صمام القلب الاصطناعي

صمام القلب الاصطناعي هو صمام أحادي الاتجاه يُزرع في قلب الإنسان ليحل محل صمام القلب الذي لا يعمل بشكل صحيح ( مرض صمامات القلب ). ويمكن تصنيف صمامات القلب الاصطناعية إلى ثلاث فئات رئيسية: صمامات القلب الميكانيكية، وصمامات الأنسجة الحيوية، وصمامات الأنسجة المُهندسة.

يحتوي قلب الإنسان على أربعة صمامات: الصمام ثلاثي الشرفات ، والصمام الرئوي ، والصمام المترالي ، والصمام الأبهري . وظيفتها الأساسية هي ضمان تدفق الدم في الاتجاه الصحيح عبر القلب، ومن القلب إلى الأوعية الدموية الرئيسية المتصلة به ( الشريان الرئوي والأبهر ). قد تتعطل صمامات القلب لأسباب متعددة، مما قد يعيق تدفق الدم عبر الصمام ( تضيق ) و/أو يسمح بتدفق الدم عكسيًا عبر الصمام ( ارتجاع ). كلتا العمليتين تُرهقان القلب وقد تؤديان إلى مشاكل خطيرة، بما في ذلك قصور القلب . في حين يمكن علاج بعض الصمامات المعطلة بالأدوية أو إصلاحها، يحتاج البعض الآخر إلى استبداله بصمام اصطناعي. ^{[ 2 ]}

يحتوي القلب على أربعة صمامات (الصمام ثلاثي الشرفات، والصمام الرئوي، والصمام المترالي، والصمام الأبهري) التي تفتح وتغلق أثناء مرور الدم عبره. ^{[ 3 ]} يدخل الدم إلى القلب من الأذين الأيمن، ثم يمر عبر الصمام ثلاثي الشرفات إلى البطين الأيمن. ومن هناك، يُضخ الدم عبر الصمام الرئوي إلى الرئتين. وبعد أن يتأكسج، ينتقل الدم إلى الأذين الأيسر، حيث يُضخ عبر الصمام المترالي إلى البطين الأيسر. ثم يضخ البطين الأيسر الدم إلى الشريان الأورطي عبر الصمام الأبهري .

توجد أسباب محتملة عديدة لتلف صمامات القلب، مثل العيوب الخلقية، والتغيرات المرتبطة بالعمر، وتأثيرات اضطرابات أخرى، كالحمى الروماتيزمية والعدوى المسببة لالتهاب الشغاف . كما أن ارتفاع ضغط الدم وفشل القلب قد يؤديان إلى تضخم القلب والشرايين، وقد تتشكل أنسجة ندبية بعد نوبة قلبية أو إصابة. ^{[ 4 ]}

تُصنّف صمامات القلب الاصطناعية إلى ثلاثة أنواع رئيسية: الميكانيكية، والبيولوجية (الحيوية/النسيجية)، والمصنعة بتقنية هندسة الأنسجة. في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة والاتحاد الأوروبي، يُعدّ الصمام الحيوي النوع الأكثر شيوعًا. أما الصمامات الميكانيكية، فهي أكثر استخدامًا في آسيا وأمريكا اللاتينية .

تتوفر الصمامات الميكانيكية بثلاثة أنواع رئيسية: صمام الكرة المحصورة، وصمام القرص المائل، والصمام ثنائي الشرفات، مع وجود تعديلات مختلفة على هذه التصاميم. ^{[ 5 ]} لم يعد يتم زرع صمامات الكرة المحصورة. ^{[ 6 ]} تُعد الصمامات ثنائية الشرفات النوع الأكثر شيوعًا من الصمامات الميكانيكية المزروعة في المرضى اليوم. ^{[ 7 ]}

عمليات الزرع الأولى

كان أول صمام قلب اصطناعي عبارة عن أنبوب بلاستيكي شفاف مزود بكرة حرة الحركة، محصورة بين فتحتين ضيقتين عند المدخل والمخرج. كان تصميم صمام الكرة ذي الشكل غير المتماثل يفتح عند انقباض القلب وارتفاع ضغط الدم داخله فوق الضغط الخارجي، مما يسمح بتدفق الدم. وعندما ينتهي انقباض القلب، ينخفض ​​الضغط داخله، مما يسمح للكرة بالعودة إلى قاعدة الصمام لإحكام إغلاقه. زرع تشارلز أ. هوفناغل تصميمه للأنبوب والكرة في عشرة مرضى (نجا ستة منهم من العملية) عام ١٩٥٢، مسجلاً بذلك أول عملية زرع صمام قلب، ولكن بنجاح محدود. واستمرت عمليات زرع هوفناغل على مدى السنوات الثماني التالية. ومع ذلك، لم يُثبت هذا التصميم فعاليته كعلاج طبي موثوق، ولم يُعتمد كذلك. ^{[ ٨ ]}

يُعرف مايلز "لويل" إدواردز بأنه أول من اخترع صمام قلب آمن وفعال حقًا. ^{[ 9 ]} اعتمد تصميمه على صمام فحص كروي مُحاط بقفص، حاصل على براءة اختراع. ^{[ 10 ]} زُرع تصميم إدواردز جراحيًا لأول مرة على يد ألبرت ستار عام 1960، واستُخدم بنجاح لإنقاذ مرضى القلب حول العالم على مدى 47 عامًا تالية. يتكون التصميم من كرة سيليكونية مُحاطة بقفص من ميثيل ميثاكريلات ملحوم بحلقة. يُعرف اختراع إدواردز اليوم باسم صمام ستار-إدواردز، الذي لا يزال يُنقذ حياة العديد من مرضى القلب الذين عُولجوا قبل عام 2007. ^{[ 11 ]} سجل صمام ستار-إدواردز رقمًا قياسيًا في خدمة المريض لمدة 48 عامًا قبل الحاجة إلى استبداله. ^{[ 12 ]} ترتبط صمامات القلب الميكانيكية، مثل صمام ستار-إدواردز، ارتباطًا وثيقًا بتكوّن الجلطات الدموية، وتتطلب جرعة عالية من مضادات التخثر ، وعادةً ما يكون الهدف هو الوصول إلى نسبة INR مُحددة. 3.0–4.5. ^{[ 13 ]} في عام 2007، تم إيقاف استخدام صمام ستار-إدواردز واستبداله بحلقة رأب الصمام إدواردز ميكسو إي تي لوجيكس من شركة إدواردز لايف ساينسز . ^{[ 14 ]}

صمامات القرص المائل

كان صمام بيورك-شيلي أول صمام قرصي مائل يُستخدم سريريًا، وقد طُرح في عام 1969. [ ^{15 ] تُصنع} الصمامات القرصية المائلة، وهي نوع من صمامات الفحص المتأرجحة ، من حلقة معدنية مغطاة بنسيج من مادة البولي تترافلوروإيثيلين الموسع (ePTFE ). تحمل الحلقة المعدنية، بواسطة دعامتين معدنيتين، قرصًا ينفتح مع نبضات القلب ليسمح بتدفق الدم، ثم ينغلق مرة أخرى لمنع تدفق الدم عكسيًا. عادةً ما يُصنع القرص من مادة كربونية شديدة الصلابة ( كربون بيروليتي )، مما يُمكّن الصمام من العمل لسنوات دون أن يتلف.

صمامات ثنائية الأوراق

تم طرح الصمامات ثنائية الشرفات عام 1979، وهي تتكون من شرفتين نصف دائريتين تدوران حول دعامات مثبتة على غلاف الصمام. وبفضل فتحتها الأكبر مقارنةً بصمامات الكرة المغلقة أو صمامات القرص المائل، فإنها أقل عرضةً لتكوّن الجلطات الدموية. إلا أنها مع ذلك، فهي عرضة لارتجاع الدم.

تُصنع الصمامات الحيوية عادةً من أنسجة حيوانية (طعم غيري/ طعم غريب ) مثبتة على دعامة معدنية أو بوليمرية. ^{[ 6 ]} تُستخدم أنسجة الأبقار بشكل شائع، ولكن بعضها يُصنع من أنسجة الخنازير. ^{[ 19 ]} تُعالج الأنسجة لمنع رفضها وتكلسها .

تُستخدم أحيانًا بدائل لصمامات الأنسجة الحيوانية، حيث تُستخدم صمامات من متبرعين بشريين، كما في عمليات ترقيع الأبهر المتجانسة وترقيع الرئة الذاتية . ترقيع الأبهر المتجانس هو صمام أبهري من متبرع بشري، يُستأصل إما بعد وفاته أو من قلب يُستأصل لاستبداله خلال عملية زرع قلب. ^{[ 7 ]} أما ترقيع الرئة الذاتية، والمعروف أيضًا باسم عملية روس ، فهو عملية يتم فيها استئصال الصمام الأبهري واستبداله بصمام رئوي خاص بالمريض (الصمام الموجود بين البطين الأيمن والشريان الرئوي). ثم يُستخدم صمام رئوي متجانس (صمام رئوي مأخوذ من جثة) لاستبدال صمام الرئة الخاص بالمريض. أُجريت هذه العملية لأول مرة عام 1967، وتُستخدم بشكل أساسي للأطفال، لأنها تسمح لصمام الرئة الخاص بالمريض (الذي أصبح الآن في موضع الأبهر) بالنمو مع نمو الطفل. ^{[ 7 ]}

لأكثر من 30 عامًا، سعى الباحثون إلى زراعة صمامات القلب في المختبر . ^{[ 25 ]} تتضمن هذه الصمامات المُهندسة نسيجيًا زرع خلايا بشرية على دعامة. ^{[ 25 ]} النوعان الرئيسيان من الدعامات هما الدعامات الطبيعية، مثل الأنسجة منزوعة الخلايا، أو الدعامات المصنوعة من بوليمرات قابلة للتحلل. ^{[ 26 ]} تعمل الدعامة كوسط خارج خلوي ، موجهةً نمو الأنسجة إلى البنية ثلاثية الأبعاد الصحيحة لصمام القلب. ^{[ 26 ] [ 25 ]} خضعت بعض صمامات القلب المُهندسة نسيجيًا للتجارب السريرية، ^{[ 26 ]} ولكن لا يوجد أي منها متوفر تجاريًا.

يمكن تصميم صمامات القلب المُهندسة نسيجياً خصيصاً لكل مريض، ونمذجتها ثلاثية الأبعاد لتناسب كل متلقٍ على حدة ^{[ 27 ].} تُستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد نظراً لدقتها العالية وقدرتها على التعامل مع مختلف المواد الحيوية ^{[ 27 ]} . من المتوقع أن تُفرز الخلايا المستخدمة في صمامات القلب المُهندسة نسيجياً المادة الخلوية خارج الخلية (ECM) ^{[ 24 ]} . توفر المادة الخلوية خارج الخلية الدعم اللازم للحفاظ على شكل الصمامات، وتُحدد أنشطة الخلايا ^{[ 28 ] .}

يستطيع العلماء محاكاة بنية صمامات القلب لإنتاج صمامات مشابهة لها، ولكن نظرًا لافتقار الصمامات المصنعة هندسيًا للأنسجة إلى الأساس الخلوي الطبيعي، فإنها إما تفشل في أداء وظائفها كصمامات القلب الطبيعية، أو تعمل عند زرعها ولكنها تتدهور تدريجيًا مع مرور الوقت. يجب أن يكون صمام القلب المثالي المصنع هندسيًا للأنسجة غير مُسبب للخثرات، ومتوافقًا حيويًا، ومتينًا، ومقاومًا للتكلس، وينمو مع القلب المحيط، ويُظهر خصائص ديناميكية دموية فسيولوجية. ^{[ 29 ]} ولتحقيق هذه الأهداف، ينبغي اختيار الدعامة بعناية، وهناك ثلاثة خيارات رئيسية: المصفوفة خارج الخلوية منزوعة الخلايا (الطُعوم الغريبة أو المتجانسة)، والبوليمرات الطبيعية، والبوليمرات الاصطناعية. ^{[ 29 ]}

تُصنع الصمامات الميكانيكية والصمامات النسيجية من مواد مختلفة. تُصنع الصمامات الميكانيكية عمومًا من التيتانيوم والكربون. ^{[ 30 ]} أما الصمامات النسيجية فتُصنع من أنسجة بشرية أو حيوانية. وتُؤخذ الصمامات المُكوّنة من أنسجة بشرية، والمعروفة باسم الطعوم الخيفية أو الطعوم المتجانسة، من قلوب متبرعين بشريين. ^{[ 30 ]}

قد تكون الصمامات الميكانيكية خيارًا أفضل للشباب والأشخاص المعرضين لخطر تلف الصمامات نظرًا لمتانتها. كما أنها مفضلة للأشخاص الذين يتناولون بالفعل مميعات الدم، والذين من غير المرجح أن يتحملوا عملية استبدال صمام أخرى.

تُعدّ الصمامات النسيجية خيارًا أفضل لكبار السن، إذ قد لا يحتاجون إلى عملية استبدال صمام أخرى طوال حياتهم. ونظرًا لخطر تكوّن جلطات دموية مع الصمامات الميكانيكية، والنزيف الحاد كأحد الآثار الجانبية الرئيسية لأدوية سيولة الدم، فقد يُفضّل الأشخاص المعرضون لخطر النزيف والذين لا يرغبون بتناول الوارفارين، استخدام الصمامات النسيجية. كما يُعدّ المرضى الذين لديهم عمليات جراحية أخرى مُخطط لها ولا يستطيعون تناول أدوية سيولة الدم، أكثر ملاءمةً للصمامات النسيجية. كذلك، قد تُفضّل النساء اللواتي يُخططن للحمل استخدام الصمامات النسيجية، نظرًا لما يُسبّبه الوارفارين من مخاطر أثناء الحمل.

من المفترض أن يعمل صمام القلب الاصطناعي، في الوضع الأمثل، مثل صمام القلب الطبيعي. ^{[ 6 ]} يتميز أداء صمامات القلب الطبيعية بالعديد من المزايا:

• قلس طفيف – يعني هذا أن كمية الدم المتسربة عكسيًا عبر الصمام عند إغلاقه تكون ضئيلة. يُعدّ وجود قدر من قلس الصمام أمرًا طبيعيًا لا مفر منه، يصل إلى حوالي 5 مل لكل نبضة. ^{[ 31 ]} مع ذلك، قد تؤدي بعض أمراض صمامات القلب (مثل التهاب الشغاف الروماتيزمي ) إلى قلس صمام ذي أهمية سريرية. ومن الخصائص المرغوبة في صمامات القلب الاصطناعية أن يكون قلس الصمام ضئيلًا خلال النطاق الكامل لوظائف القلب الفسيولوجية .
• أدنى تدرج ضغط عبر الصمام - عندما يتدفق سائل عبر أي عائق، كالصمام مثلاً، ينشأ تدرج ضغط فوق هذا العائق. وينتج هذا التدرج عن زيادة مقاومة التدفق عبر العائق. تتميز صمامات القلب الطبيعية بتدرج ضغط منخفض عبرها، إذ لا تُشكل عائقاً يُذكر أمام التدفق، وعادةً ما يكون أقل من 16 ملم زئبق. ومن الخصائص المرغوبة في صمامات القلب الاصطناعية أن يكون تدرج الضغط عبرها في أدنى حد ممكن. 
• غير مُسببة للتخثر - صمامات القلب الطبيعية مُبطنة ببطانة داخلية تُشبه تلك المُبطنة لحجرات القلب، لذا فهي عادةً لا تُسبب التخثر (أي أنها لا تُسبب جلطات دموية). قد تكون الجلطات الدموية خطيرة لأنها يُمكن أن تستقر في الشرايين المُتجهة إلى أسفل القلب (مثل الشرايين التاجية )، مما يؤدي إلى نوبة قلبية.احتشاء عضلة القلب ؛ أو الشرايين الدماغية ، مما يؤدي إلى السكتة الدماغية ). ومن الخصائص المرغوبة لصمامات القلب الاصطناعية أنها غير مسببة للتخثر أو ذات قدرة ضئيلة على إحداثه.
• القدرة على الإصلاح الذاتي - تحتفظ وريقات الصمام ببعض القدرة على الإصلاح بفضل الخلايا التجديدية (مثل الخلايا الليفية ) الموجودة في النسيج الضام الذي تتكون منه. ونظرًا لأن قلب الإنسان ينبض حوالي 3.4 مليار مرة خلال عمر الإنسان العادي، فإن هذه القدرة المحدودة، وإن كانت موجودة، على الإصلاح تُعدّ بالغة الأهمية. لا توجد حاليًا أي صمامات قلبية اصطناعية قادرة على الإصلاح الذاتي، ولكن قد توفر الصمامات المُهندسة نسيجيًا هذه القدرات في المستقبل. ^{[ 26 ]}

يمكن اختبار أداء صمام القلب الاصطناعي في المختبر قبل الاستخدام السريري عن طريق جهاز محاكاة النبض . ^{[ 32 ]}

من المتوقع أن تدوم صمامات القلب الاصطناعية من 10 إلى 30 عامًا. ^{[ 16 ]}

تشمل المشاكل الأكثر شيوعًا في صمامات القلب الاصطناعية أشكالًا مختلفة من التدهور، بما في ذلك انتفاخ وريقات الصمام بشكل ملحوظ، واعتلال الصمام التاجي الناتج عن نقص التروية، وإطالة طفيفة في الأوتار. ^{[ 24 ]} تتطلب عملية إصلاح ارتجاع وتضيق صمامات القلب الاصطناعية عادةً جراحة قلب مفتوح، ويُفضل عادةً إصلاح الصمامات المرتجعة أو استبدالها جزئيًا. ^{[ 24 ]}

يجري الباحثون دراسة الجراحة القائمة على القسطرة والتي تسمح بإصلاح صمام القلب الاصطناعي دون الحاجة إلى شقوق كبيرة. ^{[ 33 ]}

يقوم الباحثون بدراسة صمام القلب الاصطناعي القابل للتبديل والذي يسمح بإعادة إصلاح صمام القلب الاصطناعي بسرعة. ^{[ 34 ]}

• 
  عرض ثلاثي الأبعاد لصمام ميكانيكي
• 
  عرض ثلاثي الأبعاد لصمام ميكانيكي (نموذج سانت فرانسيس)

• قلب اصطناعي
• جهاز تنظيم ضربات القلب الاصطناعي
• استبدال الصمام الميترالي
• استبدال الصمام الأبهري

• "صفحة تصف أنواع عمليات استبدال صمامات القلب" . مايو كلينك . مؤرشفة من الأصل في 13 نوفمبر 2006.
• "تصميم جديد لصمامات القلب الميكانيكية" . ساينس ديلي. 23 نوفمبر 2011.