Усталостная прочность нового биопротеза клапана сердца

Цель исследования — оценка методом конечных элементов усталостной прочности опорного каркаса разрабатываемого протеза клапана сердца, предназначенного для репротезирования несостоятельного протеза по типу «протез-в-протез».

Материалы и методы. Оценивали усталостную прочность опорных каркасов экспериментального протеза клапана сердца, разрабатываемого в НИИ комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний (Кемерово), предназначенного для репротезирования несостоятельного протеза по типу «протез-в-протез». Исследование осуществляли в два этапа: моделирование имплантации опорного каркаса каждого типоразмера и непосредственная оценка усталостной прочности. В качестве нагрузки использовали давление, прикладываемое к внутренней стороне каркаса в области комиссуральных стоек.

Результаты. В ходе процесса имплантации опорного каркаса выявлен существенный рост механических напряжений в вершинах ячеек с образованием упругопластических шарниров. Анализ усталостной прочности опорного каркаса продемонстрировал незначительные значения переменного напряжения в цикле «нагрузка–разгрузка»: максимум показателя наблюдали при гипертензивном давлении для типоразмера 19 мм — 17,2 МПа. Коэффициент Гудмана и его распределение на эпюрах позволили охарактеризовать наличие и расположение наиболее критических точек опорных каркасов. Значения максимума данного показателя колебались от 0,46 до 0,72.

Заключение. Результаты продемонстрировали, что конструкция исследуемого опорного каркаса экспериментального протеза клапана сердца, предназначенного для репротезирования несостоятельного протеза по типу «протез-в-протез», обеспечивает ресурс усталости не менее 10⁹ циклов.

1. Beckmann A., Funkat A.-K., Lewandowski J., Frie M., Ernst M., Hekmat K., Schiller W., Gummert J., Cremer J. Cardiac surgery in Germany during 2014: a report on behalf of the German Society for Thoracic and Cardiovascular Surgery. Thorac Cardiovasc Surg 2015; 63(4): 258–269, https://doi.org/10.1055/s-0035-1551676.
2. Brown J.M., O’Brien S.M., Wu C., Sikora J.A.H., Griffith B.P., Gammie J.S. Isolated aortic valve replacement in North America comprising 108,687 patients in 10 years: changes in risks, valve types, and outcomes in the Society of Thoracic Surgeons National Database. Thorac Cardiovasc Surg 2009; 137(1): 82–90, https://doi.org/10.1016/j.jtcvs.2008.08.015.
3. Nishimura R.A., Otto C.M., Bonow R.O., Carabello B.A., Erwin J.P. 3rd, Guyton R.A., O’Gara P.T., Ruiz C.E., Skubas N.J., Sorajja P., Sundt T.M. 3rd, Thomas J.D.; ACC/AHA Task Force Members. 2014 AHA/ACC guideline for the management of patients with valvular heart disease: executive summary: a report of the American College of Cardiology/American Heart Association Task Force on Practice Guidelines. Circulation 2014; 129(23): 2440–2492, https://doi.org/10.1161/cir.0000000000000029.
4. Клышников К.Ю., Овчаренко Е.А., Кудрявцева Ю.А., Барбараш Л.С. Репротезирование клапанов сердца по методике «протез-в-протез». Российский кардиологический журнал 2016; 11(139): 73–80, https://doi.org/10.15829/1560-4071-2016-11-73-80.
5. Balsam L.B., Grossi E.A., Greenhouse D.G., Ursomanno P., DeAnda A., Ribakove G.H., Culliford A.T., Galloway A.C. Reoperative valve surgery in the elderly: predictors of risk and long-term survival. Ann Thorac Surg 2010; 90(4): 1195–1201, https://doi.org/10.1016/j.athoracsur.2010.04.057.
6. Maganti M., Rao V., Armstrong S., Feindel C.M., Scully H.E., David T.E. Redo valvular surgery in elderly patients. Ann Thorac Surg 2009; 87(2): 521–525, https://doi.org/10.1016/j.athoracsur.2008.09.030.
7. AL-Mangour B., Mongrain R., Yue S. Coronary stents fracture: an engineering approach (review). Materials Sciences and Applications 2013; 4(10): 606–621, https://doi.org/10.4236/msa.2013.410075.
8. Lewitton S., Babaev A. Superficial femoral artery stent fracture that led to perforation, hematoma and deep venous thrombosis. J Invasive Cardiol 2008; 20(9): 479–481.
9. Scheinert D., Scheinert S., Sax J., Piorkowski C., Bräunlich S., Ulrich M., Biamino G., Schmidt A. Prevalence and clinical impact of stent fractures after femoropopliteal stenting. J Am Coll Cardiol 2005; 45(2): 312–315, https://doi.org/10.1016/j.jacc.2004.11.026.
10. Ghawi H., Kenny D., Hijazi Z.M. Transcatheter pulmonary valve replacement. Cardiol Ther 2012; 1(1): 5, https://doi.org/10.1007/s40119-012-0005-9.
11. ГОСТ 31618.1-2012 Протезы клапанов сердца. Часть 1. Общие технические требования и методы ис­пытаний. 2015.
12. Wiersma S., Dolan F., Taylor D. Fatigue and fracture in materials used for micro-scale biomedical components. Biomed Mater Eng 2006; 16(2): 137–146.
13. Tabanli R.M., Simha N.K., Berg B.T. Mean strain effects on the fatigue properties of superelastic NiTi. Metall and Mat Trans A 2001; 32(7): 1866–1869, https://doi.org/10.1007/s11661-001-0164-0.
14. Форрест П. Усталость металлов. М: Машино­строение; 1968; 352 с.
15. Берендеев Н.Н. Сопротивление усталости. Основы. Н. Новгород: Нижегородский госуниверситет; 2010; 64 с.
16. Ohya M., Kadota K., Kubo S., Tada T., Habara S., Shimada T., Amano H., Izawa Y., Hyodo Y., Otsuru S., Hasegawa D., Tanaka H., Fuku Y., Goto T., Mitsudo K. Incidence, predictive factors, and clinical impact of stent recoil in stent fracture lesion after drug-eluting stent implantation. Int J Cardiol 2016; 214: 123–129, https://doi.org/10.1016/j.ijcard.2016.03.013.
17. Kitahara H., Waseda K., Yamada R., Otagiri K., Tanaka S., Kobayashi Y., Okada K., Kume T., Nakagawa K., Teramoto T., Ikeno F., Yock P.G., Fitzgerald P.J., Honda Y. Acute stent recoil and optimal balloon inflation strategy: an experimental study using real-time optical coherence tomography. EuroIntervention 2016; 12(2): e190–e198, https://doi.org/10.4244/eijv12i2a32.

Klyshnikov K.U., Ovcharenko E.A., Nyshtaev D.V., Barbarash L.S. Fatigue Strength of a Novel Heart Valve Bioprosthesis. Sovremennye tehnologii v medicine 2017; 9(2): 46, https://doi.org/10.17691/stm2017.9.2.05