Sciences fondamentales

DOI of or

Le brevet pdeux de ses ccardio-vasculapontages, les sauteurs ne travl’Engineeringauteurs ne trails esp�erent comvendre aux com

1DepartmeHospital, Lond

570

Un mod�ele aortique pour l’�evaluationphysiologique des endoproth�eses couvertes

Mital Desai,1 Maqsood Ahmed,2 Arnold Darbyshire,2 Zhong You,3 George Hamilton,1,2

Alexander M. Seifalian,2 Londres, Royaume Uni

Rationnelle : Le but de cette �etude �etait de fabriquer un nouveau mod�ele aortique avec despropri�et�es physiologiques, qui pourrait etre utilis�e pour l’�etude �a long terme de long�evit�e desendoproth�eses, selon les recommandations de la ‘‘Food and Drug Administration’’.M�ethodes : Des aortes abdominales porcines ont �et�e acquises pour �etablir des valeurs decompliance. Le mod�ele aortique �etait fabriqu�e en employant un polym�ere de nano composite.Une fausse aorte de latex a �et�e utilis�ee pour la comparaison. Un fantome pulsatile de flux a per-fus�e les aortes et les tubes synth�etiques avec des pressions et un flux pulsatiles physiologiques.Les index diam�etral de compliance et de rigidit�e ont �et�e calcul�es �a des pressions moyennes de30 �a 120 mm Hg. Les donn�ees ont �et�e analys�ees en employant l’analyse de la variance �a sensunique et le test de Bonferroni.R�esultats : Les valeurs h�emodynamiques du circuit �etaient semblables pour l’aorte porcine et lestubes synth�etiques. La compliance de l’aorte s’�etendait de 2,97 ± 0,72 (moyenne ± �ecart-type) �a1,42 � 10�2. ± 0,37%/mm Hg. Le mod�ele de polym�ere a montr�e une meilleure compliance(extremes, 3,66 ±1,05-2,72 ± 0,28%/mm Hg � 10�2 ; p < 0,05), sans diff�erence significative del’index �elastique de rigidit�e (extremes, 101,6 ± 28,9-51,3 ± 10,7 pour l’aorte et 39,8 de ± 8,5-34,2 ±3,8 pour le mod�ele en polym�ere ; p > 0,05). Il a �egalement montr�e un comportement anisotropesemblable dans l’aorte. Les tubes de latex ont montr�e une compliance inf�erieure �a l’aorte(extremes, 0,87 ± 0,24-0,86 ± 0,2%/mmHg�10�2) et ont �echou�e par une distension significativesur l’augmentation de la pression moyenne de 90 mm Hg.Conclusions : Nous avons d�evelopp�e un mod�ele aortique physiologique appropri�e avec uneanatomie, une compliance, et une visco�elasticit�e compatibles, qui pourrait etre employ�e pourl’analyse de fatigue �a long terme des stents et des greffes vasculaires. Les mod�eles d’aorteen latex peuvent �echouer aux pressions physiologiques.

INTRODUCTION

Les polyur�ethanes ont �et�e intensivement �etudi�espour des applications biom�edicales en raison de

leur excellente biocompatibilit�e, leur polyvalence

iginal article: 10.1016/j.avsg.2010.12.012.

our ce mat�eriel est sous l’�egide du professeur Seifalian etoll�egues post-doctoraux. Le mat�eriel pour les implantsires est en cours de d�eveloppement, y compris pour lestents, les valves cardiaques, et les AAA. Actuellement, lesaillent avec aucun industriel, et le travail est soutenu parand Physical Sciences Research Council (EPSRC). Lesvaillent pas comme conseiller des compagnies. �A l’avenirmercialiser les dispositifs et avoir �egalement des brevets �apagnies cardio-vasculaires.

nt of Vascular Surgery, Royal Free Hampstead NHS Trustres, RU.

chimique, et leurs propri�et�es m�ecaniques sup-�erieures.1 Nous avons d�evelopp�e et avons brevet�eun polym�ere non biod�egradable de nano composite

bas�e sur les silsesquioxanes oligom�eriques poly�edres(SSOP) et le poly (carbonate-ur�ee) ur�ethane (PCU),

2Division of Surgery and Interventional Sciences, University CollegeLondon, Londres, RU.

3Department of Engineering Science, University of Oxford,Oxford, RU.

Correspondance : Alexander M. Seifalian, PhD, Division ofSurgery and Interventional Science, University College London,Royal Free Campus, Pond Street, Londres NW3 2QG, RU, E-mail:a.seifalian@ucl.ac.uk

Ann Vasc Surg 2011; 25: 530-537DOI: 10.1016/j.acvfr.2012.04.029� Annals of Vascular Surgery Inc.�Edit�e par ELSEVIER MASSON SAS

Vol. 25, No. 4, 2011 Mod�ele aortique d’�evaluation des EPA 571

dans lesquels les nano cages de SSOP sont fix�es parcovalence �a la structure du polym�ere (SSOP -PCU).

Ce polym�ere est visco�elastique, durable, et s’est

av�er�e biologiquement stable.2 En outre, les nano

cages de SSOP changent la morphologie ext�erieuredu mat�eriel auquel ils sont attach�es, ayant

pour r�esultat une surface qui n’est pas throm-

bog�ene.3 Nous avons d�evelopp�e une endoproth�esecouverte autoexpansible sans suture �a usage coro-

naire, p�eriph�erique, et pour r�eparation endova-

sculaire d’an�evrysme aortique, qui incorpore un�echafaudage d’alliage de nitinol li�e �a ce polym�ere denano composite. En raison des propri�et�es physico-

chimiques et biologiques originales, ce nouveau

polym�ere a des propri�et�es qui sont sup�erieures au

Dacron et au polyt�etrafluoro�ethyl�ene et favorise

l’endoth�elialisation spontan�ee.4 La prochaine �etapede notre �etude est de tester pr�ecis�ement la r�esistance�a la fatigue de l’endoproth�ese couverte dans des

conditions physiologiques, simulant l’activit�ecardiaque.

Nous avons identifi�e la n�ecessit�e de d�evelopperun mod�ele aortique dans lequel des endoproth�esescouvertes pourraient etre d�eploy�ees pendant leur�evaluation dans des conditions physiologiques

simul�ees dans lesquelles doivent etre analys�eesdurant 400 millions de cycles de fatigue m�ecaniquepulsatile (�equivalent de 10 ans dans le corps

humain), selon des directives de la ‘‘Food and

Drug Administration’’. Les mod�eles disponibles

d’an�evrysmes aortiques pour l’�evaluation et le

d�eveloppement d’endoproth�eses couvertes sont

anatomiquement corrects mais ne reproduisent

pas les propri�et�es physiologiques du tissus aortique

vivant.5 Pour tester des dispositifs vasculaires dans

conditions normales et des �etats pathologiques, unmod�ele de circulation qui se comporte de facon

physiologique est n�ecessaire. L’objectif principal estde d�evelopper un tube synth�etique employant un

mat�eriel qui soit compliant, non thrombog�ene, et �aendoth�elialisation spontan�ee. Ainsi, une �evaluationpr�eliminaire des propri�et�es �elastiques de l’aorte

abdominale porcine a �et�e r�ealis�ee. Nous avons

d�evelopp�e un mod�ele aortique utilisant un poly-

m�ere de nano composite en raison de ses propri�et�essup�erieures, comme d�ecrit plus tot dans le texte.

Nous avons �egalement utilis�e un mod�ele aortique

synth�etique en latex, qui a �et�e employ�e pr�ec�edem-

ment pour l’�etude in vitro dans recherche cardio-

vasculaire.6,7

La compliance est fonction du diam�etre, et un

vaisseau est d�efini comme distensible ou compliant

quand un petit changement de pression se traduit

par un important changement de volume.8,9 Les

propri�et�es m�ecaniques de la paroi art�erielle ont un

effet significatif sur les caract�eristiques du flux de

sang et devraient donc etre reproduites dans tout

mod�ele de circulation. Pour r�ealiser des �etudes de

compliance, un circuit de flux sp�ecifiquement concu

pour reproduire exactement les caract�eristiquesh�emodynamiques du flux sanguin art�eriel pulsatilea �et�e fabriqu�e.

MAT�ERIAUX ET M�ETHODES

Acquisition d’aorte abdominale porcine

Des aortes abdominales porcines ont �et�e obtenues �apartir du centre de recherche animalier du North-

wick Oark Hospital, Londres. Toutes les aortes

abdominales ont �et�e pr�elev�ees du meme segment

et stock�ees dans une boıte de glace avant

l’exp�erimentation. Le diam�etre du vaisseau a vari�ede 18 �a 22 mm. Les aortes ont �et�e r�es�equ�ees et

stock�ees avec les tissus environnants. Avant l’�etude,les aortes ont �et�e diss�equ�ees et squeletis�ees. Six

segments ont �et�e utilis�es provenant de six animaux

diff�erents. Les branches principales de l’aorte ont �et�eli�ees avec des sutures de soie3-0. Les tissus ont �et�estock�es dans une solution de ringer lactate (Baxter,

R-U) �a 4�C et �etudi�es dans un d�elai de 24 heures

apr�es pr�el�evement. Les tissus ont �et�e obtenus selon

les recommandations du Comit�e d’�Ethique local

concernant l’utilisation exp�erimentale des tissus

animaux, et les soins apport�es aux animaux �etaientconformes aux directives de notre �etablissement et

au guide du National Research Counsil.

D�eveloppement d’un mod�ele aortique

utilisant un polym�ere de nano composite

Le polym�ere POSS -PCU de nano composite

d�evelopp�e par notre groupe a �et�e employ�e. Unman-

drin cylindrique de 25 millim�etres de diam�etre a �et�eimmerg�e dans le polym�ere puis a s�ech�e pendant

15 minutes. Une petite partie du polym�ere s’est�egoutt�ee bas. Il a �et�e r�e immerg�e �a des 2 reprises

suppl�ementaires de facon semblable. La tige enduite

du polym�ere triple-couche a �et�e alors plac�ee dans unfour pendant la nuit �a 60�C. Apr�es 12 heures, le

polym�ere avait compl�etement s�ech�e et avait form�eune couche uniforme. Il a �et�e alors d�etach�e du tube

cylindrique, de ce fait formant un tube synth�etiquede 20 cm de longueur.

Mod�ele aortique synth�etique de latex

Pour la comparaison, un tube de latex de diam�etresemblable (25-millim�etre) a �et�e utilis�e. Il a �et�eemploy�e auparavant dans des mod�eles pour analysedes stents et des proth�eses vasculaires.

572 Desai et al. Annales de chirurgie vasculaire

M�ethodologie de compliance

Fig. 1. Repr�esentation sch�ematique du mod�ele de flux.

SAED, syst�eme d’acquisition-enregistrement des donn�eesanalogique-num�erique ; COF, conditionneur d’onde de

flux ; O, oxyg�enateur (Medtronic, Anaheim, CA) ; P1 et

P2, capteur pression Millar Mikro; DTM, syst�eme de

d�ebitm�etrie Transonic Medical; PCEVV, pompe cen-

trifuge �electromagn�etique �a vitesse variable; SSP, syst�eme

de surveillance de la paroi.

Circuit de flux. Nous avons d�evelopp�e un circuit de

flux id�eal pour �evaluer le comportement dynamique

des proth�eses. Le mod�ele de flux est compos�e d’une

pompe centrifuge �electromagn�etique �a vitesse

variable (bio Medicus, Minnetonka, MN), d’une

tuyauterie en plastique flexible, et d’un r�eservoir deliquide (Fig. 1). Un g�en�erateur d’ondes de flux

pr�ec�edemment d�evelopp�e a �et�e plac�e en s�erie sur le

circuit et employ�e pour produire des formes d’onde

d’�ecoulement art�eriel. Le d�ebit instantan�e �etaitmesur�e en employant une sonde tubulaire de flux de

6 mm reli�ee �a un syst�eme de d�ebitm�etre Transonic

Medical (HT207 ; Transonic Medical System, Ithaca,

NY). Des mesures de pression intraluminale ont �et�er�ealis�ees �a diff�erents sites le long des aortes porcines etsynth�etiques en utilisant un cath�eter capteur de Mil-

larMikro (Millar Instruments, Houston, TX) introduit

par un port de raccordement en Y. Pour les aortes,

aucune diff�erence n’a �et�e not�ee aux diff�erents sitescomme l’aorte juxta-r�enale, la bifurcation aortique,

ou les branches. La solution employ�ee pour la perfu-sion des aortes porcines �etait du sang anti-coagul�e dela Royal Free Hospital Blood Bank, pour simuler la

situation in vivo. Pour les aortes synth�etiques, la

solution de perfusion �etait compos�ee de 8% de dex-

tran de faible poids mol�eculaire (poids mol�eculaire77,000-Da ; Sigma-Aldrich, Poole, Royaume-Uni)

ajout�e �a une solution de M199 (milieu essentiel de

minimum), de 20% de s�erum de boeuf fœtal, de

bicarbonate de sodium 7,5% (Sigma-Aldrich), de

L-GLUTAMINE 200 mmol (Gibco BRL ; Life Technolo-

gies, Paisley, Royaume-Uni), de 10,000 U/mL de

p�enicilline, et de 10mg/ml de streptomycine, �a un pH

de 7,20± 0,01. La viscosit�e de ce milieu a �et�epr�ec�edemment d�etermin�ee pour approcher celle du

sang humain entier (Low-Shear 30; Contraves,

Zurich, Suisse) .10 La viscosit�e de la solution de per-

fusion �etait d�etermin�ee et calibr�ee avecunviscom�etre�a cone-plat �a 0,035 poise (CVO 100, Bohlin Ins-

trument Ltd, R-U). Ceci a �et�e facilit�e par l’utilisation

de 8% de dextran de faible poids mol�eculaire dans lasolution d’�el�ements nutritifs. Nous avons mesur�e la

viscosit�e du sang pr�ec�edemment 11 et pour cette�etude, ces valeurs ont �et�e utilis�ees. Les �etudesemployant le sang �etaient r�ealisables dans nos

mod�eles proth�etiques. Cependant, nous avons

pr�ef�er�e employerune solution synth�etique car il s’agitde la solution employ�ee pour les tests de fatigue �a longterme, et nous avons pens�e qu’il serait appropri�e de

d�eterminer la compliance de ce mod�ele en mainte-

nant des param�etres physiologiques constants. Le

sang �etait peu convenable pour le test de fatigue en

raison du besoin d’utilisation �a long terme (>1 an), de

sa disponibilit�e limit�ee, et du potentiel de dommages

des pompes dans le test de fatigue. Ce fluide de per-

fusion a des propri�et�es pratiquement newtoniennes,

avec un rapport lin�eaire entre le taux de cisaillement

et l’effort de cisaillement. Il diff�ere l�eg�erement du

sang, qui a une viscosit�e plus �elev�ee �a de faibles taux

de cisaillement ; cependant, cette anomalie n’est

importante quedans les capillaires et vu le but de cette�etude peut donc etre ignor�ee. Un m�elange de 95%

d’oxyg�eneetde5%dedioxydedecarbonea�et�eutilis�edans le r�eservoir liquide et le liquide de perfusion a �et�emaintenu �a 37�C par un �echangeur thermique (Por-

tex, Hythe, Royaume-Uni). La pression a vari�ee en

augmentant le niveau du r�eservoir liquide au-dessus

du segment de greffon et en variant le diam�etre de

la r�esistance d’aval situ�e en distalit�e des greffons.

L’aorte abdominale porcine, le tube triple-couche

de polym�ere de 25 mm, et le tube de latex de 25 mm

ont �et�e �etudi�es. Pour assurer des fuites trans-

pari�etales et par les branches minimales, les seg-

ments aortiques ont �et�e soumis �a un preclotting.

Ceci a �et�e effectu�e en forcant 10-mL de sang humain

entier frais par les interstices des greffons ; quand le

sang avait coagul�e, 10-mL suppl�ementaires de sang

frais ont �et�e perfus�e dans le greffon et le processus

r�ep�et�es au besoin, jusqu’�a ce qu’on n’observe plus

aucune fuite de sang. Les aortes et les tubes

synth�etiques ont �et�e mont�es en s�erie avec le circuit

de flux, expos�es au flux, et plac�es dans un bain

contenant du s�erum physiologique maintenu �a37�C. Toutes les sorties ont �et�e introduites dans un

syst�eme d’enregistrement par acquisition de

Vol. 25, No. 4, 2011 Mod�ele aortique d’�evaluation des EPA 573

donn�ees analogique-num�erique commercial (ADC/

MacLab ; AD Instruments, Hastings, Royaume-Uni).

Mesure du mouvement de la paroi vasculaire. Les

changements du diam�etre de la paroi du vaisseau �achaque cycle cardiaque a �et�e mesur�e �a des emplace-

ments divers le long des greffons, avec des mesures

prises dans le plan sagittal �a 90� de l’axe longitudinaldutube.Les segmentsd’aorteetde tubes synth�etiquesont �et�e �etudi�es avec un syst�eme sp�ecialement adapt�ed’�echo-doppler couleur (Wall Track; PieMedical Sys-

tems). Ce syst�eme a permis lamesure dumouvement

des parois vasculaires avec le temps par suivi automa-

tique des points assign�es du signal de radiofr�equenceinduit consid�er�e comme �etant repr�esentatif des paroisart�erielles ant�erieures et post�erieures. Une descrip-

tion d�etaill�ee du syst�eme a �et�e publi�ee ailleurs.12,13

Bri�evement, une sonde lin�eaire de 7,5 MHz a �et�eimmerg�ee dans le bain et plac�ee directement au-

dessus du segment �a �etudier. Le curseur de mode M

a �et�e plac�e au point m�edian de chaque segment test�eet perpendiculaire �a la direction du flux ; le change-

ment du signal de radiofr�equence induit recu des

parois des vaisseaux a �et�e alors �etudi�e en fonction du

temps. Ces donn�ees �etaient ensuite transf�er�ees sur unPC pour affichage en temps r�eel des formes des ondes

de d�eplacement des parois ant�erieures et post�erieuresdes art�eres. De cette facon, les diam�etres intralumi-

naux en fin de diastole et en fin de systole ont �et�ed�etermin�es automatiquement au cours du cycle pul-

satile (Fig. 2).Desmesures ont�et�e faites enemployant

une pression puls�ee presque -constante sur une

gamme de pressions moyennes (Tableau I). Pour

chaque pression moyenne et segment �etudi�e, troismesures du mouvement des parois ont �et�e r�ealis�ees,et l’exp�erience a �et�e r�ep�et�ee six fois.

Analyse de donn�ees et m�ethodesstatistiques

La compliance diam�etrale (c) d�efinie comme inverse

du module �elastique de Petersen Ep 14,15 et

exprim�ee en %/mm Hg � 10�2 a �et�e d�etermin�eepour chaque segment test�e �a chaque pression

moyenne comme suit :

C¼ ðDs �Dd=DdÞ � 104=ðPs � PdÞo�u Ds et Dd sont les diam�etres systolique et dias-

tolique, et Ps et Pd sont les pressions systolique et

diastolique, respectivement.

L’index art�eriel de rigidit�e de la paroi, b comme

formul�e par Kawasaki et autres, 16 �etait calcul�e en

utilisantb ¼ ½LogeðPs=PdÞ� � Dd=ðDs � DdÞ

Pour chaque pression moyenne, les valeurs de

compliance et de rigidit�e de l’aorte porcine, du

tube de polym�ere, et du tube de latex ont �et�ecompar�ees �a l’analyse de la variance �a sens unique

et le test de Bonferroni.17

R�ESULTATS

Quand les aortes et les tubes ont �et�e ins�er�es dans lemod�ele, un flux triphas�e a �et�e constat�e dans tous

les cas , avec peu de diff�erence dans des formes

d’onde de flux. L’analyse a �et�e faite sur six aortes

et quatre mod�eles de polym�ere. Pour le latex, deux

tubes ont �et�e initialement utilis�es mais comme le

mod�ele a �echou�e, l’�etude n’a pas �et�e poursuivie.

Valeurs h�emodynamiques du circuit

de flux

Les valeurs h�emodynamiques du circuit de flux sont

rapport�ees dans le Tableau I. La fr�equence du cycle

pulsatile pour chaque mod�ele �etait de 1 hertz. La

gamme de pression moyenne pour le mod�ele en

latex �etait inf�erieure aumod�ele d’aorte porcine et depolym�ere parce que l’aorte en latex ne pouvait pas

r�esister �a une pression moyenne de 120 mm Hg. La

pression puls�ee et le d�ebit �etaient comparables pour

chacun des trois mod�eles. La temp�erature de liquidede perfusion �etait constante �a 37�C. La viscosit�e du

fluide utilis�e pour les mod�eles de polym�ere et en

latex �etait de 0,035 poise.

L’index de compliance et de rigidit�emoyen sur la gamme de pression

moyenne pour les mod�eles d’aorte de

porc, de polym�ere, et de latex

Un r�esum�e des valeurs d’index de compliance et de

rigidit�e pour les mod�eles aortiques de porcs, de poly-m�ere et de latex est fourni dans le tableau II. Les

valeurs d’index de compliance et de rigidit�e ont

diminu�e avec l’augmentation progressive de la

pression pour les mod�eles porcins et de polym�ere,mais sont demeur�es presque constants pour le

mod�ele de latex. Les sch�emas 3 et 4 d�epeignent lavariation de l’index de compliance et de rigidit�e en ce

qui concerne des pressions moyennes pro-

gressivement accrues de 30 �a 120 mm Hg. Les

courbes des vaisseaux anisotropes (aorte, mod�ele depolym�ere) ont �et�e produites en employant une

r�egression non lin�eaire (mod�ele d’affaiblissement

exponentiel monophas�e) ; cependant, la courbe

pour le mod�ele isotrope de latex �etait produite en

utilisant une r�egression lin�eaire (Fig. 3). Les courbesd’index de rigidit�e e pression moyenne ont �et�e�egalement obtenues de facon similaire (Fig. 4).

La compliance art�erielle se comporte de facon

non lin�eaire en r�eponse �a l’augmentation de la

Fig. 2. Courbe de distension dans le temps produite par le syst�eme de suivi de la paroi.

574 Desai et al. Annales de chirurgie vasculaire

pression moyenne de perfusion. La figure 5 montre

comment le mod�ele de latex a �echou�e par distensionsignificative quand la pression moyenne a �et�eaugment�ee de 90 �a 120 mm Hg.

La compliance aortique variait de 2,97 ± 0,72

(moyenne ± �ecart-type) �a 1,42 ± 0,37 %/mm Hg �10�2. Par analyse de la variance �a sens unique, le

mod�ele aortique en polym�ere �etait plus compliant

(extremes, 3,66 ± 1,05-2,72 ± 0,28 % /mm Hg x

10�2 ; p < 0,05) que l’aorte porcine, sans diff�erencesignificative de rigidit�e �elastique mais avec un

comportement anisotrope semblable. Ceci a �et�eencore confirm�e par le test de comparaison multiple

de Bonferroni (aorte porcine contre polym�ere,diff�erence moyenne : �1,180, IC 95% : �2,175 �a�0,184, p < 0,05). Cependant, bien qu’inf�erieur �al’aorte, l’index de rigidit�e n’a pas atteint la signifi-

cation statistique (diff�erence moyenne : 38,15 ; IC

95% : �9,967 �a 86,27, p > 0,05) et suivant les

indications de la figure 3, il a montr�e un compor-

tement anisotrope semblable sur l’incr�ement

p�eriodique de la pression moyenne.

Les tubes en latex ont montr�e une compliance

plus faible que l’aorte. C’�etait sensiblement plus

bas sur le test de Bonferroni (aorte contre latex,

diff�erence moyenne : 1,243, IC 95% : 0,169-2,318,

p < 0,05) et �etait plus rigide que le tissu aortique

(diff�erence moyenne : �108,2, IC 95% : �160,1 �a�56,2, �a p < 0,001). Il a �egalement montr�e �a un

comportement isotrope contrairement �a l’aorte.

DISCUSSION

Les art�eres ne sont pas les conduits simplement pas-

sifs, conduisant le sang d’une part de la circulation �a

une autre. Leur structure �elastique permet la trans-

mission de rendement optimum du flux de sang

puls�e ainsi que l’att�enuation simultan�ee des fluctua-tions excessives de pression et l’adaptation des

caract�eristiques d’imp�edance de l’arbre art�erielproximal aux branches distales.18-20 Le but de cette�etude est de d�evelopper un nouveau mod�ele aor-

tique avec les propri�et�es physiologiques pour

l’�evaluation des endoproth�eses couvertes aortiquesdans des conditions simul�ees. Le mod�ele devrait

avoir une compliance et une visco�elasticit�e compa-

tibles pour l’analyse de fatigue �a long terme des

stents et des greffons vasculaires.

Consid�erations m�ethodologiques

Le comportement �elastique d’un vaisseau peut etre

d�etermin�e statiquement en mesurant le change-

ment progressif par accroissement du diam�etre de

vaisseau pendant l’inflation par �etapes d’un ballon

intraluminal, mais cette approche ne tient pas

compte de la contribution que la viscosit�e de la paroidu vaisseau ou du greffon (c.-�a-d., inertie) apportesur la r�eponse �elastique in vivo.19 La quantit�e de

mouvement radial (contrainte) que la paroi d’un

vaisseau pr�esente en r�eponse �a un changement de

pression intraluminale (effort) d�epend non seule-

ment de l’importance du changement de pression

mais �egalement du taux auquel la pression est

appliqu�ee, c.-�a-d., le comportement de la paroi est

visco�elastique.20 Une approche dynamique a �et�en�ecessaire pour caract�eriser compl�etement le com-

portement visco�elastique in vivo probable des gref-

fons ou des vaisseaux. Ainsi, un circuit de flux,

capable de tester des tissus biologiques, a �et�e concu

Tableau I. Valeurs h�emodynamiques typiques du circuit (moyenne ± �ecart-type)

Param�etre physique Aorte porcine Mod�ele aortique en polym�ere Mod�ele aortique en latex

Pression moyenne (mm Hg) 30-120 30-120 30-90

Pression diff�erentielle (mm Hg) 54 ± 8,8 54 ± 8,8 50 ± 4,6

D�ebit ml/min 138 ± 35 140 ± 25 132 ± 24

Temp�erature du liquide de perfusion (�C) 37 37 37

Viscosit�e du liquide de perfusion (poise) Sang 0,035 0,035

Tableau II. Valeurs d’index de compliance et de rigidit�e sur une gamme des pressions

Pressions (mm Hg) Compliance (%/mm Hg �10�2) Index de rigidit�e

Moyenne Systolique Diastolique C b

Aorte porcine

30 66 12 2,97 ± 0,72 101,6 ± 28,9

60 94 43 2,07 ± 0,47 81,7 ± 20

90 120 75 1,98 ± 0,47 51,3 ± 10,7

120 164 98 1,42 ± 0,37 68,2 ± 17,5

Mod�ele aortique en polym�ere30 66 12 3,66 ± 1,05 39,8 ± 8,5

60 94 43 3,50 ± 0,81 39,2 ± 7,5

90 120 75 3,28 ± 0,51 37,0 ± 5,5

120 164 98 2,72 ± 0,28 34,2 ± 3,8

Mod�ele aortique en latex

30 66 12 0,87 ± 0,22 220,1 ± 55,6

60 94 43 0,87 ± 0,24 184,8 ± 45,7

90 120 75 0,86 ± 0,20 146,7 ± 33,1

Le tube de latex s’est dilat�e �a ce point.

Vol. 25, No. 4, 2011 Mod�ele aortique d’�evaluation des EPA 575

pour permettre l’application cyclique de l’effort

pari�etal et de la reproduction et la manipulation des

param�etres physiologiques de flux. Cette approche

in vitro a permis un controle rigoureux des forces

physiques auxquelles on a expos�e les greffons ou les

vaisseaux afin de permettre la comparaison valide

de diff�erents types de vaisseaux et de greffons.

Un syst�eme d’�etude de la paroi par �echographie a�et�e employ�e pour enregistrer le changement du

diam�etre des greffons ou des vaisseaux au cours de

chaque cycle pulsatile. Le syst�eme de perfusion a

permis d’appliquer une tension uniforme sur les

vaisseaux. Les parois ant�erieures et post�erieures del’aorte ou du tube synth�etique examin�e doivent

toutes deux etre �etudi�ees par le syst�eme

d’�echographie de suivi de la paroi pour etre valide.

L’aorte porcine a �et�e utilis�ee pour �etablir des valeursde compliance du tissu vasculaire normal.

Anisotropie et isotropie

Il a �et�e d�ecid�e demesurer le comportement �elastiquedes aortes et des mod�eles synth�etiques sur une

gamme de pressions moyennes. Ceci parce que

le tissu art�eriel est un mat�eriel h�et�erog�ene et

non-Hookean (c.-�a-d., ne montre pas une courbe

lin�eaire de pression-distension) dont le comporte-

ment de compliance est fortement d�ependant de la

pression.18,21 Chez les patients pr�esentant une

maladie cardio-vasculaire significative, la rigidit�eart�erielle centrale devient significativement non

lin�eaire.22 A de basses pressions la charge est

principalement soutenue par les fibres �elastiquesfortement dilatables, mais aux pressions �elev�eeselle est transf�er�ee aux fibres de collag�ene peu�elastiques.23,24 Le comportement de tension des

art�eres est anisotrope, c.-�a-d., l’ampleur de la dis-

tension d�epend du degr�e de pr�e-tension (la pression

art�erielle moyenne de travail) avant l’application de

l’effort (pression puls�ee). G�en�eralement, les greffons

proth�etiques non biologiques n’ont pas ce compor-

tement et il y a peu ou pas de changement du degr�ede tension circonf�erentielle (comppliance) car la

pression moyenne change, au moins dans les

valeurs physiologiques.21

Le but de cette �etude �etait d’analyser un mod�elequi pourrait etre employ�e pour l’�evaluation de la

fatigue et la durabilit�e pulsatile d’une endoproth�esecouverte aortique. Nous avons voulu r�ealiser ce testemployant les normes ASTM (ASTM F2477 - 07

Fig. 5. mod�ele en latex pr�esentant une distension

significative �a l’augmentation de la pression moyenne de

90 �a 120 mm Hg.

Fig. 3. Courbes de compliance - pression moyenne pour

l’aorte porcine, les mod�eles en polym�ere et en latex.

Fig. 4. Courbes d’index de rigidit�e - pression moyenne

pour l’aorte porcine, les mod�eles en polym�ere et en latex.

576 Desai et al. Annales de chirurgie vasculaire

m�ethodes standard de test pour essai pulsatile

in vitro de long�evit�e des stents vasculaires). Cette

m�ethode de test exige que le mod�ele utilis�e pour le

test de long�evit�e soit �evalu�e en compliance aux pres-

sions physiologiques. Ainsi, nous avons d�ecid�e de

mesurer dans cet intervalle, jusqu’�a une pression

art�erielle diastolique maximale de 100 mm Hg. La

pr�esente �etude a eu une pression moyenne �elev�eede 120 mm Hg et une pression systolique �elev�ee de

164 mm Hg pour une �evaluation pr�ecise sur un

grand choix de pression. Dans cette �etude, POSS-

PCU n’a pas �echou�e �a ces pressions. Les pressions

de rupture n’ont pas �et�e calcul�ees parce que ce

n’�etait pas le but de la pr�esente �etude, mais elles ont�et�e analys�ees lors d’autres s�eries d’exp�eriencesr�ealis�ees dans notre d�epartement.

Comparaison de compliance d’aorte

abdominale porcine et des mod�elesaortiques synth�etiques de polym�ereet de latex

Le nouveau mod�ele semble etre « sur compliant »par rapport �a l’aorte dans cette gamme de pression,

principalement en raison de la qualit�e homog�ene

et uni-�elastique de l’ur�ethane alv�eol�e. Cependant,on peut argumenter d’un point de vue th�eoriqueque ce mod�ele de compliance pourrait etre avanta-

geux. Apr�es implantation, tous les greffons proth�eti-ques sont envahis par des �el�ements de tissu

conjonctif qui peuvent se fixer �a la paroi du greffon,

diminuant de ce fait la compliance initiale.25 ainsi, il

peut etre n�ecessaire d’int�egrer un degr�e de « sur-

comppliance » dans les mod�eles proth�etiques pourles prot�eger de la rigidit�e accrue par les tissus. En

outre, une diminution significative de la compliance

des an�evrysmes de l’aorte abdominale chez les etres

humains est imm�ediatement observ�ee apr�es stent-ing endovasculaire qui refl�ete les interactions com-

plexes entre tous les composants des an�evrysmes

stent�es.26

Le mod�ele de latex �etait moins compliant et sen-

siblement plus rigide que l’aorte et a �echou�e par dis-tension significative �a l’augmentation de la pression�a partir d’une pression moyenne de 90 mm Hg. En

outre, en raison de la r�eponse �elastique isotrope et

lin�eaire de la paroi de latex et de la loi de Laplace,

il n’est pas possible de simuler l’effet de r�eponsenon �elastique, comme trouv�e in vivo, dans le

mod�ele en latex.27

Utilit�e de l’index de rigidit�e (b) pour les

mesures in vitro

L’index de rigidit�e b a �et�e �a l’origine formul�e pour

permettre la comparaison valide de distensibilit�eentre les vaisseaux expos�es aux diff�erentes pressionssanguines moyennes 28,29 parce que la comparaison

de la compliance est seulement autoris�ee quand les

pressions moyennes sont �equivalentes. Ainsi, sonutilit�e maximale se situe in vivo o�u la comparaison

entre les sujets est d�esir�ee. Dans cette �etude, la

mesure de la distensibilit�e des greffons ou des

Vol. 25, No. 4, 2011 Mod�ele aortique d’�evaluation des EPA 577

vaisseaux a �et�e entreprise pour la meme pression

moyenne sur une gamme de pression de 30-120mm

Hg et donc la comparaison des valeurs de com-

pliance est valide. Cependant, la similitude de

l’index de rigidit�e entre le polym�ere et le tissu aor-

tique confirme que ce mod�ele montre des propri�et�esphysiologiques semblables. Le mod�ele de latex est

sensiblement plus rigide.

Correspondance de compliance entre le

mod�ele et le mat�eriel de greffon

Nous avons examin�e une endoproth�ese faite �a partirdumemepolym�ere denanocomposite que lemod�eleaortique. Quand l’endoproth�ese a �et�e d�eploy�ee dansce mod�ele, elle a eu comme cons�equence une aug-

mentation de l’�epaisseur du polym�ere expos�e �al’�ecoulement pulsatile. Dans une �etude pr�ec�edente,la compliance 30 a �et�e �evalu�ee pour diff�erentes�epaisseurs de POSS-PCU (approximativement 0,35

mm pour les greffons minces contre 0,50 mm pour

les greffons �epais) et on a not�e que la compliance

devient plus constante avec l’augmentation de

l’�epaisseur. Il est juste de conclure qu’il n’y a aucunedisparit�e de compliance entre ce mod�ele et le

mat�eriel d’endoproth�ese. Ainsi, nous pensons que cemod�ele est appropri�e. Ce mod�ele a �et�e employ�e avecsucc�es pour le test de fatigue pendant 12 mois pour

400millions de cycles, soit l’�equivalent �a 10 ans dansle corps humain, sans aucun signe d’�echec ou de

changement de compliance.

Limites

La critique d’employer l’approche in vitro est

l’applicabilit�e limit�ee �a la situation in vivo. Les�etudes in vitro peuvent surestimer l’�elasticit�eart�erielle in vivo parce que cette derni�ere est

influenc�ee par le degr�e auquel les tissus conjonctifs

adjacents s’attachent �a la paroi art�erielle.18 En

outre, les vaisseaux in vivo ont un tonus musculaire

lisse variable du fait des influences sympathiques et

humorales.31 Bien que les syst�emes de test artificiels

de circulation ne puissent pas remplacer les mod�elesin vivo, ils peuvent etre employ�es pour le test

m�ecanique de fatigue et en plus, pour d�evelopperdes protocoles exp�erimentaux, tester des algo-

rithmes de commande de r�etroaction de dispositif, et

tester des profils de flux.

CONCLUSION

En r�esum�e, on l’a d�emontr�e que le nouveau mod�eleaortique bas�e sur un polym�ere original de nanocom-

posite (SSOP -PCU) fournit un plus grand degr�e de

correspondance de compliance et de rigidit�e que le

mod�ele actuellementdisponible. Il amontr�ede gran-des promesses pour l’utilisation dans les mod�eles desyst�eme art�eriel. Il est physiologiquement appropri�e,avec une anatomie, une compliance et une

visco�elasticit�e compatibles, et pourrait etre employ�epour l’analyse de fatigue �a long terme des stents et

des greffons vasculaires. L’utilisation de ces vais-

seaux artificiels conformes permettra la construction

de syst�emes de flux plus physiologiquement pr�ecisavec la possibilit�e de faire des mesures comparatives

entre un mod�ele vasculaire, des sujets normaux, et

un groupe de patients avec maladie aortique. Les

mod�eles aortiques en latex peuvent �echouer aux

pressions physiologiques.

Ce travail a �et�e soutenu par l’Engineering and

Physical Sciences Research Council (EPSRC).

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