Vliv kryoprezervace na mechanické vlastnosti arteriálních štěpů

Abstract

Tato práce zkoumá vliv kryoprezervace na mechanickou odezvu arteriálních štěpů využívaných jako cévní náhrady. Vzorky tepen byly cyklicky zatěžovány vnitřním tlakem pomocí inflačně-extenzních testů. Byly získány a porovnány charakteristiky dvou skupin kryoprezervovaných arteriálních štěpů, lišící se způsobem rozmrazení: pomalu rozmražené (dle standardního protokolu TÚ FNHK, tedy přibližně po dobu 120 minut) a rychle rozmražené (po dobu 5 minut ve vodní lázni). Testovány byly také dvě skupiny nativních vzorků tepen: skupina získaná při multiorgánových odběrech, skupina vzorků odebraných z kadaveru. Zkoumáno bylo celkem 32 vzorků od 32 dárců tj. – 10 rychle rozmražených, 8 pomalu rozmražených, 5 vzorků z multiorgánových odběrů a 9 vzorků z kadaverů. Vzorky byly nejprve cyklicky zatěžovány kvazistaticky, poté cyklovány vyšší frekvencí a nakonec opět kvazistaticky. Vyhodnocovány a porovnány byly charakteristiky všech uvedených skupin arterií získané ze zatěžující části 8. a 65. cyklu kvazistatického zatěžování. S ohledem na mechanickou odezvu při zatěžování byl vyhodnocen vliv kryoprezervace, rychlosti rozmrazení a typu odběru nativních vzorků. Zkoumán byl i vliv násobného cyklického zatěžování. Pro výpočet napětí byla využita teorie tenkostěnných válcových skořepin. Porovnání závislosti napětí-deformace bylo provedeno ve směru obvodovém i axiálním. Ze získaných charakteristik je zjevné, že všechny skupiny vzorků se v obvodovém směru deformují více než v axiálním. Zásadním poznatkem této práce je, že kryoprezervace má vliv na nárůst poddajnosti arteriální stěny v obvodovém i axiálním směru. Především v axiálním směru jsou deformace kryoprezervovaných vzorků znatelně větší v porovnání s nativními vzorky. Kryoprezervace má zřejmě vliv na změnu struktury arteriální stěny. Tyto změny se projeví poklesem míry anizotropie. Vliv cyklického zatěžování je patrný u kryoprezervovaných vzorků – především u rychle rozmrazených, které se stávají poddajnějšími. Kryoprezervované vzorky vykazují podobné charakteristiky při zatěžování přibližně do hodnoty diastolického tlaku. Při vyšším zatížení se rychle rozmrazené vzorky deformují více. Nativní tepny z kadaverů tuhnou při vyšším zatížení rychleji než vzorky z multiorgánových odběrů. Nativní vzorky z multiorgánových odběrů a pomalu rozmrazené vzorky vykazují nad hodnotou diastolického tlaku podobnou odezvu, tj. trendy – směrnice charakteristik jsou podobné.

This thesis deals with the effect of cryopreservation on mechanical properties of arterial allografts used for vascular replacements. Arterial specimens were loaded cyclically by internal pressure during inflation-extension tests. Mechanical characteristics of two groups of cryopreserved arterial grafts with different thawing protocol were obtained and compared: slow-thawed grafts (according to standard thawing protocol TŮ FNHK – 120 minutes in refrigerator) and rapid-thawed (5 minutes in water bath at 37 °C). Two groups of fresh allografts were also tested: grafts from multiorgan harvest and grafts from cadavers. There were 32 grafts from 32 donors tested in total – 10 rapid-thawed, 8 slow-thawed, 5 from multiorgan harvest and 9 cadaverous. All grafts were tested with quasistatic loading, then with higher loading frequencies and with quasistatic loading again at the end. The mechanical characteristics from 8. and 65. cycle of quasistatic loading were examined and compared between all four groups of grafts. The effect of cryopreservation, different thawing protocol and effect of different source of fresh grafts was examined as well as effect of cyclic loading. The theory of thin-walled structures was used to calculate stress in arterial wall during testing. Mechanical stress-strain characteristics were compared in both circumferential and axial direction. The results are that circumferential deformations in all groups of grafts are higher than in axial direction. One of the main findings is that cryopreservation has effect on increase of arterial wall deformation in circumferential and axial direction. Especially in axial direction the deformations are significantly higher in comparison with fresh allografts. Cryopreservation probably causes some changes in structure of arterial wall which results in anisotropy decrease. The effect of cyclic loading can be seen on cryopreserved graft group, mainly the rapid-thawed grafts report higher deformations. Both cryopreserved graft group have similar mechanical characteristics until the diastolic pressure level. Rapid-thawed grafts tend to deform more above this pressure level. Cadaverous fresh grafts tend to be stiffer with higher stresses than fresh grafts from multiorgan harvest. Fresh grafts from multiorgan harvest and slow-thawed grafts have similar mechanical characteristics above the diastolic pressure level – trends of characteristics are similar.