Жүрек клапанын ауыстыру туралы ақпарат: түрлері (механикалық, биологиялық, жасалған), мақсаты, бұзылу себептері (стеноз, реггитация). Денсаулық сақтау.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Адам жүрегіндегі клапанды ауыстыру
Replacement of a valve in the human heart
Жасанды жүрек клапаны – бұрыс жұмыс істейтін жүрек клапанын алмастыру үшін адамның жүрегіне имплантацияланатын бір бағытты клапан (клапандық жүрек ауруы). Жасанды жүрек клапандары үш негізгі топқа бөлінеді: механикалық жүрек клапандары, биопротездік тіндік клапандары және жасалған тіндік клапандары. Адам жүрегінде төрт клапан бар: трикуспид клапаны, өкпе клапаны, митраль клапаны және аорта клапаны. Олардың басты міндеті – қанның жүрек арқылы дұрыс бағытта ағып, жүректен оған жалғасқан ірі қан тамырларына (өкпе артериясы мен аортаға) өтуін қамтамасыз ету. Жүрек клапандарының жұмысында әртүрлі себептерден бұзылыстар тууы мүмкін, бұл клапан арқылы қан ағымын қиындатуға (стеноз) және/немесе клапан арқылы қанның кері ағысына (регургитация) алып келеді. Екі процесс те жүрекке үлкен жүктеме түсіріп, жүрек жеткіліксіздігі сияқты қауіпті проблемаларға соқтыруы мүмкін. Кейбір бұзылған клапандарды дәрімен емдеуге немесе жөндеуге болады, ал кейбіреулерін жасанды клапанмен ауыстыру қажет.
An artificial heart valve is a one way valve implanted into a person's heart to replace a heart valve that is not functioning properly (valvular heart disease). Artificial heart valves can be separated into three broad classes: mechanical heart valves, bioprosthetic tissue valves and engineered tissue valves. The human heart contains four valves: tricuspid valve, pulmonary valve, mitral valve and aortic valve. Their main purpose is to keep blood flowing in the proper direction through the heart, and from the heart into the major blood vessels connected to it (the pulmonary artery and the aorta). Heart valves can malfunction for a variety of reasons, which can impede the flow of blood through the valve (stenosis) and/or let blood flow backwards through the valve (regurgitation). Both processes put strain on the heart and may lead to serious problems, including heart failure. While some dysfunctional valves can be treated with drugs or repaired, others need to be replaced with an artificial valve.
Өмірбаян
Жүректе төрт клапан бар (трикуспид, өкпе, митральді және аорталық клапандар), олар қан жүрек арқылы өтетін кезде ашылып, жабылады. Қан жүрекке оң жүрекше арқылы кіреді және трикуспид клапаны арқылы оң қарыншаға өтеді. Одан қан өкпеге өту үшін өкпе клапаны арқылы сорылады. Оттегімен толыққаннан кейін, қан сол жүрекшеге өтеді, онда митраль клапаны арқылы сол қарыншаға сорылады. Сол қарынша аорта клапаны арқылы аортаға қанды сорылады. Жүрек клапандарының зақымдануына көптеген себептер болуы мүмкін, мысалы, туа біткен кемшіліктер, жасқа байланысты өзгерістер, сондай-ақ ревматизм және эндокардитке әкелетін инфекциялар сияқты басқа аурулардың әсері. Жоғары қан қысымы және жүрек жеткіліксіздігі жүрек пен артерияларды кеңейтуі мүмкін, ал жүрек шабуылынан немесе жарақаттан кейін тынықсыз тіндер пайда болуы мүмкін. Жасанды жүрек клапандарының үш негізгі түрі бар: механикалық, биологиялық (биопротездік/тіндік) және тіндік инженериялық клапандар. АҚШ, Ұлыбритания және Еуропалық Одақта ең көп қолданылатын жасанды жүрек клапаны – биопротездік клапан. Механикалық клапандар Азия және Латын Америкасында жиірек қолданылады. Жүрек клапандарын өндіретін компаниялар: Edwards Lifesciences, Medtronic, Abbott (St. Jude Medical), CryoLife және LifeNet Health.
A heart contains four valves (tricuspid, pulmonary, mitral and aortic valves) which open and close as blood passes through the heart. Blood enters the heart in the right atrium and passes through the tricuspid valve to the right ventricle. From there, blood is pumped through the pulmonary valve to enter the lungs. After being oxygenated, blood passes to the left atrium, where is it pumped through the mitral valve to the left ventricle. The left ventricle pumps blood to the aorta through the aortic valve. There are many potential causes of heart valve damage, such as birth defects, age related changes, and effects from other disorders, such as rheumatic fever and infections causing endocarditis. High blood pressure and heart failure which can enlarge the heart and arteries, and scar tissue can form after a heart attack or injury. The three main types of artificial heart valves are mechanical, biological (bioprosthetic/tissue), and tissue engineered valves. In the US, UK and the European Union, the most common type of artificial heart valve is the bioprosthetic valve. Mechanical valves are more commonly used in Asia and Latin America. Companies that manufacture heart valves include Edwards Lifesciences, Medtronic, Abbott (St. Jude Medical), CryoLife, and LifeNet Health.
Механикалық клапандар
Механикалық клапандар үш негізгі түрге бөлінеді: торлы шарлы, көлбеу дискілі және екі жапырақшалы, олардың конструкцияларына түрлі өзгерістер енгізілген. Торлы шарлы клапандар қазір имплантацияланбайды. Екі жапырақшалы клапандар – бүгінгі күні пациенттерге имплантацияланатын механикалық клапандардың ең көп таралған түрі.
Mechanical valves come in three main types – caged ball, tilting disc and bileaflet – with various modifications on these designs. Caged ball valves are no longer implanted. Bileaflet valves are the most common type of mechanical valve implanted in patients today.
Қалқалы шарлы клапандар
Алғашқы жасанды жүрек клапаны – шарлы қақпақша клапан, шарлы тексеру клапанының бір түрі, онда шар қақпақшаның ішінде орналасқан. Жүрек жиырылғанда және жүрек камерасындағы қан қысымы камераның сыртындағы қысымнан жоғары болғанда, шар қақпақшаға итеріледі және қан ағымын қамтамасыз етеді. Жүрек жиырылуын аяқтағаннан кейін, камера ішіндегі қысым төмендейді және шар клапанның негізіне қайта оралып, тығыздағыш құрайды. 1952 жылы Чарльз А. Хуфнагель он науқасқа шарлы қақпақшалы жүрек клапандарын имплантациялады (олардың алтауы операциядан аман қалды), бұл протездік жүрек клапандары саласындағы алғашқы жетістік болды. 1960 жылы Майлз "Лоуэлл" Эдвардс және Альберт Старр осыған ұқсас клапанды ойлап тапты, ол көбінесе Старр-Эдвардс силикон шарлы клапаны деп аталады. Ол метилметакрилаттан жасалған қақпақшаға ендірілген силикон шардан тұрады. Старр-Эдвардс клапаны алғаш рет 1960 жылдың 25 тамызында адамға имплантацияланды және 2007 жылы Edwards Lifesciences компаниясы оның өндірісін тоқтатты.
The first artificial heart valve was the caged ball valve, a type of ball check valve, in which a ball is housed inside a cage. When the heart contracts and the blood pressure in the chamber of the heart exceeds the pressure on the outside of the chamber, the ball is pushed against the cage and allows blood to flow. When the heart finishes contracting, the pressure inside the chamber drops and the ball moves back against the base of the valve forming a seal. In 1952, Charles A. Hufnagel implanted caged ball heart valves into ten patients (six of whom survived the operation), marking the first success in prosthetic heart valves. A similar valve was invented by Miles 'Lowell' Edwards and Albert Starr in 1960, commonly referred to as the Starr Edwards silastic ball valve. This consisted of a silicone ball enclosed in a methyl metacrylate cage welded to a ring. The Starr Edwards valve was first implanted in a human on August 25, 1960, and was discontinued by Edwards Lifesciences in 2007.
Көлбеу дискті клапандар
1969 жылы енгізілген алғашқы клиникалық қолжетімді көлбеу диск клапаны – Bjork Shiley клапаны болды. Көлбеу диск клапандары, тербеліс клапандарының бір түрі, ePTFE матасымен қапталған металл сақинадан жасалады. Металл сақина екі металл тіреу арқылы дискіді ұстайды, ол жүрек соққанда қан ағып өтуіне мүмкіндік береді, содан кейін қан кері ағып кетпеуі үшін жабылады. Диск әдетте өте қатты көміртек материалдан (пиролиттік көміртек) жасалады, бұл клапанның жылдар бойы тозбай жұмыс істеуіне мүмкіндік береді.
Introduced in 1969, the first clinically available tilting disc valve was the Bjork Shiley valve. Tilting‑disc valves, a type of swing check valve, are made of a metal ring covered by an ePTFE fabric. The metal ring holds, by means of two metal supports, a disc that opens when the heart beats to let blood flow through, then closes again to prevent blood flowing backwards. The disc is usually made of an extremely hard carbon material (pyrolytic carbon), enabling the valve to function for years without wearing out.
Сырлы қақпақтар
1979 жылы енгізілген екі жапырақшалы клапандар екі жартылай шеңберлі жапырақшадан тұрады, олар клапан корпусына бекітілген тіректердің айналасында айналады. Торлы шарлы немесе иілмелі дискілі клапандарға қарағанда үлкен жарылысы бар, сондықтан оларда қан ұю қаупі аз. Дегенмен, олар қанның кері ағымына осал.
Introduced in 1979, bileaflet valves are made of two semicircular leaflets that revolve around struts attached to the valve housing. With a larger opening than caged ball or tilting disc valves, they carry a lower risk of blood clots. They are, however, vulnerable to blood backflow.
Механикалық клапандардың артықшылықтары
Биопротездік клапандарға қарағанда механикалық клапандардың басты артықшылығы олардың жоғары беріктігі болып табылады. Олар металлдан және/немесе пиролиттік көмірден жасалғандықтан, кавитация сынағы клапанның жобасын растау процесінің қажетті бөлігі болып табылады. Механикалық жүрек клапандарымен байланысты көптеген асқынуларды сұйық механикасы түсіндіре алады. Мысалы, қан ұюы клапанның конструкциясынан туындаған жоғары серпімелі кернеудің қосалқы салдары болып табылады. Инженерлік тұрғыдан алғанда, идеалды жүрек клапаны минималды қысым төмендетуді қамтамасыз етеді, кішкентай қайта ағым көлеміне ие болады, турбуленттікті азайтады, жоғары кернеудің таралуын шектейді және клапан маңында ағынның бөлінуін болдырмайды. Имплантацияланған механикалық клапандар организммен қабылдамау реакциясын тудыруы мүмкін. Қан ұйып, соңында гемостазға алып келуі мүмкін. Тромбозды болдырмау үшін антикоагулянттарды қабылдауды тоқтатуға болмайды.
The major advantage of mechanical valves over bioprosthetic valves is their greater durability. Made from metal and/or pyrolytic carbon, so cavitation testing is an essential part of the valve design verification process. Many of the complications associated with mechanical heart valves can be explained through fluid mechanics. For example, blood clot formation is a side effect of high shear stresses created by the design of the valves. From an engineering perspective, an ideal heart valve would produce minimal pressure drops, have small regurgitation volumes, minimize turbulence, reduce prevalence of high stresses, and not create flow separations in the vicinity of the valve. Implanted mechanical valves can cause foreign body rejection. The blood may coagulate and eventually result in a hemostasis. The usage of anticoagulation drugs will be interminable to prevent thrombosis.
Биопротездік тін клапандары
Биопротездік клапандар әдетте металл немесе полимерлік тірекке бекітілген жануарлар тінінен (гетеротрансплантация/ксенотрансплантация) жасалады. Тіндердің қабылдануын және кальцификациялануын болдырмау үшін оларға арнайы өңдеу жасалады. Кейде жануарлар тінінен жасалған клапандардың орнына адам донорынан алынған клапандар қолданылады, мысалы, аорталық гомотрансплантаттар және өкпелік автотрансплантаттар. Аорталық гомотрансплантация – бұл қайтыс болған адамнан немесе жүрек трансплантациясы кезінде алынған аорталық клапан. Осының салдарынан биопротездік клапан орнатқан адамдардың өмірінде аорталық клапанды қайта ауыстыру қажеттігі жоғарылайды. Соңғы жылдары ғалымдар биопротездік клапандардың беріктігін арттау мақсатында жаңа тінді сақтау технологиясын жасады. Қойлар мен қояндарда жүргізілген зерттеулерде осы технологиямен сақталған тіндерде кальцификация деңгейі салыстырмалы тіндерге қарағанда төмен болды. Бұл тінді қамтитын клапан қазір нарықта сатылуда, бірақ пациенттерде оның ұзақ мерзімді беріктігі туралы деректер әлі жинақталған жоқ. Қазіргі биопротездік клапандар ұзақ қызмет ете алмайды және уақыт өте келе кальцификацияланады. Клапан кальцификацияланғанда, оның жапырақшалары қатаңдап, қалыңдап, толық жабыла алмайды. Тін инженериясы клапандары адам жасушаларын тірекке отырғызуды қамтиды. Тірек – бұл жасушадан тыс матрица, ол жүрек клапанының дұрыс 3D құрылымын қалыптастыруға бағыттайды. Әртүрлі биоматериалдармен жұмыс істеудегі жоғары дәлдігі мен нақтылығы үшін 3D-басып шығару технологиясы қолданылады. Ғалымдар жүрек клапандарының құрылымын үлгі етіп алып, оған ұқсас нәрсе жасауға тырысады. Бірақ тін инженериясы арқылы жасалған клапандарда табиғи жасушалық база болмағандықтан, олар табиғи жүрек клапандары сияқты функцияларын толық орындай алмайды немесе имплантацияланғаннан кейін біртіндеп тозуы мүмкін. Идеалды тін инженериясы жүрек клапаны тромбогендік емес, биологиялық үйлесімді, берік, кальцификацияға төзімді, айналадағы жүрекпен бірге өсіп, физиологиялық гемодинамикалық профильге ие болуы керек. Осы мақсаттарға жету үшін тіректі мұқият таңдау қажет – үш негізгі кандидат бар: жасушасы алынған ЭКМ (ксенотрансплант немесе гомотрансплант), табиғи полимерлер және синтетикалық полимерлер. Тін клапандары адам немесе жануар тінінен жасалады. Адам тінінен жасалған клапандар – аллографтар немесе гомографтар – донорлардың жүрегінен алынады. Дегенмен, жүрек қақпақшаларының бірнеше патологиясы (мысалы, ревматикалық эндокардит) клиникалық маңызы бар қақпақшалық регургитацияға әкелуі мүмкін. Жүрек клапандарының протездерінің қажетті қасиеттерінің бірі – жүректің барлық физиологиялық функцияларында регургитацияның минималды болуы. Минималды трансваленбулярлық қысым градиенті – сұйықтық клапан сияқты кедергі арқылы ағарда, кедергіде қысым градиенті пайда болады. Бұл қысым градиенті кедергі арқылы ағысқа қарсылықтың артуының нәтижесі. Табиғи жүрек клапандарының трансваленбулярлық қысым градиенті төмен, өйткені олар ағысқа аз кедергі келтіреді, әдетте 16 мм рт.ст. төмен. Жүрек клапандарының протездерінің қажетті қасиеттерінің бірі – олардың трансваленбулярлық қысым градиентінің мүмкіндігінше кіші болуы. Тромбогендік емес – табиғи жүрек клапандары жүрек камераларын жабатын эндотелийге ұқсас эндотелиймен қапталған, сондықтан олар әдетте тромбогендік емес (яғни қанның ұюына себеп болмайды). Қанның ұюы қауіпті болуы мүмкін, өйткені ол төменгі ағымдағы артерияларда (мысалы, жүрек соғысына [миокард инфарктісіне] әкелетін коронарлық артериялар немесе инсультқа әкелетін ми артериялары) біте қалуы мүмкін. Жасанды жүрек клапандарының қажетті қасиеттерінің бірі – олардың тромбогендік әсерінің аз немесе мүлдем болмауы. Өзін-өзі жөндеу – клапан жапырақшалары дәнекер тініндегі регенеративті жасушалардың (мысалы, фибробластардың) арқасында жөнделу қабілетін сақтайды. Адам жүрегі өмір бойы 3,4×109 рет соққандықтан, бұл шектеулі, бірақ бәрібір маңызды жөндеу қабілеті аса маңызды. Қазіргі уақытта жүрек клапандарының протездері өзін-өзі жөндеуге қабілетті емес, бірақ тін инженериясы клапандары болашақта осындай мүмкіндіктерді ұсынуы мүмкін. Зерттеушілер жасанды жүрек клапандарын қайта жасауды және жылдам жөндеуді қамтамасыз ететін алмастырылатын жасанды жүрек клапандарын зерттейді.
Bioprosthetic valves are usually made from animal tissue (heterograft/xenograft) attached to a metal or polymer support. The tissue is treated to prevent rejection and calcification. Alternatives to animal tissue valves are sometimes used, where valves are used from human donors, as in aortic homografts and pulmonary autografts. An aortic homograft is an aortic valve from a human donor, retrieved either after their death or from a heart that is removed to be replaced during a heart transplant. This means that people with bioprosthetic valves have a higher incidence of requiring another aortic valve replacement in their lifetime. In recent years, scientists have developed a new tissue preservation technology, with the aim of improving the durability of bioprosthetic valves. In sheep and rabbit studies, tissue preserved using this new technology had less calcification than control tissue. A valve containing this tissue is now marketed, but long term durability data in patients are not yet available. Current bioprosthetic valves lack longevity, and will calcify over time. When a valve calcifies, the valve cusps become stiff and thick and cannot close completely. These tissue‑engineered valves involve seeding human cells on to a scaffold. The scaffold acts as an extracellular matrix, guiding tissue growth into the correct 3D structure of the heart valve. 3D printing is used because of its high accuracy and precision of dealing with different biomaterials. Scientists can follow the structure of heart valves to produce something that looks similar to them, but since tissue engineered valves lack the natural cellular basis, they either fail to perform their functions like natural heart valves, or function when they are implanted but gradually degrade over time. An ideal tissue engineered heart valve would be non‐thrombogenic, biocompatible, durable, resistant to calcification, grow with the surrounding heart, and exhibit a physiological hemodynamic profile. To achieve these goals, the scaffold should be carefully chosen—there are three main candidates: decellularized ECM (xenografts or homografts), natural polymers, and synthetic polymers. Tissue valves are made up of human or animal tissue. The valves composed of human tissue, known as allografts or homografts, are from donors' human hearts. However, several heart valve pathologies (e. g. rheumatic endocarditis) may lead to clinically significant valvular regurgitation. A desirable characteristic of heart valve prostheses is that regurgitation is minimal over the full range of physiological heart function. Minimal transvalvular pressure gradient – Whenever a fluid flows through a restriction, such as a valve, a pressure gradient arises over the restriction. This pressure gradient is a result of the increased resistance to flow through the restriction. Natural heart valves have a low transvalvular pressure gradient as they present little obstruction to the flow through themselves, normally less than 16 mmHg. A desirable characteristic of heart valve prostheses is that their transvalvular pressure gradient is as small as possible. Non thrombogenic – Natural heart valves are lined with an endothelium comparable with the endothelium lining the heart chambers, so they are not normally thrombogenic (i. e. they don't cause blood clots). Blood clots can be hazardous because they can lodge in, and block, downstream arteries (e. g. coronary arteries, leading to heart attack [myocardial infarction]; or cerebral arteries, leading to stroke). A desirable characteristic of artificial heart valves is that they are non or minimally thrombogenic. Self repairing – Valve leaflets retain some capacity for repair thanks to regenerative cells (e. g. fibroblasts) in the connective tissue from which the leaflets are composed. As the human heart beats approximately 3.4×109 times during a typical human lifespan, this limited but nevertheless present repair capacity is critically important. No heart valve prostheses can currently self repair, but tissue engineered valves may eventually offer such capabilities. Researchers are investigating Interchangeable Prosthetic Heart Valve that allows redo and fast track repair of an artificial heart valve.