ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ePTFE В КАЧЕСТВЕ МАТЕРИАЛА ДЛЯ СТВОРЧАТОГО АППАРАТА ПРОТЕЗА КЛАПАНА СЕРДЦА

Актуальность Работа посвящена оценке возможности применения полимерного материала ePTFE в качестве основного компонента для изготовления протезов клапанов сердца. Современные полимерные материалы могут являться перспективными для замены биологических элементов, входящих в состав медицинских изделий для сердечно-сосудистой хирургии. Их высокая биосовместимость и упруго-деформативные характеристики удовлетворяют требованиям длительной эксплуатации в условиях контакта с кровью в организме пациента. Тем не менее, необходимо проведение серии специфических тестов, определяющих возможности и особенности их применения. Цель Обоснование возможности создания гибкого полимерного створчатого аппарата протеза клапана сердца с позиции механики твердого тела. Материалы и методы Оценку свойств полимера (Gore & Associates Inc., США) осуществляли в условиях одноосного растяжения образца в двух взаимно перпендикулярных направлениях для определения степени анизотропии материала. В качестве объекта сравнения выступал ксеноперикардиальный лоскут (ЗАО «НеоКор», Россия), используемый в производственной практике при изготовлении створчатого аппарата биопротезов клапанов сердца. Создание пространственной модели исследуемого объекта осуществляли в САПР SolidWorks 2016 (Dassault Systemes, США). Численное моделирование работы створок осуществляли методом конечных элементов с использованием ортотропной модели материала в среде инженерного анализа Abaqus/CAE (Dassault Systemes, США). Результаты Показано значимое различие физико-механических свойств исследуемых материалов: напряжение при растяжении ePTFE в продольном и поперечном направлениях отличалось от ксеноперикарда в 1,9 и 7,5 раз, соответственно (р<0,05). Относительное удлинение до разрыва ePTFE в продольном и поперечном направлениях было больше данного показателя для ксеноперикарда в 2,39 и 1,9 раза, соответственно. Численное моделирование продемонстрировало незначительное качественное различие в открытии створок при приложении давления, эквивалентного нормальному физиологическому и гипотоническому. Дополнительно, были определены зоны повышенного напряжения в комиссуральных стойках, являющиеся, потенциально, критической зоной с позиции циклоклостойкости, требующей дополнительного исследования in vitro. Заключение Применение полимерного материала ePTFE в качестве гибкого створчатого>< 0,05). Относительное удлинение до разрыва ePTFE в продольном и поперечном направлениях было больше данного показателя для ксеноперикарда в 2,39 и 1,9 раза, соответственно. Численное моделирование продемонстрировало незначительное качественное различие в открытии створок при приложении давления, эквивалентного нормальному физиологическому и гипотоническому. Дополнительно, были определены зоны повышенного напряжения в комиссуральных стойках, являющиеся, потенциально, критической зоной с позиции циклоклостойкости, требующей дополнительного исследования in vitro. Заключение Применение полимерного материала ePTFE в качестве гибкого створчатого аппарата протеза клапана сердца является перспективным с позиции оценки его механических свойств. Материал демонстрирует схожие характеристики при оценке основной – запирательной – функции створчатого аппарата в сравнении с ксеноперикардом, применяемым в текущей производственной практике. Полимер ePTFE более устойчив к разрыву, что предполагает его большую усталостную прочность, однако требует дальнейшего изучения расширенными методами.

1. Chambers J. Prosthetic heart valves. Int J Clin Pract. 2014; 68(10):1227-1230. doi: 10.1111/ijcp.12309.

2. Manji RA, Ekser B, Menkis AH, Cooper DKC. Bioprosthetic heart valves of the future. Xenotransplantation. 2014;21(1):1-10. doi:10.1111/xen.12080.

3. Singhal P, Adriana L, Butany J. Bioprosthetic Heart Valves: Impact of Implantation on Biomaterials. ISRN Biomaterials. 2013; doi:10.5402/2013/728791

4. Cheung DY, Duan B, Butcher JT. Current progress in tissue engineering of heart valves: multiscale problems, multiscale solutions. Expert Opin Biol Ther. 2015;15(8):1155-72. doi: 10.1517/14712598.2015.1051527

5. Maitz M.F., Applications of synthetic polymers in clinical medicine. Biosurface and Biotribology. 2015; (1) 161–176

6. Ito T., Maekawa A., Yamana K., Yoshizumi T., Sunada M. Use of an Expanded Polytetrafluoroethylene Patch as an Artificial Leaflet in Mitral Valve Plasty: An Early Experience. Ann Thorac Surg. 2010; 89: 1620–4.

7. Ando M, Takahashi Y. Ten-year experience with handmade trileaflet polytetrafluoroethylene valved conduit used for pulmonary reconstruction. J Thorac Cardiovasc Surg. 2009; 137: 124-131. doi: 10.1016/j.jtcvs.2008.08.060.

8. Lee C, Lee CH, Kwak JG. Polytetrafluoroethylene bicuspid pulmonary valve replacement: A 5-year experience in 119 patients with congenital heart disease. Ann Thorac Surg. 2016; 102(1): 163-169. doi: 10.1016/j.athoracsur.2016.01.056.

9. Quintessenza JA, Jacobs JP, Chai PJ, Morell VO, Lindberg H. Polytetrafluoroethylene bicuspid pulmonary valve implantation: experience with 126 patients. World J Pediatr Congenit Heart Surg. 2010; 1(1): 20-27. PMID: 23804719. doi: 10.1177/2150135110361509.

10. Базылев ВВ, Воеводин АБ, Раджабов ДА, Россейкин ЕВ. Первый опыт трансапикальной имплантации протеза аортального клапана «МедИнж». Бюллетень НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН Сердечно-сосудистые заболевания. 2016; 17(6): 141.

11. Кудрявцева Ю.А., Насонова М.В., Бураго А.Ю., Акентьева Т.Н., Журавлева И.Ю. Использование нефракционного гепарина с целью предупреждения кальцификации биоматериала. Сибирский медицинский журнал (г. Томск). 2010; 25(2-1): 181-182.

12. Turmanova S, Minchev M, Vassilev K, Danev G. Surface grafting polymerization of vinyl monomers on poly (tetrafluoroethylene) films by plasma treatment. Journal of Polymer Research. 2008; 15(4): 309–318. doi: 10.1007/s10965-007- 9172-0.

13. Gupta B, Plummera C, Bisson I, Frey P, Hilborn J. Plasma-induced graft polymerization of acrylic acid onto poly(ethylene terephthalate) films: characterization and human smoothmuscle cell growthon grafted films. Biomaterials. 2002; 23: 863–871. doi: 10.1016/S0142- 9612(01)00195-8.

14. Nosal M, Poruban R, Valentík P, Sagat M, Nagi AS, Kantorova A. Initial experience with polytetrafluoroethylene leaflet extensions for aortic valve repair. European Journal of Cardio- Thoracic Surgery. 2012; 41: 1255–1258. doi: 10.1093/ ejcts/ezr214.

15. Braunwald NS, Morrow AG. A late evaluation of flexible teflon prostheses utilized for total aortic valve replacement. Postoperative clinical, hemodynamic, and pathological assessments. J Thorac Cardiovasc Surg. 1965; 49: 485-96.

16. Барбараш Л.С., Одаренко Ю.Н., Кокорин С.Г., Нохрин А.В., Рутковская Н.В., Борисов В.В., Журавлева И.Ю. Отдаленные результаты применения обработанных эпоксисоединением ксенобиопротезов в хирургии атриовентрикулярных пороков у лиц молодого возраста. Кардиология и сердечно-сосудистая хирургия. 2012; (5)2: 77-8.

17. Насонова М.В., Глушкова Т.В., Борисов В.В., Великанова Е.А., Бураго А.Ю., Кудрявцева Ю.А. Биосовместимость и структурные особенности матриц на основе биодеградируемых полимеров. Клеточные технологии в биологии и медицине. 2015; 3: 160-166.

18. Rajagopal R. Kowligi R.R., Howard H. Taylor H.H., Stacy A. Wollner S.A., Physical Properties and Testing Methods for PTFE Cardiovascular Patches. Journal of Biomaterials Applications 1993; 7(4):353-61 https://doi. org/10.1177/088532829300700403

19. Овчаренко Е.А., Клышников К.Ю., Глушкова Т.В., Нуштаев Д.В., Кудрявцева Ю.А., Саврасов Г.В. Выбор ксеноперикардиального лоскута для створчатого аппарата транскатетерных биопротезов клапанов сердца. Медицинская техника. 2015; 5: 1-4.

20. Halevi R, Hamdan A, Marom G, Mega M, Raanani E, Haj-Ali R. Progressive aortic valve calcification: three-dimensional visualization and biomechanical analysis. J Biomech. 2015 Feb 5;48(3):489-97. doi: 10.1016/j.jbiomech.2014.12.004.