Summary
Представлен способ монтажа аортального клапана свиньи на дубликаторе импульсов для проверки его гидродинамических свойств. Этот метод может быть использован для определения изменения гидродинамики после применения экспериментальной процедуры или нового медицинского устройства перед использованием на модели крупного животного.
Abstract
Возможности тестирования новых кардиологических процедур и исследовательских медицинских устройств перед использованием на животной модели ограничены. В данной работе представлен способ монтажа аортального клапана свиньи в дубликаторе импульсов для оценки его гидродинамических свойств. Эти свойства могут быть оценены до и после проведения исследуемой процедуры и/или применения медицинского прибора для исследования. Фиксация входящего сегмента представляет некоторые трудности из-за отсутствия окружного миокарда в выходном тракте левого желудочка. Этот метод решает эту проблему путем закрепления сегмента притока с помощью передней створки митрального клапана, а затем сшивания свободной стенки левого желудочка вокруг приспособления для притока. Сегмент оттока фиксируется путем введения приспособления в разрез в верхней части дуги аорты. Установлено, что образцы имеют достоверно разные гидродинамические свойства до и после фиксации тканей. Это открытие побудило нас использовать свежие образцы в наших испытаниях, и его следует учитывать при использовании этого метода. В нашей работе мы использовали этот метод для тестирования новых внутрисердечных пластырей для использования в клапанном положении путем выполнения процедуры неокуспидизации аортального клапана (процедура Одзаки) на смонтированных аортальных клапанах свиньи. Эти клапаны были протестированы до и после процедуры для оценки изменения гидродинамических свойств по сравнению с нативным клапаном. В данной работе мы представляем платформу для гидродинамического тестирования экспериментальных процедур на аортальном клапане, которая позволяет сравнивать их с нативным клапаном, а также между различными устройствами и методами, используемыми для исследуемой процедуры.
Introduction
Заболевание аортального клапана представляет собой серьезное бремя для общественного здравоохранения, особенно аортальный стеноз, от которого страдают 9 миллионовчеловек во всем мире1. Стратегии борьбы с этим заболеванием в настоящее время развиваются и включают восстановление аортального клапана и замену аортального клапана. Особенно в педиатрической популяции существует значительный стимул к ремонту, а не замене клапана, поскольку доступные в настоящее время протезы склонны к структурной дегенерации клапана (SVD) и не устойчивы к росту, требуя повторной операции для повторной замены по мере роста пациента. Даже процедура Росса, при которой больной аортальный клапан (АВ) заменяется нативным легочным клапаном (ЛВ), требует протеза или трансплантата в легочном положении, который также подвержен СВД и часто ограниченной толерантности к росту. В настоящее время разрабатываются новые подходы к лечению заболеваний аортального клапана, и существует необходимость в тестировании в биологически значимом контексте перед применением на крупной животной модели.
Мы разработали метод тестирования AV у свиней, который может дать представление о функционировании клапана до и после исследовательской процедуры или применения нового медицинского устройства. Установив AV свиней на коммерчески доступный импульсный дубликатор, мы можем сравнить гидродинамические характеристики, которые обычно используются при исследовании и, в конечном итоге, утверждении протезов клапанов, включая фракцию регургитации (RF), эффективную площадь отверстия (EOA) и среднюю положительную перепад давления (PPD)3,4. Вмешательство может быть точно настроено в биологически значимом контексте перед использованием на модели крупного животного, тем самым ограничивая количество животных, необходимых для производства процедуры или протеза, который может быть использован на людях. Сердца, использованные для этого эксперимента, могут быть получены с местной скотобойни или из отходов тканей других экспериментов, поэтому нет необходимости приносить в жертву животное исключительно для целей этого эксперимента.
В своей работе мы использовали этот метод для разработки нового заплаточного материала для ремонта и замены клапанов. Мы проверили гидродинамическую функцию различных пластырей, выполнив процедуру неокуспидизации аортального клапана (процедура Озаки 5,6,7) на AV свиней и протестировав их в дубликаторе импульсов до и после процедуры. Это позволило нам точно настроить материал на основе его гидродинамических характеристик. Таким образом, этот метод обеспечивает платформу для гидродинамического тестирования экспериментальных процедур и новых медицинских устройств для использования на AV перед применением на модели крупного животного.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Все исследования проводились в соответствии с институциональными рекомендациями по уходу за животными.
1. Соображения и подготовка к эксперименту
- Используйте подходящий дубликатор импульсов (PD) для моделирования сердечного выброса через AV. ДР должны быть в состоянии вместить биологические материалы и быть очищенными.
- Используйте настройки PD, подходящие для тестирования AV: объем смещения 70 мл и 70 ударов в минуту (сердечный выброс 5 л/мин), 35% сердечного цикла в систоле, средний градиент трансклапанного давления 100 мм рт.ст., максимальный градиент давления 120 и минимальный градиент давления 80.
- В качестве жидкой среды используйте физиологический раствор комнатной температуры (0,9% NaCl).
- Найдите или создайте (с помощью 3D-печати или аналогичного метода) подходящие приспособления для установки AV свиньи для тестирования на PD.
- Используйте приспособления, смоделированные на основе приспособлений, поставляемых с дубликатором импульсов, со следующими характеристиками: убедитесь, что внутренний диаметр приспособления аналогичен диаметру исследуемого AV, длина крепления составляет не менее 2 см, а полезная ширина крепления составляет не менее 4 см (Рисунок 1).
- Используйте резиновые уплотнительные кольца в качестве прокладок на концах приспособлений.
- Получите образец сердца после кардиоэктомии (Рисунок 2A).
- Используйте образцы свиных сердец со скотобойни или отходы тканей животных, которые в остальном здоровы и не были частью каких-либо экспериментальных протоколов, влияющих на их сердце.
- Получение образца после кардиэктомии или посмертной кардиэктомии, включая рассечение верхней полой вены, нижней полой вены, главной легочной артерии (ПА), всех легочных вен и аорты в дистальной части дуги аорты.
ПРИМЕЧАНИЕ: Для этого эксперимента следует использовать свежие образцы, хранящиеся менее чем через 6 ч после вскрытия или хранящиеся в стерильном физиологическом растворе с 1% раствором антибиотика (пенициллина и стрептомицина) в холодильнике 4 °C до 7 дней. Ткани, зафиксированные формалином или глутаровым альдегидом, будут давать измененные гидродинамические результаты из-за повышенной жесткости.
Рисунок 1: Изготовленные на 3D-принтере приспособления для монтажа аортальных клапанов свиней на дубликаторе импульсов. Как отмечено в протоколе, длина крепления должна быть не менее 2 см, а полезная ширина крепления должна быть не менее 4 см. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
2. Резекция правосторонних конструкций
- Рассеките ПА от аорты ножницами Метценбаума до тех пор, пока не станет видна ткань желудочка (рис. 2B).
- Рассекают и перевязывают шелковыми завязками обе коронарные артерии в месте их начала от пазух аорты, стараясь не сужать пазухи.
- Пересекают коронарные артерии дистальнее шелковых связей.
- Сделайте разрез правого желудочка (ПЖ) между аортой и ПА у основания клапана легочной артерии ножницами Метценбаума (рис. 2C).
- Начиная спереди, продолжайте разрез по окружности вдоль межжелудочковой перегородки, чтобы удалить свободную стенку ПЖ (рис. 2D, E).
- Продолжайте разрез кзади через кольцо трехстворчатого клапана вдоль межпредсердной перегородки, чтобы удалить всю ткань правого предсердия (Рисунок 2F).
Рисунок 2: Образец для кардиэктомии и резекции правосторонних структур. (А) Образец для кардиоэктомии. (B) Магистральная легочная артерия рассечена от аорты до тех пор, пока не будет видна ткань желудочков. (C) Разрез правого желудочка (ПЖ) у основания клапана легочной артерии. (D) Продолжение разреза вдоль межжелудочковой перегородки спереди. (E) Удаление стенки, свободной от ПЖ, путем продолжения разреза по окружности вдоль межжелудочковой перегородки. (F) Образец с удаленной правосторонней структурой. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
3. Подготовка выходного тракта левого желудочка (ЛВОТ) к канюляции фиксатором ПД
- Разрез левого предсердия (ЛП) через устье правой легочной вены параллельно аорте ножницами Метценбаума (рис. 3А).
ПРИМЕЧАНИЕ: Несмотря на ограниченную вариабельность, анатомия легочной вены свиньи обычно заканчивается двумя устьями легочной вены, входящими в LA8. - Продолжайте разрез по направлению к переднебоковой спайке митрального клапана (МВ), оставляя на стороне аорты манжету размером не менее 3 мм ткани предсердий.
- Обрежьте лишнюю ткань LA, сохраняя 3-миллиметровую манжету ткани предсердий на аорте и кольцо MV по окружности (рис. 3B).
- Расширьте разрез на левый желудочек (ЛЖ) через переднебоковую спайку МВ, стараясь сохранить переднебоковую сосочковую мышцу (рис. 3C).
- Отделяют сухожильные хорды от переднелатеральной папиллярной мышцы до заднего створка МВ, сохраняя прикрепления к передней створке МВ.
- Продолжайте разрез до верхушки сердца.
- Обрежьте лишнюю ткань ЛЖ ниже папиллярных мышц, сохранив обе сосочковые мышцы (рис. 3D).
Рисунок 3: Подготовка выходного тракта левого желудочка к канюляции с помощью дубликатора импульсов. (А) Разрез левого предсердия (ЛП) через устье правой легочной вены. (B) Обрезка избыточной ткани LA, сохранение манжеты предсердной ткани на аорте толщиной не менее 3 мм и поддержание кольца митрального клапана по окружности. (В) Расширение разреза на левый желудочек (ЛЖ) через переднебоковую спайку митрального клапана. (D) Удаление избыточной ткани ЛЖ ниже папиллярных мышц. Ножницы видны в правом верхнем углу изображения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
4. Подготовка аорты к канюляции с помощью фиксатора ПД
- Удалите лишнюю ткань лимфатической, соединительной или легочной артерии с аорты (рис. 4A).
- Разрез верхней части дуги аорты от нисходящей аорты до левой подключичной артерии ножницами Метценбаума (рис. 4Б).
- Продолжайте разрез на верхней стороне дуги аорты от левой подключичной артерии до брахиоцефального ствола (рис. 4C, D).
ПРИМЕЧАНИЕ: Ветви дуги аорты свиньи от дистального к проксимальному включают левую подключичную артерию и брахиоцефальный ствол, который дает начало правой подключичной артерии, правой сонной артерии и левой сонной артерии9.
Рисунок 4: Подготовка аорты к канюляции с помощью дубликатора импульсов. (А) Дуга аорты с удалением лишней ткани. Обратите внимание на два дугообразных сосуда в дуге аорты свиньи, брахиоцефальный ствол и левую подключичную артерию. (Б) Начало разреза по верхней части дуги аорты от нисходящей аорты до левой подключичной артерии. (C) Продолжение разреза вдоль верхней стороны дуги аорты от левой подключичной артерии до брахиоцефального ствола. (D) Завершенный разрез дуги аорты. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
5. Канюляция ЛВОТ с приспособлением ПД
- Проверьте положение приспособления в LVOT и обрежьте лишнюю ткань ЛЖ.
- Вставьте приспособление в ЛВОТ под переднюю створку МВ.
- Оберните стену без LV вокруг прибора.
- Обрежьте лишнюю ткань LV, чтобы плотно обернуть приспособление.
- Удаляют половину толщины свободной стенки ЛЖ, начиная с межжелудочковой перегородки, сохраняя не менее 1 см эпикарда у свободного края для сохранения целостности линии шва (рис. 5А).
- Отрежьте 1 см ткани от верхнего угла пленки LV free (Рисунок 5А).
- Расположите приспособление в LVOT так, чтобы отверстие для крепления опорного стержня находилось на расстоянии 1 см позади разреза НН (Рисунок 5B).
- Следите за тем, чтобы приспособление не вставлялось слишком глубоко в LVOT так, чтобы оно расширяло затрубное пространство AV.
- Прикрепите переднюю створку MV к приспособлению с помощью одной или двух 6-дюймовых стяжек-молний, расположенных между сухожилиями хорды створки (Рисунок 5C).
- Зашить свободную стенку LV вокруг приспособления (Рисунок 5D).
- Начните с пришивания манжеты ткани LA на аорте к кольцу MV с помощью простого ходового шва иглой с коническим концом.
- Продолжайте выполнение стежка на ЛЖ, не разрывая ткань ЛЖ.
Рисунок 5: Канюляция выходного тракта левого желудочка с помощью дубликатора импульсов. (А) Удаляется половина толщины свободной стенки ЛЖ с сохранением 1 см эпикарда по свободному краю. Пунктирной линией обозначена область 1 см, которую необходимо удалить от верхнего угла свободной стеновой пленки LV. (B) Отверстие для крепления опорного стержня расположено на расстоянии 1 см позади разреза свободной стенки LV. (C) Стяжка-молния, прикрепляющая переднюю створку MV к проксимальному креплению. (D) Свободная стенка LV, зашитая вокруг прибора. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
6. Канюляция аорты с фиксатором ЧР и окончательная подготовка к тестированию ЧР
- Измерьте диаметр AV с помощью расширителей Хегара, чтобы помочь в интерпретации результатов тестирования частичных разрядов.
- Определите нейтральное положение аорты, сняв образец со стола, взявшись за аорту (Рисунок 6А).
- Вставьте приспособление PD в аорту, следя за тем, чтобы отверстия для крепления стержня совпадали в нейтральном положении аорты.
- Проверьте длину образца, вставив опорные стержни.
- Закрепите фиксатор PD на аорте с помощью одной или двух 6-дюймовых стяжек (Рисунок 6B).
- Закрепите LVOT вокруг приспособления PD с помощью одной или двух 8-дюймовых стяжек-молний.
- Закрепите опорные стержни на месте с помощью винтов, входящих в комплект PD.
- Поместите образец в PD и начните испытание (Рисунок 6C, Видео 1 и Видео 2).
- При необходимости зашивайте все протечки.
Рисунок 6: Канюляция аорты и тестирование в дубликаторе импульсов. (А) Подъем образца со стола за аорту для определения нейтрального положения аорты. (B) Дистальное крепление в аорте с помощью застежек-молний. (C) Образец, установленный в дубликаторе импульсов для гидродинамических испытаний. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
7. Проведите экспериментальную процедуру
ПРИМЕЧАНИЕ: Выполните экспериментальные процедуры, такие как процедура Одзаки,как описано ранее 5,6,7, и повторите тестирование ЧР.
- Если ткань пересохла во время процедуры, затяните стяжки и укрепите линию шва по мере необходимости.
8. Длительное хранение образца (при желании)
- Поместить образец в формалин 10% на 168 ч (1 неделя)10,11.
- После фиксации ткани образец промывают деионизированной водой и помещают в этиловый спирт 70% для длительного хранения.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Репрезентативные данные, собранные с помощью дубликатора импульсов, включают фракцию регургитации (RF), эффективную площадь отверстия (EOA) и среднюю положительную разность давлений (PPD). RF и EOA, в частности, используются в стандартах ISO для протезов клапанов (ISO 5840) и будут важны для сбора, если продукты для протезирования клапанов находятся на стадии исследования. PPD содержит информацию о том, какое давление требуется для открытия клапана, и на него обычно ссылаются при обсуждении замены протеза клапана 3,4. Импульсный дубликатор HDTi-6000 (BDC Laboratories, Wheat Ridge, CO), используемый в этом эксперименте, при необходимости может собирать другие значения, включая объем закрытия, объем утечки, общий объем регургитанта, общий объем прямого потока, систолическую длительность, максимальную положительную разность давлений и средний прямой поток.
Значения для гидродинамического контроля (RF, EOA, PPD) нативного аортального клапана (n = 20) при правильно проведенном эксперименте приведены в таблице 1. Полученные значения находятся в пределах нормы для измерений аортального клапана, включая среднее значение ФР 5,74%12 и средний прогнозируемый индекс аортального клапана 1,08см2/м2 (рассчитанное путем прогнозирования площади поверхности тела на основе среднего диаметра аорты и деления среднего ЭОА на это значение)13,14.
Когда образец фиксируется в формалине 10% или глутаровом альдегиде 0,6%, ткани, окружающие клапан, становятся жесткими, и трудно адекватно выпрямить образец для испытания. Любой изгиб или изгиб акцентируется, а кольцевое пространство клапана может быть искажено так, что РЧ ложно повышается из-за некачественной коаптации створок. Например, значения RF для двух неподвижных образцов, которые имели неустранимые изгибы, искажающие затрубное пространство, составляли 27,73% и 67,30%. Даже если образец достаточно прям для тестирования, жесткость ткани, окружающей клапан, приводит к ложно повышенному PPD, снижению RF и снижению EOA. Существенной разницы между фиксацией в формалине или глутаровом альдегиде нет. Эти вопросы следует принимать во внимание при использовании фиксированной ткани с этой экспериментальной моделью, и предполагать, что свежие образцы более репрезентативны для функции клапана in vivo . Репрезентативные значения до и после фиксации тканей в фиксированных образцах, которые могут быть установлены в несогнутом виде, представлены в таблице 2.
РЧ может быть ложно повышен из-за утечки из образца, особенно утечки проксимальнее клапана. Следует ожидать некоторой утечки, и, как правило, любая утечка, которая проявляется непрерывным потоком (в отличие от капания), является гидродинамически значимой. Подтекание из линии шва можно устранить с помощью усиливающего шовного материала (другой ходовой шов или восьмерки). Как правило, при использовании этой модели не следует использовать режущие иглы, так как из шовных отверстий будет протекание. Утечку из мест вставки приспособлений можно устранить, затянув существующие застежки-молнии или добавив новые. В одном из репрезентативных случаев затягивание застежки-молнии для устранения утечки привело к снижению RF с 13,7% до 9,5%. Следует соблюдать осторожность, чтобы не перетянуть стяжки на стороне впуска, так как это может привести к ложному снижению ЭОА и ложному повышению PPD. В одном репрезентативном случае ослабление чрезмерно затянутой застежки-молнии привело к увеличению ЭОА с 0,98см2 до 1,08см2 и снижению ППД с 20,2 мм рт.ст. до 18,0 мм рт.ст. Застежки-молнии должны быть достаточно свободными, чтобы ткань желудочка, расположенная проксимальнее клапана, оставалась податливой, и утечка не обязательно должна быть полностью устранена, просто должна быть замедлена до состояния капания, при котором она не повлияет на гидродинамические измерения.
После того, как родной клапан был испытан, можно выполнить исследуемую процедуру для определения изменения гидродинамической функции. В нашей работе мы исследовали эффект использования различных пластырей в клапанном положении путем замены створок по процедуре Озаки 5,6,7. Заменив листки различными исследуемыми материалами, мы смогли оценить функцию различных материалов для использования при восстановлении и замене аортального клапана. Значения, полученные после процедуры Озаки с использованием материала контрольного пластыря (аутологичный перикард, зафиксированный в глутаровом альдегиде 0,6%), привели к изменению исходного уровня клапана, что согласуется с заменой клапана с использованием протеза клапана соответствующего размера (RF < 10%, PPD < 20 мм рт.ст., изменение ЭОА < снижение на 0,3см2 от исходного уровня)4. Репрезентативные значения, полученные после выполнения процедуры Одзаки с контрольным пластырным материалом, приведены в таблице 3.
Видео 1: Работа аортального клапана, записанная с помощью внутренней камеры на дубликаторе импульсов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать это видео.
Видео 2: Вид сбоку на тестируемый аортальный клапан на дубликаторе импульсов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать это видео.
| Образец | Диаметр (мм) | РЧ (%) | EOA (см 2) | PPD (мм рт. ст.) |
| П1 | 20 | 4.90 | 1.20 | 7.50 |
| П2 | 18 | 6.50 | 1.08 | 8.00 |
| П3 | 17 | 3.40 | 1.25 | 13.80 |
| П4 | 21 | 8.87 | 1.55 | 13.60 |
| П5 | 19 | 5.93 | 1.46 | 14.73 |
| П6 | 19 | 4.30 | 1.47 | 14.53 |
| П7 | 17 | 3.33 | 1.30 | 16.53 |
| П8 | 18 | 5.47 | 1.23 | 15.50 |
| П10 | 18 | 3.17 | 1.28 | 13.43 |
| П11 | 16 | 4.03 | 1.04 | 16.70 |
| П12 | 17 | 4.17 | 1.33 | 11.33 |
| П13 | 17 | 6.90 | 1.37 | 9.97 |
| П14 | 15 | 5.67 | 1.22 | 11.57 |
| П15 | 14 | 8.33 | 1.23 | 11.80 |
| П16 | 16 | 6.10 | 1.29 | 10.33 |
| П17 | 17 | 5.80 | 1.40 | 8.03 |
| П18 | 16 | 3.77 | 1.29 | 9.73 |
| П19 | 15 | 4.53 | 1.17 | 11.40 |
| П21 | 22 | 11.73 | 1.26 | 8.30 |
| П22 | 17 | 7.83 | 1.17 | 9.27 |
| Значить | 17.45 | 5.74 | 1.28 | 11.80 |
| Стандартное отклонение | 2.01 | 2.18 | 0.13 | 2.92 |
Таблица 1: Репрезентативные значения, полученные гидродинамическими испытаниями в правильно проведенном эксперименте. Образцы P9 и P20 не были включены, потому что нативные клапаны были ненормальными. Значения, полученные с помощью программного обеспечения дубликатора импульсов. РФ, фракция регургитации; ЭОА, эффективная площадь отверстия; PPD, положительный перепад давления.
| Собственный (n = 6) | Фиксированный (n = 6) | Значение p | |
| РЧ (%) | 5,81 ± 3,10 | 2,36 ± 1,20 | 0.01 |
| EOA (см 2) | 1,21 ± 0,08 | 0,77 ± 0,35 | 0.04 |
| PPD (мм рт. ст.) | 9.17 ± 2.42 | 23.50 ± 10.69 | 0.02 |
| Глутаровый альдегид фиксированный (n = 2) | Формалин фиксированный (n = 4) | Значение p | |
| РЧ (%) | 2,52 ± 1,86 | 2,28 ± 1,11 | 0.89 |
| EOA (см 2) | 0,81 ± 0,34 | 0,76 ± 0,40 | 0.89 |
| PPD (мм рт. ст.) | 19.33 ± 2.31 | 25.58 ± 13.09 | 0.42 |
Таблица 2: Репрезентативные значения, полученные при гидродинамическом тестировании до и после фиксации тканей формалином 10% или глутаровым альдегидом 0,6%. Данные представлены в виде среднего ± стандартного отклонения. Значения P рассчитывали с помощью парного t-критерия (нативный против фиксированного) или непарного t-критерия (глутаровый альдегид против формалина). Значения, полученные с помощью программного обеспечения дубликатора импульсов. РФ, фракция регургитации; ЭОА, эффективная площадь отверстия; PPD, положительный перепад давления.
| Собственный (n = 6) | После Одзаки (n = 6) | Значение p | |
| РЧ (%) | 4,51 ± 1,43 | 8,57 ± 3,25 | <0.01 |
| EOA (см 2) | 1,26 ± 0,12 | 1,07 ± 0,05 | <0.01 |
| PPD (мм рт. ст.) | 13,91 ± 2,81 | 16.77 ± 2.31 | <0.01 |
Таблица 3: Репрезентативные значения, полученные при гидродинамическом тестировании до и после выполнения процедуры Озаки с глутаровым альдегидом, закрепленным аутологичным перикардом. Данные представлены в виде среднего ± стандартного отклонения. Значения P рассчитывали с помощью парного t-критерия. Значения, полученные с помощью программного обеспечения дубликатора импульсов. РФ, фракция регургитации; ЭОА, эффективная площадь отверстия; PPD, положительный перепад давления.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Представленный здесь метод обеспечивает платформу для гидродинамических испытаний AV с целью изучения эффекта экспериментальной процедуры или нового медицинского устройства. Установив родной аортальный клапан на дубликатор импульсов, мы можем определить влияние экспериментальной процедуры на все гидродинамические параметры, используемые при исследовании и утверждении новых протезов клапанов (ISO 5840). Это дает возможность точно настроить процедуры и протезы перед использованием на модели крупного животного.
Фиксация входящего сегмента представляет некоторые трудности из-за отсутствия окружного миокарда в выходном тракте левого желудочка. Этот метод решает эту проблему, фиксируя сегмент притока с помощью передней створки митрального клапана, затем зашивая свободную стенку левого желудочка вокруг фиксатора для притока и накладывая дополнительные стяжки на манжету желудочка. Другие подобные методы прибегают к пришиванию трубки из полиэтилентерефталата (Dacron) к LVOT15,16 или закреплению приточного приспособления рядом с затрубным пространствомAV 17,18. Эти методы сопряжены с риском искусственного поднятия ЭОА за счет РЧ путем крепления затрубного пространства к относительно жесткому приточному приспособлению, которое больше, чем его собственный диаметр. Точно так же можно сузить диаметр путем фиксации к жесткому креплению, которое меньше его собственного диаметра, и тем самым искусственно уменьшить РЧ за счет ЭОА. Следовательно, многие подобные методы не сообщают ни RF, ни EOA 15,16,18. Одним из преимуществ этого метода является то, что мы можем одновременно оценивать параметры открытия и закрытия клапанов.
Хотя заманчиво провести этот эксперимент с использованием неподвижных образцов ради более гибких сроков эксперимента, гидродинамические свойства клапана значительно изменяются после фиксации, и процесс монтажа значительно усложняется. Ткань, окружающая клапан, становится очень жесткой, когда он фиксируется в формалине 10% или глутаровом альдегиде 0,6%, и РФ искусственно уменьшается, в то время как ППД искусственно увеличивается, а ЭОА искусственно уменьшается. Естественный изгиб аорты также становится очень трудно выпрямить для тестирования, и в результате этого кольцо может быть деформировано настолько, что в некоторых случаях клапан больше не может быть проверен. По этой причине в наших экспериментах мы использовали свежие ткани, либо протестированные в течение 6 часов, либо охлажденные при температуре 4 °C в стерильном физиологическом растворе и 1% растворе антибиотика (пенициллин и стрептомицин) в течение 7 дней.
После того, как родной клапан был протестирован, можно приступать к исследуемой процедуре. В нашей работе мы выполнили процедуру Одзаки с использованием различных пластырных материалов, чтобы оценить гидродинамические свойства каждого из этих материалов при использовании при ремонте или замене аортального клапана. Существующие заплаточные материалы со временем склонны к дегенерации, и существует значительная потребность в прочном заплаточном материале, который можно использовать для этих применений19. В качестве примера типа процедуры, которая может быть исследована с помощью этого метода, мы оценили гидродинамический эффект от выполнения процедуры Озаки с использованием контрольного материала, глутарового альдегид-фиксированного аутологичного перикарда, и обнаружили, что результирующее изменение гидродинамических свойств согласуется с изменением, связанным с имплантацией AV-протезахорошего размера 4.
Основные ограничения этого метода, как подробно описано выше, связаны с трудностями, присущими закреплению входящего сегмента без окружного миокарда. Эта часть процедуры должна быть выполнена тщательно в соответствии со спецификациями, приведенными в разделе о репрезентативных результатах выше. Как и в случае с любым другим методом гидродинамического контроля аортального клапана ex vivo, значения могут быть изменены в процессе монтажа, и наиболее поучительным результатом является сравнение гидродинамических характеристик одного клапана до и после проведения экспериментальной процедуры. Кроме того, невозможность надежно протестировать образцы, подвергшиеся фиксации тканей, ограничивает временные рамки, в течение которых должен быть проведен эксперимент, и широту возможного применения. Различия в анатомии между АВ свиньи и АВ человека ограничены и состоят в основном из мышечной полки под правым коронарным бугорком у АВ свиньи, но должны быть приняты во внимание при обобщении этих результатов на анатомию человека20,21.
Этот метод тестирования AV свиньи на аппарате PD может быть применен при тестировании других исследовательских процедур и протезов, предназначенных для использования на AV. В частности, доступны новые протезы аортального клапана и методики замены корня аорты. Этот метод обеспечивает платформу для тестирования и количественной оценки гидродинамических изменений, вызванных этими процедурами и протезами. Таким образом, это дает возможность сравнивать и точно настраивать материалы и процедуры в биологически релевантных условиях перед использованием на модели крупного животного.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
У авторов нет соответствующих финансовых конфликтов интересов, которые они могли бы раскрыть.
Acknowledgments
Мы хотели бы поблагодарить лабораторию доктора Горданы Вуньяк-Новакович, в том числе Джули Ван Хассель, Мохамеда Диана и Панпана Чена, за то, что они позволили нам использовать сердечные отходы, полученные в результате их экспериментов. Эта работа была поддержана Коалицией по врожденным порокам сердца в Батлере, штат Нью-Джерси, и Национальными институтами здравоохранения в Бетесде, штат Мэриленд (5T32HL007854-27).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3D Printer | Ultimaker | Ultimaker S5 | Used for printing custom fixtures for hydrodynamic testing |
| Crile-Wood Needle Driver | Emerald Instruments | 2.0638.15 | Used for suturing ventricle |
| Debakey Forceps | Jarit | 320-110 | Used for dissection and sample preparation (can use multiple if working with an assistant) |
| Ethanol 200 proof | Decon Labs Inc. | DSP-MD.43 | Used for fixed tissue storage |
| Formalin 10% | Epredia | 5701 | Used for tissue fixation |
| Gerald Forceps | Jarit | 285-126 | Used for dissection and sample preparation |
| Glass jars | QAPPDA | B07QCP54Z3 | Used for tissue storage |
| Glutaraldehyde 25% | Electron Microscopy Sciences | 16400 | Used for tissue fixation |
| HEPES 1 M buffer solution | Fisher | BP299-100 | Used to make glutaraldehyde 0.6% |
| Mayo Scissors | Jarit | 099-200 | Used for cutting suture |
| Metzenbaum Scissors | Jarit | 099-262 | Used for dissection and sample preparation |
| O-ring | Sterling Seal & Supply Inc. | AS568-117 | Used as a gasket on the end of the 3D printed fixtures |
| Polylactic acid resin | Ultimaker | 1609 | Used for 3D printing fixtures |
| Polyproplene suture | Covidien | VP-762-X | Used for suturing ventricle, tapered needle |
| Pulse Duplicator | BDC Laboratories | HDTi-6000 | Used for hydrodynamic testing |
| Silk ties | Covidien | S-193 | Used for ligating coronary arteries |
| Tonsil Clamp | Aesculap | BH957R | Used for coronary artery dissection |
| Zip ties (6 inch) | Advanced Cable Ties, Inc. | AL-06-18-9-C | Used for securing sample to fixtures, 157.14 mm long (6 inches), 2.5 mm wide |
| Zip ties (8 inch) | GTSE | GTSE-20025B.1000 | Used for securing sample to fixtures, 203 mm long (8 inches), 2.5 mm wide |
References
- Aluru, J. S., Barsouk, A., Saginala, K., Rawla, P., Barsouk, A.
- Herrmann, J. L., Brown, J. W. Seven decades of valved right ventricular outflow tract reconstruction: The most common heart procedure in children. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 160 (5), 1284-1288 (2020).
- Rotman, O. M., Bianchi, M., Ghosh, R. P., Kovarovic, B., Bluestein, D. Principles of TAVR valve design, modelling, and testing. Expert Review of Medical Devices. 15 (11), 771-791 (2018).
- Pibarot, P., et al. Imaging for predicting and assessing prosthesis-patient mismatch after aortic valve replacement. JACC Cardiovascular Imaging. 12 (1), 149-162 (2019).
- Ozaki, S., et al. Aortic valve reconstruction using self-developed aortic valve plasty system in aortic valve disease. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 12 (4), 550-553 (2011).
- Krane, M., Amabile, A., Ziegelmüller, J. A., Geirsson, A., Lange, R. Aortic valve neocuspidization (the Ozaki procedure). Multimedia Manual of Cardiothoracic Surgery. , (2021).
- Ozaki, S., et al. A total of 404 cases of aortic valve reconstruction with glutaraldehyde-treated autologous pericardium. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 147 (1), 301-306 (2014).
- Vandecasteele, T., et al. The pulmonary veins of the pig as an anatomical model for the development of a new treatment for atrial fibrillation. Anatomia Histollogia Embryologia. 44 (1), 1-12 (2015).
- Góes, A. M. O., et al. Comparative angiotomographic study of swine vascular anatomy: contributions to research and training models in vascular and endovascular surgery. Journal Vascular Brasilerio. 20, 20200086 (2021).
- Hołda, M. K., Klimek-Piotrowska, W., Koziej, M., Piątek, K., Hołda, J. Influence of different fixation protocols on the preservation and dimensions of cardiac tissue. Journal of Anatomy. 229 (2), 334-340 (2016).
- Hołda, M. K., Klimek-Piotrowska, W., Koziej, M., Tyrak, K., Hołda, J. Penetration of formaldehyde based fixatives into heart. Folia Medica Cracoviensia. 57 (4), 63-70 (2017).
- Spampinato, R. A., et al. Grading of aortic regurgitation by cardiovascular magnetic resonance and pulsed Doppler of the left subclavian artery: harmonizing grading scales between imaging modalities. International Journal of Cardiovascular Imaging. 36 (8), 1517-1526 (2020).
- Capps, S. B., Elkins, R. C., Fronk, D. M. Body surface area as a predictor of aortic and pulmonary valve diameter. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 119 (5), 975-982 (2000).
- Baumgartner, H., et al. Recommendations on the echocardiographic assessment of aortic valve stenosis: a focused update from the European Association of Cardiovascular Imaging and the American Society of Echocardiography. European Heart Journal - Cardiovascular Imaging. 18 (3), 254-275 (2017).
- Saisho, H., et al. An ex vivo evaluation of two different suture techniques for the Ozaki aortic neocuspidization procedure. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 33 (4), 518-524 (2021).
- Saisho, H., et al. Ex vivo evaluation of the Ozaki procedure in comparison with the native aortic valve and prosthetic valves. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 35 (3), (2022).
- Paulsen, M. J., et al. Comprehensive ex vivo comparison of 5 clinically used conduit configurations for valve-sparing aortic root replacement using a 3-dimensional-printed heart simulator. Circulation. 142 (14), 1361-1373 (2020).
- Al-Atassi, T., et al. Impact of aortic annular geometry on aortic valve insufficiency: Insights from a preclinical, ex vivo, porcine model. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 150 (3), 656-664 (2015).
- Sun, M., et al. A biomimetic multilayered polymeric material designed for heart valve repair and replacement. Biomaterials. 288, 121756 (2022).
- Waller, B. F., McKay, C., Van Tassel, J., Allen, M. Catheter balloon valvuloplasty of stenotic porcine bioprosthetic valves: Part I: Anatomic considerations. Clinical Cardiology. 14 (8), 686-691 (1991).
- Crick, S. J., Sheppard, M. N., Ho, S. Y., Gebstein, L., Anderson, R. H. Anatomy of the pig heart: comparisons with normal human cardiac structure. Journal of Anatomy. 193, 105-119 (1998).
