Summary
En pålitelig ikke-invasiv tilnærming for funksjonell vurdering av donorhjertet under normoterm ex situ hjerteperfusjon (NESP) mangler. Vi beskriver her en protokoll for ex situ vurdering av myokardytelse ved hjelp av metoden epikardial ekkokardiografi og konduktanskateter.
Abstract
Hjertetransplantasjon er fortsatt gullstandardbehandling for avansert hjertesvikt. Den nåværende mangelen på kritiske organer har imidlertid resultert i tildeling av et økende antall donorhjerter med utvidede kriterier. Disse marginale transplantatene er forbundet med høy risiko for primær transplantatsvikt og kan ha nytte av ex situ perfusjon før transplantasjon. Denne teknologien muliggjør utvidet organbevaring ved bruk av varm oksygenert blodperfusjon med kontinuerlig metabolsk overvåking. Den eneste NESP-enheten som for øyeblikket er tilgjengelig for klinisk praksis, gjennomsyrer orgelet i en ulastet, ikke-fungerende tilstand, noe som ikke tillater funksjonell vurdering av det bankende hjertet. Vi utviklet derfor en original plattform av NESP i arbeidsmodusforhold med justering av venstre ventrikkels forspenning og etterbelastning. Denne protokollen ble brukt i svinehjerter. Ex situ funksjonsvurdering av hjertet ble oppnådd med intrakardiell konduktanskateterisering og overflateekkokardiografi. Sammen med en beskrivelse av den eksperimentelle protokollen rapporterer vi her hovedresultatene, samt perler og fallgruver knyttet til oppkjøpet av trykkvolumsløyfer og myokardkraft under NESP. Sammenhenger mellom hemodynamiske funn og ultralydvariabler er av stor interesse, spesielt for videre rehabilitering av donorhjerter før transplantasjon. Denne protokollen tar sikte på å forbedre vurderingen av donorhjerter for både å øke donorbassenget og redusere forekomsten av primær transplantatsvikt.
Introduction
Hjertetransplantasjon er gullstandardbehandlingen for avansert hjertesvikt, men begrenses av dagens organmangel1. Et økende antall donorhjerter med utvidede kriterier (alder >45 år, kardiovaskulære risikofaktorer, langvarig lav strømning, akutt venstre ventrikkeldysfunksjon sekundært til katekolaminerg storm) tildeles med økt risiko for primær transplantatsvikt2. Videre kan hjerter donert etter kontrollert sirkulasjonsdød (DCD) presenteres med myokardskade sekundært til langvarig varm iskemi3. Derfor er det behov for en bedre vurdering av disse donorhjertene før transplantasjon, spesielt for å vurdere deres berettigelse til hjertetransplantasjon 4,5.
Normothermic ex situ perfusjon (NESP) bevarer det bankende hjertet ved hjelp av varmt oksygenert blod. Den eneste kommersielt tilgjengelige enheten for NESP bevarer hjertet i en ikke-fungerende tilstand (Langendorff-modus). Denne tilnærmingen ble opprinnelig brukt for å utvide bevaringen av transplantatet utover den kritiske 4-timers perioden med kald iskemi6. En annen stor fordel med denne teknologien er å gi kontinuerlig vurdering av myokard levedyktighet basert på laktatkonsentrasjon i perfusat6. Imidlertid har denne biokjemiske vurderingen aldri vært korrelert med utfall etter transplantasjon til dags dato. Langendorff-modus for NESP tillater heller ikke hemodynamisk og funksjonell evaluering av hjertet før transplantasjon. Noen forfattere har rapportert den potensielle fordelen av intrakardiell kateterisering under NESP for å forutsi myokardgjenoppretting etter transplantasjon7.
Denne rapporten tar sikte på å gi en reproduserbar metode for å evaluere donors hjerteprestasjon under NESP. Vi modifiserte kretsen for å tillate arbeidsmodus perfusjon og derfor for oppkjøp av ikke-invasive funksjonelle variabler med epikardial ekkokardiografi. Myokardarbeidsindeks, en belastningsuavhengig variabel, ble registrert ved hjelp av trykk-tøyningssløyfer. Vi undersøkte sammenhengen mellom myokardarbeid og hemodynamiske variabler hentet fra intrakardiell konduktanskateterisering.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Denne protokollen ble godkjent av den lokale etiske komiteen for dyreforsøk og av Institutional Committee on Animal Welfare (APAFIS #30483-2021031811339219 v1, Animals Ethics Committee ved Universitetet i Paris Saclay, Frankrike). Dyr ble behandlet i samsvar med retningslinjene for pleie og bruk av forsøksdyr utviklet av National Institute of Health og med prinsippene for laboratoriedyrpleie utviklet av National Society for Medical Research.
MERK: Kirurgiske prosedyrer ble utført under streng sterilitet ved hjelp av de samme teknikkene som brukes til et menneske. Eksperimentelle prosedyrer inkluderte store hvite gris (45-60 kg) og ble utført under generell anestesi.
1. Protokoll for dyrekondisjonering og anestesi
- La dyrene akklimatisere seg i 7 dager, med kongenere og miljøberikelse, for å sikre dyrevelferd.
- Ikke mate dyrene 12 timer før de er inkludert i eksperimentprotokollen.
- Utfør en premedikasjon 30 min før prosedyren med en intramuskulær injeksjon av en ekvimolær blanding av tiletamin og zolazepam (10 mg / kg) i nakkemusklene.
- Når dyret er sedert, stikk et kateter inn i ørevenen og induser narkose med en intravenøs bolus av propofol (2 mg/kg) kombinert med administrering av atrakurium (2 mg/kg).
- Intuber dyret med en 7,5 mm orotrakeal sonde.
- Overvåk dyret med kontinuerlig EKG, ekspiratorisk CO2 og oksymetri.
- Oppretthold generell anestesi med inhalert isofluran (2%) blandet med 40% oksygentilskudd.
2. In situ hemodynamisk og ekkokardiografisk vurdering av hjertet
MERK: Hemodynamisk vurdering utføres med en Swan Ganz kateter, mens baseline funksjonell vurdering av hjertet utføres ved transtorakal ekkokardiografi.
- Sett perkutant inn en 8 fransk (Fr) kappe i brakiocephalic venøs stammen ved hjelp av Seldinger-teknikken8.
- Etter å ha luftet kateteret og satt 0-trykket, sett Swan Ganz-kateteret inn i 8 Fr-kappen til en lungetrykkprofil observeres på overvåkingsskjermen.
- Oppnå pulmonalt arterielt okklusjonstrykk ved å skyve Sawn-Ganz-kateteret i lungesirkulasjonen mens ballongen blåses opp.
- Vurder hjertets minuttvolum ved hjelp av termodilusjonsmetoden ved infusjon av 10 ml kald (4 °C) saltoppløsning i den proksimale slangen til Swan Ganz-kateteret. Gjenta målingen tre ganger.
- Vurder venstre ventrikkels ejeksjonsfraksjon (LVEF) ved hjelp av biplan Simpson-teknikk9.
- Utforsk aortaklaffen og aortaroten for å identifisere eventuell strukturell forstyrrelse eller aortaregurgitasjon over grad 2 som kan kompromittere ex situ perfusjon av hjertet gjennom stigende aorta (figur 1).
3. Beskrivelse og klargjøring av den normotermiske ex situ perfusjonsmaskinen (NESP)
MERK: En modifisert NESP-modul brukes til alternativt å utføre Langendorff perfusjon og arbeidsmodus perfusjon. Kort sagt, koble aortalinjen til kretsen til et samsvarskammer via en Y-kontakt. Legg til en pediatrisk oksygenator og et kardiotomireservoar (70-80 cm høyde over aortakontakten til modulen) for å gi en venstre ventrikel etterbelastning på ca. 70 mmHg under arbeidsmodus. Koble et annet kardiotomireservoar (7-10 cm høyde over aortakoblingen til modulen) til hovedinnstrømningslinjen ved hjelp av en Y-kontakt for å gi en venstre atriumforspenning på ca. 10 mmHg under arbeidsmodus (figur 2). Koronarstrømmen vurderes med en strømningssensor koblet til lungekanylen. En sentrifugalpumpe, en membranoksygenator og en varmekjølermaskin er koblet til kretsen (figur 2). For løsningsbeskrivelser, se tabell 1.
- Klargjør perfusjonskretsen med klargjøringsløsningen (tabell 1).
- Sett pumpeeffekten på 1500 ml/min.
- Legg til blodet hentet fra donorgrisen (1200-1500 ml) i kretsen.
- Still gassblanderen for å oppnå et oksygen partialtrykk >250 mmHg.
- Koble vedlikeholdsløsning og adrenalinløsning (tabell 1) til kretsen og still inn utgangseffekten til henholdsvis 5 ml/t og 0,1 ml/t.
- Still temperaturen på perfusatet ved romtemperatur (RT) før hjertets plassering i perfusjonsmodulen.
- Under arbeidsmodus, koble en sprøyte med dobutamin med en konsentrasjon på 2,5 mg / ml (utgang mellom 0,04-0,12 mg / t).
4. Hjerteinnkjøp og instrumentering for normoterm ex situ hjerteperfusjon
- Hjerteinnkjøp
- Plasser dyret i den bakre posisjonen og fortsett å opprettholde generell anestesi.
- Utfør en median sternotomi og åpne perikardiet.
- Suspender perikardiet med fire opphold suturer.
- Plasser 4-0 polypropylen suturer på høyre atrium og på stigende aorta for å sikre kanyleringer med tourniquets.
- Etter heparininfusjon (300 UI/kg) og forsiktig disseksjon av aortaroten, stikk inn en dobbelttrinns venøs kanyle i høyre atrium for blodoppsamling og en enkelt-lumen kanyle i stigende aorta for kardioplegiinfusjon.
- Isoler den overlegne og den dårligere vena cava med Silastic tourniquets.
- Koble venekanylen til en blodoppsamlingspose som inneholder 10 000 IE ufraksjonert heparin.
- Plasser grisekroppen i Trendelenburg-posisjonen for å forbedre bloddreneringen i oppsamlingsposen.
- Etter at blodinnsamlingen er fullført, kryssklemme den stigende aorta, infisere Del Nido kardioplegi i aortaroten (tabell 1), og kontroller at den stigende aorta er under trykk (ingen aortaregurgitasjon).
- Last ut høyre og venstre atrium ved å åpne henholdsvis den nedre vena cava og høyre lungevenen, mens den overlegne vena cava klemmes av en turniquet.
- Når kardioplegiinfusjonen er fullført, liger venstre hemiazygos vene med to stiches av 4-0 polypropylen.
- Fortsett til hjerteinnkjøp, hold 2 cm av lungestammen sammen med venstre atrium bakre vegg.
- Kontroller at det ikke er patent foramen ovale ved å inspisere atrieseptumet og lukk det om nødvendig ved hjelp av 4-0 polypropylen suturer.
- Instrumentering av hjertet før NESP
- Plasser hjertet i en 4 °C saltoppløsning og skill den stigende aorta fra truncus pulmonal. Kontroller at aortaklaffen og koronar ostia ikke er skadet.
- Sett inn fire pantsatte sting (4-0 polypropylen) 5 mm under den distale delen av den stigende aorta og sett infusjonskanylen inn i aorta. Stram en slangeklemme rundt aorta for å sikre kanylen.
- Sett inn en dreneringskanyle i lungestammen og fest med en 3-0 polypropylen løpende sutur.
- Lukk den dårligere og overlegne vena cava med 5-0 polypropylen løpende suturer.
- Lukk venstre atrium bakre vegg med en 4-0 polypropylen løpende sutur.
- Sett inn en venstre ventilkanyle gjennom den bakre veggen på venstre atriumvegg og snare en turniquet rundt.
- Sett inn en preload kanyle i venstre atrial appendage og snare en tourniquet rundt.
5. Tilkobling til NESP-maskinen og gjenoppliving av hjertet
MERK: Før instrumentering av hjertet, sørg for at materialene som er nødvendige for gjenopplivning er tilgjengelige ved siden av perfusjonskretsen, spesielt en defibrillator med interne sonder og en ekstern pacemaker med epikardialelektroder. Forsikre deg om at trykkledningen er koblet til aortaledningen, og at utgangssensoren er plassert på koronarstrømningsledningen. Etterlastingslinjen må klemmes, så vel som forspenningslinjen til arbeidsmoduskretsen.
- Reduser pumpestrømmen til 200 ml/min.
- Koble hjertet til aortakontakten etter at du har luftet kontakten. Sørg for at hjertet er riktig koblet til perfusjonsmodulen slik at de nedre ventrikkelveggene og venstre og høyre atrium er foran operatøren. Unngå vridning av stigende aorta for å forhindre aortaregurgitasjon.
- Juster aortatrykket til 30 mmHg ved RT.
- Under gjenopplivning, utfør en jevn hjertemassasje til en sinusrytme er gjenopprettet.
- Øk pumpestrømmen sakte innen 15-25 minutter med trinn på 50 ml / min for å oppnå et aortatrykk på 65 mmHg. Samtidig øker du perfusattemperaturen med trinn på 2-4 °C for å nå 37 °C.
- Når aortatrykket er på 65 mmHg, og perfusattemperaturen er på 37 ° C, tilfør et elektrisk støt ved 5 J om nødvendig, og gjenta til sinusrytmen er gjenopprettet.
- Fest en epikardial elektrode på høyre ventrikkels bakre vegg og koble til en ekstern pacemaker. Tempo hjertet på 80 BPM for å overdrive spontan rytme.
- Koble lungekanylen til koronarstrømningslinjen.
- Utføre arterielle og venøse blodprøver for gass og biokjemiske analyser av perfusatet. Registrer den opprinnelige laktatkonsentrasjonen og korriger biokjemiske lidelser for å oppnå følgende mål: glukose >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 og HCO3- 20-24 mmol / L.
- Juster pumpestrømmen for å nå et gjennomsnittlig aortatrykk på 65-75 mmHg og koronar strømning på 650-850 ml / min.
- Utfør arteriovenøs blodgassanalyse hvert 15. minutt for å sikre at myokardutvinning av laktat er effektiv. Hvis venøs laktat er høyere enn arteriell laktat, øker du gjennomsnittlig aortatrykk til 80 mmHg ved å redusere vedlikeholdsoppløsningen, og kontroller laktatkonsentrasjonen 15 minutter etter. Hvis arteriovenøs laktatclearance fortsatt er svekket, øker du koronarstrømmen til >850 ml og kontrollerer laktatkonsentrasjonen 15 minutter senere.
6. Arbeidsmodus prosedyre
MERK: Effektiv arteriovenøs clearance av laktat oppnås vanligvis innen 30 minutter etter oppstart av Langendorff perfusjon. Arbeidsmodus kan deretter startes ved å koble forspenningskanylen til forspenningsbeholderen (denne linjen ble tidligere klemt under Langendorff-modus). På samme måte er etterlastingsslangen koblet til aortalinjen (figur 2). Still inn strømningssensoren på etterlastingslinjen for å måle hjerteutgangen.
- Åpne forspenningsledningen og juster pumpestrømmen for å sikre stabil fylling av forspenningsreservoaret. I løpet av denne perioden er venstre atrium og venstre ventrikel gradvis fylt med blod.
- Åpne aorta etterlastingslinje og klem hovedlinjen til kretsen som brukes til Langendorff-perfusjon. Etterlastsreservoaret fylles gradvis opp. Sørg for drenering av reservoaret med en overløpslinje som bringer perfusatet tilbake til kretsens hovedreservoar.
- Oppstart av infusjon av dobutamin ved 0,04 mg/min.
- Utfør arteriell og venøs blodgassprøveanalyse for å sikre at myokardutvinning av laktat fortsatt er effektiv.
- Når hjerteutgangen er stabil, utfør invasiv hemodynamisk vurdering sammen med epikardiale ultralydmålinger.
7. Trykk-volum (PV) sløyfevurdering med konduktansmetoden
MERK: Alle kalibreringstrinn må utføres i arbeidsmodus.
- PV kateter plassering i venstre ventrikkel
- Rengjør 7 Fr pigtail konduktanskateteret med saltoppløsning og koble det til maskinvaregrensesnittet.
- Skyv kateteret forsiktig inn i introduseren 8 Fr-kappen som tidligere ble satt inn gjennom venstre atriumtak for å være på linje med mitralventilen.
- Så snart kateteret krysser mitralventilen, juster riktig posisjon, med tanke på optimale trykk- og volumsignaler. Hvis det er for mye støy, flytt konduktantkateteret forsiktig for å forbedre kvaliteten på løkkene.
- PV sløyfe kateter kalibrering
- Trykkkalibrering
- Når konduktantkateteret er riktig plassert i venstre ventrikkel, åpner du kalibreringsgrensesnittet på programvaren og kalibrerer trykkverdien ved hjelp av innsamlingsprogramvare for konduktansmålinger.
- Start opptaket, velg 0 mmHg trykk og 100 mmHg på kontrollgrensesnittet, og ta opp for 5 s hver.
- Stopp deretter opptaket og åpne trykkkalibreringsgrensesnittet. Tilpass det tilsvarende signalet til trykknivået.
- Når det er kalibrert, må du kontrollere at signalet samsvarer med verdiene som oppnås ved invasiv blodtrykksovervåking.
- Volumkalibrering
- Kalibrering av konduktans
- Åpne kontrollgrensesnittet på programvaren for konduktansmålinger.
- Start opptak, den ene etter den andre, velg volumene som er foreslått av kalibreringsgrensesnittet.
- La grensesnittet ta opp for 5 s hver, og stopp deretter opptaket.
- Bruk datasporingen som er oppnådd, og åpne volumkalibreringsgrensesnittet.
- Tilpass det tilsvarende sporet til trykknivået.
- Kalibrering av parallellvolum
- Omkringliggende hjertevev leder strøm og bidrar til det totale volumsignalet. Fjern dette parallelle volumet for nøyaktig volummåling (kalibrering etter behandling).
- For å vurdere parallelt volum i dette oppsettet (myokardvegg), injiser 10 cc hypertonisk saltoppløsning (4%) i venstre atriumlinje en gang.
- Ikke gjenta operasjonen for å unngå hypernatremi.
- Kalibrering av konduktans
- Trykkkalibrering
- Kalibrering av feltkorreksjonsfaktor
- Angi slagvolumverdien som er oppnådd fra ultralydmålingene.
MERK: Faktor alfa vil bli beregnet med tanke på forholdet mellom slagvolumer oppnådd enten ved ultralydmålinger eller konduktantkateterisering.
- Angi slagvolumverdien som er oppnådd fra ultralydmålingene.
- Innsamling av PV-data
- Stopp epikardial pacing av hjertet for å unngå interferens med konduktanssignalet. Ta opp data i steady state når signalet er stabilisert (figur 3)
- Velg en serie med 10 påfølgende løkker og åpne analyseprogramvaren. Programvaren vil automatisk gi slagarbeid, pre-rekrutterbart slagarbeid, maksimal dP / dt, minimum dP / dt og tau-indeks.
- For å oppnå ende-systolisk trykk-volum-forhold og ende-diastolisk trykk-volum-forhold, registrer signalet under okklusjon av forspenning. Klem gradvis på atrieperfusjonsslangen til preloadreduksjon er effektiv (figur 4). Slipp deretter klemmen sakte.
8. Epikardial ekkokardiografi vurdering av hjertet i arbeidstilstand
- Oppkjøp av ultralydsløyfer
- Plasser tre EKG epikardelektroder koblet til ekkokardiogrammaskinen.
- Påfør en steril drapering rundt hjertet og bruk en transesophagus sonde.
- Påfør sonden på den øvre veggen av venstre atrium og roter transduseren manuelt til en firekammervisning er oppnådd (figur 5).
- Start programvaren for ekkokardiografisk innsamling for myokardytelsesvurdering ved hjelp av X-plan-modus.
- Kjør deretter ultralydsondemotoren for å få tre- og tokammervisninger. Analyse av disse synspunktene gjør det mulig å måle venstre ventrikkels ejeksjonsfraksjon og global langsgående stamme9.
- Vurdering av myokardarbeidsindeks (MWI)
- Fortsett til oppkjøpet av fire-, tre- og tokammervisninger og registrer samtidig arterielt trykk (figur 6).
- Vurder den globale langsgående stammen ved hjelp av disse visningene og åpne MWI-programvare. Bruk det invasive blodtrykket som oppdages av den eksterne sensoren på perfusjonskretsen under sløyfeinnsamling.
- Manuelt varsle programvaren om nøyaktig åpnings- og lukketid for aorta- og mitralklaffene.
MERK: MWI-programvare vil automatisk gi global MWI, konstruktivt arbeid, bortkastet arbeid og effektivt arbeid.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Vi beskrev her en NESP-protokoll i monoventrikulær arbeidstilstand, ved hjelp av en modifisert hjerteperfusjonsmodul som vanligvis brukes i klinisk praksis for Langendorff-perfusjon av donorhjertet før transplantasjon. Denne smågrismodellen av NESP ved hjelp av den nåværende tilpassede modulen ble utviklet i 2019. Modifikasjonene av kretsen var små, da det meste av perfusjonskretsen ble gjenbrukt til eksperimenter. Hetten på modulen ga en fleksibel og vanntett membran for å beskytte hjertet under transport. Det tillot også overflate ekkokardiografi mens det forble i et sterilt miljø. Anbefalt primingvolum med blandet blod og grunningsløsning er ca. 1200-1500 ml i klinisk praksis. I denne protokollen var grunningsvolumet høyere (2000 ml) fordi lengre rør og ytterligere reservoarer var nødvendige for perfusjon i arbeidsmodus. Derfor krevde slike hensyn dyr over 50 kg for en blodinnsamling på >1500 ml.
Plassering av svinehjerte i perfusjonsmodulen var forskjellig sammenlignet med tidligere rapporterte modeller av NESP i arbeidsmodus10,11. Faktisk beskrev de fleste av dem hjerter suspendert av aorta, over et blodinnsamlingskammer, i vertikal stilling. I denne protokollen brukte vi en kommersielt tilpasset modul og satte hjertet med den fremre siden lagt i perfusjonsboksen i en litt vippet stilling og den bakre siden mot operatøren. Hatami og medarbeidere antydet imidlertid at hjertets posisjon under NESP var en viktig faktor for optimal myokardial perfusjon12 og ville være bedre enn hengende stilling.
Den nåværende protokollen brukte seks dyr til å utføre eksperimentell Langendorff-modus (LM) i 30 minutter, etterfulgt av arbeidsmodus (WM) perfusjon i 2 timer. Gjennomsnittlig aortatrykk (MAP) og hjerteutgang (CO) ble kontinuerlig overvåket og registrert hvert 30. minutt. Hjertets effektmengde (CPO) ble beregnet slik: CO x MAP/451. Vurdering av laktatkonsentrasjon i perfusatet ble utført hvert 30. minutt for å sikre at myokardekstraksjon av laktat (MEL) var effektivt som bevis for myokard levedyktighet under NESP. Hemodynamisk vurdering ble utført så snart som mulig ved T0, T60 og T120 under WM-perfusjon. Metabolske og hemodynamiske målinger under NESP er oppsummert i tabell 2.
Med tanke på hemodynamisk vurdering ved hjertekateterisering ble optimale PV-sløyfer oppnådd med et konduktanskateter plassert gjennom venstre atrietak, og deretter krysset mitralventilen, med pigtail plassert i toppen av venstre ventrikel. Konduktanskateterets posisjon ble kontrollert med epikardial ekkokardiografi (figur 5). Kvaliteten på PV-sløyfesignalet kan endres avhengig av kateterposisjon og interferens med eksternt tempo (figur 7).
Funksjonsvurdering under arbeidsmodus perfusjon
Ekkokardiografisk vurdering under WM-perfusjon ble utført i det tilpassede oppsettet som ble brukt i denne studien og ga vurdering av venstre ventrikkels ejeksjonsfraksjon (LVEF), global longitudinell belastning (GLS) og myokardarbeidsindeks (MWI) med reproduserbarhet over forsøkene. Alle tre venstre ventrikkelvisninger ble til enhver tid innhentet i alle forsøkene (figur 6). Gjennomsnittlig LVEF, GLS og MWI var henholdsvis 40,8 (± 11)%, -8,00 (± 2) % og 652 (± 158) mmHg. Konduktanskatetermålinger ble utført under WM-perfusjon. Gjennomsnittlig SW, maksimal dP/dt, min dP/dt, ende-systolisk trykk-volum-forhold (ESPVR), tau og prerekrutterbart slagarbeid (PRSW) var henholdsvis 877 (± 246) mmHg·mL, 1463 (± 385) mmHg/s, -1152 (± 383) mmHg/s, 5,13 (± 3,16), 79,4 (± 23) ms og 63,4 (± 17,5) mmHg·mL under WM-perfusjon. Hemodynamiske parametere vurdert enten ved konduktantkateter eller ved overflateekkokardiografi under WM-perfusjon er oppsummert i tabell 3 og tabell 4.
En signifikant reduksjon i MWI ble observert under WM-perfusjon over tid i alle eksperimenter (figur 8A), samt hjerteutgang (figur 8B) og andre parametere relatert til ESPVR (figur 8C). Global MWI var korrelert med hjerteutgang målt ved konduktantkateter (r = 0,85, p < 0,001) (figur 9).
Figur 1: Parasternal transtorakal ekkokardiografi av aortaklaffen. Aortaklaffen og den stigende aorta kontrolleres for å sikre at det ikke er noen stigende aortaaneurisme og ingen signifikant aortaregurgitasjon over grad 2. Den funksjonelle venstre ventrikulære ejeksjonsfraksjonen vurderes også. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: Modifisert organpleiesystemkrets for monoventrikulær arbeidsmodus . (A) Et samsvarskammer er satt på etterlastingslinjen for å reprodusere den vaskulære elastisiteten. En Y-kontakt er satt i hovedarterielinjen for å fylle et reservoar i høyden 10 cm over hjertetransplantatet for å gi en forspenning for venstre atrium ved 13-15 mmHg. En annen Y-kontakt plasseres på hovedårelinjen før aortakontakten. (B) En av grenene til Y-kontakten er koblet til en 3/8 tommers tubbing, som forbinder en pediatrisk oksygenator og et reservoar i høyden på 70 cm for å gi en etterbelastning av venstre ventrikel på 60 mmHg Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3: Stabilt konduktanssignal fra trykk-volum konduktanskateteret. Et stabilt signal om trykkvolumsløyfene som er registrert i programvaren, leveres av en sentral posisjon av kateteret som er satt inn i venstre ventrikel gjennom en 8 Fr-kappe satt inn i venstre atrium. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 4: Progressiv kryssklemming av forspenningsreservoaret. Prosedyren for progressiv okklusjon av røret fra forspenningsreservoaret og venstre atrium gir en reduksjon i volumet injisert i venstre atrium. Trykk-volumsløyfene registreres deretter med anskaffelsesprogramvaren. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 5: Transesophagus ekkografisk sondeposisjon under overflaten ekkokardiografisk vurdering av hjertetransplantatet under WM . (A) Sonden er plassert på venstre atriumvegg mens hjertets bakside vender mot operatøren under NESP. (B) Slik plassering gir et ekkokardiografisk bilde av venstre atrium, venstre ventrikel og mitralklaffen. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 6: Venstre ventrikkelvisninger oppnådd med TEE-sonde under NESP. Den epikardiale ekkokardiografien ved hjelp av en transesophagussonde satt på den bakre veggen av venstre atrium gir en tokammervisning av venstre atrium og venstre ventrikel. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 7: Eksempler på dårlig konduktanssignalinnhenting . (A) Ikke-sentralt posisjonert konduktanskateter med signal forstyrret av bevegelsene til ventrikkelseptum. (B) Konduktanssignal forstyrret av eksternt tempo. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 8: Lineær regresjon over tid under WM-perfusjon. (A) Myokardarbeidsindeks (MWI, mmHg%), (B) hjerteutgang (CO, ml.min-1) og (C) ende-systolisk trykk-volumforhold (ESPVR). Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 9: Forholdet mellom MWI og hjerteutgang under perfusjon i arbeidsmodus. Korrelasjonskurve mellom myokardarbeidsindeks (mmHg %) og hjertets minuttvolum (ml·min-1) under ex situ hjerteperfusjon i arbeidsmodus. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
| Grunning løsning | Vedlikeholdsløsning | Adrenalin løsning | Del Nido kardioplegi |
| 500 ml NaCl-løsning | 60 mg adenosin | 0,25 mg adrenalin | 500 mg Ringer-oppløsning |
| 150 mg magnesium | 40 ml NaCl-oppløsning | 500 ml glukose 5% | 10 ml KCl 10% |
| 250 mg metylprednisolon | (konsentrasjon: 1,5 mg/ml) | 3 ml Xylocaïne 2 % | |
| 1 g Cefotaxime | 6 ml mannitol 20% | ||
| 6 ml natriumbikarbonat 8,4% | |||
| 7 ml magnesiumsulfat 15% |
Tabell 1: Løsningsbeskrivelser. Tabellen inneholder volumene og konsentrasjonene av bestanddeler som brukes til å forberede grunnings-, vedlikeholds-, adrenalin- og Del Nido kardioplegiløsninger som brukes i denne protokollen. Del Nido kardioplegi-løsningen brukes til å oppnå hjertestans sammen med myokardbeskyttelse under kald iskemisk tid. Grunning løsningen er infundert i perfusjonsmaskinen, sammen med blodet samlet under eksperimentell protokoll. Vedlikeholdsoppløsningen og adrenalinoppløsningen infunderes under ex situ hjerteperfusjon for å opprettholde stabile perfusjonsparametere.
| T0 | T120 | |
| Laktatkonsentrasjon (mmol / L) | 2.4 (0.97–2.83) | 1.27 (0.36–2.48) |
| Myokardekstraksjon av laktat (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) |
| Kalium (mmol / L) | 4.6 ( 4.4–5.1) | 4.9 (4.3–5.5) |
| Systolisk aortatrykk (mmHg) | 132.5 (101.0–142.3) | 101.0 (96.2–109.3) |
| Gjennomsnittlig aortatrykk (mmHg) | 97.5 (73.0–106.8) | 77.0 (69.0–85.5) |
| Koronar strømning (ml/min) | 925 (550–1050) | 700 (550–875) |
| Hjertets utgangseffekt | 326.5 (116.5–485.5) | 228.0 (185.5–361.0) |
Tabell 2: Hemodynamiske og metabolske parametere vurdert under WM-perfusjon. Data er utstyrt med median og interkvartilbredde.
| SW (mmHg·ml) | maksimal dP/dt (mmHg/s) | min dP/dt (mmHg/s) | ESPVR | Tau (ms) | PRSW | |
| Bety | 877 | 1463 | -1152 | 5.13 | 79.4 | 63.4 |
| Median | 816 | 1423 | -1025 | 4.01 | 73.9 | 62.8 |
| Standardavvik | 246 | 385 | 383 | 3.16 | 23.0 | 17.5 |
| Minimum | 528 | 778 | -1856 | 2.19 | 52.0 | 40.0 |
| Maksimum | 1244 | 2119 | -755 | 13.8 | 134 | 101 |
Tabell 3: Gjennomsnitts- og medianverdier oppnådd ved konduktanskatetermetoden under WM-perfusjon. Forkortelser: ESPVR: end-systolisk trykk-volumforhold; PRSW: pre-rekrutterbart slagarbeid; SW: hjerneslag arbeid.
| GLS (%) | LVEF (SB) | MWI | GCW | |
| Bety | -8.04 | 40.8 | 652 | 936 |
| Median | -8.00 | 37 | 642 | 919 |
| Standardavvik | 2.03 | 11.0 | 158 | 208 |
| Minimum | -11.5 | 27 | 389 | 579 |
| Maksimum | -5.00 | 59 | 898 | 1268 |
Tabell 4: Gjennomsnitts- og medianverdier oppnådd ved overflateekkokardiografi under WM-perfusjon. Forkortelser: GLS: global langsgående belastning; LVEF: venstre ventrikulær ejeksjonsfraksjon; MWI: myokardarbeidsindeks; MWE: myokardial arbeidseffektivitet; GCW: globalt konstruktivt arbeid.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Det er noen kritiske trinn å vurdere i NESP-protokollen. In situ foreløpig vurdering av hjertet forble viktig, spesielt med tanke på aortaklaffen som ikke skulle presentere med signifikant aortaregurgitasjon (grad 2 eller mer); Ellers vil gjenopplivingen av hjertet bli kompromittert i Langendorff-perioden på grunn av nedsatt koronar perfusjon og myokardiskemi. Initieringen av WM etter Langendorff-perfusjon var en utfordrende manøver, som krevde minst to personer for å regulere fyllingen av forspenningsreservoaret, pumpestrømmen, trykket i venstre atrium og aortautstrømningsledningen. Denne overgangsperioden ble utført når metabolsk effektiv myokardekstraksjon for laktat ble oppnådd. I løpet av denne perioden kunne perfusjonskretsen stoppe på grunn av pumpeavledning relatert til stor luftemboli. Den optimale plasseringen av ultralydsonden på venstre atrievegg for å oppnå jevn to- og trekammerutsikt ble delvis forstyrret av de tungvinte kanylene og materialene som var satt rundt hjertet. Ekkokardiografiske data måtte registreres med et svært jevnt ultralydsignal, med minst tre kontraksjonssykluser.
Gjenopplivning av hjertet under NESP er ikke eksplisitt rapportert i litteraturen. Bare noen få studier beskriver i detalj gjenopplivingsprosedyren for å starte NESP13. Foreløpige gjenopplivingsmetoder ble utviklet i denne protokollen for å oppnå en optimal teknikk for gjenopplivning, inkludert progressiv reperfusjon, ved sakte å øke koronar strømning og blodtemperatur (fra romtemperatur til 37 °C). Hovedproblemet for ultralydavbildning var å finne den optimale plasseringen for sonden på venstre atrietak. Posisjonen til det perfunderte hjertet, med den bakre veggen vendt mot operatøren, tillot å utføre overflateekkokardiografi uten å bevege hjertet og uten risiko for aortaffregurgitasjon. Tilstedeværelsen av bobler i kretsen endret bildekvaliteten, og dette problemet må unngås så mye som mulig. Optimalisering av kretsen ble utført for å redusere blodturbulenser, spesielt med tanke på bloddrenering fra etterbelastningsreservoaret til hovedreservoaret. En ikke-stødig posisjon av konduktanskateteret inn i venstre ventrikkel ga PV-sløyfekurver av dårlig kvalitet. PV-sløyfesignalet kan imidlertid forbedres betydelig ved å introdusere kateteret i midten av venstre atrielle bakre vegg, gjennom midten av mitralventilen, og plassert i den midtre delen av venstre ventrikel.
Lasting av venstre hjertehulrom er viktig for ex situ ekkokardiografisk evaluering. Selv om nedgangen i hjertets minuttvolum tidligere er beskrevet i andre studier mens laktattrenden holdt seg stabil, var det bare noen få artikler som beskrev en slik vurdering ved bruk av en reell monoventrikulær arbeidsmodus perfusjon11. Biventrikulær arbeidsmodus perfusjon ble ikke utført i denne modellen av tekniske årsaker, fordi et slikt system er enda mer komplekst og tungvint. Imidlertid er mangelen på arbeidsmodus for RV tvilsom på grunn av LV og RV gjensidig avhengighet, en forvirrende faktor i LV-vurdering. Mangelen på høyre ventrikkelvurdering kan også være tvilsom siden RV-svikt er en vanlig komplikasjon etter transplantasjon, forbundet med høy dødelighet. Kaliumkonsentrasjonen økte konstant i perfusatet uten mulighet for å fjerne det fordi ingen blodfiltreringsmembran ble inkludert i vår tilpassede krets. Hovedproblemet med denne perfusjonsmodusen er det faktum at selve orgelet er isolert fra de andre organene som kan regulere stoffskiftet og fjerne alle metabolittene som produseres av myokardmetabolismen. Noen forfattere har beskrevet en perfusjonsmodell som inkluderte et hemofiltreringssystem for å gi langvarig NESP i arbeidsmodus14, med en signifikant reduksjon av myokardiedem ved slutten av perfusjon, noe som sikkert deltar i nedgangen i myokardprestasjonene over tid.
Myokardial hemodynamisk og ekkokardiografisk ytelse redusert i NESP under arbeidsmodus etter vår erfaring, samt hjertehemodynamikk registrert ved konduktanskateterisering. Dette antyder at perfusjon ikke bør betraktes som en konserveringsmetode for donorhjerter før transplantasjon. Under WM var trendene for biokjemiske variasjoner sammenlignet med Langendorff-modus. Myokardekstraksjon av laktat under WM var kontinuerlig effektiv, mens hemodynamisk ytelse ble gradvis redusert. Dette funnet tyder på at laktattrenden kanskje ikke er en relevant parameter for å vurdere myokardprestasjonen ved WM, slik tidligere observert i andre studier15.
Funksjonsvurdering av hjertet under NESP vil være av stor interesse for klinikere. Invasive vurderingsmetoder (PV-sløyfeteknikk) gir flere begrensninger. Faktisk bør konduktansteknikken vurderes for å nøye trekke pålitelige resultater, på grunn av isoleringen av hjertetransplantatet uten et fysiologisk biologisk miljø som vanligvis bidrar til det elektriske signalet sammen med myokardiet selv16. Beslutningen om å transplantere marginale transplantater bevart med NESP-teknologi er foreløpig bare basert på laktattrender17. Vi stoler på at denne tilnærmingen lett kan brukes til å løse dette store problemet før transplantasjon. Det kan gi både anatomiske (klaffesykdom, myokardtykkelse) og funksjonelle vurderinger av donorhjertet. Ekkokardiografisk vurdering av venstre ventrikkel ble oppnådd i den prekliniske modellen og tillatt å oppnå MWI, en lastuavhengig parameter som var signifikant korrelert med hjerteutgang vurdert ved et konduktantkateter. Disse foreløpige resultatene fremhever rollen som overflate ekkokardiografisk evaluering under NESP i arbeidsmodus.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Alle forfattere har ingen interessekonflikter å opplyse om.
Acknowledgments
Georges Lopez Institute, Lissieu, 69380, Frankrike
Claudia Lacerda, General Electric Healthcare, Buc, Frankrike
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 |
References
- Lund, L. H., et al. The registry of the international society for heart and lung transplantation: thirty-second official adult heart transplantation report-2015; focus theme: early graft failure. Journal of Heart and Lung Transplant. 34 (10), 1244-1254 (2015).
- Branger, P., Samuel, U. Annual report 2018 Eurotransplant International Foundation. , Available from: https://www.eurotransplant.org/cms/mediaobject.php?file=ET_Jaarv (2018).
- Guglin, M. How to increase the utilization of donor hearts. Heart Failure Reviews. 20 (1), 95-105 (2015).
- Tuttle-Newhall, J. E. Organ donation and utilization in the United States: 1998-2007. American Journal of Transplantation. 9 (4), 879-893 (2009).
- Dronavalli, V. B., Banner, N. R., Bonser, R. S.
- Reich, H. J., et al. Effects of older donor age and cold ischemic time on long-term outcomes of heart transplantation. Texas Heart Institute Journal. 45, 17-22 (2018).
- Dhital, K. K., et al. Adult heart transplantation with distant procurement and ex-vivo preservation of donor hearts after circulatory death: a case series. The Lancet. 385 (9987), 2585-2591 (2015).
- Garry, B. P., Bivens, H. E.
- Lang, R. M., et al. Recommendations for cardiac chamber quantification by echocardiography in adults: an update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging. Journal of the American Society of Echocardiography. 28 (1), 1-39 (2015).
- White, C. W., et al. Assessment of donor heart viability during ex situ heart perfusion. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 93 (10), 893-901 (2015).
- Hatami, S., et al. Myocardial functional decline during prolonged ex situ heart perfusion. Annals of Thoracic Surgery. 108 (2), 499-507 (2021).
- Hatami, S., et al. The position of the heart during normothermic ex situ heart perfusion is an important factor in preservation and recovery of myocardial function. American Society of Artificial Internal Organs Journal. 67 (11), 1222-1231 (2021).
- Hatami, S., et al. Normothermic ex situ heart perfusion in working mode: assessment of cardiac function and metabolism. Journal of Visualized Experiments. (143), e58430 (2019).
- Tchouta, L., et al. Twenty-four-hour normothermic perfusion of isolated ex situ hearts using plasma exchange. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 164 (1), 128-138 (2020).
- Ribeiro, R., et al. Comparing donor heart assessment strategies during ex situ heart perfusion to better estimate posttransplant cardiac function. Transplantation. 104 (9), 1890-1898 (2020).
- Guihaire, J., et al. Are pressure-volume loops relevant for hemodynamic assessment during ex vivo heart perfusion. Journal of Heart and Lung Transplantation. 39 (10), 1165-1166 (2020).
- Hamed, A., et al. Serum lactate is a highly sensitive and specific predictor of post cardiac transplant outcomes using the Organ Care System. Journal of Heart and Lung Transplantation. 28 (2), 71 (2009).
