Strona
główna

Prace studenckie

Śląska Akademia Medyczna w Katowicach
Koło Studentów przy Katedrze Mechanicznego Wspomagania Krążenia w Zabrzu
Kierownik Katedry: prof. dr hab. Zbigniew Religa
Opiekun Koła: dr Zbigniew Nawrat

Ocena wpływu rodzaju uszkodzenia biologicznej protezy zastawki serca na jej własności hemodynamiczne

Implantowane zastawki biologiczne podlegają biodegradacji na skutek działania czynników mechanicznych, takich jak ciśnienie, któremu poddawana jest zastawka. Również należy wspomnieć o uszkadzającym działaniu skrzeplin. Ważny wydaje się być wpływ czynników metabolicznych-odkładanie białek osocza czy składowanie włóknika. Z czynników zapalnych należy wymienić gorączkę reumatyczną oaz infekcyjne zapalenie wsierdzia. Czynniki te poprzez uszkodzenie płatków prowadzą do zwapnienia (jest to najczęstsza forma degeneracji), przedziurawienia czy też rozerwania w obrębie płatków. Celem naszego eksperymentu było określenie wpływu różnych uszkodzeń zastawki na jej własności hemodynamiczne. Testowi poddaliśmy cztery komercyjne biologiczne zastawki perikardialne Carpentier-Edwards. Do przeprowadzenia symulacji pracy zastawki użyliśmy prostego modelu fizycznego układu krążenia-tester kwalifikacyjny zastawek "PigTester". Składa się on z zamkniętej komory wykonanej z tworzywa sztucznego, wypełnionej 5 litrami soli fizjologicznej. W komorze tej umieszczona jest zastawka. Pulsacyjny przepływ cieczy przez zastawkę generuje podłączona sztuczna komora serca, będąca pod kontrolą sterownika serca. Układ ten pracuje w dowolnie zadanych warunkach częstości, przepływu i ciśnienia, naśladując jednocześnie zmiany tych parametrów w czasie (rys.1). W trakcie kilku cykli pracy zastawki, zarówno przed jak i po uszkodzeniu, dokonaliśmy zapisu wideo z równoczesnym zapisem ciśnień i przepływów. Na wykresie przedstawiony jest przykładowy zapis różnicy ciśnienia dokonywany przed i za zastawką oraz zapis przepływu właściwego i wstecznego przez zastawkę podczas jednego cyklu pracy (rys.2). Zadaniem każdego uczestnika eksperymentu było uszkodzenie zastawki w inny sposób. Dokonaliśmy nacięcia płatka wzdłuż komisury, przedziurawienia płatka, usztywnienia płatków klejem (jednocześnie sklejenia komisury) z następczym ich rozklejeniem, zszycia każdej pary płatków. Zastawki nieuszkodzone poddaliśmy symulacji pracy w warunkach zbliżonych do naturalnych. Analizowaliśmy średnio 10 cykli pracy zastawki. Wyniki testu ujęte zostały w tzw. paszport zastawki. Na podstawie analizy mierzonych w trakcie testowania wielkości oblicza się pole powierzchni otwarcia zastawki, przepływ właściwy (FF), ilościowy i procentowy przepływ wsteczny (BF) oraz gradient ciśnienia na zastawce w pozycji aortalnej i mitralnej ze wzoru Gorlinów oraz inne parametry geometryczne. Średnie wartości użytych przez nas biologicznych protez zbliżone były do odpowiednich parametrów zastawek naturalnych. Pierwszą zamodelowaną przez nas sytuacją było uszkodzenie zastawki polegające na nacięciu płatka wzdłuż komisury na długości 10 mm przy użyciu skalpela. Tak zmienioną zastawkę poddaliśmy testowi w identycznych warunkach. Perforacja jest najczęściej wynikiem postępującego procesu kalcyfikacji na zastawce, dlatego następną zastawkę uszkodziliśmy wycinając otwór o polu pow. 7 mm2 przy użyciu skalpela i nożyczek chirurgicznych. Postępujący długotrwały proces uszkadzający zastawkę często prowadzi do usztywnienia i ograniczenia ruchomości płatków, czego efektem są kliniczne objawy stenozy. Zamodelowaliśmy więc sytuację, w której jednoczasowo dochodzi do usztywnienia płatków oraz sklejenia komisur. Do tego celu użyliśmy szybkoschnącego kleju. Następnym etapem eksperymentu było rozklejenie komisur. Czynności tej dokonuje się klinicznie bądź podczas zabiegu chirurgicznego tzw. komisurotomii lub znanej kardiologom inwazyjnym walwuloplastyki balonowej. W tym przypadku dodatkowo porównaliśmy wydajność hemodynamiczną zastawki przed uszkodzeniem oraz po przeprowadzonym zabiegu rozklejenia komisur. Ostatnią zamodelowaną wadą było ograniczenie ruchomości płatków poprzez zszycie każdej pary w odl. 5 mm od stentu przy użyciu nici Prolen.
W tabeli przedstawiono wyniki pomiarów wielkości hemodynamicznych uzyskanych podczas testów.
tabela wyników
Podkreślone zostały wartości, które uległy największym zmianom. Na tej podstawie wysnuto wnioski, iż wady takie jak rozerwanie czy perforacja płatka istotnie zwiększają wartość przepływu wstecznego, natomiast ograniczenie ruchomości płatków najsilniej wpływa na pole powierzchni otwarcia i gradient ciśnienia na zastawce. Szczególnie ciekawe wyniki uzyskała zastawka, która poddana zabiegowi rozerwania komisur nie osiągnęła wartości wyjściowych-przepływ wsteczny wzrósł trzykrotnie. Sytuacja taka może być rozważana jako przyczyna braku poprawy stanu klinicznego pacjentów po zabiegu komisurotomii lub walwuloplastyki. Przeprowadzony eksperyment wskazuje, iż opracowana metodyka postępowania, oparta na modelowaniu fizycznym wad zastawek oraz wykorzystanie symulacji ich pracy, została skutecznie zastosowana do analizy wpływu określonych wad na mierzone wielkości hemodynamiczne. Wydaje nam się, iż uzyskane wyniki mogą służyć jako pomoc w analizie danych diagnostycznych pacjentów, jeśli znana jest przyczyna postępujących zmian chorobowych. Eksperyment ten miał na celu uzyskanie pewnego wyobrażenia o korelacji pomiędzy faktycznym stanem protezy zastawki, jej wartościami hemodynamicznymi a wynikami badań diagnostycznych. Przeprowadzenie podobnych symulacji na większej grupie różnych protez zastawek biologicznych i skatalogowanie wyników umożliwi utworzenie programu ekspertowego wskazać model uszkodzenia protezy zastawki w oparciu o mierzone wartości hemodynamiczne i podjęcie decyzji o dalszym postępowaniu.