Materiale Pentru Implant Cardiovascular 03-06-2014

Materiale pentru implant

cardiovascular

[1] [2]

Implanturi cardiovasculare

Motivatia:

- incidena foarte crescut a acestor boli;

- potenialul aplicativ crescut al materialelor polimerice;

Sistemul circulator

Sistemul arterial si venos

Arterele conduc sangele de la inima

Venele conduc sangele spre inima

Arterele, venele si capilarele nu sunt indentice

din punct de vedere anatomic.

Arterele prezinta elasticitate- se dilata si

contracta (pentru a accepta sangele)

Vase de snge artificiale

1. tunica intern (tunica intima) - format n mare parte din celule endoteliale;

2. tunica medie - stratul cel mai subire, format din fibre musculare netede, orientate n circumferin:

3. tunica extern - format majoritar din fibre de colagen.

ntre fibrele musculare i cele de colagen se regsesc membrane elastice, formate din elastin.

Contractilitate

Incarcare-descarcare

Dispozitive cardiovasculare - vase

sangvine artificiale i stenturi Afeciunile cardiovasculare acoper un spectru larg de condiii patologice, care

afecteaz att inima, ct i vasele sangvine.

Ateroscleroza = termen general, ce face referire la scderea elasticitii arterelor i rigidizarea acestora (sclerosis (gr) = rigidizare). Atunci cnd ateroscleroza se instaleaz la nivelul arterelor coronare, facem referire la condiia de boal arterial coronarian, care poate provoca infarctul cardiac.


sangvine artificiale i stenturi

Afeciunile aterosclerotice conduc la ngustarea lumenului arterelor, n unele cazuri chiar la obstrucie total.

Cauzele principale n obstruciile arteriale sunt nivelul seric nalt de colesterol i rigidizarea arterelor, prin formarea placilor de aterom.

Formarea de noi vase de sange

Inlocuirea tesutului bolnav sau absent cu

substituenti biocompatibili, tesut cardiovascular

nou

Grefele vasculare sunt dispozitive prostetice

utilizate ca inlocuitori artificiali pentru vasele

de sange afectate de boala cardivasculara.

Tratament medicamentos


Inlocuirea cu vene prelevate de la pacient

(autograft)

Inlocuirea cu artere de la persoane tinere

(alograft)- abandonat in 1950

Inlocuirea cu artera carotida bovina

(xenograft)



Pn la mijlocul anilor 1990, tratamentul consta n operaia de bypass: arterei afectate i era ataat chirurgical o gref vascular (prelevat n general dint-o ven de membru inferior), astfel nct sangele s ocoleasc zona afectat, circulaia sangvin fiind recptat.



DEZAVANTAJELE TEHNICII BY-PASS

1. in multe cazuri de bypass, pacenii epuizeaz sursele venoase

2. venele nu reprezint un substitut arterial ideal, se depreciaz n doar

civa ani, dup care este indicat o nou intervenie chirurgical.


Venele prezint o rigiditate mai redus i o extensibilitate relativ crescut, n comparaie cu arterele. Astfel, este posibil ca venele utilizate pentru substituia unor segmente arteriale (bypass) s nu se poat acomoda la condiiile de presiune crescut caracteristice acestora i s conduc n multe cazuri ctre formarea unor anevrisme.

Implanturi cardiovasculare

Implanturile cardiovasculare se gsesc sub diferite

forme i includ:

(a) - substituia vaselor de snge;

(b) - stenturi polimerice i stenturi acoperite cu straturi polimerice.

[3]

Stenturile cardiovasculare

La mijlocul anilor 90, tratamentul bolilor arteriale coronariene a fost revoluionat prin dezvoltarea tehnicii de angioplastie coronarian cu balon, combinat cu inseria unui tub de metal, prevzut cu fante (stent).

[4]

[11]


Principalul avantaj: procedur ambulatorie (nu necesita internarea), fiind astfel semnificativ reduse costurile i timpul de recuperare. Avnd o rat de succes de 70-75% n termeni de permeabilitate, aceast tehnic a nlocuit bypassul, excepie fcnd cazurile de obstrucii multiple.


Dezavantajul major: prezena permanent a stentului n circulaia sangvin, fiind necesar administrarea medicamentelor anti-trombice timp de aprox. 6-12 luni dup implantare i tratament cu aspirin pentru ntreaga via.

Dei mai mare dect n cazul chirurgiei de bypass, rata de permeabilitate (patency rate) a segmentului arterial cu stent era nc redus, n principal din cauza faptului c vasul de snge deblocat suferea o nou obstrucionare, proces numit restenoz.


[5]


Pentru tratarea restenozelor, n 2003 a fost dezvoltat i aprobat un stent cu eliberare de medicament, care iniial s-a bucurat de un mare succes, urmnd ca cercetrile ulterioare s demonstreze c nici acest tip de stent nu era ideal.


Operaia de bypass rmne cea mai potrivit alegere n

tratamentul cazurilor de obstrucii multiple sau care prezint complicaii, n special n cazurile de boli circulatorii periferice, unde diagnosticul este de obicei

ntrziat, iar stenturile disponibile momentan nu aduc

mari satisfacii.

De ce este nevoie de vase de snge artificiale?


Necesitile pe care un material ideal pentru substituia arterial trebuie s le ndeplineasc:

critice

(a) biocompatibilitate: non-trombogenice, non-inflamatorii, non-

toxice, non-carcinogenice, non-imunogenice;

(b) complian i elasticitate: trebuie s imite ct mai exact natura unic viscoelastic arterial;

(c) trebuie s reziste i s se acomodeze la schimbrile de presiune, astfel nct s nu se deprecieze sub aciunea fluxului sangvin;

(d) s permit o remodelare eficient (creterea unui strat de esut endotelial ntr-o perioad adecvat de timp).

Vase de snge artificiale Necesitile pe care un material ideal pentru substituia

arterial trebuie s le ndeplineasc:

de dorit:

(i) suturabile sau ancorabile la esutul vizat;

(ii) uor de procesat;

(iii) uor de sterilizat i disponibile sub diferite dimensiuni i diametre.


Curgere laminara (a), curgere

turbulenta (b)


Materialul utilizat trebuie s prezinte o porozitate adecvat, care pe de-o parte s permit creterea i dezvoltarea esuturilor adiacente la suprafa, n condiiile unui proces normal de reparare tisular, i pe de alt parte s nu permit extravazarea lichidului spre exterior.

Este de dorit ca acoperirea suprafeei cu celule endoteliale s se realizeze ct mai rapid.


n funcie de porozitate, substituenii vasculari sintetici se pot clasifica astfel:

- substitueni fibroi: esuti sau tricotai (woven or knitted), necesit acoperirea cu un strat de fibrin, care s previn curgerile prin material; n general se obin din Dacron.

- Grafturi vasculare MAQUET poliester acoperit cu colagen, tesut (din 1987 mai mult de 2 miloane au fost implantate)

- substitueni nvecinai (contiguous): prezint o structur microporoas, care nu mai necesit acoperiri.


Polimeri sintetici fibroi

Dacron - woven or knitted

Tuburile woven sunt mai puin poroase dect varianta knit, n cazul celui de-al doilea tip ncercndu-se numeroase configuraii, cu scopul unui mai bun control al gradului de porozitate. n plus, sunt supuse unor tratamente de acoperire cu materiale precum: fluoropolimer, polimer grefat cu colagen sau heparin, fibrin, factori de cretere ai celulelor fibroblaste, elastomeri siliconici, gelatin, etc.

Totui, dei n cadrul studiilor pe animale aceste materiale au indicat un comportament desirabil, n cazul studiilor clinice nu au fost raportate rezultate uluitoare, nici mcar n cele ce vizau vase de snge mai mari, cum ar fi aorta.


Este greu de estimat care din fenomenele de nepotrivire

de complian, respectiv trombogenicitate guverneaz mai mult pierderea de performan a implantului, i mai ales n ce msur, ns se estimeaz c deprecierea

survenit dup 6 luni sau mai mult este de cele mai

multe ori cauzat de nepotrivirea de complian.


Grefe din PTFE expandat

PTFE expandat (PTFE-e) a nceput s fie utilizat

de pe la sfritul anilor 70, fiind obinut printr-un proces de extrudare din past, urmat de

evaporarea solventului, expandare biaxial i sinterizare la temperatur.

Era astfel obinut o porozitate ce putea fi variat de la 30 m la 100 m.

PTFE expandat

[10]


Grefe din PTFE expandat

Din punct de vedere al proprietilor mecanice, prezint o duritate superioar celei a arterelor,

avnd un modul de elasticitate de 3-6 Mpa. n

ciuda acestei nepotriviri mecanice, PTFE-e este

intens utilizat, n special pentru operaiile de bypass a arterelor femoropopliteale.


Principalele dezavantaje att n cazul PTFE-e, ct i pentru Dacron l reprezint endotelizarea incomplet pe faa lumenal, fapt care conduce ctre trombogenicitate i depreciere ntr-un timp relativ redus.

Alternativ: creterea porozitii. Au fost ncercate, fr mari succese ns, i tehnici de acoperire cu C sau lipirea unor factori de cretere cu ajutorul fibrinei (fr teste clinice).


Grefe din PU - Derivai ai PU: PU pe baz de poliester (PEU) -iniial promitor, ns n

urma testelor pe animale s-a dovedit a fi instabil la hidroliz i la atacul enzimatic, motiv pentru care cercetrile tiinifice nu s-au mai axat pe acest subiect (exemplu: Estane).

PU pe baz de poliester (PEEU) -folosesc n general poli(tetrametilen-oxid) (PTMO), este mai stabil hidrolitic dect poliuretanii esterici, att n condiii acide, ct i alcaline, ns este degradabil enzimatic, n medii oxidante i sub influena stressului (caz n care sunt incluse, de asemenea, i enzimele).


Grefe din PU - Derivai ai PU:

Mitrathane reprezint un PEEU dezvoltat mai recent (compania Mitral - US). Acest material este obinut prin tehnica inversiei de faz din soluii de dimetil-acetamid, obinndu-se astfel o microporozitate. n cadrul testelor pe animale, performanele au fost relativ scazute, fapt pus pe seama porozitii nchise i neinterconectate. Histologic s-a dovedit o legare slab la esut, n zona anastomotic.

Alte exemple de PEEU: Pulse-Tec (compania Newtec Vascular Products - UK) i Vectra (Thoratec Laboratories - US). Primul, din motive necunoscute total, a fost abandonat, n timp ce al doilea a fost aprobat de FDA n anul 2000, ns doar pentru accesul vascular din cadrul procedurilor de hemodializ, care reprezint o aplicaie pe termen scurt.


Policarbonat-uretanii (PCU)

-au fost dezvoltai cu scopul de a rezolva problemele de instabilitate prezente n cazul PEU i PEEU.

Primul patent a fost obinut n 1992 (L. Pinchuk of Corvita Corporation), sub numele de Vascugraft, fiind un material microporos, obinut printr-o tehnic cu spray. O soluie de viscozitate sczut este pulverizat prin orificii suficient de fine astfel nct s genereze formarea unor fibre subiri, ntr-o incint rotitoare. n urma unor cercetri ulterioare, s-a dovedit i eecul acesui material, fapt datorat nu att instabilitii sale, ct trombogenicitii.

Ca i n cazul Vectra, acest material a fost aprobat de FDA doar pentru accesul vascular, n hemodializ.


Comportamentul mecanic

n literatur, atunci cnd se face referire la potrivirea de complian, se ia n calcul doar zona de nceput a curbei tensiune-deformare ce caracterizeaz materialele.


Compliana este n general determinat de elastin, n timp ce rigiditatea este dat de colagen.

Pentru a evidenia aceast dependen, analizai datele din tabel i graficul ce exprima modulul de elasticitate dup direcia perpendicular.

Polimer

Modul de elasticitate

Directie Perp. Directie Longit.

Dacron - woven 12- 15 0.87- 1.1

Dacron - knitted 12- 14 0.64

PTFE-e 5.9- 7.9 2- 3.6

PEEU- Mitrathane 1.9- 4.3 0.64- 1.1

PCU 3.1 3.1

Artera iliaca 1.3- 4.8 0.4- 0.77

Vena iliaca 4.8- 6.3 1.8- 5.3


De observat faptul c niciun material nu poate reproduce comportamentul caracteristic arterei, cu excepia polimerului PEEU, care prezint date apropiate, ns acesta are un comportament plastic, nu elastic, precum vasele sangvine naturale.


Materiale bio-inspirate

n scopul obinerii unor proprieti mbuntite, PU poate fi combinat cu Dacron prin dou

tehnici, astfel nct curba tensiune-deformare s

urmeze un curs asemntor celei arterei

carotide comune umane.

Referinte [1]http://www.cedars-sinai.edu/International-Patients/Spanish/Tratamientos-y-

Programas/Corazon/Images/472679_stent-32648.jpg

[2]http://www.terumo-cvs.com/images/products/group_vascular_grafts.jpg

[3]www.bostonscientific-international.com

[4]http://biomedical.materialise.com/sites/default/files/public/BME/Cardiovascular/Device%20Design/image6.jpg

[5]http://journals.prous.com/journals/dof/20063106/html/df310513/images/fig6.jpg

[6]http://www.cathlabdigest.com/files/photos/crosby4.jpg

[7] timelymedical.ca/wp-content/uploads/2010/06/heart-6.jpg

[8]http://news.sciencemag.org/sciencenow/assets/2009/04/24/200942421.jpg

[9] http://www.hematology.org/assets/0/71/73/78/309/329/812b9cb7-05d3-4738-af4b-7bcfa13c10e5.jpg?n=3540

[10]http://www.uweb.engr.washington.edu/images/research/ptfetutorial2.jpg

[11] http://media-2.web.britannica.com/eb-media/77/102977-050-87B7CCFA.jpg

Materiale Pentru Implant Cardiovascular 03-06-2014

Documents

Transcript of Materiale Pentru Implant Cardiovascular 03-06-2014