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:[email protected]
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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