Jamming of Prosthetic Heart Valves by Suture Trapping: Experimental Findings

Summary

The vulnerability of the Medtronic-Hall, Bjork-Shiley Monostrut, Duromedics, and St. Jude Medical valves to occluder immobilization by sutures was determined under static and pulsatile flow conditions. Variables were cardiac output, crosssectional diameter of suture, type of suture (braided versus monofilament) and position of the offending suture along the circumference of the valve ring. Under static conditions, pressures, ranging from 40 to 340 mmHg and 10 to 170 mmHg, were required to decompress obstructed Medtronic-Hall and Bjork-Shiley Monostrut valves, respectively. As a result of different design characteristics and different occluder/oriflce clearances the Medtronic-Hall valve showed its maximum opening pressure in case of interference with sutures at the axis of symmetry in both minor and major orifices, whereas for the Bjork-Shiley Monostrut valve this was reached in the minor orifice. Under pulsatile flow conditions, in case of interference with Prolene 2-0 suture, the Duromedics valve showed irregularly delayed opening and an opening pressure difference of 50mmHg at a cardiac output of 8 L/min, whereas leaflet motion and pressure difference in the St. Jude Medical valve were undisturbed under similar conditions. The necessary pressure difference for opening the Medtronic Hall valve reached 44 mmHg at a cardiac output of 8 L/min. High and low risk of extrinsic leaflet obstruction in the Duromedics and St. Jude Medical valves, respectively, is related to the design of the hinge mechanisms and the wedge angle of their leaflets (2° versus 25°).

Precautionary principles in implantation of prosthetic heart valves are stressed to prevent the potentially lethal complication of occluder immobilization. The low risk of leaflet immobilization in the St. Jude Medical valve is considered an additional advantageous design feature.

Zusammenfassung

Die Klemmneigung der Schließkörper von Medtronic-Hall, Björk-Shiley Monostrut, Duromedics und St. Jude Medical Herzklappenprothesen, verursacht durch interferierendes Nahtmaterial, wurde in stationärer und pulsatiler Strömung untersucht. Als Versuchsparameter wurden das Herzminutenvommen, das verwendete Nahtmaterial (Materialstärke und -typ) und die Position, an der das Nahtmaterial am Klappenring angebracht wurde, variiert. Die hydrostatischen Drucke, die zum Öffnen von Klappen mit verklemmtem Schließkörper benotigt wurden, lagen zwischen 40 und 340 mmHg für Medtronic-Hall Prothesen und 10 und 170 mmHg für Björk-Shiley Monostrut Prothesen. Die Maxima der zum Öffnen von Medtronic-Hall Prothesen benotigten Drucke wurden für die Fälle gemessen, bei denen das Nahtmaterial an den Schnittpunkten zwischen Symmetrieachse und Klappenring angebracht wurde, gleichgültig ob im kleineren oder größeren Öffnungsquerschnitt. Für die Björk-Shiley-Prothesen ergaben sich die hohen Öffnungsdrucke nur für den Fall einer Fadenpositionierung im kleineren Querschnitt. Dies kann auf unterschiedliche Konstruktionsmerkmale und unterschiedliche Toleranzen zwischen Schließkorper und Klappenring zurückgeführt werden. Bei Interferenz mit Prolene 2-0-Nahtmaterial wurde in pulsatiler Strömung bei der Duromedics-Prothese eine unregelmäßige Verzögerung des Öffnungszeitpunkts beobachtet und eine maximale Öffnungsdruckdifferenz von 50 mmHg bei einem Herzminutenvolumen von 8 L/min gemessen. Die Flügelbewegung und die Druckdifferenz der St. Jude Medical-Prothesen blieben dagegen unter ähnlichen Bedingungen unbeeinflußt. Das hohe bzw. geringe Risiko einer Beeinträchtigung der Flügelbewegung von Duromedics bzw. St. Jude Medical-Herzklappenprothesen kann auf die unterschiedlichen Konstruktionen der Lagerungen und auf die unterschiedlichen Keilwinkel zwischen geschlossenen SchlieBkörpern und Klappenring (2° gegenüber 25°) zurückgeführt werden. Die Öffnungsdruckdifferenz der Medtronic-Hall-Klappe betrug 44 mmHg bei einem Herzminutenvolumen von 8 L/min.

Es werden Vorsorgemaßnahmen für die Implantation von Herzklappenprothesen aufgezeigt, um die mögliche lethale Komplikation eines verklemmten Schließkörpers zu verhindern. Das geringe Risiko einer Bewegungseinschränkung von Flügeln der St. Jude Medical-Prothese wird als zusätzliches vorteilhaftes Konstruktionsmerkmal angesehen.

Key words

Prosthetic heart valve replacement - Disc immobilization - Postoperative complication