Поворотно-дисковые протезы клапанов сердца относятся к группе осесимметричных механических искусственных клапанов сердца. Их отличительной чертой стала конструкция запирающего элемента в виде диска, крепившегося шарнирно в цилиндрическом корпусе протеза, с возможностью вращения диска вокруг оси, расположенной в плоскости корпуса.

Благодаря хорошим гидродинамическим свойствам, низкопрофильности и износоустойчивости они были наиболее востребованы в клинической практике 1970—1980 годов, а лучшие зарубежные и отечественные модели протезов этой конструкции успешно применяются в настоящее время.

Зарубежные разработки

Первые модели Первым опытом создания протеза с запирающим элементом в форме поворачивающегося диска стала модель Lillehei—Cruz—Kaster, развивающая идею малогабаритного дискового клапана . Её предложили в 1963 году А. В. Cruz, хирург Кларенс Лиллехай и инженер его лаборатории R. L. Kaster, для замены митрального клапана сердца, придав диску форму выпукло-вогнутого мениска и выполнив ограничители хода запирающего элемента в виде имеющих дугообразный наклон арок разной высоты, принуждающих диск перемещаться не параллельно плоскости основания протеза, а с поворотом относительно неёCruz А. В., Kaster R. L., Simmons R. L. et al. A new caged meniscus prosthetic heart valve // Surgery. — 1965. — Vol. 58. № 5. — P. 995—998..

Японский хирург J. Wada в 1966 году разработал дисковый клапан Wada—Cutter, в котором диск вращался на двух шарнирах относительно оси, расположенной в плоскости корпуса и несколько отведенной от его центраWada J., Komatsu S., Ikeda K. et al. A new hingeless valve // In: Prosthetic heart valves (Brewer L. A. ed.). — Spring, ill., Charles C. Thomas, Publisher, 1969. — P. 304—314.Hallmar G. L., Okies J. K., Mesamer B. J. et al. Long-term results after valve replacement with Wada—Cutter prosthesis. Long-term Prognosis following valve replacement // Adv. Cardiol. (Karger, Basel). — 1972. — Vol. 7, № 1. — P. 79—86.. Серийный выпуск этих протезов начался в 1967 году, а их успешность показывает факт использования четырёх клапанов Wada—Cutter в первом искусственном сердце, созданном в 1969 году Дентоном Кули. Конструктивно в открытом положении клапана запирающий элемент в виде жёсткого тефлонового диска удерживался в положении под углом к потоку крови двумя металлическими выступами корпуса. Шарниры крепления запирающего элемента были спроектированы так, что напряжение от повторяющихся открытий и закрытий клапана сосредотачивались на двух осевых точках вращения диска, что приводило к износу тефлона в местах крепления и вызывало дисфункции клапанов и эмболии, что и стало причиной прекращения производства протеза в 1974 году. Однако отмечавшаяся при его использовании хорошая гемодинамика стимулировала разработку протезов Bjork—Shiley и Lillehey—Kaster.

Протезы марки Bjork—Shiley

Шведский хирург , возглавлявший хирургическое отделение Каролинского института в Стокгольме, использовал накопленный опыт имплантации шаровых протезов и клапанов Wada—Cutter, для создания в 1969 году совместно с (Shiley Laboratories, Калифорния) базовой модели поворотно-дискового клапана Bjork V. O. A new tilting disc valve prosthesis // Scand. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. — 1969. — Vol. 3, № 1. — P. 1—10. Bjork V. O. Aortic valve replacement with Bjork—Shiley tilting disc valve prosthesis // Brit. Heart J. — 1971. — Vol. 33, № 1. — P. 42—46. Bjork V. O. The history of the Bjork—Shiley tilting disc valve // Med. Instrum. — 1977. — Vol. 11, № 2. — P. 80—83.. В конструкции, получившей название Bjork—Shiley Standart, дисковый запирающий элемент из полиформальдегида удерживался при открытии между большим и малым рентгеноконтрастными подковообразными ограничителями, приваренными к корпусу из стеллита. Диск мог свободно вращаться вокруг своей оси, распределяя износ по окружности приточной и отточной поверхностей. Он мог опрокидываться на угол 60° по отношению к плоскости протеза (в закрытом состоянии угол составлял 0°). Материалом для пришивной манжеты был выбран тефлон, а форма манжеты различалась в зависимости от позиции имплантации. Размеры протеза по пришивной манжете составляли 17—33 мм, с диаметром гидравлического отверстия 12—24 мм.

В 1971 году диск из полиформальдегида, который впитывал жидкость и изменял объём запирающего элемента, был заменён на графитовый с высокотемпературным углеродным покрытием, а в 1975 году в него добавили рентгеноконтрастную кольцевую метку. После такой модификации клапан стал одним из наиболее часто применяемых механических протезов. Однако сварное соединение проволочных ограничителей с корпусом начинало разрушаться в отдалённые сроки после операции, что вызывало выпадание диска из корпуса и гибель больного Garsia del Castillo Н., Larroifsse-Perez E., Murta-Ferre M. et al. Strut flacture and disc embolization of a Bjork—Shiley mitral valve prosthesis // Am. J. Cardiol. — 1985. — Vol. 55, № 3. — P. 597—599. Lindblom D., Bjork V. O., Semb B. K. Н. Mechanical failure of the Bjork—Shiley valve. Incidence, clinical presentation and management // J. Thorac. Cardiovasc. Surg. — 1986. — Vol. 92, № 37. — P. 894—911..

Целью создания в 1975 году следующей модели Bjork—Shiley Convexo-Concave было увеличение угла открытия диска до 70° и уменьшение турбулентности потока крови. Основное её отличие заключалось в применении выпукло-вогнутого пиролитического диска для повышения быстродействия протеза. Диск удерживался благодаря ограничителям хода: большому, выполнявшемуся за одно с корпусом, и малому, крепящемуся с помощью сварки. Последний контактировал с центральным углублением тыльной стороны диска.

Увеличение угла открытия снизило зону застоя за диском и способствовало уменьшению тромбоэмболических осложнений с 4,2 % до 1,2 % в год после замещения митрального клапана Bjork V. O., Henze A. Ten year` experience with the Bjork—Shiley tilting disc valve // J. Thorac. Cardiovasc. Surg. — 1979. — Vol. 78, № 2. — P. 331—342. Cortina J. M., Martinell J., Artiz V. at al. Comparative clinical results with Omniscience (STM1), Medtronic—Hall, and Bjork—Shiley convexo-concave (70 degrees) prostheses in mitral valve replacement // J. Thorac. Cardiovasc. Surg. — 1986. — Vol. 91, № 1. — P. 174—182.. Однако случаи разрушения корпуса клапана продолжались, и в 1986 году он был запрещён для клинического применения Ostermeyer J., Horstkotte D., Bennet J. et al. The Bjork—Shiley 70 degrees convexo-concave prosthesis strut flacture ptoblem (present state of information // J. Thorac. Cardiovasc. Surg. — 1987. — Vol. 35, № 1. — P. 71—72.. Проведённые экспертизы показали, что надлом малых ограничителей хода диска происходил в месте их сварки с корпусом протеза. В дальнейшем была разработана программа по выявлению больных с потенциальным риском таких поломок, всем пациентам рекомендовали тщательное наблюдение, а некоторым и профилактическую замену протеза Birkmeyer J. D., Marrin C. A. S., O`Connor G. T. Should patients with Bjork—Shiley valves undergo prophylactic replacement? // Lancet. — 1992. — Vol. 340, № 3. — P. 520—523..

Проблема механических дисфункций была решена в 1981 году при создании следующей модели Bjork—Shiley Monostrut, путём отказа от сварочных соединений Bjork V. O., Lindblom D. The Monostrut Bjork—Shiley heart valve // J. Am. Coll. Cardiol. — 1985. — Vol. 6, № 4. — P. 1142—1148.. Протез изготавливался частично из сплава Haynes-25, исключающего необходимость сварки и, следовательно, возможность образования трещин в опорах. Входной ограничитель сохранил подковообразную форму, а выходной, в виде единственной опоры, удерживал диск на месте за центральное углубление с его тыльной стороны. Сам диск выполнялся из высокотемпературного пиролитического углерода и имел выпукло-вогнутую форму.

По своей механической надёжности протезы Bjork—Shiley значительно превосходили лучшие модели шаровых протезов, выдерживая повышенную нагрузку, соответствующую 27—30 годам работы в человеческом сердце.

На сегодняшний день клапаны Bjork—Shiley не выпускаются.

Протезы марки Lillehei—Kaster

Разработчики протеза Lillehei—Cruz—Kaster, понимая его недостатки, к 1965 году предложили модель Lillehei—Kaster. Чтобы устранить застойную зону за дисковым запирающим элементом, R. L. Kaster приблизил к центру титанового корпуса ось поворота диска на 1/3 диаметра гидравлического отверстия. Ограничители хода диска были существенно уменьшены в размерах и перемещены из проходного отверстия на периферию. Диск удерживался между двумя ограничителями и мог открываться на угол до 80° к плоскости корпуса, в закрытом положении этот угол составлял 18° (суммарная экскурсия диска — 62°). Все компоненты клапана были рентгеноконтрастными Gibson T. C., Starck P. J., Moos S. et al. Echocardiographic and phonocardiographic characteristics of the Lillehei—Kaster mitral valve prosthesis // Circulation. — 1974. — Vol. 49 № 3. — P. 434—440. Lillehei С. W., Kaster R. L., Coleman M. et al. Heart-valve replacement with Lillehei—Kaster pivoting disc prosthesis // NY State Med. J. — 1974. — Vol. 74, № 7. — P. 1426—1438..

С 1970 года применявшийся для создания дисков полиформальдегид из-за его чрезмерного износа был заменён на пиролитический углерод, разработкой и исследованием которого именно в рамках этого проекта занимался J. С. Bokros. Такие протезы до настоящего времени хорошо функционируют у многих пациентов Olesen K. H., Rygg I. H., Wennevold A. et al. Aortic valve replacement with Lillehei—Kaster prosthesis in 262 patients: an assessment after 9 to 17 years // Eur. Heart J. — 1991. — Vol. 12, № 6. — P. 680—689. Другая модель Lillehei—Kaster Carbon выполнялась полностью из пиролитического углерода. За более чем тридцатилетний период известно единственное сообщение об отказе клапана этой конструкции. Stewart S., Cianciotta D., Hicks G. L. et al. The Lillehei—Kaster aortic valve prosthesis. Long-term results in 273 patients with 1253 patient-year of follow-up // J. Thorac. Cardiovasc. Surg. — 1998. — Vol. 95, № 6. — P. 1023—1030..

Протезы марки Omni

Дальнейшим развитием протеза Lillehei—Kaster стал клапан Omniscience, выпущенный компанией Medical CV, Inc. (Миннесота) в 1978 году Carrier М., Martineau J. P., Bonan R. et al. Clinical and hemodynamic assessment of the Omniscience prosthetic heart valve // J. Thorac. Cardiovasc. Surg. — 1987. — Vol. 93, № 2. — P. 300—304. Mikhail A. A., Ellis R., Johnson S. Eighteen-year evolution the Lillehei—Kaster valve to the Omni design // An. Thorac. Surg. — 1989. — Vol. 48, № 1. — P. 61—68. Edwards M. S., Russell G. B. et al. Results of valve replacement with Omniscience mechanical prostheses // An. Thorac. Surg. — 2002. — Vol. 74, № 3. — P. 665—670.. Он имел такой же угол открытия (80°), но отличался изогнутым диском и короткими ограничителями хода. Корпус выполнялся из цельной заготовки безникелевого титана, а вязаная пришивная манжета — из тефлона. Диаметр клапанов по пришивной манжете составлял 19—31 мм, а диаметр гидравлического отверстия для аортальной позиции 14,4—24,0 мм, и 14,4—26,0 мм — для митральной.

С 1984 года клапан полностью стал изготавливаться из пиролитического углерода и получил название Omnicarbon. Его диск имеет рентгенопозитивную метку. Диаметр по тефлоновой пришивной манжете составляет 19—33 мм, а гидравлического отверстия — 14—24 мм Thevenet A., Albat B. Long-term follow up of 292 patients after valve replacement with Omnicarbon prosthetic valve // J. Heart valve Dis. — 1995. — Vol. 4, № 5. — P. 634—639. Abe Т., Kamata K., Kuwaki K. et al. Ten years` experience of aortic valve replacement with the Omnicarbon valve prosthesis // An. Thorac. Surg. — 1996. — Vol. 51, № 5. — P. 1182—1187.. Клапан выпускается в настоящее время.

Протезы марки Medtronic—Hall