移植片評価のための受動的左心房圧与と受動的後負荷を使用した心臓負荷

Summary

このプロトコルは、左心室の直接負荷が移植片の健康評価技術として役立つと同時に、移植片機能の全体的な評価を提供するブタの ex vivo 心臓灌流システムについて説明しています。また、システム設計と可能な評価メトリックについても説明します。

Abstract

Ex vivo 機械灌流または常温機械灌流は、移植分野で非常に重要性を増している保存方法です。心臓の鼓動状態による評価の計り知れない機会にもかかわらず、現在の臨床診療は移植片評価の限られた代謝傾向に依存しています。左心室負荷から得られる血行動態測定は、客観的な評価パラメーターとしての可能性から、この分野で大きな注目を集めています。事実上、このプロトコルは、追加のリザーバーを追加するだけで、確立されたランゲンドルフ灌流システムにローディング機能を組み込むための簡単で効果的な方法を提供します。さらに、負荷に受動的な左心房圧法を採用する可能性を示しています。これは、私たちの知る限り、これまで実証されたことのないアプローチです。このアプローチは、拡張期の心筋灌流を最大化するコンプライアンスチャンバーとして機能するパッシブWindkesselベースアフターロードによって補完されます。最後に、左心室脈圧、収縮性、弛緩など、心臓負荷時の機能指標をキャプチャする能力を強調し、長期間の保存時間(˃6時間)後に心移植機能の欠陥を明らかにします。

Introduction

同所性心移植は、末期心不全の現在のゴールドスタンダードです¹。残念ながら、深刻なドナー不足の危機により、この分野は大幅に制限されており、毎年2,000件しか心臓移植が行われていませんが、20,000人以上が救命手術の恩恵を受けることになります²。この臓器不足は、米国だけでも心不全の有病率が2030年までに800万人を超えると予測されているため、悪化すると予想^{されています3。}医学的管理の改善、機械的循環支援の進歩、およびUNOS割り当て方針の改正の結果として、待機リストの生存時間が着実に増加したため、移植を必要とする患者の数はいつでもさらに増加しています^4,5。

ex vivo 機械灌流または常温機械灌流 (NMP) は、循環器死 (DCD) 後に提供された臓器の使用を可能にし、保存時間 ^5,6,7,8 の延長を達成することにより、供給プールの拡大を促進した保存モダリティです。現在の保存のゴールドスタンダードである静的冷蔵とは異なり、NMPは臓器を代謝的に活性な状態に維持するため、リアルタイムのモニタリングとグラフト評価の機会が生まれ、DCDグラフトの標準的な保存方法になります^8,9。ただし、現在臨床で使用されている NMP デバイスは、移植結果を予測するための定量的な指標がなく、機能パラメーターをキャプチャできないランゲンドルフ灌流モードに限定されています⁶。例えば、ランゲンドルフ灌流中の乳酸蓄積は、移植後の転帰の最良の代謝予測因子として示されており、現在、心臓移植片の健康の代理として臨床現場で使用されています¹⁰。しかし、最良の評価バイオマーカーとしても、移植後の機械的循環補助の必要性を確実に予測することはできません^11,12。同様に、一般的に使用される血行動態パラメータ(すなわち、大動脈圧および冠状動脈血流)の予測能力は、心臓^機械灌流9のために現在臨床的に使用されている構成の逆行性によって大きく制限される。

NMP中の心臓移植片の健康状態を正確かつ精密に決定するための評価プロトコルの開発は、移植後の転帰を改善するだけでなく、この分野で大きな影響を与えるでしょう。客観的な予測ツールは、限界基準または拡張基準臓器(すなわち、長期の温冷(>30分)および寒冷虚血時間（>6時間)、ドナー年齢の増加（>55歳、その他の併存疾患など)の信頼性の高い評価と、可能な利用を可能にするでしょう DCDと脳死ドナー(DBD)の両方から、厳しい選択基準¹³のために移植が拒否されています.限界心臓の使用を可能にすることにより、NMPは、現在未使用の心臓の半分の移植が成功すれば、2〜3年以内に心臓の待機リストをなくすのに十分であると推定されているため、臓器供給の増加を促進することができます¹⁴。NMP中の左心室負荷から得られる血行動態測定は、客観的な評価パラメータとしての可能性により、この分野で大きな注目を集めています。以前の研究では、左心室脈圧、収縮性、および弛緩などのこれらのパラメーターが、代謝傾向15,16,17よりも心移植機能を示していることが示されています。

実際、評価精度を最大化するための最適なローディング方法の開発と特定に力を注いできました。これらの努力を通じて、他のグループは、負荷中の大動脈灌流の最も関連性の高いモードを特定し、それにより、ポンプで支えられた後負荷(すなわち、負荷中の大動脈への逆行性灌流)と比較して、受動的な後負荷(すなわち、負荷中に大動脈への逆行性灌流がない)を実施すると、血行動態パラメータと移植後機能との間により強い相関関係が見られました¹⁸。.これは、介助された冠動脈灌流が機能的欠陥を隠す可能性が高いことを示しています。以前の研究では、Windkessel効果を模倣するシステムを実装することにより、受動的後負荷を灌流セットアップに組み込むことに成功しています18,19,20。ウィンドケッセル効果は、血圧の変動を抑え、組織への継続的な血流を維持し、冠状動脈灌流を改善するのに役立ちます。このプロトコルは、冠状動脈灌流が心臓駆出のみに依存する2つのバネ式プレートに囲まれた修正された静脈内(IV)バッグを使用して、ウィンドケッセルベースのパッシブアフターロードを実現します(特許出願中)。

ローディング中の受動的左心房(LA)加圧(すなわち、重力依存加圧)の使用は、小動物の心臓灌流では一般的な方法であるが、大きな心臓のローディングではめったに利用されない21,22,23。代わりに、文献で報告されている方法の大部分は、LA加圧18,24,25,26,27,28の二次ポンプに依存しています。ポンプではなく、重力に依存するリザーバーを介してLAを加圧することで、ローディングプロトコルの実装が大幅に簡素化されます。重力を利用することで、固定された一定の圧力源が得られるため、適切なLA加圧を達成・維持するための複雑な制御システムの必要性が大幅に減少します。さらに、この加圧アプローチにより、二次ポンプの要件が排除され、追加のリザーバーのみが必要なため、現在のランガードフのセットアップにローディング機能を組み込むことが容易になります。ローディング機能を臨床的に利用されている機械灌流システムに統合することで、保存期間中の心臓移植片の詳細な評価が容易になり、心臓NMPデバイスの応用が促進されます。事実上、輸送およびデバイスの利用による患者ケアに多額の財政的コミットメントをもたらすシステムの有用性を最大化する²⁹。

このプロトコルは、左心室負荷中にパッシブアフターロードとパッシブLA加圧の両方を採用する可能性を示しています。このプロトコルは、ローディング方法としてのパッシブアフターロード/LA加圧の検証を通じて、確立されたランゲンドルフ灌流システムにローディング機能を簡単かつ効果的に組み込む方法を提供します。重要なのは、長期間の保存期間(˃6時間)後に生存可能な心臓と機能不全の心臓の違いを明らかにする機能評価の能力を強調していることです。

Protocol

この研究は、Institutional Animal Care and Use Committee(IACUC)、Massachusetts General Hospital、およびJove's Animal Guidelinesに従って実施されました。心臓(170〜250g)は、脳死後の提供モデルを使用してヨークシャー豚(30〜35 kg、生後3〜4ヶ月、男女混合)から採取し、ロード前に6時間逆行性(Langendorff)灌流しました。すべての移植片は、計装中に約1時間の低温虚血時間にさらされました。

1. システム設計

1. システムが臓器室(11.046インチ×7.595インチ×3.095インチ)、2つのリザーバー(4 Lおよび1 L)、1つのダブルジャケット型酸素供給器、およびWindkesselバッグ(WB)で構成されていることを確認します。両方のリザーバーに泡立ちをなくす消泡剤が組み込まれていることを確認してください。
2. コンポーネントがシリコンチューブでしっかりと接続されていること、小さい方のリザーバー、WB、および臓器室が灌流モダリティ(ランゲンドルフとローディング)に応じて2つの異なる構成(図1A)になっていることを確認します。
   1. 3/8インチのチューブを使用して、臓器室の基部を大きな(静脈)リザーバーの上部に接続します。大きなリザーバーをオルガンチャンバーの下に置き、重力がファンからリザーバーに灌流するのを待ちます。
   2. 3/8インチのチューブを使用して、大きなリザーバーの底をポンプヘッドの流入ポートに接続します。
   3. ポンプヘッドのアウトフローポートを、3/8インチから1/4インチのレデューサーともう一方の端に1/4インチのチューブが取り付けられた1/8インチのチューブに接続します。1/4インチを酸素供給器の流入ポートに接続します。
   4. 酸素供給器の出口には、端にYコネクタが付いた1/4インチのチューブを取り付けます。Yコネクタの両端を1/4インチのチューブで取り付けます。
   5. シーケンス 1 - ランゲンドルフ灌流中の灌流パターン ( 図 1A の青い破線)
      1. Yコネクタの最初の端には、ルアー接続が埋め込まれた1/4インチから3/8インチのエキスパンダーを取り付けます。3/8インチのチューブをWBの下部にある最初のポートに接続します。エクスパンダーのルアー接続部に三方ルアーバルブを取り付け、アデノシン点滴の送達に利用します。
   6. シーケンス 2 - ロードされた灌流中の灌流フロー パターン ( 図 1A のオレンジ色の破線)
      1. Yコネクタのもう一方の端を、小さい方の(ローディング)リザーバーの上部に取り付けます。ホフマンクランプをチューブに取り付け、リザーバーの充填制御に使用します。
      2. ローディングリザーバーの上部から大きなリザーバーまでオーバーフローラインを配置します。
      3. ローディングリザーバーの底に1/4インチのチューブを取り付け、オルガンチャンバーの基部にあるポートに接続します。アデノシン送達用のチューブ長の途中に三方向ルアーバルブを追加し、オルガンチャンバーに到達する直前に一方向弁を追加します。
      4. オルガンチャンバーポートのもう一方の端を直角のカニューレに取り付けます。
   7. Windkesselバッグ(WB)をオルガンチャンバーの真上に置きます。WBの下部にある2番目のオーバーフローポートを3/8インチのチューブで取り付け、静脈リザーバーの任意の流入ポートに接続します。ホフマンクランプを取り付けて完全に閉じ、ランゲンドルフ中にこのポートを通る流体を停止し、ロードモード中に調整して大動脈圧を調整します。
   8. WBの上部にあるオーバーフローポートに三方ルアーバルブを接続し、1/4インチのチューブを使用してWBを静脈リザーバーの任意の流入ポートに接続します。ホフマンclを取り付けますamp 1/4インチチューブに。ランゲンドルフ灌流中はクランプを完全に閉じたままにし、ローディングモード中に調整して大動脈圧を調節します。
   9. WBの3番目の流出ポートを臓器室の大動脈ポートに3/8インチのチューブで接続し、温度プローブの長さの下部3/4を中断します。

2. 灌流システムの準備

1. 0.96% Krebs-Henseleit Buffer、9.915 mM Dextran、25 mM 重炭酸ナトリウム、1.054 mM ウシ血清アルブミン、1% Pen 連鎖球菌、0.13% インスリン、0.02% ヒドロコルチゾン、0.5% ヘパリン、および 2.75 mM 塩化カルシウムからなる塩基性灌流液を調製します。蒸留水を使用して容量を4Lにします。
2. 灌流システムのセットアップ
   1. すべてのチューブ、システムコンポーネント、およびリザーバーを蒸留水ですすぎ、正しい順序で再接続します(図1A)。
   2. Windkesselバッグを2枚のアクリルプレートの間に置き、ネジスプリングセットアップで締めます(補足図1)。
   3. 臓器室の大動脈ポートと心房ポートのルアー接続部に三方向ルアーバルブを取り付けます(図1B)。2つの圧力センサーを臓器箱に接続します。1つは臓器室上部の大動脈ポートに接続された弁に、もう1つは臓器室の下部にある心房ポートに接続された弁に1つです。
   4. 圧力センサーを空気(0 mmHg圧力)に開放し、記録デバイスでこの読み取り値を0に設定して、圧力センサーを校正します。
   5. 2つの流量センサーをシステムチューブに接続します。大動脈血流を測定するセンサーを、WBと大動脈ポートを接続する3/8インチチューブに接続します。心房流量を測定するセンサーを、ローディングリザーバーを心房ポートに接続するチューブに接続します。
   6. WBを大動脈ポートに接続する3/8インチチューブに温度プローブを接続します。大動脈ポートに取り付けられたバルブの3番目のポートにデエアチューブを接続し、常に開いたままにします。ラインのもう一方の端を静脈リザーバーの流入に接続します。
   7. 熱交換器を酸素発生器に接続し、38°Cに設定します。 100%酸素ラインを酸素供給器のガス流入ポートに接続します。酸素を0.5 L / minにオンにします。
3. システムプライミング
   1. 臓器室を使用して2Lの灌流液をシステムに加えます。拍動性ポンプをオンにし、灌流液が最小pO₂ の400 mmHgまで酸素化され、温度が~35°Cに達するまで、灌流液を循環させます(ローディングリザーバーをスキップします)。
   2. 灌流液を循環させ、すべてのシステムコンポーネントを満たして空気を取り除きます。残った気泡を含むチューブをマッサージして取り除きます。次に、大動脈ポートに閉じ込められた空気を、流体の流出を部分的に閉塞して圧力を上げ、ポンプの流量を増やすことで取り除きます。この圧力の増加により、空気はパージ/デエアチューブに押し込まれます。
   3. 灌流液が所望の温度(37°C、温度プローブを介して連続的に監視)に達するまで循環させ、生化学的パラメータの初期評価を実施して、正しいイオン濃度(表1)と適切な酸素化を確保します。
      注:溶液が温度(37°C)まで上昇し、適切に酸素化された後、イオンとpHレベルを読み取ります。

3. 心臓移植片の調達

1. アトロピン(0.04 mg / kg)、テラゾール(4.4 mg / kg)、キシラジン(2.2 mg / kg)の筋肉内注射で動物を鎮静させます。.
2. 鎮静したら、動物を手術室に移し、どちらかの耳にIVラインを配置して静脈アクセスを取得します。
3. IVラインを通じてプロポフォール(0.16-0.33 mg / kg)のボーラスを投与し、注射の3分後に有害な刺激をテストします。.反射がない場合は、動物に挿管し、必要に応じてイソフルラン(3%-5%)の連続吸入とフェンタニル(5-20μg/kg/h)の静脈内投与により麻酔を維持します。
4. 挿管したら、前肢のいずれかに圧力カフを配置し、下唇の頂点に心電図センサーを接続して酸素飽和度を監視します。
5. 生理食塩水の点滴を開始し、耳のIVラインを通して投与します。.動物の腹側に外科用ドレープを置きます。
6. 胸骨切開術の準備として、クエン酸フェンタニル(5μg / kg)のボーラスを静脈内投与します。.
7. 胸骨の切り欠きと剣状突起の間に10枚刃のメス(~25cm)で垂直に切開します。切開後、電気焼灼を使用して、胸骨に達するまで皮下脂肪と筋膜を分割します。
8. 露出したら、胸骨の尾側で鈍い指の解剖を使用して、付着した心膜を胸骨から分離します。これを行うには、胸骨の背側に指を置き、胸骨と内臓の間の付着組織を分離します。
9. 胸骨の尾側にノミを挿入します。タガネに上向きの力を加えながら、木槌を使ってノミを胸骨まで進めます。
10. 胸骨正中切開術が完了した後、胸骨の完全な分離(剣状突起から胸骨ノッチまで)によって決定され、胸骨リトラクターを配置し、完全に露出するまで開きます。
11. 大動脈と肺動脈が見えるまで、メッツェンバウムはさみで心膜を頭蓋に切開します。
12. 2本の巾着縫合糸(4-0 Prolene)を大動脈に置き、止血帯のスネアで固定します。縫合糸が大動脈の中層を通過するが、内腔を通過しないように注意してください。表在性縫合糸では大動脈根カニューレを所定の位置に保持できず、深い縫合糸では大動脈から出血します。
13. ヘパリン (100 U/kg) のボーラスを耳 IV から投与し、3 分間循環させます。
14. 大動脈に垂直な9F大動脈基部カニューレを財布のひも縫合糸の間に挿入し、止血帯のスネアを優しく締めて固定します。カニューレ挿入部位の周囲に漏れがないことを確認してください。大動脈から血液を流すことにより、大動脈根カニューレの心臓麻痺ラインを空気から外します。
15. カーディオプレジックソリューションのバッグをルアーロック接続に接続します。圧力バッグを使用して心臓麻痺バッグを加圧し、フラッシング中に80mmHgにします。蠕動ポンプを大動脈根カニューレの2番目のラインに接続し、それを使用して大動脈から直接1Lの血液を抽出します。
16. 血液サルベージ装置を使用して赤血球を分離します(赤血球を遠心分離し、生理食塩水で洗浄します)。赤血球が目的の温度に達したら、赤血球を灌流システムに追加します。
17. 十分な血液が収集されたら、経胸壁十字を使用して大動脈を固定し、心臓麻痺ラインを開いて臓器を洗い流します。
18. クロスクランプとフラッシュの開始直後に、左心房付属器の5cmの切開を介して心臓をベントし、下大静脈を完全に切断します。この時点で胸腔に氷を追加して、臓器の温度を下げるのを助けます。
19. ベントが成功した後、頭からの温かい血液が冷えた心臓に到達するのを防ぐために、上大静脈を重度または結ぶ。
20. 心臓が1Lの心臓麻痺溶液で洗い流されたら、大動脈、主肺動脈、上大静脈と下大静脈、両側肺静脈などの大血管を分割します。これで心臓外植片が完成します。空洞から心臓を取り出します。
    注:グラフトに取り付けられた大きな血管の長さをできるだけ長く保ちます。肺静脈をできるだけ肺の近くで切断します。
21. 臓器を開腹用スポンジで包み、氷の上に置きます。

4. グラフトの準備

1. 大動脈弓の枝を切って、1つの流出路を作成します。このトラクトに大動脈カニューレを挿入し、結束バンドと4-0シルク縫合糸で固定します(図2)。
2. 右心室の後壁にバイポーラペーシングワイヤーを配置します。肺静脈を切断して、左心房への単一の流入路を形成します。
3. 左心房管の周囲に2つの財布紐付き4-0プロリン縫合糸を作成します。止血帯のスネアで縫合糸を固定し、装填するまでほどいたままにしておきます。
4. 単純な連続縫合糸(4-0 Prolene)を使用して左心房付属器を閉じます。初期心拍数を記録します。

5.心臓移植片の復活

1. 大動脈ポートの直前に3/8インチのチューブをクランプして、灌流を止めます。後壁をオペレーターに向け、心臓を配置します。オルガンチャンバーの角度を約20°にします。
   注:移植片灌流のこの位置は、受動的なドレナージを増強するために選択され、以前に公開されたデータと一致しており、吊り下げ²⁶と比較して機能の大幅な改善を示しています。
2. 大動脈カニューレを大動脈ポートから90°の角度で配置し、大動脈ラインをゆっくりとクランプ解除します。大動脈カニューレへの灌流の漸進的な流れによって大動脈カニューレの空気を抜きます。
3. 大動脈カニューレの角度をゆっくりと小さくして、大動脈ポートと一直線になり、大動脈線に完全に接続するまで下げます。
4. 完全に接続されたら、断続的に心臓を優しくマッサージして、左心室の充満による膨張を防ぎます。この期間中、開いた左心房から左心室を通気します。.
5. 同時に、大動脈圧を監視し、許容範囲(30〜40mmHg)内に維持します。
6. データ取得を開始し、333 uL/minの速度でアデノシン点滴を開始します
   注:アデノシン(2 mg / mL)は、臨床灌流の現在の状態を模倣するために灌流プロトコルに追加されます。ただし、関連する血管拡張が望ましくない臓器浮腫を悪化させる可能性があることを指摘することが重要です30,31,32。
7. ペーシング ワイヤーをペーシング ボックスに接続し、バックアップ ペーシングとして 60 bpm に設定します。
8. 細動がある場合は、30 Jのパドルを使用して心臓を除細動します。リズミカルな収縮を達成するまで、必要なだけ多くのショックを与えます。.
9. 組織化されたリズム(ペースまたは内因性)が現れたら、手動ベントを中止し、フック針を使用して心電図リードを直接心臓に配置します。
10. 大動脈圧センサーから表示される波形が正弦波を模倣するまで、Windkesselバッグのネジを締めます。ランゲンドルフ構成で心臓を灌流し、前述の³³のように6時間。

6. 心臓移植片の負荷

1. 直角カニューレを臓器室の心房ポートに接続します。接続したら、カニューレをクランプし、酸素供給器とローディングリザーバーの間のラインにあるホフマンクランプを解放することにより、流体をローディングリザーバーに入れます。
2. 圧力が15〜20 mmHgに達するまで、ローディングリザーバーを満たします。ポンプの出力を上げて、大動脈圧と心房圧の両方を維持します。
3. 直角の金属チップの半分を、先端が付属物を向くように左心房に挿入します。この配置は、最も一貫して僧帽弁の能力を促進します。
4. 左心室圧力を記録するために、左心室内に圧力センサーを挿入します。clを放しますamp カニューレの上で、左の心房がいっぱいになるまで待ちます。
5. 空気が抜けたら、前に配置した縫合糸と止血帯のスネアを使用して、左心房の開口部を完全に閉じます。必要に応じてカニューレとスネアを調整し、液体の漏れを最小限に抑えます。
6. カニューレを左心房に固定した後、酸素供給器からWBへのラインをクランプすることにより、大動脈への逆行性灌流を完全に停止します。
7. アデノシン点滴をWBにつながるラインから、ローディングリザーバーと心房ポートの間のラインに移動します。

7. 灌流の終了

1. 実験期間中 (10 時間) の 30 分ごとに、生化学的測定値、心拍数、大動脈/心房流量、および圧力を記録します。流入測定のために心房ラインから生化学的測定値を取得し、流出測定値のために肺動脈から直接生化学的測定値を取得します。
2. 灌流終了時は、データ取得を停止し、心臓を摘出して廃棄します。
3. システムの固定されていない部分を大きなシンクに動員し、分解してすすぎ、大量の水で洗浄します。
4. コンポーネントに血液の残骸が見えなくなったら、システムを再度組み立てます。臓器室から大量の水を加え、約100mLの液体アルカリ性洗剤を水と一緒に循環させます。
5. 洗剤が水とよく混合されたら、cl 洗剤溶液で満たされたすべてのリザーバーを維持するためにシステムラインをクランプします。
6. 酸素供給器をシステムの他の部分から外し、もう一度水ですすいですべての石鹸を取り除きます。
7. 石鹸が完全に取り除かれたら、可能な限り高い速度で液体入力に空気を吹き付けて、酸素供給器をブロードライします。

Results

4頭のヨークシャー豚(30 - 35 kg)の心臓を収穫し、ランゲンドルフNMPで6時間保存した後、4時間の連続負荷を行いました。この実験条件は、6時間が平均臨床保存期間(5.1時間±0.7^{時間)であるため}、選択された。4時間の追加連続負荷(合計10時間の ex vivo 時間)の追加により、灌流時間と心筋機能低下との間の明確な相関関係が以前に報告されていたため、ある程度の心不全が予想された³⁵。そのため、これは、移植片評価のための機能的指標の重要性と、生存可能な心臓と機能不全の心臓を識別する能力を強調する機会を提供しました。この容量では、ほとんどのランゲンドルフベースの指標は、血管抵抗(CVR、 図2C)、酸素取り込み率(OUR、 図2D)、乳酸蓄積(図2E)、グルコース消費量(図2F)、およびカリウム蓄積(図2G)が全灌流時間中に統計的に異ならなかった、心臓移植片間の生存率に識別可能な差がないことを示しました。.同様に、移植片によって増加した重量にも差は見られませんでした(図2H)。しかし、負荷時間の2時間後に失敗した移植片では心拍数の着実な低下が見られ(図2A)、灌流の3時間まで曲線下の面積は統計的に異ならなかった(図2B)。さらに、 図3 で紹介した負荷依存の指標は、負荷時間の30分後には早くも心機能の喪失を示唆しており、収縮性の測定値(dP/dt_max)は機能の喪失を示す最初の指標でした(図3C)。心拍数と同様に、負荷灌流の2時間後に左心室脈圧(図3A)の着実な低下が見られ、移植片の脈圧(図3B)と弛緩(dP / dt_分、 図3D)との間に統計的に有意な差が見られました1.5時間の灌流後に見られました。

図1:灌流システムのセットアップ。 (A)灌流セットアップ。黒い線は、両方の灌流モダリティ中の灌流を示します。青色の破線はランゲンドルフ灌流中の灌流液の流れを示し、オレンジ色の線は負荷灌流中の灌流液の流れを示しています。(B)大動脈(実線)および心房(破線)の圧力センサーの位置。心房圧センサーは空間的に心房の下方に位置しているため、適切なLA加圧のために高低差が考慮されました。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図2:従来の評価指標。 指標は、ランゲンドルフ灌流中に取得可能な場合、従来型として示されます。(A)心拍数は、左心室圧力センサーを使用して得られた圧力波から計算しました。ただし、このメトリックは、ランゲンドルフの期間中も利用可能なEKGトレースから簡単に計算できるため、従来のメトリックと見なされます。実線は中央値で、影付きの領域は四分位範囲(IQR)です。(B)灌流時間の30分ごとの心拍数データの曲線下面積(AUC)。(C)移植片の血管抵抗(CVR)。(D)酸素摂取率(OUR)。(E)乳酸の蓄積。(F)グルコース消費量。(G)カリウムの蓄積。(H)浮腫の代理としての体重増加率。すべてのデータは、中央値±四分位範囲(IQR、n = 4)で表されます。標準最小二乗平均での反復測定、二元配置ANOVAおよびTukey-Kramer HSDの事後分析。* = p <0.01 です。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図3:従来とは異なる評価指標。 メトリクスは、ロード灌流中にのみ取得可能な場合、非従来型として示されます。(A)経時的にプロットされた左心室(LV)脈圧。実線は中央値で、影付きの領域はIQRです。(B)灌流時間の30分ごとのLVパルス圧力の曲線下面積(AUC)。(C) 心収縮性の AUC は、30 分ごとの灌流の LV 脈圧の最大導関数から得られました。(D)心臓弛緩のAUCは、30分間の灌流時間におけるLVパルス圧の最小導関数から得られた。すべてのデータは、中央値±四分位範囲(IQR、n = 4)で表されます。標準最小二乗平均での反復測定、二元配置ANOVAおよびTukey-Kramer HSDの事後分析。* = p <0.01, ** = p <0.05, *** = p < 0.001, **** = p <0.0001. この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

イオン	濃度(mmol / L)
Na+	135-145
K +	3.5-6.0
CA +2	1.0-1.3
Cl -	96-106

表1:灌流液中のイオン濃度の許容範囲。

補足図1:灌流システムのセットアップ。このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。

Discussion

ノーマザーミックマシン灌流は、臓器の保存と評価のための強力なモダリティであり、成人の心臓のドナープールを拡大することにより、心臓移植の分野に大きな影響を与えました³⁶。この拡張は、以前は移植に適さないと考えられていた小さな心臓のプールを現在利用できるようになった結果です。Normothermic機械灌流は、心臓移植片を鼓動状態で保存し、機能評価と代謝評価の両方の機会を提供します。しかし、その可能性にもかかわらず、NMP の現在の適用は、限られた部分の周辺臓器 (つまり、循環死後に提供され、55 歳以上のドナーから 30 分の温かい虚血時間<<、併存疾患がない臓器) に限定されています。この制限は、正確で精密な評価技術の欠如によって引き起こされ、より広範な辺縁心の信頼性の高い評価を妨げます。

NMP中の左心室負荷は、負荷中に得られる血行動態パラメータが移植後の結果15,16,18と高い相関性を持つことができるため、有望な評価技術として浮上しています。事実上、NMP中の心臓負荷を評価技術として組み込むことで、拡張基準臓器の評価と利用が容易になり、ドナープールがさらに拡大する可能性があります。甚大な潜在的影響にもかかわらず、ローディング機能は現在、臨床NMPシステムでは利用できません³⁷。確立されたNMPシステムへのローディング機能の組み込みを簡素化および標準化するために、このプロトコルは、受動的左心房(LA)加圧(すなわち、重力依存加圧)の実現可能性を示しています。これは、大規模な心臓灌流ではめったに利用されないアプローチです。この加圧方法により、二次ポンプが不要になり、心臓負荷の実装が大幅に簡素化されます。ただし、重力はLA圧力の主要な決定要因であるため、負荷リザーバーとそれに付随する圧力センサー(心房圧センサー)の空間配置を認識することは、心臓負荷を成功させるために重要です。LAの過圧と過少圧の両方が最適でない負荷条件をもたらし、さまざまなメカニズムによってグラフトの破損につながる可能性があるため、高さによる圧力差を考慮するために細心の注意を払う必要があります。

LAを異常に高い圧力にさらすと、心臓充満圧が上昇し(すなわち、左心室が完全に弛緩する前に僧帽弁が開く)、心臓移植片の損傷と予後不良を引き起こすことが知られている現象³⁸。さらに、あまり明白ではありませんが、高圧はLAを非生理学的伸張にさらし、異常な機械調節と心房性ナトリウム利尿ペプチド(ANP)の分泌の潜在的な増加につながります³⁹。メカノモジュレーションとANPはどちらも心房細動の原因として知られている^40,41。一方、生理学的に低い左心房圧は、拡張期に左心室の充満が不十分になり、心拍出量の減少につながる可能性があります。このプロトコルは受動的なアフターロードを利用しているため (つまり、負荷中に大動脈への逆行性灌流がなく、冠状動脈血流が左心室からの順行性灌流に完全に依存しているため)、心拍出量の減少は、心筋灌流と相対的な虚血の減少につながる可能性があります。LAの過圧/低圧は、ローディングプロセス中にも発生する可能性があるため、ローディングリザーバーを事前に充填し、ローディングカニューレの周りのアトリウムを閉じる前にその圧力を慎重に確認することが重要です。不適切な心房圧迫は、技術依存の移植片損傷の最も可能性の高い原因です。また、正しく実行するのが最も難しいセクションでもあり、最もパフォーマンスの高いシーケンスとローディングカニューレの理想的なサイズを決定するために、何度も反復が行われました。

プロトコールの成功と関連性のためのもう一つの特に重要な要素は、in vivo循環で見られるWindkessel効果を模倣したパッシブアフターロードの使用です。生理学的条件下では、ウィンドケッセル効果は、大きな中心動脈、特に大動脈が収縮期にリザーバーとして機能し、拡張期に導管として機能する能力を指します。収縮期には、大動脈の弾性壁が拡張して血液量の急増に対応します⁴²。この蓄積された血液は、動脈壁の弾性反動の助けを借りて、拡張期に徐々に放出されます。このメカニズムは、血流の時間的変動を減少させ、やや連続的な臓器灌流⁴³を確保する。これは心臓にとって特に重要であり、⁴³他の臓器とは異なり、心筋灌流は拡張期にほぼ独占的に発生します⁴⁴。そのため、Windkessel効果をex vivo灌流システムに組み込むと、冠状動脈灌流のより生理学的な供給源が得られ、逆行性灌流モードと負荷型灌流モードの両方で有益です。さらに、評価目的でこのシステムを負荷灌流に実装すると、他の人が示しているように、Windkesselベースのアフターロードで灌流された移植片の心臓性能が移植後の結果とより強く相関することで、予測能力が増強されるようです¹⁸。このセットアップでのWindkessel効果は、ねじ込みスプリング(補足図1)を介して接続された2つのアクリルプレートで囲まれた修正IVバッグを使用して達成され、他の報告されたWindkessel装置18,19,20よりも比較的単純なシステムです。さらに、ローディングスプリングを締めたり緩めたりすることができるため、反動圧力を大幅に制御でき、実験設定の微調整が容易になりました。

当社のシステムを使用すると、灌流法をランゲンドルフモードとロードモードの間で簡単に切り替えることができます。ロードモードにより、移植片の左心室から機能データ(すなわち、左心室脈圧、収縮性、弛緩、図3)の取得が可能になりました。この機能データは、ex vivo灌流システムにおける心臓移植片評価の臨床標準である乳酸(図2B)を含む、生化学的傾向(図2)では明らかではない移植片生存率の明確な違いを明らかにしました¹⁰。さらに、このプロトコルに記載されているように、ローデッドモードでの灌流は、心拍出量(CO =心拍数*一回生量)を測定する可能性を可能にし、心機能^45,46の追加のより従来のメトリックを提供する。現在の設定から取得するのがより困難な変数である一回拍出量は、冠状動脈血流を定量化することで取得でき、心房および大動脈血流とともに、拡張末期および収縮末期の容積を計算するために利用できます。同様に、一回拍出量は、心エコー図測定または圧力-体積ループを介して取得できます。ここで重要なのは、このセットアップは心臓の左側にしか負荷をかけられないため、左心室の機能データが得られることです。この方法では、右心室機能に関する情報は提供されません。これは、特に右心室機能障害が移植された方よりも移植された方でより一般的な発生であるため、現在のプロトコルの最大の制限である可能性が高い⁴⁷。しかし、右心室機能障害は移植後数週間で解消すると報告されており、おそらくその重要性の優先順位が下がっている⁴⁷。

特に、この原稿の結果に示されている4つのグラフトは、まったく同じ方法でランゲンドルフを使用して6時間調達および灌流されました。この実験条件は、6 hが常温機械灌流移植片の平均保存期間であり、さらに4時間の連続負荷(合計10 h ex vivo 時間)を追加すると、ある程度の移植片の失敗が予想されたため、選択されました。この予想された失敗は、機能的なメトリクスの必要性を強調する機会を提供し、ランゲンドルフベースのメトリクスと比較した場合の評価能力を実証しました。実際、この論文の結果は、パッシブLA加圧およびパッシブアフターロードローディングによって取得された一部の機能パラメータが、DBD心臓移植片の生存率の違いを長期間保存して明らかにする能力を示しています。ここでは示されていませんが、この評価の有効性は、他の既知の損傷および/または機能的欠陥(すなわち、DCD、高齢ドナー、併存疾患)を伴う移植片の生存率を決定するために再現される可能性があると考えるのが妥当ですが、これらの移植片内の機能特性と違いを決定するには、さらなる研究が必要です。同様に、機能指標が移植可能な心臓移植片と移植不可能な心臓移植片、および生存率指数の他の可能な情報源とどのように相関するかを決定するためにも、さらなる研究が必要です。例えば、大動脈負荷圧と心房負荷圧の差は、これらの圧力測定値の差が心原性ショックの欠如または存在を示す可能性があるため、信頼できる生存率指標となり得る⁴⁸。

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
4ウェイストップコック	スミスメディカル
4-0 Prolene縫合糸	エチコン	8711
5-0 縫合	ファイン サイエンティフィック ツール	18020-50
大動脈コネクタ	VentriFLO株式会社		カスタムメイド
大動脈根カニューレ	Medtronic Inc	10012
ウシ血清アルブミンΣ		A7906
塩化カルシウム	σ	C7902
セルセーバー	株式会社メドトロニック	ATLG
Cell Saver カートリッジ	株式会社メドトロニック	ATLS00
デキストラン	Σ	31389
心電図心外膜リード	VentriFLO株式会社		カスタムメイド
機器スタンドとブラケット	VentriFLO株式会社		カスタムメイド
外部ペースメーカー	株式会社メドトロニック	5392
Falcon High Clarity 50mL コニカルチューブ	Fisher Scientific	14-432-22
フロープローブ	トランソニックシステムズ株式会社	1828
ヘパリンナトリウム注射	Medplus	G-0409-2720-0409-2721
中空糸酸素供給器と静脈 株式会社レセビオール	・メドトロニック	BBP241	アフィニティ ピクシー 1L
HTP 1500 温熱療法ポンプ	HTP	6826619
インスリン	フムリン R		MGH 薬局
Iworx データ収集システム	Iworx	IX-RA-834
クレブス・ヘンセレイト緩衝器	Σ	K3753
白血球フィルター	血液	SB1E
臓器室	VentriFLO Inc		カスタムメイド
ペーシングワイヤーBiopolar	Medtronic Inc	6495
ペニシリン・ストレプトマイシン	サーモフィッシャー・サイエンティフィ	サイエン
圧力トランスデューサー	Iworx	BP100
拍動ポンプ	VentriFLO Inc	2100-0270
PVCチューブ	株式会社メドトロニック
直角メタルチップカニューレ 20F	メドトロニック社	67318
ナトリウムバイカロボネート	シグマ	5761
標準PHDウルトラCPシリンジポンプ	ハーバードアパラタス	88-3015
止血帯キット7in	株式会社メドトロニック	79006
遷音速フローボックス	TranSonic Sytems Inc	T402
静脈レセビオール	株式会社メドトロニック	CB841	Affinity Fusion, 4L
WIndKessel バッグ	VentriFLO Inc		カスタムメイド
Yアダプター	メドトロニック社	10005