Una válvula cardíaca artificial es una válvula unidireccional que se implanta en el corazón de una persona para reemplazar una válvula cardíaca que no funciona correctamente ( enfermedad cardíaca valvular ). Las válvulas cardíacas artificiales se pueden dividir en tres grandes clases: válvulas cardíacas mecánicas, válvulas de tejido bioprotésico y válvulas de tejido diseñado.
El corazón humano contiene cuatro válvulas: válvula tricúspide , válvula pulmonar , válvula mitral y válvula aórtica . Su principal función es mantener el flujo de sangre en la dirección adecuada a través del corazón y desde el corazón hacia los principales vasos sanguíneos conectados a él (la arteria pulmonar y la aorta ). Las válvulas cardíacas pueden funcionar mal por diversas razones, lo que puede impedir el flujo de sangre a través de la válvula ( estenosis ) y/o dejar que la sangre fluya en sentido inverso a través de la válvula ( regurgitación ). Ambos procesos ejercen presión sobre el corazón y pueden provocar problemas graves, incluida la insuficiencia cardíaca . Si bien algunas válvulas disfuncionales se pueden tratar con medicamentos o reparar, otras necesitan ser reemplazadas por una válvula artificial. [2]
Un corazón contiene cuatro válvulas (válvulas tricúspide, pulmonar, mitral y aórtica) que se abren y se cierran a medida que la sangre pasa a través del corazón. [3] La sangre ingresa al corazón en la aurícula derecha y pasa a través de la válvula tricúspide al ventrículo derecho. Desde allí, la sangre es bombeada a través de la válvula pulmonar para ingresar a los pulmones. Después de ser oxigenada, la sangre pasa a la aurícula izquierda, donde es bombeada a través de la válvula mitral al ventrículo izquierdo. El ventrículo izquierdo bombea sangre a la aorta a través de la válvula aórtica .
Existen muchas causas potenciales de daño en las válvulas cardíacas, como defectos congénitos, cambios relacionados con la edad y efectos de otros trastornos, como fiebre reumática e infecciones que causan endocarditis . La presión arterial alta y la insuficiencia cardíaca pueden agrandar el corazón y las arterias, y se puede formar tejido cicatricial después de un ataque cardíaco o una lesión. [4]
Los tres tipos principales de válvulas cardíacas artificiales son las mecánicas, las biológicas (bioprotésicas/tisulares) y las válvulas de ingeniería tisular. En los EE. UU., el Reino Unido y la Unión Europea, el tipo más común de válvula cardíaca artificial es la válvula bioprotésica. Las válvulas mecánicas se utilizan con más frecuencia en Asia y América Latina. [ cita requerida ] Las empresas que fabrican válvulas cardíacas incluyen Edwards Lifesciences, [5] Medtronic, [6] Abbott (St. Jude Medical), [7] CryoLife, [8] y LifeNet Health. [9]
Las válvulas mecánicas se presentan en tres tipos principales: de bola enjaulada, de disco basculante y de dos valvas, con diversas modificaciones en estos diseños. [10] Las válvulas de bola enjauladas ya no se implantan. [11] Las válvulas de dos valvas son el tipo más común de válvula mecánica implantada en los pacientes en la actualidad. [12]
La primera válvula cardíaca artificial fue la válvula de bola enjaulada, un tipo de válvula de retención de bola , en la que una bola se aloja dentro de una jaula. Cuando el corazón se contrae y la presión sanguínea en la cámara del corazón supera la presión en el exterior de la cámara, la bola es empujada contra la jaula y permite que la sangre fluya. Cuando el corazón termina de contraerse, la presión dentro de la cámara disminuye y la bola se mueve hacia atrás contra la base de la válvula formando un sello.
En 1952, Charles A. Hufnagel implantó válvulas cardíacas esféricas enjauladas en diez pacientes (seis de los cuales sobrevivieron a la operación), lo que marcó el primer éxito en válvulas cardíacas protésicas. [ cita requerida ] Una válvula similar fue inventada por Miles 'Lowell' Edwards y Albert Starr en 1960, comúnmente conocida como la válvula esférica de silastic de Starr-Edwards. [13] Esta consistía en una bola de silicona encerrada en una jaula de metacrilato de metilo soldada a un anillo. La válvula Starr-Edwards se implantó por primera vez en un ser humano el 25 de agosto de 1960 y Edwards Lifesciences la dejó de fabricar en 2007. [13]
Las válvulas de bola enjauladas están fuertemente asociadas con la formación de coágulos sanguíneos, por lo que las personas que tienen una requieren un alto grado de anticoagulación , generalmente con un INR objetivo de 3,0 a 4,5. [14]
Introducida en 1969, la primera válvula de disco basculante disponible clínicamente fue la válvula Bjork-Shiley . [15] Las válvulas de disco basculante, un tipo de válvula de retención oscilante , están hechas de un anillo de metal cubierto por un tejido de ePTFE . El anillo de metal sostiene, por medio de dos soportes metálicos, un disco que se abre cuando el corazón late para dejar pasar la sangre, y luego se cierra de nuevo para evitar que la sangre fluya en sentido inverso. El disco suele estar hecho de un material de carbono extremadamente duro ( carbono pirolítico ), lo que permite que la válvula funcione durante años sin desgastarse. [ cita requerida ]
Introducidas en 1979, las válvulas bivalvas están formadas por dos valvas semicirculares que giran alrededor de puntales unidos a la carcasa de la válvula. Con una abertura más grande que las válvulas de bola enjaulada o de disco basculante, conllevan un menor riesgo de coágulos sanguíneos. Sin embargo, son vulnerables al reflujo de sangre. [ cita requerida ]
La principal ventaja de las válvulas mecánicas sobre las válvulas bioprotésicas es su mayor durabilidad. [16] Fabricadas en metal y/o carbono pirolítico , [10] pueden durar entre 20 y 30 años. [16]
Una de las principales desventajas de las válvulas cardíacas mecánicas es que están asociadas con un mayor riesgo de coágulos sanguíneos . Los coágulos formados por daño a los glóbulos rojos y plaquetas pueden bloquear los vasos sanguíneos y provocar un accidente cerebrovascular . Las personas con válvulas mecánicas necesitan tomar anticoagulantes (diluyentes de la sangre), como warfarina , por el resto de su vida. [16] Las válvulas cardíacas mecánicas también pueden causar anemia hemolítica mecánica , una afección en la que los glóbulos rojos se dañan al pasar a través de la válvula. [ cita requerida ] La cavitación , la rápida formación de microburbujas en un fluido como la sangre debido a una caída localizada de la presión, puede provocar una falla de la válvula cardíaca mecánica, [17] por lo que las pruebas de cavitación son una parte esencial del proceso de verificación del diseño de la válvula.
Muchas de las complicaciones asociadas con las válvulas cardíacas mecánicas pueden explicarse a través de la mecánica de fluidos . Por ejemplo, la formación de coágulos sanguíneos es un efecto secundario de las altas tensiones de corte creadas por el diseño de las válvulas. Desde una perspectiva de ingeniería, una válvula cardíaca ideal produciría caídas de presión mínimas, tendría pequeños volúmenes de regurgitación, minimizaría la turbulencia, reduciría la prevalencia de altas tensiones y no crearía separaciones de flujo en las proximidades de la válvula. [ cita requerida ]
Las válvulas mecánicas implantadas pueden provocar el rechazo de cuerpos extraños. La sangre puede coagularse y, en última instancia, producir hemostasia. El uso de anticoagulantes será interminable para prevenir la trombosis. [18] [ Se necesita una fuente no primaria ]
Las válvulas bioprotésicas suelen estar hechas de tejido animal (heteroinjerto/ xenoinjerto ) adherido a un soporte de metal o polímero. [11] El tejido bovino (vaca) es el más comúnmente utilizado, pero algunas están hechas de tejido porcino (cerdo). [19] [ fuente no primaria necesaria ] El tejido se trata para prevenir el rechazo y la calcificación . [ cita requerida ]
En ocasiones se utilizan alternativas a las válvulas de tejido animal, en las que se utilizan válvulas de donantes humanos, como en los homoinjertos aórticos y los autoinjertos pulmonares . Un homoinjerto aórtico es una válvula aórtica de un donante humano, recuperada después de su muerte o de un corazón que se extrae para ser reemplazado durante un trasplante de corazón. [12] Un autoinjerto pulmonar, también conocido como procedimiento de Ross , es donde se extrae la válvula aórtica y se reemplaza con la propia válvula pulmonar del paciente (la válvula entre el ventrículo derecho y la arteria pulmonar). Luego se utiliza un homoinjerto pulmonar (una válvula pulmonar tomada de un cadáver) para reemplazar la propia válvula pulmonar del paciente. Este procedimiento se realizó por primera vez en 1967 y se utiliza principalmente en niños, ya que permite que la propia válvula pulmonar del paciente (ahora en posición aórtica) crezca con el niño. [12]
Las válvulas bioprotésicas tienen menos probabilidades de provocar coágulos sanguíneos que las válvulas mecánicas, por lo que no requieren anticoagulación de por vida. Como resultado, las personas con válvulas bioprotésicas tienen un menor riesgo de sangrado que aquellas con válvulas mecánicas. [16]
Las válvulas de tejido son menos duraderas que las válvulas mecánicas, y suelen durar entre 10 y 20 años. [20] Esto significa que las personas con válvulas bioprotésicas tienen una mayor incidencia de necesitar otro reemplazo de válvula aórtica en su vida. [16] Las válvulas bioprotésicas tienden a deteriorarse más rápidamente en pacientes más jóvenes. [21]
En los últimos años, los científicos han desarrollado una nueva tecnología de conservación de tejidos con el objetivo de mejorar la durabilidad de las válvulas bioprotésicas. En estudios realizados con ovejas y conejos, el tejido conservado mediante esta nueva tecnología presentó menos calcificación que el tejido de control. [22] Actualmente se comercializa una válvula que contiene este tejido, pero aún no se dispone de datos sobre la durabilidad a largo plazo en pacientes. [23] [ Se necesita una fuente no primaria ]
Las válvulas bioprotésicas actuales carecen de longevidad y se calcifican con el tiempo. [24] Cuando una válvula se calcifica, las cúspides de la válvula se vuelven rígidas y gruesas y no pueden cerrarse completamente. [24] Además, las válvulas bioprotésicas no pueden crecer con el paciente ni adaptarse a él: si un niño tiene válvulas bioprotésicas, necesitará que se las reemplacen varias veces para que se ajusten a su crecimiento físico. [24]
Durante más de 30 años, los investigadores han estado tratando de hacer crecer válvulas cardíacas in vitro . [25] Estas válvulas diseñadas por tejidos implican la siembra de células humanas en un andamio. [25] Los dos tipos principales de andamios son los andamios naturales, como el tejido descelularizado, o los andamios hechos de polímeros degradables. [26] El andamio actúa como una matriz extracelular , guiando el crecimiento del tejido hacia la estructura 3D correcta de la válvula cardíaca. [26] [25] Algunas válvulas cardíacas diseñadas por tejidos se han probado en ensayos clínicos, [26] pero ninguna está disponible comercialmente.
Las válvulas cardíacas diseñadas con tejidos pueden ser específicas para cada persona y modeladas en 3D para adaptarse a un receptor individual [27]. La impresión 3D se utiliza debido a su alta precisión y exactitud al tratar con diferentes biomateriales. [27] Se espera que las células que se utilizan para las válvulas cardíacas diseñadas con tejidos secreten la matriz extracelular (ECM). [24] La matriz extracelular proporciona soporte para mantener la forma de las válvulas y determina las actividades celulares. [28]
Los científicos pueden seguir la estructura de las válvulas cardíacas para producir algo que se parezca a ellas, pero como las válvulas diseñadas con tejidos carecen de la base celular natural, o no realizan sus funciones como las válvulas cardíacas naturales o funcionan cuando se implantan pero se degradan gradualmente con el tiempo. [ cita requerida ] Una válvula cardíaca diseñada con tejidos ideal sería no trombogénica, biocompatible, duradera, resistente a la calcificación, crecería con el corazón circundante y exhibiría un perfil hemodinámico fisiológico. [29] Para lograr estos objetivos, el andamiaje debe elegirse con cuidado: hay tres candidatos principales: ECM descelularizado (xenoinjertos u homoinjertos), polímeros naturales y polímeros sintéticos. [29]
Las válvulas mecánicas y de tejido están hechas de diferentes materiales. Las válvulas mecánicas generalmente están hechas de titanio y carbono. [30] Las válvulas de tejido están hechas de tejido humano o animal. Las válvulas compuestas de tejido humano, conocidas como aloinjertos u homoinjertos, provienen de corazones humanos de donantes. [30]
Las válvulas mecánicas pueden ser una mejor opción para personas más jóvenes y personas con riesgo de deterioro de la válvula debido a su durabilidad. También son preferibles para personas que ya están tomando anticoagulantes y personas que probablemente no tolerarían otra operación de reemplazo de válvula. [ cita requerida ]
Las válvulas de tejido son mejores para los grupos de mayor edad, ya que es posible que no sea necesaria otra operación de reemplazo de válvula en su vida. Debido al riesgo de formación de coágulos sanguíneos en el caso de las válvulas mecánicas y al sangrado intenso como efecto secundario principal de tomar medicamentos anticoagulantes, las personas que tienen riesgo de sangrado sanguíneo y no están dispuestas a tomar warfarina también pueden considerar las válvulas de tejido. Otros pacientes que pueden ser más adecuados para las válvulas de tejido son las personas que tienen otras cirugías planificadas y no pueden tomar medicamentos anticoagulantes. Las personas que planean quedarse embarazadas también pueden considerar las válvulas de tejido, ya que la warfarina causa riesgos durante el embarazo. [ cita requerida ]
Lo ideal es que una válvula cardíaca artificial funcione como una válvula cardíaca natural. [11] El funcionamiento de las válvulas cardíacas naturales se caracteriza por muchas ventajas:
El rendimiento de una válvula cardíaca artificial se puede probar in vitro antes del uso clínico mediante un duplicador de pulsos . [32]
Se espera que las válvulas cardíacas artificiales duren entre 10 y 30 años. [16]
Los problemas más comunes con las válvulas cardíacas artificiales son varias formas de degeneración, incluyendo la ondulación importante de las valvas, la patología isquémica de la válvula mitral y el alargamiento menor de las cuerdas. [24] El proceso de reparación de la regurgitación y estenosis de la válvula cardíaca artificial generalmente requiere una cirugía a corazón abierto, y generalmente se prefiere una reparación o reemplazo parcial de las válvulas regurgitantes. [24]
Los investigadores están investigando la cirugía basada en catéter que permite reparar una válvula cardíaca artificial sin grandes incisiones. [33]
Los investigadores están investigando una válvula cardíaca protésica intercambiable que permite rehacer y acelerar la reparación de una válvula cardíaca artificial. [34]
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