Summary
Ett tillförlitligt icke-invasivt tillvägagångssätt för funktionell bedömning av donatorhjärtat under normotermisk ex situ hjärtperfusion (NESP) saknas. Vi beskriver häri ett protokoll för ex situ bedömning av myokardiell prestanda med hjälp av epikardiell ekokardiografi och konduktanskatetermetod.
Abstract
Hjärttransplantation är fortfarande guldstandardbehandlingen för avancerad hjärtsvikt. Den nuvarande kritiska organbristen har dock resulterat i tilldelning av ett växande antal donatorhjärtan med utökade kriterier. Dessa marginella transplantat är förknippade med en hög risk för primär transplantatsvikt och kan dra nytta av ex situ-perfusion före transplantation. Denna teknik möjliggör utökad organkonservering med varm syresatt blodperfusion med kontinuerlig metabolisk övervakning. Den enda NESP-enheten som för närvarande är tillgänglig för klinisk praxis perfuses organet i ett lossat icke-fungerande tillstånd, vilket inte möjliggör funktionell bedömning av det bultande hjärtat. Vi utvecklade därför en originalplattform av NESP i arbetslägesförhållanden med justering av vänster ventrikulär förspänning och efterbelastning. Detta protokoll tillämpades i svinhjärtan. Ex situ funktionell bedömning av hjärtat uppnåddes med intrakardiell konduktanskateterisering och ytekokardiografi. Tillsammans med en beskrivning av det experimentella protokollet rapporterar vi häri de viktigaste resultaten, liksom pärlor och fallgropar i samband med förvärvet av tryckvolymslingor och myokardkraft under NESP. Korrelationer mellan hemodynamiska fynd och ultraljudsvariabler är av stort intresse, särskilt för ytterligare rehabilitering av donatorhjärtan före transplantation. Detta protokoll syftar till att förbättra bedömningen av donatorhjärtan för att både öka givarpoolen och minska förekomsten av primär transplantatsvikt.
Introduction
Hjärttransplantation är guldstandardbehandlingen för avancerad hjärtsvikt, men begränsas av nuvarande organbrist1. Ett växande antal donatorhjärtan med utökade kriterier (ålder >45 år, kardiovaskulära riskfaktorer, långvarigt lågt flöde, akut vänsterkammardysfunktion sekundär till katekolaminerg storm) tilldelas en ökad risk för primär transplantatfel2. Dessutom kan hjärtan som doneras efter kontrollerad cirkulationsdöd (DCD) presenteras med hjärtskada sekundärt till långvarig varm ischemi3. Därför finns det ett behov av en bättre bedömning av dessa donatorhjärtan före transplantation, särskilt för att utvärdera deras behörighet för hjärttransplantation 4,5.
Normothermic ex situ perfusion (NESP) bevarar det bultande hjärtat med varmt syresatt blod. Den enda kommersiellt tillgängliga enheten för NESP bevarar hjärtat i ett icke-fungerande tillstånd (Langendorff-läge). Detta tillvägagångssätt tillämpades ursprungligen för att utöka bevarandet av transplantatet bortom den kritiska 4 h-perioden av kall ischemi6. En annan stor fördel med denna teknik är att ge kontinuerlig bedömning av myokardiell livskraft baserat på laktatkoncentration i perfusat6. Denna biokemiska bedömning har dock hittills aldrig korrelerats med resultaten efter transplantationen. På samma sätt tillåter Langendorff-läge för NESP inte hemodynamisk och funktionell utvärdering av hjärtat före transplantation. Vissa författare har rapporterat den potentiella fördelen med intrakardiell kateterisering under NESP för att förutsäga myokardiell återhämtning efter transplantation7.
Denna rapport syftar till att tillhandahålla en reproducerbar metod för att utvärdera givarens hjärtprestanda under NESP. Vi modifierade kretsen för att möjliggöra arbetslägesperfusion och därför för förvärv av icke-invasiva funktionella variabler med epikardiell ekokardiografi. Myokardiellt arbetsindex, en belastningsoberoende variabel, registrerades med hjälp av trycktöjningsslingor. Vi undersökte sambanden mellan myokardarbete och hemodynamiska variabler erhållna från intrakardiell konduktanskateterisering.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Detta protokoll godkändes av den lokala etiska kommittén för djurförsök och av den institutionella kommittén för djurskydd (APAFIS#30483-2021031811339219 v1, djurförsöksetiska kommittén vid universitetet i Paris Saclay, Frankrike). Djur behandlades i enlighet med riktlinjerna för vård och användning av försöksdjur som utvecklats av National Institute of Health och med principerna för laboratoriedjurvård som utvecklats av National Society for Medical Research.
OBS: Kirurgiska ingrepp utfördes under strikt sterilitet med samma tekniker som används för en människa. Experimentella förfaranden inkluderade stora vita grisar (45-60 kg) och utfördes under generell anestesi.
1. Protokoll för djurkonditionering och anestesi
- Låt djuren acklimatisera sig i 7 dagar, med kongenare och miljöberikning, för att säkerställa djurens välbefinnande.
- Foder inte djuren 12 timmar innan de ingår i experimentprotokollet.
- Utför en premedicinering 30 minuter före proceduren med en intramuskulär injektion av en ekvimolär blandning av tiletamin och zolazepam (10 mg/kg) i nackmusklerna.
- När djuret är nedsövt, sätt in en kateter i öronvenen och inducera narkos med en intravenös bolus av propofol (2 mg/kg) i kombination med administrering av atrakurium (2 mg/kg).
- Intubera djuret med en 7,5 mm orotrakeal sond.
- Övervaka djuret med kontinuerligt EKG, expiratorisk CO2 och oximetri.
- Behåll narkos med inhalerad isofluran (2%) blandat med 40% syretillskott.
2. In situ hemodynamisk och ekokardiografisk bedömning av hjärtat
OBS: Hemodynamisk bedömning utförs med en Swan Ganz-kateter, medan baslinjefunktionell bedömning av hjärtat utförs genom transtorakisk ekokardiografi.
- Sätt perkutant en 8 fransk (Fr) mantel i den brachiocephalic venösa stammen med Seldinger-tekniken8.
- Efter avluftning av katetern och inställning av 0-trycket, sätt in Swan Ganz-katetern i 8 Fr-manteln tills en lungtrycksprofil observeras på övervakningsskärmen.
- Få det pulmonella arteriella ocklusionstrycket genom att trycka Sawn-Ganz-katetern i lungcirkulationen medan ballongen blåses upp.
- Bedöm hjärtminutvolymen med hjälp av termodilutionsmetoden genom infusion av 10 ml kall (4 °C) saltlösning i den proximala linjen i Swan Ganz-katetern. Upprepa mätningen tre gånger.
- Bedöm den vänstra ventrikulära utkastningsfraktionen (LVEF) med hjälp av biplan Simpson-tekniken9.
- Utforska aortaklaffen och aortaroten för att identifiera någon strukturell störning eller aortauppstötningar över grad 2 som kan äventyra ex situ-perfusion av hjärtat genom den stigande aortan (figur 1).
3. Beskrivning och grundning av den normotermiska ex situ-perfusionsmaskinen (NESP)
OBS: En modifierad NESP-modul används för att alternativt utföra Langendorff-perfusion och arbetslägesperfusion. Anslut kortfattat kretsens aortalinje till en efterlevnadskammare via en Y-kontakt. Lägg till en pediatrisk oxygenator och en kardiotomireservoar (70-80 cm höjd över modulens aortakontakt) för att ge en vänster ventrikelefterbelastning på cirka 70 mmHg under arbetsläget. Anslut en annan kardiotomibehållare (7-10 cm höjd över modulens aortakontakt) till huvudinflödesledningen med en Y-kontakt för att ge en vänster förspänning av atrium på cirka 10 mmHg under arbetsläget (figur 2). Koronarflödet bedöms med en flödesgivare ansluten till lungkanylen. En centrifugalpump, en membransyresättare och en värmekylarmaskin är anslutna till kretsen (figur 2). Lösningsbeskrivningar finns i tabell 1.
- Fyll perfusionskretsen med grundlösningen (tabell 1).
- Ställ pumpens effekt på 1500 ml/min.
- Tillsätt blodet som hämtats från donatorgrisen (1200-1500 ml) i kretsen.
- Ställ in gasblandaren för att uppnå ett syrepartialtryck >250 mmHg.
- Anslut underhållslösning och adrenalinlösning (tabell 1) till kretsen och ställ in den ursprungliga utgången på 5 ml/h respektive 0,1 ml/h.
- Ställ in perfusatets temperatur vid rumstemperatur (RT) innan hjärtat placeras i perfusionsmodulen.
- Under arbetsläge, anslut en spruta dobutamin med en koncentration av 2,5 mg / ml (utgång mellan 0,04-0,12 mg / h).
4. Hjärtupphandling och instrumentering för normotermisk ex situ hjärtperfusion
- Hjärtupphandling
- Placera djuret i ryggläge och fortsätt att upprätthålla generell anestesi.
- Utför en median sternotomi och öppna perikardiet.
- Suspendera perikardiet med fyra vistelsesuturer.
- Placera 4-0 polypropen suturer på höger atrium och på stigande aorta för att säkra kanyler med turnetter.
- Efter heparininfusion (300 UI/kg) och noggrann dissektion av aortaroten, sätt in en dubbelstegad venös kanyl i höger förmak för bloduppsamling och en kanyl med en lumen i den stigande aortan för kardioplegiinfusion.
- Isolera den överlägsna och den underlägsna vena cava med Silastic tourniquets.
- Anslut venös kanyl till en bloduppsamlingspåse som innehåller 10 000 IE ofraktionerat heparin.
- Placera griskroppen i Trendelenburg-positionen för att förbättra bloddräneringen i uppsamlingspåsen.
- När bloduppsamlingen är klar, korskläm fast den stigande aortan, infusera Del Nido-kardioplegi i aortaroten (tabell 1) och kontrollera att den stigande aortan är under tryck (ingen aortauppstötning).
- Lossa höger och vänster förmak genom att öppna den underlägsna vena cava respektive högra lungvenen, medan den överlägsna vena cava kläms fast av en turnering.
- När kardioplegi infusion är klar, ligate vänster hemiazygos venen med två stiches av 4-0 polypropen.
- Fortsätt till hjärtupphandling, håll 2 cm av lungstammen tillsammans med vänster atrium bakre vägg.
- Kontrollera att det inte finns något patent foramen ovale genom att inspektera förmaksseptumet och stäng det vid behov med 4-0 polypropensuturer.
- Instrumentering av hjärtat före NESP
- Placera hjärtat i en 4 °C saltlösning och separera den stigande aortan från lungstammen. Kontrollera att aortaklaffen och koronar ostia inte är skadade.
- Sätt i fyra pantsatta stygn (4-0 polypropen) 5 mm under den distala delen av den stigande aortan och sätt in infusionskanuman i aortan. Spänn en slangklämma runt aortan för att säkra kanylen.
- Sätt in en dräneringskanyl i lungstammen och säkra med en 3-0 polypropenkörningssutur.
- Stäng den underlägsna och överlägsna vena cava med 5-0 polypropen löpande suturer.
- Stäng den vänstra atriumets bakre vägg med en 4-0 polypropen som löper sutur.
- Sätt in en vänster ventilationskanyl genom den bakre väggen på den vänstra atriumväggen och snara en turnering runt.
- Sätt i en förinstallerad kanyl i det vänstra förmaksbihanget och snara en turnering runt.
5. Anslutning till NESP-maskinen och återupplivning av hjärtat
OBS: Innan du instrumenterar hjärtat, se till att de material som behövs för återupplivning finns tillgängliga bredvid perfusionskretsen, särskilt en defibrillator med interna sonder och en extern pacemaker med epikardiella elektroder. Se till att tryckledningen är ansluten till aortaledningen och att utgångssensorn placeras på koronarflödesledningen. Efterlastlinjen måste klämmas fast, liksom förspänningslinjen för arbetslägeskretsen.
- Minska pumpflödet till 200 ml/min.
- Anslut hjärtat till aortakontakten efter att du har luftat kontakten. Se till att hjärtat är lämpligt anslutet till perfusionsmodulen så att de sämre ventrikulära väggarna och vänster och höger atrium är framför operatören. Undvik att vrida den stigande aortan för att förhindra aortauppstötningar.
- Justera aortatrycket till 30 mmHg vid RT.
- Under återupplivning, utför en jämn hjärtmassage tills en sinusrytm återställs.
- Öka långsamt pumpflödet inom 15-25 min med steg på 50 ml/min för att uppnå ett aortatryck på 65 mmHg. Öka samtidigt perfusattemperaturen med steg på 2-4 °C för att nå 37 °C.
- När aortatrycket är vid 65 mmHg och perfusattemperaturen är vid 37 °C, leverera en elektrisk stöt vid 5 J om det behövs och upprepa tills sinusrytmen återställs.
- Säkra en epikardiell elektrod på höger ventrikulär bakre vägg och anslut till en extern pacemaker. Tempo hjärtat vid 80 BPM för att överdriva spontan rytm.
- Anslut lungkanylen till koronarflödeslinjen.
- Utföra arteriella och venösa blodprover för gas och biokemiska analyser av perfusatet. Registrera den initiala laktatkoncentrationen och korrigera biokemiska störningar för att uppnå följande mål: glukos >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 och HCO3- 20-24 mmol / L.
- Justera pumpflödet för att nå ett genomsnittligt aortatryck på 65-75 mmHg och koronarflöde på 650-850 ml / min.
- Utför arteriovenös blodgasanalys var 15: e minut för att säkerställa att myokardiell extraktion av laktat är effektiv. Om venöst laktat är högre än arteriellt laktat, öka sedan medelaortatrycket till 80 mmHg genom att minska underhållslösningen och kontrollera laktatkoncentrationen 15 minuter efter. Om arteriovenös laktatclearance fortfarande är nedsatt, öka sedan koronarflödet till >850 ml och kontrollera laktatkoncentrationen 15 minuter senare.
6. Arbetslägesförfarande
OBS: Effektiv arteriovenös clearance av laktat uppnås vanligtvis inom 30 minuter efter initiering av Langendorff-perfusion. Arbetsläget kan sedan initieras genom att ansluta förspänningskanylen till förspänningsbehållaren (denna linje klämdes tidigare fast under Langendorff-läge). På samma sätt är efterlastlinjen ansluten till aortalinjen (figur 2). Ställ in flödesgivaren på efterlastlinjen för att mäta hjärtutgången.
- Öppna förspänningsledningen och justera pumpflödet för att säkerställa stabil fyllning av förspänningsbehållaren. Under denna period fylls vänster atrium och vänster ventrikel gradvis med blod.
- Öppna aortaefterlastledningen och kläm fast huvudledningen i kretsen som används för Langendorff-perfusion. Efterlastbehållaren fylls successivt. Se till att behållaren dräneras med en överflödesledning som för perfusatet tillbaka till kretsens huvudreservoar.
- Initiera infusionen av dobutamin vid 0,04 mg/min.
- Utför arteriell och venös blodgasprovanalys för att säkerställa att myokardiell extraktion av laktat fortfarande är effektiv.
- När hjärtminutvolymen är stabil, utför invasiv hemodynamisk bedömning tillsammans med epikardiella ultraljudsmätningar.
7. Bedömning av tryckvolymslinga (PV) med konduktansmetoden
OBS: Alla kalibreringssteg måste utföras i arbetsläge.
- PV-kateterplacering i vänster kammare
- Rengör 7 Fr pigtail konduktanskateter med saltlösning och anslut den till hårdvarugränssnittet.
- Tryck försiktigt in katetern i introduceraren 8 Fr-manteln som tidigare satts in genom det vänstra atriumtaket för att vara i linje med mitralventilen.
- Så snart katetern passerar mitralventilen, justera lämplig position med hänsyn till optimala tryck- och volymsignaler. Om det finns för mycket ljud, flytta försiktigt konduktanskatetern för att förbättra slingornas kvalitet.
- Kalibrering av PV-slingkateter
- Tryckkalibrering
- När konduktanskatetern är lämpligt placerad i vänster kammare, öppna kalibreringsgränssnittet på programvaran och kalibrera tryckvärdet med hjälp av förvärvsprogramvara för konduktansmätningar.
- Börja spela in, välj 0 mmHg tryck och 100 mmHg på kontrollgränssnittet och spela in för 5 s vardera.
- Stoppa sedan inspelningen och öppna tryckkalibreringsgränssnittet. Matcha motsvarande signal till trycknivån.
- När den är kalibrerad, kontrollera att signalen matchar de värden som erhållits genom invasiv blodtrycksövervakning.
- Kalibrering av volym
- Konduktanskalibrering
- Öppna kontrollgränssnittet på programvaran för konduktansmätningar.
- Börja spela in, en efter en, välj de volymer som föreslås av kalibreringsgränssnittet.
- Låt gränssnittet spela in för 5 s vardera och stoppa sedan inspelningen.
- Använd den erhållna dataspårningen och öppna volymkalibreringsgränssnittet.
- Matcha motsvarande spår till trycknivån.
- Parallell volymkalibrering
- Omgivande hjärtvävnad leder elektricitet och bidrar till den totala volymsignalen. Ta bort denna parallella volym för noggrann volymmätning (kalibrering efter bearbetning).
- För att bedöma parallell volym i denna inställning (myokardvägg), injicera 10 cc hypertonisk saltlösning (4%) i vänster atriumlinje en gång.
- Upprepa inte operationen för att undvika hypernatremi.
- Konduktanskalibrering
- Tryckkalibrering
- Kalibrering av fältkorrigeringsfaktor
- Ange slagvolymvärdet som erhållits från ultraljudsmätningarna.
OBS: Faktor alfa kommer att beräknas med tanke på förhållandet mellan slagvolymer erhållna antingen genom ultraljudsmätningar eller konduktanskateterisering.
- Ange slagvolymvärdet som erhållits från ultraljudsmätningarna.
- Insamling av solcellsdata
- Stoppa epikardiell pacing i hjärtat för att undvika störningar i konduktanssignalen. Registrera data i stabilt tillstånd när signalen är stabiliserad (figur 3)
- Välj en serie med 10 på varandra följande slingor och öppna analysprogramvaran. Programvaran tillhandahåller automatiskt strokearbete, förrekryteringsbart slagarbete, maximalt dP / dt, minimum dP / dt och tau-index.
- För att erhålla förhållandet mellan slut och systoliskt tryck-volym och slutdiastoliskt tryck-volymförhållande, registrera signalen under förspänningsocclusion. Spänn gradvis fast förmaksperfusionslinjen tills förspänningsreduktionen är effektiv (figur 4). Släpp sedan långsamt klämman.
8. Epikardiell ekokardiografibedömning av hjärtat i fungerande tillstånd
- Förvärv av ultraljudsslingor
- Placera tre EKG-epikardiella elektroder anslutna till ekokardiogrammaskinen.
- Applicera ett sterilt draperi runt hjärtat och använd en transesofagussond.
- Applicera sonden på den övre väggen i det vänstra förmaket och rotera givaren manuellt tills en fyrkammarvy erhålls (figur 5).
- Starta den ekokardiografiska förvärvsprogramvaran för utvärdering av myokardiell prestanda med X-plan-läget.
- Kör sedan ultraljudssondmotorn för att få tre och två kammarvyer. Analys av dessa vyer möjliggör mätning av vänster ventrikelutkastningsfraktion och global longitudinell töjning9.
- Bedömning av myokardiellt arbetsindex (MWI)
- Fortsätt till förvärvet av fyra-, tre- och tvåkammarvyer och registrera samtidigt arteriellt tryck (figur 6).
- Bedöm den globala longitudinella belastningen med hjälp av dessa vyer och öppna MWI-programvara. Använd det invasiva blodtrycket som detekteras av den externa sensorn på perfusionskretsen under loopförvärv.
- Meddela programvaran manuellt om den exakta öppnings- och stängningstiden för aorta- och mitralventilerna.
MWI-programvara kommer automatiskt att tillhandahålla global MWI, konstruktivt arbete, bortkastat arbete och effektivt arbete.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Vi beskrev häri ett NESP-protokoll i ett monoventrikulärt arbetstillstånd, med hjälp av en modifierad hjärtperfusionsmodul som vanligtvis används i klinisk praxis för Langendorff-perfusion av donatorhjärtat före transplantation. Denna grismodell av NESP med den nuvarande anpassade modulen utvecklades 2019. Modifieringarna av kretsen var mindre, eftersom det mesta av perfusionskretsen återanvändes för experiment. Modulens lock gav ett flexibelt och vattentätt membran för att skydda hjärtat under transport. Det tillät också ytekokardiografi medan det förblev i en steril miljö. Den rekommenderade primingvolymen med blandat blod och grundlösning är ca 1200-1500 ml i klinisk praxis. I detta protokoll var grundningsvolymen högre (2000 ml) eftersom längre slangar och ytterligare reservoarer var nödvändiga för arbetslägesperfusion. Därför krävde sådana överväganden djur över 50 kg för en bloduppsamling på >1500 ml.
Placeringen av svinhjärtat i perfusionsmodulen var annorlunda jämfört med tidigare rapporterade modeller av NESP i arbetsläge10,11. Faktum är att de flesta av dem beskrev hjärtan upphängda av aortan, ovanför en bloduppsamlingskammare, i vertikalt läge. I detta protokoll använde vi en kommersiellt anpassad modul och ställde in hjärtat med den främre sidan i perfusionslådan i ett något lutat läge och den bakre sidan vänd mot operatören. föreslog dock att hjärtats position under NESP var en viktig faktor för optimal myokardiell perfusion12 och skulle vara bättre än hängpositionen.
Detta protokoll använde sex djur för att utföra experimentellt Langendorff-läge (LM) i 30 minuter, följt av arbetslägesperfusion (WM) i 2 timmar. Genomsnittligt aortatryck (MAP) och hjärtminutvolym (CO) övervakades kontinuerligt och registrerades var 30: e minut. Hjärteffekten (CPO) beräknades enligt följande: CO x MAP/451. Bedömning av laktatkoncentrationen i perfusatet utfördes var 30:e minut för att säkerställa att myokardiell extraktion av laktat (MEL) var effektiv som bevis för myokardiell viabilitet under NESP. Hemodynamisk bedömning utfördes så snart som möjligt vid T0, T60 och T120 under WM-perfusion. Metaboliska och hemodynamiska mätningar under NESP sammanfattas i tabell 2.
Med tanke på hemodynamisk bedömning genom hjärtkateterisering uppnåddes optimala PV-slingor med en konduktanskateter placerad genom det vänstra förmakstaket och sedan korsade mitralventilen med pigtailen placerad i toppen av vänster ventrikel. Konduktanskateterns position kontrollerades med hjälp av epikardiell ekokardiografi (figur 5). Kvaliteten på solcellsslingans signal kan ändras beroende på kateterposition och störningar i yttre takt (figur 7).
Funktionsbedömning under arbetslägesperfusion
Ekokardiografisk bedömning under WM-perfusion utfördes i den anpassade installationen som användes i denna studie och gav bedömning av vänster ventrikulär ejektionsfraktion (LVEF), global longitudinell belastning (GLS) och myokardiellt arbetsindex (MWI) med reproducerbarhet över experimenten. Alla tre vänstra ventrikulära vyer erhölls när som helst i alla experiment (figur 6). Genomsnittlig LVEF, GLS och MWI var 40,8 (± 11)%, -8,00 (± 2)% respektive 652 (± 158) mmHg%. Konduktanskatetramätningar utfördes under WM-perfusion. Medelvärde SW, maximalt dP/dt, min dP/dt, end-systoliskt tryck-volymförhållande (ESPVR), tau och pre recruitable stroke work (PRSW) var respektive 877 (± 246) mmHg·ml, 1463 (± 385) mmHg/s, -1152 (± 383) mmHg/s, 5,13 (± 3,16), 79,4 (± 23) ms och 63,4 (± 17,5) mmHg·ml under WM-perfusion. Hemodynamiska parametrar bedömda antingen genom konduktanskateter eller genom ytekokardiografi under WM-perfusion sammanfattas i tabell 3 och tabell 4.
En signifikant minskning av MWI observerades under WM-perfusion över tid i alla experiment (figur 8A), liksom hjärtminutvolym (figur 8B) och andra parametrar relaterade till ESPVR (figur 8C). Global MWI korrelerades med hjärtminutvolym mätt med konduktanskateter (r = 0,85, p < 0,001) (figur 9).
Figur 1: Parasternal transtorakisk ekokardiografivy av aortaklaffen. Aortaklaffen och den stigande aortan kontrolleras för att säkerställa att det inte finns någon stigande aortaaneurysm och ingen signifikant aortauppstötning över grad 2. Den funktionella vänstra ventrikulära ejektionsfraktionen bedöms också. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: Modifierad krets för organvårdssystem för monoventrikulärt arbetsläge . (A) En efterlevnadskammare ställs in på efterlastlinjen för att reproducera kärlelasticiteten. En Y-kontakt är inställd i huvudartärlinjen för att fylla en behållare på höjden 10 cm över hjärttransplantatet för att ge en förspänning för vänster atrium vid 13-15 mmHg. En annan Y-kontakt placeras på huvudartärlinjen före aortakontakten. (B) En av grenarna på Y-kontakten är ansluten till en 3/8 tums slang, som ansluter en pediatrisk oxygenator och en behållare på 70 cm höjd för att ge en efterbelastning av vänster kammare på 60 mmHg Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 3: Stabil konduktanssignal som tillhandahålls av konduktanskatetern med tryckvolym. En stabil signal från tryckvolymslingorna som registrerats i programvaran tillhandahålls av en central position för katetern införd i vänster kammare genom en 8 Fr-mantel som sätts in i vänster atrium. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4: Progressiv korsspänning av förspänningsbehållaren. Förfarandet för progressiv ocklusion av tubbing från förspänningsbehållaren och vänster atrium ger en minskning av volymen som injiceras i vänster atrium. Tryckvolymslingorna registreras sedan med anskaffningsprogramvaran. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5: Transesofagus ekografisk sondposition under ytan ekokardiografisk bedömning av hjärttransplantatet under WM . (A) Sonden placeras på den vänstra förmaksväggen medan hjärtats bakre yta är vänd mot operatören under NESP. (B) Sådan placering ger en ekokardiografisk bild av vänster förmak, vänster kammare och mitralventil. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6: Vänster ventrikulär vy erhållen med TEE-sond under NESP. Epikardiell ekokardiografi med användning av en transesofagussond inställd på den bakre väggen i det vänstra atriumet ger en tvåkammarvy av vänster atrium och vänster ventrikel. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 7: Exempel på dålig konduktanssignalförvärv . (A) Ingen central placerad konduktanskateter med signal störd av rörelserna i ventrikulär septum. (B) Konduktanssignal störd av yttre pacing. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 8: Linjär regression över tid under WM-perfusion. (A) Myokardiellt arbetsindex (MWI, mmHg%), (B) hjärtminutvolym (CO, ml.min-1) och (C) slut-systoliskt tryck-volymförhållande (ESPVR). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 9: Samband mellan MWI och hjärtminutvolym under arbetslägesperfusion. Korrelationskurva mellan myokardiellt arbetsindex (mmHg %) och hjärtminutvolym (ml·min-1) under ex situ hjärtperfusion i arbetsläge. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
| Grundande lösning | Underhållslösning | Adrenalin lösning | Del Nido kardioplegi |
| 500 ml NaCl-lösning | 60 mg adenosin | 0,25 mg adrenalin | 500 mg Ringer-lösning |
| 150 mg magnesium | 40 ml NaCl-lösning | 500 ml glukos 5% | 10 ml KCl 10% |
| 250 mg metylprednisolon | (koncentration: 1,5 mg/ml) | 3 ml Xylocaïne 2% | |
| 1 g cefotaxim | 6 ml mannitol 20% | ||
| 6 ml natriumbikarbonat 8,4% | |||
| 7 ml magnesiumsulfat 15% |
Tabell 1: Beskrivningar av lösningen. Tabellen ger volymerna och koncentrationerna av beståndsdelar som används för att förbereda grund-, underhålls-, adrenalin- och Del Nido-kardioplegilösningarna som används i detta protokoll. Del Nido kardioplegi lösning används för att uppnå hjärtstillestånd tillsammans med myokardiellt skydd under kall ischemisk tid. Grundlösningen infunderas i perfusionsmaskinen, tillsammans med blodet som samlats in under experimentprotokollet. Underhållslösningen och adrenalinlösningen infunderas under ex situ hjärtperfusion för att upprätthålla stabila perfusionsparametrar.
| T0 | T120 | |
| Laktatkoncentration (mmol/L) | 2.4 (0.97–2.83) | 1.27 (0.36–2.48) |
| Myokardiell extraktion 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) |
| Systoliskt aortatryck (mmHg) | 132.5 (101.0–142.3) | 101.0 (96.2–109.3) |
| Genomsnittligt aortatryck (mmHg) | 97.5 (73.0–106.8) | 77.0 (69.0–85.5) |
| Koronarflöde (ml/min) | 925 (550–1050) | 700 (550–875) |
| Hjärtuteffekt | 326.5 (116.5–485.5) | 228.0 (185.5–361.0) |
Tabell 2: Hemodynamiska och metaboliska parametrar bedömda under WM-perfusion. Data tillhandahålls med median- och interkvartilintervallet.
| SW (mmHg·ml) | högsta dP/dt (mmHg/s) | min dP/dt (mmHg/s) | ESPVR | Tau (ms) | PRSW | |
| Betyda | 877 | 1463 | -1152 | 5.13 | 79.4 | 63.4 |
| Median | 816 | 1423 | -1025 | 4.01 | 73.9 | 62.8 |
| Standardavvikelse | 246 | 385 | 383 | 3.16 | 23.0 | 17.5 |
| Minimum | 528 | 778 | -1856 | 2.19 | 52.0 | 40.0 |
| Maximal | 1244 | 2119 | -755 | 13.8 | 134 | 101 |
Tabell 3: Medelvärdes- och medianvärden erhållna med konduktanskatetermetoden under WM-perfusion. Förkortningar: ESPVR: slut-systoliskt tryck-volymförhållande; PRSW: pre-recruitable stroke arbete; SW: strokearbete.
| GLS (%) | LVEF (SB) | MWI | Gww | |
| Betyda | -8.04 | 40.8 | 652 | 936 |
| Median | -8.00 | 37 | 642 | 919 |
| Standardavvikelse | 2.03 | 11.0 | 158 | 208 |
| Minimum | -11.5 | 27 | 389 | 579 |
| Maximal | -5.00 | 59 | 898 | 1268 |
Tabell 4: Medelvärden och medianvärden erhållna genom ytekokardiografi under WM-perfusion. Förkortningar: GLS: global longitudinell belastning; LVEF: vänster ventrikulär ejektionsfraktion; MWI: myokardiellt arbetsindex; MWE: myokardiell arbetseffektivitet; GCW: globalt konstruktivt arbete.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Det finns några kritiska steg att tänka på i NESP-protokollet. In situ preliminär bedömning av hjärtat förblev viktig, särskilt med tanke på aortaklaffen som inte bör presenteras med signifikant aorta uppstötningar (grad 2 eller mer); annars kommer återupplivningen av hjärtat att äventyras under Langendorff-perioden på grund av nedsatt koronar perfusion och myokardiell ischemi. Initieringen av WM efter Langendorff-perfusion var en utmanande manöver som krävde minst två personer för att reglera fyllningen av förspänningsbehållaren, pumpflödet, trycket i vänster atrium och aortautflödeslinjen. Denna övergångsperiod utfördes när metabolisk effektiv myokardiell extraktion för laktat uppnåddes. Under denna period kunde perfusionskretsen stanna på grund av pumpavdunsning relaterad till större luftemboli. Den optimala placeringen av ultraljudssonden på den vänstra förmaksväggen för att få stadiga två- och trekammarvyer stördes delvis av de besvärliga kanylerna och materialen som satt runt hjärtat. Ekokardiografiska data måste registreras med en mycket stadig ultraljudssignal, med minst tre sammandragningscykler.
Återupplivning av hjärtat under NESP rapporteras inte uttryckligen i litteraturen. Endast ett fåtal studier beskriver i detalj återupplivningsförfarandet för att initiera NESP13. Preliminära återupplivningsmetoder utvecklades i detta protokoll för att uppnå en optimal teknik för återupplivning, inklusive progressiv reperfusion, genom att långsamt öka koronarflödet och blodtemperaturen (från rumstemperatur till 37 ° C). Huvudfrågan för ultraljudsavbildning var att hitta den optimala platsen för sonden på vänster förmakstak. Positionen för det perfuserade hjärtat, med sin bakre vägg vänd mot operatören, gjorde det möjligt att utföra ytekokardiografi utan att flytta hjärtat och utan risk för uppstötningar av aortaklaffen. Närvaron av bubblor i kretsen förändrade bildkvaliteten, och detta problem måste undvikas så mycket som möjligt. Optimering av kretsen utfördes för att minska blodturbulensen, särskilt med tanke på bloddränering från efterlastbehållaren till huvudreservoaren. En icke-stadig position av konduktanskatetern i vänster kammare gav PV-slingkurvor av dålig kvalitet. PV-slingsignalen kan dock förbättras avsevärt genom att införa katetern i mitten av den vänstra förmaksväggen, genom mitten av mitralventilen och placerad i mitten av vänster kammare.
Att ladda vänster hjärtkaviteter är viktigt för ex situ ekokardiografisk utvärdering. Även om nedgången i hjärtminutvolymen tidigare har beskrivits i andra studier medan laktattrenden förblev stabil, beskrev endast ett fåtal artiklar sådana överväganden med hjälp av en verklig monoventrikulär arbetslägesperfusion11. Biventrikulär arbetslägesperfusion utfördes inte i denna modell av tekniska skäl, eftersom ett sådant system är ännu mer komplext och besvärligt. Bristen på arbetssätt för husbilen kan dock ifrågasättas på grund av det ömsesidiga beroendet mellan LV och RV, en förvirrande faktor i LV-bedömningen. Bristen på höger ventrikulär bedömning kan också ifrågasättas eftersom husbilsfel är en vanlig komplikation efter transplantation, förknippad med hög dödlighet. Kaliumkoncentrationen ökade ständigt i perfusatet utan möjlighet att rensa det eftersom inget blodfiltreringsmembran ingick i vår anpassade krets. Huvudfrågan om detta perfusionsläge är det faktum att själva organet är isolerat från de andra organen som kan reglera dess metabolism och rensa alla metaboliter som produceras av myokardiell metabolism. Vissa författare har beskrivit en perfusionsmodell som inkluderade ett hemofiltreringssystem för att ge långvarig NESP i arbetsläge14, med en signifikant minskning av myokardiellt ödem i slutet av perfusion, vilket säkert deltar i nedgången av myokardiella föreställningar över tiden.
Myokardiella hemodynamiska och ekokardiografiska prestanda minskade i NESP under arbetsläge enligt vår erfarenhet, liksom hjärthemodynamik registrerad genom konduktanskateterisering. Detta tyder på att perfusion inte bör betraktas som en konserveringsmetod för donatorhjärtan före transplantation. Under WM var trenderna för biokemiska annorlunda jämfört med Langendorff-läget. Myokardiell extraktion av laktat under WM var kontinuerligt effektiv, medan hemodynamisk prestanda minskade gradvis. Detta resultat tyder på att laktattrenden kanske inte är en relevant parameter för att bedöma myokardprestanda i WM, som tidigare observerats i andra studier15.
Funktionell bedömning av hjärtat under NESP skulle vara av stort intresse för kliniker. Invasiva bedömningsmetoder (PV loop technique) har flera begränsningar. Konduktanstekniken bör faktiskt övervägas för att noggrant dra tillförlitliga resultat på grund av isoleringen av hjärttransplantatet utan en fysiologisk biologisk miljö som vanligtvis leder den elektriska signalen tillsammans med själva myokardiet16. Beslutet att transplantera marginella transplantat bevarade med NESP-teknik baseras för närvarande endast på laktattrender17. Vi litar på att detta tillvägagångssätt lätt kan tillämpas för att lösa detta stora problem före transplantation. Det kan ge både anatomiska (klaffsjukdom, myokardtjocklek) och funktionella bedömningar av donatorhjärtat. Ekokardiografisk bedömning av vänster kammare uppnåddes i den prekliniska modellen och fick erhålla MWI, en belastningsoberoende parameter som var signifikant korrelerad till hjärtminutvolymen bedömd av en konduktanskateter. Dessa preliminära resultat belyser rollen för ytekokardiografisk utvärdering under NESP i ett arbetsläge.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Alla författare har inga intressekonflikter att avslöja.
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).
