Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

بروتوكول لتقييم هيدرودينامي النسبية للثلاثي النشرة بوليمر صمامات

Published: October 17, 2013 doi: 10.3791/50335
Automatic Translation
1, 1, 2, 1, 1, 1, 1, 3,4, 3, 3, 2
1Tissue Engineered Mechanics, Imaging and Materials Laboratory, Department of Biomedical Engineering, Florida International University, 2Department of Mechanical and Aerospace Engineering, University of Florida, 3College of Medicine, University of Florida, 4King Faisal Specialty Hospital and Research Center, Jeddah, Saudi Arabia

Summary

لقد كان هناك اهتمام متجدد في تطوير الصمامات البوليمر. هنا، تتمثل الأهداف في إثبات جدوى تعديل الناسخ نبض التجارية لاستيعاب هندستها ثلاثي نشرة وتحديد بروتوكول لتقديم البوليمر البيانات الهيدروديناميكية صمام مقارنة البيانات صمام المحلية والأطراف الصناعية التي تم جمعها تحت ظروف شبه متطابقة.

Abstract

وقد دفعت القيود من المتاحة حاليا الصمامات البديلة، xenografts، وhomografts تجدد مؤخرا من تطورات في مجال ثلاثي النشرة البوليمر صمام الأطراف الاصطناعية. ومع ذلك، وتحديد بروتوكول للتقييم الأولي من البوليمر وظائف الهيدروديناميكية صمام أمر بالغ الأهمية خلال المراحل المبكرة من عملية التصميم. التقليدية في نظم الناسخ نبض المختبر لم يتم تكوين لاستيعاب المواد ثلاثي النشرة مرنة؛ بالإضافة إلى ذلك، تقييم وظيفة صمام البوليمر يجب ان يتم في سياق النسبي لصمامات القلب الاصطناعية المحلية وتحت ظروف الاختبار متطابقة بحيث تقلب في قياسات مختلفة من ويمكن تجنب الصكوك. وفقا لذلك، أجرت نحن تقييم الهيدروديناميكية من أنا) اللغة الأم (ن = 4، يعني قطر، D = 20 مم)، والثاني) ثنائي النشرة الميكانيكية (ن = 2، D = 23 مم) والثالث) البوليمر الصمامات (ن = 5، D = 22 ملم) من خلال استخدام نظام الناسخ نبض المتاحة تجاريا (ViVitro مختبراتالمؤتمر الوطني العراقي، فيكتوريا، قبل الميلاد) التي تم تعديلها لاستيعاب هندستها صمام ثلاثي النشرة. صمامات السيليكون ثلاثي النشرة المتقدمة في جامعة فلوريدا ان المجموعة مكونة من صمام البوليمر. تم استخدام الخليط في نسبة من الجلسرين 35:65 إلى الماء لتقليد الخصائص الفيزيائية الدم. وقد تم قياس معدل التدفق الفوري في واجهة البطين الأيسر والشريان الأبهر وحدة في حين تم تسجيل الضغط على المواقف البطين والشريان الأبهر. تم استخدام ثنائي النشرة والبيانات صمام الأصلي من الأدب للتحقق من صحة وتدفق قراءات ضغط. وذكرت والمقاييس الهيدروديناميكية التالية: إلى الأمام تدفق انخفاض الضغط، وجذر الأبهر يعني مربع معدل التدفق إلى الأمام، إغلاق الأبهر والتسرب وحجم قلسي، مكابح بطريق الأبهر، والتسرب، ومجموع الخسائر الطاقة. وأشار ممثل النتائج أن مقاييس الهيدروديناميكية من المجموعات الثلاث صمام يمكن الحصول عليها بنجاح من خلال دمج الجمعية مبنية خصيصا في نظام الناسخ نبض المتاحة تجاريا وsubsequentlY، مقارنة موضوعية لتقديم رؤى في الجوانب الوظيفية من البوليمر تصميم صمام.

Introduction

مرض صمام القلب غالبا ما ينتج عن التنكسية تكلس صمام 1، 2 الحمى الروماتيزمية، التهاب الشغاف 3،4 أو العيوب الخلقية الخلقية. عندما يحدث تلف صمام، مما تسبب تضيق و / أو هبوط صمام قلس ولا يمكن إصلاحه جراحيا، يتم استبدال صمام الأم عادة عن طريق صمام الاصطناعية. وتشمل الخيارات المتاحة حاليا الصمامات الميكانيكية (الصمامات القفص، الكرة الصمامات القرص إمالة، الخ.)، طعم مثلي، والصمامات bioprosthetic (الخنزيري والصمامات البقري). وغالبا ما أوصى الصمامات الميكانيكية للمرضى الأصغر يعتمد على ديمومتها، ولكن مطلوب من المريض أن يبقى على العلاج المضاد للتخثر لمنع مضاعفات الجلطات 5. كانت الصمامات البديلة طعم مثلي والبيولوجية خيارات فعالة لتجنب تجلط الدم العلاج، ولكن هذه الصمامات لها مخاطر مرتفعة للكشف عن التليف، تكلس، انحطاط، والمضاعفات المناعية مما يؤدي إلى فشل صمام 6. ويجري التحقيق الصمامات الأنسجة المهندسة وتكنولوجيا ناشئة 7-9، ولكن ما زال هناك الكثير ليتم الكشف عنها. وهناك حاجة دائمة حيويا، والصمامات البديلة، الأطراف الصناعية لتحسين نوعية حياة المرضى الذين يعانون أمراض صمام القلب. مرة أخرى، يمكن لهذا التصميم صمام استبدال bioprosthesis المستخدمة في تكنولوجيا صمام عبر القسطرة، مع النهج عبر القسطرة تظهر إمكانات لتحويل العلاج من المرضى المختارين مع مرض القلب صمام 10.

كما جاء وفقا للمعايير الحالية، ينبغي أن يكون صمام قلب ناجحة بديلا خصائص الأداء التالية: "1) يسمح تدفق إلى الأمام مع الضغط صغير مقبول يعني انخفاض الفرق؛ 2) يمنع تدفق الوراء مع قلس صغيرة مقبول؛ 3) يقاوم الانصمام، 4) يقاوم انحلال الدم؛ 5) يقاوم تشكيل خثرة؛ 6) هو حيويا؛ 7) متوافق مع تقنيات التشخيص في الجسم الحي؛ 8) هو التسليم وزرع في الهدفالسكان؛ 9) تبقى ثابتة ضعت مرة واحدة، و 10) لديه مستوى الضوضاء مقبولا؛ 11) لديه وظيفة استنساخه؛ 12) يحافظ على وظائفه لمدى الحياة معقولة، بما يتفق مع فئتها عامة؛ 13) يحافظ على وظائفه والعقم لرف معقول الحياة قبل الزرع. "11. يحتمل أن التغلب على بعض أوجه القصور في الأطراف الاصطناعية صمام قائم بواسطة صمام البوليمر. وقد نظرت البوليمرات حيويا كبار المرشحين على أساس biostability، ومكافحة التحلل، المضادة للأكسدة، والخواص الميكانيكية مثل المفيد قوة عالية وزوجة مطاطية. على وجه الخصوص، قد البوليمرات المرنة توفر تشويه المادة تشبه ديناميات صمام الأصلي. اللدائن يمكن أن تكون مصممة لتقليد خصائص الأنسجة اللينة، وأنها قد تكون المواد الاصطناعية الوحيدة المتاحة التي هي الحيوي تسامحا والتي يمكن أن تصمد أمام مزدوجة، في الجسم الحي، تؤكد السوائل التي يسببها، العاطفة والشد، حتى الآن، تتحرك بطريقة تشبه صحية،حركة صمام الأصلي. وعلاوة على ذلك، يمكن أن تكون اللدائن ذات الإنتاج الضخم في مجموعة متنوعة من الأحجام وتخزينها بكل سهولة، ومن المتوقع أن تكون الأجهزة فعالة من حيث التكلفة ويمكن زيادة هيكليا مع التعزيز ليفية.

مفهوم استخدام مواد البوليمر لتجميع صمام ثلاثي النشرة ليست جديدة، وكانت موضوع العديد من التحقيقات البحوث على مدى السنوات ال 50 الماضية 12، التي هجرت إلى حد كبير نظرا لمتانة صمام محدودة. ومع ذلك، مع ظهور منهجيات التصنيع رواية 13،14، وتعزيز مواد البوليمر 15،16 والتكامل السلس يحتمل أن تكون بدائل صمام البوليمر مع التكنولوجيا صمام عبر القسطرة، كان هناك في الآونة الأخيرة تجدد الاهتمام والنشاط في تطوير الصمامات البوليمر كما يحتمل بديلا صالحا للصمامات التجارية المتاحة حاليا. في ضوء ذلك، على بروتوكول لتمكين اختبار هذه الصمامات لتقييم وظائف الهيدروديناميكية هي الخطوة الأولىفي عملية التقييم، ومع أنظمة محاكاة نبض المتاحة تجاريا عموما لا تأتي مجهزة لاستيعاب التصاميم صمام ثلاثي نشرة وتحتوي على تباعد الحلقي لإدراج صمامات القلب المتاحة تجاريا (مثل قرص إمالة، ثنائي النشرة صمامات القلب الميكانيكية). ثانيا، والصمامات البوليمر هي التكنولوجيا الناشئة التي لا يمكن إلا أن تقييمها في سياق نسبي الهيدروناميكا. على الرغم من قلب الأم ضغط صمام وتدفق البيانات متوفرا، فمن المهم إجراء اختبار صمامات الأبهر الخنازير الأم، التي تشبه من الناحية البيولوجية لصمامات البشرية، وذلك باستخدام نفس محاكاة نابض التي يتم استخدامها لتقييم صمامات البوليمر وذلك لحساب الاختلافات القياس التي قد يكون نظام يعتمد. وهكذا، كان الهدف من هذه الدراسة هو إظهار كيف يمكن تركيبها على جهاز محاكاة نبض المتاحة تجاريا مع الجمعية لاستيعاب بنيات صمام ثلاثي نشرة وتقييم منهجي البوليمر صمام المقاييس الهيدروديناميكية في المقاولات النسبيةتحويلة بالمقارنة مع الخنازير قلب نظرائهم الميكانيكية والأم صمام. في حالتنا، رواية ثلاثي الصمامات النشرة سيليكون البوليمر المتقدمة سابقا في جامعة فلوريدا ان المجموعة مكونة من 13 صمام البوليمر.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. إعداد

  1. تصميم وتصنيع وتجميع لاستيعاب الهندسة صمام ثلاثي النشرة. وهذا في الحد الأدنى تشمل حامل صمام للخياطة في منشورات صمام وانبوب لإيواء حامل صمام وإكسسوارات المحيطة بها لتأمين الجمعية على النظام الناسخ النبض. في حالتنا، ونحن تستخدم المتاحة تجاريا نظام الناسخ نبض المتاحة من ViVitro مختبرات شركة (فيكتوريا، قبل الميلاد). صمام تصميم حامل فضلا عن تكوينات ما قبل وما بعد الجمعية وصفت في الشكل 1.
  2. سوف تحتاج إلى حلقة كاملة إلى أن تستعد قبل الاستخدام. وهذا ينطوي على خطوتين: أنا) تطهير النظام حلقة بأكملها باستخدام محلول الصابون والماء، بما في ذلك استبدال أي أنابيب المتدهورة قبل استخدامها والثاني) معايرة الأدوات متصلا حلقة، وهي المضخة المستخدمة، التحقيق التدفق، و ومحولات الضغط (تقاس عادة في مواقع الأذيني، الأبهر والبطين). يمكن معايرة التهيئةially أن يؤديها باستخدام محلول ملحي 1٪ ويجب أن يتكرر قبل استخدام الدم التناظرية حل الجلسرين.

2. الأم الأبهر صمام تشريح

  1. الحصول على 4 قلوب الخنازير الطازجة مع الشريان الأورطي سليمة من وزارة الزراعة الأميركية المعتمدة للمسالخ (المؤسسات ورعاية الحيوان قد يكون مطلوبا استخدام اللجنة بالموافقة (IACUC)). في حالتنا، وقد وافق بروتوكول تشريح لدينا من قبل IACUC في جامعة فلوريدا الدولية (البروتوكول رقم الموافقة: 11-020). شطف القلب مع الماء منزوع الأيونات ووضعه في وعاء مليئة مضاد فطري / مضاد حيوي ومعقم فوسفات 1٪ مخزنة المالحة (PBS) حل والنقل على الجليد إلى المختبر اختبار الهيدروديناميكية.
  2. وضع قلوب في مقلاة تشريح وإزالة بعناية التأمور. ضع القلب مثل أن الجانب البطني باتجاهك. تفقد البصر والتعرف على أربعة غرف القلب وتحديد قوس الأبهر في الشريان الأورطي سليمة.
  3. فصل القلب في TWس نصفين عن طريق خفض عبر أفقيا وفي حوالي 0.75 في أسفل الحلقة، أي تقاطع بين الشريان الأبهر والبطين الأيسر. عزل بعناية الشريان الأورطي سليمة لا تزال تعلق على الجزء الأنسجة البطين الأيسر.
  4. فحص الصمام الأبهري الموجود في جذر الأبهر، المنطقة بين الأبهر الصاعد وانخفاض بالطوق، وضمان أن لا يوجد أي ضرر أو أي علامات تكلس.
  5. تقسيم الشريان الأورطي في ~ 1 في أعلاه بالطوق وفصل الجزء الأنسجة البطين الأيسر أدناه بالطوق لعزل صمام الأبهر (الشكل 2A).

3. البوليمر والأم عملية التخييط صمام

  1. وضع صمام القلب داخل حامل صمام بحيث قاعدة كل صمام ينسجم مع قاعدة حامل آخر. تأمين صمام في مكان في كل وظيفة مؤقتا مع مشبك الورق، لكن يجب الحرص على عدم الاضرار commissures أو الشرفات.
  2. إدراج خياطة فيإبرة. يبدأ خياطة في الجزء السفلي من حامل صمام عن طريق تمرير الإبرة من خلال ثقب الأولى، من الخارج إلى الداخل مثل أن الإبرة قد يتم سحبها بسهولة من أسفل. بطريقة التكرار، بدء خياطة صمام عموديا على الوظائف لصاحب صمام.
  3. تقدم مع خياطة (الشكل 2B) على طول محيط حامل وآمنة مع خياطة إضافية حول نصائح من المشاركات حامل. مشابك الورق (الشكل 2C) يمكن إزالتها عندما يتم تأمين صمام تماما باستخدام الخيوط الجراحية إلى 3 وظائف في ومحيط حامل صمام (أرقام 2D و 2E).

4. التقييم الهيدروديناميكية

ملاحظة: سوف بروتوكول الفعلية تختلف تبعا لنظام محدد الناسخ نبض المستخدمة. caontained جميع المعلومات المستخدمة هنا في ViVitro نبض الناسخ سيسيتم (ViVitro مختبرات، وشركة، فانكوفر، كولومبيا البريطانية).

  1. VA ثنائي النشرةLVE
    1. ضبط معدل ضربات القلب من نظام الناسخ نبض الى 70 نبضة / دقيقة.
    2. اختر الموجي تدفق لدفع المضخة (في حالة نظام ViVitro تم اختيار الموجي S35 لجميع الاختبارات الهيدروديناميكية). ويتضح الموجي محددة تستخدم في تجاربنا من قبل ليم وآخرون (2001) 17.
    3. بدوره على مكبر للصوت ومكبس المضخة. الاحماء لمدة 15 دقيقة.
    4. مكان صمام ثنائي نشرة (الشكل 2F) في موضع الأبهر.
    5. تشويه الشحوم فراغ على جميع التقاطعات في الجهاز حيث يمكن أن يحدث تسرب.
    6. صب الجليسرين / السائل الملحي في المقصورة الأذيني. لاحظ أن نظام الناسخ نابض يعمل على 2 لتر من السائل مع: 35٪ / 0.7 L الجليسرين و 65٪ / 1.3 L من محلول ملحي. يتم إعداد محلول ملحي باستخدام الملح العادي جيدا المذاب في الماء منزوع الأيونات عند تركيز من 9 ملغ / مل (الوزن / الحجم).
    7. بدوره على محول تدفق التي تم وضعها في موقف الأبهر.
    8. معايرة اله المضخة.
    9. المضي قدما في معايرة محول تدفق تليها محولات الضغط. وعلى غرار مضخة، ببساطة اتبع التعليمات التي تتلقاها من قبل ViVitest البرمجيات (ViVitro مختبرات شركة) لكل التدفق والضغط تحت علامة التبويب معايرة.
    10. مرة واحدة معايرة كاملة، تبدأ المضخة في دورة في الدقيقة منخفضة حتى يملأ السائل المقصورة الأبهر. تحقق من وجود تسرب. استخدام الشحوم فراغ إضافية إذا لزم الأمر.
    11. تحويل اثنين من وقف الديوك (الأبهر ومحولات الطاقة البطين) لفتح موقف.
    12. زيادة دورة في الدقيقة للمضخة حتى تصل إلى حجم السكتة الدماغية 80 مل / فوز.
    13. يسمح النظام لتشغيل لمدة 10 دقيقة حتى استقر التدفق. يمكن التحقق من استقرار تدفق من خلال مراقبة التدفق والضغط الطول الموجي عرضها في الشاشة. منخفض مقابل لا شيء الاختلاف بين الدورات هو مؤشر جيد على استقرار النظام.
    14. في ViVitest برامج اختر وضع عليه.
    15. انقر على جمع 10 دورات.
    16. من وضع تحليل، جلعق على الطاولة وحفظ الملف. أيضا حفظ صورة من الطول الموجي باستخدام الخيار الصورة المفاجئة في ViVitest.
  2. الصمامات الأصلية والبوليمرات
    1. للصمامات البوليمر والحيواني، اتبع نفس الخطوات 3.1.1 - 3.1.3 من تعليمات صمام ثنائي النشرة.
    2. ضع حامل صمام مع صمام خياطة داخل أنبوب زجاجي من العرف الجمعية المحرز. شطيرة الأنبوب مع القطع العلوية والسفلية وآمنة في نفس المكان مع مسامير الوحشي والمكسرات.
    3. مكان التجميع بين غرفة الأبهر وحامل الصمام الأبهري الأصلي.
    4. متابعة الخطوات 3.1.5 - 3.1.16 من الإرشادات صمام ثنائي النشرة.

5. أضف التحميل

  1. تدفق الضغط والطول الموجي
    1. متوسط ​​البيانات التي تم جمعها لكل من الطول الموجي جمعها، أي ضغط الأبهر (AP)، الضغط البطيني (VP)، ومعدل التدفق (Q).
    2. لكل مجموعة من صمام (البوليمر، الخنزيري نصمام الأبهر اطر النسبية وثنائي النشرة)، رسم AP المقابلة، نائب الرئيس وس مقابل علاقات الوقت على نفس المؤامرة.
    3. لAP، ركب العادي، صمام الأبهر الأم 18، وثنائية النشرة الاصطناعية صمام 19 المؤامرات من الأدب لأغراض التحقق من الصحة.
  2. مقاييس الهيدروديناميكية
    1. لكل صمام اختبار، يجب أن يتم حسابها المقاييس الهيدروديناميكية التالية: أ) انتقل تدفق هبوط الضغط والحد الأقصى لضغط transvalvular (TVP)، ب) جذر الأبهر يعني مربع (RMS) معدل التدفق إلى الأمام، ج) تدفق إلى الأمام الأبهر، الختام، تسرب وبلغ حجم قلسي، د) صمام نهاية منطقة فوهة (EOA)، ه) بطريق الأبهر إلى الأمام تدفق، مكابح والتسرب ومجموع الخسائر الطاقة.
      1. يتم احتساب تدفق إلى الأمام انخفاض الضغط من قراءات TVP ويمكن تصنيفها إلى 3 فترات زمنية، P: الفاصل الزمني الذي يبدأ وينتهي مع 0 TVP، F: فاصل مع تدفق إلى الأمام وH: الفاصل الزمني بدءا 0 TVP وتنتهي مع 0 التدفق. أقصى TVP هو أماهximum التدرج الضغط سجلت عبر الصمام الأبهري من والبطين قراءات ضغط.
      2. معدل التدفق إلى الأمام RMS (Q RMS) يوفر متري مفيدة لقياس حجم معدل التدفق إلى الأمام على النحو التالي:
        المعادلة 1
        حيث 'ن' هو العدد الإجمالي من النقاط الزمنية التي تم جمعها، 'س ط' هو قياس معدل التدفق الفوري جمعها من أجل 'أنا'.
      3. يتم احتساب كميات من الأبهر إلى الأمام، إغلاق والتسرب على أساس فترات الزمنية التالية، إلى الأمام: بداية تدفق إلى الأمام من خلال صمام (ر س)، إلى نهاية تدفق إلى الأمام (ر 1)؛ الإنتهاء: من ر 1 حتى المثيل من إغلاق صمام (ر 2)؛ التسرب: من ر 2 حتى نهاية دورة القلب (T 3). اجمالى حجم قلسي هو ببساطة مجموع كلوسجي وكميات التسرب.
      4. وEOA استنادا إلى خصائص الدم يمكن حسابها لل3 فترات، P، F و H من TVP يعني خلال كل هذه الفترات إلى 20:
        المعادلة 1
      5. يتم تعريف الفاقد من الطاقة على النحو التالي (21):
        المعادلة 1

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

وتظهر تدفق ممثل والطول الموجي الضغط في أرقام 3 و 4 و 5. وبلغ متوسط ​​المؤامرات على حجم عينة من الصمامات اختبار لكل مجموعة، والذي كان، ن = 5، 4، و 2 صمامات للبوليمر، الخنزيري الأصلية والجماعات ثنائي النشرة، على التوالي. يتم عرض المقاييس الهيدروديناميكية المتوسط ​​والخطأ المعياري للمتوسط ​​لهذه أحجام العينات في الجدول 1.

الشكل 1
الشكل 1. (أ) رسم تخطيطي للنظام الناسخ نبض ViVitro تبين المكونات الأساسية التي تقوم بتطبيق نموذج Windkessel لمن الناحية الفسيولوجية ذات الصلة التدفقات (الشكل المقدمة هنا بإذن من أنظمة ViVitro، المؤتمر الوطني العراقي، BC، كندا). (ب) نموذج أولي سريع التكوين حامل صمام للخياطة وتأمين السيليكون أو صمامات الخنازير الأم في نفس المكان. (ج) Modificatأيون من نابض حلقة ViVitro لاستيعاب بنيات صمام ثلاثي النشرة. انقر هنا لعرض أكبر شخصية .

الشكل 2
الشكل 2. (أ) صمام الخنزير الأصلية. (ب) عرض أعلى من منشورات صمام البوليمر. (ج) عرض الجانب من البوليمر صمام بعد خياطة وتأمين في مكان داخل صمام حامل. (د) سانت جود ثنائي النشرة صمام الميكانيكية. انقر هنا لعرض أكبر شخصية .

الشكل (3)
الشكل (3). يعني معدلات تدفق فوري من 3 صمامات اختبار (ن ​​= 5، 4، و 2 صمامات للبوليمر، الخنزيري الأم على د ثنائية النشرة، على التوالي). وقد تم قياس معدل التدفق باستخدام مقياس التدفق الكهرومغناطيسي متصلا مسبار تدفق موسع وضعها في الموقع واجهة لدوائر البطين والشريان الأبهر (انظر الشكل 1A). انقر هنا لعرض أكبر شخصية .

الشكل 4
الشكل 4. يعني الضغط البطيني حظية من 3 صمامات اختبار (ن ​​= 5، 4، و 2 صمامات للبوليمر، الخنزيري الأم وثنائي النشرة، على التوالي). وقد تم قياس ضغط البطين في غرفة البطين باستخدام الضغط على المفاتيح الصغيرة الإكراميات. تم الحصول عليها من 18 و 19، على التوالي: فرضه الأدب البطين قيم ضغط للصمامات ثنائية الأم والنشرة (29 مم القطر).fig4large.jpg "الهدف =" _blank "> اضغط هنا لعرض أكبر شخصية.

الرقم 5
الشكل 5. يعني الضغط الأبهري لحظية من 3 صمامات اختبار (ن ​​= 5، 4، و 2 صمامات للبوليمر، الخنزيري الأم وثنائي النشرة، على التوالي). وقد تم قياس ضغط الأبهر فقط المصب من موقع صمام الأبهر باستخدام الضغط على المفاتيح معلومات سرية الصغرى. تم الحصول عليها من صمامات 18 و 19، على التوالي: فرضه الأدب الأبهر ضغط القيم الأدب لالأم وثنائي النشرة (29 مم القطر). انقر هنا لعرض أكبر شخصية .

ثنائية نشرة (ن = 2) (بوليمر ن = 5) الخنازير (ن = 4)
وصف البيانات متوسط SEM متوسط SEM متوسط SEM
الأبهر الفوهة منطقة [P] (سم 2) 3.143 2.697 2.920 1.306 2.516 1.258
الأبهر الفوهة منطقة [F] (سم 2) 7.940 1.286 4.613 2.063 3.975 1.988
الأبهر الفوهة منطقة [H] (سم 2) 7.516 1.633 4.575 2.046 3.942 1.971
إلى الأمام تدفق هبوط الضغط [P] (ملم زئبقي) 17.000 0.054 22.284 12.007 40.795 11.670
0.410 0.210 30.424 9.235 29.766 9.733
إلى الأمام تدفق الضغط قطرة [H] (ملم زئبقي) 26.520 0.120 50.790 4.230 5.610 4.970
عبر الشريان الأورطي ماكس الضغط (مم زئبق) 15.850 12.400 60.930 20.470 75.250 17.470
الأبهر RMS انتقل معدل التدفق [P] (مل / ثانية) 88.280 11.110 162،120 24.970 189،080 32.610
الأبهر RMS انتقل معدل التدفق [F] (مل / ثانية) 193،570 3.820 204،560 6.680 177،310 2.630
الأبهر RMS انتقل معدل التدفق [H] (مل / ثانية) 197،790 0.630 174،760 11.530 182،680 3.160
الأبهر إلى الأمام الحجم (مل) 68.180 6.430 55.390 3.660 64.200 1.750
حجم مكابح الأبهر (ML) 62.260 0.860 32.990 9.820 45.260 11.990
الأبهر تسرب الحجم (مل) 60.140 3.470 33.090 9.220 56.130 11.260
مجموع قلسي الحجم (مل) 122،400 4.320 66.080 17.200 101،390 23.160
بطريق الأبهر إلى الأمام تدفق فقدان الطاقة (إم جي) 80.321 4.65 115،287 17.354 184،325 12.354
بطريق الأبهر الإنتهاء فقدان الطاقة (إم جي) 25.231 0.589 29.52 6.872 12.354 4.874
بطريق الأبهر تسرب فقدان الطاقة (إم جي) 87.219 13.242 84.02 12.205 97.029 25.047
بطريق الأبهر فقدان الطاقة المشاركات (إم جي) 192،771 23.51 228،827 47.254 293،708 36.483

الجدول 1. متوسط ​​والخطأ المعياري للمتوسط ​​(SEM) مقاييس هيدرودينامي حسابها لاختبار صمامات القلب (ن = 5، 4، و 2 صمامات للبوليمر، الخنزيري الأم وثنائي النشرة، على التوالي). الفواصل الزمنية التالية ينبغي أن يلاحظ: P: الفاصل الزمني الذي يبدأ وينتهي مع 0 TVP، F: فاصل مع تدفق إلى الأمام وH: الفاصل الزمني بدءا 0 TVP وتنتهي مع 0 التدفق. كان يعني بأقطار من الصمامات على النحو التالي: بوليمر صمام (ن = 5): 22 مم؛ الأصلية صمام الخنازير (ن = 4): 20 مم؛ بI-نشرة (ن = 2): 23 مم. وكان حجم عينة صغيرة لصمام ثنائي النشرة نظرا لعينات محدودة متاحة للاستخدام البحوث؛ اثنين من صمامات ثنائية النشرة اختبار تم التبرع بها سابقا إلى قسم الهندسة الطبية الحيوية في جامعة فلوريدا الدولية من سانت جود الطبية (سانت بول، مينيسوتا).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

في هذه الدراسة، وقد أثبتنا فائدة تعديل وحدة الناسخ نابض المتاحة تجاريا لاستيعاب هندستها صمام ثلاثي النشرة بحيث يمكن أن يؤديها أن التجارب الهيدروديناميكية من البوليمر وصمامات الخنازير الأم. وتحديدا في حالتنا، كان النظام المعدل قلب اليسار ViVitro ونظام محاكاة النظامية (الشكل 1A) التحكم فيها عن طريق ViViTest نظام الحصول على البيانات (نظم ViVitro، المؤتمر الوطني العراقي، فيكتوريا، BC، كندا). ومع ذلك، فإن هذا النظام لا يختلف عدة في المختبر، حلقات تدفق نابض التي تستخدم كل نموذج Windkessel ثنائي مكون لتقليد تدفق وضغط الموجات ذات الأهمية لتداول الإنسان 22-25. تتألف هذه الأنظمة Windkessel ثنائي مكون عادة من مضخة نابض، غرفة الامتثال الذي يحاكي قابلية التمدد في الشرايين، وحدة تحكم المقاومة الطرفية التي يمكن استخدامها لتنظيم المقاومة الوعائية. المعادلة التي تصف لمدة componeNT نموذج Windkessel هو:
المعادلة 4
حيث C هو الامتثال، R المقاومة، Q (ر) هو معدل التدفق الحجمي بوصفها وظيفة من الوقت وP هو الضغط الشرياني (أي إما في الشريان الرئوي أو الشريان الأورطي). في هذا السياق، نعتقد أن هذا التعديل يمكن إجراء مماثل لاستيعاب الصمامات الثلاثية في النشرة المحاكاة نابض الأخرى كذلك. وتحديدا في حالتنا، لإيواء هيكل صمام ثلاثي نشرة في موقع الصمام الأبهري، وهو الجمعية في المقام الأول من البلاستيك الاكريليك (زجاج شبكي) الغلاف التي تحتوي على حامل صمام النموذج الأولي السريع وخياطة ثلاثي النشرة صمام (أرقام 1B و 1C) يمكن أن يكون دمجها بسهولة وإزالتها من النظام الأساسي ViVitro. وقد أجريت التجارب الهيدروديناميكية في وقت لاحق مماثلة لغيرها من الدراسات التي يقوم بها بالدوين وآخرون. 26وتم قياس وانغ وآخرون. 25 معدل التدفق الفوري باستخدام نظام مقياس الجريان الكهرومغناطيسية (الشكل 3). وسجلت قياس الوقت الحقيقي من الضغط في البطين والمكان ممرا باستخدام محولات microtip في معدل ضربات القلب مجموعة من 70 نبضة / دقيقة (الشكلان 4 و 5). كان السائل اختبار السائل الدم التناظرية، التي تضم منزوع الأيونات الماء إلى الجليسرين في 65٪ إلى 35٪ ونسبة 9 ز / لتر من كلوريد الصوديوم، ومحاكاة لزوجة الدم (~ 3.3 CP).

اختبرنا في البداية صمام ثنائي النشرة الميكانيكية وتمت مقارنة متوسط ​​أشكال موجة الضغط التي تم الحصول عليها إلى قيم الأدب 19. وقد لوحظ بعض التباين الضغط البطيني ربما بسبب آليات مضخة مختلفة في مكان لدفع تدفق السوائل وكذلك الهندسة والإعدادات المحددة لمختلف أنظمة الناسخ نبض مثل حجم غرفة البطين، صمام محددة محاكاة موقع الصمام التاجي، معدل ضربات القلب المختار، وتدفق الفسيولوجية الموجي المحدد، الخ. من ناحية أخرى، تم العثور على الطول الموجي الأبهر لتكون مشابهة جدا ونظام مستقل. وتكرر هذه العملية للصمامات الخنازير الأم ومرة أخرى، لوحظ تغير أكبر في الضغط البطيني عند مقارنة نتائجنا إلى الأدب 18. ومع ذلك، فمن المهم أن نلاحظ أن داخل نظامنا، وكانت معدلات تدفق فوري وكذلك كل من البطين والشريان الأبهر ضغوط مماثلة بغض النظر عن صمام الذي تم اختباره، أي البوليمر والأم مع الجمعية أو ثنائية النشرة دون التجميع. هذا التمرين مهم لأداء لأن المرء يحتاج إلى ضمان أن التعديلات على نظام الناسخ مع الجمعية لا تغير بشكل كبير تدفق المحلية و / أو ظروف الضغط. ثانيا، فإن هذه النتائج تشير إلى أن كوسيلة من التحقق من صحة النظام، في الحد الأدنى، تحتاج الضغوط الأبهر مماثلة لأن تستمد عبر منصات الناسخ نبض أو صمام التي يجري اختبارها. تفسيرالمتغيرات الهيدروديناميكية أنفسهم هي مسألة فردية البوليمر صمام تفاصيل التصميم. يمكن أن معايير مثل ISO (المنظمة الدولية للتوحيد القياسي) 5840 المستخدمة في تقييم الاصطناعية صمام القلب بمثابة دليل لتقييم مختلف المعايير المرتبطة الهندسة صمام البوليمر والتصنيع وخصائص المواد. ويمكن لهذه المعايير أن يكون أبعد الأمثل واختبار الهيدروديناميكية إعادة النظر في وقت لاحق لضمان أن يتم استيفاء المعايير اللازمة لتقديم FDA.

على سبيل المثال، لدينا في الصمامات البوليمر، الفاقد من الطاقة مقارنة وانخفاض أحجام قلسي مقابل الأم وثنائية الصمامات النشرة اقترح أعباء العمل مقبولة على البطين الأيسر 21 وإغلاق صمام كفاءة (الجدول 1). ومع ذلك، أدت ديناميات إغلاق في أعلى نسبيا البوليمر صمام أقصى TVP التدرج (مقابل صمامات ثنائية النشرة)، والتي في حالتنا، وأوامر مزيد من التقييم الميكانيكية من مادة السيليكون يجري لناإد لافتعال الصمامات للتأكد من أن التوتر العالي لا يسبب تمزق النشرة، وذلك عاملا كافيا لأمن يمكن وضعها في المكان. في الختام، لقد أثبتنا أن جمعية تتكون من وحدة سكنية، أنبوب زجاجي وحامل صمام يمكن أن تكون ملفقة لاستيعاب هياكل ثلاثية النشرة مثل الصمامات البوليمر التي يمكن خياطة في الموقف. تدفق النسبية والطول الموجي الضغط عبر الأم، والصمامات الاصطناعية البوليمر التي يجري تطويرها يجب أن يتم الحصول عليها. ثانيا، تحتاج إلى الضغط الطول الموجي يمكن التحقق من صحة مع القيم الأدب. وجود قيود على نهجنا هو أن الطول الموجي البطيني هي نبض الناسخ نظام معين، ومن المرجح أن تظهر الخلافات، وينبغي مع ذلك الطول الموجي الضغط الأبهري تكون قابلة للمقارنة عبر منصات أو صمام التي يجري اختبارها في حالة وجود وظيفة صمام كافية. A الاتجاه المستقبلي لهذا العمل هو زيادة الاستخدام الأمثل للمواد البوليمر صمام وعملية التصنيع والهندسة. الهيدروناميكا اختبارات فيلL في وقت لاحق أن يتكرر في ظل ظروف مماثلة وذلك لتحديد ما إذا كان لوحظت تحسينات وظيفية كميا عن طريق مقارنة المقاييس الهيدروديناميكية الحالية والسابقة حسابها.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgments

ومن المسلم به بامتنان كلية الطب - منحة البذور من جامعة ولاية فلوريدا. ودعمت الدراسات العليا (مانويل ساليناس) من خلال فرص الأقليات في برامج البحوث الطبية الحيوية - مبادرة بحثية لتعزيز العلمية (MBRS-RISE) الزمالة: المعاهد الوطنية للصحة / NIGMS R25 GM061347. بدعم مالي من مؤسسة الاس ه من خلال جامعة فلوريدا الدولية، كما اعترف قسم الهندسة الطبية الحيوية بامتنان. وأخيرا، فإن الكتاب أشكر الطلاب التالية لمساعدتهم خلال المراحل المختلفة لعملية تجريبية: كاماو بيير، ملاخي ساتل، كيندال ارمسترونغ وإبراهيم ألفونسو.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Pump ViVitro Labs http://vivitrolabs.com/products/superpump/
Flow Meter and Probe Carolina Medical Model 501D http://www.carolinamedicalelectronics.com/documents/FM501.pdf
Pressure Transducer ViVitro Labs HCM018
ViVitro Pressure Measuring Assembly ViVitro Labs 6186
Valve holder WB Engineering Designed by Florida International University. Manufactured by WB Engineering
Pulse Duplicator ViVitro Labs PD2010 http://vivitrolabs.com/wp-content/uploads/Pulse-Duplicator-Accessories1.pdf
Pulse Duplicator Data Acquisition and Control System, including ViViTest Software ViVitro Labs PDA2010 http://vivitrolabs.com/products/software-daq
Porcine Hearts and Native Aortic Valves Mary's Ranch Inc
Bi-leaflet Mechanical Valves Saint Jude Medical http://www.sjm.com/
High Vacuum Grease Dow Corning Corporation http://www1.dowcorning.com/DataFiles/090007b281afed0e.pdf
Glycerin McMaster-Carr 3190K293 99% Natural 5 gal
Phosphate Buffered Saline (PBS) Fisher Scientific MT21031CV 100 ml/heart
Antimycotic/Antibiotic Solution Fisher Scientific SV3007901 1 ml in 100 ml of PBS/heart; 20 ml for ViVitro System
NaCl Sigma-Aldrich S3014-500G 9 g/L of deionized water
Deionized Water EMD Millipore Chemicals Millipore Deionized Purification System. 1.3 L for ViVitro System, 200 ml for heart valve dissection process

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Rajamannan, N. M., et al. Calcific aortic valve disease: not simply a degenerative process: A review and agenda for research from the National Heart and Lung and Blood Institute Aortic Stenosis Working Group. Executive summary: Calcific aortic valve disease-2011 update. Circulation. 124, 1783-1791 (2011).
  2. Marijon, E., Mirabel, M., Celermajer, D. S., Jouven, X. Rheumatic heart disease. Lancet. 379, 953-964 (2012).
  3. Karaci, A. R., et al. Surgical treatment of infective valve endocarditis in children with congenital heart disease. J. Card. Surg. 27, 93-98 (2012).
  4. Knirsch, W., Nadal, D. Infective endocarditis in congenital heart disease. Eur. J. Pediatr. 170, 1111-1127 (2011).
  5. Korossis, S. A., Fisher, J., Ingham, E. Cardiac valve replacement: a bioengineering approach. Biomed. Mater. Eng. 10, 83-124 (2000).
  6. Ghanbari, H., et al. Polymeric heart valves: new materials, emerging hopes. Trends Biotechnol. 27, 359-367 (2009).
  7. Mol, A., Smits, A. I., Bouten, C. V., Baaijens, F. P. Tissue engineering of heart valves: advances and current challenges. Expert Rev. Med. Devices. 6, 259-275 (2009).
  8. Ramaswamy, S., et al. The role of organ level conditioning on the promotion of engineered heart valve tissue development in using mesenchymal stem cells. Biomaterials. 31, 1114-1125 (2010).
  9. Sacks, M. S., Schoen, F. J., Mayer, J. E. Bioengineering challenges for heart valve tissue engineering. Annu. Rev. Biomed. Eng. 11, 289-313 (2009).
  10. Zamorano, J. L., et al. EAE/ASE recommendations for the use of echocardiography in new transcatheter interventions for valvular heart disease. J. Am. Soc. Echocardiogr. 24, 937-965 (2011).
  11. ANSI/AAMI/ISO. Cardiovascular Implants - Cardiac Valve Prostheses. Assoc. Adv. Med. Instrum. 71, (2005).
  12. Gallocher, S. L. Durability Assessment of Polymer Trileaflet Heart Valves PhD thesis. , Florida International University. Available from: FIU Electronic Theses and Dissertations 313 (2007).
  13. Blood Cell Adhesion on Polymeric Heart Valves. Carroll, R., Boggs, T., Yamaguchi, H., Al-Mously, F., DeGroff, C., Tran-Son-Tay, R. UF Pediatrics Science Days Conference, March 7-9, Gainesville, FL, , (2012).
  14. Hydrodynamic Evaluation of a Novel Tri-Leaflet Silicone Heart Valve Prosthesis. Pierre, K. K., Salinas, M., Carroll, R., Landaburo, K., Yamaguchi, H., DeGroff, C., Al-Mousily, F., Bleiweis, M., Ramaswamy, S. Biomedical Engineering Society, Annual Fall Meeting, Oct. 24-27, Atlanta, GA, , (2012).
  15. Cacciola, G., Peters, G. W., Schreurs, P. J. A three-dimensional mechanical analysis of a stentless fibre-reinforced aortic valve prosthesis. J. Biomech. 33, 521-530 (2000).
  16. De Hart, J., Cacciola, G., Schreurs, P. J., Peters, G. W. A three-dimensional analysis of a fibre-reinforced aortic valve prosthesis. J. Biomech. 31, 629-638 (1998).
  17. Lim, W. L., Chew, Y. T., Chew, T. C., Low, H. T. Pulsatile flow studies of a porcine bioprosthetic aortic valve in vitro: PIV measurements and shear-induced blood damage. J. Biomech. 34, 1417-1427 (2001).
  18. Gutierrez, C., Blanchard, D. G. Diastolic heart failure: challenges of diagnosis and treatment. Am. Fam. Physician. 69, 2609-2616 (2004).
  19. Shi, Y., Yeo, T. J., Zhao, Y., Hwang, N. H. Particle image velocimetry study of pulsatile flow in bi-leaflet mechanical heart valves with image compensation method. J. Biol. Phys. 32, 531-551 (2006).
  20. Chandran, K. B., Yoganathan, A. P., Rittgers, S. E. Biofluid Mechanics: The Human Circulation. , 1st edn, CRC Press, Taylor & Francis Group. 277-314 (2007).
  21. Akins, C. W., Travis, B., Yoganathan, A. P. Energy loss for evaluating heart valve performance. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 136, 820-833 (2008).
  22. Fung, Y. C. Biomechanics: Circulation. , 2nd ed, Springer. (1997).
  23. Keener, J., Sneyd, J. Mathematical Physiology, II: Systems Physiology. , 2nd ed, Springer. (1998).
  24. Quick, C. M., Berger, D. S., Noordergraaf, A. Apparent arterial compliance. Am. J. Physiol. 274, H1393-H1403 (1998).
  25. Wang, Q., Jaramillo, F., Kato, Y., Pinchuk, L., Schoephoerster, R. T. Hydrodynamic Evaluation of a Minimally Invasive Heart Valve in an Isolated Aortic Root Using a Modified In Vitro Model. J. Med. Devices. 3, 011002.1-011002.6 (2009).
  26. Baldwin, J. T., Campbell, A., Luck, C., Ogilvie, W., Sauter, J. Fluid dynamics of the CarboMedics kinetic bileaflet prosthetic heart valve. Eur. J. Cardiothorac. Surg. 11, 287-292 (1997).

Tags

الهندسة الحيوية، العدد 80، أمراض القلب والأوعية الدموية والدورة الدموية والظواهر الفسيولوجية الجهاز التنفسي، ميكانيكا الموائع والديناميكا الحرارية، والهندسة الميكانيكية، ومرض صمام، واستبدال صمام، صمامات البوليمر، نبض الناسخ، تعديل، هندستها ثلاثي نشرة والدراسات الهيدروديناميكية والتقييم النسبي، والطب، والهندسة الحيوية ، علم وظائف الأعضاء
بروتوكول لتقييم هيدرودينامي النسبية للثلاثي النشرة بوليمر صمامات
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Ramaswamy, S., Salinas, M., Carrol,… More

Ramaswamy, S., Salinas, M., Carrol, R., Landaburo, K., Ryans, X., Crespo, C., Rivero, A., Al-Mousily, F., DeGroff, C., Bleiweis, M., Yamaguchi, H. Protocol for Relative Hydrodynamic Assessment of Tri-leaflet Polymer Valves. J. Vis. Exp. (80), e50335, doi:10.3791/50335 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter