История, дизайн и структура коронарных стентов

История чрескожного коронарного вмешательства (ЧКВ) отмечена быстрым техническим прогрессом. После периода баллонной ангиопластики, которая была омрачена риском внезапного закрытия сосуда и отдачи сосуда, металлические стенты расширяемые баллоном были основой ЧКВ. Внедрение стентов с лекарственным покрытием (ЛПС) предназначалось для рестеноза в стенте, обычный вариант несостоятельность стента, и открыло современную эру ЧКВ. Нынешнее поколение ЛПС имеет тонкие ячейки, обладает высокой доставляемостью, имеет биосовместимые или абсорбируемые полимеры, а также обладает выдающимися характеристиками безопасности и эффективности. В этом обзоре мы обсуждаем технологические достижения в разработке, дизайне и конструировании стентов с акцентом на стенты расширяемые баллоном.

Введение. Сердечно-сосудистые заболевания широко распространены, приблизительно 92,1 миллиона человек болеет в Соединенных Штатах в 2017 году [1,2]. Реваскуляризация через чрескожное коронарное вмешательство (ЧКВ) является эффективнойтерапии для уменьшения загрудинной боли при стабильной ишемической болезни сердца и основных неблагоприятных сердечных событий в остромкоронарном синдроме [3]. Быстрое развитие ЧКВ является одним из технологических чудес этого века. До плодотворной работы доктора Грюнцига в 1978 году единственным способом коронарной реваскуляризации был хирургическое шунтирование [4]. Это направление постоянно развивалось, после того как первая коронарная ангиопластика была выполнена для облегчения стенокардии у человека с использованием примитивного баллонного дилатационного катетера [4]. В этом обзоре мы рассмотрим технологические достиженияЧКВ за последние 40 лет с акцентом на разработку стента, дизайна и структуру.

Первоначальным методом чрескожного увеличения коронарного просвета была баллонная ангиопластика, который позже был назван простой старой баллонной ангиопластикой (ПСБА). ПСБА был эффективен в увеличении размера внутрикоронарного просвета через механизм растрескиванием бляшки, но он был ограничен риском внезапного закрытия (1 процент) и отсутствием долговечности из-за ранней отдачи сосуда (5-10 процентов) и рестеноза [4-7]. Рестеноз, вызванный баллоном возникла у 30-50% пациентов, которых лечили с ПСБА. Металлические стенты были разработаны для преодоления этих ограничений [7]. Стенты были изначально использованы в качестве спасения внезапного и находящегося под угрозой закрытия сосуда сПСБА, герметизации диссекции и улучшения острый процедурный успех [8,9]. Позже, рутинное пользование стента развилось, стал стандартом лечения при ЧКВ из-за более низкой частоты рестеноза по сравнению с ПСБА[10,11]. Современные стенты обычно состоят из основы или каркаса, полимера или механизма доставки лекарств и препарат для профилактики рестеноза.

Классификация стентов. Стенты классифицируются по их механизму расширения, конструкции и покрытиям, как описано ниже. Стенты классифицируются как расширяемые баллоном или саморасширяющиеся, в зависимости от способа развертывания [7,12-14]. Стенты расширяемые баллоном обжимаются или устанавливаются на баллон в контрактном состоянии, которое расположено в дистальном отделе доставочного катетера. Стент позиционируется с использованием системы доставки стента, а затем вставится путем инфляции расширенного баллона [15]. Саморасширяющиеся стенты ко нструируются до определенного размера, а затем разрушаются или ограничиваются на дистальном конце системы доставки стента [15]. В статье мы сосредоточимся на стентах расширяемые баллоном, так как только эти стентыдоступны для ЧКВ.

Стенты расширяемые баллоном. Стенты расширяемые баллоном используются в коронарной циркуляции, потому что они защищены от внешнего сжатия грудиной и грудной клеткой, и они могут быть расположены и развернуты с точностью. Они построены различными методами, что влияет на их дизайн и характеристики. Идеальный стент должен доставляться в очаг через любую извилистость или кальцинированные сегменты без деформации или смещения из системы доставки [12,14]. После доставки в очаг поражения и расширения баллона, стент должен обладать достаточной радиальной прочностью, чтобы адекватно защитить каркас сосуда и свести к минимуму смещение бляшки, в то же время, позволяя потоку и доступу к боковым ветвям [14,16]. Стент также должен быть достаточно гибким, чтобы соответствовать сосуду. В дополнение ко всем этим физическим характеристикам стент должен быть рентгенконтрастным, чтобы его мог видеть оператор [16].

Металлический компонент. Металлические стенты (МС) первого поколения состояли из нержавеющей стали 316L SS, содержащей железо, никель, хром и молибден [13]. Нержавеющая сталь обладает отличными механическими свойствами и коррозионной стойкостью. Кроме того, он обладает высоким модулем упругости, пределом текучести и прочностью на растяжение, которые обеспечивают достаточную радиальную прочность для сосуда и предотвращения смещения [13,14,16]. К сожалению, сплав в основном состоит из железа, поэтому он не является особо рентген контрастным, а также несовместимым с магнитнорезонансной томографией [13]. Кроме того, МС первого поколения скомпрометированы на доставке и рестеноз, потому что толщина ячейки была увеличена для поддержания радиальной прочности и рентген контрастность [16]. В попытке улучшить способность визуализировать стенты из нержавеющей стали под рентгеновским излучением, было добавлено золото, что, к сожалению, увеличило риск рестеноза и смертности [18,19]. Кобальт-хром преодолевает ограничения нержавеющей стали. В результате более высокого модуля упругости, предела текучести, предела прочности и плотности, чем у нержавеющей стали, кобальт-хром обладает лучшимрентген контрастностью и радиальной прочностью [12,13,16,20]. Эти свойства позволили ячейкам стента стать более тонкими и при этом иметь такую же способность противостоять деформации, что и более толстые ячейки с более низким модулем упругости [13]. Более тонкие ячейки полезны, поскольку они улуч шают гибкость, увеличивают внутренний диаметр стента и уменьшают количество сосудистых повреждений во время имплантации [13,14,16]. Клинически это привело к уменьшению рестеноза, как это было отмечено в исследовании ISAR-STEREO, и улучшенной доставке с более новыми металлическими платформами [21]. Платиновые хромовые платформы также доступны и имеют даже более высокую плотность, чем кобальт-хром, что делает их более рентген контрастным. Остальные физические характеристики аналогичны кобальт-хрому [13].

Лекарственно-покрытые стенты (ЛПС). Разработка и улучшениеЛПС имеют решающее значение для успеха ЧКВ [7]. Эффективно предотвращая внезапное закрытие, раннюю отдачу и снижая риск рестеноза по сравнению с одной только баллонной ангиопластикой, у МС был неприемлемо высокий уровень рестеноза [7,22]. Изменения в металлическом составе и структуре стента, а также добавление различных покрытий не смогли снизить частоту рестеноза до клинически приемлемой частоты. Гепариновые покрытия снижают риск тромбоза стента, но не рестеноза [2,18]. Патофизиологически, неоинтимальная гиперплазия в результате повреждения сосудов приводит к потере просвета из-за пролиферации клеток гладких мышц [7]. Таким образом, если бы стенты обладали методом ингибирования неоинтимальной гиперплазии, частота рестеноза была бы снижена. Антипролиферативные лекарственные средства используются для подавления отторжения у реципиентов трансплантатов и ингибируют рост клеток с помощью различных механизмов действия. Производные рапамицина блокируют переход от фазы G1 к S в клеточном цикле, в то время как паклитаксел стабилизирует полимер микротрубочек и предотвращает его разборку и, таким образом, ингибирует деление клеток [2,7]. Период полувыведения этих препаратов очень короткий, но длительность антипролиферативного эффекта, необходимого для предотвращения рестеноза, велика. Следовательно, для ЛПС для предотвращения рестеноза необходимо длительное контролируемое вымывание антипролиферативного препарата из металлическойосновы, чтобы обеспечить его присутствие в течение продолжительного периода времени [22,23]. Эта миссия выполнена, используя транспортное средствоноситель как полимер. Идеальный полимер должен быть биосовместимым, не взаимодействовать с активным лекарственным средством со стенотическим эффектом, высвобождать лекарственное средство в должном темпе и быть биологически инертным и механически стабильным в течение длительного времени [23]. Долговечные неразлагаемые полимеры использовались исторически, и в последнее время были разработаны методы элюции без использования полимеров и биоразлагаемых полимеров [23].

С годами полимеры стали более биосовместимыми. Изначально в стенте Cypher использовались полиэтиленовинилацетат (PEVA) и поли-н-бутилметакрилат, а в стенте Taxus использовался poly (стирол-b-изобутилен-b-стирол) [23]. Текущие лекарственные вещества имеют более биосовместимые полимеры, такие как поливинилиденфторид, гексофропропилен и поливинилпирролидон [23]. Несмотря на улучшенную биосовместимость, стойкость полимеров была связана с воспалением и ранним неоатеросклерозом с ЛПС [23]. В результате, биоразлагаемые полимеры были предложены в качестве решения этой проблемы. Клинические исследования не смогли продемонстрировать разницу в показателях безопасности или эффективности в долговечном полимере по сравнению с биодеградируемым полимером ЛПС [23].

Выводы. Область чрескожного коронарного вмешательства продемонстрировало несколько технологических достижений со времен примитивного баллонного дилатационного катетера. Мы эффективно решили проблему острого закрытия сосудов с помощью МС, а затем разработали ЛПС для минимизации рестеноза. Хотя нынешнее поколение ЛПС обладает превосходной безопасностью и эффективностью, все еще есть люди с несостоятельностью стента. В конструкцию стента были внесены улучшения, которые улучшили доставляемость и рентген контрастность, в то же время, сохраняя радиальную прочность, однако, более низкие профильные устройства все же стали улучшать процедурную безопасность и успех.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Benjamin, E.J.; Blaha, M.J.; Chiuve, S.E.; Cushman, M.; Das, S.R.; Deo, R.; Floyd, J.; Fornage, M.; Gillespie, C.; Isasi, C.R.; et al. Heart disease and stroke statistics—2017 update: A report from the American Heart Association // Circulation. 2017. -№135. Р. 146-153.
2. Sousa, J.E.; Serruys, P.W.; Costa, M.A. New frontiers in cardiology: Drug-eluting stents: Part I // Circulation. 2003. №107. Р. 22742279.
3. Patel, M.R.; Calhoon, J.H.; Dehmer, G.J.; Grantham, J.A.; Maddox, T.M.; Maron, D.J.; Smith, P.K. ACC/AATS/AHA/ASE/ASNC/SCAI/SCCT/STS 2017 appropriate use criteria for coronary revascularization in patients with stable ischemic heart disease: A report of the American College of Cardiology Appropriate Use Criteria Task Force, American Association for Thoracic Surgery, American Heart Association, American Society of Echocardiography, American Society of Nuclear Cardiology, Society for Cardiovascular Angiography and Interventions, Society of Cardiovascular Computed Tomography, and Society of Thoracic Surgeons // J. Am. Coll. Cardiol. 2017. №69. Р. 2212-2241.
4. Gruntzig, A. Transluminal dilatation of coronary-artery stenosis // Lancet. 1978. №1. Р. 263-268.
5. 5.Nobuyoshi,M.;Kimura,T.;Nosaka,H.;Mioka,S.;Ueno,K.;Yokoi,H.;Hamasaki,N.;Horiuchi,H.;Ohishi, H. Restenosis after successful percutaneous transluminal coronary angioplasty: Serial angiographic follow-up of 229 patients // J. Am. Coll. Cardiol. 1988. №12. Р. 616-623.
6. Holmes, D.R., Jr.; Vlietstra, R.E.; Smith, H.C.; Vetrovec, G.W.; Kent, K.M.; Cowley, M.J.; Faxon, D.P.; Gruentzig, A.R.; Kelsey, S.F.; Detre, K.M.; etal. Restenosis after percutaneous transluminal coronary angioplasty (PTCA): A report from the PTCA registry of the national heart, lung, and blood institute // Am. J. Cardiol. 1984. №53. Р. 77-81.
7. Iqbal,J.;Gunn,J.;Serruys,P.W.Coronarystents: Historical development, current status and future directions // Br. Med. Bull. 2013. №106. Р. 193-211.
8. Roubin, G.S.; Cannon, A.D.; Agrawal, S.K.; Macander, P.J.; Dean, L.S.; Baxley, W.A.; Breland, J. Intracoronary stenting for acute and threatened closure complicating percutaneous transluminal coronary angioplasty // Circulation. 1992. №85. Р. 916-927.
9. Eeckhout, E.; Kappenberger, L.; Goy, J.-J. Stents for intracoronary placement: Current status and future directions // J. Am. Coll. Cardiol. 1996. №27. Р. 757-765.
10. Fischman, D.L.; Leon, M.B.; Baim, D.S.; Schatz, R.A.; Savage, M.P.; Penn, I.; Detre, K.; Veltri, L.; Ricci, D.; Nobuyoshi, M.; et al. A randomized comparison of coronary-stent placement and balloon angioplasty in the treatment of coronary artery disease // N. Engl. J. Med. 1994. №331. Р. 496-501.
11. Serruys, P.W.; De Jaegere, P.; Kiemeneij, F.; Macaya, C.; Rutsch, W.; Heyndrickx, G.; Emanuelsson, H.; Marco, J.; Legrand, V.; Materne, P.; et al. A comparison of balloon-expandable-stent implantation with balloon angioplasty in patients with coronary artery disease // N.Engl. J.Med. 1994. №331. Р. 489-495.
12. Sangiorgi, G.; Melzi, G.; Agostoni, P.; Cola, C.; Clementi, F.; Romitelli, P.; Virmani, R.; Colombo, A. Engineering aspects of stents design and their translation into clinical practice // Annali dell'Istituto Superiore di Sanita. 2007. №43. Р. 89-100.
13. Mani, G.; Feldman, M.D.; Patel, D.; Agrawal, C.M. Coronary stents: A materials perspective // Biomaterials. 2007. №28. Р. 1689-1710.
14. Watson,T.;Webster,M.W.;Ormiston,J.A.;Ruygrok,P.N.;Stewart,J.T.Longandshortofoptimalstentdesign // Open Heart. 2017. №4. р. 245-256.
15. Duerig,T.W.;Wholey,M.Acomparisonofballoon-andself-expandingstents.Minim. Invasive Ther // Allied Technol. 2002. №11. Р. 173178.
16. Noad, R.L.; Hanratty, C.G.; Walsh, S.J. Clinical impact of stent design // Interv. Cardiol. Rev. 2014. №9. Р. 89-93.
17. Balcon, R.; Beyar, R.; Chierchia, S.; De Scheerder, I.; Hugenholtz, P.G.; Kiemeneij, F.; Meier, B.; Meyer, J.; Monassier, J.P.; W. Wijns for the Study Group of the Working Group on Coronary Circulation. Recommendations on stent manufacture, implantation and utilization // Eur. Heart J. 1997. №18. Р. 1536-1547.
18. Ruygrok, P.N.; Serruys, P.W. Intracoronary stenting: From concept to custom // Circulation. 1996. №94. Р. 882-890.
19. Butany, J.; Carmichael, K.; Leong, S.W.; Collins, M.J. Coronary artery stents: Identification and evaluation // J. Clin. Pathol. 2005. №58. Р. 795-804.
20. Kereiakes, D.J.; Cox, D.A.; Hermiller, J.B.; Midei, M.G.; Bachinsky, W.B.; Nukta, E.D.; Leon, M.B.; Fink, S.; Marin,L.;Lansky,A.J. Use fullness of a cobalt chromium coronary stentalloy // Am. J.Cardiol. 2003. №92. Р. 463-466.
21. Kastrati,A.;Mehilli,J.;Dirschinger,J.;Dotzer,F.;Schuhlen,H.;Neumann,F.J.;Fleckenstein,M.;Pfafferott,C.; Seyfarth,M.; Schomig, A. Intracoronary stenting and angiographic results: Strutthickness effect to nrestenosis outcome (ISAR-STEREO) trial // Circulation. 2001. №103. Р. 2816-2821.
22. Garg, S.; Serruys, P.W. Coronary stents: Looking forward // J. Am. Coll. Cardiol. 2010. №56. Р. 43-78.
23. Rizas, K.D.; Mehilli, J. Stent polymers: Do they make a difference? // Circ. Cardiovasc. Interv. 2016. №9. Р. 88-96.