Postacie konstrukcyjne sztucznych zastawek serca

• Autorzy: Wojnarowski J.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono postacie konstrukcyjne sztucznych zastawek serca i ocenę ich własności hemodynamicznych bazującą na formalizmie mechaniki płynów i przy opisie własności reologicznych krwi ludzkiej w ujęciu aproksymacji Walburna – Schnecka.Zagadnienia te dotyczą problematyki projektowania w bioinżynierii. Bioinżynieria może być postrzegana jako przesunięcie paradygmatu (paradigmatic shift), który rozwija i uzupełnia, bez negacji, tradycyjne paradygmaty znanych dyscyplin medycznych i inżynieryjnych, zmniejszając barierę językową, jaka powstaje wskutek niezależnego rozwijania inżynierii i medycyny. Trudno jest wyśledzić moment historyczny, będący początkiem nowej dyscypliny naukowej. Nie inaczej jest w przypadku bioinżynierii sztucznych zastawek serca – dyscypliny, na rozwój której złożyły się badania i odkrycia wielu znakomitych badaczy. Pierwsze, udokumentowane w źródłach literaturowych, próby zastosowań klinicznych sztucznej zastawki serca wiązane są współcześnie z postacią Charlesa Hufnagela. Pracując w laboratorium Harvard University Medical School, opracował w latach 1946-1951 sztuczną zastawkę serca, którą następnie użył w pierwszym przeszczepie w dniu 11 września 1952 r. Wykonana była z metakrylanu, w postaci rękawa, wewnątrz którego znajdowała się ruchoma kulka wykonująca ruch posuwisto-zwrotny. Implantowano 200 egzemplarzy, z czego niektóre funkcjonowały u pacjentów aż przez 30 lat. Te wczesne próby ujawniły bardzo poważny problem dotyczący doboru materiału. Metakrylan nie miał dostatecznej sztywności, a budowane z niego zastawki powodowały w czasie pracy spory hałas. Zastosowany następnie węgiel pirolityczny stał się podstawowym materiałem do budowy zastawek mechanicznych. Cechy węgla pirolitycznego stworzyły całkowicie nowe możliwości kształtowania samej zastawki. Niedługo po tym pojawiły się pierwsze modele komercyjne zastawki dyskowej-uchylnej o nazwie handlowej Björk-Shiley, skonstruowanej przez szwedzkiego chirurga Vikinga Björka. Zastawka Björk-Shiley doczekała się wielu naśladowców i kontynuatorów. Za szczególnie udane konstrukcje zastawek dyskowych uchylnych uznaje się Omniscience/Omnicarbon (1978 r.) produkcji Medical Inc. oraz Medtronic-Hall (1977 r.) produkcji Medtronic Inc. Mimo iż uchylna dyskowa zastawka w relacji do kulowej stwarzała znacznie korzystniejsze własności przepływowe, to jej postać konstrukcyjna wywoływała duży, niejednorodny i asymetryczny przepływ. Obserwacje te doprowadziły do powstania całkowicie nowej sztucznej zastawki – dwulistkowej zastawki – której pierwszym i niezwykle udanym modelem była zastawka St. Jude Medical. Podobnie jak dowolne zjawisko przepływowe, tak i przepływ okołozastawkowy można opisać: ogólnym układem równań ruchu płynu rzeczywistego, bilansem masy i równań reologicznych opisujących własności reologiczne krwi ludzkiej. Równania mechaniki płynów prowadzą do uzyskania pola prędkości, tensora odkształceń i naprężeń stycznych wokół sztucznych zastawek. Opisy te prezentują swoiste piękno. „Równanie piękna” czy piękno równań jest najbardziej fundamentalne w nauce i także w bioinżynierii i z niego wynikają paradygmaty.

Słowa kluczowe

PL

paradygmat; model sztucznych zastawek; równanie mechaniki płynów; model reologiczny krwi

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Opolskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Mechanika / Politechnika Opolska
• Rocznik: 2015
• Tom: z. 106
• Strony: 95

Twórcy

autor

Wojnarowski J.

• Polski Komitet Teorii Maszyn i Mechanizmów KBM PAN