Katup jantung buatan

KATUP JANTUNG BUATANKuliah Rekayasa Biomodelling

Siti Julaiha / 0906597420

Pasca SarjanaTeknologi BiomedisUniversitas Indonesia

Pasca Sarjana Teknologi BiomedisUniversitas Indonesia

[Desember 2010]

DAFTAR IS I

1. ANATOMI JANTUNG DAN PATOFIS IOLOG I

1.1 ANATOMI ATRIA DAN VENTRIKEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1 . 2 ANATOMI KATUP JANTUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1 .3 KINERJA KATUP JANTUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1 .4 PENYAKIT JANTUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2 . KATUP JANTUNG BUATAN PROSTET IK/MEKANIK

2.1 KATUP CAGED BALL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.2 KATUP CAKRAM MIR ING/T ILT I NG D ISK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2 .3 KATUP BILEAFLET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.4 KATUP BIOPRESTET IK/B IOLOG IKAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.4.1 KATUP AUTOGRAFTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.4.2 KATUP AUTOLOGOUS PERICARD IAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.4.3 KATUP HOMOGRAFTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.4.4 KATUP HETEROGRAFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.4.5 KATUP PORCINE HETEROGRAFT STENTED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.4.6 KATUP PORCINE HETEROGRAFT UNSTENTED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.4.7 KATUP BOVINE PERICARD IAL HETEROGRAFT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.5 KATUP JANTUNG PROSTET IK/MEKANIK MILESTONE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3. REKAYASA JARINGAN KATUP JANTUNG BUATAN

3.1 KATUP JANTUNG ASLI SEBAGAI TUJUAN DESAIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.2 ANATOMI DAN TERMINOLOGI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.3 MIKRO DAN PERILAKU BAHAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.4 SEL VALVULAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.5 PENDEKATAN REKAYASA JARINGAN KATUP JANTUNG. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.6 PERANCAH POLIMER BIODEGRADABLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.7 PERANCAH LEAFLET DESELULAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.8 PEMBIB ITAN SEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

3.9 BAHAN ALAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

3.10 PENDEKATAN BANGUNAN BLOK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.11 SEL ASLI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.12 BIOREAKTOR PENGKOND IS I DAN PEMBUKTIAN KONSEP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.13 PENGUJIAN VIVO PADA MODEL HEWAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.14 PERBANDINGAN KATUP JARINGAN vs KATUP MEKANIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

4. MASALAH DAN EVALUASI KINERJA KATUP JANTUNG BUATAN

4.1 KOMPLIKAS I KATUP JANTUNG BUATAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

4.2 EVALUASI KATUP JANTUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

4.3 PERFORMANSI PERBANDINGAN KLIN I S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4.4 KINERJA T INDAKAN KATUP JANTUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4.4.1 AREA LUBANG EFEKT IF (EOA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4.5 FLU IDA MEKANIK KATUP JANTUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4.5.1 POLA ALIRAN DAN TEGANGAN GESER TURBULEN. . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4.5 . 2 KATUP STARR EDWARDS CAGED BALL(MODEL 1260) . . . . . . . . . . . . . . . 44

4.5.3 KATUP MEDTRONIC HALL T ILT ING D ISK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4.5.4 KATUP BILEAFLET St . JUDE MEDICAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

4.5 . 5 KATUP CARPENTIER- EDWARDS PORCINE (MODEL 2625) . . . . . . . . . . . . 48

4.5 . 6 KATUP HANDCOCK MODIF I ED ORIF ICE PORCINE (MODEL 250) . . . . . . 49

4.5 . 7 KATUP CARPENTIER- EDWARDS PERICARD IAL (MODEL 2900) . . . . . . . . 50

4.5.8 IMPL IKAS I UNTUK PENGENDAPAN THROMBUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

4.5 . 9 PERCOBAAN KOAGULASI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

4.6 KOMPUTASI D INAMIKA FLU IDA KATUP JANTUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1

5 . PERANCANGAN KATUP JANTUNG BUATAN

Siti Julaiha

KATUP JANTUNG BUATANKuliah Rekayasa Biomodelling

Siti Julaiha / 0906597420

Pasca SarjanaTeknologi BiomedisUniversitas Indonesia

5.1 PERSYARATAN IDEAL KATUP JANTUNG BUATAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

5 .2 PERSYARATAN PERANCANGAN KATUP JANTUNG MEKANIK BUATAN. . . . . . . . . . . 53

5.2.1 S ISTEM F IT /SESUAI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

5 .2 . 2 BIOKOMPABIL IT I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

5.2.3 REABIL I T I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

5.2.4 QUALITAS HIDUP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

5 .3 PRINS IP UMUM DAN PARAMTER PERANCANGAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

5.3.1 KETAHANAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

5 .3 . 2 KEAUSAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

5 .3 .3 FATIQUE/KELELAHAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

5 .3 .4 MINERALISAS I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

5 .3 . 5 DERAJAT TEKANAN/PRESSURE GRADIENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

5 .3 .6 REGURGITAS I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

5 .3 . 7 KEHILANGAN ENERI/ENERGY LOSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

5 .4 ARAH MASA DEPAN DALAM PENEL IT IAN KATUP JANTUNG

5.4.1 PENEL IT IAN MEKANIKA FLU IDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

5 .4 . 2 PENEL IT IAN REKAYASA JARINGAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

5 .4 .3 PENGEMBANGAN PERBAIKAN FAKTOR KEGAGALAN DAN

PEMBATASAN KRITER IA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

5.4.4 TREN SAAT IN I DALAM RANCANGAN KATUP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

5 .5 KATUP JANTUNG BUATAN KOMERSIAL

5.5.1 ATS DESAIN PIVOT TERBUKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

5 .5 . 2 KATUP JANTUNG TRANSCATHETER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

5.5.3 KATUP JANTUNG JARAK SENTRAL SORIN PERIKARBON. . . . . . . . . . . . . 65

5.5.4 TENETS DESAIN KATUP YANG BAIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

5.5.5 GEOMETRI LEAFLET STENLESS EXPERIENCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

5 .5 . 6 P.P MISMATH EFEK PENYEBARAN NON S IRKULAR PADA

KOAPTASI LEAFLET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

5 .5 . 7 KETAHANAN KATUP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

REFERENS I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

Siti Julaiha

1. ANATOMI JANTUNG DAN PATOFISIOLOGIPenggantian atau penambahan Organ tubuh manusia yang mengalami kegagalan dengan peralatan dan sistem buatan menjadi elemen penting dalam pemeliharaan kesehatan abad ini. Katup jantung buatan dirancang untuk menggantikan katup jantung manusia yang mengalami kegagalan fungsi. Perancangan katup jantung buatan membutuhkan pengertian tentang anatomi jantung dan katup serta proses proses yang terjadi padanya sebagai ilmu dasar bagi perancang.

1.1 ANATOMI ATRIA DAN VENTRIKELJantung manusia terdiri dari dua bilik pemompaan yaitu Ventrikel dan dua bilik pengisian yaitu Atria. Jantung adalah pompa dengan sistem pulsa berdebar yang beroperasi melalui kontraksi otot pada ventrikel dan atria, dan dirancang untuk memproduksi penggantian positif darah melalui dua sistem sirkulasi. Berikut adalah penggambaran anatomi Ventrikel dan Atria dengan sistem sirkulasi darahnya :

ATRIUM KANAN

ATRIUM DAN VENTRIKEL KANAN

VENTRIKEL KANAN

Siti Julaiha

VENTRIKEL KIRI

1.2 ANATOMI KATUP JANTUNGKatup dirancang untuk mengendalikan aliran darah melalui jantung satu arah saja.♣ Ada 4 katup dalam jantung manusia♣ Kedua katup yang terletak antara ruang atrium dan ventrikel di setiap sisi disebut katup atrioventrikular (AV).

Katup mengontrol aliran balik ke atrium ketika ventrikel mulai kontrak.♣ Setiap katup atrioventrikular terdiri dari flaps, atau katup, jaringan berserat yang merancang dinding jantung

(skeleton jantung) ke dalam lubang antara atrium dan ventrikel. Katup ini dilindungi dengan lapisan endotelium yang secara terus-menerus melapisi dengan lapisan endotel (endocardium) jantung.

♣ Serat kollagen putih kecil yang disebut korda tendinea melabuhkan katup ke dinding ventrikel untuk mencegah tutup mengepak ke atas di dalam atrium seperti payung yang terbalik oleh angin yang kuat.

♣ Kedua kontrol katup darah mengalir keluar dari jantung. Katup terdiri dari tiga saku seperti katup yang berbentuk setengah bulan. Oleh karena itu, mereka juga disebut katup semilunar.

♣ Para daun katup semilunar dipaksa terbuka dan menempel dinding arteri saat ventrikel mengeluarkan darahnya ke dalam arteri besar.

♣ Ketika ventrikel rileks, darah mulai mengalir mundur menuju jantung dan katup diisi dengan darah, menutup katup semilunar untuk mencegah darah arteri memasuki kembali jantungSemilunar katup aorta bertugas mengontrol darah mengalir keluar dari ventrikel kiri untuk tubuh.

♣ Katup semilunar paru mengontrol darah keluar dari ventrikel kanan ke arteri paru dalam perjalanan ke paru paru

♣ Katup AV kanan memiliki tiga katup, anterior, posterior, dan septum, dan karena itu disebut katup trikuspid. katup ini mengontrol aliran darah dari atrium kanan ke ventrikel kanan.

♣ Katup AV kiri hanya memiliki dua katup, anterior dan posterior, dan disebut sebagai bikuspid, atau mitral, katup. Katup mitral mengontrol aliran darah dari atrium kiri ke ventrikel kiri.

Siti Julaiha

Anatomi Katup jantung manusia seperti yang ditunjukkan pada gambar gambar berikut , dengan :

• Katup bileaflet Mitral yang berada antara Atria kiri dan Ventrikel kiri,

Katup mittal memiliki leaflets anterior dan posterior, yang memisahkan anterior commisure (AC) dan posterirur commisure (PC) (Panel A). Leaflets masuk pada lingkungan mitral annulus, yang bersambungan degan aortic annulus dan dan serat trigones kiri dan kanan. Arteri koroner sirkumflex, sinus koroner, katup aorta, dan bundle of His semuat tertutup pada katup mitra. Panel B menunjukkan leaflet katup mitral, setiapnya biasanya mengandung tiga segments discrete atau scallops. Hal ini mendasari pembentukan A1, A2, dan A3 untuk leaflet anterior dan P1, P2, dan P3 leaflet posterior. Setiap leaflet katup menerima chordate tindaneae dari antorelateral dan posteromedial otot otot papilari (Panel C). Chordae primary dilampirkan pada sudut bebas leaflet katup dan secondary chordaer dilampirkan pada permukaan ventricular leaflet.

Siti Julaiha

• Katup trileaftet Aortik yang berada antara Ventrikel kiri dan Aorta (pada alur aliran keluar),

• Katup trileaflet Tricuspid yang berada antara Atria kanan dan Ventrikel kanan

• Katup trileaflet pulmonari yang berada antara Ventrikel kanan dan Arteri Pulmonari.

Katup aorta• Katup aorta terdiri dari 3 selebaran ketebalan + / - 0,1 mm• Selebaran itu terdiri dari 3 lapisan:

- Kolagen serat- Jaringan ikat- Serat elastin

• Selebaran itu ditutupi dengan sel endotelium

• Inlet diameter = 1.4 x outlet diameter• Valve cone = virtual cone antara inlet dan outlet• Katup terdiri dari 3 dinding setengah lingkaran disebut Valsalva sinuses (sg. sinus)

Siti Julaiha

• Leaflets digunakan untuk menutup katup

Structure dan Fungsi Katup (mencegah aliran balik)

Secara keseluruhan Katup Jantung digambarkan sebagai berikut :

Siti Julaiha

1.3 KINERJA KATUP JANTUNGKatup dan Aliran Darah Searah

• Tekanan dalam kamar jantung bervariasi dengan siklus detak jantung• Perbedaan Tekanan menggerakkan aliran darah

o Tekanan tinggi hingga tekanan rendah

• Aliran arah Normal o Atria ke ventrikelo Ventrikel ke arteri

• Katup mencegah aliran darah mundurSemua katup terbuka secara pasif berdasarkan gradien tekanan

Aksi Katup Atrioventrikular

Siti Julaiha

Aksi Katup Semilunar

Mekanisme Penutup :

• Darah mengalir ke sinus selama sistol• Hal ini menyebabkan pusaran terjebak dalam sinus• Pada akhir sistol darah pada katup kerucut melambat• Hal ini menyebabkan pembalikan tekanan dalam sinus

yang graduately menutup katup untuk 75%• Pembalikan aliran darah pada akhir sistole benar-benar

menutup katupVentrikel kanan memompa darah menuju sirkulasi pulmonari, dimana darah menjadi teroksigenasi sedangkan Ventrikel kiri memopa darah menuju sirkulasi sistemik yang memungkinkan darah teroksigenasi mencapai jaringan di seluruh tubuh, dimana oksigen dihantarkan ke jaringan jaringan tersebut. Agar darah mengalir dengan arah yang sesuai dari setiap Ventrikel dan atria ke ventrikel terdekat, jantung memiliki katup katup jantung untuk mencegah alirah balik darah.

Siti Julaiha

Katup atrioventrikular yang berada antara atria dan ventrikel mencegah aliran balik menuju atria ketika Ventrikel berkontrasi/menguncup selama proses sistol. Aliran keluar katup dari setiap ventrikel dirancang untuk mencegah aliran balik selama ventricular menjalani proses diastole.

Hubungan antar sel otot jantung membentuk struktur yg disebut intercalated disc.Di intercalated disc terdapat 2 penghubung: desmosom (penghubung scr mekanik) & gap junction (sinaps listrik)

Setiap katup mengandung sebuah annulus dimana leaflefts katup menonjol ke arah pembukaan orifice/lubang. Tidak terdapat katup yang berada antara Atria dan pembuluh darah halus (Vein)nya yang mengumpankan darah menuju Atria, sehingga tidak ada katup dari Vena cava menuju Atria kanan dan juga katup dari pembuluh pulmonari menuju Atria kiri. Jadi jika dijabarkan, langkah sirkulasi darah pada jantung adalah sebagai berikut :

Sirkulasi darah pada Atria :

• Darah dari tubuh yang tidak mengandung oksigen masuk dari Atria kanan (RA) menuju- Bilik kanan bagian atas

• Sedangkan Atrium sebelah kiri (LA)- yang berada pada bagian kiri atas jantung - menerima darah yang mengandung oksigen dari paru paru dan mengirimkannya ke Ventrikel kiri

Sirkulasi darah pada Ventrikel:

• Ventrikel kanan- (RV)- di bagian bilik kanan bawah- menerima darah dari atria kanan dan mengirimkannya ke paru paru melalui arteri pulmonari.

• Ventrikel kiri (LV)- berada pada bagian bilik kiri bawah- menerima darah dari atria kiri dan mengirimkannya melalui Aorta ke seluruh tubuh.

Siklus jantung menggambarkan gerakan lengkap dari jantung atau detak jantung dan mencakup periode dari awal satu detak jantung ke awal berikutnya.

Siti Julaiha

Siklus ini terdiri dari diastole (relaksasi dan pengisian ventrikel) dan sistol (ventrikel kontraksi dan pengosongan). Jantung kanan (sisi biru) adalah pompa untuk paru sirkuit; jantung kiri (sisi merah) adalah pompa untuk rangkaian sistemik.

Semua Katup jantung beroperasi melalui Perbedaan Tekanan (Pressure gradient), bergerak pada arah penurunan tekanan pada semua waktu, baik terhadap posisi pembukaan atau penutupan.

Katup jantung manusia dirancang untuk menutup pada mode overlapping dengan Leaflets katup berbatasan satu sama lain pada mode yang tergambar di figure berikut. Leaflet katup saling tumpang tindih/overlap untuk memastikan katup menutup secara memadai dengan gaya vertikal tercipta akibat perbedaan tekanan yang melintasi katup yang dipindahkan sebagian terhadap gaya gesek lateral. Sehingga setiap daun katup secara aktual lebih panjang daripada satu setengah radius/jari jari lubang/orifice katup, menyediakan panjang yang memadai untuk leaflet overlap.

Katup penutup manusia dengan daun katup overlapping/tumpang tindih menunjukkan perbedaan tekanan bereaksi ke atas menutup katup dan Gaya gesek rusuk/sisi diciptakan dengan overlap atau menumpuk daun daun katup.

Penggambaran langkah aliran darah dit injau kondisi Katup Ventrikel yaitu

Siti Julaiha

Saat Ventrikel mengembang: Katup atrioventricular memungkinkan darah mengalir menuju atria kemudian ventrikel, sementara katup semilunar mencegah darah dari aliran balik pada jantung.Saat Ventrikel kontraksi: Katup Atrioventrikular menutup untuk mencegah aliran balik sementara katup semilunar memungkinkan darah ke badan atau paru paru.Pencegahan arah balik: memastikan arah aliran yang sesuai dan mengurangi kerja jantung memompa kembali.

Fase Siklus Jantung

• Passive filling (dia) – Darah mengalir menuju ventrikel yang rileks , Katup Pulmonary dan AV membuka, Katup Aortic menutup

• Kontraksi Atrial – Katup P dan AV membuka, Katup Aorta menutup• Kontraksi Isovolumetrik ventrikula (sys), kontraksi otot jantung, Katup P, AV menutup , Katup A menutup• Ejection (sys)– darah dipompkan ke Aorta, Katup P, AV menutup, Katup A membuka• Isovolumetric relaxation (dia), Otot jantung relaksasi, Katup PV menutup, Katup A menutup

Relation antara tekanan dan volume

• Tekanan akhirdiastolik disebut preload

Siti Julaiha

• Tekanan rata rata systolic disebut afterload • Volume akhir systolic & diastolic tidak tergantung/independent• Afterload besar menghasilkan pulsa volume yang lebih kecil• Tekanan/volume akhir sistolik berhubungan dengan tekanan line isovolumetric

Mekanisme otot

• Dinding ventricle terdiri dari beberapa lapis otot• Serat otot pada lapisan berbeda tidak paralel• Selama kontraksi isovolumetric : otot memendek, volume tetap sama karena melingkari katup Mitral• Selama Penyemburan/ejection: volume merubah ventricle = (pemendekan otot)^1/3

• Dinding Ventricle = Dinding tipis homogene :

+=

2

2

1

1

r

T

r

TdP

P = tekanan ventrikeld = ketebalan dinding ventrikelT = tekanan dinding r = Radius kelengkungan titik pada permukaan melalui ventrikel=> jantung yang lebih besar membutuhkan gaya yang lebih untuk tekanan ventrikel sama=> stres dinding ditentukan oleh geometri ventrikel

Kontrabilitas Indeks Ukuran kontraktibilitas diperlukan untuk:• Pendaftaran Perubahan karena obat atau operasi• Menghitung jumlah otot dysfunctioning karena gagal jantung• Bagi pasien ke dalam kelompok standar tergantung kondisi & prognosis

Indeks kontraktibilitas adalah:• Isovolumetric tekanan jaringan• Posisi fungsi kurva ventrikel (tekanan kerja VS)• penyemburan fraksi ventrikel kiri (volume denyut / volume akhir diastolik)• Max dP / dt selama sistol• (Vmax = maksimum kecepatan ejeksi darah)

Mengukur Kinerja Jantung

Penyemburan Fraksin (EF) Semburan darah dipompa keluar dari ventrikel relative tarhadap total volume (pada akhir diastole) EF = SV/EDV Nilai Normal > 60% Pengukuran menggunakan echocardiography

Normal echocardiogram Dilated cardiomyopathy

1.4 PENYAKIT JANTUNGKemajuan dari Penyakit Jantung

Siti Julaiha

Penyakit Jantung Bawaan

Katup jantung adalah penting untuk fungsi normal dari jantung dan kardiovaskular / sistem cardiopulmonary. Ketika berfungsi dengan baik, memungkinkan katup jantung tidak terbatas, aliran darah searah melalui jantung akan berdistribusi selanjutnya seluruh tubuh. Akibatnya, penyakit katup atau disfungsi dapat mengakibatkan kerugian yang signifikan, pengurangan dalam aliran darah maju membatasi oksigenasi dari jaringan dan dapat menimbulkan kompensasi jantung, kardiovaskuler, atau kardiopulmoner. Selain itu, penyakit katup dapat berupa bawaan atau diperoleh dari lahir. Sebagai contoh, sekitar 9-14 dari setiap 10.000 anak yang lahir akan terpengaruh dengan Tetralogi Fallot , Gangguan jantung bawaan ditandai dengan penyempitan katup paru atau anomali lain. Penyakit katup dapat mempengaruhi orang dari segala usia dan mungkin disebabkan infeksi (penyakit jantung rematik, endokarditis), penyakit sistemik (lupus, sindrom karsinoid), penyakit jantung lainnya, trauma, agen farmakologis, perubahan penuaan yang berhubungan, atau banyak penyebab lainnya, beberapa di antaranya masih belum diketahui.

Secara ringkas, penyakit jantung bawaan diantaranya adalah :

• Kegagalan jantung untuk berkembang secara normal• Katup mungkin cacat• Pembuluh darah utama tidak terhubung ke atrium benar ventrikel• Infeksi virus, kelainan kromosom (sindrom Down) dapat memberikan kontribusi tetapi kondisi biasanya

idiopatik• Coarctation dari aorta - penyempitan antara atas dan cabang-cabang bawah tubuh• Pulmonary stenosis • Cacat pada Katup

o Stenosis o Keruntuhano Ketidakmampuan untuk menutup sepenuhnyao Septal cacato Defek septum atriumo Defek septum ventrikelo Patent ductus arteriosi

• Salah satu penyakit bawaan adalah Fallot.Tetralogy of Fallot diakibatkan :

o Cacat pada Ventricular septalo Pulmonari stenosis o Dextraposition Aortao Ventricular kanan hypertrophy

• Semua cacat bawaan biasanya disertai dengan aliran darah yang abnormal di dalam bilik jantung dan kapal besar

• Arah dan jumlah aliran darah abnormal menentukan efek dan manifestasi klinis

Siti Julaiha

• Sangat sering dikaitkan dengan gagal jantung kongestif (CHF)

Kegagalan Bagian Kiri Jantung

Melibatkan ventrikel kiri Kegagalan Systolic

Ventricle kiri kehilangan kemampuan berkontraksi Tidak cukup kuat mendorong darah ke dalam sirkulasi

Kegagalan Diastolik Ventrikel kehilangan kemampuan untuk bersantai, otot menjadi kaku Tidak dapat secara benar mengisi selama periode istirah antara ketukan/pulsa

Pulmonary edema Darah masuk menuju ruang kiri paru paru "backs up," menyebabkan alliran bocor ke paru paru Karena kemampuan untuk pompa berkurang, aliran darah melambat, menyebabkan cairan

menumpuk di jaringan seluruh tubuh (edema) Gagal Jantung kongestif

Simtom Mengapa Terjadi Pengalaman yang Dirasakan:

Sesak napas (juga disebut dyspnea).

Darah "punggung" dalam vena paru (pembuluh darah yang kembali dari paru ke jantung) karena jantung tidak dapat mengikuti dengan pasokan. Penyebab cairan bocor ke paru-paru.

Sesak napas selama kegiatan, saat istirahat, atau saat tidur, yang mungkin datang tiba-tiba dan membangunkan mereka. Sering kesulitan bernapas sambil berbaring datar, mungkin perlu untuk menopang tubuh bagian atas dan kepala di bantal.

Persistent batuk atau mengi.

Cairan menumpuk di paru-paru Batuk yang menghasilkan dahak darah-diwarnai putih atau pink.

Penumpukan kelebihan cairan dalam jaringan tubuh (edema).

Karena aliran keluar dari jantung melambat, darah kembali ke jantung melalui pembuluh darah tersumbat, menyebabkan cairan terkumpul di jaringan.

Pembengkakan di kaki, pergelangan kaki, kaki atau perut atau penambahan berat badan.Mungkin menemukan bahwa sepatu terasa tegang.

Keruntuhan Katup Jantung

• Variasi jantung Paling umum (5-10% dari populasi)• Daun katup mitral tidak menutup dengan benar• Regurgitasi selama sistol ventrikel kiri• Tidak mengancam nyawa, mungkin mengancam gaya hidup

Penyakit katup jantung merupakan faktor pendorong dalam kasus kematian. Penyakit Katup jantung terjadi ketika satu atau lebih dari empat katup jantung tidak dapat lagi melakukan fungsinya secara memadai sebagai gateway dalam sirkulasi, serta atau gagal dalam mempertahankan kemampuannya untuk mengoperasikan aliran tidak searah darah melalui jantung.

Terdapat dua sumber potensial kegagalan Katup jantung, yang masing masing membutuhkan pengembangan bertahun tahun untuk mengatasinya, Kedua jenis penyakit ini membebankan jantung dengan meningkatkan laju

Siti Julaiha

kerjanya untuk mempertahankan stroke volume dan menyebabkan disfungsi otot jantung dan akhirnya mengalami gagal jantung (Carabello dan Crawford, 1997).Dua jenis penyakit katup yang dapat diatasi dengan pencegahan pada sistem pembukaan atau penutupan katup secara benar yaitu .

• STENOSIS atau mekanisme penyempitan lubang katup atau kegagalan katup untuk membuka secara penuh, memperlambat aliran darah dari bilik. (dapat terlihat pada katup dengan posisi terbuka). Penyebabnya dapat berasal dari cacat lahir, simpanan kalsium dari alliran darah yang abnormal dan degenerasi dengan penuaan. Stenosis katup sering berhubungan dengan Atherosklerosis dan mengakibatkan daerah arah aliran keluar menyempit. Hal ini tidak hanya mengurangi daerah alirah darah, namun juga mengakibatkan penambahan penurunan tekanan karena adanya kontraksi pada jalur aliran. Situasi ini didiagnosa dengan Echodiagram menggunakan Ultrasound 2D dan Probe aliran Doppler. Namun, simptom penyempitan ini tidak muncul secara normal hingga penyempitan lubang mencapai area pengurangan 50%. Dengan pengurangan area ini, aliran yang melewati lubang katup menjadi Turbulen dan dapat divisualisasikan dengan USG Doppler atau Stetoskop. Profil Warna Doppler jantung ditunjukkan pada gambar berikut.

• INKOMPENTENSI/REGURGITASI/INSUFISIENSI yaitu kegagalan katup untuk mentutup sepenuhnya, biasanya karean untuk pembentukan nodul atau jaringan parut dan kontraksi dari katup atau sumber kegagalan katup akibat pelemahan daun daun katup. Pada kasus ini, daun mulai membengkak atau menggelembung ke atas dengan porsi daun daun overlapping menonjol melewati lubang katup. Peristiwa ini disebut PROLAPSE katup. Pada kasus yang ektrim, daun daun membengkak sehingga daun daun katup yang overlap selama proses penutupan dalam keadaan berbahaya. Jika gap /jarak muncul antara daun daun pada posisi penutupan (Purportedly), maka terjadi Aliran muntahan/Regurgitasi dari aliran balik darah pada alur normalnya.Karena jarak antara daun pada awalnya ekcil, aliran balik biasanya berciri Turbulen, sehingga dapat dengan mudah didengar melalui Stetoskop atau USG Doppler. Suara jantung disebut Murmurs jantung. Katup mitral dan Aortik (keduanya pada bagian kiri jantung) adalah katup yang paling sering diganti, walaupun hal ini tidaklah lazim karena jantung sebelah kiri mengalami tekanan yang lebih besar daripada jantung sebelah kanan.

Regurgitasi akut paling sering disebabkan oleh infeksi endokarditis. Bisa juga disebabkan oleh cedera atau robek. Sedangkan Regurgitasi kronis disebabkan paling umum adalah tekanan darah tinggi dan penyebab lainnya Sindrom Marfan, Demam reumatik , dan Cacat genetik.

2. KATUP JANTUNG BUATAN PROSTETIK/MEKANIKPenggunaan klinik Pertama Katup Jantung protesis dimulai pada tahun 1952, oleh Dr Charles Hufnagel yang menanam katup bola buatan Pertama untuk insufisiensi aorta. Kandang kaca berisi occluder bola dimasukkan ke dalam aorta tanpa memerlukan proses bypass kardiopulmonari. Walaupun tidak menyembuhkan penyakit yang mendasari, tapi hal ini dapat meringankan regurgitasi dua pertiga lebih rendah dari tubuh. Implan pertama katup pengganti pada posisi anatomis terjadi pada tahun 1960, dengan munculnya kardiopulmonari bypass. Sejak itu, pengembangan desain katup dan keberhasilan katup jantung buatan sebagai pengganti menunjukkan performansi yang luar biasa. Lebih dari 50 katup jantung yang berbeda telah diperkenalkan selama 35 tahun terakhir. Sayangnya, masih banyak masalah yang terkait dengan protesa katup jantung belum dieliminasi. Rancangan awal yang sukses dari setiap tipe adalah Katup Bola Starr Edwards dan Katup Tilting Disk/Cakram miring Bjork Shiley.

Tipe Prostheses

Saat ini, lebih dari 175,000 katup prosthetic diimplan setiap tahunnya. Empat tipe yang biasa digunakan adalah:1. Caged ball (bola terkurung)2. Tilting disc3. Bileaflet

Siti Julaiha

4. Bioprostheses (katup jaringan)

2.1 KATUP CAGED BALL Penggunaan katup-bola terkurung dalam aorta menurun menjadi usang dengan perkembangan katup bola-dan-kandang Starr-Edwards pada tahun 1960 yaitu Konsep yang serupa dengan katup Hufnagel asli, katup ini dirancang untuk dimasukkan ke dalam tempat katup asli sakit yang dipotong. Bentuk penggantian katup intracardiac digunakan dalam posisi mitral dan aorta serta penggantian beragam. Sejak 1962, katup Starr-Edwards telah mengalami banyak modifikasi untuk meningkatkan kinerjanya dalam hal pengurangan hemolisis dan komplikasi thromboembolic. Namun, perubahan telah melibatkan bahan-bahan dan teknik konstruksi dan belum mengubah konsep keseluruhan desain katup dengan cara apapun (Gambar 2.1.a).

Gambar 2.1 (a) Photograph of Starr–Edwards ball and cage valve; (b) photograph of Kay–Shiley disc valve

Produsen lain telah menghasilkan variasi katup bola dan kandang, terutama katup Smeloff-Cutter dan prosthesis Magovern. Pada katup Smeloff Cutter, bola sedikit lebih kecil dari lubang. Sebuah subcage pada sisi proksimal katup mempertahankan bola dalam posisi tertutup dengan titik tengah pada bidang cincin penjahit. Sebuah jarak kecil disekitar bola memastikan bola melewati dengan mudah ke dalam lubang. Jarak ini juga menimbulkan regurgitasi ringan yang dirasakan, tapi tidak terbukti, bermanfaat dalam mencegah pembentukan thrombus. Katup Mcgovern adalah format bola-dan-kandang standar yang menggabungkan dua baris interlocking gigi mekanik disekitar lubang cincin. Gigi ini digunakan untuk memasukkan katup dan diaktifkan dengan menghapus pemegang katup khusus setelah katup telah ditempatkan dengan benar pada jaringan annulus yang disiapkan. Potensi bahaya dislokasi dari kalsifikasi anulus karena penempatan yang tidak sempurna segera diamati. Katup ini tidak lagi digunakan.

Gambar 2.2 Caged ball valves. (a) Hufnagel–Lucite valve, (b) Starr–Edwards, (c) Smeloff–Cutter, (d) McGovern–Cronie, (e) DeBakey–Surgitool and (f) Cross–Jones.

Karena karakteristik desain profil tinggi dari katup bola, terutama di posisi mitral, katup lowprofile disk terkurung dikembangkan pada pertengahan tahun 1960-an. Contoh desain disk sangkar adalah Kay-Shiley dan prostesis Beall, yang diperkenalkan pada tahun 1965, dan 1967 pada gambar 2.1.b. Katup ini digunakan secara eksklusif dalam posisi atrioventrikular.

Katup bola tergambar berikut, terdiri dari Bola silastik atau karet silikon yang ditutupi dengan Cage stainles steel dan cincin annular. Cincin metal (digunakan untuk menguatkan) ditemukan pada cincing Dacrwon sewing. Semua material adalah biokompatibel dengan dukungan besar pada percobaan klinik dan hewan. Cincin penjahitan memungkinkan pengikatan katup pada jaringan sekitarnya dari annulus katup asli.

Siti Julaiha

Gambar 2.3 Katup bola prostetik posisi tertutup menunjukkan bola berada pada dacron covered cincing annular dan cage bagian atas melindungi bola pada posisi pembukaan.

Gambar 2.4 Pembentukan trombus pada kedudukan katup bola sebagai akibat gaya penutup dari bola terhadap kedudukannya.

Gambar 2.5 Ball valve designs. (a) First ball valve for animal implantation. (b) Sole surviving animal, surrounded by members of our team. (c) The shielded ball valve. (d) Autopsy specimen of a shielded ball valve showing a clot confined to the zone of implantation and covered by the Silastic shield.

Katup bola memiliki keuntungan penting dengan strukturnya yang kuat dan ketahanannya. Namun, penutupannya dipertimbangkan dengan tenaga atau gaya yang dapat menyebabkan hemolisis dan trombosis, seperti terlihat pada figur berikut. Selain itu, Bola/ball bereaksi sebagai Central occluder (penutup jalan pusat) dengan katup pada posisi terbuka, sehingga menimbulkan penurunan tekanan yang besar melewati katup yang terbuka yang dapat menurunkan tekanan aliran yang ada untuk mendorong darah sepanjang sirkulasi. Katup tipe ini juga memiliki profil vertikal yang besar sehingga membuat penanaman, terutama pada posisi mitral, menjadi sulit terutama pada pasien dengan ruang anatomi yang terbatas.

Gambar 2.6 Later developments. (a)Three of the many stages in the development of the Starr-Edwards mitral Silastic ball valve.

Karena karakteristik hemodinamik yang rendah, katup cakram dikurung sekarang jarang digunakan. Bahkan setelah 35 tahun pengembangan, format bola-dan-kandang tetap menjadi katup pilihan untuk beberapa ahli

Siti Julaiha

bedah. Namun, katup mekanik ini tidak lagi yang paling populer, katup ini telah digantikan, sebagian besar, dengan rancangan katup tilting-disk dan desain bileaflet . Katup Desain ini mengatasi dua kelemahan utama dari Katup bola, yaitu, ketinggian profil yang terlalu tinggi dan berlebihnya turbulensi occluder-induced dalam aliran yang melalui dan distal katup.

2.2 KATUP CAKRAM MIRING/TILTING DISKPerkembangan paling penting dalam desain katup mekanik terjadi pada tahun 1969 dan 1970 dengan pengenalan katup Bjork-Shiley dan katup tilting-disk Lillehei-Kaster (Gambar 2.7.a). Kedua prostheses melibatkan konsep disc bebas-mengambang yang pada posisi terbuka miring ke sudut tergantung pada desain struts disc-penahan.

Pada katup Bjork-Shiley asli, sudut kemiringan adalah 60 derajat untuk aorta dan 50 derajat untuk model mitral. Katup Lillehei-Kaster memiliki sudut kemiringan yang lebih besar dari 80 derajat tetapi dalam posisi tertutup cenderung miring dengan bidang lubang katup pada sudut derajat. Dalam kedua kasus katup tertutup, konfigurasi memungkinkan occluder untuk masuk ke dalam lingkar pada aliran yang hampir tidak tumpang tindih, sehingga mengurangi kerusakan mekanis eritrosit. Sejumlah kecil arus balik regurgitasi menginduksi efek "mencuci" dari "kotoran" dan trombosit dan secara teoritis mengurangi kejadian thromboemboli.

Gambar 2.7(a)Bjork–Shiley tilting disc valve;(b)Medtronic–Hall tilting disc valve;(c)Katup Tilting disk pada posisi terbuka

Gambar 2.8 Tilting disc valves of the 1970s. (a) Bjork–Shiley Delrin valve, (b) Bjork–Shiley standard,(c) Lillehei–Kaster, (d) Medtronic–Hall, (e) Zorin and (f) Omniscience

Siti Julaiha

Gambar 2.9: Diagram of the Bjork-Shiley Convexo-Concave (BSCC) heart valve

Keuntungan yang jelas dari katup tilting-disk adalah bahwa dalam posisi terbuka, bertindak seperti sebuah aerofoil dalam darah yang mengalir melalui katup, dan menyebabkan disturbansi aliran secara substansial kurang dari yang diperoleh dengan occluder bola. Meskipun katup asli Bjork-Shiley mempekerjakan occluder Delrin, semua katup tilting-disk saat ini menggunakan karbon pyrolitic. Disc bebas mengapung juga dapat memutar selama fungsi normal, sehingga mencegah kontak berlebihan dari komponen penahan pada bagian tertentu dari disc. Variasi pengembangan desain katup mekanik cenderung berkonsentrasi pada perubahan geometri disk seperti pada desain Bjork-Shiley convex-cekung atau untuk sistem disk-penahan seperti Medtronic-Hall dan desain katup Omniscience (Gambar 2.7.b).

Prosthesis Medtronic-Hall diperkenalkan tahun 1977, dengan penopang pusat disc-kontrol, pembukaan sudut 70 derajat pada mitral dan 75 derajat pada aorta. Celah dalam bentuk flat, karbon pyrolitik yang menempel pada penopang panduan pusat. Topangan ini tidak hanya mempertahankan disk tetapi mengontrol sudut pembukaan dan memungkinkan untuk bergerak ke hilir 1,5 hingga 2,0 mm; gerakan ini disebut translasi disk dan meningkatkan kecepatan alir antara lubang cincin dan tepi disc. Kombinasi cincin dan strut dirancang dari satu bagian titanium agar tahan lama. Semua proyeksi/tonjolan ke dalam lubang (pivot poin, struts panduan, dan disk stop) terbuka, efisien, dan di daerah kecepatan tertinggi untuk mencegah retensi trombi oleh komponen katup. Cincin penjahit adalah Teflon rajutan. Housing diputar dalam cincin penjahit untuk orientasi optimal katup dalam anulus jaringan.

Katup Tilting disk memiliki profil pembukaan yang mengalirkan darah di sekitar tilted disk dan bagian luar, yang berada diantara disk dan ruang darah atau arteri. Sedikit jauh dari pusat penutup jalan (central occlude) untuk darah mengalir dan katub bola dan memiliki penurunan tekanan lebih kecil melewati katup yang terbuka, sehingga juga sangat menguntungkan. Katup ini hanya membuka pada 60 derajat karena rancangan penopang bajanya. Katub tidak benar benar melekat pada penopang. Pola aliran melintasi katup terbuka digambarkan sebagai berikut.

Gambar 2.10 Pola aliran disekitar katup tilting disk dirancang dengan metode komputasi. Pemutaran vektor kecepatan dibagian belakang tilted disk dan kecepatan yang lebih tinggi pada peripheri.

Terlihat adanya sebagian pembukaan pusat/ central occluder (tilted disk) seperti juga pada laju peripheral di sekitar disk. Terdapat sedikit resirkulasi di belakang disk dan laju peripheral pada kecepatan yang relative tinggi dibandingkan terhadap daerah sentral. Seperti pada tempurung dengan citra laju terbanyak, warna merah (atau abu abu tua) pada citra menggambarkan kecepatan yang lebih tinggi, warna kuning (atau abu abu muda) menggambarkan kecepatan sedang, dan warna hijau (Atau abu abu muda) pada kecepatan rendah, serta warna biru (atau abu abu terang) menggambarkan kecepatan mendekati nol. Tanda panah di dalam daerah aliran menandakan garis vector individual dari partikel fluida pada daerah aliran.

Katup Bjork-Shiley Valve merupakan penilaian terjadinya fraktur awal. Investigasi menentukan bahwa disk mengambang (floating) membuka dan menutup pada waktu sedikitnya 70 waktu per menit atau 40 juta kali per

Siti Julaiha

tahun, menyebabkan kegagalan fatigue. Walaupun perubahan dibuat, namun fraktur terus terjadi. Pada tahun 1984, Shileh menemukan sumber yang disebut Fenomena Penutupan Bimodal “Bimodal Closure Phenomenon”

Gambar 2.11 Fenomena Penutupan Bimodal

2.3 KATUP BILEAFLETPerkembangan yang paling menarik adalah katup bileaflet karbon-pyrolitic dirancang oleh St Jude Medical, Inc dan diperkenalkan pada tahun 1978 (2.12.e). Desain ini menggabungkan dua occluders setengah lingkaran karbon berengsel pyrolitic (selebaran) yang pada posisi terbuka ditujukan untuk memberikan gangguan minimal untuk mengalir. Selebaran pivot dalam alur dibuat dalam housing lubang katup. Dalam posisi terbuka penuh, selebaran flat dirancang untuk membuka pada sudut 85 derajat. Katup Duromedics serupa dengan konsep ke St Jude kecuali bahwa ia menggabungkan selebaran/leaflet melengkung. Prosthesis bileaflet CarboMedics mendapat persetujuan FDA untuk didistribusi pada tahun 1993 (Gambar 2.12.f).

Katup CarboMedics juga terbuat dari Pyrolite, yang digunakan untuk daya tahan dan thromboresistance. Katup ini memiliki desain pivot tersembunyi dan diputar dalam cincin penjahit. Kedua selebaran setengah lingkaran, radiopak, dan terbuka untuk sudut 78 derajat. Sebuah cincin titanium kaku digunakan untuk mengurangi risiko lepasnya leaflet atau bergeseran/bertabrakan. Desain bileaflet terbaru adalah katup dari Medtronic Paralel, Inc (Gambar 2,12.g). Aspek desain signifikan dari katup Paralel adalah kemampuan leaflets untuk membuka ke posisi paralel untuk mengalir. Hal ini dimaksudkan untuk mengurangi jumlah turbulensi yang dibuat dalam darah dan karenanya harus memperbaiki hemodinamik dan mengurangi komplikasi thromboembolic. Implan klinis Eropa dimulai pada tahun 1994.

Gambar 2.12 (e) photograph of St. Jude bileaflet valve; (f) photograph of CarboMedics bileaflet valve; (g) photograph of Parallel bileaflet valve.

Siti Julaiha

Gambar 2.13 Bileaflet valve models. (a) St. Jude Medical, (b) Carbomedics and (c) Duramedics

Untuk desain valve paling populer di hari digunakan adalah bileaflet tersebut. Sekitar 75% dari katup implan prostesis bileaflet digunakan saat ini.

Gambar 2.14 Katup Bileaflet menunjukkan flanges dimana leaflet pins pivot didalam annular ring.

Gambar 2.15 Bi-leaflet valve designs. (a) The first animal implant: a bi-leaflet valve with a Dacron singlelayer sewing ring. (b) A left atrial view of thrombotic occlusion two days after implantation in a dog. (c) A modified bi-leaflet valve with enhanced sewing ring and rearranged leaflets. (d) Thrombosis twodays after implantation of the modified valve.

Katup bileaflet terbuka pada 80 derajat dan poros melalui pins yang menghubungkan daun katup dan menonjol pada celah dalam cincin annular. Cincin terbuat dari baja stainless atau titanium , atau yang paling sering terdapat pada pirolitik yang dilapisi karbon. Terdapat cincin dacron sewing melekat pada substrate logam untuk memudahkan pelekatan pada lubang katup. Daun katup sering terbuat dari karbon pirolitik untuk kekuatan dan ketahanan. Dengan dua daun, gaya pembukaan menjadi berkurang daripada katup tunggal Tilting disk, dan katup bola. Karena pin yang terangkai dapat menyebabkan pembentukan thrombus setempat, katub ini biasanya

Siti Julaiha

memiliki zona pembersihan di dekat pins untuk menyiram area menghindari genangan darah yang dapat menyebabkan thrombus. Karena itu, katup ini memiliki regurgitasi ringan sebagai elemen rancangannya.

Gambar berikut melukiskan aliran yang melewati katup bileaflet terbuka, menandakan aliran central yang jauh dari katup tilting berdaun tunggal. Tidak terdapat pembukaan sentral/central occlude pada katup bileaflet seperti pada katup berdaun tunggal, sehingga terdapat daerah aliran central yang lebih besar pada katup jenis ini.

Gambar 2.16 Aliran melalui katup terbuka bileaflet dengan daerah aliran pusat yang besar seperti juga daerah aliran peripheral. Jejak sudut vortices/pusar terlihat dari tepi ujung daun.

Secara ideal, katup jantung prostetik membutuhkan tingkat hemolisi (penghancuran sel darah merah) yang rendah, tingkat thrombosis yang rendah, berumur panjang (20–30 tahun). Namun banyak pasien mendapatkan antikoagulan untuk menghindari thrombosis.

Material katup dari karbon Pyrolytic dan karet silicon menunjukkan relative antithrombogenik dan permukaannya sering tertutup dengan protein dengan lewatnya waktu. Dacron polyester kadang juga digunakan untuk leaflet katup. Material ini lebih flexible daripada daun pyrolit sehingga menutup dengan gaya yang lebih sedikit dan mengurani hemolisis. Namun,daun flexible juga membutuhkan waktu lebih lama untuk menutup dan membuka karena kelenturannya selama pergerakan daun. Keterlambatan dalam menutup menyebabkan sedikit aliran balik tidak seperti katup jantung manusia, yang memproduksi incisura (dip) pada panjang gelombang tekanan aorta. Namun, terlalu banyak keterlambatan dapat menyebabkan aliran maju bersih, sehingga mengurangi keluaran bersih jantung.

Table 1. Characteristics of most popular valve designs.

2.4 KATUP BIOPROSTETIK/BIOLOGIKALMeskipun digunakan secara luas, katup jantung mekanik terganggu oleh kebutuhan seumur hidup terhadap terapi antikoagulasi dan masalah-masalah pendarahan yang menyertainya. Pendekatan alternatif pengembangan katup jantung prostetik dilakukan dengna menggunakan katup jantung alami. Pendekatan dengan menggunakan katup paru pasien sendiri untuk mengganti katup aorta (Prosedur Ross) pertama dilakukan pada tahun 1967, Kemudian diikuti dengan penggunaan homograft yang berfungsi sebagai katup paru-paru. Meskipun pendekatan ini terutama berhubungan dengan penggantian katup aorta, namun telah dilakukan juga untuk mengganti katup mitral yang sakit. Pendekatan lain terdiri dari penggunaan antibiotik atau cryo-diperlakukan katup aorta manusia (disebut

Siti Julaiha

homografts) untuk implantasi di tempat katup yang sakit dari pasien sendiri. Percobaan pertama pada tahun 1962, belum ideal, meskipun hasil klinis memuaskan, karena bergantung pada pasokan katup kadaver.

Katup biologikal ini memiliki variasi seperti halnya katup mekanik.

Gambar 2.17 Beberapa pilihan katup biologikal

2.4.1 Katup Autografts (Prosedur Ross)

Autografts adalah katup yang diambil dari pasien yang sama dimana katup ditanamkan (misalnya, katup paru di posisi aorta). Digunakan untuk pasien dengan penyakit katup Aorta

Katup jaringan autologous adalah katup yang dibuat dari jaringan nonvalvular pasien sendiri (misalnya perikardium). Autograft pulmonari menjadi pengganti katup aorta yang terbaik bagi pasien muda, karena ada potensi pertumbuhan katup pulmonari pada posisi aorta, tetapi operasi ini melibatkan penggantian katup ganda dengan risiko awal dan akhir yang menyertainya.

Prosedur Autograp pulmonari terdiri dari sebuah autotransplant dari katup paru ke posisi aorta. Kemudian katup pulmonary digantikan oleh Homograft aorta atau paru-paru. Autograft paru yang digunakan sebagai pengganti katup aorta dianggap sebagai katup "permanen" dan terutama cocok untuk pasien muda.

Keuntungannya Pasien menerima jaringan hidup pada posisi Aorta, dan Ketahanan yang lebih baik dan Hemodynamics .

Kerugiannya adalah prosedur pembedahan yang sulit dan melibatkan kemampuan dan waktu, juga adanya Problem kebocoran pada katup (regurgitasi aorta). Transplantasi tersebut juga harus terus bertahan di posisi baru mereka tanpa degenerasi yang jelas [Wain et al., 1980]. Teknik transplantasi ini, juga terbatas pada yang hanya dapat diterapkan pada satu situs.

Tahap perkembangan jaringan katup pengganti adalah penggunaan fasia lata autologous (lapisan luas membran dengan melukai otot paha) baik sebagai leaflet bebas atau frame-mount. Pendekatan penggantian katup aorta dilaporkan oleh Senning tahun 1966, dan rincian teknik kerangka-mount diterbitkan oleh Ionescu dan Ross pada tahun 1966 [Ionescu dan Ross, 1969]. Pendekatan gabungan format leaflet lebih alami dengan jaringan autologous hidup yang tersedia. Meskipun hasil awal menggembirakan, Senning menyatakan keraguan sendiri pada nilai dari pendekatan ini pada tahun 1971, dan 1978 fasia lata tidak lagi digunakan. Kegagalan dari teknik ini adalah karena kekuatan jaringan ini tidak memadai ketika mengalami siklus jangka panjang menyebabkan stress pada jantung.

Hasil yang sangat baik telah dilaporkan dalam mengobati endocarditisin. Kebebasan dari penggantian untuk semua alasan termasuk endokarditis telah dilaporkan setinggi 85 persen pada dua puluhtahun terakhir tetapi juga telah ditemukan untuk menjadi 48,5% pada 19 tahun.

2.4.2 Katup Autologous Pericardial

Konsep katup inovatif adalah upaya untuk menggabungkan reproduktifitas dan kemudahan penyisipan komersial stented katup heterograft dan pemanfaatan dari jaringan autologous.

Katup autologius pericardial dengan bingkai yang dipasangkan, dirakit dari proses kit pembedahan. Kit terdiri dari alat untuk menciptakan katup dalam hitungan menit: alat tipe cookie-cutter untuk mendapatkan bentuk potongan perikardium dengan benar, membuat bingkai yang terkunci bersama-sama di sekitar jaringan, dan menahannya untuk menyelaraskan dua bagian ini untuk perakitan.

2.4.3 Katup Homografts (Manusia ke Manusia)

Valvet homograft adalah katup yang ditransplantasikan dari satu manusia ke manusia lainnya (katup aorta donor atau paru-paru pada posisi aorta atau paru-paru penerima)

Siti Julaiha

Katup biologi yang pertama berhasil adalah katup homografts. Katup homograft bukan tipe katup homogen, namun telah muncul dalam berbagai subtipe menurut banyak variabel faktor.

Prosedur pertama homograft dilakukan oleh Ross tahun 1962, dan hasil keseluruhan sejauh ini telah memuaskan. Tidak mengherankan karena penggantian katup homograft optimum baik dari sudut pandang struktur dan fungsi.

Dalam posisi terbuka katup ini memberikan aliran terhalang orifice pusat dan memiliki kemampuan untuk merespon deformasi yang disebabkan oleh struktur anatomi sekitarnya. Akibatnya, pengganti tersebut kurang merusak darah bila dibandingkan dengan katup mekanik kaku

Laju Tromboemboli untuk katup homograft dianggap cukup rendah atau bahkan nol oleh beberapa peneliti. Untuk kerusakan struktural, homografts dievaluasi sesuai dengan berbagai metode sterilisasi dan

pelestarian. Seri yang menggunakan bahan kimia atau proses penyinaran untuk sterilisasi memiliki tingkat kegagalan

tinggi, sekitar 40 persen kerusakan struktural katup bebas selama sepuluh tahun ditemukan. Katup yang disterilkan oleh antibiotik disimpan dalam larutan nutrisi atau cairan nitrogen/cryopreserved,

lebih tahan lama 75 persen terhadap kerusakan struktural katup. Karena katup disimpan beberapa waktu, ukuran pasien harus diketahui terlebih dahulu Sterilisasi metode yang digunakan meliputi etilen kimia (oksida, propiolactone beta), radiation, dan

antibiotik. Pengawetan untuk waktu yang singkat (bulan) dicapai dengan penyimpanan 4°C kriopreservasi, yang memungkinkan untuk penyimpanan tidak terbatas, sehingga meningkatkan ketersediaan homografts.

Katup homograft dianggap pengganti yang lebih disukai untuk penggantian katup aorta terutama untuk pasien muda. Kelebihannya adalah memiliki hemodinamik yang sangat baik, tidak ada persyaratan antikoagulan, dan thrombogenitik yang rendah (atau dalam beberapa kasus nol).

Kekurangannya adalah ketersediaan rendah/sangat terbatas dan menuntut teknis operasi yang baik.

2.4.4 Katup Heterograft

Heterograft adalah salah katup yang telah dicangkokkan dari spesies lain; sebagai katup utuh (misalnya, katup aorta babi atau katup kuno dari heterolog jaringan (misalnya, bovine perikardium).

Katup ini sering menjadi pilihan alternative, tersusun dari katup katup natural dari hewan babi, yang memiliki sistem kardiovaskular hampir serupa dengan manusia.

Bentuk alternatif leaflet katup jaringan yang dikembangkan dalam desain banyak menekankan pada karakteristik kinerja yang optimal dari penggunaan jaringan hidup. Dalam semua kasus konfigurasi yang melibatkan format tiga-leaflet yang ditahan dengan mounting frame yang dirancang sesuai. Secara alami jaringan hewan, jika digunakan dalam bentuk yang tidak diobati, akan ditolak oleh tuan rumah. Akibatnya, metode pengobatan kimia harus ditemukan untuk mencegah respon antigen tetapi tidak menurunkan kekuatan mekanik jaringan. Formaldehida digunakan oleh histologists selama bertahun-tahun untuk menangkap otolisis dan "memperbaiki" jaringan di tempat di mana ia diangkat, Bahan ini sudah digunakan untuk mengawetkan jaringan biologis dalam operasi jantung tapi sayangnya,ditemukan adanya penyusutan dan peningkatkan kekakuan bahan yang dihasilkan. Untuk itu, formaldehida tidak dianggap ideal sebagai metode jaringan.

Glutaraldehid adalah fiksatif histologist yang digunakan terutama untuk menyediakan detail halus mikroskopi elektron; juga digunakan sebagai agen industri penyamakan kulit. Selain menangkap otolisis, Glutaraldehid menghasilkan bahan lebih fleksibel karena ikatan silang kolagen yang meningkat. Glutaraldehid memiliki kemampuan tambahan mengurangi antigenisitas jaringan xenograft ke tingkat di mana ia dapat ditanamkan ke dalam jantung tanpa reaksi imunologi signifikan. Glitaraldehyde membuatnya lebih lembut, menahan Antigenicitas atau penolakan substansi asing, memperbaiki dan melestarikan katup jantung prostetik akibat tiga tindakan biologis yang penting yaitu mensterilkan jaringan, menjadikan bahan alami dapat diterima dengan menghancurkan antigenisitas, menstabilkan crosslinks molekul antar serat kolagen, dan meningkatkan daya tahan. Bioprosthesis ini diperkenalkan oleh Carpentier dan Dubost untuk katup jaringan biologis.

Katup biologis ini lebih keras daripada katup jantung natural karena adanya proses Glitaraldehyde. Pada beberapa kasus, katup bioprostetik memiliki cincin dacron sewing ring yang melekat sepanjang dasarnya dan mempunyai cincin keras dari baja melekat sepanjang dasarnya. Pada beberapa kasus, dacron dilekatkan pada permukaan luar leaflet untuk menyediakan kekuatan yang besar untuk leaflet. Hal ini tidak berarti menambah kekuatan leaflet dibandingkan bila ditambahkan Glutaraldehida

Beberapa jenis jaringan , terutama katup babi dan jaringan perikardium jaringan, telah digunakan sejak saat itu untuk merancang bioprosthetic katup jantung

Karena keterbatasan pasokan homografts, katup yang paling banyak digunakan adalah katup heterograft sebagian diproduksi.

Siti Julaiha

Gambar 2.18 Gambar Katup Bioprosthetic (pig) dengan dacron sepanjang dasar dan tepi luar daun.

2.4.5 Katup Porcine Heterograft (Stented)

Prostheses Stented babi merupakan katup biologis paling umum digunakan. Kebebasan dari kerusakan struktural pada 10 tahun berkisar sekitar 60 – 90% untuk posisi aorta dan dari sekitar 60 –80% dari posisi mitral.

Katup heterograft kebanyakan dipasang pada stent kaku atau fleksibel, pada leaflets dan cincin penjahit. Proses penanaman melibatkan perbaikan cincin penjahit pada tempat di dalam (atau di atas) anulus pasien.

Katup Hancock babi standar xenograft (Medtronic, Inc) pada tahun 1970 adalah katup babi komersial yang pertama tersedia. Stent terdiri dari silinder polypropylene flexible dengan cincin radiopak paduan kobalt-kromium ditambahkan untuk kekakuan dengan tonggak flexible. Hancock mengubah desain orifice untuk mengatasi hemodinamik tidak diinginkan yang disebabkan otot rak/shelf cusp koroner babi dengan mengganti selebaran dengan salah satu dari dua selebaran lainnya dari katup lain. Hancock M.O. adalah sifat komposit - leaflet koroner kanan berisi rak otot yang digantikan oleh selebaran noncoronary dari ukuran yang benar dari katup babi yang lain. Katup tetap tekanan-tinggi dipasang ke dalam stent polypropylene Dacron-tertutup.

Katup Hancock II menggabungkan fitur generasi kedua seperti tekanan fiksasi yang rendah, pengobatan penghalang kalsifikasi dan stent lebih tipis.

Katup Orifice Hancock Modified (MO) II adalah katup dengan orifice dimodifikasi penambahan cincin penjahit bergigi, yang mulai diproduksi pada tahun 1977, merupakan penyempurnaan dari katup standar Hancock.

Katup utuh Medtronic sangat khas dalam penghalangan kalsifikasi perlakuan warna biru. Tetap pada tekanan nol, sehingga menjadikan leaflet lebih tipis dan lebih fleksibel. Medtronic juga memperkenalkan katup Mosaicm katup, yang menggabungkan fitur dari kedua katup utuh dan katup Handcock II.

Katup babi Carpentier-Edwards standar tersedia setelah katup Hancock dan banyak digunakan. Bingkai katup adalah stent kawat fleksibel digunakan untuk mengurangi tekanan pada selebaran dan lubang namun tetap mempertahankan kontur aslinya dari waktu ke waktu. Silinder Mylar fleksibel mendukung putaran sur frame kawat fleksibel. Lingkaran simetris anulus guna menggabungkan tonjolan otot septa dari cusp koroner kanani.

Pada Katup Supra Annulus Carpentier-Edwards, Struktur pemasangan katup aorta didesain ulang untuk memposisikannya di atas annulus. Perlakuan fiksasi dan stent dimodifikasi dalam upaya untuk meningkatkan daya tahan leaflet. Cincin penjahit dikonfigurasi ulang untuk meningkatkan efektifitas lubang katup.

Katup babi Bioimplan St Jude tersedia secara internasional. Investigasi klinis telah dimulai pada Katup babi X-Cell yang dikembangkan bersama dengan Laboratorium St Jude Medical dan Hancock-Jaffe. Fitur desain inovatif katup ini meliputi proses ekstraksi untuk selektif menghapus situs kalsifikasi dari jaringan babi, sterilisasi dengan perlakuan iradiasi sinar gamma mengurangi kekakuan leaflet dan penutupan stent, juga memiliki tekanan fiksasi nol pada ukuran yang lebih kecil (2.5mm) dan pengaturan komposit leaflet.

Gambar 2.19 Kiri. Hancock porcine valve. (Courtesy of Medtronic Heart Valve Division.)

Siti Julaiha

Kanan. Carpentier-Edwards bovine pericardial valve. (Courtesy of Baxter Edwards CVS.)

Dalam prostheses babi, penggunaan katup biologis terbentuk utuh membuatnya perlu untuk memproduksi daun katup individu. Meskipun memiliki keuntungan nyata dari berkurangnya kompleksitas konstruksi, namun memerlukan fasilitas untuk produksi dalam jumlah yang cukup katup sehingga kisaran yang tepat atas ukuran katup kualitas yang sesuai dapat dibuat tersedia.

2.4.6 Katup Porcine Heterograft Unstented

Homograft dianggap memiliki sifat unggul daripada heterograft berkaitan dengan hemodinamik dan tromboemboli. Dalam usaha menggabungkan beberapa keuntungan dari homograft ke dalam sebuah produk komersial, beberapa produsen menguji klinis katup babi tanpa stent.

Manfaat potensial dicapai dengan mengorbankan teknik implan yang lebih sulit. Seperti homografts ada potensi tiga cara menanamkan stentless katup babi yaitu:

(1) sebagai pengganti akar aorta dengan penanaman kembali dari arteri koroner;(2) sebagai pengganti miniroot, di mana selebaran tetap melekat pada dinding aorta donor, yang dimasukkan dalam aorta tuan rumah; (3) sebagai pengganti katup-saja, di mana sisi aorta donor bergigi dan katup yang dijahit tanpa tangan sehingga bebas ditempatkan ke dalam posisi subkoroner pada aorta tuan rumah.

2.4.7 Katup Bovine Pericardial Heterograft

Katup perikardial dirakit dengan jaringan biologi sebagai kain, bukan dipanen langsung, seperti katup babi. Keuntungan teoritis termasuk pembukaan lebih lengkap dan simetris untuk hemodinamik optimal,

kesempatan untuk memungkinkan jaringan ekstra untuk pada akhirnya menyusut, setiap persentase intrinsik lebih tinggi dari kolagen katup babi. Karena kolagen cross-linked selama fiksasi dengan glutaraldehid, sebuah jaringan yang lebih kuat dan lebih tahan lama dihasilkan.

Masalah terakhir pada katup porcine, tidak terjadi dalam produksi katup perikardium 3 leaflet anak sapi yang dikembangkan Ionescu dan rekan; pembangunan katup melibatkan pengecoran jaringan segar ke konfigurasi trikuspid di sekitar bingkai dukungan. Saat jaringan diposisikan,diperlakukan dengan glutaraldehid.

Katup ini dipasarkan tahun 1976 dengan merk Ionescu-Shiley perikardial xenograft, merupakan katup pericardial pertama tersedia komersial, tetapi dihentikan pertengahan 1980-an karena masalah kegagalan struktural dan ditarik dari peredaran. Hasil awal klinis diperoleh menunjukkan keunggulan katup jaringan terhadap katup mekanik sehubungan dengan kejadian komplikasi tromboemboli yang lebih rendah [Bodnar Frater, 1991]. Untuk alasan ini, penggunaan katup jaringan meningkat signifikan selama tahun 1970-an.

Katup perikardial Bioprosthesis Carpentier-Edwards memiliki konsep perikardium sapi sebagai alternatif yang dapat diterima untuk fabrikasi katup. Katup perikardial Bioprosthesis Carpentier-Edward disetujui FDA pada tahun 1991 dan cukup baik diterima. Menggunakan metode pemasangan selebaran ke stent canggih yang tidak tergantung pada jahitan melewati selebaran. Leaflet/Selebaran ini aman berada di balik pilar stent dengan sebuah plug plastik, yang berfungsi sebagai jangkar untuk mencegah tarikan melalui pembukaan dalam bingkai kawat. Sebuah model internasional memiliki modifikasi cincin penjahit yang diperkuat dan lebih berbentuk kerucut. Katup Carpentier-Edwards perikardial terdiri dari tiga buah perikardium dipasang sepenuhnya dalam kawat Elgiloy stent untuk mengurangi abrasi potensial antara frame Dacron tertutup dan selebaran. Perikardium ini ditahan di dalam stent dengan tombol Mylar bukan oleh jahitan.

2.5 KATUP JANTUNG PROSTETIK/MEKANIK MILESTONE

Siti Julaiha

Siti Julaiha

Gambar 2.20 Towards the ideal prosthetic heart valve. Timeline of significant milestones in the history of prosthetic heart valve development. (*Image from Ramstack et al.;5 all other valve images are obtained from manufacturers’ websites: http://www.edwards.com, http://www.medtronic.com and http://www.sjm.com, www.carbomedics.com).

3. REKAYASA JARINGAN KATUP JANTUNG BUATAN

3.1 KATUP JANTUNG ASLI SEBAGAI TUJUAN DESAINMayoritas pengobatan saat ini untuk penyakit jantung katup melibatkan penggantian katup bedah elektif dengan, katup allograft mekanik bioprosthetic, atau cryopreserved (homograft). Allograft adalah pilihan perawatan untuk anak-anak, karena katup bioprosthetic akan mengapur cepat pada anak-anak dan katup mekanik tidak dapat tumbuh dengan anak. Allograf Aorta dan paru-paru juga telah digunakan sangat sukses pada orang dewasa, dengan saluran paru memiliki 90% kebebasan dari penggantian pada 20 tahun , tetapi sisa vaskular allografts ini akhirnya mengalami kalsifikasi. Sayangnya, allografts, sama seperti organ disumbangkan lainnya, berada di supply langka. Namun, allografts perlu dicocokkan dengan jenis jaringan penerima untuk mencegah penolakan imunologi, yang mempersempit data organ yang disumbangkan. Pilihan alternatif seperti katup jantung mekanik atau bioprosthetic dapat digunakan dalam banyak situasi, dan tersedia secara luas, namun memiliki keterbatasan sendiri. Katup jantung mekanik memerlukan terapi antikoagulan, yang beberapa pasien tidak dapat mentolerir. Katup Bioprosthetic tidak memerlukan antikoagulan, tapi tidak mengandung jaringan hidup, dan menjadi kaku, kalsifikasi, dan deteriorasi struktural in vivo sebagai hasil dari fiksasi glutaraldehid mereka selama manufaktur.

Katup Bioprosthetic menunjukkan kebebasan dari kemerosotan struktural 49% pada 10 tahun dan hanya 32% pada 15 tahun, dan akhirnya memerlukan operasi penggantian. Secara keseluruhan, ada kebutuhan besar untuk, rekayasa jaringan- katup jantung tidak tetap (TEHV) atau saluran valved pada orang dewasa yang memerlukan penggantian katup. TEHV dengan potensi pertumbuhan juga akan memberikan pasien anak dengan alternatif yang unggul untuk pengobatan cacat katup.

Siti Julaiha

http://www.carbomedics.com/

http://www.edwards.com/

3.2 ANATOMI DAN TERMINOLOGIKatup aorta adalah salah satu dari empat katup di dalam jantung, yang paling sering mengalami pergantian, dan karenanya akan dibahas secara lebih rinci. Katup aorta terdiri dari tiga buah jaringan ikat (kanan, kiri, dan leaflet noncoronary) yang melekat pada aorta di satu sisi, dan bebas untuk bergerak di tepi lainnya. Tepi bebas ini memenuhi pusat untuk menutup katup dan menjaga darah dari ventrikel kiri memasuki kembali. Katup ini terletak di dasar bulat dari aorta, yang dikenal sebagai akar aorta (suatu rekreasi anatomi untuk TEHV ditunjukkan pada Gambar 3.1 berikut).

Gambar 3.1 PGA/P4HB scaffold after cell seeding and 2 weeks of bioreactor conditioning. (Reprinted from Hoerstrup, S.P., Sodian, R., Daebritz, S.,Wang, J., Bacha, E.A.,Martin,D.P.,Moran, A.M.,Guleserian, K.J., Sperling, J. S., Kaushal, S., Vacanti, J.P., Schoen, F.J., Mayer, J.E., Circulation, 102, III-46, Copyright 2000, with permission from LippincottWilliams &Wilkins.)

Ada beberapa daerah anatomi yang berbeda dari leaflet katup itu sendiri seperti terlihat pada gambar berikut:

Gambar 3.2 Semilunar valve leaflet anatomy. (a) Illustration of aortic valve leaflets within an opened aortic root. (b) Single valve leaflet. 200 mm.Pemasangan leaflet tepi lampiran ke akar dinding aorta di anulus berbentuk mahkota . Daerah umum di mana dua selebaran masukkan ke dalam dinding root commissure mereka. Perut leaflet, atau tubuh, adalah bagian utama dari selebaran (0,4 mm tebal pada manusia]), dan dikenakan tekanan beban mayoritas saat klep tertutup. Daerah coaptation adalah 0,5-0,6 mm wilayah leaflet yang ada di kontak dengan dua selebaran lain bila katup tertutup. Margin bebas tidak terikat tepi leaflet, dan menunda leaflet diantara bagian atas komisura, seperti kabel dari jembatan gantung. Akhirnya, bagian tengah dari tepi leaflet katup adalah nodul dari Arantius, area mengental (0,95-1,2 mm ) yang membantu mempertahankan penutupan katup.

Katup paru ("semilunar" katup) terletak di root paru antara ventrikel kanan dan arteri paru-paru, dan lebih tipis dan lebih lembut dari hampir identik dengan katup aorta. Katup semilunar sangat berbeda secara struktural dari katup "atrioventrikular" .Katup mitral terdiri dari dua selebaran yang berbeda berbentuk terpasang di perbatasan luar mereka untuk sambungan antara atrium kiri dan ventrikel kiri. Tepi bebas dan permukaan ventrikel dari selebaran tersambung ke otot-otot papiler dari ventrikel kiri oleh sejumlah korda tendinea. Demikian juga, katup trikuspid terletak di antara atrium kanan dan ventrikel kanan. Katup trikuspid juga mengandung korda, tetapi memiliki tiga bentuk leaflet berbeda daripada dua bentuk. Selebaran trikuspid dan korda lebih tipis, lebih pendek, dan lebih lembut daripada yang di katup mitral.

3.3 MIKRO DAN PERILAKU BAHANDaun katup semilunar terdiri dari tiga lapisan histologi didefinisikan: ventricularis bentuk permukaan yang lebih rendah, fibrosa bentuk permukaan atas, dan lapisan spongiosa terletak di antaranya, seperti terlihat pada dua gambar berikut. Ventricularis berisi meshwork serat elastis bersama dengan serat kolagen longgar tersebar.

Siti Julaiha

Gambar 3.3 The histological layers of the aortic valve leaflet. Movat’s Pentachrome stain. F, fibrosa; S, spongiosa; V, ventricularis.

Gambar 3.4 Illustration of the histological layers of the valve during systole and diastole. (Reprinted from Schoen, F. J., J. Heart Valve Dis., 6, 2, Copyright 1997, with permission from ICR Publishers).

Makeup elastis dominan memungkinkan lapisan ini untuk memperluas dalam menanggapi ketegangan pada kondisi katup tertutup, dan kemudian menarik kembali ketika katup terbuka dalam menanggapi ejeksi ventrikel. Fibrosa ini berisi serat kolagen (umumnya tipe I), yang sebagian besar diselaraskan melingkar, meskipun serat radial selaras ditemukan dekat akar-anulus katup . Kumpulan serat kolagen dalam fibrosa yang berfungsi sebagai sumber utama kekuatan untuk tekanan diastolik. Tampilan bergerigi dari fibrosa tersebut menimbulkan korugasi/kerutan dari lapisan jaringan, selain bundel kolagen. Spongiosa adalah lapisan agar-agar yang mengandung jaringan ikat longgar yang kaya proteoglikan (PG), dan berfungsi sebagai mekanisme untuk ketahanan tekan dan geser antara fibrosa dan ventricularis.Katup mitral dan trikuspid memiliki struktur dilaminasi semacam itu, kecuali lapisan luar adalah "terbalik" dari pengaturan yang ditunjukkan pada Gambar A. Dalam katup, lapisan, tebal sangat kolagen terletak di sisi ventrikel, sedangkan lapisantipis elastis terutama ditemukan di sisi atrium, lapisan ini juga dipisahkan oleh sebuah spongiosa. Kesamaan ini, yang mungkin bermanfaat di bidang teknik jaringan masa depan katup atrioventrikular, berakhir dengan tendinea korda, yang tidak ditemukan di katup semilunar. Korda ini adalah kuat, tipis, struktur seperti kabel yang mengandung inti kolagen yang sangat selaras di dalam selubung luar yang tipis dari serat elastis dan sel endotel.

Interaksi antara matriks ekstraselular (ECM) konstituen dalam mikro katup memungkinkan distensibility, kekuatan, pemulihan elastis, viscoelasticity, dan distribusi bahkan deformasi atas berbagai pembebanan. Seperti banyak jaringan lain lunak biologis, tegangan-regangan dan kurva beban mulur jaringan katup jantung ditandai dengan pretransition rendah elastik modulus pada regangan awal (karena serat elastis), diikuti oleh zona transisi ke posttransition lebih tinggi modulus elastis pada tinggi strain (karena kolagen tidak berkerut). Kolagen yang unik dan pengaturan serat elastis dalam lapisan yang berbeda, bagaimanapun, memberikan leaflet dengan perilaku anisotropik (Gambar 3.5).

Siti Julaiha

Gambar 3.5 Radial and circumferential stress–strain curves of the ventricularis and fibrosa of aortic valve leaflets. (Reprinted from Vesely, I. and Noseworthy, R., Micromechanics of the fibrosa and the ventricularis in aortic valve leaflets, J. Biomech., 25, 107, Copyright 1992, with permission from Elsevier.)

Kekakuan melingkar lebih besar (karena kolagen) memberikan kontribusi untuk fungsi katup aorta normal dengan membatasi gerakan leaflet ke bawah, sedangkan kekakuan radial rendah memungkinkan gerakan ke dalam menuju coaptation leaflet. Katup aorta ini tepat menutup, memungkinkan aliran darah dari ventrikel kiri ke aorta yang menaik, dan mencegah arus balik. Selama siklus fungsional, selebaran berinteraksi dengan pola kompleks aliran darah , dan menjadi sasaran tekanan transvalvular setinggi 120 mmHg dan tegangan sgeser etinggi 7,9 Pa.Besaran beban ini lebih rendah dalam sirkulasi paru-paru, di mana tekanan transvalvular melintasi katup paru hanya 25 mmHg.

3.4 SEL VALVULARKatup Jantung mengandung kedua sel endotel dan interstisial. Sel endotel katup (VECs) mengisi permukaan luar dari katup, sedangkan "sel-sel interstisial" adalah semua sel yang mengisi bagian dalam selebaran. Meskipun dianggap bahwa VECs menyediakan jaringan dengan permukaan nonthrombogenic, fungsi mereka dinyatakan mulai dieksplorasi. Sel-sel interstisial katup (VICs), yang sedikit lebih baik dimengerti, bertanggung jawab untuk komponen sintesis matriks ekstraseluler, termasuk kolagen, elastin, proteoglikan, dan Hyaluronan.

Karakteristik kunci dari VICs adalah bahwa kelompok ini menunjukkan sel fenotipe campuran dari karakteristik fibroblastik dan sel otot halus dan uniknya berbeda dari kedua tipe sel. Masih belum jelas apakah ini fenotip dual disebabkan oleh satu populasi sel yang mengekspresikan kedua fitur secara bersamaan, satu populasi sel yang dapat beralih antara kedua fenotipe , atau populasi beberapa jenis sel. Fenotip berbeda VICs biasanya dibedakan oleh penampilan morfologi dan pewarnaan imunohistokimia. Fenotip fibroblastik ditandai dengan sel-sel memanjang yang mengandung organel banyak untuk sintesis matriks, dan memberikan noda untuk prolyl-hydroxlyase 4. Fenotip sel otot polos dilambangkan oleh sel bebatuan yang memberikan noda untuk α otot aktin halus dan serat stres. VICs menampilkan fenotipe ganda secara konsisten di seluruh passaging. Meskipun dalam katup asli sel fenotip berbeda ini sedikit dipisahkan, sel-sel yang dipanen dari berbagai daerah katup memiliki penampilan fenotipik ganda konsisten dan karakteristik pertumbuhan. Hal ini juga sulit untuk memisahkan fenotipe dalam kultur jaringan.

Gambar 3.6 Kedua elemen vaskular (a) dan unsur saraf (b) pada matriks katup jantung interstisial:

Siti Julaiha

(a) pembuluh darah tertanam pada lapisan atrialis / spongiosa katup mitral babi mengandung sel darah merah (mata panah) (hematoksilin & pewarnaan eosin). Skala bar 50μm;(b) Pleksus saraf adrenergik padat terletak pada anterior leaflet katup mitral tikus (asam fosfat-glioksilat sukrosa-potasium pewarnaan). Skala bar 30μm

Table 2. Characteristics of valvar interstitial cells (VICs)

Table 3. Characteristics of valvar endocardial cells (VECs)

Siti Julaiha

3.5 PENDEKATAN REKAYASA JARINGAN KATUP JANTUNGPerancah ECM eksogen dirancang untuk melumpuhkan populasi sel yang sesuai di lokasi implantasi struktur rekayasa jaringan dan juga untuk menyediakan support mekanik sampai jaringan yang baru terbentuk telah dibangun, tersusun dan menjadi struktur yang stabil. (Putnam dan Mooney, 1996).

Konsep tradisional rekayasa jaringan melibatkan penggunaan polimer perancah tiga dimensi sebagai perangkat transplantasi sel. Setelah sel ditanamkan pada perancah in vitro, dihasilkan konstruksi tiga dimensi yang dapat ditanam pada in vivo di tempat cedera atau penyakit.

Sel implan kemudian dapat menggunakan struktur alami tubuh yang diisyaratkan untuk meningkatkan organisasi, pertumbuhan dan perkembangan jaringan pengganti'.

Perancah polimer dirancang untuk menurunkan atau hydrolyse in vivo saat sel implan memproduksi dan mengatur sendiri jaringan matriks ekstraselular, yang pada akhirnya hanya sintesis baru, yang berfungsi pada jaringan terpadu tetap pada daerah transplantasi.

Dua pilihan utama perancah yang diselidiki saat ini adalah Perancah polimer sintetik dan atau Perancah polimer biologis.

Pendekatan dasar untuk membangun TEHV dengan banyak jaringan direkayasa lainnya, adalalah pertama untuk benih jenis sel yang sesuai atau dalam perancah yang sesuai, dan kemudian untuk memiliki masa inkubasi selama permodelan sel-sel atau sebaliknya menyatu dengan perancah, dan forma neotissue.

Definisi ini sengaja meragukan karena berbagai sel, perancah, dan lingkungan inkubasi telah digunakan. Semua TEHVs yang diusulkan, telah dirancang untuk memiliki banyak fitur ideal pengganti katup jantung seperti(i) mempertahankan fungsi struktural dan biologis normal sepanjang hidup pasien, (ii) tidak menimbulkan inflammatory, benda asing dalam tubuh atau respon imunologi, (iii) memiliki permukaan antitrombotik dan potensi untuk pertumbuhan dan perbaikan diri, (iv) diproduksi untuk setiap individu, (v) mudah untuk implan dengan variabilitas teknis kecil, dan (vi) tersedia dalam persediaan yang tidak terbatas.

Mayoritas penelitian TEHVs telah difokuskan pada imunologi, struktura, antitrombotik, dan aspek ketersediaan.

3.6 PERANCAH POLIMER BIODEGRADABLE

Siti Julaiha

Hampir setengah desain yang diusulkan untuk TEHVs melibatkan pembenihan sel pada atau dalam perancah biodegradable polimer. Tujuan menggunakan perancah biodegradable adalah jangkar sel unggulan dalam lingkungan yang cukup kuat untuk menahan kekuatan mekanik in vivo, namun kemudian akan menurunkannya perlahan-lahan, dengan demikian mengalihkan fungsi beban-bearing ke ECM baru yang dihasilkan oleh sel. Idealnya, laju degradasi perancah dan laju sintesis seluler harus seimbang sehingga perancah telah sepenuhnya rusak ketika sel yang ditanamkan menghasilkan sejumlah ECM sebanding dengan katup jantung asli. Perancah ini juga harus memiliki sifat materi awal yang sebanding dengan katup asli.

Perancah pertama kali digunakan untuk menghasilkan TEHV adalah tenunan mesh 90% poli (asam glikolat) PGA/ 10% poli (asam laktat) PLA terjepit di antara mesh PGA bukan tenunan, yang ditanam dengan myofibroblasts vascular domba dan sel endotel, serta digunakan untuk mengganti selebaran kanan katup paru pada model anak domba. Meskipun katup paru yang dihasilkan adalah fungsional jangka pendek (3 minggu), perancah ini ditemukan terlalu kaku dan tebal untuk digunakan dalam jangka panjang. Sebaliknya, pembenihan sel dalam mesh PGA saja menghasilkan neotissue yang terlalu halus untuk ditangani, meskipun porositas tinggi dari perancah (95%) mendorong efisiensi pembibitan tinggi dan melanjutkan produksi ECM. Untuk menghindari keterbatasan mekanik perancah sebelumnya, Sodian etal. mengembangkan perancah baru TEHV menggunakan poli (hydroxyalkanoate)(PHA), termoplastik polimer yang mudah dibentuk. Polimer itu dicetak dalam katup berbentuk saluran berpori melalui proses pencucian garam, dan ditanam dengan myofibroblasts vaskular autologous yg berhubung dgn domba dan sel-sel endotel. Meskipun saluran valved berfungsi normal dalam model domba sampai 17 minggu, bahan PHA perancah tidak menurun sepenuhnya saat itu, dan neotissue berkembang tidak mengandung elastin histologi terdeteksi atau memiliki endotel lapisan sel. Selain itu, PHA memiliki kerapatan echocardiographic tinggi, yang mencegah kinerja TEHV dari yang dievaluasi oleh echocardiography Doppler.

Gambar 3.7 After 6 weeks in vivo (a), the TEHV demonstrates preliminary organization (50×). After 16 weeks (b) and 20 weeks (c), the TEHV leaflet demonstrates organized, dense collagen on the outflow surface, elastic fibers on the inflow surface (arrow), and spongy organization within (both 100×). (Reprinted from Hoerstrup, S. P., Sodian, R., Daebritz, S., Wang, J., Bacha, E.A., Martin, D.P., Moran, A.M., Guleserian, K.J.,et.al, Circulation, 102, III-48, Copyright 2000, with permission from LippincottWilliams &Wilkins.)

Karena PHA tidak menurun cukup cepat, saluran katup selanjutnya dirancang dari jaringan PGA tanpa serat dilapisi dengan lapisan tipis poli-4-hidroksibutirat (P4HB), polimer biodegradable termoplastik yang mudah dicetak, menyediakan PGA nonwoven dengan kekuatan tambahan. Setelah ditanam dengan sel-sel vaskular autologous domba dan pengkondisian dinamis dalam bioreactor selama 2 minggu, TEHV ini ditanamkan di posisi paru domba selama 20 minggu. TEHVs ini berfungsi dengan baik, dengan hanya regurgitasi paru ringan hingga moderat pada 16 dan 20 minggu. Setelah eksplan, leaflet TEHV ditemukan memiliki struktur tiga-lapis normal katup jantung asli (Gambar 3.6), meskipun konsentrasi biokimia diukur dari kolagen, elastin, dan GAG, serta kekuatan tarik utama mereka, jauh lebih tinggi daripada paru normal selebaran asli. Secara keseluruhan, PGA/P4HB telah dianggap sebagai perancah sangat sukses untuk pengembangan TEHV. Perancah biodegradable lain yang telah dieksplorasi termasuk poliuretan biodegradable, yang ditemukan tidak terdegradasi sepenuhnya pada 6 minggu. Kelas baru perancah biodegradable dirancang, seperti kombinasi dari poli (vinil alkohol) (PVA) dengan kelompok sikat yang diubah PLA. Novel perancah ini harus menggabungkan keuntungan PVA, hidrogel kandungan air yang tinggi dengan elastisitas tinggi dan kemampuan untuk menggabungkan molekul biologis aktif di kelompok hidroksil, dengan fitur PLA, yang biodegradable, dapat disilangkan, dan hydrophobically yang menarik sel.

3.7 PERANCAH LEAFLET DESELULARMeskipun perancah biodegradable polimer memiliki sejarah panjang dalam desain TEHV, awal pendekatan lain dalam pengembangan aktif saat ini adalah penggunaan leaflet katup decellularized semilunar sebagai perancah, dengan alasan akan memberikan kekuatan yang diperlukan, dan sudah mengandung ECM dalam pengaturan mikrostruktur yang benar. Tidak seperti desain polimer, tidak ada kebutuhan untuk membuat atau mencetak scaffolds. Lebih lanjut lagi, menghilangkan sel-sel yang mungkin akan menghilangkan unsur paling antigenik, sehingga menghindari respon imunologi pada penerima. Alasan ini memungkinkan pengembangan perancah deselularisasi dari tidak hanya katup jantung manusia (organ allograft atau mayat yang disumbangkan), tetapi juga

Siti Julaiha

katup jantung babi. Elemen matriks dominan dalam perancah, kolagen, sangat kekal antara spesies dan dengan demikian dianggap minimal antigenik, meskipun ada kekhawatiran tentang potensi penularan penyakit xenogenic .Matriks biologis acellular menawarkan sebuah fisiologis template, memiliki potensi untuk endothelialisation dengan host VECs disekitarnya dan repopulation oleh local VIC. Secara teoritis, VEC akan membentuk lapisan permukaan non-thrombogenic , sementara VIC akan menyebabkan turnover matriks pada katub.

Proses ini pada akhirnya akan mengubah matriks acellular allogeneic atau xenogeneic ke sebuah autogenic utama jaringan katup hidup, dengan penurunan konkuren terhadap respon imun.

Ada berbagai metodolog tersedia untuk decellularisation jaringan katup jantung, termasuk perawatan deterjen, enzim pencernaan, hypo-/hypertonic perendaman dan sonikasi. Studi karakterisasi lebih rinci tentang perancah matriks sangat penting untuk menentukan komposisi matriks yang sesuai dan penghapusan lengkap sisa-sisa selular. Sifat biomekanis matriks jaringan katup deselular perlu dianalisis lebih lanjut.

3.8 PEMBIBITAN SELMetode yang digunakan untuk pembenihan sel-sel dalam perancah biodegradable polimer dan leaflet katup decellularized cenderung sangat mudah: larutan terkonsentrasi yang mengandung sel-sel ini menetes ke permukaan perancah dan membubarkan sel oleh gravitasi. Penyebaran penyemaian didorong oleh agitasi lembut dalam beberapa penelitian,tetapi tidak ada laporan tentang efisiensi peningkatan pembenihan karena metode ini. Banyak TEHVs dikembangkan oleh penyemaian pertama dengan myofibroblasts (beberapa juta sel), inkubasi 10- 14 hari, dan sel-sel endotel ditanamkan. Pada persiapan proses pembibitan bertahap, campuran populasi sel vaskular dapat dipisahkan ke dalam sel endotel dan nonendothelial menggunakan pemilahan sel fluoresensi-diaktifkan(FACS) berbasis pengikatan lipoprotein density asetat rendah (positif mengikat sel endotel). Penyemaian Bertahap belum tentu dibutuhkan; sel-sel vaskular campuran ditanam ke perancah PGA/sandwich PLA-PGA cenderung untuk memisahkan selama inkubasi dan implantasi vivo, membentuk neotissue dengan sel endotel (pewarnaan untuk Faktor XIII) di luar dan myofibroblasts (negatif untuk Faktor XIII) di dalam. Faktor lain yang ditunjukkan untuk meningkatkan efisiensi pembibitan meliputi interval penyemaian 24 atau 36 jam (sebagai lawan 2 atau 12 jam interval), menggunakan perancah polimer dengan porositas tinggi seperti di PGA, pencampuran kolagen larut ke dalam sel penyemaian solusi, dan lapisan perancah dengan Matrigel sebelum penyemaian.

3.9 BAHAN ALAMMeskipun mayoritas TEHVs sampai saat ini telah dibangun baik dari leaflet perancah biodegradable polimer atau decellularized, ada sejumlah perancah alternatif yang telah dikembangkan menggunakan polimer alam seperti kolagen.

Alasan di balik penggunaan bahan-bahan alami adalah bahwa biodegradable polimer sintetis mungkin memiliki produk degradasi sitotoksik seperti asam laktat, yang dapat menurunkan pH medium. Sebuah pendekatan awal, dilaporkan oleh Carpentier adalah menyuntikkan kolagen terlarut ke dalam cetakan. Katup yang dihasilkan ditanamkan pada domba di posisi trikuspid atau mitral dan berfungsi hingga 10 bulan tanpa inkompetensi. Setelah eksplan, fibroblas ditemukan dalam selebaran kolagen, tapi selebaran itu sedikit menebal in vivo.

Sel-sel interstisial katup unggulan dalam perancah spons kolagen ditemukan menunjukkan karakteristik fenotipik sangat mirip dengan sel-sel dalam daun katup utuh Rothenburger, menumbuhkan sel-sel pembuluh darah dan katup manusia dan babi dalam beku-kering kolagen tipe I matriks berpori in vitro dan menemukan bahwa sel menghasilkan proteoglycan hydrating besar (PG) versican, decorin PG kecil kolagen-mengikat, fibronektin, thrombospondin, dan PG heparan menengah sulfat (mungkin perlecan atau syndecan). Produksi PG dan glikoprotein ini menunjukkan bahwa sel-sel berinteraksi dan mengorganisir pembentukan ECM baru.

Bahan alami lain,fibrin, dieksplorasi sebagai perancah alami karena gel fibrin dapat dibuat autologously darah pasien froma sendiri dan dengan demikian mencegah reaksi imunologi. Komponen gel fibrin juga dapat digabungkan dengan eksogen biologis kelompok fungsional, seperti faktor pertumbuhan, untuk pembentukan neotissue yang ditingkatkan. Selain itu, penggunaan injection molding untuk melemparkan gel fibrin sel-unggulan memastikan bahwa sel-sel akan merata di seluruh TEHV. Distribusi awal sel ini merupakan keuntungan atas pembenihan struktur berserat atau spons, dimana pembenihan dispersi karena gravitasi dan hampir 50% dari sel dilampirkan. Kerugian dengan gel fibrin adalah kelemahan awal yang perlu diperbaiki sebelum in vivo dapat dilakukan. Polimer alam lain yang diusulkan adalah kitosan, turunan polisakarida yang digunakan untuk aplikasi teknik jaringan lain. Meskipun perancah kitosan tiga dimensi belum diuji dalam TEHV, kultur monolayer VECs melekat lebih baik dan kitosan kitosan-permukaan / kolagen IV kombinasi khususnya-daripada permukaan PHA.

Table 4. Principal ECM components of the heart valve layers

Siti Julaiha

Modifikasi lebih lanjut pada permukaan perancah bertujuan untuk meningkatkan adhesi sel dan fungsinya. Dperlukan metode ex vivo jangka pendek kultur jaringan sebelum implantasi dilakukan.

Tidak jelas apakah perancah sintesik atau alam yang terbukti lebih cocok untuk pengembangan LAHVA, karena masih adanya keterbatasan tertentu terkait dengan keduanya. Optomalisasi Perancah Katup jantung harus menampilkan rekonstruksi akurat, ruang anatomi katup untuk penggantian.

Pilihan dan desain perancah menjadi bagian integral kesuksesan klinik sebagai hasil LAHVA. Selain kesesuaian terhadap bentuk anatomi, perancah katup jantung membutuhkan sifat tensile dan elastis.

Perancah harus bio-kompatibel, bioabsorbable atau remodelable, dan harus menyediakan template yang cocok untuk memfasilitasi pengembangan baru jaringan. Permeabilitas perancah juga penting untuk mengontrol gizi sel dan pembuangan produk limbah.

3.10 PENDEKATAN BANGUNAN BLOKHampir tanpa kecuali, pendekatan pengembangan TEHV telah menggunakan perancah yang ditujukan untuk degradasi atau renovasi oleh sel-sel yang akan mengisi konstruksi ini. Pengecualian untuk paradigma ini adalah pendekatan dengan Vesely et.al. di mana ECM berbeda komponen struktural berasal dan kemudian dirakit mendekati mikro asli katup aorta in vitro. bundel kolagen ini yang memberikan kekuatan leaflet yang direplikasi oleh neonatal sel-sel otot aorta tikus halus (NRASMCs) ditanam dalam gel kolagen tipe I dan berlabuh untuk mempromosikan kontraksi uniaksial atau percabangan.

Komponen glikosaminoglikan pelumas akan diwakili oleh Hyaluronan cross-linked (juga ditanam dengan NRASMCs), dan jaringan dan lembaran serat elastis disintesis oleh NRASMCs Hyaluronan silang di atas dan di sekitar bundel kolagen. Struktur katup akhir akan dirakit dengan menumpuk lapisan bolak Hyaluronan / lembar elastis dengan lapisan bundel kolagen / selubung elastis yang berorientasi karena mereka akan berada di katup aorta asli (terutama melingkar). Pendekatan baru ini masih dalam tahap in vitro dalam perkembangan, tetapi dipertimbangkan bahwa berbagai lapisan akan kompak, dan sel-sel yang tertanam akan mensintesis ECM tambahan, selama periode dalam pengkondisian vitro dinamis.

Rancangan LAHVA menggabungkan sel, perancah dan sinyal menghadirkan tantangan unik untuk para peneliti di lapangan.

Desain optimum akan memiliki karakteristik sebagai berikut:

- Struktur anatomi sebanding dengan katup asli - Fungsi fisiologis- Kemampuan adaptasi biomekanik; - Kemampuan memperbaiki/reparasif- Potensi pertumbuhan.

Katup harus dapat membuka dan menutup serempak pada frekuensi sekitar 1Hz, menyebabkan deformasi lentur, dan menghadapi hemodinamik turbulen dalam jantung (Mann dan Barat, 2001).

Kemajuan signifikan yang telah dibuat hingga saat ini dalam rekayasa jaringan struktur katup jantung, berkonsentrasi pada:

- Populasi sel, - Penggunaan perancah sel-unggulan dan - Promosi pertumbuhan jaringan menggunakan berbagai sinyal, khususnya stimulasi mekanik in vitro.

Ada beberapa kekurangan penelitian terhadap aplikasi faktor pertumbuhan, faktor mitogenic atau faktor adhesi pada perancah dan matriks yang digunakan untuk mengembangkan LAHVA.

Siti Julaiha

Namun, kemajuan yang signifikan telah dibuat dalam pembangunan metode in vitro rangsangan mekanis atau fisik sinyal untuk meningkatkan pertumbuhan sel dan jaringan sebelum implantasi (Hoerstrup et al., 1999;Weston et al,1999.;Hoerstrupet al. 2000b;Sodian et al., 2001; Weston dan Yoganathan, 2001; Zeltinger et al., 2001; Jockenhoevel et al., 2002; Dumont et al., 2002; Perry et al, 2003.; Engelmayr et al., 2003).

Para peneliti melaporkan kelelahan dan fracture/patah tulang pada kultur perancah polimer acellular biodegradable dibawah kondisi flexure/ lentur dinamis terbukti memiliki konsekuensi penting dalam perancangan dan pemilihan potensi perancah LAHVA .

Meskipun kemajuan signifikan telah dibuat, semua LAHVA yang dibangun mempunyai kekurangan pada sifat kekuatan mekanik yang diperlukan untuk kinerja fungsional dalam posisi anatomi. Semua penelitian sebelumnya telah diarahkan ke arah desain LAHVa untuk transplantasi pada daerah katup paru bertekanan rendah.

Pemahaman yang lebih jelas dari sifat mekanik lingkungan pada keempat katup jantung, khususnya pada sirkulasi sistemik, akan memimpin pengembangan dan produksi lingkungan biomimetik untuk pengkondisian awal in vitro pada LAHVA.

Mekanisme respon sel untuk rangsangan mekanik tidak jelas diketahui (MacKenna et al.,2000). Pemahaman yang lebih baik diperlukan untuk merancang protokol biomimetik yang lebih efisien.

Kematian sel disebabkan oleh kondisi kultur bioreaktor dinamis juga akan perlu diselidiki, dan kondisi optimal perlu didapatkan untuk meminimalkan sel kematian.

Studi Terapi gen memiliki potensi untuk dimanfaatkan dalam rangka mempromosikan ekspresi yang sesuai terhadap mitogenic, angiogenic atau faktor neurogenik pada LAHVA (Yla-Herttuala dan Martin, 2000; Musgrave et al, 2002.) dengan bertujuan meningkatkan pengembangan katup jantung yang lebih terlihat asli/alami dalam studi simulasi mekanikal.

Figure 3.8 The principal building blocks for LAHVA fabrication

3.11 SEL ASLIDisepakati bahwa sumber sel untuk TEHV harus autologous berasal dari penerima katup tersebut. Sel autologous dapat melakukan yang terbaik dalam kasus pediatrik, mengingat bahwa sel-sel dewasa mungkin telah mengurangi kemampuan proliferasi (sumber sel dibahas secara ekstensif di Referensi 2). Sumber anatomi sel-sel ini autologous, bagaimanapun, belum kokoh. Shinoka et al menentukan bahwa myofibroblasts arteri lebih tinggi dari fibroblas dermal dalam membangkitka kolagen kuat yang kaya, dan neotissue yang terorganisir; Schnell et al. menemukan bahwa sel-sel vena bisa lebih baik lagi. Mengingat bahwa pembuluh darah saphena lebih mudah dipanen dari arteri, penggunaan sel-sel vena karena itu dianggap sebagai alternatif yang menjanjikan untuk sel-sel arteri untuk pembenihan sebuah perancah TEHV. Meskipun banyak penelitian terus mengeksplorasi penggunaan sel-sel yang berasal dari sumber-sumber vaskuler, ada dua laporan baru yang digunakan baik sel stroma atau sel batang mesenchymaldari sumsum tulang.

Dalam kasus pertama, sel-sel stroma sumsum tulang manusia (yang diperoleh dari sternum) yang diunggulkan di saluran PGA/P4HB valved, lalu dikondisikan pada sebuah bioreaktor. Setelah 14 hari, sel-sel menunjukkan karakteristik fenotipik myofibroblasts (α otot halus-aktin dan vimentin), tetapi tidak menunjukkan tanda untuk otot, osteogenic, atau diferensiasi endotel. Dalam kasus kedua, tulang sumsum yg berhubung dgn sel batang

Siti Julaiha

mesenchymal domba yang diunggulkan pada jenis katup saluran yang sama, lalu dikondisikan pada bioreaktor. Meskipun karakteristik diferensiasi seperti fenotip sel tidak dilaporkan, sel mampu membentuk neotissue fungsional in vitro. Sangat sedikit kelompok peneliti telah benar-benar mencoba untuk menggunakan VECs dan VICs dalam desain TEHVs. Tampaknya telah dianggap, jika tidak sering secara eksplisit mendalilkan, bahwa apa pun jenis sel adalah unggulan dalam TEHV akan segera membedakan dan mulai untuk mengekspresikan karakteristik fenotipik sel katup. Dengan perkecualian yang langka, asumsi ini belum diuji secara mendalam, Meskipun ekspresi gen kerja terbaru menunjukkan bahwa VECs memiliki banyak perbedaan transkripsi dari sel-sel endotel vaskular. VECs juga empat kali lebih proliferasi dalam budaya dari pada sel-sel endotel vaskular, yang dapat menjelaskan mengapa sel endotel pembuluh sering gagal untuk membentuk lapisan endotel yang berkesinambungan dari TEHV perancah in vitro atau in vivo.

VICs ditanamkan pada decellularized leaflet babi dibedakan dan dipisahkan pada myofibroblasts regional yang spesifik, fibroblas, sel endotel, dan sel smoothmuscle setelah 15 hari in vitro. Setelah ditanam dalam struktur kolagen berpori seperti spons, VICs menunjukkan kesamaan fenotipik ke sel-sel dalam daun katup asli dan menghasilkan banyak dari PG biasanya ditemukan di katup. Sebuah sumber yang potensial untuk sel autologous katup diusulkan Maish menemukan bahwa sel katup dapat dipanen dari katup trikuspid yg berhubung dgn domba tanpa mengorbankan fungsi dari katup trikuspid pada hewan donor. Pilihan ini mungkin penting jika pemulihan fenotipe VIC dan vec membuktikan perlu dan tidak dapat dicapai dengan menggunakan sumber sel alternatif.

3.12 BIOREAKTOR PENGKONDISI DAN PEMBUKTIAN KONSEPBioreactors telah banyak digunakan untuk menyediakan perkembangan TEHV dengan kekuatan-bangunan stimulasi mekanik sebelum implantasi dalam model hewan. Dibandingkan dengan kontrol statis, TEHVs bioreactor menunjukkan peningkatan produksi kolagen, kepadatan sel yang lebih besar, meningkatkan kekuatan mekanik, dan organisasi matriks lebih kompak. Pengkondisian bioreaktor mempertahankan sintesis ECM dan DNA pada tingkat yang biasanya ditemukan dalam daun katup. Bioreaktor juga dapat mempercepat pengembalian matriks yang rusak. Inkubasi dalam bioreaktor lentur dinamis juga menambah degradasi sebagian besar PGA/P4HB dan perancah PGA/PLA/P4HB, sehingga kekakuan signifikan kurang lentur pada 3 minggu dibandingkan dengan kontrol unflexed.

Jenis-jenis bioreaktor dikembangkan untuk studi TEHV secara umum dapat diklasifikasikan dalam dua kategori. Kategori pertama, yang secara terus menerus bersikulasi menyediakan medium kultur jaringan, yang terutama digunakan untuk pengkondisian TEHV utuh dan saluran valved. Bioreaktor ini umumnya terdiri dari suatu reservoir menengah, suatu ruang untuk memegang TEHV, sumber tekanan, port untuk pertukaran gas, tekanan opsional dan transduser arus, dan seringkali memiliki komponen untuk meniru kepatuhan dan resistensi pembuluh darah (Gambar E dan Gambar F). Pengaturan yang sama juga digunakan dalam studi tentang sintesis kolagen, GAG, dan DNA oleh sel katup. Karena sistem bioreaktor ini mampu menghasilkan arus berdenyut mulai dari 50 hingga 2000 ml / menit atau bahkan 20 l/ menit, dan tekanan transvalvular dari 10-240 mmHg, dapat dengan mudah disesuaikan dengan pengkondisian atau pengujian dari TEHVs aorta atau paru-paru. Sistem tensioning menggerakkan kembali juga dimasukkan ke dalam bioreaktor. Kategori kedua bioreaktor cenderung lebih kecil dan terukur, dan digunakan untuk bukti studi konsep yang meneliti bagaimana rangsangan mekanik dapat meningkatkan karakteristik TEHV.

Gambar 3.9 This bioreactor design creates pulsatile flow by cyclically pumping air beneath the silicone diaphragm separating the medium and air chambers. This action draws medium froma reservoir and propels it through the TEHV fixed to the silicone tubing above. (Reprinted from Hoerstrup, S.P., Sodian R., Sperling, J.S., Vacanti, J.P., Mayer J. E.,Tissue Eng., 6, 1, Copyright 2000, with permission from Mary Ann Liebert, Inc.)

Siti Julaiha

Gambar 3.10 A bioreactor flow loop that includes components for variable compliance, resistance, and pressure measurements. (Reprinted from Dumont, K., Yperman, J., Verbeken, E., Segers, P., Mauris, B., Vandenberghe, S., Flameng,W.,Verdonck, P.R., Artif. Organs, 26, 711, Copyright 2002, with permission from Blackwell Publishing.)

3.13 PENGUJIAN VIVO PADA MODEL HEWANMeskipun banyak potensi TEHV desain telah berhasil dibandingkan dengan menggunakan dalam analisis vitro dan bioreaktor, evaluasi kekebalan, inflamasi, dan tanggapan kalsifikasi diperlukan dalam model vivo. Gigi taring telah digunakan setidaknya dua kali, namun sebagian besar TEHVs telah diuji secara in vivo model yg berhubung dgn domba diterima secara luas (baik anak domba atau domba dewasa). TEHVs telah ditanamkan ke posisi atrioventrikular di masa lalu, dan implantasi heterotopic dalam aorta perut baru-baru ini dilaporkan, tetapi kebanyakan diuji dalam posisi paru, baik sebagai pengganti orthotopic dari katup paru atau heterotopically di antara arteri paru-paru utama dan kiri . Leaflet pengganti Single dan double dalam katup paru telah dicoba dengan lebih sukses dalam leaflet penggantian tunggal. Penggantian leaflet ganda melibatkan dua identik PGA / perancah sandwich PLA-PGA: satu unggulan TEHV leaflet dan satu kontrol ditanamkan. Sayangnya, pendekatan ini dinyatakan cerdik tidak bekerja karena kaku, perancah tebal tidak dapat coapt normal dan menyebabkan insufisiensi paru. TEHV desain baru sering diuji dengan menggunakan saluran valved, berisi semua tiga selebaran, di posisi paru orthotopic.

In vivo ini sering menunjukkan suatu respon inflamasi awal tapi sangat ringan ke TEHV, meskipun respons ini lebih kuat ketika alogenik sebagai lawan sel autologous ditanamkan. Respon inflamasi terlambat (9 sampai 12 minggu) dilaporkan dengan penanaman kembali decellularized babi TEHV . Rak otot sisa leaflet decellularized juga telah ditunjukkan untuk memohon sebuah respon peradangan dan kalsifikasi ringan. Jika tidak, laporan kalsifikasi dari perancah dengan campuran; ada pengapuran berat decellularized perancah setelah 12 dan 24 minggu penanaman kembali in vivo, sementara perancah Synergraft decellularized babi (tidak reseeded) tiaak menunjukkan kalsifikasi setelah 21 minggu .

Gambar 3.11 Schematic arrangement of the connective tissue layers through the mid-zone of the heart valve leaflets

3.14 PERBANDINGAN KATUP JARINGAN vs KATUP MEKANIK

Siti Julaiha

• Jaringan prostheses digunakan secara luas pada pertengahan 1970-an. • Keuntungan utama dari katup jaringan dibandingkan dengan katup mekanik adalah bahwa katup jaringan

memiliki insiden komplikasi yang lebih rendah thromboembolic [Butchart dan Bodnar, 1992]. Oleh karena itu, kebanyakan pasien yang menerima katup jaringan tidak perlu mengambil antikoagulan jangka panjang.

• Kelemahan utama katup jaringan adalah penurunan tekanan yang besar dibandingkan dengan beberapa katup mekanik (terutama dalam ukuran katup yang lebih kecil), aliran pancaran melalui leaflet katup, kelelahan material dan keausan leaflet katup, serta nilai pengapuran leaflet , terutama pada anak-anak dan remaja. Kerusakan Valve, bagaimanapun, biasanya terjadi perlahan dengan katup jaringan, dan pasien dapat dimonitor oleh echocardiography dan teknik non-invasif lainnya.

• Keuntungan yang jelas dari katup mekanik adalah daya tahan jangka panjang. Katup mekanik saat yang diproduksi dari berbagai bahan, seperti karbon pyrolitic dan titanium. Struktural kegagalan katup mekanik jarang, tetapi, ketika itu terjadi, biasanya bencana [Giddens et al., 1993].

• Satu kelemahan utama dari penggunaan katup mekanik adalah kebutuhan untuk terus-menerus, terapi antikoagulasi seumur hidup untuk meminimalkan risiko trombosis dan komplikasi thromboembolic. Sayangnya, terapi antikoagulasi menyebabkan masalah perdarahan, karena itu, pengendalian secara jantung-jantung terhadap obat antikoagulan sangat penting bagi pasien dan kualitas hidup. Kekhawatiran lain adalah kinerja hemodinamik prostheses. Fungsi hemodinamik desain terbaik katup mekanik berbeda secara signifikan dari katup jantung yang normal.

4. MASALAH DAN EVALUASI KINERJA KATUP JANTUNG BUATAN Pengalaman klinis dengan desain katup jaringan yang berbeda semakin menunjukkan perubahan struktural yang tergantung waktu (5 sampai 7 tahun} - seperti pengapuran dan keausan leaflet, yang menyebabkan kegagalan katup dan penggantian selanjutnya [Oyer et al, 1979) ; Ferrans et al 1980; Bodnar dan Yacoub, 1986]. Masalah kalsifikasi katup leaflet yang lebih menonjol pada anak-anak dan dewasa muda. Oleh karena itu, jaringan katup jarang digunakan pada anak-anak dan dewasa muda pada saat ini. Masalah tersebut tidak dapat dieliminasi oleh metode penyamakan glutaraldehid, dan tidak mudah untuk melihat bagaimana kelemahan ini dapat diatasi kecuali salah satu jaringan autologous hidup digunakan atau struktur asli dari kolagen dan elastin secara kimiawi ditingkatkan. Banyak ruang untuk pekerjaan lebih lanjut. Sebagai contoh, penetapan perikardium anak sapi dalam ketegangan selama pengecoran daun katup pasti akan menghasilkan "locked-in" menekankan selama fiksasi, sehingga mengubah sifat mekanik jaringan.

Produsen katup terus mengembangkan desain baru katup mekanik dan jaringan. Katup jantung Prosthesis yang ideal belum ada dan mungkin tidak pernah terwujud. Namun, karakteristik dari prostesis "sempurna" harus dikembangkan.

4.1 KOMPLIKASI KATUP JANTUNG BUATAN♣ Kerusakan struktural mengacu pada setiap perubahan fungsi katup mengakibatkan kelainan intrinsik yang

menyebabkan stenosis atau regurgitasi.♣ Disfungsi non struktural: setiap kelainan mengakibatkan stenosis/regurgitasi yang tidak intrinsik pada katup

itu sendiri. Hal ini mencakup ukuran tidak sesuai, juga disebut mismatch protesa-pasien.♣ Tromboemboli termasuk setiap trombosis katup atau embolus kecuali sekunder ke infeksi atau perdarahan.

Ini termasuk neurologis defisit dan setiap emboli arteri perifer kecuali terbukti diakibatkan dari penyebab lain. Pasien yang tidak terbangun pasca operasi atau yang terbangun dengan stroke atau infark miokard tidak termasuk. Katup trombosis terdaftar sebagai subkategori dari tromboemboli.

♣ Perdarahan/hemorrhage yang terkait Antikoagulan meliputi setiap episode dari pendarahan internal atau eksternal (pada pasien yang memakai antikoagulan atau Antitrombosit) yang berakibat fatal, menyebabkan stroke, atau cukup serius untuk memerlukan rawat inap atau transfusi.

♣ Diagnosis katup prostetek endokarditis berdasarkan klinis kriteria, termasuk kombinasi dari kultur darah positif dan tanda-tanda klinis atau konfirmasi histologis pada reoperation atau autopsi. Morbiditas berhubungan dengan infeksi aktif, seperti tromboemboli atau kebocoran paravalvular termasuk dalam kategori ini saja.

Meskipun meluasnya penggunaan desain katup jantung buatan, baik katup mekanik maupun katup jantung bioprosthetic tidak bebas dari komplikasi.

Keseluruhan komplikasi yang terkait dengan katup jantung buatan dapat dibagi menjadi enam kategori utama:• Kerusakan struktur katup

• Disfungsi non-struktural,

• Trombosisdan tromboemboli katup,

• Antikoagulan yang berhubungan dengan Perdarahan.

• Jaringan berlebih

Siti Julaiha

• Infeksi• Kebocoran paravalvular karena cacat penyembuhan• Katup gagal karenan kelelahan material atau perubahan kimia

• Endocarditis

• Katup jantung bioprosthetic terganggu dengan kalsifikasi leaflet dan leaflet robek.

• Katup jantung mekanik berhubungan dengan hemolisis, aktivasi platelet dan thromboembolic yang timbul dari pembentukan gumpalan dan selanjutnya detachment.

Komplikasi ini diyakini terkait dengan pola non-fisiologis aliran darah di sekitar katup jantung. Bahkan, potensi pola aliran darah yang abnormal menimbulkan kerusakan sel telah lama diketahui, karena memulai pembentukan trombus oleh:

(i) Gaya memaksakan pada elemen sel (daerah menyebabkan tegangan geser tinggi merobekan elemen darah, sehingga mengarah ke hemolisis dan aktivasi platelet), dan

(ii) Perubahan frekuensi kontak (resirkulasi dan daerah aliran stagnasi meningkatkan waktu kontak antara elemen darah dalam trombosit tertentu diaktifkan, sehingga meningkatkan pembentukan trombus). Selain itu, pola-pola aliran abnormal dapat menyebabkan kalsifikasi leaflet dan merobek jaringan dankatup polimer dengan menciptakan daerah peningkatan geser di sekitar seketika dari permukaan leaflet.Gambar di bawah mengilustrasikan dugaan masalah dengan katup jantung buatan.

Gambar 4.1 Skema katup jantung mekanik bileaflet ditanamkan dalam posisi aorta selama fase kebocoran arus. Terlihat sel darah yang rusak dari lingkungan tegangan geser tinggi dalam kesenjangan kebocoran. Atas: aliran fase maju; Bawah: fase kebocoran aliran. Panah abu abu, aliran kebocoran; Panah merah, arah aliran curah; Ao, aorta; LV, kiri ventricle.

Terlihat katup jantung bileaflet mekanik dalam posisi aorta selama fase aliran kebocoran. Seperti disebutkan sebelumnya, katup jantung bileaflet dalam posisi tertutup tidak disegel sempurna dan aliran kebocoran dapat terjadi. Gambar ini mendeskripsikan kebocoran kembali sel-sel darah merah dan platelet dari aorta ke dalam ventrikel kiri. Sementara aliran melalui katup prosthesis sel-sel ini dikenakan arus non-fisiologis, mengakibatkan pecah atau aktivasi, langkah pertama menuju dimulainya respon koagulasi. Oleh karena itu jelas bahwa EOA dan volume regurgitasi saja tidak cukup mencerminkan potensi katup jantung buatan dalam mendorong pembentukan thrombus dan kinerja klinis katup. Oleh karena itu, penting untuk menilai cairan mekanisme katup jantung prostetik untuk memahami keberhasilan katup klinis atau kegagalan dan memperbaiki desain perangkat ini dengan meminimalkan potensi procoagulant dan meningkatkan daya tahan katup.

Oleh karena itu, paragraf berikut berkonsentrasi pada mekanika fluida dari prostetik katup jantung dalam lingkup membangun hubungan antara mekanika fluida dantingkat keberhasilan katup. Fokusnya akan ditempatkan pada

Siti Julaiha

katup bola-dan-kandang, katup tilting-disk, katup jantung mekanik bileaflet dan katup trileaflet. Bidang hilir aliran dari desain keempat katup ini selama fase aliran maju dan fase kebocoran arus ditunjukkan pada Gambar berikut.

Gambar 4.2 Hilir bidang aliran desain katup yang dipilih selama fase aliran ke depan (kiri) dan aliran fasa kebocoran (kanan).

4.2 EVALUASI KATUP JANTUNGPerformansi dan efisiensi katup jantung prostetik biasanya dievaluasi dengan perbedaan tekanan melewati pembukaan jantung, ketahanan dalam jangka waktu lama dan ketidaklaziman kondisi fisiologi seperti kalsifikasi, stenosis, thrombosis, atau hemolisis. Perbedaan tekanan ditentukan melalui sensor tekanan langsung atau USG Doppler (penentuan tidak langsung dengan hubungan aliran/tekanan). Thrombosis, hemolisis, dan kalsifikasi ditentukan dengan pengukuran langsung biokimia atau peralatan pencitraan seperti USG. Beberapa penentuan

Siti Julaiha

mekanik dilakukan dengan test beds atau loop aliran darah pada sistem sirkulasi moch atau model hewan. Teknik permodelan komputer dapat juga digunakan untuk mengevaluasi performansi katup menggunakan perhitungan fluida dinamik.

4.3 PERFORMANSI PERBANDINGAN KLINISPilihan antara jenis katup melibatkan tradeoff antara peningkatan kompleks risiko perdarahan tromboemboli-trombosis- untuk katup mekanik terhadap kerusakan struktur jaringan katup. Kerusakan katup Struktural dengan katup jaringan bukan merupakan risiko konstan tetapi meningkat dengan tingkat linierisasi time. Sehingga laju linier tidak sesuai dan metode aktuarial harus digunakan untuk menggambarkan dan membandingkannya.

Kinerja Klinis Katup Jantung Mekanik

Penggunaan katup jantung mekanik telah dikaitkan dengan kejadian emboli, komplikasi antikoagulan, kebocoran perivalvular, endokarditis, trombosis dan kegagalan struktural. Komplikasi ini dapat berkaitan akibat pasien itu sendiri, akibat operasi atau akibat katup yang berhubungan dengan derajat yang bervariasi. Terjadinya kebocoran perivalvular berkaitan dengan teknik bedah dan kualitas host anulus. Perdarahan antikoagulan terkait adalah umum pada pasien yang tidak patuh atau penyalahgunaan alkohol. Namun, beberapa komplikasi seperti obstruksi trombotik dan kegagalan struktural jelas berhubungan dengan desain katup dan pilihan material.

Pengkajian komprehensif pada kinerja klinis dari katup jantung mekanik menunjukkan bahwa tingkat komplikasi sebanding antara katup tilt-disk dan bileaflet. Suatu perbandingan katup yang terkait komplikasi klinis selama penggantian katup mitral diberikan dalam tabel 5 berikut ini. Banyak fitur dari desain bileaflet harus dianggap sebagai muka dibandingkan dengan katup bola-terkurung dan protesa tilt-disc. Mayoritas data yang tersedia setan

Table 5. Comparison of valve related complications in studies on MVR.

PERBANDINGAN KATUP JARINGAN BINATANG vs KATUP MEKANIK

Perdarahan kompleks emboli-trombosi dengan katup mekanik dan kerusakan struktur dengan katup biologis berfungsi untuk membedakan kedua jenis katup ini.. Tapi, kalau dilihat dari variasi yang luas pada masing model katup, faktor pasien tertentu mempengaruhi hasil, dan tidak mungkin untuk menentukan peringkat katup, pada jenis katup, atas dasar laju komplikasi. Namun, beberapa rekomendasi umum dibuat berkenaan dengan pemilihan katup. Perbaikan katup, ketika praktis, harus dianggap lebih baik untuk penggantian, khususnya pada posisi mitral, tetapi juga posisi aorta. Bila penggantian dianggap perlu, argumen dapat dibuat untuk katup kelas tertentu dalam keadaan tertentu.

Katup biologis harus digunakan bila pasien tidak dapat atau tidak akan mengambil antikoagulan, keinginan kehamilan, atau memiliki harapan hidup pendek.

Katup mekanik harus digunakan jika pasien akan di antikoagulan (karena percobaan fibrilasi atau katup mekanis di tempat lain posisi), adalah gagal ginjal atau dialisis, atau memiliki harapan hidup yang panjang. Katup mekanik juga harus dipertimbangkan terlebih dahulu untuk katup penggantian ganda, karena resiko kerusakan struktur.

• Dengan jaringan hewan, pasien tidak memerlukan terapi antikoagulan seumur hidup yang diperlukan dengan katup mekanik

• Jaringan Hewan murah dan diproduksi secara massal

• Jaringan hewan memiliki daya tahan yang tidak pasti (5-15 tahun) dan membutuhkan operasi kembali yang berisiko

• Katup mekanik dapat mengalami kegagalan yang tiba tiba dan serempak/berbarengan

• Mempunyai masalah serius dengan tromboemboli.

Siti Julaiha

Kondisi Perlakuan pasien

Gambar 4.3 Aktuaria kebebasan dari kegagalan struktural. Aupart, M.R., et al., Perimount pericardial bioprosthesis for aortic calcified stenosis: 18-year experience with 1133 patients. J Heart Valve Dis, 2006. 15(6): p. 768-75; discussion 775-6.

4.4 KINERJA TINDAKAN KATUP JANTUNG 4.4.1 Area Lubang Efektif (EOA)

Klinis telah mengembangkan dua parameter untuk mengukur tingkat stenosis / regurgitasi untuk menilai kinerja katup. Yaitu : (i) Area orifice/lubang efektif lubang (EOA), yang mengukur keefektifan pembukaan katub selama fase aliran

maju/forward, dan

(ii) Volume regurgitasi, yang mengukura aliran kembali (atau regurgitasi) selama fase aliran leakage/bocor.

Sebuah EOA rendah, umumnya dihasilkan dari stenosis katup, biasanya dikaitkan dengan kehilangan tekanan darah bersih yang lebih tinggi pada seluruh katup dan oleh karena itu peningkatan beban kerja jantung untuk memompa. EOA adalah suatu indeks baik desain katup memanfaatkan kawasan lubang utama atau internal stentnya. Dengan kata lain, hal itu berkaitan dengan sejauh mana prosthesis menghalangi aliran darah EOA secara tradisional dihitung dari arus terukur dan penurunan tekanan menggunakan hubungan Gorlin, yang didasarkan pada prinsip konservasi energi:

Qrms adalah laju aliran root mean square sistolik / diastolik (cm3 / s) dan Δp̄ adalah tekanan drop mean sistolik / diastolik (mmHg)

Sebaliknya, volume regurgitasi sesuai dengan total volume cairan yang bocor melintas kembali setelah penutupan dan berhubungan dengan bentuk dan dinamika leaflet katup menutup. Volume regurgitasi yang tinggi menunjukkan bahwa output jantung bersih berkurang dan jantung harus lebih berkontraksi untuk memenuhi tuntutan tubuh. Sehingga, volume regurgitasi kecil lebih disukai karena menunjukkan coaptation baik dari katup.

Tingkat stres turbulensi, yang merupakan ukuran pengganti dari tegangan geser dialami oleh sel-sel darah dan trombosit dalam lingkungan aliran turbulen, telah digunakan untuk menilai potensi katup terhadap penyebab komplikasi thromboembolic. Tingkat stress turbulen dari 10-100 Pa dianggap memicu aktivasi platelet, dengan

Siti Julaiha

threshold yang lebih tepat diketahui sebagai kriteria Hellums, yang menyatakan bahwa platelet akan aktif jika produk tegangan geser dan durasi waktu berada di atas 3,5 Pa. Namun, ambang batas untuk hemolisis jauh lebih tinggi pada 800 Pa.

4.5 FLUIDA MEKANIK KATUP JANTUNG 4.5.1 Pola aliran dan tegangan geser turbulen

Thrombosis dan emboli, pertumbuhan berlebih jaringan, hemolisis, dan kerusakan endotel yang berdekatan dengan katup secara langsung berkaitan dengan bidang kecepatan dan turbulensi diciptakan oleh desain berbagai katup dan telah dibahas secara rinci selama dekade terakhir oleh peneliti yang mempelajari mekanika fluida kardiovaskular [Chandran et al, 1983, 1984;. Woo dan Yoganathan, 1985, 1986; Yoganathan et al, 1986a, 1988]. Telah ditetapkan bahwa tegangan geser pada urutan 1500-4000 dynes/cm2 dapat menyebabkan kerusakan mematikan bagi sel-sel merah [Nevaril et al., 1969]. Namun, dengan keberadaan permukaan asing, sel darah merah dapat dihancurkan oleh tegangan geser pada urutan 10 sampai 100 dynes/cm2 [et al Mohandas., 1974]. Hal ini juga telah diamati bahwa kerusakan subletal sel merah dapat terjadi di tingkat tekanan geser bergolak dari 500 dynes/cm2 [Sutera andMerjhardi, 1975].

Trombosit lebih sensitif terhadap tegangan geser dan dapat rusak oleh tegangan geser pada urutan 100 sampai 500 dynes/cm2 [Ramstack et al, 1979;. Wurzinger et al, 1983.]. Bukti bahwa aktivasi platelet, agregasi, dan trombosis disebabkan oleh gaya geser fluida terutama dihasilkan oleh penelitian viskometri dilakukan pada kondisi mekanis fluida yang terdefinisi dengan baik.

Pada Alat ukur viscometer, tingkat dan reversibilitas dari geser-agregasi platelet diinduksi adalah fungsi dari besaran dan durasi tegangan geser yang diterapkan. Misalnya, di 150 dynes/cm2, agregasi trombosit tidak diamati sampai geser diterapkan selama 300 detik. Namun, intensitas yang diterapkan tegangan geser meningkat, saat aktivasi platelet dan agregasi terjadi lebih cepat. Sebagai contoh, pada tegangan geser 600 dynes/cm2, agregasi trombosit terjadi dalam waktu 30 detik, dan pada 6500 dynes/cm2 aktivasi trombosit terjadi kurang dari 5 msec. Dengan meningkatnya besaran geser diterapkan, agregat platelet dibentuk cenderung tidak terpisah bila gaya geser dihentikan. Selanjutnya, kerusakan trombosit meningkat linier dengan waktu eksposure terhadap tegangan geser konstan, menunjukkan bahwa geser-yang menyebabkan kerusakan trombosit adalah kumulatif [Brown et al, 1977; al Colantuoniet, 1977;].

Meskipun mekanisme tegangan geser turbulen merusak sel tidak diketahui secara tepat, tidak ada ketidaksetujuan bahwa kerusakan sel dapat dibuat oleh tekanan yang bergejolak tinggi, meminimalkan kondusif untuk kinerja katup yang lebih baik dari sudut pandang pembentukan trombus, komplikasi thromboembolic, danhemolisis dan dari pertimbangan energi yang hilang.

Untuk menggambarkan medan aliran abnormal dan peningkatan kadar tegangan geser bergolak diciptakan oleh katup prostetik, pengukuran in vitro dilakukan pada desain katup aorta 27-mm. Penggunaan klinis saat ini di Amerika Serikat.

Penampilan in vitro daerah aliran disajikan sebagai skema diagram dan mewakili kecepatan dan turbulensi profil diperoleh pada sistol puncak, pada output jantung dari 6,0 l / menit dan tingkat jantung 70 denyut / menit. Semua jarak hilir diukur dari katup cincin penjahit.

4.5.2 Katup Starr–Edwards Caged-Ball (Model 1260)

Aliran yang muncul dari katup membentuk sebuah pancaran melingkar yang memisahkan dari bola, menabrak dinding ruang aliran, dan kemudian mengalir sepanjang dinding. Aliran memiliki kecepatan yang sangat tinggi di wilayah annulus. Kecepatan maksimum, yang diukur 12 mm hilir katup, adalah 220 cm / detik pada sistol puncak. Kecepatan puncak sistolik, yang diukur 30 mm hilir katup, adalah 180 cm / detik, seperti yang ditunjukkan pada Gambar berikut. Gradien kecepatan tinggi diamati di tepi pancaran. Gradien kecepatan maksimum (1700 sec-1/cm cm) diamati di wilayah melingkar berdekatan dengan permukaan bola selama systole puncak.

Cacat besar kecepatan diamati di bagian tengah dari aliran ruang bangun yang dikembangkan distal ke bola. Sebuah wilayah arus balik kecepatan rendah diamati pada sistol puncak dan selama fase perlambatan, dengan diameter sekitar 8 mm segera distal ke puncak kandang. Kecepatan maksimum yang diukur sebaliknya adalah -25 cm / detik, itu terjadi pada puncak sistol 30 mm hilir katup (Gambar ba). Intensitas arus balik selama fase perlambatan tidak setinggi yang diamati pada sistol puncak. Tidak ada arus balik yang diamati selama fase percepatan. Namun, kecepatan di bagian tengah saluran aliran rendah.

Tegangan geser turbulen tinggi diamati di tepi pancaran. Tegangan geser maksimum bergolak diukur adalah dynes/cm2 1850, yang terjadi di lokasi gradien kecepatan tertinggi. Intensitas turbulensi selama systole puncak tidak merusak secara cepat hilir katup. Peningkatan geser tegangan turbulen terjadi selama sebagian besar dari systole. Tegangan geser turbulen setinggi dynes/cm2 3500 diperkirakan di daerah annulus antara dinding saluran aliran dan bola.

Siti Julaiha

Gambar 4.4 (a) Kecepatan profil 30 mm hilir di tengah untuk bola katup Starr-Edwards, pada sistol puncak;(b) Profil tegangan turbulen geser 30 mm hilir di tengah untuk bola katup Starr-Edwards, di puncak systole.

4.5.3 Katup Medtronic–Hall Tilt ing Disc

Kecepatan tinggi arus pancaran diamati dari kedua daerah mulut mayor dan minor keluar. Orientasi pancaran sehubungan dengan arah aksial berubah saat katup dibuka dan ditutup. Pada posisi terbuka, disk tilt membentuk lubang major/besar dan lubang minor/kecil untuk darah mengalir. Aliran maju yang besar terpancar muncul dari lubang besar, sementara pancaran yang lebih kecil dari besaran kecepatan yang lebih kecil muncul dari lubang/orifice minor/kecil. Dua pancaran pada besaran kecepatan yang berbeda menimbulkan resirkulasi pada wake of disc. Pola resirkulasi aliran membentuk darerah sinus. Selama fase tertutup, cakram miring bergerak kembali dan menempati housing katup untuk menutup jalan orifice, namun celah kecil dapat hadir pada pinggiran disc, sehingga memungkinkan sejumlah kecil aliran regurgitasi. Selain itu, desain katup tilt-disc termasuk mekanisme penahan untuk disk. Mekanisme ini, dalam beberapa desain, membutuhkan kehadiran sebuah lubang di tengah disk miring. Dalam desain, darah dapat mengalir melalui lubang di tengah disk tersebut selama penutupan katup. Seperti yang ditekankan untuk katup bola-dan-kandang, aliran melalui celah tersebut diduga terkait dengan daerah geser tinggi di tepi jet kebocoran, sehingga mempromosikan kerusakan darah.

Kecepatan puncak diukur 7 mm hilir katup yang 210 dan 200 cm / detik di daerah utama dan orifice kecil (Gambar 4.4.a). Sebuah wilayah arus balik diamati berdekatan dengan dinding di wilayah mulut kecil pada sistol puncak, yang diperpanjang 2 mm dari dinding dengan kecepatan maksimum reverse -25 cm / detik. Ukuran daerah ini meningkat selama fase perlambatan untuk 8mm dari dinding. Sebuah wilayah kecil dari pemisahan aliran diamati berdekatan dengan dinding di wilayah mulut besar seperti yang diilustrasikan oleh Gambar. Di daerah lubang kecil, cacat kecepatan mendalam diamati 7 dan 11mm distal ke strut lubang kecil. Selain itu, daerah yang berdekatan dengan dinding segera hilir dari lubang kecil itu stagnan selama fase percepatan dan perlambatan dan memiliki kecepatan sangat rendah (<15 cm / detik) selama sistol puncak.

Di daerah mulut besar, tegangan geser turbulen tinggi yang terbatas, mempersempit daerah di tepi pancaran lubang utama (Gambar 4.5.b). Puncak turbulen tegangan geser diukur pada puncak sistol adalah 1200 dan 1500 dynes/cm2, 7 dan 13 mm hilir katup. Selama fase percepatan dan perlambatan tegangan geser turbulen relatif rendah. Tegangan geser turbulen tinggi lebih tersebar di lubang kecil dibandingkan di wilayah mulut besar seperti yang ditunjukkan oleh Gambar . Turbulen dalam lubang besar dan kecil dari katup Medtronic-Hall disc miring, di puncak sistole; (c) Profil Tegangan geser turbulen 15 mm hilir di tengah lubang besar dan kecil dari katup Medtronic-Hall disc miring (lubang utama ke kanan), di puncak sistole; (d) profil tegangan geser turbulen 13 mm hilir dalam lubang besar dan kecil dari katup Medtronic-Hall disc miring, di puncak systole. Profil tegangan di lubang besar dan kecil 15 mm hilir katup menunjukkan tegangan geser maksimum 1450 dynes/cm2 bergolak di tepi bawah pancaran lubang kecil.

Siti Julaiha

Gambar 4.5 (a) Velocity profile 15 mm downstream on the centerline across the major and minor orifices of the Medtronic–Hall tilting disc valve (major orifice to the right), at peak systole; (b) velocity profiles 13 mm downstream in the major and minor orifices of the Medtronic–Hall tilting disc valve, at peak systole; (c) turbulent shear stress profile 15 mm downstream on the centerline across the major and minor orifices of the Medtronic–Hall tilting disc valve (major orifice to the right), at peak systole; (d) turbulent shear stress profiles 13 mm downstream in the major and minor orifices of the Medtronic–Hall tilting disc valve, at peak systole.

4.5.4 Katup Bileaflet St. Jude Medical

Katup St Jude Medical memiliki dua daun berbentuk setengah lingkaran yang membagi area tersedia untuk aliran maju menjadi tiga wilayah: dua lubang lateral dan satu lubang pusat. Bagian utama dari aliran ke depan muncul dari dua lubang lateral. Pengukuran sepanjang bidang tengah 8 mm hilir katup menunjukkanpada puncak sistol kecepatan maksimum 220 dan 200 cm/detik untuk pancaran mulut lateral dan pusat. Kecepatan pancaran tetap hampir sama dengan aliran perjalanan 8-13 mm hilir ). Profil kecepatan menunjukkan dua cacat yang berhubungan dengan lokasi dua leaflet. Pengukuran kecepatan aliran menunjukkan laju yang lebih merata di seluruh ruang aliran selama perlambatan dibandingkan selama fase percepatan. Area pemisahan aliran yang diamati di sekitar pancaran berdekatan dengan dinding saluran aliran saat aliran yang dipisahkan dari lubang cincin. Pengukuran melintasi orifice pusat diilustrasikan pada Gambar menunjukkan bahwa kecepatan maksimum dalam lubang pusat 220 cm / detik. Daerah kecil arus balik kecepatan rendah diamati berdekatan dengan poros/engsel mekanisme katup. Aliran lebih muncul dari lubang pusat selama fase perlambatan dibandingkan selama fase percepatan.

Tegangan geser Turbulen tinggi terjadi pada lokasi gradien kecepatan tinggi dan di lokasi segera distal ke leaflet katup seperti terlihat di Gambar. Aliran sepanjang bidang tengah menjadi lebih terganggu saat aliran berjalan 8-13 mm ke hilir katup. Tegangan geser turbulen puncak diukur sepanjang bidang tengah di puncak sistole adalah 1150 dan 1500 dynes/cm2 pada 8 dan 13 mm hilir katup. Profil di lubang pusat menunjukkan bahwa aliran sangat terganggu di wilayah ini. Tegangan geser maksimum turbulen diukur dalam lubang pusat seperti ditunjukkan pada

Siti Julaiha

gambar (1700 dynes/cm2) terjadi puncak sistol. Karena geser tegangan tinggi bergolak di tengah lubang diukur 11mm downstream, besar kemungkinan bahwa tegangan geser turbulen lebih tinggi terjadi dekat dengan katup.

Gambar 4.6 (a) Profil kecepatan hilir 13 mm pada garis tengah katup bileaflet St.June Medical pada puncak sistol; (b) Profil kecepatan 13 mm hilir menyerap garis tengah katup bileaflet St.June Medical pada puncak sistol; (c) Tegangan geser turbulen profie 13 mm hilir pada garis tengah orifice untuk katup bileaflet St.June Medical; (d) Tegangan geser turbulen profie 13 mm hilir menyebrangi garis tengah orifice untuk katup bileaflet St.June Medical

Selama fase kebocoran aliran, leaflet berputar untuk menutup jalan lubang katup. Namun, desain katup jantung mekanik bileaflet mencakup beberapa derajat kebocoran aliran melalui b-datum gap (garis di mana dua selebaran menyentuh satu sama lain) dan kesenjangan pinggiran, namun terjadi terutama pada saat ini kesenjangan di wilayah engsel. Perbedaan tekanan tinggi di katup tertutup menyebabkan engsel yang bergerak cepat, aliran kebocoran, yang akhirnya muncul di bagian hulu akhir katup saat pancaran menyempit. Aliran melalui daerah engsel selama fase tertutup awalnya dirancang untuk mencuci engsel katup, sehingga mencegah stasis daerah aliran dan menghambat pembentukan mikro thrombus. Namun, besarnya aliran surut ini telahterbukti merugikan sel darah. Gambar berikut menunjukkan sketsa aliran kualitatif selama fase maju dan kebocoran arus dalam wilayah engsel empat katup jantung bileaflet.,

Siti Julaiha

Gambar 4.7 Complexity of the flow fields in four recessed hinge designs.

4.5.5 Katup Carpentier–Edwards Porcine (Model 2625)

Profil kecepatan diambil 10 mm hilir katup, sepanjang bidang tengah, menunjukkan bahwa kecepatan puncak aliran pancaran muncul dari katup ini setinggi 220 cm / detik pada puncak sistol. Puncak Kecepatan diukur selama fase percepatan dan perlambatan adalah sama, 175 dan 170 cm / detik. Namun, aliran lebih merata selama percepatan dibandingkan selama fase perlambatan. Tidak ada pemisahan daerah aliran yang diamati selama periode sistolik dalam bidang pengukuran. Namun, daerah annular antara permukaan keluar dari leaflet dan dinding ruang aliran relatif stagnan sepanjang sistol. Kecepatan pancaran meningkat menjadi sekitar 370 cm / detik pada sistol puncak, sebagai aliran perjalanan dari 10 menjadi 15 mm hilir katup. Hal ini menunjukkan bahwa aliran cenderung untuk mempercepat menuju pusat saluran aliran.

Siti Julaiha

Turbulen geser tegangan tinggi terjadi di tepi pancaran. Tegangan geser turbulen maksimum diukur 10 mm hilir katup sepanjang bidang tengah di puncak adalah sistol 2750 dynes/cm2. Tegangan geser turbulen di tepi pancaran meningkat aliran perjalanan dari 10 menjadi 15 mm hilir katup. Tegangan geser maksimum dan rata-rata diukur pada puncak sistole meningkat menjadi 4500 dan 2000 dynes/cm2,

Gambar 4.8 (a) Profil kecepatan hilir 15 mm pada garis tengah katup porcine Carpentier–Edwards 2625 pada puncak sistol; (b) tekanan geser turbulen profil 15mm hilir pada garis tengah katup porcine Carpentier–Edwards 2625 pada puncak sistol.

4.5.6 Katup Hancock Modified Orif ice Porcine (Model 250)

Dalam desain ini, katup 25 mm dipelajari, karena katup 27 mm tidak diproduksi. Pengukuran kecepatan menunjukkan bahwa rancangan katup menghasilkan medan aliran kecepatan tinggi pancaran dengan kecepatan maksimum 330 cm/detik, diukur sepanjang bidang tengah, 10mm downstream. Pancaran, mulai menghilang sangat cepat karena mengalir ke hilir. Kecepatan maksimum yang diukur 15 mm hilir katup adalah 180 cm / detik, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. Sebuah cacat kecepatan diamati 15 mm hilir di bagian tengah dari sistole saluran aliran puncak dan selama fase perlambatan tetapi tidak diamati sepanjang bidang tengah 10 mm hilir katup. Daerah annular antara aliran permukaan selebaran dan dinding ruang aliran relatif stagnan selama systole.

Pengukuran tegangan turbulen menunjukkan bahwa tegangan geser turbulen tinggi diukur 10 mm hilir katup terbatas pada wilayah yang sempit di tepi pancaran, dengan katup puncak 2900 dynes/cm2. Tegangan geser puncak bergolak menurun ke 2400 dynes/cm2 saat aliran berjalan dari 10 menjadi 15 mm ke hilir katup (Gambar 4.8) Daerah turbulensi tinggi, bagaimanapun, menjadi lebih menyebar akibat disipasi energi.

Gambar 4.9 (a) Profil kecepatan hilir 15 mm pada garis tengah katup porcine Hancock modified pada puncak sistol; (b) tekanan geser turbulen profil 15mm hilir pada garis tengah katup porcine Hancock modified pada puncak sistol.

Siti Julaiha

4.5.7 Katup Carpentier–Edwards Pericardial (Model 2900)

Profil kecepatan diperoleh sepanjang bidang tengah 17 mm hilir katup di puncak sistole menunjukkan kecepatan maksimum 180 cm/detik. Kecepatan maksimum diukur selama fase percepatan dan perlambatan adalah 120 dan 80 cm/detik, Sebuah wilayah separasi aliran yang diperpanjang sekitar 6 mm dari dinding diamati pada sistol puncak dan selama fase perlambatan. Daerah ini relatif stagnan selama fase percepatan. Kecepatan maksimum pancaran di puncak sistole tidak berubah sebagai medan aliran perjalanan 17-33 mm hilir katup (Gambar 4.9.a). Namun ukuran wilayah separasi aliran menurun dan diperpanjang hanya 1 mm dari dinding. Pengukuran tegangan turbulen diambil sepanjang bidang tengah 17 mm hilir katup menunjukkan bahwa, selama tahap perlambatan, peningkatan tegangan geser turbulen tersebar di atas daerah yang luas (dengan nilai maksimal 100 dynes/cm2). Pada sistol puncak, tegangan geser turbulen tinggi terbatas pada wilayah yang sempit, dengan nilai maksimum 850 dynes/cm2 (Gambar 4.9.b). Intensitas turbulensi di puncak sistol meningkat seiring aliran perjalanan dari 17 hingga 33 mm ke hilir katup.

Gambar 4.10 (a) Velocity profile 17 mm downstream on the centerline for the Carpentier–Edwards pericardial valve, at peak systole; (b) turbulent shear stress profile 17mmdownstream on the centerline for the Carpentier–Edwards pericardial valve, at peak systole.

4.5.8 Implikasi untuk Pengendapan Thrombus

Di sekitar katup mekanik jantung aorta, dimana tegangan geser puncak dengan mudah dapat melebihi 1500 dynes/cm2 dan tegangan geser rata rata di kisaran 200-600 dynes/cm2, aktivasi platelet dan agregasi mudah terjadi. Data menunjukkan bahwa geser-menimbulkan kerusakan trombosit adalah kumulatif sangat relevan dengan katup jantung. Selama perjalanan individu melalui penggantian katup, kombinasi dari besarnya geser dan waktu paparan tidak dapat menyebabkan agregasi trombosit. Namun, sebagai hasil dari beberapa perjalanan melalui katup buatan, geser-menyebabkan kerusakan dapat terakumulasi ke tingkat yang cukup untuk mempromosikan trombosis dan embolisasi berikutnya. Semua desain katup aorta dan mitral (mekanik dan jaringan) menciptakan tegangan geser turbulen rata rata lebih dari 200 dynes/cm2 selama sebagian besar dari sistole dan diastole, yang dapat menyebabkan kerusakan pada elemen darah. Dalam kasus prostheses mekanik, karena kehadiran permukaan asing, kemungkinan kerusakan sel darah meningkat. Selain itu, daerah aliran stagnasi dan/atau separasi aliran yang terjadi berdekatan dengan desain katup superstruktur, dapat menyebabkan pengendapan unsur darah yang rusak, membentuk thrombus pada protesa.

4.5.9 Percobaan Koagulasi

5 tahun terakhir p eningkatan jumlah percobaan darah berfokus pada pengukuran geser-diinduksi sifat koagulasi dari katup jantung. Novel ex vivo dan in vitro metodologi telah memungkinkan kuantifikasi potensi tromboembolik dari katup jantung yang berbeda dan engsel designs.

Dalam percobaan ini, darah segar citrated digunakan sebagai fluida kerja di fisiologis arus loop berisi katup jantung uji. Setelah recalcification bertahap, sifat koagulasi darah dikembalikan, dengan aktivasi platelet dan pembentukan trombin yang terjadi secara katup-tergantung.

Tes Platelet-spesifik tes hemolisis dan tes trombin-antithrombin memungkinkan kuantifikasi akurat dari potensi procoagulant dari setiap perangkat kardiovaskular, termasuk katup jantung valves. Hasil menunjukkan perbedaan signifikan dalam potensi tromboembolik untuk berbagai katup, dengan Paralel Medtronic memiliki tingkat terburuk (konsisten dengan penarikan kembali katup ini selama uji klinis terkait dengan tingkat tinggi pembentukan trombus). Percobaan juga menunjukkan bahwa perbedaan halus engsel geometri dapat berdampak potensi

Siti Julaiha

thromoembolic bersih valves. Eksperimen biologi sangat penting untuk memahami pengaruh aliran non-fisiologis pada kerusakan darah dan, dikombinasikan dengan metode komputasi, merupakan pendekatan yang penting untuk optimasi desain katup.

4.6 KOMPUTASI DINAMIKA FLUIDA KATUP JANTUNGAlat komputasi maju memberikan kemampuan untuk merancang katup baru dan menilai kinerja prototipe katup baru, sehingga membatasi kebutuhan ekstensif melakukan in vitro,i mahal dan memakan waktu dan pengetesan hewan. Peningkatan daya komputer, kemajuan dalam pengolahan paralel dan pengembangan yang canggih dinamika fluida komputasi algoritma sekarang membuat layak untuk mensimulasikan alirankatup jantung buatan menggunakan komputasi canggih pemecah dinamika fluida.

Pada tahun 2007, validasi sepenuhnya, tiga-dimensi diselesaikan, medan aliran besar-besaran dalam katup bileaflet geometri dikomputasikan.

Penelitian saat ini memberi pendekatan multiskala fluida mekanik skala besar (medan aliran massal katup) dan mekanika fluida skala kecil (seperti aliran melalui engsel wilayah) dapat diselesaikan secara bersamaan.

Sangat mungkin bahwa dalam waktu 5 tahun kedepan umenangkap seluruh rentang mekanika fluida (dari tingkat sel darah pada skala m ke tingkat katup pada skala cm) dan memprediksi beban mekanik pada masing-masing sel darah individu yang transit melalui katup. Simulasi yang menyelesaikan semua yang berhubungan dengan skala panjang pada saat yang sama sangat penting karena struktur skala kecil aliran sangat tergantung pada sifat multifase darah pada skala panjang m. Hal ini dapat dilakukan dengan kopling pemecah aliran tiga dimensi skala besar dengan skala kecil solver sangat terselesaikan hanya pada daerah yang dipilih.

Gambar 4.11 memperlihatkan skema dari komputasi yang diusulkan kopling skema antara fluida-solver struktur skala besar dan pemecah skala kecil berdekatan sampai perbatasan katup.

Dalam skema pada gambar 4.10 ini, pemecah skala besar yang mengatur digabungkan, menyelesaikan persamaan neraca massa dan momentum untuk kedua fase cair dan fase padat pada beratus ratus skala (beberapa sel darah di panjang), sedangkan solver skala kecil menggunakan sebuah perumusan darah noncontinuum untuk mengatasi dampak diskontinuitas dalam sifat fluida berkat suspensi sel darah dan platelet. Sebuah Formulasi Kisi Boltzmann digunakan sebagai pemecah skala kecil bisa menyediakan sarana untuk menilai kekuatan masing-masing fluida pada sel darah sel dan memperoleh wawasan baru tentang interaksi antara sel darah dengan katup.

Seperti alat komputasi canggih pada akhirnya akan menyelesaikan semua skala panjang relevan sekarang dalam aliran darah di jantung. Ketika dikembangkan dan divalidasi, alat numerik ini akan merevolusi desain katup saat ini dan praktek pengujian. Alat-alat ini akan mampu menghasilkandeskripsi bidang katup aliran pada tingkat detail yang saat ini tidak dapat diakses oleh percobaan, menyebabkan banyak waktu dan penghematan biaya selama tahap penelitian dan pengembangan. Setiap prototipe baru bisa diuji secara numerik sebelum setiap pengujian in vitro atau hewan, sehingga mempercepat proses optimasi katup.

Seperti disebutkan sebelumnya, studi sebelumnya telah menunjukkan bahwa aliran geser tinggi mendorong platelet aktivasi dan hemolisis, sedangkan daerah aliran rendah mempromosikan pembentukan thrombus. Oleh karena itu, sangat penting untuk menganalisis medan aliran melalui katup dari sudut pandang sel darah dengan melakukan analisis Lagrangian. Lingkungan arus mengalami sel-sel darah yang advected melalui katup

Siti Julaiha

yang pada akhirnya menentukan tingkat lisis sel darah merah, aktivasi platelet dan deposisi dan potensi keseluruhan untuk komplikasi tromboemboli. Jadi, penilaian desain katup jantung rentan terhadap komplikasi klinis membutuhkan pengetahuan tentang jumlah paparan tingkat tertentu terhadap tegangan geser atau dalam resirkulasi daerah. Namun, memperkirakan jumlah ini tidak dapat dilakukan eksperimen dalam waktu dekat dan hanya pendekatan numerik, menggunakan metode Lagrangian-pelacakan, dapat digunakan untuk menilai transport platelet dan sel darah merah melalui katup jantung buatan.

Dalam metode Lagrange-pelacakan, lintasan sel individu dihitung melalui integrasi numerik langsung, berdasarkan bidang yang dihitung dengan kecepatan penyelesaian pemecah komputasi.

Seperti pendekatan numerik yang memungkinkan:

(i) evaluasi sejarah stres dialami oleh sel-sel transit di daerah kritis, seperti engsel daerah, sehingga memberikan wawasan ke dalam potensi untuk aktivasi platelet dan hemolisis, dan

(ii) estimasi waktu tinggal sel, sehingga memberikan suatu ukuran potensi pengganti pembentukan thrombus.

Analisis Lagrangian dapat digunakan untuk menilai potensi kerusakan darah terkait dengan desain alternatif daerah kritis secara efektif dan tepat waktu untuk akhirnya memilih desain di mana jumlah maksimum sel transit katup tidak terkena tegangan geser di atas kerusakan darah ambang batas. Oleh karena itu, pendekatan Lagrangian, dikombinasikan dengan sepenuhnya divalidasi, akurat dan solver numerik yang efisien, akhirnya akan memberikan alat yang penting untuk mengidentifikasi potensi peran struktur aliran tertentu dalam mendorong hemolisis, aktivasi platelet dan bekuan darah formasi.

Gambar 4.12 menunjukkan skematis dari lintasan sel melalui daerah engsel. Setelah lintasan dihitung, informasi thromboembolically yang relevan, seperti waktu tinggal sel dan tegangan geser, dapat dihitung (Gambar 6b).

5. PERANCANGAN KATUP JANTUNG BUATAN

5.1 PERSYARATAN IDEAL KATUP JANTUNG BUATANKatup jantung yang ideal harus:

♣ Sepenuhnya steril pada saat implantasi dan tidak beracun

♣ Pembedahan nyaman untuk menyisipkan pada atau di dekat lokasi normal jantung

♣ Nyaman pada jantung, katup disesuaikan dengan struktur jantung yang sesuai (yaitu, ukuran dan bentuk dari prosthesis tidak boleh mengganggu fungsi jantung)

♣ Menampilkan resistensi minimum untuk mengalir sehingga dapat mencegah penurunan tekanan yang signifikan di seluruh katup

♣ Memiliki arus balik minimal yang diperlukan untuk penutupan katup, sehingga untuk menjaga inkompetensi katup pada tingkat rendah

♣ Tahan lama untuk pemakaian mekanis dan struktural

♣ Tahan lama (25 tahun) dan mempertahankan kinerja normal fungsional (misalnya tidak boleh memburuk dari waktu ke waktu)

Siti Julaiha

♣ Trauma minimal untuk elemen darah dan jaringan endotel struktur katup jantung sekitarnya

♣ Menampilkan probabilitas rendah untuk komplikasi thromboembolic tanpa menggunakan antikoagulan

♣ Cukup tenang/tidak berisik sehingga tidak mengganggu pasien

♣ Terlihat pada radiografi

♣ Memenuhi biaya yang dapat diterima

Desain katup jantung yang ideal dari sudut pandang hemodinamik harus [Giddens et al., 1993]:

• Menghasilkan gradien tekanan minimal• Hasil Regurgitasi kecil yang relatif• Meminimalkan produksi turbulens

• Mengurangi penyebab mekanik hemolisis• Tidak menyebabkan daerah tegangan geser tinggi• Tidak Mengandung daerah stagnasi atau pemisahan dalam medan aliran, terutama yang berdekatan

dengan katup suprastruktur, sehingga mengurangi resiko pembekuan.

Dalam hal pertimbangan yang berhubungan dengan desain katup jantung, pertimbangan teknik dasar adalah:• Hidrodinamika / hemodinamik• Durability (mekanika struktural dan bahan)• Tanggapan biologis pada implan prostetik

• Katup harus sesuai dengan persyaratan khas aliran darah melalui bilik jantung spesifik, memiliki sifat meniru aliran darah dari katup jantung yang normal, yang disebut "aliran pusat"

• Pusat-aliran menjaga jumlah kerja yang dilakukan oleh jantung ke minimum.

• Rancangan mencegah suara yang bersik. Dengan pertimbangan yang dapat menyebabkan rasa malu sosial, gangguan tidur, masalah berkonsentrasi, dan gangguan umum

Sebagai Contoh dalam Model Penggantian Katup Biologi Jantung Prothesis, mengikuti persyaratan terhadap :

• Thromobogenesis/haemocompatibility• Mekanisme :• Interaksi jaringan katup• Keausan• Blockage• Getting stuck• Responsif Dinamik• Kegagalan safety• Rasio Lubang Katup terhadap lubang anatomi• Perbedaan Tekanan Trans Valvular• Kebocoran yang minimal• Model yang dapat digantikan dengan Katup Biologi• Konfigurasi tipe dari katup jantung prosthesis• Pelabuhan Leaflets

Belum ada katup, selain katup asli normal, memenuhi semua kriteria tersebut

5.2 PERSYARATAN PERANCANGAN KATUP JANTUNG MEKANIK BUATAN5.2.1 Sistem Fit atau sesuai

• Sesuai dengan berat pasien yang berkisar pada 70-100 kg• Peralatan tidak menyebabkan kondisi patologi.• Pertimbangan volume dan massa device merupakan dimensi penting yaitu panjang, lebar, tinggi dan

lokasi pada tube, conduit/kanal atau konnektor. • Tekstur Sistem tidak terlalu keras, lembut, kasar, halus dan bentuknya tidak mengarah pada ujung yang

tajam atau lancip yang dapat merusak jaringan/organ. • Kemungkinan adanya perubahan pada anatomi rancangan. • Peralatan tidak dirancang panas sehingga permukaannya kontak dengan jaringan atau darah dapat

menaikkan temperatur diatas 5◦C temperature inti untuk dasar kronik. • Penggunaan sebaran panas atau sirip, sepanjang insulasi dibutuhkan mempertimbangkan analisa

perpindahan panas• Efek pergerakan dan vibrasi device juga dipertimbangkan dalam spesifikasi rancangan.

Siti Julaiha

• Tingkat kebisingan pada berbagai frekuensi yang dapat diterima harus dispesifikasikan• Peralatan harus memenuhi standar gangguan gelombang elektromagnetik dan dapat diterima.• Penggunaann tube percutaneous membutuhkan pilihan daerah keluaran tidak berlokasi pada

pergerakan konstan atau melampau batas atau merusakan jaringan interface.

5.2.2 Biokompabilit i

• Peralatan tidak menyebabkan kerusakan pada sistem biologi.• Peralatan dapat meminimalkan thrombogenik dan hemolitik.• Memberikan efek minimal pada sistem imun.• Tidak menyebabkan infeksi, kalsifikasi atau Nekrosis jaringan.• Pemilihan material diseleksi dengan pertimbangan ketat. • Penyebab trauma minimal elemen darah dan jaringan endotel struktur kardiovaskular di sekitar katup.• Menunjukkan ketahanan yang baik terhadap penggunaan mekanis dan struktural.• Meminimalkan peluang untuk trombosit dan deposisi trombus.• Bahan non-degradable dalam lingkungan fisiologis.• Performansi baik dalam menyerap darah konstituen atau melepaskan zat asing ke dalam darah.• Memiliki kemampuan proses yang baik (terutama cocok untuk sterilisasi perangkat yang sesuai) dan

memberi hasil pemolesan akhir yang baik.

Pilihan bahan erat katup berhubungan dengan dengan faktor struktural, faktor fatique/kelelahan dan resistansi keausan, juga tergantung tidak hanya pada konfigurasi dan bean tetapi pada sifat material dan kombinasinya. Bahan yang menunjukkan biokompatibilitas baik mungkin memiliki inferior ketahanan dan sebaliknya. Bagi banyak pasien, katup prostetik harus ditanamkan selamanya, dan dalam kasus pasien muda berumur lebih dari lima puluh atau enam puluh tahun. Pada kebanyakan pasien di negara-negara berkembang kebutuhan untuk penggantian katup timbul keluar dari penyakit jantung rematik pada usia dini, sedangkan di negara maju kebutuhan muncul dari perubahan patologis akibat penuaan.

Table 6. Biomaterials used in different valve modules.

5.2.3 Reabilit i

• Untuk total katup jantung buatan dan peralatan pembantu sirkulasi, NIH mengusulkan reabilitas hingga 80% dengan tingkat konfidensi 80% untuk masa hidup peralatan selama 2 tahun.

• Nilai ini dicapai sebelum peralatan dapat digunakan pada percobaan klinik pertama, tetapi reabiliti rancangan akhir/final harus lebih ketat, yaitu mencapai reabilitas 90% dengan tingkat konfidensi 95% untuk umur peralatan 5 tahun.

• Spesifikasi rancangan menjelaskan komponen dalam sistem yang dapat diganti bila diperlukan, seperti penggantian baterai setiap 2 tahun untuk masa device 5 tahun.

5.2.4 Qualitas Hidup

• Merumuskan kepuasan kualitas hidup.• Perhitungan kuantitatif kualitas hidup sulit dicapai dengan berbagai interprestasi manusia yang tidak

sama.• Kualitas hidup berhubungan dengan kualitas hidup pasien tanpa peralatan tanpa mengabaikan kualitas

hidup individu yang tidak dipengaruhi oleh penyakit jantung.• Spesifikasi menjelaskan berat dari sumber tenaga external dengan pertimbangan berat dan usia pasien

untuk membawanya.• Termasuk pertimbangan recharge energy, tingkat kebisingan yang dapat diterima,dll.

Siti Julaiha

5.3 PRINSIP UMUM dan PARAMETER PERANCANGAN5.3.1 Ketahanan

Kinerja katup prostetik dalam beberapa cara yang berkaitan dengan mekanika struktural. Konfigurasi desain mempengaruhi distribusi beban dan dinamika dari komponen katup, yang, dalam hubungannya dengan sifat material, menentukan ketahanan - terutama aus dan umur kelelahan. Konfigurasi Valve, dengan aliran yang disebabkan oleh geometri, juga menentukan tingkat rendah pakai (misalnya, separasi aliran) dan tegangan geser yang tinggi (misalnya, kebocoran gap) daerah. Engsel dari katup bileaflet dan tilting disk rentan - desain mereka dapat menghasilkan aliran stagnan, yang dapat menyebabkan trombosis lokal, yang pada gilirannya membatasi gerak occluder. Selain itu, seperti yang dijelaskan sebelumnya, cincin lubang kaku melingkar adalah konfigurasi tidak wajar katup jantung, karena perubahan bentuk dan ukuran katup alami eliptik anulus selama siklus jantung.

Pemilihan bahan katup erat terkait dengan faktor struktural, karena kelelahan dan kinerja keausan katup tidak hanya bergantung pada konfigurasi dan loading, melainkan pada sifat materi juga. Selain itu, isu biokompabilitas sangat penting untuk merancang katup palsu - dan biokompatibilitas tergantung tidak hanya pada bahan itu sendiri tetapi juga dalam lingkungan vivo nya. Dalam desain katup jantung ada rekayasa desain trade-off: Bahan yang menunjukkan biokompatibilitas baik mungkin memiliki daya tahan rendah dan sebaliknya. Bagi banyak pasien, katup prostetik implan perlu bertahan baik lebih dari satu dekade, dan dalam kasus orang muda kebutuhan untuk ketahanan katup dapat lebih besar. Ketahanan mekanis tergantung pada sifat bahan dan siklus loading, dan contoh-contoh degradasi termasuk retak kelelahan, keausan abrasif, dan serangan biokimia pada bahan.

5.3.2 Keausan

Pemakaian abrasive bagian-bagian katup telah dan terus menjadi masalah serius dalam desain katup prostetik mekanik. Sebuah terobosan terjadi dengan pengenalan karbon pyrolitic (PYC) sebagai bahan katup: Memiliki kompatibilitas karakteristik darah relatif baik dan kinerja keausan. Namun, meskipun PYC memakai atas PYC dan atas logam relatif rendah, PYC dipakai oleh logam yang jauh lebih besar [Shim dan Schoen, 1974]. Satu contoh dari ini adalah PYC disk terpasang pada kombinasi lubang metalik/engsel.

Pasangan yang paling tahan lama memakai PYC-PYC, karena itu komponen PYV dilapisi. Katup pertama yang menggunakan dua PYC-PYC adalah St Jude Medical katup, yang tetap berporos untuk selebaran. Pengujian menunjukkan bahwa butuh waktu 200 tahun untuk memakai setengah melalui lapisan PYC pada selebaran pivot [et al Gombrich, 1979.]. Dengan membuat desain yang memungkinkan permukaan pakai untuk didistribusikan daripada fokal (misalnya, katup Omnicarbon, yang memiliki cakram PYC-dilapisi yang bebas untuk memutar), adalah mungkin untuk mengurangi keausan lebih jauh. Dengan demikian, bahan teknologi terus berkembang dan telah mencapai titik dimana tidak perlu mendapatkan dampak negatif terhadap kinerja katup prostetik mekanik.

5.3.3 Fatigue/Kelelahan

Logam rentan terhadap kelelahan kegagalan. Polikristalin alami berisi karakteristik struktural yang dapat menghasilkan dislokasi bawah beban mekanis. Dislokasi ini dapat bermigrasi ketika mengalami siklus beban berulang dan dapat terakumulasi pada batas intercrystalline, dan hasil akhirnya adalah retakan kecil. Situs retak kecil ini adalah konsentrasi stres, dan celah dapat memperburuk sampai terjadi fraktur. Katup Haynes 25 Stellite Bjork-Shiley , yang menggunakan paduan kromium-kobalt, mengalami masalah kelelahan paling parah untuk katup mekanik [Lindblom et al., 1986]. Penyelidikan sebelumnya menunjukkan bahwa kelelahan bukan masalah bagi PYC, namun data terbaru bertentangan ini, menunjukkan bahwa pertumbuhan siklus retakan fatigue terjadi pada grafit / carbon material komposit pyrolitic [Ritchie et al, 1990.]. Karya ini menyarankan ambang batas kelelahan yang serendah 50% dari ketangguhan retakan, dan penulis melihat kelelahan siklik sebagai pertimbangan penting dalam prediksi desain dan kehidupan katup jantung dibangun dari PYC.

5.3.4 Mineralisasi

Penyebab utama dari kedua kegagalan aorta dan katup babi perikardial bioprosthetic adalah kalsifikasi, yang menegang dan sering menyebabkan robekan cuspal [Levy et al., 1991]. Ddeposit kalsifikasi terjadi paling sering pada lampiran komisura dan basal. Kalsifikasi adalah kedalaman katup yang paling besar (intrinsik) pada lapisan spongiosa. Structural ultra, deposit kalsifikasi berhubungan dengan sel-sel jaringan ikat cuspal dan kolagen. Deposit degeneratif kalsifikasi cuspal terdiri dari kalsium fosfat yang secara kimiawi dan struktural yang berkaitan dengan mineral fisiologis tulang (hidroksiapatit). Kelenturan Bladder di cangkok jantung perangkat pembantu, meregangkan katup polimer jantung, dan pembuluh darah juga telah ditemukan menjadi rentan terhadap deposit kalsifikasi.

Dalam kasus tersebut, kalsifikasi biasanya berhubungan dengan sel-sel inflamasi yang berdekatan dengan permukaan darah-yang berhubungan, bukan dengan bahan implan itu sendiri. Mekanisme kalsifikasi, dan metode mencegah kalsifikasi adalah area aktif dari penelitian saat ini [Webb et al., 1991]. Metode yang paling umum dari mempelajari melibatkan jaringan kalsifikasi katup ditanamkan baik secara subkutan dalam 3 minggu tikus weanling tua atau katup mitral yang ditanamkan sebagai pengganti pada domba atau sapi muda. Hasil kedua jenis studi

Siti Julaiha

menunjukkan bahwa jaringan bioprosthetic mengalami kalsifikasi dengan cara yang sama untuk implan klinis, tetapi pada tingkat yang sangat dipercepat.

Modus implantasi subkutan adalah model baik yang diterima, secara teknis nyaman, ekonomis, dan terukur untuk menyelidiki masalah mineralisasi. Hal ini juga sangat berguna untuk menentukan potensi perawatan antimineralization baru. Faktor Host, implan, dan biomekanik berdampak terhadap kalsifikasi katup jaringan. Pasien yang masih muda atau memiliki gagal ginjal rentan terhadap mineralisasi katup, tetapi faktor kekebalan tampaknya tidak penting. Pretreatment jaringan katup dengan agen silang aldehida telah ditemukan menyebabkan pengapuran di implan subkutan tikus; katup nonpreserved tidak memineralkan.

Kalsifikasi katup bioprosthetic adalah terbesar di komisura cuspal dan basa, di mana fleksi selebaran deformasi terbesar dan data maximal. Sebagian besar data menunjukkan bahwa mekanisme dasar hasil mineralisasi jaringan katup dari pretreatment aldehid, mengubah mikrostruktur jaringan. Dalam kedua jaringan bioprosthetic klinis dan eksperimental, deposit mineral yang paling awal diketahui dapat dilokasikan untuk ditransplantasikan sel-sel jaringan ikat. Serat kolagen kemudian terlibat.

Mineralisasi dari sel-sel jaringan ikat dari jaringan bioprosthetic diperkirakan hasil dari revitalisasi selular glutaraldehid-induced dan gangguan yang dihasilkan mengatur selular kalsium. Sel-sel hewan normal memiliki konsentrasi kalsium bebas intraseluler rendah (~ 10-7 M), sedangkan kalsium bebas ekstraselular jauh lebih tinggi (~ 10-3 M), menghasilkan gradien 10.000 kali lipat di membran plasma. Pada sel sehat, kalsium selular diselenggarakan dalam konsentrasi rendah oleh energi-membutuhkan mekanisme metabolisme. Selain itu, organellar, membran plasma dan inti sel, pada situs nukleasi awal yang diamati memineralisasi jaringan bioprosthetic, mengandung fosfor yang cukup besar, terutama dalam bentuk fosfolipid. Dalam sel yang diubah oleh persilangan aldehida, kalsium pasif masuk tanpa hambatan, tetapi mekanisme untuk menghilangkan kalsium tidak berfungsi. Kalsium ini bereaksi dengan fosfor yang sudah ada sebelumnya dan berkontribusi terhadap mineralisasi [et al Schoen., 1986].

5.3.5 Derajat Tekanan/Pressure Gradient

Jantung bekerja untuk mempertahankan aliran darah yang memadai melalui katup prostetik, sebuah katup yang dirancang dengan baik tidak akan menghalangi aliran darah sehingga akan memiliki sebagai gradien tekanan sekecil mungkin melintasi katup.Karena pemisahan wilayah yang lebih besar yang melekat dalam tubuh mengalir di atas tebing, konfigurasi seperti disk dikurung dan bola dikurung memiliki gradien tekanan yang besar. Bioprostheses Babi yang memiliki gradien tekanan yang relatif dapat diterima untuk katup diameter yang lebih besar karena mereka lebih dekat meniru geometri katup alam dan gerak, tapi ukuran kecil (<23 mm) umumnya memiliki gradien tekanan yang lebih tinggi daripada katup mekanis, seperti yang ditunjukkan pada Gambar berikut [Yoganathan et al, 1984]. Katup Tilting disk dan desain bileaflet menyajikan sebuah konfigurasi yang relatif efisien untuk aliran, dan, meskipun daerah pemisahan ada dalam desain, gradien tekanan biasanya lebih kecil daripada bentuk tebing.

5.3.6 Regurgitasi

Regurgitasi menghasilkan arus balik yang diciptakan selama penutupan katup dan kebocoran dari belakang setelah penutupan dipengaruhi (lihat Gambar di bawah ini). Regurgitasi mengurangi aliran bersih melalui katup. Penutupan regurgitasi berkaitan erat dengan bentuk katup dan dinamika penutupan, dan persentase volume stroke yang tidak tahat akibat efek ini berkisar antara 2,0-7,5% untuk katup mekanik. Untuk katup jaringan ini biasanya kurang: 0.1 menjadi 1,5%. Kebocoran tergantung pada seberapa baik lubang yang "disegel" atas penutupan, dan memiliki kejadian yang dilaporkan 0-10% pada katup mekanik dan 0,2-3% pada katup bioprosthetic. Kecenderungan keseluruhan untuk regurgitasi berkurang untuk katup jantung trileaflet bioprosthetic daripada untuk desain katup mekanik.

Regurgitasi memiliki implikasi lain dari sekedar untuk pengiriman aliran. Di sisi negatif, aliran balik mengalir melalui celah sempit, seperti dapat terjadi pada regurgitasi kebocoran melalui katup bileaflet, dapat membuat tegangan geser laminar yang relatif tinggi, sehingga meningkatkan kecenderungan rusaknya sel darah [Baldwin, 1990;. Cape et al, 1993]. Namun, regurgitasi dapat memiliki efek yang menguntungkan dalam aliran kembali pada permukaan, yang dapat berfungsi untuk mencuci zona yang memiliki aliran tersendat sepanjang siklus. Hal ini terutama berlaku untuk wilayah "engsel" dalam beberapa disk miring dan desain bileaflet.

Siti Julaiha

Gambar 5.1 Examples of in vitro reguritant volumes (closing and leakage) with three mechanical valve designs (MH—Medtronic–Hall; SJM—St. Jude Medical; B—Bjork–Shiley mono-strut). Illustrates in vitro regurgitant volumes (closing and leakage) measured on three commonly used mechanical valve designs in the aortic and mitral positions.

5.3.7 Kehilangan Energi/Energy Loss

Parameter Kunci untuk fungsi katup adalah Energi yang hilang/ Energy loss– Kehilangan energy pada Katup Natural sangat kecil– Kehilangan Energi pada Katup Prostetik adalah 20-50 kali katup natural

Pertimbangan Katup

Assumsi Q konstanV menambah 1 - 2KE menambah 1 - 2Energi Tekanan menurunkan 1 – 2

Dapatkah KE dikembalikan pada 2 untuk tekanan pada 3 tanpa kehilangan?• Penambahan KE dibangkitkan dengan pengurangan pada area cenderung kehilangan ketika kemudian area

meningkat• Energi didisipasi pada pusaran ketika membentuk (membangkitkan panas)• KE tidak dikembalikan pada “head”• Usaha mengatasinya:– Menahan kecepatan rendah - KE rendah – kemungkinan kehilangan rendah

Siti Julaiha

– Mencegah perubahan mendadak pada persilangan (panduan aliran)

• Sistem Ideal Jantung– Katup diasumsikan sempurna– Kehilangan hanya pada kapilaris

• Dengan Katup Prosthetic – Penambahan kehilangan pada katup– Kinerja Ventricular menambah• Kehilangan dari stenosis • Kehilangan dari Regurgitasi• Jantung bekerja dengan sia sia

Efek Arus Berdenyut• Penting pada wilayah Aorta )(tfq =• Cenderung untuk menghasilkan pusaran

• Kehilangan sesaat pada seluruh katup :

4

2

2

21

8..

2

o

Rdiss

orificeR

gD

qKhei

g

vKhh

π=∆

=−)(tfq =

• Assosiasi percepatan fluida – Perbedaan tekanan sepanjang aliran

• Efek Inersial : ( )dt

dq

DKhh

oII

121 =− Newton’s second law

• Total Kehilangan seketika : ( )dt

dq

DK

gD

qKhh

oI

o

RT

1842

2

21 +=−π

Values of DhT depend on KR and KI for a particular valve design

Laju alir sebagai fungsi dari Waktu

• Definition of loss parameters based on total cardiac cycle

Siti Julaiha

Kerugian Power untuk stenotik tetapi katup kompeten Bandingkan dengan katup aorta yang sempurna Kinerja Sistem - perbandingan katup prostetik dengan katup yang ideal Kondisi Katup plot

• Kondisi jika katup membuka melalui siklus jantung

• Laju alir versus gradien katup

A – dengan katup sempurnaB – dengan katup stenotik

Katup Stenotik• Untuk triangular q terhadap sifat t dapat ditunjukkan:

( )( )

( )AB

h

hh

utilized

lost

A

B

QhhB

av

av

displav

75.0

2

32

3

2

21

21

≈

−==

−=

• B=0.75A menyiratkan bahwa : ( )

( ) 5.02

21 =−

av

av

h

hh

Katup Stenotic dan Incompetent : BQ

QB

F

R

+=′ 31

• Penambahan kehilangan energy karena aliran balik• Aliran maju harus ditambah untuk kompensasi – mendapatkan aliran maju bersih yang sama • Aliran balik 10% (QR/QF = 0.1) - 30% menambah kehilangan energi

Siti Julaiha

Cara lain untuk melihat peningkatan 30% dalam kehilangan energi

Aliran dalam Katup Alami

Siti Julaiha

Aliran dalam Katup Stenotik

5.4 ARAH MASA DEPAN DALAM PENELITIAN KATUP JANTUNG

5.4.1 Penelit ian Mekanika Fluida

Penggantian katup jantung pertama dilakukan dengan katup Caged-bola, lebih dari 50 katup desain telah dikembangkan, terutama yang berbeda dalam geometri katup, jumlah leaflet dan material. Hingga saat ini, semua katup jantung buatan terganggu dengan komplikasi yang terkait pada hemolisis, koagulasi untuk katup jantung mekanik dan perobekan leaflet untuk prostesis katup berbasis jaringan. Untuk katup jantung mekanik, komplikasi ini diyakini terkait dengan pola non-fisiologis aliran darah.

Pemahaman mekanika fluida untuk jenis utama katup jantung buatan dan rekayasa pendekatan membentuk cepat diversifikasi bidang penelitian.

Seperti disorot dalam bagian sebelumnya, kinerja katup jantung buatan erat diatur oleh mekanika fluida dalam katup , yang, pada gilirannya, sangat terkait dengan geometri, material dan mekanisme dari desain katup.

Tantangan rekayasa jelas adalah untuk merancang katup jantung yang optimal berkaitan dengan mekanika fluida seperti :

• Mengambil langkah mundur dari konsep perangkat buatan dan telah mengambil rute teknik katup jaringan hidup dengan karakteristik katup jantung asli.

• Mengembangkan alat perhitungan maju dinamika fluida (CFD) untuk secara akurat memprediksi fluida mekanika disekitar katup jantung ke sel sel darah resolusi individu.

Siti Julaiha

• Menggunakan pendekatan teknik dalam memecahkan masalah fisika aliran katup ke skala sel darah untuk menilai kinerja katup prototipe katup baru secara virtual, sehingga mengarah pada penghematan waktu dan biaya selama fase penelitian dan pengembangan

• Mengkaji mekanika fluida untuk katup buatan dengan penekanan pada perspektif rekayasa yaitu desain khusus yang bervariasi dari katup ke katup dan sangat erat terkait dengan kerusakan darah dan koagulasi potensial.

• Merancang katup jantung buatan yang optimal dengan mengurangi tromboemboli dan hasil klinis yang lebih baik memerlukan pemahaman yang menyeluruh tentang aliran katup.

• Mendeskripsi aliran fluida untuk mendapatkan nilai proses teknik-intensif, baik oleh teknik jaringan serta menggunakan eksperimental state-of-the-art dan metodologi numerik.

• Merancang Katup unggulan dengan menggunakan pendekatan komputasi multiskala, sepenuhnya divalidasi dengan pengukuran eksperimental.

Metodologi ini sekarang dalam jangkauan dan dibayangkan tersedia dalam waktu dekat dimasa depan,

5.4.2 Penelit ian Rekayasa Jaringan

Rekayasa jaringan memungkinan penumbuhan leaflet katup jatung in leaflet katup in vitro, dan kemudian menanamkannya pada hewan percobaan. Prestasi yang mengesankan dilaporkan oleh tim dari Harvard Medical School dan Massachusetts Institute Teknologi dalam serangkaian presentasi dan artikel sejak tahun 1995. Konsep ini diperkenalkan pada pertemuan Asosiasi Eropa untuk Kardiotoraks Bedah pada tahun 1995, dan kemudian diterbitkan pada tahun 1997 (et al Zund, 1997).

Fibroblast dan kultur sel endotel berasal dari manusia, sapi, dan domba, ditanamkan pada poli meshes biodegradable (asam glikolat) untuk membuat leaflet katup. Leaflet Xenograft yang terbuat dari fibroblast manusia dan sel endotel sapi, serta leaflet allograft yang terbuat dari sel-sel domba, direkayasa secara in vitro.

Peneliti menemukan bahwa produksi elastin dan kolagen dari fibroblast adalah fungsi dari berapa lama biodegradable mesh dapat bertahan. Dalam studi lain, sel-sel endotel domba dan fibroblast diisolasi dari arteri, dikultur dan ditanamkan pada perancah biodegradable poli (asam glikolat). Kedua leaflet allograft dan autograftditumbuhkan dengan metode ini dan digunakan untuk mengganti salah satu leaflet dari katup paru pada domba (Shinoka et al, 1995.).

Respon inflamasi terlihat dengan leaflet allograft implant namun tidak terlihat pada leaflet autograft. Bukti berdasarkan penandaan sel menyarankan bahwa sel-sel yang ditanmankan secara in vitro bertahan pada leaflet hingga 11 minggu pasca operasi (et al Shinoka, 1996.).

Kekuatan tarik leaflet meningkat sejalan dengan waktu, dan sebanding dengan leaflet asli setelah 9-10 minggu. Selain itu, peneliti membandingkan fibroblas dari dermal asli dengan dinding arteri femoralis asli untuk menentukan mana yang akan menyediakan jaringan seperti leaflet katup normal (Shinoka et al, 1997.). Berdasarkan pengukuran kandungan kolagen dan elastin, dan kekuatan tarik, dinding arteri fibroblast menyediakan lembaran jaringan seperti leaflet katup normal.

Pekerjaan dari kelompok peneliti ini memungkinan pertumbuhan seluruh katup in vitro yang dapat digunakan untuk menggantikan katup jantung yang sakit. Sangat menarik bahwa peneliti telah menemukan bahwa sel-sel autologous lebih baik diterima secara in vivo daripada sel alogenik.

• Prostestik mekanika sukses dalam pengobatan katup penyakit jantung. Namun tidak dapat digunakan untuk memperbaiki katup daun/leaflet; hanya jaringan yang dapat menyediakan kebutuhan ini dan tidak ada bahan sintetis telah terbukti memiliki sifat yang diperlukan untuk menahan peregangan/flexing dua arah pada 40 juta kali per tahun tanpa mengalami kegagalan atau menghasilkan trombosis.

• Ketahanan yang terbatas katup jaringan yang tersedia saat ini telah membatasi penggunaannya. Katup jaringan dengan daya tahan yang lebih baik mendekati penggantian katup ideal. Jaringan yang lebih tahan lama jelas diperlukan untuk perbaikan atau rekonstruksi katup. Rekayasa jaringan katup jantung in vitro dengan sel autologous dapat menjadi solusi untuk kebutuhan jaringan katup yang tahan lama. Perikardium autologous terbukti memiliki daya tahan yang lebih baik dan kebebasan dari kalsifikasi, memenuhi syarat sebagai jaringan ntuk digunakan pada teknik perbaikan dan penggantian.

• Produsen bioprostheses heterograft telah menggunakan berbagai perawatan kimia, eveluasi proprietary dan tidak dipublikasikan, untuk mencegah degenerasi kalsifikasi dari katup babi dan katup jaringan sapi. Perlakuan kimia jaringan autologous mencegah penebalan dan penyusutan dari jaringan segar, memungkinkan jaringan untuk tetap bertahan dan memperbaiki diri, menjadi kemajuan besar dalam rekayasa jaringan.

• Rekayasa jaringan dikembangkan untuk rancangan teknik perbaikan dan metode untuk memperbaiki dan mengganti katup jantung prosthesis, terutama dalam hal memperbaiki jaringan katup, menumbuhkan

Siti Julaiha

jaringan katup in vitro, menghilangkan dan meminimalkan penggunaan stent, metodologi penggantian katup tanpa pembedahan, seperti penempatan katup dengan kateter adalah salah satu kesempatan untuk rekayasa jaringan.

• Pertimbangkan sumber jaringan yang digunakan adalah salah satu masalah pada rekayasa jaringan. Tahun 1999 ,hewan sapi dan babi, mayat manusia, dan autologous jaringan digunakan sebagai host. Jaringan khusus tersedia pada tahun 1999 adalah katup alam atau perikardium yang telah digunakan untuk membuat katup. Katup alam yang digunakan secara komersial adalah katup aorta dari babi katup, yang disamak dengan glutaraldehid dan dipasang stent, atau katup mayat manusia tanpa penyamakn untuk penggantian aorta, dengan atau tanpa disertai penggantian root aorta. Bovine perikardium, yang disamak sepenuhnya dengan glutaraldehid, digunakan untuk mengganti stent-bioprostheses atau stentles. Autologous perikardium diobati dengan pencelupan singkat dalam glutaraldehid digunakan untuk perbaikan katup mitral oleh Carpentier, untuk perbaikan katup aorta oleh Duran, dan untuk penggantian mitral oleh Deac. Peneliti di Hanover, Jerman, melaporkan penggunaan pelarut untuk menghilangkan sel-sel dari katup aorta babi (Gratzer et al, 1998.). Matriks aselular diproduksi, ke kultur sel endotel manusia yang ditanamkan. Katup yang diubah mengandung kolagen xenograft dan allograft endotelium, dan dapat diharapkan lebih tahan lama dibandingkan xenograft glutaraldehid-tanned.

• Autogenics stented autologous bioprosthesis jaringan telah digunakan untuk penggantian aorta dan mitral.

• Penggunaan jaringan erat dengan pertimbangan penularan penyakit hewan atau jaringan kadaver. Dengan jaringan hewan, ada kekhawatiran untuk transmisi penyakit prion. Bovine spongioform ensefalopati, atau BSE, adalah manifestasi dari penyakit prion pada sapi. Pada domba, dikenal sebagai scrapie. Tidak ada yang setara dengan penyakit pada babi , dengan demikian heterograft babi tidak diketahui membawa risiko penularan prion atau tidak. Penyakit prion, walaupun untungnya jarang terjadi, adalah penderitaan hebat. Tidak ada pengobatan diketahui, dan penyakit ini berakibat fatal. Penyakit prion menjadi epidemi di antara domba dan sapi di Eropa, tetapi tidak jelas apakah penyakit juga muncul pada hewan di Amerika Utara. Penularan dari hewan ke manusia didokumentasikan dari penggunaan produk-produk jaringan hewan. Dan Pertimbangan penularan penyakit ini menjadi keseriusan pengembangan di masa depan.

• Dengan jaringan kadaver, risiko penularan virus human immunodeficiency (HIV), yang menyebabkan AIDS juga terjadi. Namun jaringan autologous banyak digunakan untuk perbaikan dan penggantian katup jantung sakit di masa depan.

• Meminimalkan risiko operasi adalah pertimbangan utama bagi dokter. Jaringan Autologous dapat digunakan untuk perbaikan atau penggantian, dan penggantian katup jaringan autologous dapat berupa dengan stent yang dipasang atau unstented. Penggunaan jaringan autologous untuk perbaikan dan penggantian katup jantung sakit , tidak berhasil ketika pertama kali dicoba langsung dengan jaringan segar, dan sukses digunakan bila diperlakukan dengan pencelupan singkat dalam glutaraldehid.

• Untuk saat ini,hanya jaringan autologous yang telah digunakan dengan sukses untuk perikardium.Perikardium, baik dengan sapi yang disamak penuh dan autologus yang disamak ringan, terbukti sukses digunakan untuk perbaikan dan penggantian katup.

• Pasien yang mengalami operasi jantung kedua atau ketiga tidak mempunyai perikardium sesuai yang tersedia, dan dengan demikian menjadi penting untuk mempertimbangkan jaringan kandidat lain.

• Love (1998) menggambarkan metode dan instrumen yang dapat digunakan untuk merekonstruksi berpenyakitsemilunar katup jantung dengan perikardium autologous ringan yang disamak, tanpa menggunakan stent. Kunci metode ini adalah penggunaan ukuran secara tepat dan memotong pola jaringan trefoil kesatuan, dan instrumen untuk menahan jaringan dalam orientasi anatomi sedangkan rekonstruksi dilakukan. Dengan menghilangkan stent, yang tersisa pada pasien hanya sepotong jaringan sendiri dan jahitan yang digunakan untuk menyelesaikan rekonstruksi. Terdapat antarmuka jaringan-jaringan pada garis lampiran, yang memungkinkan penyembuhan yang tangguh, dan daerah orifice yang sangat efektif.

• Love telah mengoptimalkan geometri trefoil dengan melalui komputasi rancangan komputer, dan memvalidasi geometri dengan analisis finite-elemen. Juga mengembangkan alat untuk pengujian preuse intraoperatif jaringan yang menyediakan pengukuran ketebalan, kekuatan, dan isotropi/anisotropi. Sistem ini telah diuji pada hewan percobaan dan disiapkan untuk penggunaan klinis.

• Pertimbangan terhadap isotropi dan anisotropi pada jaringan juga diperlukan. Leaflet katup adalah anisotropik, sedangkan perikardium adalah isotropik (Zioupos et al, 1994.).

• Fasia lata, yang digunakan oleh Senning, perlu dievaluasi ulang sebagai kandidat jaringan . Jaringan vena, peritoneum, dan fasia rektus semuanya telah digunakan atau disarankan untuk digunakan dalamjaringan yang segar, yang tidak diobati (Cinta, 1993). Jaringan ini juga harus diperiksa ulang untuk digunakan setelah penyamakan ringan dengan glutaraldehid.

• Spekulasi masa depan adalah potensi untuk pengembangan teknik untuk memperbaiki atau mengganti katup jantung tanpa pembedahan.

Siti Julaiha

• Teknik potensial yang memungkinkan dokter, ahli bedah atau ahli jantung, adalah dengan memperkenalkan katup terlipat dengan cara kateter ke dalam jantung atau pembuluh besar, untuk melipat dan melampirkan katup pada posisi aortotopik dengan fiksasi belum pernah dikembangkan.

• Dengan meningkatkan teknologi kateter dan teknik pencitraan,kemungkinan pengobatan non operasi dapat diperkirakan. Katup jaringan dapat digunakan dengan cara ini; sedangkan katup mekanik tidak dapat dikompresi dalam ukuran dan dengan demikian tidak dapat digunakan dengan cara ini.

5.4.3 Pengembangan Perbaikan Faktor Kegagalan dan Pembatasan Kriteria

Perbandingan langsung kinerja "total" katup jantung buatan adalah sulit. Sebuah desain katup cocok untuk posisi aorta mungkin tidak cocok untuk posisi mitral. Akibatnya, tidak mungkin untuk mengkategorikan katup tertentu sebagai yang terbaik.

Telah ada kemajuan yang cukup besar dalam daya tahan dan efisiensi fungsional katup jantung mekanik. Perbaikan ini telah ditambahan dalah usaha perbaikan secara bertahap dengan beberapa kemajuan revolusioner seperti pengenalan disc-tilt atau katup bileaflet.

Definisi yang tepat dari kriteria yang digunakan untuk kinerja katup bervariasi. Kecenderungan saat ini pada katup mekanik adalah pengembangan lebih lanjut prinsip katup bileaflet seperti meningkatkan desain katup St Jude yang sangat sukses. Namun, pengguntingan sel darah tinggi dan trombosit masih memiliki tantangan desain signifikan serta pasien harus menjalani terapi antikoagulasi seumur hidup.

Bioprosthetic atau jaringan katup tidak memerlukan antikoagulan karena persamaan yang jelas pada geometri katup asli dan hemodinamik, tapi banyak dari katup-katup ini gagal pada bagian struktural dalam 10-15 tahun pertama implantasi.

Terlepas dari semua perbaikan, komplikasi (meskipun tarif mereka yang sangat rendah) terus dihubungkan dengan penggunaannya. Semua model katup jantung mekanik perlu terapi anti koagulasi untuk meminimalkan risiko trombosis dan emboli. Manajemen tingkat antikoagulasi dan pendarahan merupakan masalah lain. Secara keseluruhan tingkat komplikasi model katup berbeda pada katup tilting-disc dan katup bileaflet adalahsebanding. Perbedaan marjinal bisa dihubungkan dengan populasi pasien, bedah dan manajemen pasca operasi dan tindak lanjut pengumpulan data.

Tantangan rekayasa jelas adalah untuk merancang katup jantung yang optimal dengan

• Mempelajari kinerja jangka panjang, sejumlah besar pasien dan periode observasi panjang yang diperlukan. Selama periode ini mungkin ada evolusi dalam bahan katup, atau desain, dan dalam pengobatan pasien dengan katup jantung prostetik.

• Mengembangkan desain katup jantung mekanik dengan desain paling baru yang menyediakan hemodinamik relatif unggul dengan hambatan aerodinamis sangat rendah. Arah baru termasuk pencarian hemodinamik yang lebih baik, untuk contoh leaflet paralel dan thrombogenicity lebih rendah,

• Menunjukkan mekanisme koagulasi tepat yang memicu hemodinamik di katup jantung menggunakan ex vivo dan in vitro , sehingga membuka jalan untuk memperbaiki desain yang sudah ada berdasarkan pengukuran langsung koagulasi.

• Usia pasien pada implan dan penyakit jantung valvular yang mendasarinya merupakan faktor penting pengembangan dalam pilihan katup dan ketahanan umurnya.

• Meminimalkan tekanan turbulen, karena semua katup yang sedang digunakan, mekanik dan bioprosthetic, menghasilkan tekanan turbulen relatif besar (yang dapat menyebabkan kerusakan mematikan dan atau subletal sel darah merah dan trombosit) dan gradien tekanan yang lebih besar dan volume regurgitasi dari katup jantung yang normal.

• Manajeman antikoagulan yang lebih baik memiliki potensi untuk mengurangi komplikasi perdarahan dan juga untuk mengurangi thromboembolik. Jika penanda thrombogenicity dapat diidentifikasi dan diukur sebelum operasi, katup jaringan dapat digunakan pada pasien risiko tinggi dan katup mekanik serta pasien risiko rendah, bahkan untuk usia tua.

• Meningkatkan ketahanan katup, Keuntungan utama dari katup hayati merupakan pengurangan kebutuhan antikoagulasi, tetapi merugikan dalam ketahanannya yang rendah.

• Meningkatkan performansi faktor utama terhadap tekanan fiksasi rendah atau nol, memungkinkan selebaran akan tetap dalam posisi netral dan mempertahankan lebih banyak fleksibilitas alam.

• Pengobatan antikalsifikasi mungkin meningkatkan daya tahan dan penghapusan stent harus memberikan peningkatan hemodinamik.

• Mengarahkan penelitian untuk menelaah kekurangan pada tiga hal utama dalam upaya untuk merancang katup buatan unggul yaitu

Siti Julaiha

Teknik jaringan hidup katup jantung Pengembangan alat komputasi canggih, dan Eksperimen darah untuk menentukan hubungan antara aliran dan kerusakan darah.

5.4.4 Tren saat ini dalam Rancangan Katup

• Daya tahan klinis jangka panjang katup bioprosthetic adalah hambatan utama untuk menggunakan mereka. Perbaikan kinerja hemodinamik adalah fokus pengembangan Valve jantung.

• Pengenalan klinis dari katup perikardial sapi memecahkan masalah hemodinamik, dan katup hemodinamik menunjukkan kinerja yang sama atau lebih baik daripada beberapa prostesis mekanis.

• Daya tahan jangka panjang bioprostheses babi dan sapi dapat ditingkatkan melalui desain inovatif stent yang meminimalkan konsentrasi stres dan melalui perbaikan teknik fiksasi pengolahan yang menghasilkan jaringan yang lebih lentur.

• Desain jaringan katup yang terbaru adalah bioprosthesis stentless, digunakan untuk penggantian katup aorta. Akar dari bioprostheses aorta adalah serupa dalam konsep ke homografts.

• Tidak adanya stent diperkirakan meningkatkan hemodinamik, karena ada sedikit hambatan dalam orifice.

• Tidak adanya stent juga meningkatkan daya tahan jaringan, karena faktor keausan mekanik berkurang.

• Tiga desain katup aorta stentless (Medtronic's Freestyle, Baxter Prima, dan St Jude Toronto Non-Stented) menjalani evaluasi klinis di Amerika Serikat dan Eropa. Perawatan antimineralization baru juga dikembangkan dengan tujuan meningkatkan ketahanan dari jaringan.

• Jika tantangan desain yang disebutkan di atas telah terpenuhi, dapat dihasilkan bioprostheses yang tahan lama dan thromboresistant, dan terapi antikoagulan tidak diperlukan.

• Tren terkini dalam pemilihan bahan menunjukkan preferensi terhadap bahan occluder lunak.

o Satu tim di Jerman bekerja menuju katup bileaflet dengan occluders lembut.

o Medtronic-Hall juga telah mengumumkan bahwa mereka akan mencari katup dengan occluder lembut di masa depan.

o Keuntungan penggunaan bahan occluder lunak adalah kemampuan menyerap gaya impak yang dihasilkan selama penutupan katup, dengan mengurangi kemungkinan suture dehiscence .

o Pengurangan gaya impak juga mengurangi beban yang perlu ditransfer ke sekitar jaringan melalui cincin jahit, mengurangi iritasi yang disebabkan oleh gerakan kontinu pada antarmuka kain-logam.

o Perbaikan lain disebabkan oleh occluder lunak adalah pengurangan terjadinya kavitasi dan kerusakan kavitasi. Ini dilakukan oleh berbagai peneliti.

o Katup jantung Chitra, menunjukkan bahwa bahkan pada tingkat beban yang sangat tinggi, kesempatan untuk kavitasi pada katup dengan occluders lembut adalah minimum.

• Pada proses penanaman/implantasi, pembedahan untuk katup jantung prostetik berkembang efisien dan cepat. Diameter lubang pasien dievaluasi dengan pertolongan pulsa echo USG.

Katup jantung prostetik dan pegangannya dengan jahitan yang ditempatkan pada cincin sewing dan bukaan katup

5.5 KATUP JANTUNG BUATAN KOMERSIAL 5.5.1 ATS "Desain Pivot Terbuka"

ATS "Desain Pivot Terbuka" memfasilitasi "pencucian pasif" yang secara signifikan mengurangi risiko terjadinya pembekuan darah oleh rongga menghilangkan dan mencegah darah menjadi stagnan atau pembekuan.

Siti Julaiha

Desain ini juga mengurangi hemolisis dengan tidak mengeluarkan struktur rumit darah melalui Katup ATS jauh lebih tenang daripada katup mekanik lainnya. Hal ini disebabkan desain katup menggunakan aliran darah menyebabkan bantalan kental melambat penutupan leaflet.

5.5.2 Katup Jantung Transcatheter

Katup Jantung Transcatheter ; menghindari pembedahan, Tetapi hanya berlangsung 5-7 tahun, Untuk bisa dioperasi (> 80) tahun

Kekurangan Katup Transcatheter

• Perkiraan ketahanan 5-7 tahun

• Opsi yang memungkinkan untuk pasien tanpa operasi

• Pengemasan transkateter memerlukan kompromi desain yang membatasai daya tahan

5.5.3 Katup Jantung Jarak Sentral: Sorin Perikarbon Experience

Kompromi desain halus menyebabkan berkurangnya masa umur panjang

Siti Julaiha

5.5.4 Tenets Desain Katup yang baik

Tempat Stent yang flexible Jarak sentral yang tepat

Ukuran Derajat Sempurna 120° Flexible Stent Posts

5.5.5 Geometri Leaflet: Stentless Experience

Siti Julaiha

• Antusias digunakan untuk ahli bedah pada tahun 80’s dan 1990s

• Hemodinamik lebih baik daripada katup stented

• Hampir tidak mungkin untuk mempertahankan simeteri leaflet selama proses penyisipan

• Membutuhkan operasi kembali setelah 8 tahun

• Variabilitas pada jarak pusat, kekurasan presisi pada posisi leaflet dan simetri leads untuk memperkecil ketahanan

Katup Transcatheter stent diimplantasi pada katup aorta kalsifasi manusia

• Antusiasme ahli bedah di 80-an dan 1990-an• Hemodinamik lebih baik dari katup stented• Hampir tidak mungkin mempertahankan simetri selebaran selama penyisipan• Diperlukan reoperation di 8 tahun• Variabilitas • Kesenjangan pusat, kurangnya presisi di posisi leaflet dan simetri memimpin berkurangnya daya tahan • Bundar dan Leaflet Geometri

Geometri Sirkulasi dan Leaflet

Schultz, C.J., et al.,Geometri dan derajat apposisi sistem katup inti ReValving dengan pemotongan computed tomography setelah penanama pada pasien dengan Aortic Stenosis. J Am CollCardiol, 2009.54(10): p. 911-8.

5.5.6 P.P. Mismatch : Effek dari penyebaran non sirkular pada koaptasi leaflet

Siti Julaiha

Elliptical D2-D1 Values

5.5.7 Ketahanan Katup

Kontrol Leaflet yang buruk

Ionescu–Shiley valve – leaflet pinwheeling, high incidence of failure at 5-7 years

CoreValve - valve handled and photo obtained at EACTS meeting, Vienna, 2009

Wendt D., et al. First clinical experience and 1-year follow-up with the sutureless 3F Enable aortic valve prosthesis, Eur J Cardiothorac Surg 2008;33:542-547

Good Leaflet Control

Siti Julaiha

REFERENSI

• Grunkeme i e r , G . L . and other s , H u r s t ' s The Heart Update I , 1 9 96 ,Pp . 98 - 123 .

• KALYANI NAIR, C V MURALEEDHARAN and G S BHUVANESHWAR, Deve l o pm en t s i n mechan i ca l

heart valve pros t h e s i s , B iome d i c a l Techno l o gyWing , Sree Ch i t ra T i r u na l I n s t i t u t e

for Med i ca l Sc i e n c e s & Techno l ogy , Th i r uvanant hap u ram 695 012 , I n d i a , S adhan a¯ ¯

Vol . 28, Part s 3 & 4, June/Augus t 2003, pp . 575–587 . Pr i n t e d i n I n d i a©

• Lakshm i P Das i * , Helen e A S imon , † Ph i l i p p e Suco s ky * , and Aj i t P Yoganathan * , *

Wallace H Coul t e r , FLU ID MECHANICS OF ARTIF IC IAL HEART VALVES, Schoo l of

B iome d i c a l Eng i n e e r i n g , Georg i a I n s t i t u t e of Techno l o gy , Atlanta , Georg ia , USA, †

Schoo l of Chem i ca l and Molecu la r B io l ogy , Georg i a I n s t i t u t e of Techno l ogy ,

Atlanta , Georg i a , USA, Cl i n Exp Pharmacol Phys i o l . 2009 February ; 36(2 ) : 225–

237 . do i : 1 0 . 1 1 1 1 / j . 1 4 40 - 168 1 . 2008 .05099 . x .

• Gerald E. Mil l e r , Art i f i c i a l Organs , A Publ i c a t i o n i n the Morgan & Claypool

Publ i s h e r s ’ ser i e s , SYNTHES IS LECTURES ON BIOMED ICAL ENGINEER ING , Lect ur e #4,

F i r s t Ed i t i o n

• Thomas C. Flanagan 1 , 2 and Abhay Pand i t 2 * , L IV ING ARTIF IC IAL HEART VALVE

ALTERNATIVES : A REVIEW, 1De partmen t of Anatomy , and 2Nat i o na l Centr e for

B iome d i c a l Eng i n e e r i n g Sc i e n c e , Nat i o na l Un iv e r s i t y of I r e la n d , Galway, Galway,

I r e la n d , Europ ean Cel l and Mater ia l s V o l . 6 . 2003 ( 2 8- 4 5 )

• rjmatth ewsmd . c om/…/valve s . h t m

• Albert Starr , The art i f i c i a l heart valve , LASKER CLIN ICAL MEDICAL RESEARCH AWAR D

• Subod h Verma, M.D . , Ph .D . , and Th i e r r y G. Mesana , M.D . , Ph .D . Mitral - Valve Repa i r

for Mitral - Valve Prolap s e ,

• Ivan Vese ly , Ph .D . T iga Muamalah Desa i n Valve yang Ba i k : D imana Katup

Transcat h e t e r Gagal , Found e r and Ch i e f Sc i e n t i f i c Off i c e r ValveXchange I n c

Siti Julaiha

• Rah im t oo la , S .H . , Cho i c e of pros t h e t i c heart valve for adul t , pat i e n t s . J Am

CollCard i o l , 2003. 41 (6 ) : p . 893- 904.

• Jack W. Love , Card ia c Pros t h e s e s , Pr i n c i p l e s of Ti s s u e Eng i n e e r i n g , Second

Ed i t i o n , Robert P. Lanza ,

• Robert Langer , T i s s u e Eng i n e e r i n g and Transp lan t Med i c i n e Advance d Cel l

Techno l ogy Worces t e r , Massachu s e t t s , Departmen t of Chem i ca l and B iome d i c a l

Eng i n e e r i n g , Harvard –M IT D iv i s i o n of Health , Sc i e n c e s and Techno l o gy ,

Massachu s e t t s I n s t i t u t e of Techno l ogy Cambr i d g e , Massachu s e t t s , Josep h

Vacant i , Ha rvar d Med i ca l Schoo l and ,Massach u s e t t s General Hosp i t a l , Boston ,

Massachu s e t t s Academ i c Pres s , 2000

• K. Jane Grande - Allen , T i s s u e Eng i n e e r i n g of Heart Valves , Rice Univers i t y I n

T i s s u e Eng i n e e r i n g - John P. F i s h e r , Un iv e r s i t y of Maryland , Anton i o s G.M i k o s

R i c e Un iv e r s i t y , CRC Pres s , London , 2007

Siti Julaiha

Katup jantung buatan

Health & Medicine

Transcript of Katup jantung buatan