Summary
Manca un approccio affidabile e non invasivo per la valutazione funzionale del cuore donatore durante la perfusione cardiaca ex situ normotermica (NESP). Descriviamo qui un protocollo per la valutazione ex situ delle prestazioni miocardiche utilizzando l'ecocardiografia epicardica e il metodo del catetere di conduttanza.
Abstract
Il trapianto di cuore rimane il trattamento gold standard per l'insufficienza cardiaca avanzata. Tuttavia, l'attuale carenza critica di organi ha portato all'assegnazione di un numero crescente di cuori di donatori con criteri estesi. Questi innesti marginali sono associati ad un alto rischio di fallimento primario dell'innesto e possono trarre beneficio dalla perfusione ex situ prima del trapianto. Questa tecnologia consente una conservazione estesa degli organi utilizzando la perfusione di sangue ossigenato caldo con monitoraggio metabolico continuo. L'unico dispositivo NESP attualmente disponibile per la pratica clinica perfonde l'organo in uno stato non funzionante scaricato, che non consente la valutazione funzionale del cuore pulsante. Abbiamo quindi sviluppato una piattaforma originale di NESP in condizioni di modalità di lavoro con regolazione del precarico ventricolare sinistro e del postcarico. Questo protocollo è stato applicato nei cuori suini. La valutazione funzionale ex situ del cuore è stata ottenuta con cateterismo di conduttanza intracardiaca ed ecocardiografia di superficie. Insieme ad una descrizione del protocollo sperimentale, riportiamo qui i principali risultati, nonché le perle e le insidie associate all'acquisizione dei loop pressione-volume e della potenza miocardica durante la NESP. Le correlazioni tra reperti emodinamici e variabili ecografiche sono di grande interesse, soprattutto per un'ulteriore riabilitazione dei cuori dei donatori prima del trapianto. Questo protocollo mira a migliorare la valutazione dei cuori dei donatori sia per aumentare il pool di donatori che per ridurre l'incidenza del fallimento del trapianto primario.
Introduction
Il trapianto di cuore è il trattamento gold standard per l'insufficienza cardiaca avanzata, ma è limitato dall'attuale carenza di organi1. Un numero crescente di cuori di donatori con criteri estesi (età >45 anni, fattori di rischio cardiovascolare, basso flusso prolungato, disfunzione ventricolare sinistra acuta secondaria a tempesta catecolaminergica) sono assegnati con un aumentato rischio di fallimento del trapianto primario2. Inoltre, i cuori donati dopo morte circolatoria controllata (DCD) possono presentare lesioni miocardiche secondarie a ischemia calda prolungata3. Pertanto, è necessaria una migliore valutazione di questi cuori di donatori prima del trapianto, in particolare per valutare la loro idoneità al trapianto di cuore 4,5.
La perfusione ex situ normomica (NESP) preserva il cuore pulsante utilizzando sangue ossigenato caldo. L'unico dispositivo disponibile in commercio per NESP preserva il cuore in uno stato non funzionante (modalità Langendorff). Questo approccio è stato inizialmente applicato per espandere la conservazione dell'innesto oltre il periodo critico di 4 ore di ischemia fredda6. Un altro importante vantaggio di questa tecnologia è quello di fornire una valutazione continua della vitalità miocardica basata sulla concentrazione di lattato nel perfusato6. Tuttavia, questa valutazione biochimica non è mai stata correlata con gli esiti post-trapianto fino ad oggi. Allo stesso modo, la modalità Langendorff per NESP non consente la valutazione emodinamica e funzionale del cuore prima del trapianto. Alcuni autori hanno riportato il potenziale beneficio del cateterismo intracardiaco durante la NESP per prevedere il recupero miocardico dopo il trapianto7.
Il presente rapporto mira a fornire una metodologia riproducibile per valutare le prestazioni cardiache del donatore durante la NESP. Abbiamo modificato il circuito per consentire la perfusione in modalità di lavoro e, quindi, per l'acquisizione di variabili funzionali non invasive con ecocardiografia epicardica. L'indice di lavoro miocardico, una variabile indipendente dal carico, è stato registrato utilizzando loop pressione-deformazione. Abbiamo studiato le relazioni tra lavoro miocardico e variabili emodinamiche ottenute dal cateterismo intracardiaco per conduttanza.
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Protocol
Il presente protocollo è stato approvato dal comitato etico locale sugli esperimenti sugli animali e dal Comitato istituzionale per il benessere degli animali (APAFIS # 30483-2021031811339219 v1, Comitato etico degli animali dell'Università di Parigi Saclay, Francia). Gli animali sono stati trattati in conformità con le linee guida per la cura e l'uso degli animali da laboratorio sviluppate dal National Institute of Health e con i principi di cura degli animali da laboratorio sviluppati dalla National Society for Medical Research.
NOTA: Le procedure chirurgiche sono state eseguite sotto stretta sterilità utilizzando le stesse tecniche utilizzate per un essere umano. Le procedure sperimentali includevano grandi suinetti bianchi (45-60 kg) e venivano eseguite in anestesia generale.
1. Protocollo di condizionamento e anestesia degli animali
- Lasciare che gli animali si acclimatino per 7 giorni, con congeneri e arricchimento ambientale, per garantire il benessere degli animali.
- Non nutrire gli animali 12 ore prima della loro inclusione nel protocollo sperimentale.
- Eseguire una premedicazione 30 minuti prima della procedura con un'iniezione intramuscolare di una miscela equimolare di tiletamina e zolazepam (10 mg / kg) nei muscoli del collo.
- Una volta che l'animale è sedato, inserire un catetere nella vena dell'orecchio e indurre l'anestesia generale con un bolo endovenoso di propofol (2 mg/kg) combinato con la somministrazione di atracurio (2 mg/kg).
- Intubare l'animale con una sonda orotracheale da 7,5 mm.
- Monitorare l'animale con ECG continuo, CO 2 espiratorio e ossimetria.
- Mantenere l'anestesia generale con isoflurano inalato (2%) miscelato con supplemento di ossigeno al 40%.
2. Valutazione emodinamica ed ecocardiografica in situ del cuore
NOTA: La valutazione emodinamica viene eseguita con un catetere Swan Ganz, mentre la valutazione funzionale basale del cuore viene eseguita mediante ecocardiografia transtoracica.
- Inserire per via percutanea una guaina francese 8 (Fr) nel tronco venoso brachiocefalico utilizzando la tecnica Seldinger8.
- Dopo aver de-aired il catetere e impostato la pressione 0, inserire il catetere Swan Ganz nella guaina 8 Fr fino a quando non viene osservato un profilo di pressione polmonare sullo schermo di monitoraggio.
- Ottenere la pressione di occlusione arteriosa polmonare spingendo il catetere Sawn-Ganz nella circolazione polmonare mentre il palloncino è gonfiato.
- Valutare la gittata cardiaca utilizzando l'approccio di termodiluizione mediante infusione di 10 mL di soluzione salina fredda (4 °C) nella linea prossimale del catetere Swan Ganz. Ripetere la misurazione tre volte.
- Valutare la frazione di eiezione ventricolare sinistra (LVEF) utilizzando la tecnica Simpson biplano9.
- Esplorare la valvola aortica e la radice aortica per identificare qualsiasi disturbo strutturale o rigurgito aortico superiore al grado 2 che potrebbe compromettere la perfusione ex situ del cuore attraverso l'aorta ascendente (Figura 1).
3. Descrizione e priming della macchina per perfusione normothermic ex situ (NESP)
NOTA: Un modulo NESP modificato viene utilizzato per eseguire in alternativa la perfusione di Langendorff e la perfusione in modalità di lavoro. In breve, collegare la linea aortica del circuito a una camera di conformità tramite un connettore a Y. Aggiungere un ossigenatore pediatrico e un serbatoio di cardiotomia (70-80 cm di altezza sopra il connettore aortico del modulo) per fornire un postcarico ventricolare sinistro di circa 70 mmHg durante la modalità di lavoro. Collegare un altro serbatoio di cardiotomia (7-10 cm di altezza sopra il connettore aortico del modulo) alla linea di afflusso principale utilizzando un connettore a Y per fornire un precarico dell'atrio sinistro di circa 10 mmHg durante la modalità di lavoro (Figura 2). Il flusso coronarico viene valutato con un sensore di flusso collegato alla cannula polmonare. Una pompa centrifuga, un ossigenatore a membrana e una macchina riscaldatore-raffreddatore sono collegati al circuito (Figura 2). Per le descrizioni delle soluzioni, fare riferimento alla Tabella 1.
- Innescare il circuito di perfusione con la soluzione di adescamento (Tabella 1).
- Impostare la potenza della pompa a 1500 ml/min.
- Aggiungere il sangue recuperato dal maiale donatore (1200-1500 ml) nel circuito.
- Impostare il miscelatore del gas per ottenere una pressione parziale dell'ossigeno >250 mmHg.
- Collegare la soluzione di manutenzione e la soluzione adrenalinica (Tabella 1) al circuito e impostare l'uscita iniziale rispettivamente a 5 mL/h e 0,1 mL/h.
- Impostare la temperatura del perfulato a temperatura ambiente (RT) prima del posizionamento del cuore nel modulo di perfusione.
- Durante la modalità di lavoro, collegare una siringa di dobutamina con una concentrazione di 2,5 mg/ml (uscita tra 0,04-0,12 mg/h).
4. Approvvigionamento cardiaco e strumentazione per la perfusione cardiaca ex situ normotermica
- Approvvigionamento di cuore
- Posizionare l'animale in posizione supina e continuare a mantenere l'anestesia generale.
- Eseguire una sternotomia mediana e aprire il pericardio.
- Sospendi il pericardio con quattro suture di soggiorno.
- Posizionare le suture in polipropilene 4-0 sull'atrio destro e sull'aorta ascendente per fissare gli incannulamenti con lacci emostatici.
- Dopo infusione di eparina (300 UI/kg) e un'attenta dissezione della radice aortica, inserire una cannula venosa a doppio stadio nell'atrio destro per la raccolta del sangue e una cannula a lume singolo nell'aorta ascendente per l'infusione di cardioplegia.
- Isolare la vena cava superiore e inferiore con lacci emostatici silastici.
- Collegare la cannula venosa a una sacca per la raccolta del sangue contenente 10.000 UI di eparina non frazionata.
- Posizionare il corpo del maialino nella posizione Trendelenburg per migliorare il drenaggio del sangue nella sacca di raccolta.
- Dopo aver completato la raccolta del sangue, bloccare l'aorta ascendente, infondere cardioplegia Del Nido nella radice aortica (Tabella 1) e controllare che l'aorta ascendente sia sotto pressione (nessun rigurgito aortico).
- Scaricare l'atrio destro e sinistro aprendo rispettivamente la vena cava inferiore e la vena polmonare destra, mentre la vena cava superiore è bloccata da un laccio emostatico.
- Una volta completata l'infusione di cardioplegia, ligate la vena emiaziggos sinistra con due punti di polipropilene 4-0.
- Procedere all'approvvigionamento cardiaco, mantenendo 2 cm del tronco polmonare insieme alla parete posteriore dell'atrio sinistro.
- Verificare che non vi sia forame ovale pervio ispezionando il setto atriale e chiuderlo se necessario utilizzando suture in polipropilene 4-0.
- Strumentazione del cuore prima della NESP
- Porre il cuore in una soluzione salina a 4 °C e separare l'aorta ascendente dal tronco polmonare. Verificare che la valvola aortica e gli osti coronarici non siano feriti.
- Inserire quattro punti di sutura (4-0 polipropilene) 5 mm sotto la sezione distale dell'aorta ascendente e inserire la cannula per infusione nell'aorta. Stringere un morsetto attorno all'aorta per fissare la cannula.
- Inserire una cannula di drenaggio nel tronco polmonare e fissare con una sutura in polipropilene 3-0.
- Chiudere la vena cava inferiore e superiore con suture in polipropilene 5-0.
- Chiudere la parete posteriore dell'atrio sinistro con una sutura in polipropilene 4-0.
- Inserire una cannula di sfiato sinistra attraverso la parete posteriore della parete dell'atrio sinistro e intrappolare un laccio emostatico intorno.
- Inserire una cannula di precarico nell'appendice atriale sinistra e intrappolare un laccio emostatico.
5. Collegamento alla macchina NESP e rianimazione del cuore
NOTA: Prima della strumentazione del cuore, assicurarsi che i materiali necessari per la rianimazione siano disponibili accanto al circuito di perfusione, in particolare un defibrillatore con sonde interne e un pacemaker esterno con elettrodi epicardici. Assicurarsi che la linea di pressione sia collegata alla linea aortica e che il sensore di uscita sia posizionato sulla linea di flusso coronarico. La linea di postcarico deve essere bloccata, così come la linea di precarico del circuito della modalità di lavoro.
- Ridurre il flusso della pompa a 200 ml/min.
- Collegare il cuore al connettore aortico dopo aver disazionato il connettore. Assicurarsi che il cuore sia collegato in modo appropriato al modulo di perfusione in modo che le pareti ventricolari inferiori e l'atrio sinistro e destro siano di fronte all'operatore. Evitare di torcere l'aorta ascendente per prevenire il rigurgito aortico.
- Regolare la pressione aortica a 30 mmHg a RT.
- Durante la rianimazione, eseguire un massaggio cardiaco regolare fino a ripristinare il ritmo sinusale.
- Aumentare lentamente il flusso della pompa entro 15-25 minuti con incrementi di 50 ml / min per ottenere una pressione aortica di 65 mmHg. Allo stesso tempo, aumentare la temperatura del perfusato con incrementi di 2-4 °C fino a raggiungere i 37 °C.
- Una volta che la pressione aortica è a 65 mmHg e la temperatura del perfusato è a 37 °C, erogare una scossa elettrica a 5 J se necessario, e ripetere fino a quando il ritmo sinusale è ripristinato.
- Fissare un elettrodo epicardico sulla parete posteriore ventricolare destra e collegarlo a un pacemaker esterno. Ritmo del cuore a 80 BPM per overdrive ritmo spontaneo.
- Collegare la cannula polmonare alla linea di flusso coronarico.
- Eseguire campioni di sangue arterioso e venoso per analisi gassose e biochimiche del perfuffato. Registrare la concentrazione iniziale di lattato e correggere i disturbi biochimici per raggiungere i seguenti obiettivi: glucosio >1 g / L, K + 3,5-5,5 mmol / L, Ca2 + 1,0-1,20 mmol / L, pH 7,35-7,45, Na + 135-145 mmol / L e HCO3- 20-24 mmol / L.
- Regolare il flusso della pompa per raggiungere una pressione aortica media di 65-75 mmHg e un flusso coronarico di 650-850 ml / min.
- Eseguire l'analisi dei gas del sangue artero-venoso ogni 15 minuti per garantire che l'estrazione miocardica del lattato sia efficace. Se il lattato venoso è superiore al lattato arterioso, aumentare la pressione aortica media a 80 mmHg diminuendo la soluzione di mantenimento e controllare la concentrazione di lattato 15 minuti dopo. Se la clearance del lattato artero-venoso è ancora compromessa, aumentare il flusso coronarico a >850 ml e controllare la concentrazione di lattato 15 minuti dopo.
6. Modalità di lavoro
NOTA: L'efficiente clearance artero-venosa del lattato si ottiene di solito entro 30 minuti dall'inizio della perfusione di Langendorff. La modalità di lavoro può quindi essere avviata collegando la cannula di precarico al serbatoio di precarico (questa linea è stata precedentemente bloccata durante la modalità Langendorff). Allo stesso modo, la linea di postcarico è collegata alla linea aortica (Figura 2). Impostare il sensore di flusso sulla linea di postcarico per misurare la gittata cardiaca.
- Aprire la linea di precarico e regolare il flusso della pompa per garantire un riempimento stabile del serbatoio di precarico. Durante questo periodo, l'atrio sinistro e il ventricolo sinistro sono progressivamente pieni di sangue.
- Aprire la linea di postcarico aortica e bloccare la linea principale del circuito utilizzato per la perfusione di Langendorff. Il serbatoio di postcarico viene progressivamente riempito. Garantire il drenaggio del serbatoio mediante una linea di troppo pieno che riporta il perfufuto al serbatoio principale del circuito.
- Iniziare l'infusione di dobutamina a 0,04 mg/min.
- Eseguire l'analisi dei campioni di emogas arterioso e venoso per garantire che l'estrazione miocardica del lattato sia ancora efficace.
- Una volta che la gittata cardiaca è stabile, eseguire la valutazione emodinamica invasiva insieme alle misurazioni ecografiche epicardiche.
7. Valutazione del circuito pressione-volume (PV) con il metodo della conduttanza
NOTA: Tutte le fasi di calibrazione devono essere eseguite in modalità di lavoro.
- Posizionamento del catetere PV nel ventricolo sinistro
- Pulire il catetere di conduttanza pigtail 7 Fr con soluzione salina e collegarlo all'interfaccia hardware.
- Spingere delicatamente il catetere nella guaina introduttrice 8 Fr precedentemente inserita attraverso il tetto dell'atrio sinistro per essere allineata con la valvola mitrale.
- Non appena il catetere attraversa la valvola mitrale, regolare la posizione appropriata, considerando i segnali ottimali di pressione e volume. Se c'è troppo rumore, spostare delicatamente il catetere di conduttanza per migliorare la qualità dei loop.
- Calibrazione del catetere ad anello fotovoltaico
- Calibrazione della pressione
- Una volta che il catetere di conduttanza è posizionato in modo appropriato nel ventricolo sinistro, aprire l'interfaccia di calibrazione sul software e calibrare il valore della pressione utilizzando il software di acquisizione per le misurazioni della conduttanza.
- Avviare la registrazione, selezionare 0 mmHg di pressione e 100 mmHg sull'interfaccia di controllo e registrare per 5 s ciascuno.
- Quindi, interrompere la registrazione e aprire l'interfaccia di calibrazione della pressione. Abbinare il segnale corrispondente al livello di pressione.
- Una volta calibrato, verificare che il segnale corrisponda ai valori ottenuti dal monitoraggio invasivo della pressione arteriosa.
- Calibrazione del volume
- Calibrazione della conduttanza
- Aprire l'interfaccia di controllo sul software per le misure di conduttanza.
- Avviare la registrazione, uno dopo l'altro, selezionare i volumi suggeriti dall'interfaccia di calibrazione.
- Lascia che l'interfaccia registri per 5 s ciascuno, quindi interrompi la registrazione.
- Utilizzare la traccia dei dati ottenuta e aprire l'interfaccia di calibrazione del volume.
- Abbinare la traccia corrispondente al livello di pressione.
- Calibrazione del volume parallelo
- Il tessuto cardiaco circostante conduce elettricità e contribuisce al segnale del volume complessivo. Rimuovere questo volume parallelo per una misurazione accurata del volume (calibrazione post-elaborazione).
- Per valutare il volume parallelo in questa configurazione (parete miocardica), iniettare 10 cc di soluzione salina ipertonica (4%) nella linea dell'atrio sinistro una volta.
- Non ripetere l'operazione per evitare l'ipernatriemia.
- Calibrazione della conduttanza
- Calibrazione della pressione
- Calibrazione del fattore di correzione del campo
- Inserire il valore del volume della corsa ottenuto dalle misurazioni ecografiche.
NOTA: Il fattore alfa sarà calcolato considerando il rapporto tra i volumi di ictus ottenuti mediante misurazioni ecografiche o cateterismo di conduttanza.
- Inserire il valore del volume della corsa ottenuto dalle misurazioni ecografiche.
- Raccolta dati FV
- Interrompere la stimolazione epicardica del cuore per evitare interferenze con il segnale di conduttanza. Registrare i dati in uno stato stazionario quando il segnale è stabilizzato (Figura 3)
- Selezionare una serie di 10 cicli consecutivi e aprire il software di analisi. Il software fornirà automaticamente il lavoro di corsa, il lavoro di corsa pre-reclutabile, il massimo dP / dt, il minimo dP / dt e l'indice tau.
- Per ottenere la relazione pressione-volume sistolica finale e la relazione pressione-volume diastolica finale, registrare il segnale durante l'occlusione di precarico. Bloccare gradualmente la linea di perfusione atriale fino a quando la riduzione del precarico è efficace (Figura 4). Quindi rilasciare lentamente il morsetto.
8. Valutazione ecocardiografica epicardica del cuore in uno stato di lavoro
- Acquisizione di loop ad ultrasuoni
- Posizionare tre elettrodi epicardici ECG collegati alla macchina per ecocardiogramma.
- Applicare un drappo sterile intorno al cuore e utilizzare una sonda transesofago.
- Applicare la sonda alla parete superiore dell'atrio sinistro e ruotare manualmente il trasduttore fino ad ottenere una vista a quattro camere (Figura 5).
- Avviare il software di acquisizione ecocardiografica per la valutazione delle prestazioni miocardiche utilizzando la modalità X-plan.
- Quindi, eseguire il motore della sonda ad ultrasuoni per ottenere viste a tre e due camere. L'analisi di queste viste consente di misurare la frazione di eiezione del ventricolo sinistro e la tensione longitudinale globale9.
- Valutazione dell'indice di lavoro miocardico (MWI)
- Procedere all'acquisizione di viste a quattro, tre e due camere e registrare la pressione arteriosa simultanea (Figura 6).
- Valuta la deformazione longitudinale globale utilizzando queste viste e il software MWI aperto. Utilizzare la pressione sanguigna invasiva rilevata dal sensore esterno sul circuito di perfusione durante l'acquisizione del loop.
- Notifica manualmente al software i tempi esatti di apertura e chiusura delle valvole aortica e mitrale.
NOTA: il software MWI fornirà automaticamente MWI globale, lavoro costruttivo, lavoro sprecato e lavoro efficace.
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Representative Results
Abbiamo qui descritto un protocollo NESP in uno stato di lavoro monoventricolare, utilizzando un modulo di perfusione cardiaca modificato solitamente impiegato nella pratica clinica per la perfusione Langendorff del cuore del donatore prima del trapianto. Questo modello di maialino di NESP utilizzando l'attuale modulo personalizzato è stato sviluppato nel 2019. Le modifiche del circuito furono minori, poiché la maggior parte del circuito di perfusione fu riutilizzato per esperimenti. Il cappuccio del modulo forniva una membrana flessibile e impermeabile per proteggere il cuore durante il trasporto. Ha anche permesso l'ecocardiografia di superficie mentre rimaneva in un ambiente sterile. Il volume di priming raccomandato con sangue misto e soluzione di priming è di circa 1200-1500 ml nella pratica clinica. Nel presente protocollo, il volume di adescamento era superiore (2000 ml) perché erano necessari tubi più lunghi e serbatoi aggiuntivi per la perfusione in modalità di lavoro. Pertanto, tali considerazioni richiedevano animali di peso superiore a 50 kg per un prelievo di sangue di >1500 ml.
Il posizionamento del cuore suino nel modulo di perfusione era diverso rispetto ai modelli precedentemente riportati di NESP in modalità di lavoro10,11. Infatti, la maggior parte di loro descriveva cuori sospesi dall'aorta, sopra una camera di raccolta del sangue, in posizione verticale. In questo protocollo, abbiamo utilizzato un modulo personalizzato commercialmente e impostato il cuore con il lato anteriore disposto nella scatola di perfusione in una posizione leggermente inclinata e il lato posteriore rivolto verso l'operatore. Tuttavia, Hatami et al. hanno suggerito che la posizione del cuore durante la NESP era un fattore importante per la perfusione miocardica ottimale12 e sarebbe stata migliore della posizione di sospensione.
Il presente protocollo ha utilizzato sei animali per eseguire la modalità sperimentale Langendorff (LM) per 30 minuti, seguita dalla perfusione in modalità di lavoro (WM) per 2 ore. La pressione aortica media (MAP) e la gittata cardiaca (CO) sono state continuamente monitorate e registrate ogni 30 minuti. La potenza cardiaca in uscita (CPO) è stata calcolata come segue: CO x MAP/451. La valutazione della concentrazione di lattato nel perfusato è stata eseguita ogni 30 minuti per garantire che l'estrazione miocardica del lattato (MEL) fosse efficace come prova della vitalità miocardica durante la NESP. La valutazione emodinamica è stata eseguita il prima possibile a T0, T60 e T120 durante la perfusione WM. Le misurazioni metaboliche ed emodinamiche durante la NESP sono riassunte nella Tabella 2.
Considerando la valutazione emodinamica mediante cateterismo cardiaco, sono stati ottenuti circuiti fotovoltaici ottimali con un catetere di conduttanza posizionato attraverso il tetto atriale sinistro, quindi attraversando la valvola mitrale, con il codino posto all'apice del ventricolo sinistro. La posizione del catetere di conduttanza è stata controllata mediante ecocardiografia epicardica (Figura 5). La qualità del segnale del loop fotovoltaico può variare a seconda della posizione del catetere e dell'interferenza con la stimolazione esterna (Figura 7).
Valutazione funzionale durante la perfusione in modo di lavoro
La valutazione ecocardiografica durante la perfusione WM è stata eseguita nella configurazione personalizzata utilizzata in questo studio e ha fornito la valutazione della frazione di eiezione ventricolare sinistra (LVEF), la tensione longitudinale globale (GLS) e l'indice di lavoro miocardico (MWI) con riproducibilità negli esperimenti. Tutte e tre le viste ventricolari sinistre sono state ottenute in qualsiasi momento in tutti gli esperimenti (Figura 6). LVEF, GLS e MWI medi sono stati rispettivamente 40,8 (± 11)%, -8,00 (± 2) e 652 (± 158) mmHg%. Le misurazioni del catetere di conduttanza sono state eseguite durante la perfusione WM. SW medio, massimo dP/dt, min dP/dt, relazione pressione-volume sistolica finale (ESPVR), tau e lavoro di ictus pre-reclutabile (PRSW) erano rispettivamente 877 (± 246) mmHg·mL, 1463 (± 385) mmHg/s, -1152 (± 383) mmHg/s, 5,13 (± 3,16), 79,4 (± 23) ms e 63,4 (± 17,5) mmHg·mL durante la perfusione WM. I parametri emodinamici valutati mediante catetere di conduttanza o mediante ecocardiografia di superficie durante la perfusione WM sono riassunti nella Tabella 3 e nella Tabella 4.
Una significativa diminuzione della MWI è stata osservata durante la perfusione WM nel tempo in tutti gli esperimenti (Figura 8A), così come la gittata cardiaca (Figura 8B) e altri parametri correlati a ESPVR (Figura 8C). La MWI globale era correlata alla gittata cardiaca misurata dal catetere di conduttanza (r = 0,85, p < 0,001) (Figura 9).
Figura 1: Vista dell'ecocardiografia transtoracica parasternale della valvola aortica. La valvola aortica e l'aorta ascendente vengono controllate per garantire che non vi sia alcun aneurisma dell'aorta ascendente e nessun significativo rigurgito aortico superiore al grado 2. Viene anche valutata la frazione funzionale di eiezione ventricolare sinistra. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 2: Circuito modificato del sistema di cura degli organi per la modalità di lavoro monoventricolare . (A) Una camera di conformità è posizionata sulla linea di postcarico per riprodurre l'elasticità vascolare. Un connettore a Y è impostato nella linea arteriosa principale per riempire un serbatoio all'altezza di 10 cm sopra l'innesto cardiaco per fornire un precarico per l'atrio sinistro a 13-15 mmHg. Un altro connettore a Y è posto sulla linea arteriosa principale prima del connettore aortico. (B) Uno dei rami del connettore a Y è collegato a un tubo da 3/8 di pollice, che collega un ossigenatore pediatrico e un serbatoio all'altezza di 70 cm per fornire un postcarico del ventricolo sinistro di 60 mmHg Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 3: Segnale di conduttanza stabile fornito dal catetere di conduttanza pressione-volume. Un segnale stabile dei loop pressione-volume registrati nel software è fornito da una posizione centrale del catetere inserito nel ventricolo sinistro attraverso una guaina da 8 Fr inserita nell'atrio sinistro. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 4: Bloccaggio incrociato progressivo del serbatoio di precarico. La procedura di occlusione progressiva del tubo dal serbatoio di precarico e dall'atrio sinistro fornisce una diminuzione del volume iniettato nell'atrio sinistro. I loop pressione-volume vengono quindi registrati con il software di acquisizione. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 5: Posizione della sonda ecografica transesofaga durante la valutazione ecocardiografica superficiale dell'innesto cardiaco durante la WM. (A) La sonda è posizionata sulla parete dell'atrio sinistro mentre la faccia posteriore del cuore è rivolta verso l'operatore durante la NESP. (B) Tale posizionamento fornisce una visione ecocardiografica dell'atrio sinistro, del ventricolo sinistro e della valvola mitrale. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 6: Vista ventricolare sinistra ottenuta con sonda TEE durante NESP. L'ecocardiografia epicardica che utilizza una sonda transesofago posta sulla parete posteriore dell'atrio sinistro fornisce una visione a due camere dell'atrio sinistro e del ventricolo sinistro. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 7: Esempi di scarsa acquisizione del segnale di conduttanza. (A) Catetere di conduttanza non posizionato centralmente con segnale disturbato dai movimenti del setto ventricolare. (B) Segnale di conduttanza disturbato dalla stimolazione esterna. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 8: Regressione lineare nel tempo durante la perfusione WM. (A) Indice di lavoro miocardico (MWI, mmHg%), (B) gittata cardiaca (CO, mL.min-1) e (C) relazione pressione-volume sistolica finale (ESPVR). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 9: Relazione tra MWI e gittata cardiaca durante la perfusione in modo di lavoro. Curva di correlazione tra l'indice di lavoro miocardico (mmHg%) e la gittata cardiaca (mL·min-1) durante la perfusione cardiaca ex situ in modalità di lavoro. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
| Soluzione di adescamento | Soluzione di manutenzione | Soluzione adrenalinica | Cardioplegia Del Nido |
| Soluzione di NaCl da 500 mL | 60 mg di adenosina | 0,25 mg di adrenalina | 500 mg di soluzione Ringer |
| 150 mg di Magnesio | 40 mL di soluzione di NaCl | 500 ml di glucosio 5% | 10 ml di KCl 10% |
| 250 mg di metilprednisolone | (concentrazione: 1,5 mg/ml) | 3 mL di Xylocaïne 2% | |
| 1 g di Cefotaxime | 6 ml di mannitolo 20% | ||
| 6 mL di bicarbonato di sodio 8,4% | |||
| 7 ml di solfato di magnesio 15% |
Tabella 1: Descrizioni delle soluzioni. La tabella fornisce i volumi e le concentrazioni dei costituenti utilizzati per preparare le soluzioni di priming, mantenimento, adrenalina e cardioplegia Del Nido utilizzate in questo protocollo. La soluzione cardioplegia Del Nido viene utilizzata per ottenere l'arresto cardiaco insieme alla protezione miocardica durante il tempo ischemico freddo. La soluzione di priming viene infusa nella macchina di perfusione, insieme al sangue raccolto durante il protocollo sperimentale. La soluzione di mantenimento e la soluzione di adrenalina vengono infuse durante la perfusione cardiaca ex situ per mantenere stabili i parametri di perfusione.
| T0 | T120 | |
| Concentrazione di lattato (mmol/L) | 2.4 (0.97–2.83) | 1.27 (0.36–2.48) |
| Estrazione miocardica del lattato (mmol/L) | 0.15 (0.14–0.19) | 0.08 (0.04–0.09) |
| ph | 7.37 ( 7.31–7.45) | 7.41 (7.31–7.47) |
| Potassio (mmol/L) | 4.6 ( 4.4–5.1) | 4.9 (4.3–5.5) |
| Pressione aortica sistolica (mmHg) | 132.5 (101.0–142.3) | 101.0 (96.2–109.3) |
| Pressione aortica media (mmHg) | 97.5 (73.0–106.8) | 77.0 (69.0–85.5) |
| Flusso coronarico (ml/min) | 925 (550–1050) | 700 (550–875) |
| Potenza cardiaca in uscita | 326.5 (116.5–485.5) | 228.0 (185.5–361.0) |
Tabella 2: Parametri emodinamici e metabolici valutati durante la perfusione WM. I dati sono forniti con l'intervallo mediano e interquartile.
| SW (mmHg·mL) | dP/dt massimo (mmHg/s) | min dP/dt (mmHg/s) | ESPVR | Tau (ms) | PRSW | |
| Significare | 877 | 1463 | -1152 | 5.13 | 79.4 | 63.4 |
| Mediano | 816 | 1423 | -1025 | 4.01 | 73.9 | 62.8 |
| Deviazione standard | 246 | 385 | 383 | 3.16 | 23.0 | 17.5 |
| Minimo | 528 | 778 | -1856 | 2.19 | 52.0 | 40.0 |
| Massimo | 1244 | 2119 | -755 | 13.8 | 134 | 101 |
Tabella 3: Valori medi e mediani ottenuti con il metodo del catetere di conduttanza durante la perfusione WM. Abbreviazioni: ESPVR: rapporto pressione-volume sistolica finale; PRSW: lavoro di ictus pre-reclutabile; SW: lavoro di corsa.
| GLS (%) | LVEF (SB) | MWI | GCW | |
| Significare | -8.04 | 40.8 | 652 | 936 |
| Mediano | -8.00 | 37 | 642 | 919 |
| Deviazione standard | 2.03 | 11.0 | 158 | 208 |
| Minimo | -11.5 | 27 | 389 | 579 |
| Massimo | -5.00 | 59 | 898 | 1268 |
Tabella 4: Valori medi e mediani ottenuti mediante ecocardiografia di superficie durante la perfusione WM. Abbreviazioni: GLS: ceppo longitudinale globale; LVEF: frazione di eiezione ventricolare sinistra; MWI: indice di lavoro miocardico; MWE: efficienza del lavoro miocardico; GCW: lavoro costruttivo globale.
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Discussion
Ci sono alcuni passaggi critici da considerare nel protocollo NESP. La valutazione preliminare in situ del cuore è rimasta importante, soprattutto considerando la valvola aortica che non dovrebbe presentare un significativo rigurgito aortico (grado 2 o superiore); in caso contrario, la rianimazione del cuore sarà compromessa durante il periodo di Langendorff a causa della compromissione della perfusione coronarica e dell'ischemia miocardica. L'avvio del WM dopo la perfusione di Langendorff è stata una manovra impegnativa, che ha richiesto almeno due persone per regolare il riempimento del serbatoio di precarico, il flusso della pompa, la pressione dell'atrio sinistro e la linea di deflusso aortica. Questo periodo di transizione è stato eseguito una volta raggiunta l'estrazione miocardica efficace metabolica per il lattato. Durante questo periodo, il circuito di perfusione potrebbe fermarsi a causa del disinnesco della pompa legato a una maggiore embolia aerea. Il posizionamento ottimale della sonda ad ultrasuoni sulla parete atriale sinistra per ottenere viste stabili a due e tre camere è stato parzialmente disturbato dalle ingombranti cannule e dai materiali disposti intorno al cuore. I dati ecocardiografici dovevano essere registrati con un segnale ecografico molto costante, con almeno tre cicli di contrazione.
La rianimazione del cuore durante la NESP non è esplicitamente riportata in letteratura. Solo pochi studi descrivono in dettaglio la procedura di rianimazione per iniziare NESP13. In questo protocollo sono stati sviluppati approcci preliminari di rianimazione per ottenere una tecnica ottimale per la rianimazione, compresa la riperfusione progressiva, aumentando lentamente il flusso coronarico e la temperatura del sangue (dalla temperatura ambiente a 37 ° C). Il problema principale per l'imaging a ultrasuoni era trovare la posizione ottimale per la sonda sul tetto atriale sinistro. La posizione del cuore perfuso, con la sua parete posteriore rivolta verso l'operatore, permetteva di eseguire ecocardiografie di superficie senza muovere il cuore e senza il rischio di rigurgito valvolare aortico. La presenza di bolle nel circuito ha alterato la qualità dell'immagine e questo problema deve essere evitato il più possibile. L'ottimizzazione del circuito è stata eseguita per ridurre le turbolenze del sangue, soprattutto considerando il drenaggio del sangue dal serbatoio di postcarico al serbatoio principale. Una posizione non stabile del catetere di conduttanza nel ventricolo sinistro ha fornito curve di loop PV di scarsa qualità. Il segnale PV loop potrebbe comunque essere notevolmente migliorato introducendo il catetere al centro della parete posteriore atriale sinistra, attraverso il centro della valvola mitrale, e posizionato nella parte centrale del ventricolo sinistro.
Il carico delle cavità cardiache sinistre è essenziale per la valutazione ecocardiografica ex situ . Anche se il declino della gittata cardiaca è stato precedentemente descritto in altri studi mentre l'andamento del lattato è rimasto stabile, solo pochi articoli hanno descritto tale considerazione utilizzando una vera e propria perfusione monoventricolare11. La perfusione biventricolare in modalità di lavoro non è stata eseguita in questo modello per motivi tecnici, perché un tale sistema è ancora più complesso e ingombrante. Tuttavia, la mancanza di modalità di lavoro per il camper è discutibile a causa dell'interdipendenza LV e RV, un fattore di confusione nella valutazione LV. La mancanza di valutazione ventricolare destra può anche essere discutibile poiché il fallimento del RV è una complicanza comune dopo il trapianto, associata ad alta mortalità. La concentrazione di potassio è aumentata costantemente nel perfulato senza la possibilità di eliminarlo perché nessuna membrana di filtrazione del sangue è stata inclusa nel nostro circuito personalizzato. Il problema principale riguardante questa modalità di perfusione è il fatto che l'organo stesso è isolato dagli altri organi che potrebbero regolare il suo metabolismo e cancellare tutti i metaboliti prodotti dal metabolismo miocardico. Alcuni autori hanno descritto un modello di perfusione che includeva un sistema di emofiltrazione per fornire NESP prolungato in modalità di lavoro14, con una significativa diminuzione dell'edema miocardico al termine della perfusione, che certamente partecipa al declino delle prestazioni miocardiche nel tempo.
Le prestazioni emodinamiche ed ecocardiografiche miocardiche sono diminuite nella NESP durante la modalità di lavoro nella nostra esperienza, così come l'emodinamica cardiaca registrata dal cateterismo di conduttanza. Ciò suggerisce che la perfusione non dovrebbe essere considerata un metodo conservante per i cuori dei donatori prima del trapianto. Durante la WM, le tendenze della biochimica erano diverse rispetto alla modalità Langendorff. L'estrazione miocardica del lattato durante la WM è stata continuamente efficace, mentre le prestazioni emodinamiche sono diminuite progressivamente. Questa scoperta suggerisce che l'andamento del lattato potrebbe non essere un parametro rilevante per valutare le prestazioni miocardiche nella WM, come precedentemente osservato in altri studi15.
La valutazione funzionale del cuore durante la NESP sarebbe di grande interesse per i medici. I metodi di valutazione invasivi (tecnica PV loop) presentano diverse limitazioni. In effetti, la tecnica di conduttanza dovrebbe essere considerata per trarre attentamente risultati affidabili, a causa dell'isolamento dell'innesto cardiaco senza un ambiente biologico fisiologico che di solito conduce il segnale elettrico insieme al miocardio stesso16. La decisione di trapiantare innesti marginali conservati con tecnologia NESP si basa attualmente solo sull'andamento del lattato17. Confidiamo che questo approccio possa essere facilmente applicato per risolvere questo importante problema prima del trapianto. Può fornire valutazioni sia anatomiche (malattia valvolare, spessore miocardico) che funzionali del cuore del donatore. La valutazione ecocardiografica del ventricolo sinistro è stata ottenuta nel modello preclinico e ha permesso di ottenere MWI, un parametro indipendente dal carico che era significativamente correlato alla gittata cardiaca valutata da un catetere di conduttanza. Questi risultati preliminari evidenziano il ruolo della valutazione ecocardiografica di superficie durante la NESP in modalità di lavoro.
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Disclosures
Tutti gli autori non hanno conflitti di interesse da rivelare.
Acknowledgments
Georges Lopez Institute, Lissieu, 69380, Francia
Claudia Lacerda, General Electric Healthcare, Buc, Francia
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3T Heater Cooler System | Liva Nova, Châtillon, France | IM-00727 A | Extracorporeal Heater Cooler device |
| 4-0 polypropylene suture | Peters, bobigny, France | 20S15B | sutures |
| 5-0 polypropylene suture | Peters, bobigny, France | 20S10B | sutures |
| Adenosine | Efisciens BV, Rotterdam, Netherlands | 9088309 | Drugs for the ex-vivo perfusion |
| Adrenaline | Aguettant, Lyon, France | 600040 | Drugs for the ex-vivo perfusion |
| Atracurium | Pfizer Holding France, Paris, France | 582547 | Drugs for the induction of the anesthesia |
| DeltaStream | Fresenius Medical Care, L’Arbresle, France | MEH2C4024 | Extracorporeal blood pump |
| EKG epicardial electrodes | Cardinal Health LLC, Waukegan, Illinois, USA | 31050522 | EKG detection electrodes |
| External pacemaker | Medtronic Inc. Minneapolis, Minneapolis, USA | 5392 | Pacemaker device |
| Glucose 5% | B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | 3400891780017 | Drugs for the priming solution |
| Heart Perfusion Set, Organ Care System | Transmedics, Andover, MA, USA | Ref#1200 | Normothermic ex-vivo heart perfusion device |
| Intellivue MX550 | Philips Healthcare, Suresnes, France | NA | Permanent monitoring system |
| Istat 1 | Abbott, Chicago, Ill, USA | 714336-03O | Blood Analyzer machine |
| Labchart | AD Instruments Ltd, Paris, France | LabChart v8.1.21 | Pressure Volume loops aquisition software |
| Magnesium | Aguettant, Lyon, France | 564 780-6 | Drugs for the cardioplegia |
| Magnesium Sulfate | Aguettant, Lyon, France | 600111 | Drugs for the cardioplegia |
| Mannitol 20% | Macopharma, Mouvoux, France | 3400891694567.00 | Drugs for the cardioplegia |
| Methylprednisolone | Mylan S.A.S, Saint Priest, France | 400005623 | Drugs for the priming solution |
| Millar Conductance Catheter | AD Instruments Ltd, Paris, France | Ventri-Cath 507 | Pressure Volume loops conductance catheter |
| MWI software | General Electric Healthcare, Chicago, Ill, USA | NA | software used for the Ultrasound echocardiographic machine |
| Orotracheal probe | Smiths medical ASD, Inc., Minneapolis, Minneapolis, USA | 100/199/070 | probe for the intubation during anesthesia |
| Potassium chloride 10% | B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | 3400892691527.00 | Drugs for the cardioplegia |
| Propofol | Zoetis France, Malakoff, France | 8083511 | Drugs for the induction of the anesthesia |
| Quadrox-I small Adult Oxygenator | Getinge, Göteborg, Sweden | BE-HMO 50000 | Extracorporeal blood oxygenator |
| Ringer solution | B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | DKE2323 | Drugs for the cardioplegia |
| Sodium Bicarbonate | Laboratoire Renaudin, itxassou, France | 3701447 | Drugs for the cardioplegia |
| Sodium chloride | Aguettant, Lyon, France | 606726 | Drugs for the priming solution |
| Swan Ganz Catheter | Merit Medical, south jordan, utah, USA | 5041856 | Right pressure and cardiac output probe |
| Tiletamine | Virbac France, Carros, France | 3597132126021.00 | Drugs for the induction of the anesthesia |
| Transesophagus probe (3–8 MHz 6VT) | General Electric Healthcare, Chicago, Ill, USA | NA | Ultrasound echocardiographic transesophagus probe |
| Vivid E95 ultraSound Machine | General Electric Healthcare, Chicago, Ill, USA | NA | Ultrasound echocardiographic machine |
| Xylocaïne 2% | Aspen, Reuil-malmaison, France | 600550 | Drugs for the cardioplegia |
| Zolazepam | Virbac France, Carros, France | 3597132126021.00 | Drugs for the induction of the anesthesia |
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