Хирургическая замена аортального клапана

Аортальный клапан — полулунный клапан с тремя створками, расположенный на границе левого желудочка и аорты. Он обеспечивает однонаправленный ток крови из левого желудочка в аорту и далее в сосуды большого круга кровообращения. Благодаря чрезвычайно сложным и совершенным клеточным и молекулярным механизмам тонкие створки клапана выдерживают экстремальные механические и гемодинамические нагрузки в каждом сердечном цикле. Различные факторы, включая возраст и врождённые пороки, могут нарушать нормальную функцию клапана и приводить к широкому спектру осложнений.

Двустворчатый аортальный клапан (ДАК) — наиболее распространённая врождённая аномалия, однако врождённые пороки клапана могут варьировать от атрезии аорты (отсутствия или неполного смыкания створок аортального клапана) до подклапанного или надклапанного стеноза. Частота ДАК составляет, по данным разных исследований, 1–2%; заболевание чаще встречается у мужчин. Предполагается, что дефицит микрофибриллярных белков в процессе клапанного морфогенеза нарушает развитие створок: две створки сливаются, образуя одну увеличенную створку. ДАК часто сочетается с аномалиями аорты, включая расширение корня, восходящего отдела и дуги аорты, а также коарктацию аорты. Из-за патологических гемодинамических нагрузок створки двустворчатого аортального клапана могут подвергаться ускоренной кальцифицирующей дегенерации. Врождённые аномалии, включая ДАК, могут приводить к различным клапанным осложнениям, в том числе к аортальному стенозу и аортальной регургитации, повышая риск инфекционного эндокардита; его частота при ДАК составляет, по имеющимся данным, 12–39%. Если порок не тяжёлый, ДАК обычно остаётся бессимптомным до 50–60 лет.

Аортальный стеноз (АС) — сужение клапанного отверстия, приводящее к уменьшению площади аортального клапана. Повышенное сопротивление кровотоку и увеличение транспульмонального градиента давления повышают нагрузку на левый желудочек и приводят к его гипертрофии. Распространённость АС увеличивается с возрастом и может достигать 4,6% у людей старше 75 лет. АС — наиболее распространённое клапанное заболевание в Европе и Северной Америке; по оценкам, к 2020 году только в Англии он должен был поражать 3,5 млн человек. Наиболее частая причина АС — кальцифицирующая дегенерация, приводящая к уплотнению и ограничению подвижности створок клапана. Вероятно, пусковым событием становится повреждение эндотелиальной выстилки на аортальной стороне клапана вследствие повышенной механической нагрузки. Наиболее часто поражаются задние створки. В развивающихся странах ведущей причиной АС по-прежнему остаётся ревматическая лихорадка, вызывающая воспаление створок.

АС может протекать бессимптомно либо проявляться обмороками, стенокардией и сердечной недостаточностью. Тяжёлый АС смертелен: летальность через 2 года составляет 50%. Согласно рекомендациям Американской коллегии кардиологов и Американской кардиологической ассоциации (ACC/AHA), АС считают тяжёлым при площади отверстия менее 1,0 см², среднем градиенте давления более 40 мм рт. ст. или пиковой скорости струи более 4 м/с. При наличии симптомов или тяжёлого стеноза прогноз неблагоприятный, если клапан не заменить. До 30% пациентов старше 75 лет не подвергаются хирургической замене клапана по техническим причинам; к ним относятся «фарфоровая» аорта, выраженная немощность, отказ от операции и тяжёлые сопутствующие заболевания. Риск летального исхода при хирургической замене аортального клапана (SAVR) достигает 10% у пациентов с дисфункцией левого желудочка, хроническим заболеванием почек и пожилого возраста. Транскатетерная замена аортального клапана и транскатетерная имплантация аортального клапана (TAVR/TAVI) стали более осуществимыми и менее рискованными вариантами для пациентов, которым хирургическое лечение противопоказано.

Аортальная регургитация (АР) — обратный ток крови из аорты в левый желудочек вследствие неполного смыкания створок клапана. К распространённым причинам относятся врождённые пороки, кальцифицирующая дегенерация, инфекционный эндокардит, ревматическая лихорадка и травма. При хроническом течении гипертрофия желудочка позволяет вместить увеличенный объём крови и поддерживать нормальный ударный объём и конечно-диастолическое давление; поэтому хроническая АР может десятилетиями протекать бессимптомно. При острой АР желудочки, напротив, не успевают адаптироваться к увеличению объёма, в частности за счёт гипертрофии. Из-за уменьшения ударного объёма частота сердечных сокращений повышается для поддержания сердечного выброса, однако этого недостаточно для удовлетворения потребностей организма. В результате увеличивается давление в левом предсердии, развиваются отёк лёгких и кардиогенный шок.

При физикальном исследовании шум при АР имеет характерный дующий, высокочастотный, диастолический, убывающий характер; он начинается вскоре после аортального компонента II тона и лучше всего выслушивается в третьем или четвёртом межрёберном промежутке слева у края грудины. АР также может сопровождаться другими шумами. Среднесистолический шум возникает из-за быстрого выброса увеличенного объёма крови из левого желудочка. Шум Остина—Флинта — средне- или позднедиастолический шум, обусловленный частичным закрытием митрального клапана во время систолы желудочка вследствие регургитационного потока из аортального клапана. Шум Коула—Сесила — диастолический шум, возникающий при слиянии шума аортальной регургитации с III тоном вследствие одновременного наполнения левого желудочка из левого предсердия и за счёт АР.

В 1912 году доктор Теодор Тюффье пальцем разделил сросшиеся створки стенозированного аортального клапана. До появления аппарата искусственного кровообращения реконструкцию митрального клапана выполняли посредством комиссуротомии через доступ из полости левого предсердия. В 1948 году Томас Холмс Селлорс впервые выполнил вальвулотомию лёгочного клапана с помощью тенотомического ножа. Чарльз Хуфнагель разработал первый искусственный клапан на основе возвратно-поступательного шарикового механизма с клеткой. Его использовали для предотвращения обратного тока крови в желудочки при аортальной недостаточности. Аппарат искусственного кровообращения произвёл революцию в замене клапанов в их анатомическом положении. Доктор Дуайт Харкен и его коллеги выполнили первую успешную замену аортального клапана. Позднее в том же году доктора Альберт Старр и Лоуэлл Эдвардс выполнили замену митрального клапана.

Биопротезы по своим характеристикам ближе к естественным клапанам, но имеют ограниченный срок службы; механические клапаны более долговечны, однако требуют антикоагулянтной терапии. Выбор типа клапана, среди прочих факторов, зависит от возраста и общего состояния пациента. Биопротезы, как известно, служат примерно 25 лет. С 1960 года было разработано около 70 различных механических клапанов сердца. Наиболее распространённые типы — шаровые, двустворчатые и дисковые с наклоняемым диском.

Модификация шарового клапана, выполненная доктором Альбертом Старром и Лоуэллом Эдвардсом, предусматривала создание люцитовой клетки с шариком из силиконового эластомера. Позднее материал клетки заменили на нержавеющую сталь, а затем на кобальт-хромовые сплавы. Клапан Старра—Эдвардса также имел шовное кольцо из тефлона, что позволяло имплантировать его сначала в митральную, а затем и в аортальную позицию. Существенной проблемой была повышенная тромбогенность. Конструкция неоднократно модифицировалась: металлические стойки покрывали тканью, а также использовали силasticовые экраны для уменьшения контакта с металлом. К другим проблемам относились гемолиз из-за чрезмерного трения шарика о шовное кольцо и обструкция устьев коронарных артерий вследствие большой высоты клапана. Несмотря на эти недостатки, клапаны продемонстрировали принципиальную возможность протезирования клапанов и позволили Старру и Эдвардсу сформулировать требования к конструкции. Клапаны должны быть химически инертными, биосовместимыми, не травмировать клетки крови и не обладать тромбогенностью.

В 1965 году невращающийся дисковый клапан Kay—Shiley заменил шарик единственным диском, однако продемонстрировал неудовлетворительные гемодинамические характеристики и вызывал гемолиз, поэтому его производство прекратили. В 1969 году Bjork—Shiley разработал клапан с наклоняемым диском, позволивший устранить недостатки однодисковой конструкции. Свободное вращение диска между металлическими стойками обеспечивало его открытие при наклоне на 60°. В 1975 году плоский диск Bjork—Shiley заменили выпукло-вогнутым, чтобы увеличить площадь отверстия, однако впоследствии клапан отозвали из-за переломов сварных стоек. Клапан Medtronic Hall, разработанный доктором Карлом Холлом и Робертом Кастером, является наиболее распространённым клапаном с наклоняемым диском. Отверстие в центре диска служило направляющим элементом и улучшало угол его наклона.

В 1977 году компания St Jude Medical разработала двустворчатый клапан, состоящий из двух полукруглых створок с шарнирами вблизи центра отверстия. При такой конструкции застой крови в области шарниров приводил к образованию тромбов. Впоследствии эта проблема была решена за счёт непрерывного вращения створок на 360° вокруг центральной оси клапана, что обеспечивало равномерное распределение кровотока и препятствовало тромбообразованию. Недостатками механических клапанов остаются склонность к тромбозам и эмболиям, а также необходимость пожизненной антикоагулянтной терапии.

Биологические клапаны могут быть аллотрансплантатами (трупными или используемыми при операции Росса) либо ксенотрансплантатами (нативными или перикардиальными). Операция Росса заключается в замене поражённого аортального клапана собственным клапаном лёгочной артерии пациента (аутотрансплантатом) с последующей заменой лёгочного клапана аортальным или лёгочным аллотрансплантатом. Аутотрансплантат лёгочного клапана растёт вместе с пациентом и не вызывает иммунологической реакции. Наиболее распространённые ксенотрансплантаты — свиные аортальные клапаны и клапаны из бычьего перикарда.

В 1971 году Лонеску и Шили разработали ксенотрансплантаты из бычьего перикарда на титановом каркасе, однако в 1987 году от их использования отказались из-за структурной несостоятельности, включая абразивные разрывы в зоне контакта ткани и перикарда, а также кальцификацию створок. В клапане из бычьего перикарда Carpentier—Edwards эти проблемы были устранены за счёт конструктивных изменений: перикард пришивали к внутренней поверхности ткани и использовали гибкие стойки каркаса. Хотя биологические клапаны обладают лучшими гемодинамическими характеристиками по сравнению с механическими, срок их службы короче из-за кальцификации, приводящей к уплотнению створок.

Тканевая инженерия — направление регенеративной медицины, восстанавливающее и поддерживающее функцию живых тканей. Примером служит пересадка кожи пострадавшим от ожогов. Тканеинженерные клапаны сердца (TEHV) считаются нетромбогенными и устойчивыми к инфекции. Благодаря достижениям в материаловедении и методах культивирования стало возможным создание клапана TEHV, способного расти, перестраиваться и самостоятельно восстанавливаться по мере роста пациента.

Полимерные клапаны существуют более 50 лет. Однако ранние модели были склонны к кальцификации и деградации, поэтому не получили широкого распространения. Их применяли главным образом в качестве временных устройств, например в искусственных сердцах и системах вспомогательного кровообращения для левого желудочка. Помимо возможности изготовления клапанов различных форм и размеров, полимерные клапаны, как предполагается, сочетают долговечность механических клапанов с гидродинамической функцией биопротезов. Самый ранний полимерный клапан имплантировали 44-летней женщине в митральную позицию в 1958 году; он был изготовлен из полиуретана и имел хорды из тефлона. Полиуретановые клапаны продемонстрировали лучшие гемодинамические характеристики по сравнению с биопротезами и меньшую тромбогенность по сравнению с механическими клапанами. С развитием материаловедения перспективы полимерных клапанов представляются благоприятными.

История клапанной хирургии. Механические клапаны сердца. Биопротезы. Тканеинженерные клапаны сердца (TEHV). Полимерные клапаны.