Искусственные клапаны сердца были одним из первых продуктов медицинской инженерии. Впервые хирургическое вмешательство на сердечном клапане выполнил в 1913 году Южен Дойе (Eugene Doyen). Но началом клапанной кардиохирургии считается 1957 год, когда из тефлона и нейлона был создан первый механический клапан сердца. Рассказываем о том, какие они были и насколько сильно изменились за более чем 60 лет.
Короткая история о том, как работают сердечные клапаны
До конца XIX века сердце считалось органом, недоступным для хирургических вмешательств. Такому представлению способствовали многочисленные эксперименты на животных и клинические наблюдения, в результате которых возникло выражение «смертельная зона сердца».
Сегодня заболевания сердечно-сосудистой системы являются основной причиной смерти во всем мире. По данным ВОЗ в 2016 году в 31% случаев смерть наступила в результате сердечно-сосудистых заболеваний. В общей сложности потери, связанные с болезнями сердца и кровеносной системы, только в тот год составили почти 18 миллионов человек.
Патологии клапанов сердца входят в список основных заболеваний сосудов, приводящих к преждевременной смерти. Если сердце - главный двигатель человеческого организма, то четыре клапана, перекачивая венозную и артериальную кровь внутри него, обеспечивают правильную работу главного механизма человека. Направляя кровоток в одну сторону и запрещая ему возвращаться обратно в сердце клапан со временем может изнашиваться (хотя и не должен.)
Со второй половины 1950-х годов было проведено несколько сотен тысяч операций по замене сердечного клапана искусственным аналогом. За это время мировое сообщество выделило ряд критериев, которым должен отвечать современный протез клапана.
Надёжность и долговечность протеза.
Гемодинамические свойства протеза должны быть близки к естественным, то есть кровь должна проходить сквозь клапан и удерживаться им.
Протез должен обладать минимальным объёмом и массой, не травмировать находящиеся рядом ткани и быть биоинертным, не отторгаясь организмом.
Протез должен быть удобен для хирурга при имплантации при любых анатомических условиях.
Протезирование должно исключать опасность развития тромбов без использования антикоагулянтной терапии, разжижающей кровь.
Размеры и форма протеза не должны ухудшать механику работы сердца.
А теперь переходим к самим клапанам и биотехнологиям, которые за ними стоят.
Все существующие протезы клапанов сердца принято делить на две группы по типу используемого материала: механические и биологические клапаны. Самыми первыми появились причудливые механические протезы, про них и пойдет речь. Если тема окажется интересной, мы позже напишем и про биологические протезы, там много интересного!
Шаровой протез:
Наиболее старым среди механических протезов можно назвать сердечные клапаны на основе шарового механизма. Запирающим элементом клапанов данного типа служит шарик, сделанный из биоинертных материалов: пластмассы или металла. Шар заключен в своеобразную «клетку», которая определяет объем его движений. В открытом положении клапана шар удерживается клеткой протеза для обеспечения беспрепятственного кровотока. А при закрытии клапана шар либо плотно прилегает к кольцу протеза. Однако такая система не совершенна, и конструкция данного импланта чаще других вызывает образование тромбов и гемолиз (разрушение эритроцитов в крови.)
Двустворчатый клапанный протез:
На сегодняшний день при имплантации механического клапанного протеза предпочтение отдают именно двустворчатому клапанному протезу. В таких клапанах имеются две полукруглые створки одинакового размера, которые удерживаются на уровне середины клапана с помощью шарниров. Кровь через такой клапан течет равномерно и по центру, но для захлопывания створок требуется энергия обратного тока крови. И даже в закрытом положении кровь просачивается между створками, корпусом и шарниром клапана.
Поворотно-дисковый протез клапана сердца:
Протез такого типа состоит из округлого диска, который поворачивается вокруг своей оси и удерживается на месте хомутом. Угол открытия диска колеблется от 55° до 70°, и чем меньше угол, тем больше зона застоя крови, образующаяся за диском, а это уже повышает риск тромбообразования. А еще во многих моделях в закрытом положениях диска тоже есть обратный кровоток.
А что дальше?
Так работает искусственный клапан сердца, созданный инженерами Biomap. Мы в компании не только производим анатомические модели для сосудистых и кардио- хирургов, но и придумываем новые решения для повышения реалистичности симуляции. О том, как и для чего нужны силиконовые симуляторы сосудистой системы, мы рассказывали в прошлом посте.
Чтобы точно воспроизводить кровоток внутри искусственных сосудов, мы придумали собственный трехстворчатый клапан для внедрения в сердце. В отличие от механических протезов разработка Biomap повторяет оригинальную анатомию сердечного клапана человека. Он широко открывается, пропуская жидкость равномерным потоком, и плотно закрывается, сдерживая обратный кровоток. Установка такого клапана в симулятор сосудистого русла позволяет медицинским специалистам тренироваться перед операцией или проводить исследования, составлять план лечения в сложных случаях.
А еще мы хотим доработать этот клапан, чтобы потом его можно было трансплантировать человеку. Только тсс...
Спасибо всем пикабушникам, которые дочитали до конца. Если кому-то интересно узнать про создание таких моделей кровеносной системы, милости просим в наш Telegram-канал. Там мы с командой рассказываем, как живет наше производство и что нового мы придумали.
PS Делать второй пост о биологических протезах клапана сердца? Пишите в комментариях свои пожелания, мы всегда рады общению!