Глава 13. Протезированные клапаны сердца

Глава 13. Протезированные клапаны сердца

Типы протезов

В течение последних 30 лет протезирование клапанов сердца стало одним из самых распространенных кардиохирургических вмешательств. Идеальный протезированный сердечный клапан должен удовлетворять следующим требованиям: 1) эффективно функционировать подобно нормальному естественному клапану; 2) сохраняться в неизмененном виде на протяжении всей жизни пациента; 3) не оказывать негативного воздействия на клеточные и молекулярные компоненты крови, в частности не стимулировать тромбообразование. К сожалению, ни один из имплантируемых в настоящее время клапанов не может удовлетворить всем перечисленным требованиям. Два типа протезированных клапанов сердца, используемых в настоящее время, — механические и биологические, имеют свои достоинства и недостатки (табл. 18).

Таблица 18. Достоинства и недостатки механических и биологических протезированных сердечных клапанов

Все механические протезы имеют запирательный элемент [occluder], вокруг которого должна протекать кровь. Открываясь, запирательный элемент должен создавать возможность максимального кровотока в антероградном направлении и, закрываясь, препятствовать регургитации через клапан. Однако даже при нормальном функционировании любой механический протезированный клапан создает гемодинамически незначимый стеноз, а клапаны небольших размеров могут создавать значительные препятствия для антероградного кровотока. Кроме того, каждый нормально функционирующий протез имеет небольшую клапанную недостаточность. [162, 166, 169, 170]. Различают два вида клапанной регургитации: 1) при закрытии клапана [closing regurgitation]; 2) при закрытом клапане [leakage regurgitation].

Существуют три вида механических протезированных клапанов, различающихся запирательными элементами: шаровой [caged-ball], дисковый [tilting disk] и двустворчатый низкопрофильный [bileaflet, или hinged low-profile] (табл. 19).

Таблица 19. Виды механических протезированных сердечных клапанов

На рис. 13.1 изображен кровоток через механические протезированные клапаны каждого типа. В протезе Старра—Эдвардса [Starr-Edwards] запирательным элементом является силиконовый шарик, который находится в центре отверстия клапана и перемещается в рамках металлической клетки. В антероградном направлении кровь течет по периферии клапана. Недостатком этой конструкции является относительно большой вертикальный размер клапана. Из-за этого клапан в митральной позиции может соприкасаться в систолу со стенкой левого желудочка, особенно при небольших размерах последнего; в результате могут возникать нарушения ритма и внутрижелудочковой проводимости, возможен разрыв миокарда левого желудочка. Протезирование аортального клапана шаровым протезом может приводить к клапанному стенозу. Кроме того, металлическая клетка протеза создает помехи нормальному кровотоку через него.

Рисунок 13.1. Схема кровотока через механические протезы: а — кровоток через шаровой протез, b — кровоток через дисковый протез, c — кровоток через двустворчатый низкопрофильный протез. Replacement Cardiac Valves, ed. E. Bodnar, R. Frater, Pergamon Press, 1991.

Преимущество дискового протеза Бьерка—Шайли [Bjork-Shiley] — меньший вертикальный размер и квазицентральный кровоток через клапан. Диск поворачивается на 60—85°, разделяя отверстие клапана на две неравные части: большое и малое полуотверстия, через которые течет кровь в антероградном направлении.

Двустворчатый низкопрофильный протез Сент-Джуд Медикл [St. Jude Medical] — наиболее совершенный механический протез. Запирательный элемент клапана состоит из двух дисков, разделяющих клапанное отверстие на три части. Большой угол раскрытия клапана делает обструкцию нормальному кровотоку минимальной. Регургитация при закрытии тоже минимальна, но центральная щель между дисками оставляет возможность регургитации через закрытый клапан.

Среди биопротезов наиболее распространен клапан Карпентье—Эдвардса [Carpentier-Edwards], изготовляемый из аортального клапана свиньи. В последнее время для создания биопротезов все шире используется перикард быка. Схема кровотока через биопротезы представлена на рис. 13.2. Основной недостаток биопротезов в том, что они достаточно надежны только в первые 5—7 лет после протезирования, а в дальнейшем почти неизбежно подвергаются дегенерации [171, 172].

Рисунок 13.2. Схема кровотока через биопротезы: а — кровоток через биопротез, сделанный из аортального клапана свиньи, b — кровоток через биопротез, сделанный из перикарда быка. Replacement Cardiac Valves, ed. E. Bodnar, R. Frater, Pergamon Press, 1991.

Нормально функционирующие протезированные клапаны

Эхокардиографическое исследование, включающее М-модальную и двумерную эхокардиографию и различные варианты допплеровского исследования, стало в последние годы методом выбора для диагностики дисфункции протезированных клапанов сердца. Все виды эхокардиографии имеют свои сильные стороны и ограничения при исследовании протезированных клапанов (табл. 20) [165, 166, 169].

Таблица 20. Диагностические возможности отдельных видов эхокардиографии при исследовании протезированных клапанов сердца

Протезированные клапаны сердца служат препятствием для прохождения ультразвукового луча, создавая позади себя акустическую тень (рис. 13.3). Однако квалифицированный исследователь почти всегда может отличить клапанные структуры от артефактов. При исследовании в М-модальном режиме нормальное движение запирательных элементов механических протезов и створок биопротезов должно иметь вертикальное направление и большую амплитуду. Максимальное раскрытие клапана полезно сопоставить с нормой для данной модели и размера клапана, если она известна. При М-модальном исследовании важно также определить, не происходит ли задержка открытия клапана. Для этого регистрируют движение протезированных клапанов на протяжении 20—30 последовательных сердечных циклов, так как задержка раскрытия клапана может быть преходящей. Створки биопротеза при М-модальном исследовании должны выглядеть тонкими и не дрожать в закрытом состоянии. В целом, однако, для изучения работы протезированных клапанов М-модальное исследование не имеет самостоятельного значения.

A

B

Рисунок 13.3. Акустическая тень позади дискового механического протеза в митральной позиции: парастернальная длинная ось левого желудочка (А) и апикальная позиция четырехкамерного сердца (В). LV — левый желудочек, RV — правый желудочек, LA — левое предсердие, RA — правое предсердие, Ao — восходящий отдел аорты.

Двумерное эхокардиографическое исследование позволяет рассмотреть протез и окружающие его структуры, если использовать все эхокардиографические позиции. У пациентов с шаровым протезом можно наблюдать движение шарика и соприкосновение его с верхушкой металлической клетки (рис. 13.4). Двумерное исследование позволяет оценить соотношение размеров протеза и камер сердца. Протез в митральной позиции не должен заметно уменьшать полость левого желудочка. Изменяя положение датчика, можно зарегистрировать движение поворачивающегося диска в протезе Бьёрка—Шайли, если удастся направить ультразвуковой луч параллельно направлению движения диска. В протезе Сент-Джуд Медикл движения каждого из двух дисков могут быть исследованы по отдельности. У пациентов с имплантированным биопротезом часто удается рассмотреть движение всех трех створок клапана; створки должны быть тонкими, подвижными и не должны пролабировать (рис. 13.5). В течение многих лет при протезировании митрального клапана производилась резекция папиллярных мышц, поэтому нередко при исследовании пациентов с протезом в митральной позиции обнаруживается только одна папиллярная мышца или полное их отсутствие.

Рисунок 13.4. Нормально функционирующий механический шаровой протез в митральной позиции, хорошо визуализируется клетка протеза. Апикальная позиция четырехкамерного сердца, систола. LV — левый желудочек, RV — правый желудочек, LA — левое предсердие, RA — правое предсердие.

Рисунок 13.5. Нормально функционирующий биопротез в митральной позиции. Апикальная позиция двухкамерного сердца. В приносящем тракте левого желудочка — стойки биопротеза (большие стрелки). Створки биопротеза выглядят тонкими, не пролабируют в левое предсердие (маленькие стрелки). LV — левый желудочек, LA — левое предсердие.

Импульсное и постоянно-волновое допплеровские исследования дают ценную информацию о скоростях кровотока через клапан и наличии или отсутствии клапанной регургитации. Допплеровское исследование показано всем пациентам с протезированными сердечными клапанами, и оно должно быть проведено как можно раньше после имплантации клапана. В ряде клиник измерение скоростей кровотока через протезированные клапаны проводят интраоперационно, с помощью чреспищеводного эхокардиографического исследования, для оценки функции клапана in vivo. Во всех случаях протезирования клапана рекомендуется проводить эхокардиографическое исследование до выписки пациента из клиники. Это необходимо для последующего наблюдения за функцией протеза.

Постоянно-волновое допплеровское исследование бывает необходимо для измерения скоростей кровотока через протезированные клапаны почти всегда, поскольку эти скорости всегда выше, чем через неизмененный естественный клапан. Нормы скоростей кровотока отличаются для протезов разных типов, неодинаковы они и для разных размеров протезов одного и того же типа: чем меньше размер протеза, тем выше скорости кровотока через него. В табл. 21 и 22 приведены функциональные параметры наиболее распространенных типов протезов.

Таблица 21. Параметры кровотока и площадь клапанного отверстия для различного типа клапанов в митральной позиции

В таблице приведены средние значения параметров ± стандартное отклонение

Nanda N. et al. Echocardiographic assessment of prosthetic valves. Circulation, 84(3):228—39, 1991

Таблица 22. Параметры кровотока и площадь клапанного отверстия для различного типа клапанов в аортальной позиции

В таблице приведены средние значения параметров ± стандартное отклонение

Nanda N. et al. Echocardiographic assessment of prosthetic valves. Circulation, 84(3):228—39, 1991

Следует отметить, что в отдельных случаях нормально функционирующих протезированных клапанов трансклапанные градиенты существенно превосходят средние значения для данной модели и размера. Поэтому всегда нужно сопоставлять результаты измерений с данными предыдущих исследований пациента.

Протезированные клапаны всегда сопровождаются незначительной регургитацией (рис. 17.3), которая может быть обнаружена при помещении допплеровского контрольного объема непосредственно под клапан [162, 163, 164, 170]. Следует иметь в виду, что акустическая тень от металлических частей клапана препятствует проведению допплеровского исследования точно так же, как она препятствует оптимальной визуализации клапана. Поэтому судить о степени тяжести клапанной недостаточности при протезированных клапанах сердца (особенно — в митральной позиции) следует всегда с большой осторожностью.

Цветное допплеровское сканирование помогает определить структуру клапана и исключить гемодинамически значимую клапанную регургитацию. При шаровом протезе могут быть одновременно обнаружены две эксцентрических струи. Кровоток через протез Сент-Джуд Медикл состоит из трех потоков: одного центрального и двух периферических. Однако даже при нормально функционирующем протезе такая картина наблюдается не всегда. Одновременное обнаружение всех потоков через клапан зависит от технических условий визуализации сердца и квалификации исследователя; невозможность одновременного обнаружения всех потоков при цветном допплеровском сканировании еще не означает клапанной дисфункции.

Применение цветного сканирования вместе с М-модальным исследованием может помочь дифференцировать регургитацию при закрытии от регургитации через закрытый клапан.

Дисфункция протезированных клапанов

Основные причины дисфункции протезированных клапанов сердца — околоклапанная регургитация, бактериальный эндокардит, нарастание соединительной ткани, дегенеративные изменения, тромбоз.

Если при М-модальном исследовании шарового протеза не выявляется вертикальное движение открытия-закрытия клапана, то следует заподозрить его обструкцию тромбом или вегетациями. Однако следует иметь в виду, что амплитуда движения запирательного элемента может быть снижена при низком ударном объеме. В протезе Старра—Эдвардса иногда наблюдается «залипание» [sticking] шарика. Задержка раскрытия клапана — также признак обструкции, но временные интервалы работы каждого клапана в большой степени зависят от частоты сердечных сокращений, пред- и посленагрузки и ритма сердца, поэтому точные временные интервалы открытия-закрытия протезированных клапанов каждого типа и размера не установлены. Утолщение створок биопротезов и уменьшение амплитуды их движения, выявляемые при М-модальном исследовании, — чувствительные, но малоспецифичные признаки клапанной обструкции.

Двумерное исследование предоставляет больше возможностей для выявления дисфункции протезированных клапанов, чем М-модальное, но и оно имеет ограничения. Чувствительность двумерной эхокардиографии для выявления тромбоза или вегетаций на механических протезированных клапанах невелика, если только эти образования не достигают больших размеров и не пролабируют в полости сердца или крупные сосуды. Тем не менее с помощью двумерного исследования можно выявить дискордантное движение клапанного кольца протеза и окружающих структур, а также повреждение механическим протезом стенки левого желудочка, которое часто ведет к тяжелым нарушениям ритма и проводимости, разрыву стенки желудочка. Биопротезы — более удобный объект для исследования в двумерном режиме, так как металлические компоненты в них содержатся только в клапанном пришивном кольце [sewing ring] и стойках [stents]. Выраженное пролабирование створок биопротезов — достоверный признак тяжелой клапанной недостаточности (рис. 13.6). При подозрении на пролапс створок важно дифференцировать их от свободных концов швов, утолщенных из-за наложения фибрина, — для этого нередко приходится прибегать к чреспищеводному исследованию.

Рисунок 13.6. Молотящая створка биопротеза в митральной позиции (стрелка). Апикальная позиция четырехкамерного сердца, систола. Створка биопротеза целиком пролабирует в полость левого предсердия. Это состояние сопровождается тяжелой митральной недостаточностью.

М-модальное и двумерное исследования размеров камер сердца у пациентов с протезированными клапанами позволяют судить о тяжести клапанной дисфункции только на основании сопоставления с результатами предыдущих исследований. Если такое сопоставление невозможно, то судить о функции клапанов крайне трудно, поскольку протезированию клапанов всегда предшествуют нарушения гемодинамики и изменение размеров полостей сердца.

Допплеровское исследование в импульсном режиме не позволяет диагностировать обструкцию протезированных клапанов, так как и при нормальном их функционировании скорости кровотока через клапаны обычно превышают предел Найквиста и вызывают искажение допплеровского спектра. Функция протезированных клапанов количественно оценивается теми же методами, что и естественных. Степень выраженности обструкции клапана определяют максимальный и средний градиент давления по разные стороны клапана и площадь клапанного отверстия. В специальных исследованиях были сопоставлены величины трансклапанных градиентов давления, вычисленные по данным постоянно-волнового допплеровского исследования и по данным катетеризации сердца, и выявилась их почти идеальная корреляция (особенно среднего градиента давления). На практике оказывается, что корреляция хотя и высокая, но не идеальная. По-видимому, дело в том, что в отличие от научных исследований, в практической деятельности допплеровское исследование проводится не одновременно с катетеризацией сердца, а трансклапанные градиенты давления меняются при изменениях гемодинамики. Площадь клапанного отверстия — наиболее стабильный параметров, характеризующих тяжесть обструкции; она вычисляется так же, как и при стенотических поражениях естественных клапанов. На площадь клапанного отверстия нужно ориентироваться всегда, когда возникают сомнения в степени выраженности обструкции. Невысокие трансклапанные градиенты давления иногда могут ввести в заблуждение: например, у больного с тромбозом протезированного аортального клапана и резко сниженной глобальной сократимостью левого желудочка может быть обнаружена почти нормальная скорость кровотока через клапан при значительной обструкции клапанного отверстия.

Основное преимущество цветного сканирования при исследовании протезированных клапанов заключается в том, что оно дает возможность определить пространственную ориентацию стенотической и регургитирующей струй. При обструкции механического протезированного клапана кровоток часто направлен эксцентрически. Цветное сканирование помогает направить ультразвуковой луч при постоянно-волновом исследовании параллельно кровотоку. Показано, что диаметр струи в проксимальной ее части (сразу под клапаном), составляющий менее 0,8 см, — чувствительный диагностический признак обструкции биопротеза; при механических же протезах проксимальная часть струи видна редко, поэтому применение этого признака ограничено биопротезами.

Цветному допплеровскому сканированию принадлежит главная роль в диагностике клапанной недостаточности у пациентов с протезированными клапанами. С помощью цветного сканирования можно относительно легко отличить околоклапанную регургитацию [paravalvular leak] от трансклапанной [transvalvular] и определить степень ее выраженности (рис. 17.13, 17.14); при ангиографическом исследовании сделать это труднее. Околоклапанная регургитация (рис. 17.14) возникает при потере плотного контакта кольца протезированного клапана с теми тканями сердца, к которым клапан прикрепляется. Появление околоклапанной регургитации вскоре после операции может быть следствием несостоятельности швов или технической ошибки хирургов. Несостоятельность швов нередко возникает после протезирования клапанов у пациентов с абсцессами клапанного кольца (при бактериальном эндокардите), миксоматозной дегенерацией клапанов, либо выраженным кальцинозом митрального или аортального кольца. Поздняя околоклапанная регургитация появляется из-за дегенеративных изменений тканей на границе с клапанным кольцом протеза. Хирургически околоклапанная регургитация лечится иначе, чем трансклапанная: при околоклапанной регургитации производится подшивание кольца протезированного клапана (если нет бактериального эндокардита), при выраженной трансклапанной регургитации меняют протез.

Цветное сканирование позволяет полуколичественно оценить тяжесть клапанной недостаточности. При митральной и трикуспидальной регургитации вычисляют соотношение площади, которую занимает струя регургитации, и площади предсердия в апикальной четырехкамерной позиции. Если регургитирующая струя занимает менее 20% площади предсердия, то клапанную недостаточность определяют как небольшую, если 20—40%, то — как средней тяжести, если более 40%, то — как тяжелую. При недостаточности протезированного клапана в аортальной позиции, площадь, которую струя регургитации занимает в левом желудочке, не позволяет достоверно определить тяжесть аортальной недостаточности; диагностическое значение может иметь диаметр поперечного сечения проксимальной части струи. Впрочем, для оценки тяжести аортальной недостаточности существуют более надежные способы: измерение времени полуспада давления спектра аортальной регургитации или поиск ретроградного кровотока в нисходящем отделе аорты.

Вопросы применения чреспищеводной эхокардиографии для исследования протезированных клапанов сердца изложены в гл. 16.