بروتوكول لتقييم هيدرودينامي النسبية للثلاثي النشرة بوليمر صمامات
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.
Protocol
Representative Results
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 …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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 of Reagent/Material | 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 |
References
- 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).
- Marijon, E., Mirabel, M., Celermajer, D. S., Jouven, X. Rheumatic heart disease. Lancet. 379, 953-964 (2012).
- Karaci, A. R., et al. Surgical treatment of infective valve endocarditis in children with congenital heart disease. J. Card. Surg. 27, 93-98 (2012).
- Knirsch, W., Nadal, D. Infective endocarditis in congenital heart disease. Eur. J. Pediatr. 170, 1111-1127 (2011).
- Korossis, S. A., Fisher, J., Ingham, E. Cardiac valve replacement: a bioengineering approach. Biomed. Mater. Eng. 10, 83-124 (2000).
- Ghanbari, H., et al. Polymeric heart valves: new materials, emerging hopes. Trends Biotechnol. 27, 359-367 (2009).
- 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).
- 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).
- Sacks, M. S., Schoen, F. J., Mayer, J. E. Bioengineering challenges for heart valve tissue engineering. Annu. Rev. Biomed. Eng. 11, 289-313 (2009).
- 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).
- ANSI/AAMI/ISO. Cardiovascular Implants – Cardiac Valve Prostheses. Assoc. Adv. Med. Instrum. 71, (2005).
- Gallocher, S. L. . Durability Assessment of Polymer Trileaflet Heart Valves PhD thesis. , 313 (2007).
- Carroll, R., Boggs, T., Yamaguchi, H., Al-Mously, F., DeGroff, C., Tran-Son-Tay, R. Blood Cell Adhesion on Polymeric Heart Valves. , (2012).
- Pierre, K. K., Salinas, M., Carroll, R., Landaburo, K., Yamaguchi, H., DeGroff, C., Al-Mousily, F., Bleiweis, M., Ramaswamy, S. Hydrodynamic Evaluation of a Novel Tri-Leaflet Silicone Heart Valve Prosthesis. , (2012).
- 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).
- 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).
- 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).
- Gutierrez, C., Blanchard, D. G. Diastolic heart failure: challenges of diagnosis and treatment. Am. Fam. Physician. 69, 2609-2616 (2004).
- 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).
- Chandran, K. B., Yoganathan, A. P., Rittgers, S. E. . Biofluid Mechanics: The Human Circulation. , 277-314 (2007).
- Akins, C. W., Travis, B., Yoganathan, A. P. Energy loss for evaluating heart valve performance. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 136, 820-833 (2008).
- Fung, Y. C. . Biomechanics: Circulation. , (1997).
- Keener, J., Sneyd, J. . Mathematical Physiology, II: Systems Physiology. , (1998).
- Quick, C. M., Berger, D. S., Noordergraaf, A. Apparent arterial compliance. Am. J. Physiol. 274, H1393-H1403 (1998).
- 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).
- 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).
