Технология изготовления и методика использования криосохраненных аллографов в хирургии пороков аортального клапана

УДК 616.126.52-77

Технология изготовления и методика использования крио
сохраненных аллографтов в хирургии пороков аортального клапана / Ю. П. Островский [и др.]. – Минск : Беларуская навука, 
2016. – 229 с. – ISBN 978-985-08-1955-0.

В монографии рассмотрены технологические процессы забора, стерили
зации, криосохранения и использования аллографтов в хирургической коррекции пороков аортального клапана. Приведен обширный обзор данных литературы о применении аллографтов, а также результаты собственных исследований, полученные на различных этапах криоконсервации аллографтов. 
Обсуждаются правовые аспекты, рациональный забор аллографта, его стерилизация, консервация, хранение, доставка из банка тканей до операционного 
блока. Значительное внимание уделяется таким вопросам, как сохранение 
жизнеспособности аллографта и его прочности, техника имплантации, сохранение клеточных элементов и соединительнотканных образований в стенке 
аорты и створках клапана. Приводятся положительные результаты применения культуры клеток в сохранении и формировании структур аллографта.

Книга предназначена для кардиохирургов, кардиологов, трансплантологов 

и специалистов по биоматериалам. 

Табл. 27. Ил. 83. Библиогр.: 257 назв. 

А в т о р ы:

Ю. П. Островский, С. В. Спиридонов, Р. М. Муратов, О. А. Юдина

Р е ц е н з е н т ы:

академик РАН Ю. В. Белов, 

доктор медицинских наук, профессор А. В. Шотт

ISBN 978-985-08-1955-0
© Островский Ю. П., Спиридонов С. В., 
    Муратов Р. М., Юдина О. А., 2016
© Оформление. РУП «Издательский 
    дом «Беларуская навука», 2016

ВВЕДЕНИЕ

Пороки клапанов сердца остаются одной из ведущих причин 

смертности в Республике Беларусь среди пациентов с заболеваниями сердечно-сосудистой системы. В настоящее время поражение аортального клапана является наиболее распространенной 
патологией клапанного аппарата сердца, которая вносит существенный вклад в заболеваемость и смертность [1]. Единственный радикальный метод лечения пороков аортального клапана – 
оперативное вмешательство. Для замены аортального клапана 
сегодня используются в основном механические или биологические протезы. Первое успешное протезирование аортального 
клапана человека было выполнено с использованием шарового механического протеза «Starr Edwards» в 1960 г. Конечно, первая генерация протезов имела много существенных недостатков в виде 
тромбоэмболий, травмирования эритроцитов крови, высоких 
градиентов на клапане, тромбозов. Последующая генерация механических протезов в виде дисковых моностворчатых и двустворчатых протезов не смогла полностью избавиться от этих 
недостатков, характерных для шаровых протезов, и проблемы 
механических клапанов сердца далеки от разрешения. Не найдено атромбогенных материалов, способных предотвращать тромбообразование на протезе, что позволило бы отказаться от антикоагулянтной терапии. Не создано оптимальной конструкции 
механического протеза, позволяющего полностью решить проблему развития паннуса и последующей дисфункции протеза. 
Биологические свиные ксеноаортальные протезы, а впоследствии 

и из бычьего перикарда начали широко использоваться с 1969 г. 
Для предотвращения реакции после имплантации их обрабатывали растворами формалина, глутаральдегида. Хотя биопротезы 
имеют меньшее количество тромбоэмболических осложнений по 
сравнению с механическими протезами, их основным недостатком является ограниченный срок службы. Один из основных недостатков, характерных как для механических, так и для биологических протезов, – отсутствие оптимальной конструкции протеза, 
приводящей к увеличению трансклапанных градиентов при уменьшении диаметра протеза. Более того, наличие в механических 
и биологических протезах синтетической манжеты значительно повышает риск развития инфекции и ее рецидива у пациентов 
с инфекционным и протезным эндокардитом.

Во многом данных проблем лишены аортальные аллограф
ты. Первое упоминание об успешном использовании клапанных 
аллографтов у человека относится к 1956 г., когда Murray имплантировал донорский аортальный клапан в нисходящую аорту 
больному при недостаточности аортального клапана [2]. В дальнейшем Donald Ross и Brian Barratt-Boes независимо друг от друга 
доложили о начале клинического использования аортальных 
аллографтов в ортотопической позиции с использованием субкоронарной методики имплантации [3]. Первые результаты использования аортальных аллографтов показали, что они позволяют 
в значительной степени приблизиться к параметрам функционирования нативного клапана, уменьшают риск тромбоэмболических осложнений и не требуют проведения антикоагулянтной терапии. В то же время начальный опыт использования 
свежих аллографтов показал, что это сопряжено с переносом 
инфекции от донора к реципиенту. Использование различных 
техник стерилизации аллографтов, таких как стерилизация радиацией, химическая стерилизация, было сопряжено с уменьшением долговечности нормальной функции аллографта по сравнению со свежими аллографтами. Решение данной проблемы 
стало возможным с появлением методик стерилизации в растворах антибиотиков.

Однако недостаточно широкая доступность аллографтов, слож
ность подбора донора требовали создания банка аллографтов, 
что, в свою очередь, подталкивало к созданию методик консервации для длительного хранения клапанов. Появление метода 
криоконсервации, включая программированный метод замораживания, разработка криопротекторов позволили хранить аллографт в течение длительного времени без изменения его морфологической и биологический структуры. В дальнейшем это способствовало созданию системы тканевых банков во многих 
экономически развитых странах Европы и Северной Америки.

В некоторых развивающихся странах, таких как Индия, Бра
зилия и др., где стоимость механических и биологических протезов относительно велика, использование аллографтов имеет 
значительное экономическое преимущество, так как аллографты имеют более низкую стоимость. Использование аллографтов 
позволяет избежать приема антикоагулянтов, необходимых при 
использовании механических протезов, что также снижает стоимость лечения больных. Аллографты могут быть клапанами 
выбора при невозможности или нежелании контролировать степень антикоагулянтной терапии.

На постсоветском пространстве впервые криосохраненные 

аллогенные клапаны стали применяться в Научном центре сердечно-сосудистой хирургии (НЦССХ) им. А. Н. Бакулева РАМН. 
В 1992 г. В. П. Подзолков и Г. И. Цукерман выполнили первые 
успешные операции по имплантации этих протезов при хирургической коррекции сложных врожденных и приобретенных пороков сердца. Был создан банк криосохраненных клапанных аллографтов. За истекшее время была отработана принципиальная технологическая схема и созданы условия для производства 
криосохраненных аллографтов. В последующие годы показана 
возможность цитотехнологической модификации аллографтов 
дополнительными химическими воздействиями и заселением 
клетками реципиента. Предполагается, что это может способствовать увеличению долговечности пересаженных клапанов 
за счет снижения иммунного ответа и снижения склонности 
к кальцификации стенки аллографта [4].

Вместе с тем, несмотря на довольно значительный опыт ис
пользования аллографтов, отсутствует единое мнение об организации работы тканевого банка аллографтов, оптимальной технологии изготовления данного вида биопротезов, четкого перечня 
показаний и противопоказаний к применению аллографтов. Противоречивыми оказались методические подходы к различным техникам имплантации. Еще более противоречивыми остаются вопросы долговечности функционирования аллографтов, вопросы 
иммунологии аллографтов.

Глава 1

ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АЛЛОГРАФТОВ

Первое успешное протезирование клапана человека было 

выполнено с использованием шарового механического протеза 
«Starr Edwards» [1]. Свиные, а впоследствии и бычьи клапаны 
сердца начали широко использоваться с 1969 г. Для предотвращения реакции после имплантации их обрабатывали специальными растворами, такими как формалин, глутаральдегид, либо 
эпоксисоединениями. Это приводило к повреждению коллагена 
и ранней дисфункции биопротеза. И хотя биологические протезы имели преимущества перед механическими протезами в виде 
меньшего числа тромбоэмболических осложнений, их основным 
недостатком стал ограниченный срок службы, особенно в детской кардиохирургии [2]. Другой разновидностью протеза клапана сердца является аллографт (аортальный аллографт, или гомографт, – аортальный клапан, трансплантируемый реципиенту 
от донора того же биологического вида, но генетически не идентичного).

Первые попытки использования аллографтов относятся к на
чалу ХХ в., когда Alexis Carrel (рис. 1.1) применил сосудистый 
аллографт в эксперименте на животных [3].

Клиническое использование аллографтов началось значи
тельно позже, когда Gross выполнил пластику коарктации аорты 
с использованием сосудистого аллографта [4], а Dubost осуществил пластику инфраренальной аневризмы также с использованием сосудистого аллографта [5]. Исследование Lam в 1952 г. 
по имплантации аортального аллографта в нисходящую аорту 

собаке показало практическую возможность использования данного вида 
протеза [6]. Первые упоминания об успешном использовании клапанных аллографтов у человека относятся к 1956 г., 
когда Gordon Murray (рис. 1.2) имплантировал донорский аортальный клапан в нисходящую аорту пациенту 
с недостаточностью аортального клапана [7].

В 1961 г. Bigelow имплантировал 

аллографт аортального клапана в ортотопическую позицию, однако данная 
операция завершилась летальным исходом [8]. Duran и Gunning в 1962 г. 
усовершенствовали технику имплантации с использованием обвивного шва 
[9]. В дальнейшем Donald Ross и Brian 
Barratt-Boyes (рис. 1.3, 1.4) независимо 
друг от друга доложили о начале клинического использования аортальных 
аллографтов в ортотопической позиции с использованием субкоронарной 
методики имплантации [10].

Следующим большим шагом в ис
пользовании аллографтов стало начало их использования при реконструкции выносящего тракта правого желудочка при атрезии [11]. Впоследствии 

аллографты начали широко использовать при более сложных 
врожденных патологиях, таких как truncus arterious [12], транспозиция магистральных артерий [13]. Первая операция Росса 
с использованием аллографта была выполнена в 1967 г. [14]. Magdi 
Yacoub (рис. 1.5) широко использовал не подвергшиеся консервации гомовитальные аллографты, эксплантированные у доноров 
при мультиорганном заборе [15].

Рис. 1.1. Алексис Каррель 

(Alexis Carrel)

Рис. 1.2. Гордон Мюррей 

(Gordon Murray)

Предпринимались попытки технического упрощения имплан
тации, а также применения аллографтов в митральной и трехстворчатой позициях (используя специальные стойки, аналогичные каркасным ксенографтам). Однако результаты оказались 
разочаровывающими из-за технических дефектов изготовления 
клапанных протезов непосредственно в операционной [16].

Бурное развитие кардиохирургии в 1970-е гг. привело актив
ному использованию аллографтов для коррекции пороков аортального клапана и восходящего отдела аорты.

Первые результаты использования 

свежезаготовленных (гомовитальных) 
аллографтов показали, что они адекватно корригируют внутрисердечную 
гемодинамику, существенно снижают 
риск тромбоэмболических осложнений, не требуют проведения пожизненной антикоагулянтной терапии, 
улучшают качество жизни оперированных больных. Так, M. Якубом были 
доложены следующие результаты имплантации 275 гомовитальных аллографтов: пятилетняя выживаемость 

Рис. 1.5. Магди Якуб 

(Magdi Yacoub)

Рис. 1.3. Дональд Росс (Donald Ross) 
Рис. 1.4. Брайан Баррет-Бойс 

(Brian Barratt-Boyes) 

составила 92%, а десятилетняя – 85%. Пятилетняя свобода от 
дегенеративных изменений клапана составила 94%, десятилетняя – 89%. Субкоронарная техника имплантации была применена в 147 случаях, а техника «полного корня» – в 128.

Первые попытки имплантации гомовитальных аллографтов 

были сопряжены с риском инфицирования реципиента, поэтому 
в первой половине 1960-х гг. было начато использование аллографтов, подвергшихся различным методам стерилизации. Однако 
применение стерилизации радиацией или химическими агентами привело к снижению долговечности функционирования аллографта по сравнению с гомовитальными аналогами. Подтверждением этому являются опубликованные в 1988 г. результаты 
имплантации 250 химически стерилизованных аллографтов 
в 1965–1972 гг. в клинике Mayo (штат Миннесота, США) с использованием субкоронарной техники. Заготовка аллографтов 
осуществлялась в патолого-анатомических бюро в течение 18 ч 
после констатации биологической смерти донора. После стерилизации аллографты хранились до 4 недель в питательной среде. Средний возраст реципиентов составил 48 лет (минимальный – 5 лет, максимальный – 69 лет). Отдаленные результаты 
протезирования были отслежены в 95% случаев. Десятилетняя 
выживаемость составила 66%, двадцатилетняя – 38%. Десятилетняя свобода от повторных оперативных вмешательств составила 38%, а двадцатилетняя – всего 5% [17]. Высокий процент 
повторных вмешательств, связанных с дисфункцией клапана 
в результате структурной дегенерации ткани, скорее всего, был 
связан с обработкой раствором бета-пропиолактона. Аналогичные результаты были получены в Институте сердечно-сосудистой хирургии им. А. Н. Бакулева. Группа под руководством 
Г. И. Цукермана с 1965 г. разработала и испытала в клинике аллографты, также обработанные бета-пропиолактоном [18].

В дальнейшем это потребовало использования более щадящих 

методов стерилизации. Выход был найден во внедрении методов 
стерилизации с использованием различных комбинаций антибиотиков.