ספציפי של החדרים בגלל שמצאנו להם להיות יעיל בדרך כלל בביצוע המטלות שלהם. עם זאת, תוכנות אחרות זמינה, כגון אמה (ליצירת רשת FE) וAbaqus (פותר FE) שעשויה להיות מתאימה גם ליצירת מודלים מתמטיים של החדרים.
The authors have nothing to disclose.
מחקר זה נתמך על ידי לאומי ללב, ריאות ודם מכון מענקי R01-HL-77,921 ו-86,400 (לג' Guccione).
REGENTS | |||
Na+-Alginate | LoneStar Heart, Inc | ||
Ca2+-Alginate | LoneStar Heart, Inc | ||
EQUIPMENT | |||
MevisLab | Mevis Medical Solution | ||
TrueGrid | XYZ Scientific Application, Inc | ||
Rapidform | Inus Technology, Inc | ||
LS-Dyna | Livermore Software Technology Corporation |