利用被动左心房加压与被动后负荷进行心脏负荷加载以评估移植物

摘要

该方案描述了一种猪的ex vivo心脏灌注系统，其中对左心室进行直接负荷可作为移植物健康状况的评估手段，同时还能对移植物功能进行全面评价。本文还讨论了系统设计及可能的评估指标。

摘要

离体机械灌注或常温机械灌注是一种在移植领域中日益重要的器官保存方法。尽管心脏在跳动状态下为评估提供了巨大机会，目前的临床实践仍主要依赖有限的代谢趋势来评价移植物功能。来自左心室负荷的血流动力学测量因其作为客观评估参数的潜力而受到广泛关注。实际上，本方案通过简单增加一个额外储液罐，提供了一种简便有效的方法，可将负荷功能整合到现有的朗根多夫（Langendorff）灌注系统中。此外，本方案还展示了采用被动性左心房加压进行负荷的可行性，据我们所知，此前尚未有研究报道过这一方法。该方法结合了被动式Windkessel模型后负荷系统，作为顺应性腔室，在舒张期最大限度地提高心肌灌注。最后，本方案强调了在心脏负荷过程中获取功能性指标的能力，包括左心室脉压、收缩力和舒张功能，以揭示长时间保存（˃6 小时）后心脏移植物功能的潜在缺陷。

引言

原位心脏移植是目前终末期心力衰竭治疗的金标准¹。然而，由于供体严重短缺，该领域的发展受到显著限制，每年仅能实施约2000例心脏移植手术，而实际上有超过20000人可从这一挽救生命的手术中获益²。预计器官短缺状况将进一步恶化，仅在美国，心力衰竭的患病人数到2030年预计将超过800万³。随着医学管理的改善、机械循环支持技术的进步以及UNOS分配政策的调整，等待移植患者的生存时间持续延长，导致任一时间点需要进行移植的患者数量进一步增加^4,5。

离体机械灌注或常温机械灌注（NMP）是一种器官保存方式，通过允许使用循环死亡后捐献（DCD）的器官并延长保存时间，在一定程度上扩大了供体器官的来源^5,6,7,8。与当前器官保存的金标准——静态冷保存不同，NMP 将器官维持在代谢活跃状态，从而实现了对器官的实时监测和移植物功能评估，并已成为 DCD 移植物的标准保....

方案

本研究严格按照麻省总医院机构动物护理和使用委员会（IACUC）以及JoVE的动物使用指南进行。采用脑死亡后捐献模型，从约克郡猪（30 - 35 kg，年龄3-4个月，性别混合）获取心脏（170 - 250 g），并通过逆向灌注（Langendorff法）维持6小时后进行负荷实验。所有移植物在器械操作过程中均经历了约1小时的冷缺血时间。

1. 系统设计

1. 检查系统是否由一个器官腔室（11.046 英寸 × 7.595 英寸 × 3.095 英寸）、两个储液罐（4 L 和 1 L）、一个双夹套式氧合器以及一个Windkessel袋（WB）组成。确认两个储液罐均内置消泡装置，以消除泡沫产生。
2. 检查各组件是否已使用硅胶管牢固连接，较小的储液罐、WB和器官腔室根据灌注模式（即Langendorff模式或负荷模式）处于两种不同配置中（图1A）。
   1. 使用3/8英寸管将器官腔室底部连接至大容量（静脉）储液罐顶部。将大储液罐置于器官腔室下方，以便利用重力使灌注液从腔室流向储液罐。
   2. 使用3/8英寸管将大储液罐底部连接至泵头的进液口。
   3. 将泵头的出液口连接至一段3/8英寸管，该管一端配有3/8英寸转¼英寸变径接头，另一端连接¼英寸管。将¼英寸管连接至氧合器的进液口。
   4. 在氧合器的出....

结果

4只约克夏猪（30 - 35 kg）的心脏被取出后，通过Langendorff常温机械灌注（NMP）保存6小时，随后进行4小时的持续负荷。选择该实验条件是因为6小时接近临床平均保存时间（5.1 ± 0.7 h）。³⁴通过增加4小时的持续加载（总计10小时） 离体 一段时间后，出现一定程度的心力衰竭是可预期的，因为既往已有研究明确报道了灌注时间与心肌功能下降之间存在显著相关性。³⁵因此，这为突出功能学指标在移植物评估中的重要性及其区分存活心脏与功能衰竭心脏的能力提供了机会。在此方面，大多数基于兰格多夫（Langendorff）系统的指标显示，心脏移植物之间的存活能力无明显差异，包括冠状血管阻力（CVR, 图2C)，氧气摄取率（OUR， 图 2D），乳酸积累（图 2E），葡萄糖消耗量（图 2F.......

讨论

常温机械灌注是一种强大的器官保存与评估手段，通过扩大成人供心的供体池，对心脏移植领域产生了重大影响³⁶。这一扩展得益于目前能够利用一部分过去被认为不适合移植的心脏。常温机械灌注可在心脏跳动状态下保存移植物，从而提供功能性和代谢性评估的机会。然而，尽管其具有潜力，当前常温机械灌注的应用仍局限于少数边缘性器官（即循环死亡后捐献的器官，热缺血时间<30分钟，来自年龄<55岁且无合并症的供体）。这一限制源于缺乏准确且精确的评估技术，从而阻碍了对更广泛范围边缘性心脏的可靠评估。

在常温机械灌注（NMP）期间对左心室进行负荷加载已成为一种有前景的评估技术，因为在负荷过程中获得的血流动力学参数与移植后的预后高度相关^15,16,18。实际上，在NMP过程中引入心脏负荷技术有助于对扩展标准供体器官进行评估，并可能提高其使用率，从而进一步扩大供体来源。尽.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
四通旋塞阀	Smiths Medical	MX9341L
4-0 Prolene 缝线	Ethicon	8711
5-0 缝线	精细科学工具公司	18020-50
主动脉连接器	VentriFLO 公司		定制生产
主动脉根部插管	美敦力公司	10012
牛血清白蛋白	Sigma	A7906
氯化钙	Sigma	C7902
细胞回收机	美敦力公司	ATLG
细胞回收机滤芯	美敦力公司	ATLS00
右旋糖酐	Sigma	31389
心外膜心电图导联	VentriFLO 公司		定制生产
设备支架和固定架	VentriFLO 公司		定制生产
体外起搏器	美敦力公司	5392
Falcon 高透明度 50 mL 锥形管	费舍尔科学公司	14-432-22
流量探头	Transonic Systems 公司	1828
肝素钠注射液	Medplus	G-0409-2720-0409-2721
中空纤维氧合器和静脉储血器	美敦力公司	BBP241	亲和力 Pixie，1 L
HTP 1500  热疗泵	HTP	6826619
胰岛素	Humulin R		麻省总医院药房
Iworx 数据采集系统	Iworx	IX-RA-834
Krebs-Henseleit 缓冲液	Sigma	K3753
白细胞过滤器	Haemonetics	SB1E
器官灌流槽	VentriFLO 公司		定制生产
双极起搏导线	美敦力公司	6495
青霉素-链霉素	赛默飞世尔科技	15140122
压力传感器	Iworx	BP100
搏动泵	VentriFLO 公司	2100-0270
PVC 管路	美敦力公司	HY10Z49R9
直角金属头插管 20F	美敦力公司	67318
碳酸氢钠	Sigma	5761
标准 PHD ULTRA CP 注射泵	哈佛仪器公司	88-3015
7 英寸止血带套件	美敦力公司	79006
Transonic 流量仪	Transonic Systems 公司	T402
静脉储血器	美敦力公司	CB841	亲和力 Fusion，4 L
Windkessel 袋	VentriFLO 公司		定制生产
Y 型接头	美敦力公司	10005