Осложнения у больных с искусственными клапанами сердца

Первые искусственные клапаны — клапаны лепесткового типа, лепестки которых имели форму, идентичную полулунным створкам аортального клапана. Лепестковые искусственные клапаны крепились, как естественные клапаны, к стенкам полостей сердца и подразделялись по количеству лепестков на одно-, двух-, трех- и четырехлепестковые клапаны. В 1958 г. впервые в мире американским хирургом C.W. Lillehei выполнено протезирование аортального клапана — однолепестковый клапан из искусственного материала силастика. В последующие годы разработаны двухлепестковые клапаны. Для их производства использовали полиуретан, однако через несколько месяцев работы он становился жестким, малоподвижным и покрывался фибрином. Это приводило к разрыву или отрыву лепестков. Выявленные в ходе эксплуатации дефекты привели к отказу от использования таких моделей в практике.

Следующий этап в разработке лепестковых искусственных клапанов — создание трехлепестковых клапанов, приоритет в разработке которых принадлежит С.А. Hufnagel. Впервые трехлепестковый клапан, изготовленный из дакрона и пропитанный силастиком, использован в 1961 г. при замене аортального клапана. Использование нового материала для производства лепестков существенно улучшило механические характеристики клапана и, что самое главное, уменьшило тромбообразование на его поверхности.

Все лепестковые клапаны имели маленькую расчетную продолжительность эксплуатации — до 6 лет. Конструкционные особенности приводили к выраженным нагрузкам на концевые зоны лепестков, что вызывало их разрушение. Работающий клапан приводил к значительному разрушению форменных элементов крови и образованию тромбо-тических масс на своих поверхностях. Эти причины привели к отказу от дальнейшего использования этого типа искусственных клапанов в клинике уже в середине 60-х годов XX в.

Параллельно с лепестковыми клапанами разрабатывали искусственные клапаны (ИК) ментального типа.

Существует 3 типа вентильных искусственных клапанов:

• ИК с поступательным движением запирающего элемента (шаровые клапаны);
• ИК поворотно-дисковые;
• ИК двухстворчатые.

Широкий спектр вентильных ИК объединяет наличие двух элементов: запирающего элемента и механизма, ограничивающего его движение (ограничивающие стойки). Запирающий элемент движется пассивно по градиенту давления. Под влиянием разности давления в полостях сердца шар или отходит от отверстия, или его закрывает. Шаровые запирающие элементы были наиболее распространены в 60-х годах XX в. История создания шаровых ИК началась в 1946 г., когда С А Hufnagel начал их разработку. В 1952 г. произведена первая имплантация шарового искусственного клапана. Первая модель шарового ИК гарантировала только 70% снижения объема регургитации, что, бесспорно, улучшало состояние больного, но радикально улучшение его состояния не наступало. Первые шаровые искусственные клапаны устанавливали в аортальной позиции. Первые шары выполняли из силикона, который в ходе эксплуатации пропитывался липидами крови и становился хрупким, разрушался. Наиболее успешная модель шарового искусственного клапана- модель, разработанная A. Star и

Edwafds для митральной и аортальной позиции. В моделе использованы шары, подвергшиеся вулканизации, которая повышала их прочность В последующие годы конструкция принципиально не менялась, хотя для производства шара использованы разные материалы, в том числе и титан.

В СССР созданы аналогичные модели. В 1963 г. разработан искусственный клапан с шаровым запирающим элементом - МК4-01. В последующем изменена форма клапана (полушаровой, чечевицеобразный, каплевидный) но из-за своих технических характеристик они сняты с производства Самая успешная модель - МК4-25. В 1965 г. разработана модель для аортальной позиции АК4-02, в которой удалось минимизировать вихревые потоки

Изучение динамики струи крови, обтекающей шар, показало что струя крови порождает вихри, которые разрушают форменные элементы крови и приводят к тромбообразованию на поверхности шара и у мест крепления стоек. Однако все шаровые искусственные клапаны отличает высокая механическая надежность и долговечность. Вклинение шара в стойки или его разрушение - крайне реже осложнения. С другой стороны, отсутствие центральной струи крови (кровь обтекает шар) и образование в связи с этим турбулентных потоке» привело к созданию принципиально новой модели ИК — дисковый ИК. Первый дисковый ИК был разработан D.E. Hasken и состоял из силиконового диска. Однако эта форма искусственного клапана не обеспечивала адекватную гемодинамику и вызывала значительный гемолиз.

Следующий исторический этап — создание поворотно-дисковых ИК, создатель первой модели которого — А.В. Cruz. В 1963 г. он предложил принципиально новую модель ИК, в которой диск поворачивался относительно корпуса протеза. Основная проблема, с которой столкнулись хирурги, — проблема стабильности свойств диска. Оказалось, что нагрузки распределены неравномерно по поверхности диска. Это приводило к перегрузкам его краевых частей и способствовало его износу. Кроме этого, из-за того что диск открывался на 60-80°, позади его формировалась зона застоя крови, который способствовал тромбообразованию и тромбоэмболии. Среди поворотно-дисковых ИК лучшие характеристики были достигнуты в модели Lillehei-Kaster. В ней угол открытия диска увеличен до 80°, а сам клапан изготовлен из пиролитического углерода. Это минимизировало риск тромбообразования и изнашиваемость диска из-за неравномерности распределения нагрузок.

В СССР разработан и выпущен ИК такой модели — ЛИКС-2. Его имплантировали в митральную и аортальную позиции. Угол открытия — 70°.

Создание поворотно-дискового искусственного клапана позволило существенно уменьшить размеры клапана и гарантировать высокую надежность его работы. С другой стороны, при открытии клапана возникает 2 отверстия для тока крови, существенно различающихся по своей площади. В малом по площади отверстии легко формируются вихревые потоки, а позади клапана — зона застоя крови, что в итоге приводит к образованию тромбов и их эмболии. Тромб может привести к заклиниванию диска, что влечет за собой быстро прогрессирующие нарушения гемодинамики. Фактор, влияющий на функциональное состояние клапана, — тахикардия, при которой угол открытия створки существенно меньше 80°, что образует относительный стеноз. Таким образом, в этой модели ИК не решена главная проблема — создание минимального сопротивления кровотоку.

Для решения этой проблемы разработаны двухстворчатые клапаны. Эта модель ИК преобладает на современном этапе использования искусственного клапана. Первая модель двухстворчатого клапана, выполненная из пиролитического углерода, имела две оси, позволяющие двум полулунным створкам открываться, создавая три проходных отверстия: центральное между створками и два боковых между створкой и корпусом клапана. Такое открытие створок исключает застой крови позади створок, создает централизованный поток крови и приводит к значимому снижению риска тромбообразования. Эта модель ИК названа по инициативе авторов St. Jude Medical в честь святого Иуды Тадеуша.

Угол открытия створок близок к прямому — 85°, угол между створками— 10°. Модель двухстворчатого клапана разработана для митральной, аортальной и трикуспидальной позиции и стала «золотым стандартом» механических И К.

В последующие годы модель улучшали:

• достигли открытия створок на 90° (что привело к абсолютной централизации кровотока и исключению вихревых токов крови);
• видоизменили покрытие створок, минимизировав тромбообразование.

В РФ в 1990 г. разработан и начат выпуск отечественного двухстворчатого клапана — «Карбоникс-1», в 1993-1998 гг. — двухстворчатый клапан из пиролитического углерода «Мединж», «Мединж-2», с 2000 г. — модель двухстворчатого клапана «Раскардикс».

Таким образом, двухстворчатая модель искусственных клапанов исключает феномен «малого отверстия», ответственного за тромбообразование, и обеспечивает максимальную централизацию кровотока.

Наличие двух створок исключает катастрофические последствия для гемодинамики при заклинивании одной из створок. Их пространственное расположение исключает феномен относительного стенозирования при тахикардии, которое характерно для поворотно-дисковых моделей.

Все модели искусственных клапанов требуют пожизненного приема антикоагулянтов. Расчет дозы антикоагулянтов и контроль состояния свертывающей системы — важнейшие составляющие ведения больного с имплантированным искусственным клапаном. Высокая тромбогенность искусственного механического клапана привлекла интерес исследователей к биологическим протезам клапанов, обладающим существенно более низкой тромбогенностью. При установке биоклапана в аортальной или митральной позиции в неосложненных ситуациях прием антикоагулянтов рекомендован в течение 3 мес.

Искусственные биоклапаны (ИБК) активно разрабатываются с 50-60-х годов XX в. В качестве материала для ИБК используют клапаны свиньи, бычий перикард и клапаны человека. Структурно ИБК разделяют на каркасные и бескаркасные. Забор биологической ткани другого биологического вида поставил на повестку дня проблему стабилизации биологической ткани, и в первую очередь стабилизации коллагеновых структур ткани створок, которые придают им прочность, износостойкость, особенно в местах фиксации створок.

Для стабилизации ткани створок разработаны способы консервации ткани обработкой формальдегидом, а затем глутаральдегидом. При обработке этими консервантами возникают прочные межмолекулярные связи в коллагеновых волокнах, что делает ткань прочной. Однако через короткий срок эксплуатации такого биопротеза начинается значительная кальцификация. Структура коллагеновых образований в обработанных глутаром тканях идентична костным структурам. Процесс кальцификации запускают новые химические структуры, возникающие в биологических тканях при их обработке глутаром — глутар-коллагеновые образования, играющие роль центра кристаллизации кальция. Кальцинаты в створках резко ухудшают их свойства, повышают ломкость и жесткость. Образование кальцинатов зависит от возраста больного, оно более выражено в молодом и среднем возрасте и требует медикаментозного вмешательства в процесс кальцификации ткани для его замедления. Во многом процесс кальцификации ткани удается уменьшить, используя в качестве раствора для обработки не глутар, а эпоксидные смолы. Это позволяет во многом сохранить естественные свойства биологической ткани и исключает формирование центров кристаллизации. В последнее десятилетие при производстве биологических искусственных клапанов стали использовать технологию обработки материала под давлением, что позволяет минимизировать процесс сморщивания створок, так как при этом не происходит гофрирования волокон коллагена. Обработка биопротеза глутаральдегидом или эпоксидными смолами гарантирует антибактериальное состояние хранящегося трансплантата в течение 1 года. В последние годы ксенопротезы (т.е. взятые от животных) хранятся в диоксидине. Даже беглый анализ обработки трансплантируемого биоклапана показывает, что поиск оптимальной технологии подготовки биоткани остается актуальной задачей.

Все клапанные биопротезы делят на каркасные (биоклапан фиксирован на опорном каркасе) и бескаркасные.

Первый каркасный биопротез создан в 1967 г. A. Geha. Биоткань крепили к жесткому опорному каркасу, который приводил к повышенным нагрузкам на створки и их недолговечности. На смену жестким каркасам пришли гибкие из полипропилена. Первый клапан такого типа разработан W.D. Hancock в 1969 г., однако и в этом случае створки подвергались кальцификации. что требовало их специфической обработки для ее уменьшения.

В СССР были разработаны модели: «Бионикс-2», состоявшая из металлического каркаса и трехстворчатого запирательного элемента из перикарда телят или свиней, и «Биоглис», где использована глиссонова капсула печен

Максимальное упрощение каркаса достигнуто в модели Carpentier-Edwards, где он выполнен из проволоки. Такой каркас уменьшает сопротивление кровотоку и минимально перекрывает выносной тракт. Существенно улучшить гемодинамические показатели на ксенобиопро-тезах удалось, используя бычий перикард (в сопоставлении со свиными биопротезами). Такую модель Ionescy-Shiley стали применять с 1976 г.

Все каркасные биопротезы, к сожалению, имеют ограниченный срок эксплуатации из-за быстро прогрессирующей кальцификации. Кроме этого, для них характерно высокое сопротивление току крови и высокий градиент давления. В бескаркасных биопротезах (в основном цельный корень аорты свиньи) удалось добиться существенного снижения градиента давления и максимального отверстия для потока крови. Для бескаркасных биопротезов характерен минимальный риск тромбообра-зования. Бескаркасная модель «БиоЛАБ», разработанная в РФ, использует цельный корень аорты свиньи.

За всю историю создания биотрансплантатов в качестве материала использовали и перикард, и фасцию бедра больного. Однако при всей заманчивости эта идея оказалась бесплодной, так как эти ткани очень быстро подвергаются склерозированию и становятся непригодными. Другая идея — использовать аллографты (клапаны, взятые от другого человека) — оказалась очень успешной. Трансплантация материала, взятого в течение 24 ч после смерти, прошедшего контроль на совместимость по АВО-системе, гарантирует максимально возможный (близкий к физиологическому) кровоток, низкий риск тромбообразования и медленное развитие дисфункции. В течение 10 лет дисфункция развивается в 5% случаев.

При имплантации биопротезов клапанов следует учитывать их особенности.

• Все гетерографты (клапаны, взятые от животных) уменьшают площадь отверстия для струи крови (в митральной позиции — 1,4-2,5 см², в аортальной — 0,9-1,8 см²). Такое уменьшение площади приводит к четко определяемому систолическому шуму на аортальном клапане и тону открытия (в ряде случаев) на митральном клапане.
• Створки гетегюграфтов имеют другую ультразвуковую характеристику, выглядят толще и ригиднее створок человека.
• Ультразвуковая характеристика гомографта (клапан, взятый от человека) зависит от возраста донора. Чем старше донор, тем ригиднее створки и тем чаше их повреждение. Так, возраст донора старше 50 лет увеличивает вероятность повреждения створки биопротеза в 5 раз в течение 10 лет его эксплуатации. Изначально измененные створки приводят к патологическим шумам, интерпретация которых трудна (дифференциальная диагностика с ИЭ) и невозможна без ЭхоКГ.
• Сопоставление внутрибольничной летальности и частоты осложнений между группами больных с механическим искусственным клапаном и биопротезом показало близкие результаты. Проведены два крупных исследования отдаленных результатов имплантации искусственного механического или биоклапана в исследовании Veterans Affairs Cooperative Study (1993) у 575 больных, которые рандомизированы в 2 группы.

В 1-й группе имплантирован механический поворотно-дисковый клапан (угол открытия до 60°), во 2-й группе — биоклапан (каркасный тип Hancock). Через 11 лет наблюдения четко отмечено меньшее число летальных исходов в группе больных с механическим ИК. Системные эмболии возникли, соответственно, у 17 и 15% больных, эндокардит — у 8 и 11 % больных, а тромбоз клапана — у 2 и 1 % больных. Принципиальное различие между группами наблюдали по показателю целостности клапана: в 1 -й группе нарушения отсутствовали, в группе больных с биопротезом — 21% нарушений. Повторные операции по замене клапана выполнены у 26% больных с биоклапанами и у 11% больных с механическими клапанами. Основная причина — регургитация в обход клапана и тромбоз клапана. Частота геморрагических осложнений в 1,7 раза больше в группе с механическим искусственными клапанами (42% против 25%). Близкие по значению результаты получены в исследовании Edinburq Heart Valve Trial.

Анализ изменений биостворок и их деструкции в 2 исследованиях показал, что процесс хорошо виден, начиная с 5-го года после имплантации клапана, и в 2,5 раза чаще возникает в митральной, чем в аортальной позиции.

Возраст пациента влияет на выбор типа искусственного клапана. В детском, подростковом и молодом возрасте предпочтение отдают механическим клапанам, так как в этом возрасте из-за выраженного метаболизма кальция кальцификация биоклапана наступает быстро. Если возраст в момент имплантации <40 лет, выраженный кальциноз и диструкция биоклапана развиваются в течение 12 лет у 20 % пациентов. Если возраст >70 лет — только у 5%.

Имплантация биоклапана показана больным с противопоказаниями к длительному (пожизненному) антикоагулянтному лечению, больным, страдающим алкоголизмом, антисоциальным, и во всех случаях, когда мониторинг noKi зателей свертывающей системы крови невозможен

Имплантация механического искусственного клапана показана больным с постоянной формой мерцательной аритмии, требующей пожизненного приема антикоагулянтов, и больным, страдающим заболеваниями с гиперкальциемией (ХПН, патология паращитовидных желез).

Беременность у женщин с имплантированными искусственными клапанами налагает на врача особую ответственность, необходимо коллегиальное ее ведение. Механические искусственные клапана требуют постоянного приема внутрь антикоагулянтов, что может вызвать геморрагии, в том числе у плода, и эмбриопатии. Учитывая это, биопротезы более предпочтительны, так как не требуют приема внутрь антикоагулянтов, однако у каждой 5-й женщины (18-20%) в период беременности нарушается целостность биопротеза. После родов следует ожидать укорочения расчетного срока эксплуатации биопротеза из-за его деструкции (ЭхоКГ и аускультативный мониторинг обязательны!).

При митральной регургитации из-за снижения сосудистого периферического сопротивления ведение беременной только медикаментозное. При сочетании беременности и критического стеноза митрального клапана баллонная дилатация - метод выбора. При критическом аортальном стенозе метод выбора - имплантация аллографта.