Введение
Клапанные пороки сердца занимают одну из лидирующих позиций в структуре болезней сердечно-сосудистой системы [1]. Анализ базы данных Общества торакальных хирургов по разделу «кардиохирургия взрослых» показал, что клапанная болезнь сердца встречается у 2,5% населения, а самыми частыми ее формами являются митральная недостаточность и аортальный стеноз [2—4]. Частота развития ревматической болезни сердца значительно снизилась в последние десятилетия, однако распространенность дегенеративных изменений клапанов с возрастом резко возрастает [5]. В связи с этим лечение клапанных пороков сердца представляет актуальную проблему современной кардиохирургии.
Доля операций на клапанах сердца за последнее десятилетие увеличилась до 20% от всех кардиохирургических вмешательств [5]. Хирургическая коррекция патологии клапанного аппарата сердца является дорогостоящей в том числе за счет самих протезов клапанов сердца. Тем не менее J. Gammie и соавт. [6] в своем исследовании (2018) отмечают недостаточную эффективность операций на митральном клапане (МК). Авторы указывают, что операции на аортальном клапане выполняются в 1,6 раза чаще, чем на МК, несмотря на то, что заболеваемость пороками МК в 2—3 раза выше.
Имплантация механического или биологического протеза остается наиболее часто выполнимой хирургической операцией для лечения пациентов с патологией МК [7]. Однако необходимость постоянного приема антикоагулянтов, высокий риск развития геморрагических и тромбоэмболических осложнений, а также предрасположенность пациентов к инфекционному эндокардиту требуют продолжения поиска альтернативных методов лечения пороков МК [8, 9].
S. Ozaki и соавт. [10] предложили операции на аортальном клапане, при которых восстановление створок производится путем протезирования их из аутоперикарда. При этом одно из основных преимуществ таких реконструктивных вмешательств состоит в том, что у пациента нет необходимости в пожизненном приеме антикоагулянтов. Особенно важно это для ослабленных пациентов с анамнезом повторяющихся кровотечений из желудочно-кишечного тракта и женщин детородного возраста, способных к материнству. В основе метода Ozaki для аортального клапана лежит математическое моделирование, результатом которого является простая формула. С помощью последней интраоперационно производится расчет высоты и длины створок аортального клапана для конкретного пациента с учетом его характеристик и простых шаблонов. После этого выкраиваются новые створки из собственного перикарда пациента и пришиваются на место удаленных, пораженных патологическим процессом. Данное расположение неостворок обеспечивает анатомию после реконструкции с гемодинамическими характеристиками, повторяющими нормальные, и адекватную плоскость работы реконструированного клапана. Предотвращаются недостаточная коаптация створок в результате пролабирования, а также искажение анатомии корня аорты. Этот метод позволяет полностью отказаться от антикоагуляционной терапии и предупредить большое количество отдаленных послеоперационных осложнений. Таким образом, данная реконструкция аортального клапана из аутоперикарда позволяет полностью восстановить нормальную функцию сердца с адекватными показателями гемодинамики и сохранить реологические свойства крови [11].
По аналогии возможно реконструктивное вмешательство и на МК. Выкроить створки из аутоперикарда, оптимальные по морфометрическим параметрам, для дальнейшей реконструкции МК сложнее, чем аортального, из-за особенностей строения подклапанного аппарата у атриовентрикулярных клапанов сердца. Однако метод применим при соблюдении основных принципов анатомии и физиологии. Для успешного выполнения данной реконструктивной операции в будущем необходимы комплексное понимание строения анатомических структур в норме, а также разработка специальных шаблонов, инструментов и устройств для вмешательства. Для этого на первом этапе необходимо количественное изучение анатомии на аутопсийном материале, потом — исследование функции в эксперименте; только после успешного экспериментального этапа с подтвержденной длительной работой неоклапана, возможно, это приведет к применению в клинике.
В настоящее время в клинике применяются биологические протезы клапанов сердца с ксенотрансплантатами в виде створок, которые можно имплантировать хирургическим путем, а также доставлять чрескатетерным способом. Усовершенствованная технология по-прежнему не обеспечивает полное движение кольца и корня аортального клапана, что приводит к субоптимальной гемодинамике. Разработка бескаркасных протезов клапанов частично решила эту проблему, однако все еще не достигнуто значительное увеличение долговечности. Принципиально другой метод направлен на замену всех створок аутологичным перикардом, обеспечивая превосходную гемодинамику [9—11].
Все еще существуют ограничения в отношении тканей, используемых для реконструкции створок клапана. Аутологичный перикард свободен от донорских патогенов и антигенов, однако для его фиксации требуется применение глутарового альдегида, чтобы избежать резорбции и утолщения, что повышает долговечность. Гомологичный перикард также требует фиксации для преодоления ретракции и утолщения [12]. Ксеногенный перикард обычно фиксируется глутаровым альдегидом для стерилизации и снижения антигенности, легко доступен в неограниченном количестве, но склонен к кальцификации, что приводит к ухудшению состояния клапана. B. Meuris и соавт. (2016) [13] предлагали использование CardioCel («Admedus», Перт, Западная Австралия), который представляет собой перикардиальный каркас, изготовленный из бычьего перикарда. При этом ремоделирование и рост структур сердца вместе с объемом миокарда у детей и подростков является серьезным ограничением [14]. Кроме того, фиксация глутаральдегидом связана с проблемами цитотоксичности [15]. Таким образом, поиск идеального биосовместимого материала, который обеспечивал бы пациентам пожизненное решение, все еще актуален [16].
Помимо этого, известно, что миокард сердца после смерти пациента может претерпевать серьезные изменения, особенно если смерть была связана с заболеваниями и нарушениями ритма сердца — сердечной недостаточностью, инфарктом миокарда, вплоть до аневризмы сердца с осложнением в виде разрыва [17]. Однако особенности анатомии строения фиброзного скелета сердца позволяют рассчитывать на то, что строение клапанов сердца, в том числе атриовентрикулярных, имеющих в основе жесткий соединительнотканный каркас, возможно изучать во время аутопсии.
Цель исследования — разработка пилотной версии универсальной математической модели для определения размеров створок МК и первичных хорд в целях реконструкции МК на основании аутопсийного материала.
Задачи исследования:
1. Провести морфометрию структур нормального МК при аутопсии и, используя статистические методы, определить характер корреляций между размерными характеристиками.
2. Составить математически обоснованные рекомендации по изготовлению створок МК и первичных хорд при реконструктивных операциях в зависимости от размеров фиброзного кольца для возможности применения в эксперименте.
3. Разработать универсальные шаблоны для разных диаметров фиброзного кольца МК для возможности дальнейшего исследования в эксперименте.
Материал и методы
Проанализировано 21 сердце после аутопсии людей, умерших в возрасте от 25 до 68 лет от некардиальных причин, с определением размеров и взаиморасположения клапанного аппарата и подклапанных структур с помощью прямого измерения во время вскрытия с помощью линейки и шаблонных измерителей (рис. 1).
Рис. 1. Измерения митрального клапана.
а — длина передней и задней створок; б — высота передней и задней створок; в — длина свободного края передней и задней створок; г — длина первичных хорд передней и задней сосочковых мышц.
Критериями исключения из исследования служили смерть от кардиальных причин, анамнез заболевания сердца, проведенное ранее кардиохирургическое вмешательство, детский возраст. Для исходных характеристик респондентов использовали описательную статистику, включая данные градации по полу, индексу массы тела и возрасту. Полученная информация была проанализирована с использованием статистического пакета IBM SPSS Statistics 23.0. При анализе данных были использованы критерий Краскела—Уоллиса, расчет коэффициента корреляции Пирсона и построение линейной регрессии. После этого была определена формула для передней и задней створок МК, а также для первичных хорд методами математического моделирования.
Результаты
Результаты морфометрии сердец проанализированы с применением статистического пакета IBM SPSS Statistics 23.0 с помощью однофакторного дисперсионного анализа с использованием критерия NPar Краскела—Уоллиса, были определены статистически значимые межгрупповые различия между размерами передней и задней створок по высоте и длине створок, по длине свободного края между передними и задними створками МК. Для всех размеров створок p<0,05 (длина створки p=0,003; высота створки p=0,0001; свободный край створки p=0,012). При исследовании длины первичных хорд передней и задней створок не выявлено статистически значимых различий (p=0,136). В связи с наличием межгрупповых различий данных по передним и задним створкам в дальнейшем мы рассматривали их размерные показатели по отдельности, как принципиально разные характеристики (табл. 1).
Таблица 1. Данные измерений параметров створок клапанов и подклапанных структур, см
| № | Диаметр митрального клапана | Длина передней створки | Длина задней створки | Высота передней створки | Высота задней створки | Свободный край передней створки | Свободный край задней створки | I хорды передней сосочковой мышцы | I хорды задней сосочковой мышцы |
| 1 | 3,34 | 5,50 | 5,00 | 2,50 | 1,80 | — | — | 2,2 | 2,50 |
| 2 | 2,71 | 4,10 | 4,40 | 2,10 | 1,00 | 5,10 | 5,50 | 1,50 | 0,80 |
| 3 | 3,82 | 3,80 | 8,20 | 2,50 | 1,70 | 6,00 | 8,70 | 1,30 | 1,40 |
| 4 | 3,70 | 3,60 | 8,00 | 2,20 | 1,80 | 5,60 | 8,50 | 2,00 | 2,00 |
| 5 | 2,86 | 3,20 | 5,80 | 2,20 | 1,20 | 4,00 | 6,30 | 1,50 | 1,50 |
| 6 | 2,86 | 4,50 | 4,50 | 2,60 | 1,80 | 6,00 | 6,00 | 1,50 | 2,60 |
| 7 | 3,06 | 4,70 | 6,30 | 2,30 | 1,40 | 4,60 | 6,10 | 1,40 | 1,70 |
| 8 | 3,18 | 4,80 | 5,20 | 2,00 | 1,70 | 5,00 | 7,00 | 1,80 | 1,70 |
| 9 | 3,12 | 5,00 | 4,50 | 2,50 | 1,50 | 7,00 | 5,50 | 1,80 | 2,00 |
| 10 | 3,18 | 4,90 | 5,00 | 2,50 | 1,00 | 4,00 | 3,50 | 1,10 | 1,00 |
| 11 | 2,55 | 5,00 | 5,00 | 3,00 | 2,00 | 3,70 | 5,30 | 1,70 | 2,50 |
| 12 | 2,52 | 3,50 | 4,00 | 1,80 | 1,00 | 3,80 | 4,00 | 2,00 | 2,00 |
| 13 | 3,50 | 4,00 | 7,00 | 2,00 | 2,50 | 4,50 | 7,50 | 2,00 | 2,00 |
| 14 | 3,34 | 4,50 | 6,50 | 2,20 | 2,00 | 5,30 | 6,00 | 2,10 | 2,00 |
| 15 | 2,86 | 3,00 | 7,00 | 4,00 | 2,30 | 4,00 | 7,50 | 2,10 | 2,00 |
| 16 | 2,86 | 4,50 | 4,00 | 2,40 | 1,50 | 5,00 | 5,00 | 1,50 | 2,20 |
| 17 | 3,50 | 6,00 | 6,00 | 3,50 | 0,50 | 6,50 | 5,50 | 2,00 | 2,00 |
| 18 | 2,93 | 4,00 | 6,00 | 2,30 | 1,70 | 5,00 | 5,00 | 2,00 | 2,00 |
| 19 | 3,50 | 5,00 | 5,00 | 2,20 | 1,00 | 6,00 | 6,00 | 1,70 | 2,10 |
| 20 | 2,86 | 5,20 | 4,30 | 3,00 | 2,00 | 5,00 | 5,00 | 1,50 | 2,00 |
| 21 | 3,34 | 4,50 | 6,00 | 2,30 | 1,10 | 5,00 | 7,00 | 1,30 | 1,50 |
| M | 3,12 | 4,44 | 5,60 | 2,48 | 1,55 | 5,06 | 6,05 | 1,71 | 1,88 |
| σ | 0,36 | 0,76 | 1,24 | 0,52 | 0,50 | 0,92 | 1,35 | 0,32 | 0,45 |
| m | 0,08 | 0,17 | 0,27 | 0,11 | 0,11 | 0,21 | 0,30 | 0,07 | 0,10 |
С целью получения универсального уравнения зависимости, подходящего для определения параметров, был проведен корреляционно-регрессионный анализ с помощью расчета коэффициента корреляции Пирсона на основании полученных размеров передней и задней створок МК и диаметра МК. Сила корреляции между диаметром МК и показателями свободных краев передней и задней створок были средними и коэффициенты составили r=0,544 и r=0,622 (p<0,05). Корреляция между диаметром МК и длиной передней створки была статистически значимой (r=0,17; p>0,05), при этом коэффициент корреляции с длиной задней створки составил r=0,673 (p=0,001). Коэффициент корреляции диаметра МК с высотой передней и задней створок составил r= –0,84 (p>0,05) для передней створки и r=0,013 (p>0,05) для задней створки. Слабая связь наблюдалась у первичных хорд передней и задней створок: r=0,071 (p>0,05) и r= –0,091 (p>0,05; табл. 2).
Таблица 2. Коэффициент корреляции Пирсона для диаметра фиброзного кольца митрального клапана и морфометрических показателей створок и первичных хорд
| Показатель | Коэффициент корреляции Пирсона r | Двустороннее р |
| Длина передней створки | 0,168 | 0,466 |
| Длина задней створки | 0,675 | 0,001 |
| Высота передней створки | —0,087 | 0,707 |
| Высота задней створки | 0,011 | 0,962 |
| Свободный край передней створки | 0,544 | 0,013 |
| Свободный край задней створки | 0,623 | 0,003 |
| Хорды передней сосочковой мышцы | 0,073 | 0,753 |
| Хорды задней сосочковой мышцы | —0,093 | 0,690 |
Методом линейной регрессии в ходе исследования получены ключевые универсальные уравнения для определения размеров створок и первичных хорд при известной длине МК (рис. 2).
Рис. 2. Зависимость от диаметра митрального клапана длины передней (а) и задней (б) створок, высоты передней (в) и задней (г) створок, свободного края передней (д) и задней (е) створок, а также длины хорд передней (ж) и задней (з) сосочковых мышц.
Таким образом, получены универсальные формулы для вычисления размеров створок МК и их первичных хорд при известном диаметре митрального клапана (ДМК):
Длина передней створки = 0,36 · ДМК + 3,32
Длина задней створки = 2,29 · ДМК – 1,55
Высота передней створки = –0,12 · ДМК + 2,86
Высота задней створки = 0,02 · ДМК + 1,50
Свободный край передней створки = 1,36 · ДМК + 0,82
Свободный край задней створки = 2,27 · ДМК – 1,02
Хорды передней сосочковой мышцы = 0,06 · ДМК + 1,52
Хорды задней сосочковой мышцы = –0,12 · ДМК + 2,24.
Таким образом, нами разработана пилотная версия универсальной математической модели для определения размеров створок МК и первичных хорд, которая может быть использована при моделировании реконструктивного вмешательства в эксперименте. После вычисления размеров створок их необходимо нарисовать на поверхности подготовленного заранее листка перикарда, прибавив к границам створки 2 мм (поправка на наложение шва).
Заключение
Данные уравнения нашего пилотного исследования возможно уточнить на большем количестве аутопсийного материала. Кроме того, возможно их применять для реконструктивных вмешательств на митральном клапане в эксперименте для уточнения особенностей применения данных формул на практике как при изолированном поражении створок, так и при выполнении полной замены клапана.
Участие авторов:
Концепция и дизайн исследования — Р.Н. Комаров, В.Н. Николенко, С.В. Чернявский
Сбор и обработка материала — С.П. Байдин, А.О. Фельдман, А.Е. Черепанова, А.Б. Алексеев, А.Т. Никитина, Ф.Р. Гюльмагомедова, О.В. Дракина, М.В. Нелипа, И.М. Васалатий
Написание текста — И.М. Васалатий, О.В. Дракина
Редактирование — Р.Н. Комаров, В.Н. Николенко, С.В. Чернявский, М.В. Нелипа, О.В. Кытько
Participation of authors:
Concept and design of the study — R.N. Komarov, V.N. Nikolenko, S.V. Cherniavskii
Data collection and processing — S.P. Baydin, A.O. Feldman, A.E. Cherepanova, A.B. Alekseev, A.T. Nikitina, F.R. Gulmagomedova, O.V. Drakina, M.V. Nelipa, I.M. Vasalatii
Text writing — I.M. Vasalatii, O.V. Drakina
Editing — R.N. Komarov, V.N. Nikolenko, S.V. Cherniavskii, M.V. Nelipa, O.V. Kytko
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.