La Ingeniería de Materiales y las válvulas cardiacas (I)

Por José Miguel Atienza , Dr. Ing. de Caminos, Canales y Puertos, e Ing. de Materiales (Departamento de Ciencia de Materiales, Universidad Politécnica de Madrid)

La válvula aórtica, con su cierre y apertura cíclicos, permite que el corazón bombee el flujo sanguíneo suficiente para garantizar la respiración celular y las diversas funciones del metabolismo. Para hacerse una idea de la importancia de su comportamiento mecánico, es fácil calcular aproximadamente cuántas veces se ha abierto y cerrado una válvula aórtica durante la vida de una persona de ochenta años: cerca de 3.000 millones de ciclos. Se trata, por tanto, de un diseño mecánico con un extraordinario comportamiento en fatiga.

Figura 1. Esquema de la válvula aórtica. ©2009. Nucleus Medical Media, Inc.

Las prótesis valvulares cardiacas sustituyen a las válvulas nativas que han sufrido un daño irreparable en su función o que genéticamente son defectuosas. Existen dos tipos de válvulas: artificiales (o mecánicas) y biológicas.

Las prótesis mecánicas están formadas por oclusores rígidos en cuya fabricación no se incluye el uso de material biológico. Son seguras y resistentes, pero precisan tratamientos anticoagulantes de por vida, con su correspondiente medicación y control periódico, por lo que sólo pueden usarse en países con un gran desarrollo sanitario. En este post nos centraremos en los diseños y materiales que se utilizan para fabricar dichas válvulas, dejaremos para otro las válvulas biológicas.

Válvulas Mecánicas

El misterio que ha rodeado al corazón ha condicionado que hasta finales del siglo XIX no se realizaran sobre él las primeras suturas. La primera prótesis valvular documentada fue la válvula de bola desarrollada por Charles Hufnagel que se colocó en la aorta torácica descendente de un paciente en 1952, antes incluso del desarrollo de la circulación extracorpórea. Desde ese momento, la evolución de las válvulas cardiacas se convirtió en un apasionante recorrido de más de cincuenta años en el que medicina e ingeniería de materiales han trabajado de la mano.

Desde el punto de vista de los materiales, como sucede en otras aplicaciones dentro del cuerpo humano, además de una exigencia importante en propiedades mecánicas, durabilidad y ligereza, existe un condicionante clave: los aspectos relacionados con la biocompatibilidad. En este caso, resulta fundamental que el material utilizado sea lo menos proclive posible a la formación de trombos y coagulación de la sangre.

A finales de los años 50 había pocos materiales disponibles para su utilización en seres humanos: Dacron y Teflon (derivados del polietileno) en injertos vasculares; Silastic (caucho de silicona) para derivaciones en la hidrocefalia; Lucite (material acrílico) en la prótesis de aorta descendente; y acero inoxidable y Stellite (aleación cobalto-cromo) en ortopedia. La gran revolución llegó con el carbón pirolítico (Pyrolyte o Pyrocarbon), descubierto en 1966 por J. Bokros, cuando investigaba un material para recubrimientos de combustible nuclear. El carbón pirolítico es grafito bombardeado con átomos de carbón a muy altas temperaturas, un material casi tan duro como el diamante y con muy poco desgaste. Tiene una estructura similar al grafito, pero ciertas imperfecciones le permiten desarrollar enlaces fuertes entre las diferentes láminas de grafeno. Pero su gran ventaja en este caso consiste en ser el material resistente menos trombogénico (poco proclive a producir trombos o embolias) que se conoce, lo cual resulta clave para estas válvulas artificiales.

Tipos de válvulas mecánicas

Actualmente se distinguen tres tipos de prótesis mecánicas según su diseño, que determina el flujo de la sangre. A continuación describimos los materiales más frecuentemente utilizados para cada una:

– De bola: La más conocida es la válvula de Starr-Edwards (Fig. 2), la primera válvula mecánica en implantarse de forma masiva. Originalmente estaba constituida por una jaula de Lucite, una bola de Silastic y un anillo de Teflon sobre soportes de acero. Más tarde, la bola pasó a ser de Stellite. La idea original para el diseño de esta prótesis está basada en una patente de tapón de botella de vino y, a pesar de las críticas iniciales debidas a sus diferencias físicas con la válvula aórtica nativa, ha demostrado una durabilidad superior a los 40 años sin daño estructural, por lo que aún sigue siendo utilizada.

Figura 2. Válvula mecánica de bola (Starr-Edwards)

 

– De disco basculante: Las prótesis de disco basculante mejoran el flujo, si bien se convierte en un flujo excéntrico. En 1970 se construyó la prótesis de Björk-Shiley (Fig. 3) en Stellite; inicialmente el disco se fabricó con un polímero (Delrin), pero pronto se sustituyó por grafito recubierto con carbón pirolítico. Otras prótesis de similares características son: Lillehei-Kaster (titanio y el disco basculante en carbón pirolítico, 1970), pronto sustituida por Lillehei-Medical (íntegramente en carbón pirolítico), Omniscience (1978), Omnicarbon (1984) o Medtronic-Hall (1977).

Figura 3. Válvula mecánica de disco vasculante (Björk-Shiley)

 

– Bivalvas: La idea de las prótesis bivalvas es lograr un flujo central, que genera una hemodinámica similar a la fisiológica. Para conseguirlo se utilizan dos valvas semicirculares conectadas al anillo por una bisagra de mariposa: en la apertura pivotan creando tres áreas de flujo, una central y dos periféricas, consiguiendo que las turbulencias sean mínimas y que el área valvular efectiva sea prácticamente la del anillo. En 1977 se implantó la primera prótesis de St Jude, construida en carbón pirolítico, diseño que no se modificó en 30 años. En 2002 St Jude Medical cubría más del 50% del mercado de las prótesis valvulares y en 2007 se habían implantado más de 2 millones de estas prótesis. En 1994 Bokros fundó el Medical Carbon Research Institute (MCRI) para utilizar una forma de carbono isotrópico puro con el que desarrolló una nueva prótesis bivalva, la On-X, cuya trombogenicidad podría ser menor que la del carbón pirolítico (http://www.onxlti.com/contract-manufacturing/on-x-pyrolytic-carbon/).

Figura 4. Válvula mecánica bivalva (St. Jude Medical)

 

La evolución de los diseños de las prótesis mecánicas y la utilización de nuevos materiales en su construcción han ido mejorando el funcionamiento hemodinámico y la durabilidad. La trombogenicidad también se ha ido reduciendo, especialmente desde la introducción del carbón pirolítico. El encuentro médico-ingeniero se ha hecho imprescindible, acrecentando el diálogo entre ambas disciplinas. Hoy por hoy, en el producto final de una válvula cardiaca concurren profesionales de diversas áreas: cardiólogos, cardiocirujanos, ingenieros mecánicos, ingenieros electrónicos, ingenieros de materiales, entre otros; aportando cada uno su campo del saber, pero confluyendo hacia un mismo objetivo.

En el año 2008, según Registro de la Sociedad Española de Cirugía Torácica y Cardiovascular (http://www.sectcv.es/), se implantaron en España un total de 11167 prótesis, de las cuales 5235 fueron mecánicas. Ninguna es de patente española. El gasto estimado supera los 15 millones de euros anuales.

Fuente:

– Selección de materiales de base colágeno para bioválvulas cardiacas. J.M. Atienza, J.M. García Páez, L. Álvarez, R. Claramunt, F.J. Rojo, A. Ros, G.V. Guinea. Libro: INSUFICIENCIA CARDIACA SEVERA, editor: E. Cabrera Fischer y R. Armentano, Universidad Favaloro, 2012
– Lefrak EA, Starr A. Cardiac valve prostheses. Appleton-Century-Crofts. New York. 1979
– DeWall RA, Qasim N, Carr L. Evolution of mechanical heart valves. Ann Thorac Surg;69:1612-1621; 2000
– www.onxlti.com
– www.pyrocarbon.com

 

Compartir:

Entradas relacionadas

31 comentarios

  1. Quisiera saber si es posible efectuarme una resonancia magnética de columna vertebral. Tengo colocada una válvula aórtica St. Jude, desde enero del 2005.
    Gracias por su respuesta.

  2. Hola. Necesito practicarme resonancia magnética. Tengo reemplazo valvular aortico y mitral, las válvulas son de titanio. La fecha fue el 15 de julio de 2013. Tengo 73 años. La resonancia es para las rodillas. Es posible?

  3. Necesito saber si me puedo hacer una resonancia magnetica.Porto una valvula mecanica mortal desde 1993,implantada en el hospital Gregorio Marañón.Desconozco que modelo se me implantó.Creo que era de titanio.Muchas gracias, si podéis contestarme.

  4. Hola tengo una válvula aortica St jud 21 Quisiera saber cuánto tiempo dura funcionando correctamente ? Gracias

  5. Hola, me pueden decir si un paciente con una válvula mitral se puede hacer una resonancia magnética? La referencia es: SN 16430837. REF 31MJ-501. GRACIAS.

  6. Me gustaría saber si es compatible con resonancia magnética la prótesis mecánica aortica S Jude nº 21

  7. Hola, un paciente con valvula aotica mecanica tipo St Jude, es compatible esta valvula con la utilización con maquinas vibrantes como los martillos neumáticos, eléctricos. Gracias de antemano.

  8. Si se puede hacer una resonancia magnética al tener una valvula aortica st jude mecánica?? Saludos y muchas gracias

  9. hola buenas tarde necesito urgente una valvula mitral st jude 27 mecanica para ser sustituida es para mi hermano y no sabemos donde comprarla o conseguirla donada somos de venezuela el esta hospitalizado en el caracas

  10. Hola.con una valvula C-E Perimount Magna ease aórtica
    Model 3300TFx se puede realizar Resonancia magnetica cerebral con gadolinio .o hay alguna contraindicacion

  11. Hola tengo,tengo un recambio aortico hace 10 años y necesito hacerme una resonancia magnética. El modelo de mi válvula mecánica es STJ 23. Muchas gracias.

  12. Hola buenas noches tengo un cambio válvular aortico con una válvula mecánica Bjork-Shiley 21 ¿Qué tiempo de funcionamiento tiene esta válvula aproximadamente?
    Agradezco la información que me puedan dar al respecto.

  13. Tengo una prótesis mitral St. Jude desde enero 2009, he leído que se puede hacer resonancia magnetica regulando el equipo adecuadamente. Es cierto?. Y muchas gracias por su respuesta

  14. Mi esposa tiene una prótesis valvular mitral St. Jude 20 y quiere asistir a unas sesiones de magnetoterapia( colocan una serie de imanes en diferentes partes del cuerpo). Mi pregunta es: Afecta el magnetismo a esta clase de válvulas mecánicas St. Jude 20?

  15. Yo fui operado de estenosis aórtica en el año 2007 puedo realizar me una rezó nacía magnética

  16. Yo fui operado el 5 de abril del 2007 puedo realizar me una rezó nacía magnética

  17. Hola tengo una válvula carebomedics nº 23 en la válvula aortica, funciona genial, quisiera saber si a este tipo de válvula le afectaría de alguna manera su funcionamiento si yo me sometiera a un tratamiento de belleza corporal de radiofrecuencia y cavitación. Muchas gracias.

  18. Buenas noches, tengo una valvula mecanica aortica on-x-21. Tomo 5mg de coumadin diario. En cuanto tengo que tener el INR?
    Saludos

  19. Sheila el 18 enero 2017. Las válvulas actuales pueden durar 50 años, legado ese tiempo pueden cambiársela por otra biológia o mecánica.

  20. Rebeca morer anador el 17 noviembre 2016 . Bior Monestrac son válvulas mecánicas metálicas y no es recomendable hacerse resonancia magnética ni diatermia electrónica ni electroterapia porque se va a producir una quemadura alrededor de la válvula.

  21. Fernando Baldion el 7 octubre 2016. Las válvulas biológicas solo duran unos 10 a 12 años y tendrán que cambiártela y colocarte otra. Dado que tienes 52 años, si escoges una válvula biologica tendrias que volver a operarte a los 64 años. En cambio la mecánica dura unos 50 años y de operarte tendrían que hacerlo a los 112 años. Si todavía esta vivo puedes ponerte la que quieras.

  22. Daniel el 4 abril 2016. No se puede realizar resonancia magnética ni usar aparatos de diatermia ni electroterapia de onda corta reiteradamente, porque las prótesis mecánicas se calientan con esas ondas y se produce una quemadura alrededor de las válvulas y como recién me ha pasado voy a ir al médico en esos días para saber de la curación.

  23. dennis diaz el 10 marzo 2016 @ 0:17
    La probabilidad de que no salga bien es del 40% creo. Las vávulas se sostiene con hilos muy resistentes pero puede haber rechazos por el tipo de material de la válvula, el tipo de hilo, etc.
    Se supone que después de la fijación con hilo se aplica un pegamento para terminar de sellar la válvula alrededor de la prótesis.
    Yo tuve que ser operado nuevamente después de 1 año para volver a sellar ese contorno.

  24. Hola mi bebe tiene estenosis aortica e insuficiencia aortica le hicieron un cateterismo y ahora esta en moderado. En algun momento le tendrán q reemplazar su valvula…..mi pregunta es…¿puede una persona vivir con una valvula x ejemplo artificial 70 años? O tendrá q operarse varias veces….no conozco a nadie q lleve mucho tiempo con valvulas y solo pienso q mi niño va a tener una vida corta…x favor necesito saber ….los medicos no me dicen nada solo q tiempo al tiempo.gracias

  25. Tengo protesis mitral y aorta desde hace 25 años, en el informe de la operacion pone que son bior monestrac. Quisiera saber si puedo hacerme una resonancia magnetica.

  26. Tengo 52años me tienen que reemplazar la válvula poética todos mis exámenes están normales.para la cirugía pero no se que válvula me sugieren si la biológica o la mecánica el cirujano me.informa que yo desido Uds me pueden ayudar a orientar por favor muchas gracias

  27. Buenas tardes, tengo dos válvulas mecánicas la mitral con: prótesis mecánica número 33 st jude medical y la aórtica con: prótesis mecánica newtoniana número 27 st jude medical, que materias es?
    Son compatibles para realizarme una resonancia nuclear magnética de cerebro, gracias

  29. con material o hilo se sostiene la valvula en el corazon
    que probabilidad ay q ue se mueva
    como me suscribo el feed kiero mas informacion yo tengo un implante aortico

Deja un comentario