Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Nechirurgické náhrady a úpravy srdečních chlopní

Vize, hypotézy, fakta a experimenty
 |  4. 12. 2008
 |  Vesmír 87, 850, 2008/12

Již svatý Kosmas a svatý Damián nahrazovali do roku 303 poškozené části lidského (ale i zvířecího?) těla…

Zdravé lidské srdce má frekvenci stahů úměrně věku a stupni trénovanosti svého nositele někde mezi 60 a 90 za minutu. Při fyzické zátěži a vlivem různých podnětů ze zevního prostředí se může počet stahů podstatně zvýšit. Sportovci, zejména sprinteři, mohou přesáhnout ve vrcholných okamžicích hranici 200 tepů za minutu, a v klidu naopak mají podstatně nižší frekvenci než osoby bez opakované zátěže. Během roku lze obecně odhadovat, že těchto stahů bude kolem 41 milionů! Srdeční chlopně se za danou dobu 41milionkrát otevřou a 41milionkrát uzavřou. Můžeme být tak troufalí a uměle napodobit či nahradit přírodu?

Porucha ventilu – poškozená funkce chlopně

Poškozené chlopně (viz rámeček „Funkce srdečních chlopní“ 1 ) lze dělit na nedomykavé (ventil netěsní a kapalina se vrací zpět do oddílu, odkud byla vypuzena), zužující (ventil je příliš těsný a klade velký odpor), popřípadě kombinace obou poruch.

Chlopenní vady srdce mohou být vrozenézískané. Je nutno počítat s degenerativními změnami. O trvanlivosti chlopní rozhoduje konečný počet buněčných cyklů. Lze spekulovat o tom, že nám biologické hodiny dovolují jen určitý počet buněčných oprav. Ve svém vývoji živý tvor postupně ztrácí schopnost regenerace i reparace. Výsledkem jsou zhoršující se degenerativní změny. Ve vyspělých zemích světa je vidět trend k prodlužování života. Jeho logickým vyústěním bude vyšší výskyt srdečních chlopenních vad z opotřebování bez možnosti buněčné adaptace. Řada nemocných s chlopenní vadou se dostane za možnosti srdeční chirurgie.

Jak chlopenní vada postupuje

Každá srdeční vada má kompenzační mechanizmy. Vada spojená se zúžením vede k tomu, že čerpací část srdce zmohutní. Je to podobné jako trénink s činkou, jehož výsledkem je, že se zvětší svaly pro lepší výkon (v silových sportech), někdy i pro estetický dojem (v kulturistice). Podobně začne mohutnět srdeční komora, což je sice proces výhodný, ale jen dočasně. Nedochází totiž k proporcionálnímu růstu cév, které masu srdce zásobují krví, tedy kyslíkem a živinami. Sval odpovědný za stah tak přijde o část vysoce specializovaných stažlivých buněk (zaniknou programovanou smrtí – apoptózou) a změní se v méněcenné vazivo. Pokud tlakový odpor trvá, srdce se začne zvětšovat a hrozí srdeční selhání. Srdce už není schopno dopravit potřebný objem krve do periferních orgánů, krev se hromadí.

Pokud chlopeň „netěsní“, krev se po vypuzení rozdělí. Část putuje do míst určení, část se vrací pod netěsnící ventil, tedy pod porušenou chlopeň. Čím větší je podíl, o který je normálně směřovaný proud krve ochuzen, tím závažnější je pacientův stav. Srdce je vracejícím se objemem kapaliny zatěžováno, selhání se blíží.

Obvyklé možnosti léčby

Nositelé vad začnou mít potíže a ty je donutí navštívit lékaře. Léčba začne úpravou životního stylu, omezováním neodpovídající fyzické zátěže a léky, které mají omezit odpor, proti němuž srdce pracuje, popřípadě zlepšit stažlivost. Žádný chemický preparát ale nenahradí poškozenou chlopeň. Farmakologické opatření může jen pomoci kompenzačním mechanizmům a oddálit okamžik operace. Ta přichází ke slovu tehdy, když jsou možnosti farmakologické léčby vyčerpány. Na lékaři je, aby operaci posunul do doby, kdy bude riziko přijatelné.

Zvláštním způsobem probíhají vrozené chlopenní vady. Nemocný je na ně zvyklý, chybí mu srovnání s normálním stavem. V organizmu, kde u zdravého člověka panuje určitá harmonie mezi funkcemi různých orgánů a srdce, může v důsledku pokročilých chlopenních vad nastat situace, kdy je vlivem poškozeného krevního oběhu narušena funkce ledvin (vylučování zplodin metabolizmu) či jater (hlavně tvorba látek bílkovinné povahy regulujících srážlivost krve). V krajních případech chlopenních vad, při kterých jsou uvedené orgány poškozeny zásadním způsobem, není operační výkon únosný. Podobnou situaci může přinést souběh s jinými nemocemi a nemalou roli hraje i věk.

Nemocní v bezvýchodné situaci

Kategorie nemocných, které nelze operovat, iniciovala myšlenku na řešení bez radikálního chirurgického zákroku. Možné jsou dva přístupy. Méně radikální je katetrizační zavedení skládací umělé chlopně do míst, kde tato protéza dočasně nahradí přirozenou chlopeň. Katetrizační techniky využívají instrumentální přístup do cévního řečiště v periferii (buď přímým vpichem jehlou, nebo za využití malé chirurgické preparace) a dutým systémem cévy se pod rentgenovou kontrolou 1) hledá a kontroluje cesta průchodu až do místa cílového zásahu. Po výkonu se zaváděcí nástroje a pomůcky z těla odstraní. Umělá chlopeň by v tomto použití měla v určitém časovém období vést k zotavení jak srdečního čerpadla, tak poškozených orgánů. Tím by pochopitelně operační riziko kleslo a mohl by se uskutečnit kardiochirurgický výkon, který byl předtím nemožný. Během něj by se mimo jiné odstranila umělá chlopeň.

Druhým, mnohem radikálnějším výkonem by bylo katetrizační ovlivnění chlopenní vady tak, že by kardiochirurgický zákrok úplně nahradilo. Zatím nejsou k dispozici prověřené materiály, scházejí i prověřené technologie. Nicméně jsou již ve světě známy nevelké série nemocných, kteří takto byli léčeni. Šlo však vesměs o nemocné neléčitelné jiným způsobem. Trvanlivost výsledků těžko posoudíme, neboť průměrný věk takto léčených nemocných přesahoval 80 let.

Vize a pokusy

Myšlenka katetrizačních náhrad či modifikací chlopenních vad není nová. První úvahy se objevily zhruba před 40 lety. Často jen zachycovaly nevyzkoušené představy autorů, přesto některé z nich pronikly až do patentových úřadů.

Jsou tři možné nechirurgické (katetrizační) přístupy k řešení daného problému: náhrada poškozené chlopně skládací mechanickou protézou, náhrada biologickou chlopní, popř. částečné opatření, kdy není nahrazována celá chlopeň.

V roce 1992 vypracoval radiolog Dušan Pavčnik z Oregonské univerzity v Portlandu experimentální model na zvířeti, který napodoboval princip kuličkového ventilu, používaný již předtím v kardiochirurgii. 2) Nemocný by však musel trvale užívat léky, které brání krevní srážlivosti. Pavčnikův model vycházel ze skládací nerezové klece, která se zavedla nad poškozenou aortální chlopeň, a potom se do ní vpravil latexový balonek vhodné velikosti. Po určitou dobu se dalo pod rentgenem pozorovat, jak se balonek (plněný kontrastní kapalinou) v kleci pohybuje. Model byl funkční jen krátkodobě.

V tomtéž roce vytvořila skupina dánských autorů pod vedením H. R. Andersena model, který využíval drátěný nosič chlopně (stentový základ), do nějž byla všita bioprotéza. Model se zaváděl mohutným zavaděčem, chlopeň již mohla být uložena i do míst poškozené chlopně a zakotvena hydraulickým tlakem balonkového katétru rozpínaného pod rentgenovou kontrolou v požadované poloze. Model byl na zvířeti rovněž krátkodobě úspěšný. Jeho klady spočívaly v tom, že biologické materiály 3) jsou snadno dostupné. Schůdné by bylo i jejich zhotovení z těl lidských dárců, jako je tomu v obecné transplantační medicíně. Pokud by však měly konkurovat chirurgickým technologiím, musela by být řešena jejich integrita s mechanickým nosičem a vyloučena jejich zvýšená náchylnost k biodegradaci (např. k ukládání vápníku).

Dnešní nosiče chlopní (stenty) již nemusejí být projektovány pro roztahování balonkem, tj. pasivně. Existují konstrukce, které využívají vlastní expanzi (viz Vesmír 85, 171, 2006/3). Testují se nové vlastnosti slitin a technologie kotvení biomembrány ke kovu. Nepřekonaný význam však zde stále má klasické šití (obrázek 2, obrázek 3 a obrázek 5).

Mají mechanické protézy perspektivu?

Ve výzkumu mechanických chlopní pro katetrizační techniky jsme dnes zřejmě osamoceni. Nedomníváme se však, že je to mylná cesta (viz rámeček „Výzkum v IKEM“ 2 ). Vycházíme z toho, že mechanické součásti, které byly doposud užívány v klasické kardiochirurgii, nevykazovaly známky degenerace ani biodestrukce. Mají trvanlivost, jíž nemůže dosáhnout žádná neživá bioprotéza. Navíc lze očekávat vývoj plastů, které budou nejen biokompatibilní a trvanlivé, ale také nesmáčivé, tudíž bude odstraněna nutnost protisrážlivé léčby.

Dnes mají umělé chlopně složitější strukturu, a v důsledku toho je katetrizační řešení obtížnější. Proto se testují techniky, které vlastně nemocnou chlopeň ponechávají na místě a pouze ji modifikují. Lze očekávat, že tento obor dozná dalšího pokroku, jehož se dočkají příští generace.

Poznámky

1) Popř. za současného využití jiných zobrazovacích technik.
2) Kulička se při stahu srdeční komory proudem krve oddálí od dorazové nebo těsnicí plochy a krev volně proudí správným směrem. V uzávěrové fázi kulička dolehne do svého sedla a zpětnému toku krve zabrání.
3) Homogenizované a denaturované zvířecí chlopně.

FUNKCE SRDEČNÍCH CHLOPNÍ

(Opakování toho, co známe ze školy)

Každý ze stahů srdce přemístí určité množství krve z levé komory do velkého oběhu a z pravé komory do plicního řečiště. Tento objem krve protéká otevřenými chlopněmi, a jakmile stah skončí, chlopně se uzavřou, takže se krev nemůže vrátit tam, odkud byla vypuzena. Chlopně tedy plní funkci záklopky regulující tok krve. Stahování srdečních komor lze přirovnat k chodu čerpadla poháněného chemickou energií, která se mění na energii mechanickou.

Chlopenní skladba v trubicových strukturách, jakými jsou srdečnice ve vztahu k levé komoře a plicní tepna ve vztahu ke komoře pravé, je prostá. Jde o blanité poloměsíčité útvary (lunuly), které proud krve při stahu přitiskne k srdečnici. Po skončení vypuzovací fáze poskytne tlak potřebný k uzávěru chlopní odpor všech tepenných trubic, kudy se prohnala pulzová vlna. Zpětně působící tlak lunuly naplní a jejich stěny se k sobě přimknou.

Složitější jsou chlopně oddělující srdeční oddíly s vlastní stažlivostí (dvojcípá chlopeň odděluje levou síň od levé komory, trojcípá pravou síň od pravé komory). Tyto chlopně obsahují jak pasivní, tak aktivní části (obrázek 1). Do struktury patří i otvor mezi síní a komorou (anulus), k jehož okrajům jsou blanité části chlopní přirostlé. Dále je tam blanitý cípatý list, který má funkci lodní plachty, jenže nezachytává vítr, ale krev. Tato část chlopně je šlašinkami připevněna k dalším součástem chlopenního aparátu. Šlašinky lze dělit na pilířové a velké okrajové, což nic nemění na jejich poslání, jímž je především rovnoměrné rozložení tlaku na plochu chlopenního listu. Navíc tento list ukotvují k papilárnímu svalu, jenž patří k nejmenším svalům v lidském těle, tím větší však hraje roli. Na svém vrcholu má vlastní úpon šlašinek a na bázi přiléhá k příslušné oblasti stěny v dutině srdeční komory. Papilární sval a odpovídající segment komorové stěny aktivně vykonávají periodické stahy úměrně frekvenci stahů zprostředkovaných elektrickými impulzy, jež se buď šíří ze síní do komory, nebo vznikají přímo v komoře. Tím je zajištěno koordinované otvírání a zavírání listů chlopní.

Na rozdíl od mechanických čerpadel jsou srdeční chlopně živé, musí vydržet po celý život. Na povrchu mají vrstvu buněk zajišťující nesmáčivost chlopní (ta brání tvorbě krevních sraženin). U chlopní oddělujících síně od komor může každá z pěti zúčastněných součástí (anulus-chlopenní list-šlašinka-papilární sval-přilehlá stěna komory) znehodnotit celkovou funkci. Navíc může být na jedné chlopni více vad či poruch najednou.

VÝZKUM V IKEM

Testovali jsme na zvířeti klec z nitinolu (slitiny titanu a niklu) se schopností vlastní aktivní expanze a později klec ze speciální pružné nerezavějící oceli s diskem z polyuretanu zaváděným v druhém kroku. Šlo vlastně o první katetrizační imitaci diskové protézy. Tuto koncepci jsme dokončili v roce 2000. Chlopeň byla dokonale funkční. Nevýhodou byla nestálost slitiny a nutnost technicky náročného dvoukrokového zavádění.

Rovněž úspěšně jsme testovali diskovou protézu, kterou bylo možno již zavést v jednom kroku. Opět šlo o plně funkční záklopkový mechanizmus.

To vše se týkalo chlopní funkčně jednodušších, tj. v trubicových strukturách (obrázek 4).

U chlopní dvojcípé či trojcípé na pomezí srdečních síní a komor je situace složitější, ale bezpochyby bude také katetrizačně dosažitelná. V tom nás utvrzuje naše klinické pozorování z roku 1999, kdy se nám jako prvním na světě podařilo katetrizačně zachytit a správně umístit zcela odtržený cíp dvojcípé chlopně. Tím se výrazně zlepšil stav nemocného, jehož stav nebyl zprvu shledán schůdným k operaci. Po stabilizaci oběhu tímto katetrizačním opatřením byl pak nemocný bez problémů operován a chlopeň mu byla nahrazena mechanickou protézou.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Medicína

O autorech

Jan Peregrin

Jan Šochman

Doporučujeme

Přemýšlej, než začneš kreslit

Přemýšlej, než začneš kreslit

Ondřej Vrtiška  |  4. 12. 2017
Nástup počítačů, geografických informačních systémů a velkých dat proměnil tvorbu map k nepoznání. Přesto stále platí, že bez znalosti základů...
Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné