Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 4, No: 1, 2010 (35-47) Electronic Journal of Textile Technologies Vol: 4, No: 1, 2010 (35-47) TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR www.teknolojikarastirmalar.com e-issn: 1309-3991 (Hakem Onaylı Makale) (Article) Semiha EREN*, Yusuf ULCAY ** * Uludağ Üniversitesi Orhangazi MYO Tekstil Programı, Bursa/TÜRKĐYE ** Uludağ Üniversitesi Müh. Mim. Fak. Tekstil Müh. Böl., Bursa/TÜRKĐYE semihaeren@uludag.edu.tr Özet Đstikrarlı şekilde artan hasta sayısına ve teşhis ve tedavideki ilerlemelere bağlı olarak vasküler hastalıklar genel ve klinik uygulamalardaki önemini her geçen gün artırmaktadırlar. Bazı cerrahi operasyonlar arterlerin değiştirilmesini gerektirebilir. Sentetik vasküler protezlerin dizaynı ve üretimi son 60 yılda cerrahi araştırmaların önemli bir konusu olmuştur. Vasküler hastalıklarda hastalara uygulanan geleneksel by-pass metotları yerine başarılı protez kullanımını geliştirmek amacıyla cerrahlar, tıbbi ürün imalatçıları ve tekstil endüstrisiyle yakın çalışmalar yapmışlardır. Günümüzde prostetik vasküler gref üretim teknolojisi hızla ilerlemektedir. Bu makalede problemin kaynağı ve tekstil vasküler protezleri hakkında genel bilgi verilmiştir. Anahtar Kelimeler: Yapay tekstil damarı, arteryel gref, by-pass, dacron, eptfe. Textile Arterial Grafts Abstract Due to a steadily growing number of patients and considerable diagnostic and therapeutic advances, vascular diseases are becoming more and more important in general and clinical practices. Some surgical operations may require the replacement of arteries. The design and the fabrication of synthetic vascular prostheses have been challenging to the area of surgical research aver the last four decades. Surgeons have been working closely with the medical products and textile industries to develop a successful prosthesis for the replacement of traditional by-pass methods of arteries in patients suffering from vascular disease. In this article, a general information about the problem and textile vascular grafts has been given. Keywords : Artificial textile veins, arterial grafts, by-pass, Dacron, eptfe. 1. KAN DAMARLARI Kan damarları, kanın vücut dokularına dağıtıldığı kanallardır. Damarlar kalpte başlayıp biten iki kapalı sitem oluşturur. Birinci sitem (pulmoner sistem) akciğere ait damarlardır ve kanı sağ karıncıktan akciğerlere ve buradan tekrar geri sol atriyuma (kulakçık) taşır [1]. Sağ taraftaki ise daha zayıf bir pompadır ve kirli kanı akciğerlere doğru pompalar. Kalpten akciğerlere doğru olan bu yolculuk kısa sürelidir ve bu nedenle "küçük dolaşım" olarak adlandırılır [2]. Đkinci sistem sistemik damarlardır. Kanı sol karıncıktan dokulara ve vücudun tüm parçalarına ve buradan geri sağ kulakçığa taşır[1]. Bu taraftaki pompa daha güçlüdür ve temiz kanı vücuda pompalar ve "büyük dolaşım" adını alır [2]. Bu makaleye atıf yapmak için Eren, S., Ulcay, Y., Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi 2010, 4(1) 35-47 How to cite this article Eren, S., Ulcay, Y., Textile Arterial Grafts Electronic Journal of Textile Technologies, 2010, 4(1) 35-47
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) 35-47 Yapılarına ve fonksiyonlarına göre kan damarları: 1-Arterler (atardamarlar) 2-Kapilerler 3-Toplardamarlar olarak sınıflandırılırlar [1, 4]. Şekil 1. Kan Dolaşım Sistemi [3] 1.1. ARTERLER Arterler kanı kalpten taşırlar. Akciğere ait (pulmoner) arterler, oksijen içeriği düşük kanı sağ karıncıktan ciğerlere taşırlar. Sistemik arterler, oksijen içeriği artmış kanı sol karıncıktan vücut dokularına taşırlar. Bir arter duvarı 3 tabakadan oluşur. En iç tabaka basit pullu epiteldir. Orta tabaka saydam kaslardır ve genellikle en kalın tabakadır. Bu tabaka, sadece damar için destek oluşturmakla kalmaz aynı zamanda kan akışına ve basıncına göre damar çapını değiştirir. En dış tabaka damarı çevresindeki dokularla bağlar. Kan karıncıklardan, tekrar tekrar dallanarak arterioller denilen mikroskopik arterlere kadar gittikçe küçülen geniş elastik arterlere pompalanır. Arterioller doku kapilerlerine kan akışının düzenlenmesinde anahtar rol oynarlar. Herhangi bir anda toplam kan hacminin %10 u sistemik arteryel sitemdedir. 1.2. TOPLARDAMARLAR: Bunlar kanı kalbe taşırlar. Kan, kapilerlerden geçtikten sonra venul denilen en küçük toplardamara ulaşır. Venüllerden çapı giderek artan toplardamarlara ve nihayet kalbe taşınır. Akciğersel dolaşımda akciğere ait [pulmoner] toplardamar, kanı akciğerden kalbin sol atriyumuna taşır. Sistemik toplardamarlar kanı dokulardan kalbin sağ atriyumuna taşır. Toplardamar duvarları arter duvarlarıyla aynı üç tabakaya sahiptir. Tüm tabakalar aynı olmasına rağmen daha az saydam kas ve doku hücresi vardır. Bu durum, toplardamar duvarlarının arterlerinkinden daha ince olmasına neden olur, bunun nedeni buradaki kan basıncının arterlerdekinden daha düşük olmasıdır. Toplardamar duvarları daha ince ve daha az rijit olduklarından atardamarlardan daha fazla kan alırlar. Herhangi bir anda toplam kanın 70% i toplardamarlardadır. 36
Eren, S., Ulcay, Y., Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) 35-47 Orta çaplı ve geniş çaplı toplardamarlar kalptekilere benzeyen yarım ay şeklinde kapakçıklara sahiptirler. Damar kapakçıkları özellikle bacak ve kollarda önemlidir, bunlar yerçekiminden dolayı kanın geriye akmasını önler. 1.3. KAPĐLERLER: Kapilerler en küçük ve en çok sayıdaki damarlardır. Kanı kalpten taşıyan damarlar (arterler) ve kanı kalbe taşıyan damarlar (toplardamarlar) arasındaki ilişkiyi sağlarlar. Kapilerlerin en önemli görevi kan ve doku hücreleri arasında materyal değişimini sağlamaktır. Kapiler dağılım vücut dokusunun metabolik aktivitesine göre farklılaşır. Đskelete ait, ciğerlere ait ve böbreklere ait dokulardaki kapiler ağlar son derece yoğundur, çünkü bu dokular fazla miktarda oksijen ve besin ihtiyacı duyan aktif dokulardır. Herhangi bir anda toplam kan hacminin 5% i sistemik kapilerlerdedir ve diğer bir 10% u ciğerlerdedir. Arteriollerin kapilerleri oluşturmak için dallandığı yerlerdeki saydam kas hücreleri arteriollerden kapilerlere kan akışını düzenler [1, 5]. 1.4. KANIN YAPISI Kan, plazma adı verilen sıvı ortam içinde kan hücrelerinin (eritrosit, lökosit, trombosit) süspansiyon halinde dağıldığı, damar sisteminin içini dolduran ve kalbin pompa gücü sayesinde bu sistem içinde tüm vücudu dolaşan bir dokudur. Kan hücreleri eritrositler [alyuvarlar, kırmızı kan hücreleri], lökositler (akyuvarlar, beyaz kan hücreleri) ve trombositlerdir (kan pulcukları, plateletler) [6]. Viskozite, bir sıvının molekülleri arasındaki iç sürtünme nedeniyle akıma karşı gösterdiği dirençtir. Kanın akıma karşı gösterdiği direnç ise kan viskozitesidir. Kanın vizkozitesi yaklaşık 2,5-4 santipoisedir [7]. Kanın viskozitesi suyun viskozitesinin 5-6 mislidir. Organizmada faaliyet başlayınca organizmaya gelen kanın da fazlalaşması gerekir [8]. Karmaşık yapıda bir vücut sıvısı olan kanın viskozitesini ise ısının yanı sıra bu sıvıyı oluşturan elemanların bileşimi (hematokrit, plazmanın içeriği) ve reolojik özellikleri [eritrositlerin şekil değiştirme yeteneği] de etkiler. Dahası kanın iç yapısı (kanı oluşturan elemanların kan içindeki düzeni, örneğin; agregasyon) akım hızına göre değişir ve bu durum da viskoziteyi etkiler [9]. Kan,büyük damarlarda akarken hemen hemen hiç dirençle karşılaşmadan aksa da, kapilerlerde dirençle karşılaşır, kalp kan akışını sağlamak için kanı arterlere yüksek basınç altında (sistemik dolaşımda 120 mmhg, pulmoner sistemde ise 22 mmhg ) pompalar [1]. Şekil 2. Kanın yapısı: Kırmızı kan hücreleri,beyaz kan hücreleri, plateletler ve plazma [10]. 37
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) 35-47 2. DAMAR HASTALIKLARI Damarlarda zaman içerisinde çeşitli sorunlarla karşılaşılabilmektedir. Yapay tekstil damarlarının asıl ilgili olduğu rahatsızlık türü anevrizmalardır. Anevrizma hemen her arterde gelişebilir. Anevrizma geri dönümsüz olarak bir arterin normal çapından %50 daha fazla genişlemesidir [4]. Çoğu anevrizmalar aort damarında oluşurlar. Aort kanı kalpten vücudun geri kalanına taşıyan ana damardır. Aort kalbin sol ventrikülünden gelir ve göğüs ve karın boşluğu boyunca ilerler. Aortun göğüs boşluğu kısmındaki bölümünde oluşan anevrizmalar torasik anevrizmalar olarak adlandırılırlar. Aortun karın boşluğu kısmındaki bölümünde oluşanlar ise abdominal anevrizmalar olarak adlandırılırlar. Aortanın dışındaki atardamarlarda oluşan anevrizmalara periferik anevrizmalar denir. Periferik anevrizmaların yaygın yerleşim yerleri dizin arkasında ilerleyen atardamar (popliteal arter), kasıktaki ana atardamar (femoral arter) ve boyundaki ana atardamardır (karotid arter). Periferik anevrizmalar, aort anevrizmaları kadar sık yırtılmazlar fakat periferik anevrizmaların içinde kan pıhtısı oluşabilir. Eğer anevrizmadan bir pıhtı koparsa atardamar boyunca kan akımını durdurabilir. Eğer periferik anevrizma geniş ise yakındaki sinire veya toplardamara basabilir ve böylece ağrı, uyuşukluk ve şişkinliğe neden olur. Anevrizmalar aynı zamanda beyin, kalp, boyun, dalak, diz arkası, ve vücudun diğer taraflarındaki damarlarda da oluşabilirler. Eğer beyindeki bir anevrizma patlarsa inmeye neden olabilir. Her yıl yaklaşık 15.000 insan rüptüre (patlamış) anevrizma nedeni ile ölür. Rüptüre anevrizmaların çoğu erken tanı ve medikal tedavi ile önlenebilir [11]. Sağlıklı koroner arterler elastiktir; iç yüzeyleri düzdür ve içinden kan rahatça akar. Koroner arter hastalığında ise damar duvarı kalınlaşır, daha az elastiktir ve içerisinde plaklar oluşarak sertleşir. Damar sertliğine ateroskleroz denilir ve damarın içerisinde kolesterol ve diğer maddelerin (plak) artan bir şekilde birikerek damarın iç çapının daralmasına yada tamamen tıkanmasına neden olur [12-14]. Vücuttaki kan damarlarının bir kısmının veya tamamının sertleşmesi sonucu, esnekliklerini kaybetmesine; halk arasında damar kireçlenmesi tıp dilinde ise Arterio Skleroz veya Atheroma denir. Nedeni, kan damarlarının iç kısımlardaki hücrelerin esnekliğini kaybedip, zayıflaması veya kandaki yağlı maddelerin birikinti yaparak, damarı darlaştırmasıdır [15]. Şekil 3. A ve B : Damardaki aterosklerozun zaman içinde ilerlemesi,c: Önemli darlık oluşması, D: Damarın tıkanması [16] Yüksek tansiyon, sigara, ileri yaş, ailede anevrizma varlığı,erkek cinsiyet damar duvarını zayıflatan ve anevrizma oluşumuna neden olan faktörlerin en önemlileridir [17,18]. 2.1. DAMAR HASTALIKLARINDA TEDAVĐ SEÇENEKLERĐ Đlaçla tedavi ve cerrahi, anevrizmaların iki tedavi şeklidir. Đlaçlar cerrahiden önce veya cerrahinin yerine kullanılabilir. Đlaçlar kan basıncını azaltmak, kan damarlarını rahatlatmak ve patlama riskini azaltmak için kullanılırlar. Eğer anevrizma büyükse ve patlama riski varsa cerrahi tedavi önerilir. Eğer anevrizmalarda yırtılma gibi bir komplikasyon gelişmişse acil cerrahi gerekir [11]. 38
Eren, S., Ulcay, Y., Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) 35-47 Şekil 4. Arteryal değişim yöntemleri [19] Ameliyatlarda anevrizma gelişmiş damar bölümü açılıp pıhtılar temizlendikten sonra sağlam damar bölümleri arasına suni bir damar (gref) yerleştirilir. [13] Ameliyatta tıkanıklığın by-pass ile giderilmesi mümkündür. By-pass ya hastanın kendi damarı ile veya yapay tekstil damarları ile yapılır By-pass ameliyatında en sık kullanılan damarlar, bacak toplardamarı (safen ven), göğüs ön duvarını besleyen atardamar (internal Mamarian Arter, IMA) veya kol atardamarı (radyal arter) olabilir. Bunların seçimi hastadan hastaya değişkenlik gösterir. Cerrahi müdahalede aortanın genişlemiş kısmı kesilir ve yerine Dacron veya Gorotex olarak bilinen yapay damar yerleştirilir. Cerrahi müdahalede aortanın genişlemiş kısmı kesilir ve yerine Dacron veya Gorotex olarak bilinen yapay damar yerleştirilir. Şekil 5. Tüp greft yerleştirilmesi ile aort anevrizma tamiri [11] Abdominal aort anevrizmalarının cerrahi tedavisinde tüp greft yerleştirilmesi yapılır. Bazı durumlarda iliak arterler de anevrizmatik ise pantolon greft kullanılır. 39
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) 35-47 Şekil 6. Abdominal aort anevrizması tamiri [11] Damar tedavilerinde kullanılmak üzere yeterli organik protez damar bulunamadığı için, bunların yerini alabilecek yapay tekstil damarlarına karşı bir eğilim oluşmuştur. Hastalıklı damarların değiştirilmesine yönelik olarak suni damarlar 40 yılı aşkın bir süredir kullanılmaktadır. Ameliyatlarda anevrizma gelişmiş damar bölümü açılıp pıhtılar temizlendikten sonra sağlam damar bölümleri arasına suni bir damar (gref) yerleştirilir [20, 21]. 3. YAPAY TEKSTĐL DAMARLARI (ARTERYEL GREFLER) Arteryel ve venöz otogrefler hastalıklı veya hasarlı kan damarlarının değiştirilmesinde seçilecek en ideal materyallerdir. Bununla birlikte otogref temininin sınırlı olması nedeniyle bunların yerine kullanılabilecek arteryel malzemeye ihtiyaç vardır. Kullanılacak malzeme dayanıklı olmalı, damarı çevreleyen çevre dokusuyla kolaylıkla bütünleşebilmeli, trombojenik akım yüzeyine sahip olmamalı veya düşük trombojonotiye derecede olmalı, doğal damarın özelliklerine yakın uyum göstermeli, enfeksiyona dirençli ve kolayca dikilebilir olmalıdır [22].Hastalıklı damarların değiştirilmesinde organik damar protezlerin yerini alan yapay tekstil damarları uzun süredir kullanılmaktadır. Gerçek arterlerle özdeş fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip vasküler greflerin geliştirilmesi tıbbi alanda büyük bir gelişmedir [23, 24]. Arteryel protezlerin gelişimi 1952 de Voorheers ve arkadaşlarının bir vinil klorür ve akrilonitril polimeri olan Vinyon-N ilk dokuma protezi implante etmeleriyle ivme kazanmıştır. 1955 te Edwards ve Tapp tarafından naylon grefler, 1957 de ise Debakey tarafından dacron grefler kullanılmıştır. Edwards ve Lyons 1958 de teflon grefleri kulansa da daha sonra 1972 de Sowyer yeni tip teflon [e-ptfe, politetrafloretilen] grefleri tanıtmıştır [21]. Günümüzde hala hızlı iyileşmeyi sağlayacak ve küçük çaplı damarlar yapmaya uygun elastisteye sahip ideal protezler aranmaktadırlar. Aynı zamanda kalınlık, porozite, patlama dayanımı ve crimp [kıvrım-uzama] bir gref dizaynında öncelikli kriterlerdir. Moleküler seviyedeki reaksiyonlar günümüzde kontrol edilebilmektedir. Vasküler cerrahide arteryal değiştirmeler için kullanılan malzemeler genellikle tekstil yapılarıdır. Arteryal grefler spesifik karakteristiklere sahip olmak zorundadırlar. Bununla birlikte, bu yapılar her zaman tüm ihtiyaçlara cevap veremezler. Bir arteryal grefin en önemli özellikleri: 1. Gref, hastada uzun vadeli implantasyonda dayanıklı olmalıdır. 40
Eren, S., Ulcay, Y., Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) 35-47 2. Grefin implantasyonu vücutta istenmeyen reaksiyonlara neden olmamalıdır. 3. Đç yüzey kan elemanları ile pıhtılaşma oluşturacak şekilde etkileşime girmemeli ve enfeksiyonlara karşı dayanıklı olmalıdır. 4. Đdeal bir gref, dikildiği arterle özdeş elastik özellikler göstermelidir. Bu bağlamda komplians ve esneklik önemlidir. 5. Vasküler hücrelerin stabil olarak tutunabilmeleri ve hücre büyümesini teşvik edebilmek için gref:gözenekli bir yapıda olmalıdır. 6. Sonuçta oluşan dokunun grefin fonksiyonunu devralabilmesi için, gref biyobozunabilir olmalıdır. 7. Toksik veya allerjik yan etkileri bulunmamalıdır. 8. Özellikleri bozulmadan, tekrar tekrar sterilize edilebilmelidir 9. Gref materyali farklı boyutlarda ve uzunluklarda temin edilebilmelidir 10. Cerrahlar için kullanımı kolay olmalıdır. Elastiklik, rahatlık, bükülebilirlik, dikiş atma kolaylığı, kesilen kenarlarda iplik atmama gibi işleme karakteristiklerine sahip olmalıdır. 11. Daha az önemli olmakla beraber uygun maliyette elde edilebilmelidir [20, 24-31]. 2.1. YAPAY TEKSTĐL DAMARLARININ ÖNEMLĐ ÖZELLĐKLERĐ Bir arteryal grefin en önemli özellikleri porozite, komplians, biyobozunabilirlik, iyileşme - pıhtı oluşturmama ve dayanıklılıktır. Vasküler hücrelerin stabil olarak tutunabilmeleri ve hücre büyümesini teşvik edebilmek için gref; mikrogözenekli bir yapıda olmalıdır. Dokunun gelişiminin desteklenmesi ve arteryal duvarın yeni elastik bileşeninin oluşabilmesi için gref kompliant olmalıdır ve nihayetinde oluşan dokunun grefin fonksiyonunu devralabilmesi için gref biyobozunabilir olmalıdır. 2.1.1. Porozite (Gözeneklilik) Fonksiyonel sentetik vasküler protezler için porozite bir ana bileşendir. Yüksek gözenekliliğe sahip bir yapay tekstil damarı, uzun vadeli iyileşme etkilerine daha uygun olmakla birlikte kullanıldığında,kanama ile sonuçlanır. Đmplantasyondan sonra kan geçişine izin vermeyen grefler daha sonraki aşamada protezin iç astarının uniform ve tatmin edici şekilde bağlanması için gerekli hücrelerin gelişimine izin vermezler. Bu nedenle yapay tekstil damar kumaştaki gözeneklilik, uzun vadede olumlu iyileşme özelliklerinin sağlanması ile kullanılmasında arzu edilmeyen bir durum olan kanamanın önlenmesi arasında dengelenmelidir. Porozitenin kantitatif tayini güçtür. En iyi tanımı geçirgenlik,gözenek boyutu, gözeneklerin bağlantıları ve gözenek/katı oranıdır [24, 25]. Jorge ve ark. [26] ve Shaha ve ark. [27] yaptıkları çalışmalarda PTFE nin porozif özelliği nedeniyle başarılı bir şekilde kullanılabileceğini belirtmişlerdir. Kaiser [28] köpeklerle yaptığı araştırmada bir grupta 25-50 mikrometre çaplı diğer grupta 125-150 mikrometre çaplı pet gref kullandıklarında küçük por çaplı kullanılan hiçbir köpekte greft uyumu iyi sağlanmamışken büyük çaplı por kullanılanlarda 90-270 gün içinde hücre büyümesi saptanmıştır. 2.1.2. Komplians Sentetik vasküler greflerin düşük performans göstermelerinin en önemli nedenlerinden birisi zayıf komplianstır. Zayıf komplians arteryal yer değiştirmenin engellenmesine neden olarak küçük çaplı arterlerin rekonstrüksiyonunu önler. Arterler ve grefler arasındaki komplians uyumsuzluğu lokal durgunluk oluşturarak kan akışının kesme gerilimini ve türbülansını arttırır [20]. Özellikle de küçük çaplı vasküler greftlerin uzun dönem iyileşmedeki başarısı,komplians eksikliğinden dolayı oldukça sınırlıdır [22]. 2.1.3. Biyobozunabilirlik Biyobozunabilirlik tanım olarak bir maddenin bakteriler tarafından daha küçük parçalara bozundurulmasıdır. Arteryal rekonstrüktüf cerrahide biyobozunabilir materyallerle tanışma, implantasyon esnasında düşük poroziteye ancak iyileşme esnasında yüksek poroziteye sahip gref oluşturma kavramıyla olmuştur. Biyobozunabilirlik, grefin doğal hücrelerle yer değiştirmesi için önemli 41
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) 35-47 bir özelliktir. Tedavi nihayetinde oluşan dokunun grefin fonksiyonunu devralabilmesi için gref biyobozunabilir olmalıdır [29-31]. 2.1.4. Đyileşme ve Pıhtı Oluşturmama Tam duvar iyileşmesi akış yüzeyinin endotel ile kaplandığı grefin tamamının lifsi doku matriksiyle kaplanma durumudur ve istenilen bir özelliktir. Eğer gerçekten tam olarak akıcı ve nontrombojenik materyallerle çalışılabilseydi iyileşme bu kadar önemli olmazdı. 1950 lerden beri pıhtılaşma oluşturmayacak grefler üzerine çalışılmış ancak tatmin edici bir çözüm henüz bulunamamıştır. Görünür gelecekte nontrombojenik bir materyalin keşfedilebileceği tahmin edilmemektedir, bu belki de hiç olmayacaktır. Sadece protez akış yüzeyinin tamamen iyileşmesi yani endotelik bir akış yüzeyinin oluşması uzun dönem tromboz tıkanmalarını önleyebilir. Bu iyileşme, akış yüzeyinde endotelik hücre tabakası oluşması, kan, perigref dokuları ve gref arasında oluşan bir dizi reaksiyonla gerçekleşir. Mevcut çözümler protezleri sadece hızlı kan akışı olan bölgelere implante ederek yüksek kayma gerilimleri tromboz oluşumunu engellemek, implantasyondan sonra antitrombojenik bir yüzeyle kaplanan grefler kullanmak ve implantasyondan sonra trombozu önleyici ilaçları belki de çok uzun bir süre için kullanmaktır. Bazen canlılara takılan vasküler greflerde on yıllar sonunda bile endotel gelişimi görülmez. Bu durum geniş çaplı damarlarda fazla sorun oluşturmasa da özellikle küçük ve orta çaplı damarlarda iyileşmenin gerçekleşmesini engelleyen bir faktördür [32, 33]. 2.1.5. Dayanıklılık Vasküler protezler için iki ana uzun dönem başarısızlık tipi vardır. Birincisi tıkanmadır ve kompliansla ilgili olarak trombozdan veya intimal hiperplazadan oluşabilir. Đkinci tip uzun dönem başarısızlığı ise protezin kendisinin ya da dikiş çizgisinin yapısal başarısızlığıdır. Dayanaklılık terimi, grefin insan vücuduna implantasyondan sonraki fiziksel yapısını ayarlayabilme kabiliyetini gösterir. Açılma ve kopma özellikle hafif PET greflerde problem olmuştur. PTFE son derece inert bir materyaldir. Tekstil yapay damarlarının bu özellikleri görüldüğü gibi biyouyumluluğu belirlemektedir ve hala yapay tekstil damarlarında tam biyouyumluluktan bahsedilemez. Karşılaştırma yapılacak olursa femoropopliteal by-passta iyilişeme oranı otogreflerde %90 ken, eptfe de %47, Dacron da %60 olarak rapor edilmiştir [34]. 2.2. YAPAY TEKSTĐL DAMARLARINDA KULLANILAN TEKSTĐL MATERYALLERĐ Damar protezlerde kullanılmış materyaller Vinyon N, Orlon, Naylon 6, Ivalon sponj, Dacron ve Teflon dur. Günümüzde sadece poliester (PET) ve politetrafloretilen (PTFE) materyalleri kullanılmaktadır. 2.2.1. Poliester [PET] Grefler Dacron ticari adıyla bilinen poly[etilenteraftalat] [PET] günümüzde %95 lik kullanım oranıyla vasküler gref olarak kullanılan en popüler materyaldir. Dacron 1939 da etilenglikol ve teraftalik asitin polyester polimeri olarak üretilmiştir. Naylondan farklı olarak polietilen teraftalat [PET] yapısında aromatik gruplar içermektedir. Yapısının hidrofobluğu nedeniyle hidrolize karşı daha az hassas olduğuna inanılmaktadır. Dacron günümüzde en yaygın olarak kullanılan greftir. PET in düşük bir reaktiviteye sahip olduğu bilinmektedir. Ancak PTFE kadar inert değildir. Dolayısıyla yalancı intima tabakasının daha iyi tutunmasını sağlar. Dacron ile yapılan deneysel çalışmalarda grefin iyi tolere edildiği ve endotel hücrelerinin yeterince geliştiği vurgulanmıştır [27, 28]. Arteryel değişim için henüz en ideal bir protez olmamasına rağmen abdominal aort değişiminde kullanılan büyük çaplı PET [polietilen teraftalat] greftlerin yeterli olduğu görülmüştür. Bu greftlerin beş yıllık kümülatif açıklık oranları %85-90 olarak bildirilmiştir [35]. 2.2.2. Politeterafloretilen [PTFE] Grefler Politetrafloretilen (PTFE), TEFLON ticari adıyla bilinen bir sentetik materyaldir. 1954 ten beri çok flamanlı olarak eğirilmektedir. Bilinen en az reaktif ve en inert materyaldir. Teflon gref olarak ilk kez 42
Eren, S., Ulcay, Y., Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) 35-47 1967 de Sawyer tarafından kullanılmıştır. Tüm materyaller arasında en az reaktif olanıdır. Sürtünme katsayısı ve serbest yüzey enerjisi düşüktür ki bu da dokuların protez çeperine tutunma ve büyüme yetersizliğine yol açmaktadır. Teflon, damar protezler için uygun bir materyaldir fakat teflon grefleri imal etmek zordur [36]. 1937 de Matsumoto ve arkadaşları genişletilmiş politetrafloroetilen grefleri kullanıma sunmuşlardır. Genişletişmiş PTFE,teflonun ısıtılıp gerilerek zorla genişletildiği bir florokarbon polimeridir. Yapılan klinik çalışmalar sonucunda mevcut yapay damarlar içersinde en uzun süre açık kalan ve en az komplikasyon gelişen damar grefti e PTFE grefttir. Bu sebeple günümüzde hemodiyaliz amacıyla en başarılı sonuçları olan PTFE damar grefti, dünyada en yaygın kullanılan grefttir [37]. Geçirgen eptfe grefler toksik değildir ve kimyasal stabiliteleri iyidir. Yani çabuk bozunmazlar [38,39]. PTFE grefin avantajları yanında elastikiyetinin az olması ile özellikle anastomoz kısmına daha fazla yük binmesi ile perianastomatik anevrizma ve neointimal hiperplazi daha fazla görülebilir [40]. Yine PTFE grefin anastomoz yerinde iğne deliklerinden kanama çeşitli vasküler cerrahlarca belirtilmiştir. Ancak bu durum bu greftler için özel olarak yapılmış sütürler ile problem oluşturmaktadır. Bunların yanında PTFE grefin Dakron grefte göre belirgin olarak pahalı olması PTFE greftin diğer dezavantajıdır. Günümüzde halen vasküler protez yapımında ideal materyal mevcut olmamasına rağmen dacron ve PTFE en yaygın olarak kullanılanlardandır. Femoropopliteal bypass greflemesinde PTFE'nin dacron grefte üstün olduğu saptanmıştır. Ancak aortobifemoral bypass'da birisinin diğerine üstünlüğü konusunda kesin bir fikir birliği yoktur. Dacron ve PTFE [politetrafloroetilen] grefler günümüzde aortobifemoral bypass için yaygın olarak kullanılmaktadır. PTFE grefin Dacron grefte üstün olduğunu belirten bazı çalışmalar olmasına rağmen fark olmadığını belirten çalışmalar da mevcuttur [40 42]. Axillofemoral by-pasların büyük bir çoğunluğu PTFE grefler kullanılarak yapılır ve bunlar Dacron a göre daha güçlü ve dayanıklıdırlar. Bu avantaja rağmen çeşitli yazarlar PTFE greftlerinde gref bozulmasına ve psödoanevrizmaya neden olan materyal yetmezliğini bildirmişlerder [35]. White ve ark. [43] göre 40 tan fazla olguda sütür hatları sağlam kalırken PTFE greflerin bozulduğu gözlemlenmiştir. PTFE greflerin mekanik yetmezliğiyle ilişkili olan bir başka komplikasyon da baypas greftin gövdesinde psödoanevrizma oluşumudur [35]. PTFE grefin Dakron grefe üstün olduğunu belirten bazı çalışmalar olmasına rağmen fark olmadığını belirten çalışmalar da mevcuttur [40, 44]. 427 vaka üzerinde yapılan bir araştırmada, 14 vaka çıkarılmış, geriye kalan 208 vakada Dacron ve 205 vakada PTFE gref kullanılarak performans karşılaştırması yapılmıştır. Đki yıllık patency oranları Dacron ve PTFE için sırasıyla % 70 ve 57 çıkmıştır. Çalışma sonucunda Dacron greflerin PTFE ler kadar hatta daha iyi sonuçlar verdiği rapor edilmiştir [45]. Yine Dacron ve EPTFE greflerin karşılaştırıldığı 228 vaka üzerine yapılan bir araştırmada 10 yıllık takip sonucunda Dacron greflerin daha iyi sonuçlar verdiği ve oto gref bulunmaması durumunda tercih edilebilecekleri rapor edilmiştir [46]. 2.3. YAPAY TEKSTĐL DAMARLARINDA KULLANILAN TEKSTĐL YAPILARI Bugünün ticari olarak mevcut damar protezleri kumaş konstrüksiyonlarına ve yüzey özelliklerine göre sınıflandırılırlar. Buna göre özetle mevcut damar protezleri; Dokuma damar grefler Düz- Çeperli Velur Örme damar grefler Düz [atkılı] örme grefler Düz- Çeperli Velur Çözgülü örme grefler Düz- Çeperli Velur Non-woven damar grefler (e-ptfe) olarak sıralanabilir [31]. 43
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) 35-47 a b Şekil 7. a.örme Dacron gref [47], b. dokuma poliester gref [48] Đlk ticari protezler dokumaydı ve bunlar halen fazla miktarda kullanılırlar. Dokuma işlemi dairesel olarak yapılır ve bu sayede dikiş gerekmeden daha düzenli bir yapı elde edilir. Đki ilmiğin birbirine 90 derece kesişecek biçimde üretilen dokuma grefler en güçlü prostetik greflerdir. Her yıl kullanılan greftlerin yaklaşık %45 i bu kategoriye girmektedir [49, 50]. Bezayağı yapıda dokunmuş kumaşlar basitliklerine karşın en fazla bağlantı yapan ve boyutsal stabilitesi en fazla olan yapılardır. Bezayağı dokuma kumaşlar yüksek patlama mukavemetine, iyi bir yorulma dayanımı özelliğine ve sızıntıyı azaltan düşük kan geçirgenliğine sahiptirler. Ayrıca yapının sıkılığına bağlı olarak preclotting (grefin hastanın kanıyla bir ön sıkılaştırmaya tabi tutulması) işlemi gerektirmeyebilirler [21].Göğüs atardamarı operasyonlarında bu önemli bir özelliktir. Dokuma protezler en dayanıklı yapıya sahiptirler ancak dikilmeleri zordur ve kesilmiş uçları yıpranmaya eğilimlidir. Aynı zamanda kompliansları eksiktir, fazla sıkı olabilmektedirler. Bu dezavantajların üstesinden gelebilmek için örme protezler tercih edilebilir. Bunlar daha kolay dikilebilirler, bununla birlikte çok gözeneklidirler ve kan geçirgenlikleri yüksektir. Bu problemin üstesinden gelebilmek için örme greflerin preclotting işleminden geçirilmesi gerekir. Đyileşme özelliğini geliştirmek için bir örme protez tipi olan velur protezler geliştirilmiştir. Velur, dacron protezlerin 1960 ların sonunda geliştirilen bir tipidir. Velur yüzeyinde yüzeyden dik açılarla çıkıntı yapan ilmekçikler vardır ve yüzeye kadifemsi bir efekt verirler. Velur konfigürasyonu iyileşmede etkili olabilir. Kumaş daha kalındır ve daha fazla ilmeğe sahiptir. Böylece büyüyen hücreler duvara daha kolay tutunabilirler. Örme protezler abdominal aorta ve periferik arterlerin by-pass prosedürlerinde başarılıdırlar. Anevrizma ve şişme türü rahatsızlıklara iyi direnç göstermişlerdir. Bununla birlikte yüksek gerilimlere maruz kaldığı geniş çaplı damar değiştirmelerinde uygunluk göstermemektedirler. Çünkü konstrüksiyonları zayıftır ve boyutsal stabiliteleri dokuma protezinki kadar iyi değildir. a b c Şekil 8. Dacron a. Dokuma, b. örme, c. velur gref yapıları [47] Örme protezlerin dezavantajlarından birisi bazen kan akışına bağlı olarak kalıcı radyal deformasyonların oluşması ve basıncın protez ve arterler arasında çap uyumsuzluğuna neden olmasıdır. 44
Eren, S., Ulcay, Y., Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) 35-47 Örme kumaşların geçirgenlik özelliklerini geliştirmek amacıyla kumaş kimyasal maddelerle ya da termal proseslerle çektirilir. Bu işleme kompaklaştırma denir. Kompaklaştırılmış yapılar iyileşmede daha iyi sonuç verir. Vasküler protezlerin limitli boylamasına esnemelerini ayarlamak için kıvrımlaştırma metodu kullanılabilir. Kıvrımlaştırma tromboza bağlı hataları azaltan bir ısıl fiksaj prosesidir. Crimp (kıvrım) dikiş çizgisindeki gerilimi ve kan değişimindeki lokal dalgalanmaları azaltır. Helezon ringli PTFE grefler kullanıldığında grefin dışardan bası oluşturması trombozu önlemektedir [25, 35,49] 2.4. YAPAY TEKSTĐL DAMARLARININ BAŞARISIZLIĞI Geniş çaplı gref değiştirmelerin birçoğu başarılı olmasına rağmen küçük çaplı arteryal gref değiştirmeleri sıklıkla başarısız olur. Gref başarısızlığının dört ana nedeni vardır: 1. Açılma [diletasyon] 2. Dikiş çizgisi hatası 3. Yapısal hatalar [delikler, yarıklar,yırtıklar] 4. Sızdırma [kanama] ve enfeksiyon Açılma en sık rastlanan mekanik hatadır. Açılma nabızsal [artıp azalan] gerilimlerden kaynaklanan kalıcı gref çapı genişlemesidir. Bu tip bir nabızlı basınç etkisi iplikte ya da tekstil yapısında yorulmaya neden olur. Yapılan çalışmalarda 5 yıllık greft açıklığı ister dacron ister ptfe olsun oldukça yüksek.[%90] bulunmuştur [40]. Dikiş çizgisinin bozulması anlamına gelen dikiş hatası arteryal gref sistemlerindeki ikinci ana problemdir. Genellikle implantasyondan sonraki 30 ila 50. aylarda oluşur. Oluşma nedeni arterler ile gref arasındaki ya da doğrudan dikiş materyali arasındaki komplians uyuşmazlığıdır. Yapısal hatalar çok yaygın değildirler ama gref başarısızlığına neden olabilirler. Đmplantasyondan sonraki 40-60. aylarda ortaya çıkarlar. Üretim ya da kullanım esnasında oluşurlar ve belirlenmeleri zordur. Sızdırma ya da enfeksiyonlar da çok nadiren oluşurlar ve ilk 10 ayda ortaya çıkarlar. Sızdırma dikiş çizgisinde ya da greftte oluşabilir. 2.5. TEKSTĐL YAPAY DAMARLARININ DĐZAYNI Bir gref belirli mühendisliksel ve fonksiyonel kriterleri yerine getirmelidir, bunlar: 4. SONUÇ 1. Nontrombonik [pıhtılaşmaya izin vermeyen] yüzey 2. Komplians ve elastisiteyi sağlayacak elementler 3. Uzun dönemli gerilim kuvvetlerini karşılayacak dizayn 4. Biyouyumluluk 5. Uygulanmasını kolaylaştıracak bir dizi karakteristik. Örneğin dikilebilirlik, uniform kütle oluşturabilme,depolanabilme, sterilize olabilme ve farklı boyutlarda temin edilebilme [29, 36, 41, 49]. Elastiste ve komplians vasküler protezler için önemli karakteristiklerdir. Çap küçük olduğunda vasküler greflerin başarıları (patency) daha azdır. Kan akışı yavaştır ve tromboz riski daha fazladır. Tüm çağdaş gref ve damarların arterlerden daha az kompliant olması ve implantasyondan sonra kompliansta görülen azalma bu alanda çalışmaları yoğunlaştırmıştır. Arteryel gref alanındaki çalışmalar genişlemektedir, ancak hala gerçek arterlerin birçok özelliği greflerde elde edilememiştir. Büyük çaplı greflerle (iç çapı 8 mm den fazla) genellikle iyi sonuçlar alınmasına karşın, yine de mortalite ya da ekstremite kaybıyla sonuçlanabilecek komplikasyonlara rastlanabilmektedir. Küçük çaplı greflerin (6 mm den az) uzun dönemli açıklık oranları, büyük çaplı olanlara göre önemli derecede daha düşüktür. Bu greflerin anastomotik intimal hiperplazisi veya trombozu, antitrombotik veya antitrombosit ajanlarının kullanımıyla önemli derecede düşürülebilmiş değildir. 45
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) 35-47 5. KAYNAKLAR 1. Guyton, A.C., 1986, Tıbbi Fizyoloji, Nobel Tıp Kitabevi, Đstanbul, 776s 2. www.akokmen.blogcu.com/kanin-damarlardaki-yolculugu-dolasim-sistemi_06.08.09 3. www.yazarlikyazilimi.meb.gov.tr/materyal/afyon/afyon4/dolasimsistemi06.08.09 4. www.medicine.ankara.edu.tr/cerrahi_tip/genel_cerrahi/files/arteryel_anevrizmalar.pdf - 27/7/2007 5. www.wikipedia.com - 07.08.09 6. www.aof.anadolu.edu.tr/kitap/ehsm//1211/unite 05-07.08.09 7. www.gata.edu.tr/dahilibilimler - 17.07.2009 8. www.viskozimetre.com - 07.08.2009 9. Dikmenoğlu N.2006, Kardiyovasküler Hastalıklarda Sigara Ve Kolesterol Kadar Önemli Bir Risk Faktörü: Kan Akışkanlığı, Hacettepe Tıp Dergisi; 37:93 97 10. www.britannica.com - 07.08.09 11. www.kenthospital.com/kenthastanesi/y_aort_cerrahisi - 07.08.2009 12. www.gata.edu.tr/cerrahibilimler/kalpdamar/kalpdamarsistemi13.html - 27.07.2009 13. www.kalpdamar.com - 27.07.2009 14. Ünal, B., 2007, Kalp Damar Hastalıkları Epidemiyolojisi Pamukkale Üniversitesi Ulusal Halksagligi Kongresi, 23-26 Ekim 2007 15. www.hastane.com.tr/damar-sertligi-[ateroskleroz]- 05.07.2009 16. www.ahmetalpman.com - 04.08.2009 17. www.geocities.com/vejetaryenbeslenme/kalp_damar_hastaliklari. - 04.08.2009 18. http://www.saglikbilgilerim.com/kalp-damar-hastaliklarinin-nedenleri/ - 04.08.2009 19. Raghavan, M. L., 2002 BME Fundamentals Spring 2002 Cardiovascular Bio-Solid Mechanics Section Lecture Notes. 5s. 20. Ulcay, Y., Altun, Ş., Karahan, M., 2000, Biyolojik Olarak Uyumlu nın Performans Standartlarının Seçiminde Gözönüne Alınan Değerler, Tekstil Maraton, 5/2000, 78-81 21. www.biomed.metu.edu.tr - 20/07/2009 22. Mizelle, S.W., Gupta, B.S., 1995, Compliance Of Small Diameter Vascular Grafts As Determinant Of Patency, Proceedings Of The April 7-91995 Fourteenth Southern Biomedical Engineering Conference, 30-33, Shreveport, Louisiana 23. Hasson, E.J., Abbott, W.M., 1985, Complications Of Artery-Graft Mismatch, Complications in Vascular Surgery, 545-549 24. Ulcay, Y., Parlak, S., Sürmene, S., 1996, Damar Protezlerde Kimyasal Çektirmenin Sızdırmazlık Üzerine Etkisi, Biyomed 3 Sempozyumu, 11-15, Bursa 25. Pourdeyhimi,B., 1986, Vascular Grafts:Textıle Structures And Their Performance, Textile Institute, 1986, England, 35s. 26. Jorge R.G., Armengod, A.C., Caravajal, J.M., 1988, Experimental Study Of A New Porous Tracheal Prothesis, Ann Thorac Surg, 65, 1830-1834 27. Leake, D., Habal, M., Pizzoferrato, A., Vespucci, A., 1985, Prosthetic Replacement Of Large Defects Of The Cervical Trachea in Dogs, Biomaterials, 6, 17-22 28. Kaiser, D., 1985, Alloplastic Replastic Of Canine Trachea With Dacron, Thoraccardiovasc Surg, 33, 239-243 29. Harloff, J., 1995, Are Biomaterials The Limiting Factor in The Progress Of Arterial Prostheses?, Introduction To Biomaterials Thesis [Unpublished], Phensylvania, 39s 30. www.bae.ncsu.edu/courses/bae4651995_projects/bake/baker/sophie, arterial grafts. 31. Ulcay, Y., Kahraman, N.C., 1994, Yapay Damarların Gelişimi, Hammaddeleri Ve Özellileri, Tekstil Teknik, 113, 102-111 32. www.histemb.medicine.ankara.edu.tr/endotelerdemli.pdf - [21.07.2009] 33. Zilla, P., Bezuidenhout, D., Human, P., 2007, Prosthetic Vascular Grafts: Wrong Models, Wrong Questions And No Healing, Biomaterials, 28/34, 5009-5027 34. Williams, D.F., 2008, On The Mechanisms Of Biocompatibility, Biomaterials, 29/20, 2941-2953 46
Eren, S., Ulcay, Y., Teknolojik Araştırmalar: TTED 2010 (1) 35-47 35. Çelik, A., 2007, Periferik Damar Cerrahisi Uygulamaları Sırasında Görülen Sentetik Gref Enfeksiyonları ve Etki Eden Faktörler Nelerdir?, Uzmanlık Tezi, 70s, Đstanbul 36. Eren, S., 2004, Tekstil Yapay Damarlarının Performans Özelliklerine Yapısal Parametrelerinin Etkisi, Yüksek Lisans Tezi, 87s, Bursa 37. www.damaryolu.com 28.07.2009 38. Fumihiro, H., Yasuriho O., Motomi, N., Koichiro N., 2002, Development Of Small Diameter eptfe Vascular Graft, Sumitomo Electric Technical Review, 161, 102-106 39. Uysal, A., Özden, K.K., Toka, R., Yücedağ, E., Senol, S., Burma, O., Rahman,A., 2007, Femoro- Popliteal By-Pass Girişimlerimiz, Fırat Tıp Dergisi, 12/4, 265-268 40. Türköz, R., Deniz, B., Kestelli, M., Özbek, C., Akçay, A., Tonguç, E., Yılık, L., Baltalarlı, A., Şağban, M., 1997, Aortobifemoral Bypass Olgularında Dakron ve Politetrafloroetilen Greftin Karşılaştırılması, Gkd Cer Derg, 5, 212-217 41. Zelt, D.T., Abbott, W.M., 1994, Vascular Prostheses, Oxford Textbook Of Surgery, Oxford Universty Press, Oxford, 349-354 42. Fiedman, S. G., Lazzaro, R.S., Spier, L.N., Moccio, C., Tortolani, J., 1995, A Prospective Randomized Comparision Of Dacron And Polytetrafluoroethylene Aortic Bifurcation Grafts, Surgey, 117, 7-10 43. White, G.H., Donayre, C.E., Williams, R.A., White, R.A., Stabile, B:E., Wilson, S:.E., 1990, Exertional Disruption Of Axillofemoral Graft Anastomosis - The Axillary Pull-Out Syndrome, Arch Surg, 125, 625-627 44. Us, M.H., Ege, T., Đnan, K., Yılmaz, M., Çakır, O., Pekediz, A., Süngün, M., Duran, E., Öztürk, Ö.Y.,2001, Dizüstü Femoropopliteal Bypasslarda PTFE ve Dacron Greftlerin Orta Dönem Takip Sonuçları, Gülhane Tıp Dergisi, 43/1, 66-70 45. Jensen, L.P., Lepäntalo, M., Fossdal, J.E., Røder, O.C., Jensen, B.S., Madsen, M.S., Grenager, O., Fasting, H., Myhre, H.O., Bækgaard, N., Nielsen, O.M., Helgstrand, U., Schroeder, T.V., 2007, Dacron or PTFE For Above-Knee Femoropopliteal Bypass A Multicenter Randomised Study, European Journal of Vascular and Endovascular Surgery, 34/1, 44-49 46. Van Det, R.J., Vriens, B.H.R., Van Der Palen, J., Geelkerken, R.H., 2009, Dacron Or Eptfe For Femoro-Popliteal Above-Knee Bypass Grafting: Short- And Long-Term Results of a Multicentre Randomised Trial, European Journal of Vascular and Endovascular Surgery, 37/4, 457-463 47. Durmuş, T. D., Blood Vessel Substitues, www.biomed.metu.edu.tr - 28.07.2009 48. www.osu.edu. - 28.07.2009 49. Ulcay,Y., Kahraman, N.C., 1994, Yapay Damarların Gelişimi, Hammaddeleri Ve Özellikleri, Tekstil Teknik, 113/10, 102-111 50. Pourdeyhimi B, Wagner, D., 1986, On The Correlation Between The Failure of Vascular Grafts and Their Structural and Material Properties: Acritical Analysis, J Biomed Mater Res, 20/3, 375-409 47