Pulsatil Akış Simülatörü Kullanılarak Ex Vivo Mitral Kapak Değerlendirme Modelinin Geliştirilmesi

Summary

Fizyolojik koşullar altında kapak fonksiyonunu değerlendirmek için kuzu mitral kapakları pulsatil bir simülatöre monte etmek için bir ex vivo model sunuyoruz. Bu kurulum, biyolojik dokuyu tekrarlanabilir, anatomik olarak doğru bir konfigürasyonda kullanarak mitral kapak dinamiklerinin kantitatif olarak değerlendirilmesini sağlar.

Abstract

Cerrahi mitral kapak tamiri zorlu bir prosedür olmaya devam etmektedir. Çeşitli onarım teknikleri tanımlanmış olmasına rağmen, hemodinamik etkilerini karşılaştıran veriler eksiktir. Ticari olarak temin edilebilen nabız çoğaltıcılar, mekanik veya 3D baskılı kalp valfleri yoluyla kan dolaşımını simüle etmek için yaygın olarak kullanılır. Bununla birlikte, mitral kapağın kendine özgü yapısı ve çalışma mekanizması nedeniyle, cerrahi tekniklerle ilgili deneyler biyolojik dokuların kullanılmasını gerektirir. Ex vivo kuzu mitral kapaklar bu tür deneyler için uygundur, ancak bu kapakları puls çoğaltıcı sisteme (PDS) monte etme yöntemleri iyi tanımlanmamıştır. Bunu ele almak için, sistemi mitral kapak tutucusu olarak 3D baskı ve silikon kalıplama ile değiştirdik. Her deney için mitral kapağı, annulus ve subvalvar aparatı da dahil olmak üzere bir kuzu kalbinden çıkardık. Bunu, silikon tutucuyu kullanarak test makinesinin atriyoventriküler (mitral) kapak alanına implante ettik. Papiller kas gerginliği, korda-papiller bileşkelerin etrafına dikişler bağlanarak ve bu dikişler ventriküler odacıkın altındaki serbest bırakma deliğinden geçirilerek simüle edildi. Kapak yeterliliğinin ilk testi, dakikada 120 atım hızında ve 2 L/dk'lık bir kardiyak çıkışta gerçekleştirildi. Kapak yetmezliği ve atriyal ve ventriküler odacıklar arasındaki basınç gradyanı pulse çoğaltıcı elektromanyetik flowmetreler kullanılarak ölçüldü ve ekokardiyografi ile doğrulandı. Temel hemodinamik test, ortalama% 21.1'lik bir yetersizlik fraksiyonu ve 5.15 ila 8.13 mmHg arasında değişen eko kaynaklı iletim gradyanları ile beş deneyde tutarlı valf fonksiyonu gösterdi. Strok hacimleri ve pik akış hızları, pediatrik modeldeki fizyolojik değişkenliği yansıtan örnekler arasında farklılık gösterdi.

Introduction

Mitral kapak onarımı, gelişmiş etkinlik ve daha iyi uzun vadeli sonuçlar sunan çağdaş cerrahi tekniklerle önemli ölçüde gelişmiştir¹. Birçok merkezin standart mitral onarım stratejileri olmasına rağmen, bu girişimlerin hemodinamik etkisinin kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesinde kalıcı bir boşluk kalmaktadır². Özellikle anatomik olarak karmaşık veya pediatrik vakalar için onarım stratejilerini optimize etmek, kontrollü, tekrarlanabilir fizyolojik testlere izin veren modeller gerektirir.

Bu çalışmanın temel amacı, biyolojik mitral kapakları kullanarak, fizyolojik akış koşulları altında kapak dinamiğinin hassas bir şekilde değerlendirilmesini sağlayan, tekrarlanabilir bir ex vivo model geliştirmekti. Darbe çoğaltıcı sistemleri, yakın fizyolojik koşullar altında valf fonksiyonunun ex vivo analizini kolaylaştırarak valf biyomekaniği alanını önemli ölçüde ilerletmiştir ^3,4,5. Bu sistemler aort ve pulmoner kapaklara ve daha yakın zamanda mitral kapağa uygulanmıştır. Bununla birlikte, bu tekniğin geliştirilmesinin amacı, mitral kapağın benzersiz anatomik ve fonksiyonel karmaşıklığından, özellikle de biyolojik olarak doğru modeller gerektiren subvalvüler aparatından kaynaklanmaktadır. Mitral kapağın ex vivo modelleri hakkında önemli miktarda literatür bulunmaktadır; Bununla birlikte, bu çalışmaların hiçbiri hasat tekniğinin ayrıntılı bir tanımını sağlamaz veya ekstraksiyon sırasında mitral kapak ve subvalvüler aparatın yapısal bütünlüğünü korumak için gereken kritik adımları vurgulamaz ^6,7. Ayrıca, literatür, eksize edilen valfin, fizyolojik olarak ilgili hemodinamik simülasyonu elde etmek için gerekli olan bir darbe çoğaltıcı sistemine nasıl başarılı bir şekilde entegre edileceğine dair pratik rehberlikten yoksundur.

Erişkin kalp cerrahisinde, kenardan kenara onarım, kordal replasman ve papiller yaklaşım gibi ex vivo modeller kullanılarak çeşitli onarım teknikleri değerlendirilmiştir⁵. Bu teknikler değerli biyomekanik bilgiler sağlamıştır. Buna karşılık, pediatrik uygulamalar, mitral yarıklar gibi konjenital anomalileri ele alan yalnızca sınırlı ex vivo çalışmalarla yeterince araştırılmamıştır. Böyle bir çalışma, kapak yeterliliğini geri kazandırmak için tam yarık kapanmasının önemini göstermiştir⁶.

Bu yöntem, kontrollü bir ortamda konjenital veya kompleks mitral kapak patolojileri için onarım sonuçlarını değerlendirmekle ilgilenen araştırmacılar ve klinisyenler için özellikle uygundur. Pediatrik kapaklara anatomik benzerlikleri nedeniyle seçilen kuzu kalplerinden mitral aparatı alarak ve bunları bir pulsatil akış simülatörü içinde özel bir silikon tutucuya monte ederek, sistem gerçekçi hemodinamiği taklit eder ve seri testlere izin verir. Daha da önemlisi, bu model canlı hayvan deneylerinden kaçınır ve yetersizlik, darlık, yarık veya subvalvüler füzyonu simüle etmek için uyarlanabilir bir platform sağlar⁸.

Bu çalışmada bir mitral kapağın etkinliğini değerlendirmek ve kardiyak fonksiyonu simüle etmek için Vivitro Nabız Çoğaltıcı Sistemi kullanılmıştır. Prosedür, sistem yazılımının etkinleştirilmesiyle başladı ve ardından sistolik-diyastolik oranı, kalp atış hızı (dakikadaki vuruş sayısı) ve dalga boyu gibi uygun dalga formu parametrelerinin seçilmesi izledi. Mitral kapak daha sonra çoğaltıcının test odasına yerleştirildi ve gerekli tüm sensörler bağlandı. Kalibrasyon dosyası açıldı ve sensör kurulduktan sonra sensörlerden ve borulardan tüm havanın çıkarıldığından emin olmak için sistem aynı anda başlatıldı. Hassas ölçümleri garanti etmek için, tüm sıvı devresinin oksijenden yoksun olması ve tamamen tuzlu su çözeltisi ile doldurulması zorunluydu. Sistem kararlı durumda çalışırken, strok hacmi 25 mL olarak değiştirildi. Veri toplama, sistemde herhangi bir sızıntı veya hata olmadığı tespit edildiğinde 10 döngü kaydedilerek başladı. Oluşturulan veriler daha sonra daha fazla analiz için elektronik tablo biçiminde dışa aktarıldı. Çalışmanın nicel bir değerlendirmesi, sistemin regürjitan hacmi ve çeşitli basınç ölçümleri dahil olmak üzere ihtiyaç duyulan parametrelerin çoğunu otomatik olarak hesaplama yeteneği ile daha kolay hale getirilmiştir (Şekil 1A).

Özetle, bu ex vivo model, mitral kapak onarımını incelemek, in silico modelleme ile in vivo testler arasındaki boşluğu doldurmak ve cerrahi inovasyonun translasyonel değerini genişletmek için standartlaştırılmış, biyolojik olarak ilgili bir yaklaşım sunar.

Protocol

Bu çalışma, lisanslı bir mezbahadan ölüm sonrası elde edilen kuzu kalpleri kullanılarak yapılmıştır. İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa Hayvan Deneyleri Yerel Etik Kurulu (2025/11) kararına göre bu çalışma HADYEK yönergesinin 8. maddesinde (8-k1) belirtilen muafiyet kapsamına girmektedir ve bu nedenle etik kurul onayı gerektirmemiştir.

1. Deney kurulumu

1. 3D modelleme yazılımı kullanarak nabız çoğaltıcı sisteminin mitral akış bileşenini çoğaltın. Uyumluluğu sağlamak için mevcut geometrinin dijital bir kopyasını oluşturun. Tasarımı bir 3D yazıcıda PLA filament kullanarak yazdırın. Silikon giriş haznesini dökmek için baskılı kalıbı kullanın. Sertleştikten sonra, silikon parçayı sisteme entegre edin, güvenli bir şekilde oturduğundan ve uygun bir sızdırmazlık sağladığından emin olun (Şekil 1B,C).
2. Kuzu kalplerini yakındaki bir mezbahadan temin edin ve fizyolojik durumlarını korumak için kalplerin ölüm sonrası elde edildiğinden emin olmaya hemen dikkat edin. Toplandıktan sonra, yapısal bütünlüklerini korumak için kalpleri -20 °C'de bir dondurucuda ayrı ayrı saklayın veya deneysel prosedürlerde hemen kullanın.
   NOT: Tüm deneyler uygun güvenlik önlemleri altında gerçekleştirilmiştir. Baştan sona eldiven ve başlık kullanıldı ve tüm cerrahi aletler her kullanımdan sonra alkolle sterilize edildi.

2. Mitral kapağın hasat edilmesi

1. Ventrikülotomi ve sağ ventrikül ve atriyum rezeksiyonu
   1. Cerrahi makas kullanarak kalbin tepesinde enine bir kesi yapın. İnsizyonu, interventriküler oluk boyunca sağ ventriküle doğru üst kısımda uzatın. Bu diseksiyon sırasında papiller kaslara zarar vermemeye dikkat edin. Kesi yörüngesi ve anatomik işaretler için Şekil 2A - B'ye bakın.
   2. Maruziyeti uzatmak için cerrahi makas kullanarak sağ ventrikülün serbest duvarını rezeke edin. İnterventriküler septumu tamamen ortaya çıkarmak için sağ atriyum en bloğu eksize ederek devam edin. Bu maruziyet, subvalvüler yapıların sonraki diseksiyonu için kritiktir (Şekil 3A,B).
2. İnterventriküler septum insizyonu (IVS)
   1. Mitral kapağı aort kökünden sol ventrikül boşluğuna görselleştirin. Ön broşürü, aort kapak düzleminin altındaki oryantasyonuna göre tanımlayın. Septal insizyondan önce broşürün tam olarak maruz kaldığından emin olun (Şekil 4A).
   2. İnce cerrahi makas kullanarak, ön mitral broşürün karşı tarafındaki aort kökünden başlayarak IVS'yi kesin. İnsizyonu septum boyunca daha önce yapılmış apikal kesime doğru aşağı doğru uzatın. Subvalvüler yapılara zarar vermeden sol ventrikül boşluğunu ortaya çıkarmak için septumu açın (Şekil 4B).
3. Papiller kas diseksiyonu
   1. Sol ventrikülü açığa çıkarın ve ince makas kullanarak papiller kasları çıkarın. Mitral kapak işlevselliğini korumak için chordae tendineae'yi koruyun (Şekil 4C).
4. Sol atriyum eksizyonu
   1. Mitral ankülüsün yukarıdan görüntülenmesini iyileştirmek için sol atriyal apendiksiyi çevresel olarak eksize edin (Şekil 5A,B).
   2. Mitral kapağı ters çevirmek ve eksizyon için ventriküler yüzeyden güvenli bir şekilde çıkarmak için papiller kasları sol atriyumdan yukarı doğru translokasyon yapın (Şekil 6A).
   3. Anatomik bütünlüğü ve işlevi korumak için mitral anulusu çevreleyen fazla dokuyu kesin, en az 10 mm dokunun çevresel olarak korunduğundan emin olun (Şekil 6B).
5. Pulmoner ve aort dokusunun çıkarılması
   1. Mitral aparatın silikon kalıba yerleştirilmesine müdahale etmesini önlemek için aort ve pulmoner arterden kalan dokuyu çıkarın.

3. Mitral kapağın silikon kalıba yerleştirilmesi

1. Mitral kapak ölçümleri
   1. Yaprakçık boyutlarını değerlendirmek için ön-arka eksen boyunca ön ve arka mitral kapak yaprakçıklarının uzunluklarını ölçün (Şekil 7A,B).
   2. Sonraki kalıp uydurma ve boyutsal analizde kullanmak için mediolateral eksen boyunca mitral kapağın uzunluğunu kaydedin (Şekil 7C).
   3. Koaptasyon bölgesinin kraniyovakatal uzunluğunu, posterior broşürün anteroposterior^{uzunluğunun yaklaşık} 1 / 4'ü olarak tahmin edin. Broşür örtüşmesini ve sızdırmazlık kapasitesini değerlendirmek için bu mesafeyi ölçün.
   4. Uygun dairesel tutma marjını hesaplamak için ölçülen boyutları kullanın. Mitral aparatın optimum oturmasını ve stabilizasyonunu sağlamak için 30 mm'lik bir silikon kalıp seçin (Şekil 8A). Aşağıdaki denklemleri kullanın:
      bir = (30-x)/2
      Burada a = komissürlerden bırakılması gereken mesafe; x = ölçülen medial-lateral eksen uzunluğu.
      b = (30 - z y) /2−tahmini ZC uzunluğu
      Burada b = ön ve arka broşürde kalan mesafeyi temsil eder; y = arka broşürün uzunluğu; z = ön broşürün uzunluğu.
   5. Ölçümleri takiben, silikon kalıba dikilecek alanı temsil eden sürekli dairesel bir taslak oluşturmak için tüm noktaları birleştirin (Şekil 8B).
2. Doku montajı ve korda tendineae ataşmanı
   1. Mitral kapak dokusunu, halkayı sabitlemek ve anatomik pozisyonunu korumak için 16 U sütür kullanarak silikon bir kalıba monte edin (Şekil 9A).
   2. 2-0 kaplamalı örgülü polyester sütürler kullanarak korda tendineae'yi papiller kasların giriş noktalarına bağlayın.
   3. Dikişleri ventriküler odanın tabanındaki serbest bırakma deliğinden geçirin ve fizyolojik papiller kas gerginliğini simüle etmek için sabitleyin. Yaprakçık gerginliği, yaprakçık kenarlarının halka düzlemi ile aynı hizada kalmasını ve onun üzerinde çıkıntı yapmamasını sağlamak için görsel olarak ayarlandı. (Şekil 9B).
   4. Sütürleri PDS'nin sol ventrikül delik yoluna maksimum gerilim altında yerleştirin ve mitral kapağın yer değiştirmeye neden olmadan stabilizasyonunu sağlayın (Şekil 10A,B).

4. İlk test (Temel model)

1. Hazırlanan mitral kapak modelini, temel hemodinamik test için pulsatil akış simülatörüne yerleştirin. Sistemi pediatrik fizyolojik koşullara ayarlayın: dakikada 120 atış kalp atış hızı ve 2,0 L/dk kalp debisi.
2. Doğru basınç ve akış ölçümlerini sürdürmek için tüm devrede hava kabarcıkları olmadığından emin olarak darbe çoğaltıcı sistemini tuzlu suyla doldurun.
3. Sonraki tüm ölçümlerin doğru olduğundan emin olmak için başlatmadan önce darbe çoğaltıcı sistemini sıfırlayın.
4. Sistemi başlatın ve istenen strok hacmi elde edildiğinde, hemodinamik ölçümleri kaydetmek için Yakala'ya tıklayın.
5. İletim gradyanı ve yetersizlik şiddeti gibi parametreleri değerlendirmek için üst ve şeffaf atriyal odadan ekokardiyografik görüntüleme kullanarak mitral kapak fonksiyonunu değerlendirin ve kapak modelinin kapsamlı fonksiyonel değerlendirmesini sağlayın (Şekil 10C).

Results

Temel hemodinamik veriler, bir nabız çoğaltıcı sistemi içinde özel bir silikon tutucuya monte edilmiş doğal mitral kapaklar kullanılarak yapılan beş ex vivo deneyden elde edildi. Model, standardize edilmiş pediatrik fizyolojik koşullar altında perfüze edildi (kardiyak debi: 2 L / dak; HR: 120 bpm) ve fonksiyonel değerlendirmeler basınç transdüserleri ve ekokardiyografik görüntüleme kullanılarak yapıldı.

Regürjitasyon fraksiyonu .9 ile &.6 arasında değişmekte olup, ortalama !.1 ± %...

Discussion

Bu çalışmanın amacı, pediatrik hemodinamik durum altında mitral kapağı kopyalayan bir model geliştirmekti ve bu da deneysel temel olarak kuzu kalbini kullanma seçimimize rehberlik etti. Bu seçim, kuzu mitral kapak ile pediatrik hastalarınki arasındaki boyutlardaki yakın benzerlikten kaynaklandı. Anatomik olarak, kuzu kalbi, insan kalbine kıyasla uzunlamasına ekseni boyunca daha ventral olarak eğimli bir yönelim sergiler ve tamamen sol ventrikülden oluşan nispeten künt bir apekse sahiptir...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
2-0 Kaplamalı Örgülü Polyester Sütür	Covidien	88863230-56	Test sırasında papiller kasların stabilizasyonu
3D Yazıcı	Ultimaker	Ultimaker S3	Özel silikon kalıpların imalatında kullanılır
5-0 Monofilament Polipropilen Sütür, Çift Kollu	Covidien	VPF-720-X	Valfin silikon kalıba dikilmesi
DeBakey Atravmatik Forseps	Aesculap	MB062R	Diseksiyon sırasında doku işleme
Taze Kuzu Kalpleri	Lisanslı Mezbaha	ve mdash;	Doğal mitral kapakların kaynağı
Mayo Diseksiyon Makası	Aesculap	BC252B	Genel kardiyak diseksiyon
Mikro İğne Tutucu	Aesculap	FM538R	Mitral kapağın dikilmesi
Nelson-Metzenbaum Makas	Aesculap	BC606R	Sütür kesme için kullanılır
Darbe Çoğaltıcı Sistemi	ViVitro Labs	18363	Valf testi için simüle edilmiş fizyolojik akış
Silikon Kalıplar	—	Özel üretim	Ventriküler geometriyi çoğaltmak için kullanılır
Steril Salin (% 0.9)	Elabscience	PB180353	Perfüzyon devresi için ortam