DE2519107C3 - Verfahren zum Präparieren von natürlichem Geweben für eine Implantation und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Präparieren von natürlichen Geweben mit druckverformbaren Gefäßen, insbesondere Herzklappen, für eine Implantation, unter Verwendung einer Gerbflüssigkeit, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bisher wurden druckverformbare Gefäße von natürlichen Geweben, z. B. Herzklappen, Arterien, Venen, für eine Implantation in einem Bad mit einer Gerbflüssigkeit präpariert. Die so präparierten Gewebe zeigten jedoch eine mangelnde Formbeständigkeit, Festigkeit und Lebensdauer, nachdem sie implantiert waren.

In den USA wurde Gerbflüssigkeit zur Vorbehandlung von natürlichen Geweben, die für eine Implantation bestimmt waren, angewandt. Zur Aufrechternaitung der normalen Form von Herzklappen wurde die anschließende Aorta mit Watte ausgestopft. Dieses Verfahren führte jedoch zu keinen befriedigenden

ίο Ergebnissen.

Andererseits ist durch eine Reihe von Veröffentlichungen, z. B. die DE-OS 19 38 275 und 22 41 698 eine Perfusion von Organen bekannt geworden. Diese Organe sollen dadurch am Leben gehalten werden, bis sie bei einem Patienten implantiert werden können. Dieses Verfahren wird z. B. bei ganzen Nieren angewandt.

Durch die vorliegende Erfindung sollen nicht ganze Organe am Leben erhalten, sondern Gefäße von natürlichen Geweben für eine Transplantation vorbehandelt werden. Die Gewebe sind nicht mehr lebend sondern inert. Bei dem Präparierverfahren soll dafür gesorgt werden, daß die Gefäße ihre Flexibilität beibehalten. Insbesondere Herzklappen sollen durch das Präparierverfahren instandgesetzt werden, später, nach der Implantation, ihre natürliche Funktion auszuüben und periodisch zu öffnen und zu schließen.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.

Während des gesamten Präparierverfahrens werden die Gefäße also einem pulsierenden Druck ausgesetzt. Während auf die Außenseite der Gefäße Gerbflüssigkeit bei einem Druck unterhalb des physiologischen Bereiches einwirkt, wirkt auf deren Innenseite ein ebenfalls durch die Gerbflüssigkeit übertragener Druck ein, der periodisch zwischen einem Wert im physiologischen Bereich und einem niedrigeren Wert schwankt. Infolgedessen nehmen die Gefäße periodisch ihre natürliche Form ein. Auf diese Weise erzielt man eine hervorragende Flexibilität und Dehnbarkeit der Gefäße ohne daß man auf eine unter Druck erfolgende Fixierung verzichten müßte. Die so präparierten Gefäße haben eine lange Lebensdauer und arbeiten nach der Implantation zuverlässig.

Die Erfindung bezieht sich außerdem gemäß Anspruch 7 auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der maximal erzielbare Druck, der zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Gefäße wirken kann, ergibt sich durch die Höhendifferenz zwischen den beiden Behältern, während für die Pulsation eine Einrichtung zum impulsweisen Absenken des maximal erzielbaren Druckes sorgt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt, teilweise in Seitenansicht, eine Herzklappe und eine Einrichtung zum Zuführen von unter Druck stehender Gerbflüssigkeit.

F i g. 2 zeigt in Seitenansicht und teilweise im Schnitt eine Vorrichtung zur Behandlung einer Anzahl von Herzklappen.

F i g. 3 zeigt in Draufsicht eine Verzweigung von Rohrleitungen, die zu den in einem Behälter angeordneten Herzklappen führen.

F i g. 4 ist ein Querschnitt durch eine Herzklappe nach Linie 4-4 in Fi g. 1.

Fig. 5 und 6 sind lotrechte Schnitte durch Teile von Einrichtungen zur Behandlung eines geraden und eines gekrümmten Gefäßes.

Bei dem in den Fig. 1—4 gezeigten Beispiel handeil es sich um das Präparieren von zu implantierenden Herzklappen. In Fig. 1 ist eine Aortaklappe 10 dargestellt, die zusammen mit der aufsteigenden Aorta 11 herausgeschnitten worden ist, wobei äußeres Gewebe entfernt wurde. Dabei wurden die Aorta oberhalb des Sinus Valsalva, der Kreisring und die unterhalb der Klappen liegenden Teile entfernt. Die Koronaarterien 12 wurden durch Fäden 13 abgebunden. Die Aorta 11 wurde dann um einen Gummistöpsel 15 herum ausgedehnt, der in seiner Mitte eine axiale Durchführung 16 hat Der Stöpsel 15 wird in der Aorta 11 oberhalb der Klappe 10, zwischen dieser und dem Bogen der Aorta angeordnet. Ein Faden 17 wird außen herumgewickelt, um die Aorta an dem Stöpsel 15 zu befestigen. Auf diese Weise wird eine Kammer 19 innerhalb der Herzklappe hergestellt, die an ihrem vnteren Ende durch die einzelnen Klappen 20 abgeschlossen ist. Ein Zugang zu dem obe-en Abschnitt der Kammer 19 wird durch die Durchführung 16 in dem Stöpsel 15 ermöglicht. Dadurch kann man unter Druck stehende Gerbflüssigkeit in die Kammer 19 einbringen, um die Herzklappe 10 auf ihre natürliche Größe auszudehnen.

Um Herzklappen unter Druck zu setzen, kann die in den F i g. 2 und 3 dargestellte Anordnung verwendet werden, mit der mehrere Klappen gleichzeitig behandelt werden können. Zu dieser Anordnung gehört ein offener Behälter 22, von dessen Boden eine Leitung 23 zu einer Pumpe 24 führt. Letztere ist über eine Leitung 25 mit einem Vorratsbehälter 26 verbunden, der oberhalb des Behälters 22 angeordnet ist. Ein Filter 27 in der Leitung 25 hält Verunreinigungen zurück. Von dem Vorratsbehälter 26 erstreckt sich eine Leitung 28 nach unten, zu einer Hauptverzweigung 29. Ein Sperrventil 30 kann in der Leitung 28 vorgesehen sein.

- Mit der Hauptverzweigung 29 sind zusätzliche, kleinere Verzweigungen 31 verbunden, von denen eine jede mehrere nrch unten ragende Leitungsstücke 32 hat. Die Öffnungen 16 der Stöpsel 15, an denen die Herzklappen befestigt worden sind, nehmen die offenen, unteren Enden der Leitungsstücke 32 auf. Auf diese Weise erhalten die Herzklappen 10 in dem Behälter 22 ihre vorbestimmle Lage.

Eine geeignete Gerbflüssigkeit 33, wie z. B. Formaldehyd, Glutaraldehyd oder ein anderes Aldehyd wird in den Behälter 22 und den Vorratsbehälter 26 gefüllt. Die Gerbflüssigkeit in dem Behälter 22 bedeckt das Äußere der eingetauchten Herzklappen 10.

Die Gerbflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 26 steht mit dem Inneren der Kammern 19 der Herzklappen 10 in Verbindung und wird von den einzelnen Klappen 20 zurückgehalten. Da der Vorratsbehälter 26 oberhalb der Herzklappen 10 angeordnet ist, ergibt sich ein statischer Druck, der von den Kammern 19 her auf die Herzklappen 10 einwirkt. Dieser Druck wird von der Proximalaorta her ausgeübt, so daß er auf die stromabwärts gerichtete Seite der Herzklappe 10 einwirkt, wodurch die Herzklappe erweitert wird und ihre natürliche Form annimmt.

Die maximale Höhendifferenz zwischen den Flüssigkeitsspiegeln in den beiden Behältern und damit der maximale statische Druck wird so bemessen, daß er im physiologischen Bereich liegt, nämlich zwischen 0,1 und 0,16 bar, wobei 0,1 bar der am meisten verwendete Druckwert ist. Der Druck wird überwacht, und wenn notwendig, dadurch verändert, daß die relative Höhe zwischen dem Vorratsbehälter 26 und dem Behälter 22 geändert wird.

Zu der erfindungsgemäßen Anordnung gehört ferner eine Einrichtung, durch die in den Kammern 19 ein pulsierender Druck erzeugt werden kann, so daß der Druck zwischen einem Wert im physiologischen Beteich und einem tieferen Wert schwankt. Auf diese Weise werden die Herzklappen 10 rhythmisch auf ihre natürliche Form ausgeweitet.

Ein T-Stück 36 ist in der Leitung 28, die von dem Vorratsbehälter 26 zu der Verzweigung 29 führt, angeordnet. Das T-Stück 36 ist so ausgerichtet, daß eine gerade Durchführung 37 senkrecht verläuft, während sein seitlicher Durchgang 38 waagerecht verläuft und zu der Verzweigung 29 führt. Am oberen Ende des T-Stückes 36 ist der senkrechte Teil der Leitung 28 befestigt, die sich von dem Vorratsbehälter 26 nach unten erstreckt.

Am unteren Ende des T-Stückes ist eine Abflußleitung 40 vorgesehen, in der ein automatisch zu steuerndes Ventil 41 angeordnet ist, welches abwechselnd geöffnet und geschlossen wird, jede geeignete Anordnung kann für die Ventilsteuerung verwendet werden, wie z. B. eine von einem Motor angetriebene Betätigungseinrichtung 42, wie es in der F i g. 2 angedeutet ist.

Das Ventil 41 in der Leitung 28 wird fortwährend durch die Betätigungseinrichtung 42 geöffnet und geschlossen. Wenn das Ventil 41 geschlossen ist wirkt auf die Innenseiten der Kammern 19 ein Druck von 0,1 bis 0,16 bar ein. Dadurch werden die Herzklappen 10 ausgedehnt und nehmen ihre natürliche Form ein, wie es in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Wenn das Ventil 41 geöffnet ist, fließt Gerbflüssigkeit 33 unmittelbar aus dem Behälter 26 durch die senkrechte Durchführung 37 des T-Stückes 36 in die Abflußleitung 40. Dadurch läßt der Druck innerhalb der Kammern 19 nach. Zusätzlich entsteht durch die Strömung in der Durchführung 37 des T-Stücks 36 eine Venturiwirkung, so daß in den Kammern 29 ein Unterdruck erzielt werden kann. Durch die fortwährende Betätigung des Ventils 41 wird ein pulsierender Druck innerhalb der Kammer 19 erzielt, der zwischen einem Maximaldruck innerhalb des normalen physiologischen Bereiches und einem sehr kleinen Druck oder sogar einem Vakuum schwankt. Dieser Druckzyklus in der Kammer 19, der bei einem typischen Beispiel eine Periode von einer Sekunde aufweist, wird während der gesamten Gerbbehandlung aufrecht erhalten. Eine vollständige Fixierung des Gewebes einer Herzklappe in einer 4%igen Formaldehydlösung oder einer 0,2%igen Glutaraldehydlösung tritt nach ungefähr 12 Stunden auf. Jedoch ist es vorteilhaft, die Fixierung bis auf 72 Stunden auszudehnen.

Als bevorzugte Gerbflüssigkeit wird eine 0,2%ige Glutaraldehydlösung verwendet, die auf einen pH-Wert von 7,4 abgepuffert ist und eine Osmolarität von 290 Milliosmol hat. Durch den pulsierenden Druck innerhalb der Kammer 19 wird in vorteilhafter Weise währen des Fixierens das Gewebe gewölbt, wodurch eine wesentlich größere Flexibilität am Ende des Verfahrens erhalten wird. Dies ist besonders wichtig, um eine längere Arbeit der Herzklappen sicherzustellen. Die Lebensdauer der Herzklappen wird erheblich erhöht. Gleichzeitig erzielt man die Vorteile, die dadurch entstehen, daß die Gerbflüssigkeit unter Druck einwirkt. Infolgedessen schrumpft während des Gerbverfahrens die Herzklappe 10 nicht und behält ihre natürliche Gestalt, wenn die Fixierung abgeschlossen ist. Die

Zugfestigkeit der Herzklappe wird erhöht, das Fixiermittel dringt besser und gleichmäßiger ein. Von vornherein undichte Herzklappen werden bei diesem Gerbverfahren ermittelt und können entfernt weiden.

Die Erfindung kann auch gemäß Fig. 5 zur Präparierung von Arterien und Venen zur Implantation verwendet werden. Hier wird ein Ende eines jeden Gefäßes 44 über das sich nach unten erstreckende Leitungsstück 45 einer Verzweigung 46 geschoben und mittels Fäden 47 gehalten. Die Verzweigung 46 kann im wesentlichen so ausgebildet sein wie die Verzweigung 31, die oben beschrieben worden ist. Das Gefäß 44 wird von einem flachen Behälter 48 aufgenommen, in dem sich die Gerbflüssigkeit 33 befindet. Das andere Ende 49 des Gefäßes 44 und seine seitlichen Abzweigungen 51 werden durch Fäden 52 abgebunden. Dadurch bildet das Gefäß 44 eine geschlossene Kammer. Im Inneren des Gefäßes 44 ist ein gerader Stab 53 angeordnet, der sich über den größten Teil der Länge des Gefäßes erstreckt. Der Stab 53 besteht aus einem geeigneten, unangreifbaren Werkstoff, wie z. B. Glas oder einem Kunststoff, wie z. B. Polyolefin und hat einen konstanten Außendurchmesser. Der Durchmesser des Stabes 53 ist kleiner als der des Gefäßes 44, wenn es einem normalen physiologischen Druck ausgesetzt ist. Der Stab hält das Gefäß gerade und in seiner natürlichen Form.

Die Verzweigung 46 ist neben dem Behälter 48 mit einem T-Stück 36 verbunden, an dem ein ventilgesteuerter Abfluß angeordnet ist, wie es bei der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben worden ist. Der Druck innerhalb des Gefäßes 44 schwankt infolgedessen während des Gerbzyklus zwischen dem physiologischen Bereich und einem kleineren Wert. Der Gerbzyklus dauert so lange wie der bei einer Herzklappe. Durch den schwankenden Druck wird die Gefäßwand gewölbt. Sie nimmt periodisch ihre unter natürlichem Druck vorhandene Gestalt an. Während dieser Zeil dient der Stab 53 als Führung, um das Gefäß 44 gerade zu halten. Nach Abschluß des Gerbverfahrens besitzt das Gefäß 44 eine bedeutende Flexibilität, wie bereits erwähnt wurde. Es treten auch die anderen Vorteile auf, die durch eine Druckbehandlung mit Gerbflüssigkeit erzielt werden.

Ein gekrümmter Stab kann verwendet werden, um einem Gefäß eine besondere Form während des Fixierens aufzuzwingen. Eine ronrförrnige Führung kann auch verwendet werden, um einem Gefäß eine gekrümmte, gerade oder eine andere Gestalt während des Fixierens zu geben. In Fig. 6 umgibt eine gekrümmte Röhre 55 ein Gefäß 56, um dieses zu führen und ihm eine entsprechende Form zu verleihen. Der Innendurchmesser der Röhre 55 ist größer als der Außendurchmesser des Gefäßes 56, wenn es nicht unter Druck steht (Fig.6). Während der zwischenzeitlichen Druckwirkung nähert sich das Gefäß der Innenfläche der Röhre 55. Nach Abschluß des Gerbverfahrens behält das Gefäß 56 die allgemeine Form der Röhre 55 und besitzt zugleich die bereits erwähnte Flexibilität und die anderen verbesserten Eigenschaften.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Präparieren von natürlichen Geweben mit druckverformbaren Gefäßen, insbesondere Herzklappen, für eine implantation, unter Verwendung einer Gerbflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Inneren der druckverformbaren Gefäße in Verbindung stehende Gerbflüssigkeit einem Druck ausgesetzt wird, der periodisch zwischen einem Wert im physiologischen Bereich und einem niedrigeren Wert schwankt, wobei die äußere Oberfläche der Gefäße mit Gerbflüssigkeit bei einem Druck unterhalb des physiologischen Bereiches in Verbindung steht

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im physiologischen Bereich zwischen etwa 0,1 und etwa 0,16 bar liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Gerbflüssigkeit eine 0,2%ige Glutaraldehydlösung verwendet wird, die auf einen pH-Wert von ungefähr 7,4 abgepuffert ist und eine Osmolarität von ungefähr 290 Milliosmol hat.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gerbflüssigkeit auf die Gefäße bis 72 Stunden einwirkt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckschwankungen mit einer Periode von ungefähr einer Sekunde erfolgen.

6 Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Gerbung alle Öffnungen der Gefäße bis auf je eine, die zur Zuführung der Gerbflüssigkeit ins Innere dient, geschlossen sind.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Gerbflüssigkeit in verschiedenen Höhenlagen zwei Behälter (26, 22; 48) vorgesehen sind, von denen der untere (22; 48) zur Aufnahme der Gefäße (11; 44; 56) dient, daß die Höhendifferenz zwischen den Behältern dem maximal zu erzielenden Druck im physiologischen Bereich entspricht, daß Rohrleitungen (28,38,31,32; 46, 45) vom oberen Behälter zu den druckverformbaren Gefäßen im unteren Behälter führen und daß eine Einrichtung (41, 42) zum iinpulsweisen Absenken des Druckes an diese Rohrleitungen angeschlossen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (41,42) zum impulsweisen Absenken des Druckes unterhalb der Rohrleitungen (28, 38, 31, 32, 46, 45) zu den Gefäßen angeordnet ist und ein entsprechend steuerbares Ventil (41,42) mit Abfluß (40) aufweist.