Umetna srčna zaklopka je enosmerna zaklopka, ki jo vstavijo v srce bolnika, da bi nadomestili nepravilno delujočo srčno zaklopko (pri bolezni srčnih zaklopk).
Človeško srce vsebuje štiri zaklopke: trikuspidalno (trilistno), pulmonalno, mitralno in aortno zaklopko. Njihov glavni namen je, da usmerjajo kri skozi srce in iz srca v glavne krvne žile (pulmonalni trunkus in aorto). Delovanje srčnih zaklopk je lahko moteno iz različnih vzrokov, ki ovirajo pretok krvi skozi zaklopko (stenoza) ali zaradi katerih se kri vrača skozi zaklopko (regurgitacija). Oba procesa obremenjujeta srce in lahko povzročita resne težave, vključno s srčnim popuščanjem.
Umetne srčne zaklopke lahko na splošno razdelimo v tri skupine: mehanska srčna zaklopka, biološka (tkivna) srčna zaklopka in srčna zaklopka iz vzgojenega tkiva.
Čeprav je nekatere disfunkcionalne zaklopke mogoče zdraviti z zdravili ali jih popraviti, je treba druge nadomestiti z umetnimi zaklopkami. Glavna težava umetnih zaklopk je danes regurgitacija, ki jo povzroča okvara oblike, za kirurško popravilo deformiranih zaklopk pa je večinoma potrebna podpora v prekatu.
Vrste umetnih srčnih zaklopk Tri glavne vrste umetnih srčnih zaklopk so mehanska zaklopka, biološka (bioprotetična/tkivna) zaklopka in zaklopka iz vzgojenega tkiva. V ZDA, Veliki Britaniji in Evropski uniji je najpogostejša vrsta umetne srčne zaklopke biološka zaklopka. Mehanske zaklopke se pogosteje uporabljajo v Aziji in Latinski Ameriki. Podjetja, ki proizvajajo srčne zaklopke, so Edwards Lifesciences, Medtronic, Abbott (St. Jude Medical), LivaNova, CryoLife in LifeNet Health.
Mehanske srčne zaklopke
Namen umetnih srčnih zaklopk Srce vsebuje štiri zaklopke – trikuspidalno, pulmonalno, mitralno in aortno, ki z nenehnim odpiranjem in zapiranjem uravnavajo pretok krvi. Trikuspidalna zaklopka omogoča pretok krvi, ko se ta vrača iz srca v telo. Pulmonalna zaklopka uravnava pretok krvi v pljuča, kjer kri veže kisik. Mitralna zaklopka je zaklopka, skozi katero se srce vrača po prevzemu kisika v pljučih. Skozi aortno zaklopko, ki leži v levem prekatu, kri teče v sistemski obtok.
Vzroki za poškodbe srčnih zaklopk so različniː starostne spremembe, posledice drugih bolezni, revmatična vročica, okužbe idr. Na delovanje zaklopk lahko vplivata tudi visok krvni tlak in srčno popuščanje, zaradi katerih se lahko povečajo srce in arterije, ali brazgotinsko tkivo, ki je nastalo pri srčnem napadu ali poškodbi. Pogoste okužbe, ki lahko povzročijo poškodbe srčnih zaklopk, so infekcijski endokarditis in klice, ki vstopijo v srce skozi krvni obtok.
Vrste mehanskih zaklopk Mehanske zaklopke so treh glavnih vrst – s kroglico v kletki, z nagibno ploščico in dvolistne – v izvedbah z različnimi prilagoditvami. Zaklopk s kroglico v kletki več ne vstavljajo, vendar pa s tako zaklopko še vedno živijo številni bolniki. Danes so najpogostejša vrsta mehanskih zaklopk, ki jih vstavljajo bolnikom, dvolistne zaklopke.
Zaklopke s kroglico v kletki levo|sličica|124x124_pik| Zaklopka s kroglico v kletki Prva umetna srčna zaklopka je bila zaklopka s kroglico v kletki, tj. vrsta krogelnega ventila, v katerem je v kovinsko kletko vstavljena kroglica. Ko se srce skrči in krvni tlak v srčni votlini preseže tlak zunaj votline, tlak potisne kroglico ob steno kletke in omogoči pretok krvi. Ko se krčenje srca konča, tlak v komori pade in kroglica se vrne proti dnu zaklopke, kjer zapre pretok krvi.
Leta 1952 je Charles A. Hufnagel vsadil srčne zaklopke s kroglico v kletki desetim bolnikom (operacijo jih je preživelo šest), kar je bil prvi dolgoročni uspeh na področju umetnih srčnih zaklopk. Podobno zaklopko sta leta 1960 izumila Miles 'Lowell' Edwards in Albert Starr (običajno jo imenujemo Starr-Edwardsova silastična krogličasta zaklopka). Imela je silikonsko kroglico v metilmetakrilatnem ohišju, privarjenem na obroč. Starr-Edwardsovo zaklopko so pri človeku prvič vstavili 25. avgusta 1960, leta 2007 pa jo je podjetje Edwards Lifesciences prenehalo izdelovati.
Zaklopke s kroglico v kletki so močno povezane s tvorbo krvnih strdkov, zato potrebujejo bolniki, ki jih imajo, močno antikoagulacijsko zaščito, običajno s ciljnim INR 3,0–4,5.
Zaklopke z nagibno ploščico levo|sličica|120x120_pik| Zaklopka z nagibno ploščico Prva klinično dostopna zaklopka z nagibno ploščico je bila Bjork-Shileyjeva zaklopka, uvedena leta 1969. Zaklopke z nagibno ploščico, vrsta nihajnega povratnega ventila, so izdelane iz kovinskega obroča, prekritega s tkanino ePTFE. Kovinski obroč z dvema kovinskima nosilcema drži ploščico, ki se odmakne, ko se srce skrči, da se pretoči kri, nato pa se znova primakne, kar prepreči vračanje krvi. Ploščica je običajno izdelana iz izredno trdnega ogljikovega materiala (pirolitični ogljik), ki zaklopki omogoča dolgoletno delovanje brez obrabe.
Dvolistne zaklopke levo|sličica|120x120_pik| Dvolistna zaklopka Dvolistne zaklopke, uvedene leta 1979, sestavljata dva polkrožna lističa, ki se vrtita okoli prečk, pritrjenih na ohišje zaklopke. Imajo večjo odprtino kot zaklopke s kroglico v kletki ali nagibno ploščico, zato je tveganje za nastanek krvnih strdkov pri njih manjše. Občutljive pa so na povratni tok krvi.
Prednosti mehanskih zaklopk Glavna prednost mehanskih zaklopk pred biološkimi zaklopkami je boljša trajnost. Izdelane so iz kovine ali pirolitičnega ogljika in lahko zdržijo od 20 do 30 let.
Slabosti mehanskih zaklopk
Motnje strjevanja krvi Ena glavnih pomanjkljivosti mehanskih srčnih zaklopk je, da so povezane s povečanim tveganjem za nastanek krvnih strdkov. Strdki, ki nastanejo zaradi poškodb rdečih krvnih celic in krvnih ploščic, lahko zamašijo žilje in povzročijo resne posledice. Ljudje z mehanskimi zaklopkami morajo do konca življenja jemati antikoagulanse (sredstva za redčenje krvi), npr. varfarin.
Mehanske srčne zaklopke lahko povzročijo tudi mehansko hemolitično anemijo, ki nastane zaradi poškodb rdečih krvnih celic ob prehodu skozi zaklopko.
Hrup Nekateri bolniki z mehanskimi zaklopkami slišijo ob zaprtju zaklopke klike, kar je za nekatere moteče.
Kavitacija Kavitacija pomeni hitro nastajanje hlapnih mikromehurčkov v tekočini zaradi lokalnega padca tlaka pod tlak uparjanja pri dani temperaturi. Kavitacija v krvi lahko povzroči mehansko odpoved srčne zaklopke, zato je preskušanje na kavitacijo bistveni del postopka preverjanja zasnove zaklopke.
Mehanika tekočin Številne zaplete, povezane z mehanskimi srčnimi zaklopkami, je mogoče razložiti s pomočjo mehanike tekočin. Tvorba krvnega strdka je na primer stranski učinek visokih strižnih obremenitev, ki jih povzroča zasnova zaklopke. Z inženirske perspektive bi idealna srčna zaklopka povzročila minimalne padce tlaka, imela minimalno regurgitacijo ter karseda zmanjšala turbulenco in pojavljanje velikih obremenitev ter ne bi povzročala ločevanja pretoka v svoji okolici.
Zavrnitev tujka in neprilagajanje rasti Ob vstavitvi mehanske zaklopke bo prišlo do zavrnitve tujka. Kri lahko koagulira, kar sčasoma privede do hemostaze. Uporaba antikoagulacijskih zdravil je za preprečevanje tromboze nujna.
Mehanske zaklopke včasih povzročajo okužbe. Te je zelo težko zdraviti, razen z zamenjavo srčnih zaklopk.
Mehanske zaklopke se ne morejo prilagajati spremembam, kakršna je rast telesa. Če se velikost srca spremeni, je treba zaklopko pri bolniku zamenjati.
Biološke (tkivne) zaklopke Biološke zaklopke so običajno izdelane iz živalskega tkiva (heterograft/ksenograft), opetega na kovinskem ali polimernem nosilcu. Najpogosteje se uporablja goveje (kravje) tkivo, nekatere pa so narejene iz prašičjega tkiva. Tkivo se obdela, da se preprečita zavrnitev in poapnitev (kopičenje kalcija na nadomestni zaklopki, ki prepreči njeno pravilno delovanje).
Občasno se uporabljajo alternative zaklopkam iz živalskega tkiva: aortni homografti in pljučni avtografti. Aortni homograft je aortna zaklopka človeškega darovalca, ki je bila odvzeta bodisi po njegovi smrti bodisi ob presaditvi srca. Pulmonalna avtotransplantacija, znana tudi kot Rossov postopek, je poseg, pri katerem se aortna zaklopka odstrani in nadomesti z bolnikovo lastno pulmonalno zaklopko (zaklopko med desnim prekatom in pulmonalnim trunkusom). Za nadomestitev bolnikove lastne pulmonalne zaklopke se nato uporabi pulmonalni homograft (pulmonalna zaklopka, odvzeta iz trupla). Ta postopek so prvič izvedli leta 1967 in se uporablja predvsem pri otrocih, saj omogoča rast bolnikove lastne pulmonalne zaklopke (zdaj v aortnem položaju) skupaj z otrokom.
Prednosti bioloških srčnih zaklopk Nastajanje krvnih strdkov je pri bioloških srčnih zaklopkah manj verjetno kot pri mehanskih zaklopkah, zato pri tovrstnih zaklopkah vseživljenjska antikoagulacija ni potrebna. Bolniki z biološkimi srčnimi zaklopkami so zato manj nagnjeni h krvavitvam kot bolniki z mehanskimi zaklopkami.
Slabosti bioloških srčnih zaklopk Tkivne zaklopke so manj trpežne kot mehanske in običajno zdržijo od 10 do 20 let. To pomeni, da je pri bolnikih z biološkimi srčnimi zaklopkami večje tveganje, da bodo v življenju potrebovali še eno zamenjavo aortne zaklopke. Biološke srčne zaklopke se pri mlajših bolnikih pogosto hitreje okvarijo.
Pred kratkim so znanstveniki razvili novo napredno tehniko shranjevanja tkiv, da bi izboljšali trajnost bioloških srčnih zaklopk. V raziskavah na ovcah in kuncih je bilo tkivo, shranjeno po tem novem postopku (imenovano tkivo RESILIA), manj poapnelo kot kontrolno tkivo. Zaklopka, ki vsebuje to tkivo, se trži, vendar še niso na voljo podatki o njeni dolgoročni trajnosti pri bolnikih.
Trenutne biološke srčne zaklopke ne zdržijo zelo dolgo in sčasoma poapnijo. Ob tem postanejo lističi zaklopke togi in se zadebelijo, zato se ne morejo popolnoma zapreti. Poleg tega biološke zaklopke ne morejo rasti ali se prilagajati bolniku. Pri otroku je tako treba biološko zaklopko večkrat zamenjati, da ustreza njegovi telesni rasti.
Zaklopke iz vzgojenega tkiva Raziskovalci že več kot 30 let poskušajo vzgajati srčne zaklopke in vitro. Proizvodnja tovrstnih zaklopk obsega sejanje človeških celic na ogrodje. Dve glavni vrsti ogrodja sta naravno ogrodje, npr. decelularizirano tkivo, in ogrodje iz razgradljivih polimerov. Ogrodje deluje kot zunajcelični matriks in usmerja rast tkiva k pravilni 3D-zgradbi srčne zaklopke. Nekatere srčne zaklopke, izdelane s tkivnim inženirstvom, so klinično preskusili, vendar ni nobena na voljo na trgu.
Modeliranje in 3D-tiskanje srčnih zaklopk Srčne zaklopke, izdelane po postopkih tkivnega inženirstva, so običajno prilagojene bolniku in morajo biti zasnovane vnaprej. Modeliranje zdravniku omogoča oblikovanje ustrezne srčne zaklopke glede na bolnikovo telesno stanje. 3D-tiskanje se uporablja zaradi velike natančnosti pri ravnanju z različnimi biomateriali. Pripomore lahko k preprečevanju napak, ki se lahko pojavijo pri izdelavi zaklopk. Za pravilno delovanje zaklopk je zelo pomembna njihova zgradba, 3D-tiskanje pa je najboljši način za njihovo proizvodnjo. Najpomembnejša tehnika 3D-tiska pri izdelavi srčne zaklopke je mikroodtiskovanje. Omogoča razporeditev celic v vnaprej zasnovani 3D-zgradbi za ustrezno delovanje zaklopke.
Nanovlakna kot ogrodje za zaklopke iz vzgojenega tkiva Nanovlakna so biološko razgradljiv umetni material, ki zagotavlja dobro ogrodje za rast celic. Površina nanovlaken zagotavlja primerno okolje za njihovo pritrditev. Čeprav ima večina zdravil dolgo beljakovinsko verigo, se še vedno dobro oprimejo površine nanovlaken. Nanovlakna se zato uporabljajo kot ogrodje pri mišično-skeletnem tkivnem inženirstvu in kot nosilec pri nadzorovanem sproščanju zdravil, DNA in beljakovin.
Vrste celic, ki se uporabljajo v tkivnem inženirstvu