ssmuБюллетень сибирской медициныBulletin of Siberian Medicine1682-03631819-3684Siberian State Medical University, the Ministry of Healthcare of the Russian Federation10.20538/1682-0363-2025-3-52-58ssmu-6160Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL PAPERSГидродинамическая эффективность композитного протеза клапана сердцаHydrodynamic performance of a composite heart valve prosthesishttps://orcid.org/0000-0003-3211-1250КлышниковК. Ю.KlyshnikovK. Yu.

Клышников Кирилл Юрьевич – канд. мед. наук, ст. науч. сотрудник, НИИ КПССЗ.

650002, Кемерово, б-р имени академика Л.С. Барбараша, 6

6 Sosnoviy Blvd., 650002 Kemerovo

klyshku@kemcardio.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6099-0315КостюнинА. Е.KostyuninA. E.

Костюнин Александр Евгеньевич – канд. биол. наук, ст. науч. сотрудник, НИИ КПССЗ.

6 Sosnoviy Blvd., 650002 Kemerovo

6 Sosnoviy Blvd., 650002 Kemerovo

kostae@kemcardio.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2404-2873ОнищенкоП. С.OnishchenkoP. S.

Онищенко Павел Сергеевич – мл. науч. сотрудник, НИИ КПССЗ.

650002, Кемерово, б-р имени академика Л.С. Барбараша, 6

6 Sosnoviy Blvd., 650002 Kemerovo

onisps@kemcardio.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4890-0393ГлушковаТ. В.GlushkovaT. V.

Глушкова Татьяна Владимировна – канд. биол. наук, ст. науч. сотрудник, НИИ КПССЗ.

650002, Кемерово, б-р имени академика Л.С. Барбараша, 6

6 Sosnoviy Blvd., 650002 Kemerovo

glushtv@kemcardio.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0033-9376АкентьеваТ. В.AkentyevaT. N.

Акентьева Татьяна Николаевна – мл. науч. сотрудник, НИИ КПССЗ.

650002, Кемерово, б-р имени академика Л.С. Барбараша, 6

6 Sosnoviy Blvd., 650002 Kemerovo

akentn@kemcardio.ruhttps://orcid.org/0009-0004-1138-9653БорисоваН. Н.BorisovaN. N.

Борисова Наталья Николаевна – мл. науч. сотрудник, НИИ КПССЗ.

650002, Кемерово, б-р имени академика Л.С. Барбараша, 6

6 Sosnoviy Blvd., 650002 Kemerovo

borinn@kemcardio.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8679-4857КутихинА. Г.KutikhinA. G.

Кутихин Антон Геннадьевич – д-р мед. наук, зав. отделом, НИИ КПССЗ.

650002, Кемерово, б-р имени академика Л.С. Барбараша, 6

6 Sosnoviy Blvd., 650002 Kemerovo

kytiag@kemcardio.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7477-3979ОвчаренкоЕ. А.OvcharenkoE. A.

Овчаренко Евгений Андреевич – канд. техн. наук, зав. лабораторией, НИИ КПССЗ.

650002, Кемерово, б-р имени академика Л.С. Барбараша, 6

6 Sosnoviy Blvd., 650002 Kemerovo

ovchea@kemcardio.ruНаучно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний (НИИ КПССЗ)РоссияResearch Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases (RICICD)Russian Federation2025151020252435258Copyright © Клышников К.Ю., Костюнин А.Е., Онищенко П.С., Глушкова Т.В., Акентьева Т.В., Борисова Н.Н., Кутихин А.Г., Овчаренко Е.А., 20252025Клышников К.Ю., Костюнин А.Е., Онищенко П.С., Глушкова Т.В., Акентьева Т.В., Борисова Н.Н., Кутихин А.Г., Овчаренко Е.А.Klyshnikov K.Y., Kostyunin A.E., Onishchenko P.S., Glushkova T.V., Akentyeva T.N., Borisova N.N., Kutikhin A.G., Ovcharenko E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://bulletin.ssmu.ru/jour/article/view/6160

Целью исследования стала гидродинамическая оценка эффективности работы протезов клапанов сердца, изготовленных из ксеноперикарда, защищенного поливиниловым спиртом.

Материалы и методы

Материалы и методы. Для исследования были изготовлены экспериментальные протезы на основе модели биопротеза «ЮниЛайн». Ксеноперикард, использованный для створок, был модифицирован поливиниловым спиртом для улучшения его стойкости к биологическим и механическим воздействиям. Гидродинамические испытания проводили на стенде Pulse Duplicator, который моделирует функцию «левого сердца». Оценивали ключевые параметры работы протеза: средний транспротезный градиент, эффективная площадь отверстия, запирающий объем и объем регургитации. В качестве контроля использовали немодифицированные протезы аналогичного размера.

Результаты

Результаты. Гидродинамические испытания показали, что экспериментальные протезы демонстрируют увеличение среднего транспротезного градиента до 6,59 мм рт. ст. (по сравнению с 5,29 мм рт. ст. у контрольной группы) и уменьшение эффективной площади отверстия до 1,52 см² (в контрольной группе – 1,69 см²). Объем регургитации также увеличился до 23,3 мл/цикл, что выше показателя контроля в 12,2 мл/цикл. Несмотря на это, все показатели остаются в пределах допустимых значений, установленных ГОСТом.

Заключение

Заключение. Использование поливинилового спирта для защиты ксеноперикарда демонстрирует потенциальные преимущества в повышении стойкости материала к биологическим воздействиям, однако сопровождается некоторым ухудшением гидродинамических характеристик протеза. Тем не менее показатели эффективности остаются в пределах нормативов, что открывает возможности для дальнейшего совершенствования технологии. Дальнейшая трансляция технологии в клиническую практику требует корректировки характеристик материала для улучшения функциональных показателей протеза.

The aim of the study was to conduct a hydrodynamic assessment of the efficiency of heart valve prostheses made of xenopericardium protected by polyvinyl alcohol.

Materials and methods

Materials and methods. Experimental prostheses based on the UniLine bioprosthesis model were manufactured for the study. The xenopericardium used for the valve cusps was modified with polyvinyl alcohol to improve its resistance to biological and mechanical effects. Hydrodynamic tests were performed on a Pulse Duplicator system, which simulates the function of the “left heart”. The key parameters of the prosthesis operation were estimated including average transprosthetic gradient, effective orifice area, locking volume, and regurgitant volume. Unmodified prostheses of similar size were used as a control.

Results

Results. Hydrodynamic tests showed that the experimental prostheses demonstrate an increase in the average transprosthetic gradient to 6.59 mm Hg. (compared to 5.29 mm Hg in the control group) and a decrease in the effective orifice area to 1.52 cm² (1.69 cm² in the control group). The regurgitant volume also increased to 23.3 ml per cycle, which is higher than the control value of 12.2 ml per cycle. Despite this, all indicators remain within the permissible values established by the state standard (GOST).

Conclusion

Conclusion. The use of polyvinyl alcohol to protect the xenopericardium demonstrates potential advantages such as increased resistance of the material to biological effects, but is accompanied by some decrease in the hydrodynamics of the prosthesis. Nevertheless, the efficiency indicators remain within the standards, which opens up opportunities for further improvement of the technology. It is necessary to continue research in order to optimize the material and design to improve both the biocompatibility and functional characteristics of the prosthesis.

гидродинамические испытанияпротез клапана сердцатранспротезный градиентэффективная площадь отверстиярегургитацияhydrodynamic testingprosthetic heart valvetransprosthetic gradienteffective orifice arearegurgitationИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 2475-10048, https://rscf.ru/project/24-75-10048/The study was conducting with the support of a grant from the Russian Science Foundation No. 24-75-10048, https://rscf.ru/project/24-75-10048/ReferencesVirani S.S., Alonso A., Benjamin E.J., Bittencourt M.S., Callaway C.W., Carson A.P. et al. Heart Disease and stroke statistics-2020 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 2020;141(9):e139–e596. DOI: 10.1161/CIR.0000000000000757.Virani S.S., Alonso A., Benjamin E.J., Bittencourt M.S., Callaway C.W., Carson A.P. et al. Heart Disease and stroke statistics-2020 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 2020;141(9):e139–e596. DOI: 10.1161/CIR.0000000000000757.Бокерия Л.А., Милиевская Е.Б., Прянишников В.В., Юрлов И.А. Сердечно-сосудистая хирургия-2022. Болезни и врожденные аномалии системы кровообращения. НМИЦ ССХ им. А.Н. Бакулева, 2023.Бокерия Л.А., Милиевская Е.Б., Прянишников В.В., Юрлов И.А. Сердечно-сосудистая хирургия-2022. Болезни и врожденные аномалии системы кровообращения. НМИЦ ССХ им. А.Н. Бакулева, 2023.Алекян Б.Г., Григорьян А.М., Стаферов А.В., Карапетян Н.Г. Рентгенэндоваскулярная диагностика и лечение заболеваний сердца и сосудов в Российской Федерации – 2021 год. Эндоваскулярная хирургия. 2022;9:1–254. DOI: 10.24183/2409-4080-2022-9S.Алекян Б.Г., Григорьян А.М., Стаферов А.В., Карапетян Н.Г. Рентгенэндоваскулярная диагностика и лечение заболеваний сердца и сосудов в Российской Федерации – 2021 год. Эндоваскулярная хирургия. 2022;9:1–254. DOI: 10.24183/2409-4080-2022-9S.Oveissi F., Naficy S., Lee A., Winlaw D.S., Dehghani F. Materials and manufacturing perspectives in engineering heart valves: a review. Mater. Today Bio. 2020;5:100038. DOI: 10.1016/j.mtbio.2019.100038.Oveissi F., Naficy S., Lee A., Winlaw D.S., Dehghani F. Materials and manufacturing perspectives in engineering heart valves: a review. Mater. Today Bio. 2020;5:100038. DOI: 10.1016/j.mtbio.2019.100038.Mohammadi H., Mequanint K. Prosthetic aortic heart valves: Modeling and design. Med. Eng. Phys. 2011;33(2):131–147. DOI: 10.1016/j.medengphy.2010.09.017.Mohammadi H., Mequanint K. Prosthetic aortic heart valves: Modeling and design. Med. Eng. Phys. 2011;33(2):131–147. DOI: 10.1016/j.medengphy.2010.09.017.Барбараш Л.С., Журавлева И.Ю. Эволюция биопротезов клапанов сердца: достижения и проблемы двух десятилетий. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2012;1:4–11.Барбараш Л.С., Журавлева И.Ю. Эволюция биопротезов клапанов сердца: достижения и проблемы двух десятилетий. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2012;1:4–11.Глушкова Т.В., Костюнин А.Е. Структура кальцификатов в биопротезах клапанов сердца, консервированных диглицидиловым эфиром этиленгликоля. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2021;10(2):16–24. DOI: 10.17802/2306-1278-2021-10-2-16-24.Глушкова Т.В., Костюнин А.Е. Структура кальцификатов в биопротезах клапанов сердца, консервированных диглицидиловым эфиром этиленгликоля. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2021;10(2):16–24. DOI: 10.17802/2306-1278-2021-10-2-16-24.Rotman O.M., Kovarovic B., Chiu W.-C., Bianchi M., Marom G., Slepian M.J. et al. Novel Polymeric Valve for Transcatheter Aortic Valve Replacement Applications: In Vitro Hemodynamic Study. Ann. Biomed. Eng. 2019;47(1):113–125. DOI: 10.1007/s10439-018-02119-7.Rotman O.M., Kovarovic B., Chiu W.-C., Bianchi M., Marom G., Slepian M.J. et al. Novel Polymeric Valve for Transcatheter Aortic Valve Replacement Applications: In Vitro Hemodynamic Study. Ann. Biomed. Eng. 2019;47(1):113–125. DOI: 10.1007/s10439-018-02119-7.Motta S.E., Falk V., Hoerstrup S.P., Emmert M.Y. Polymeric valves appearing on the transcatheter horizon. Eur. J. Cardio-Thoracic Surg. 2021;59(5):1057–1058. DOI: 10.1093/ejcts/ezab089.Motta S.E., Falk V., Hoerstrup S.P., Emmert M.Y. Polymeric valves appearing on the transcatheter horizon. Eur. J. Cardio-Thoracic Surg. 2021;59(5):1057–1058. DOI: 10.1093/ejcts/ezab089.Singh S.K., Kachel M., Castillero E., Xue Y., Kalfa D., Ferrari G. et al. Polymeric prosthetic heart valves: A review of current technologies and future directions. Front. Cardiovasc. Med. 2023;10. DOI: 10.3389/fcvm.2023.1137827.Singh S.K., Kachel M., Castillero E., Xue Y., Kalfa D., Ferrari G. et al. Polymeric prosthetic heart valves: A review of current technologies and future directions. Front. Cardiovasc. Med. 2023;10. DOI: 10.3389/fcvm.2023.1137827.Claiborne T.E., Xenos M., Sheriff J., Chiu W.-C., Soares J., Alemu Y. et al. Toward optimization of a novel trileaflet polymeric prosthetic heart valve via device thrombogenicity emulation. ASAIO J. 2013;59(3):275–283. DOI: 10.1097/MAT.0b013e31828e4d80.Claiborne T.E., Xenos M., Sheriff J., Chiu W.-C., Soares J., Alemu Y. et al. Toward optimization of a novel trileaflet polymeric prosthetic heart valve via device thrombogenicity emulation. ASAIO J. 2013;59(3):275–283. DOI: 10.1097/MAT.0b013e31828e4d80.De Gaetano F., Bagnoli P., Zaffora A., Pandolfi A., Serrani M., Bruberrt J. et al. A newly developed tri-leaflet polymeric heart valve prosthesis. J. Mech. Med. Biol. 2015;15(02):1540009. DOI: 10.1142/S0219519415400096.De Gaetano F., Bagnoli P., Zaffora A., Pandolfi A., Serrani M., Bruberrt J. et al. A newly developed tri-leaflet polymeric heart valve prosthesis. J. Mech. Med. Biol. 2015;15(02):1540009. DOI: 10.1142/S0219519415400096.Stasiak J.R., Serrani M., Biral E., Taylor J.V., Zaman A.G., Jones S. et al. Design, development, testing at ISO standards and: In vivo feasibility study of a novel polymeric heart valve prosthesis. Biomater. Sci. 2020;8(16):4467–4480. DOI: 10.1039/d0bm00412j.Stasiak J.R., Serrani M., Biral E., Taylor J.V., Zaman A.G., Jones S. et al. Design, development, testing at ISO standards and: In vivo feasibility study of a novel polymeric heart valve prosthesis. Biomater. Sci. 2020;8(16):4467–4480. DOI: 10.1039/d0bm00412j.Бондаренко Н.А., Суровцева М.А., Лыков А.П., Ким И.И., Журавлева И.Ю., Повещенко О.В. Цитотоксичность ксеногенного перикарда, консервированного эпоксидными соединениями в качестве сшивающих агентов. Современные технологии в медицине. 2021;13(4):27. DOI: 10.17691/stm2021.13.4.03.Бондаренко Н.А., Суровцева М.А., Лыков А.П., Ким И.И., Журавлева И.Ю., Повещенко О.В. Цитотоксичность ксеногенного перикарда, консервированного эпоксидными соединениями в качестве сшивающих агентов. Современные технологии в медицине. 2021;13(4):27. DOI: 10.17691/stm2021.13.4.03.Тимченко Т.П. Бисфосфонаты как потенциальные ингибиторы кальцификации биопротезов клапанов сердца. Современные технологии в медицине. 2022;14(2):68–79. DOI: 10.17691/stm2022.14.2.07.Тимченко Т.П. Бисфосфонаты как потенциальные ингибиторы кальцификации биопротезов клапанов сердца. Современные технологии в медицине. 2022;14(2):68–79. DOI: 10.17691/stm2022.14.2.07.Ovcharenko Е.А., Glushkova T.V., Shishkova D.K., Rezvova M.A., Velikanova E.A., Klyshnikov K.Y. et al. Anti-adhesive properties of epoxy-treated xenopericardium modified with polyvinyl alcohol: in vitro study of leukocyte ad hesion in the pulsatile flow model. Sovrem. Tehnol. Med 2024;16(2):40–46. DOI: 10.17691/stm2024.16.2.04.Ovcharenko Е.А., Glushkova T.V., Shishkova D.K., Rezvova M.A., Velikanova E.A., Klyshnikov K.Y. et al. Anti-adhesive properties of epoxy-treated xenopericardium modified with polyvinyl alcohol: in vitro study of leukocyte ad hesion in the pulsatile flow model. Sovrem. Tehnol. Med 2024;16(2):40–46. DOI: 10.17691/stm2024.16.2.04.Susin F.M., Bagno A., Gerosa G. Hydrodynamic performance of heart valve prostheses: Open discussion on European Committee for Standardization International Organization for Standardization standard 5840. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2010;139(5):1356–1357. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2010.01.025.Susin F.M., Bagno A., Gerosa G. Hydrodynamic performance of heart valve prostheses: Open discussion on European Committee for Standardization International Organization for Standardization standard 5840. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2010;139(5):1356–1357. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2010.01.025.Козлов Б.Н., Петлин К.А., Пряхин А.С., Середкина Е.Б., Панфилов Д.С., Шипулин В.М. Непосредственные и отдаленные результаты применения биопротезов «ЮниЛайн» в аортальной позиции. Клиническая и экспериментальная хирургия. Журнал имени академика Б.В. Петровского. 2017;5(4(18)):37–42.Козлов Б.Н., Петлин К.А., Пряхин А.С., Середкина Е.Б., Панфилов Д.С., Шипулин В.М. Непосредственные и отдаленные результаты применения биопротезов «ЮниЛайн» в аортальной позиции. Клиническая и экспериментальная хирургия. Журнал имени академика Б.В. Петровского. 2017;5(4(18)):37–42.Караськов А.М., Железнев С.И., Рогулина Н.В., Сапегин А.В., Одаренко Ю.Н., Левадин Ю.В. и др. Отечественный биологический протез нового поколения «ЮниЛайн» в хирургии митрального порока: первый опыт. Грудная и сердечно-сосудистая хирургия. 2017;59(2):98–104. DOI: 10.24022/0236-2791-2017-59-2-98-104.Караськов А.М., Железнев С.И., Рогулина Н.В., Сапегин А.В., Одаренко Ю.Н., Левадин Ю.В. и др. Отечественный биологический протез нового поколения «ЮниЛайн» в хирургии митрального порока: первый опыт. Грудная и сердечно-сосудистая хирургия. 2017;59(2):98–104. DOI: 10.24022/0236-2791-2017-59-2-98-104.Студеникина Л.Н., Домарева С.Ю., Голенских Ю.Е., Матвеева А.В., Мельников А.А. Повышение прочности и водостойкости материалов на основе поливинилового спирта с помощью борной кислоты. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2022;2(92):249–255. DOI: 10.20914/2310-12022022-2-249-255.Студеникина Л.Н., Домарева С.Ю., Голенских Ю.Е., Матвеева А.В., Мельников А.А. Повышение прочности и водостойкости материалов на основе поливинилового спирта с помощью борной кислоты. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2022;2(92):249–255. DOI: 10.20914/2310-12022022-2-249-255.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.