Summary
Her presenterer vi en protokoll bruker to sentrifugalpumper som en total kunstig hjerte erstatning.
Abstract
Mekanisk sirkulasjons støtte (MCS) har blitt introdusert som et levedyktig alternativ til hjertet transplantasjon primært gjennom bruk av intracorporeal ventrikkel hjelpe enheter (Vader) for støtte av venstre ventrikkel. Men garanterer enkelte kliniske scenarier biventricular mekanisk støtte. En strategi for noen pasienter er forbrukeravgift av både ventriklene og implantering av to VAD pumper som en total kunstig hjerte (TAH). Dette har nylig blitt gjort mulig av forbedringer i konstruksjon og liten profilen av sentrifugal enheter. Denne TAH fortsatt eksperimentelle med mange viktige utfordringer som for å balansere den høyre og venstre sirkulasjonen, retningen på enhetene og utløp graftet med deres innflytelse på hemolyse og stabilitet, og utfallet av kronisk støtte med slik en orientering. Denne protokollen som mål å gi en reproduserbar tilnærming for totalt kunstig hjerte erstatning med to intracorporeal sentrifugal Vader i en ku modell.
Introduction
Det har vært vekst i antall pasienter med hjertesvikt, med en anslått 5,7 millioner voksne lider av denne tilstanden i USA i dag1. Rundt 300.000 pasienter har slutten stadium hjertesvikt med en levetid på mindre enn ett år. Mens hjertet transplantasjon er gullstandarden terapi for end stadium hjertesvikt, er det sterkt begrenset av antall tilgjengelige donor organer. MCS er innført som et levedyktig alternativ til hjertet transplantasjon spesielt ved bruk av Vader2. Vader arbeid ved lossing venstre ventrikkel og gir fremover flyt (støttet av en pumpe) direkte i arterial sirkulasjonen. Vader kan bli implantert som en bro til transplantasjon som mål terapi for pasienter som ikke kvalifiserer for en transplantasjon3. Siden FDA godkjenning mindre enn et tiår siden, har det årlige antallet Vader implantert overgått hjertet transplantasjon tall, med dette nummeret eksponentielt økende4. Men i et delsett av pasienter, hjertesvikt er biventricular (dvs. påvirker både venstre og høyre ventrikkel) og støtter bare venstre ventrikkel alene ikke gir tilstrekkelig perfusjon. I slike situasjoner krever høyre ventrikkel midlertidig mekanisk støtte5. Denne "RVAD" krever bruk av store cannulas koblet til en ekstrakorporal pumpe som begrenser pasienten til intensivavdelingen (ICU) mens ventrikkel gjenoppretter. For et begrenset utvalg av pasienter er et annet alternativ en TAH6,7. Indikasjoner for TAH behandling er: en biventricular feil etter innlegget betennelsessykdommer, ventrikkel septal feil (VSD), en alvorlig restriktive muskeldystrofi som precludes ventrikulær cannulation og en mislykket hjertetransplantasjon krever kroniske støtte. Men den FDA godkjent TAH enheten er stort og kan ikke brukes i mindre pasienter. I tillegg pneumatiske driverne er betydelig og begrense mobilitet for pasienten.
En eksperimentell strategi for noen pasienter er bruken av en andre VAD støtte høyre ventrikkel8,9,10. I dette scenariet både ventriklene er forbrukeravgift, og to Vader transplanteres som en TAH. Dette har blitt gjort mulig av forbedringer i konstruksjon og mindre enhetsprofil. Nye sentrifugal Vader er mye mindre, slik at to Vader å bli implantert hverandre å støtte både venstre og høyre sirkulasjon. Denne tilnærmingen fortsatt eksperimentelle mange viktige utfordringer inkludert for å balansere den høyre og venstre sirkulasjonen, retningen for enheter og utløp pode med deres innflytelse på hemolyse og andre bivirkninger. Formålet med denne protokollen er å gi en reproduserbar tilnærming til TAH erstatning med to sentrifugal Vader i en ku modell.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alder-matchet (for blodgivning hvis nødvendig) kalver (vekt 80-90 kg) er stelt i dyr anlegget. Bolig og alle behandling prosedyrer utføres i samsvar med retningslinjene i Animal Care og bruk komiteen av Duke University Medical Center.
1. oppstart av anestesi
- Etter faste for 8-12 h, pre medisin leggen med Telazol (4,5 mg/kg/intramuskulært) og deretter administrere isoflurane (1-4%) via en ansiktsmaske.
- Plasser kua i supine posisjon på et oppvarmet bord og intubate. Fastsette ekstremiteter til tabellen bruker tunge bånd.
- Plass en intravenøs kateter (14-20 gauge) i øret blodåre.
- Administrere diazepam (0.22-0.44 mg/kg/intravenøst) hvis chewing og svelge er svært utbredt, eller hvis dyret biter på endotracheal tube] (ET) røret. I tillegg administrere hvis det er problemer med intubasjon for å hjelpe airway eksponering for intubasjon.
2. vitale og Central Line innstillinger
- Start mekanisk ventilasjon på en Tidalvolum 10-15 mL/kg og en hastighet på 20-25 bpm, med isoflurane (0,5-4%) opprettholdt gjennom hele prosedyren.
- Sikre ET røret med bånd å sikre at ingen endringer i posisjon under operasjonen.
- Kontinuerlig overvåke oksygenmetning og hjerte priser gjennom hele eksperimentet. Løse problemer med ventilasjon eller oksygen metning (SaO2) umiddelbart. Dette vil trolig være relatert til enten posisjon eller ventilator innstillinger. Hvis det er posisjon, justere ET røret for å oppnå tilstrekkelig tidevolum.
3. sentrale vaskulær tilgang
- Selv om følgende kan gjøres percutaneously ved hjelp av ultralyd veiledning, bruk en kutte ned tilnærming til bedre kontroll lokale blødninger når dyret er anticoagulated.
- Bruke luftrøret som et landemerke, barbere halsen pelsen (med hårklippere) og sterilisere området bruker betadine. Gjøre en parallell lineær snitt 1 til 2 cm fra luftrøret og 20 cm fra manubrium med et no.10 blad skalpell.
- Dele sternocleidomastoid-muskulaturen, og nøye avsløre arteria carotis communis og vena jugularis ved hjelp av en elektrisk cautery verktøyet. Bruk en selv beholde festepunkt til hjelp ved eksponering. Opprettholde proksimale og distale kontroll av både arterien og venen med store silke suturer (størrelse 0 eller 1 silke) eller fartøy looper.
- Cannulate venstre carotis communis med en 18-gauge kateter for blodtrykk. De air linjen, og hvis blødning, plassere en 6-0 eller 7-0 polypropylen Sutur i vesken-streng mote rundt kateter.
- Fest trykktransduceren konsollen og transduce press bølge i programvaren under "systemisk press". Lese og ta resultatet.
- Tilgang til venstre vena jugularis for både væske og bedøve administrasjon og sentralt venetrykk overvåking. Fest trykktransduceren konsollen og transduce press bølge i programvaren under "sentralt venetrykk". Lese og ta resultatet.
- Sikre begge linjene distally til huden og skjermen. Registrere planlagt sentralt venetrykk (CVP) og arterial blodtrykket.
4. Median Sternotomy og hjerte Bypass (CPB)
- Palpate sternum fra manubrium å xiphoid å velge et sted utviklet og merke med en bakteriefri kirurgisk markør. Barbere pelsen med en hårklipperen og sterilisere området bruker betadine. Bruk en steril kirurgisk drapere.
- Gjør et snitt med et no.10 blad fra manubrium til xiphoid.
- Bruke en elektrisk cautery verktøyet for å dele pectoralis major ned fra sternum, mens perfekt justert til midtlinjen bruker manuell palpasjon av den laterale kantene av sternum. Score midtlinjen av sternum ved hjelp av verktøyet elektrisk cautery. Starte sternotomy fra bunnen ved å dele xiphoid med tunge saks.
- Utvide sternotomy cephalad med hage avklipt. Etter hvert snitt må du inspisere sternum. Utføre digitale palpasjon under sternum, og utføre sløv disseksjon å hjerte og lunge faller fra sternum. Midway gjennom sternotomy noen krysset transversalis muskel kan oppstå, og disse er delt med elektrisk cautery.
- Fullføre sternotomy helt til manubrium. Pass på å holde langs midtlinjen som dette vil være viktig for helbredelse.
- Etter at sternotomy er fullført, kan du oppnå hemostasen scoret blødning muskel kantene med elektrisk cautery verktøyet. Bruke bein voks margen av sternum å hjelpe med eventuelle gjenværende blødning.
- Identifisere thymus og fjerne den ved hjelp av verktøyet elektrisk cautery. Angi pericardium i en langsgående mote, og reflektere membranen til aorta.
- Opprette perikard holder med fem 2-0 silke suturer tilnærmelsesvis pericardium huden å trekke hjertet opp og støtte den. Velg alle hjørner av åpnet pericardium og bringe dem direkte anterior huden med silke bildet.
- Opprette en 3-tommen-lang vindu mellom aorta og lungearterien av dissecting connective vev å ha bestått av aorta tvers klemmen. Bruke en veske-streng 4-0 polypropylen Sutur stigende aorta et sted proksimale til bifurkasjonen.
- Circumferentially gratis den overlegne vena cava (SVC) bruker sløv disseksjon, og bruk en andre vesken streng 3-0 polypropylen Sutur. Etablere systemisk heparinization bruker en innledende dose på 300 U/kg for å oppnå en aktivert clotting tid (ACT) større enn 400 s.
- Når den aktuelle loven er oppnådd, bruk en no.11 blad inn aorta, og sett en 18 Fr arteriell kanyle. De air kanyle og legge til arterial linje med CPB. Deretter plasserer en 28 Fr SVC kanyle i til SVC, og starte en CPB.
- Mens på delvis CPB, identifisere den underlegne vena cava (IVC) og cannulate som i SVC. Gjøre det mens du er på omkjøringsvei siden det gir bedre hemodynamic ledelse gitt behovet for å presse på hjertet for eksponering.
Merk: Det kan fortsatt være et potensial for utvikling av hypotensjon siden CPB er bare på som delvis støtte på dette punktet. Hvis hypotensjon er erfarne, bør dette trinnet gjort nøye og brutt opp at dyrets hjertet å fylle midlertidig. - Når IVC kanyle er satt helt inn, skjøte i hoved kretsen bruker en Y-kobling. Sløyfe både SVC og IVC med umbilical tape å tillate komplett blod isolasjon fra hjertet.
5. Ventriculectomy
- Mens på full hjertet støtte, snare ned SVC og IVC bruker tidligere brukt umbilical båndet. Bruke en aorta tvers klemme proksimale til aorta cannulation området. Når klemme posisjon har blitt bekreftet, begynne i ventriculectomy.
- Avgiftsdirektoratet ventrikkel vevet circumferentially 1-2 cm distale høyre og venstre atrioventrikulær sporet. La kanten av ventrikkel muskler med den mitral og trikuspidalklaff annuli å gi ytterligere støtte for implantering av swing ringene.
- Mudderbunn sub Valvulær apparati for mitral og trikuspidalklaff ventilene som de oppdages.
- Avgiftsdirektoratet høyre ventrikkel utløp tarmkanalen muskler med den høyre ventrikkel utløp skrift (RVOT) inkludert eksisjon av lunge ventilen. Også avgiftsdirektoratet det venstre ventrikkel ut spor (LVOT), men beholde bakre del av aortic ventilen som en del av by-pass aorto-mitral teppet.
- Dele den interventricular septum sist. Identifisere hullet av koronar sinus og ligate med 5-0 polypropylen suturer.
6. implantering av sentrifugal Flow pumper (CFP)
- Bruk pledgeted, avbrutt, 2-0 flettet suturer å sikre søm ring til ventrikkel vev og mitral ventil ringrommet. Avslutt bildet på epicardial overflaten av ventrikkel muskel rim og bringe gjennom søm ring. Denne teknikken unngår "bunching opp" av vev over ringen som ville forstyrre coaptation ringen med pumpen.
- Bruk en lignende fremgangsmåte knytte søm ring til høyre ventrikkel muskel rim og trikuspidalklaff ringrommet.
- Fest CFPs til søm ringene og sikre med standard låsemekanismen. Plasser disse for å tillate tilgang til låsemekanismen.
- Justere pode utløp i henhold til retningen til valg. Når en riktig lengde er identifisert, kutte ut graftet. Ta vare å ikke gjøre graftet lenge som kan forårsake brette.
- Bruk kjører 4-0 polypropylen suturer for å anastomose utløp graftene aorta (til venstre hjertet CFP) og lungearterien (til høyre hjertet CFP) i en ende til mote.
- Før du fullfører forekomst, slipp tapen på SVC og IVC drenering cannulas og tillate blod for å fylle høyre og venstre pumpen, begynner dermed de airing. Plass en 18-gauge nål i hver av graftene utløp for videre de lufting. Bruk ventilen for å gi store volum åndedrag å tillate noen luft fanget i pulmonary venene tilbake og de ble sendt.
- Når de sendes er fullført, fjerner nålen og reparere nettstedet bruker pledgeted 5-0 polypropylen suturer.
- Start pumpene med lave rpm hastighet (3000 rpm) å tillate videresende blodstrøm, først med klemmen fortsatt på plass. Fjerne aorta tvers klemmen og la noen blodvolum for å angi pumpene.
- Gradvis øke pumpen fart som hjerte støtte er venne. Avslutte CPB og støtte sirkulasjonen ved den høyre og venstre side pumper.
- Bestemme endelige pumpe hastighetsinnstillingene ved venøs fylling presset på høyre og venstre side.
- Innføre press katetre direkte i lungearterien og pulmonary venene hjelp av vesken-strengen 5-0 polypropylen Sutur for å sikre dem på plass.
- Transduce press signal til programvaren under etiketter "lungearterien" og "pulmonary blodåre". Dessuten Legg ultralyd flyt sonder rundt stigende aorta og viktigste lungearterien.
Merk: Alle 4 kanaler skal nå være aktiv: 1. "systemisk press", 2. "sentralt venetrykk", 3. "lungearterien" og 4. "pulmonary blodåre".
7. etablering av Biventricular hjelpe enhet
- Mens gradvis redusere CPB flyten, sakte øke venstre CFP og deretter riktig CFP hastighet mens alltid opprettholde en lavere rett CFP hastighet enn venstre CFP.
- Ekstra oppmerksom på hemodynamics, inkludert systemisk blodtrykk og CVP. Lunge overcirculation indikeres av ikke-fysiologiske press i lungearterien eller pulmonary blodåre.
- Til slutt, øke venstre CFP og høyre CFP hastigheter for å oppnå en flyt på 4 L/min på hver enhet og avvenne av CPB. Når hemodynamic stabilitet er oppnådd, Fjern SVC og IVC-cannulas og fortøyning av vesken-streng bildet.
- Deretter fjerne den aorta kanyle og tie ned vesken-streng Sutur. Euthanize dyret ved sakte å skru ned, og deretter stoppe både CFP pumpene mens dyret er under narkose.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Demonstrert i figur 1 er feste sy ringene. Figur 1A viser "bunching" i ventrikkel vev som kan skape et problem med pumpe vedlegg. Figur 1B representerer riktig vedlegget.
Figur 2 og Figur 3 er to forskjellige retninger på pumpene. I figur 2plasseres pumper ut graftene kort og avslutte direkte i tilkoblede arteriene. I Figur 3er pumpene orientert slik at utløp graftene i både høyre CFP og venstre CFP rotere rundt før blir anastomosed til lungearterien og aorta, henholdsvis. Det forblir ubesvart hvilken retning gir mindre ren stress på blod, og har bedre samlet hemodynamic profil for pumpen. Videre er det uklart hvilken retning gir mindre elastiske.
Figur 1: Feste sy ringene.
Panelet A viser feil feste rett hjertet erstatning sy ringen med "bunched opp" ventrikkel vevet. Panelet B viser riktig søm ring kommisjonsforordning ventrikkel vevet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: direkte utløp pode retning demonstrere direkte feste rett hjertet utskifting lungearterien og venstre hjertet erstatning til aorta. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3: en annen retning for utstrømningen graft lungearterien og aorta. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I dette manuskriptet beskriver vi bruk av to sentrifugal flyt Vader som et intracorporeal TAH. Denne teknikken kan være svært nyttig å studere effekten av kunstig sirkulasjon på andre organer som lunger og leveren. Videre kan det være nyttig for studier av hemodynamic endringene fra forskjellige pumpe orientering og flyt scenarier. De avgjørende skritt i denne protokollen innebære hvordan sy ringene er knyttet til ventrikkel vev samtidig som også omfatter de Valvulær annuli for styrke. Det er viktig å sikre at dette utføres riktig som påvirker enheten stabilitet. Videre er det viktig å sikre at utløp graftene måles og klipp på den aktuelle lengden. Enhetens stabilitet og utløp pode obstruksjon representerer viktige problemer som kan oppstå hvis disse to trinnene ikke utføres nøye.
Protokollen beskriver to ulike metoder for å orientere utløp graftene som kan være viktig å unngå utløp pode obstruksjon. I den første retningen, er utstrømming graftene koblet direkte til de respektive store fartøyene i en retning som ligner SynCardia totale kunstig hjertet. I den andre retningen rotere graftene rundt den andre VAD som er vanligvis ansatt i kliniske VAD tilfeller.
Bruker denne eksperimentell modell, kan en nøye studere hemodynamic scenariene forbundet med forskjellige kombinasjoner av pumpen hastigheter, å finne ut hvordan å unngå ubalanse i venstre og høyre side rundskriv. For eksempel tillate direkte målinger av aorta, lungearterien og pulmonary blodåre press en sanntid vurdering av total hemodynamic status for dyret. Dette blir ganske viktig for å angi parameterne riktig hastighet på pumper for å gi balansert høyre og venstre rundskriv med: tilstrekkelig arteriell perfusjon press; normal lunge press for å unngå muligheten for lunge lunger; og normal sentrale venous press for å unngå nyre eller hepatic venous overbelastning. I klinisk tilgjengelige enheter er "flyt" en beregnet parameter som ikke er direkte målt. I denne protokollen, vil vi direkte måle flyt på to steder for ytterligere nøyaktig vurdering av hemodynamics.
Avslutningsvis beskriver dette manuskriptet bruken av to sentrifugal flow pumper som et totalt kunstig hjerte intracorporeal biventricular erstatning i en ku modell.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Dette arbeidet ble gjort mulig gjennom et forskningsstipend fra abbeden medisinsk til Dr. Milano.
Acknowledgments
Vi vil gjerne takke Laura Janney og abbed medisinsk for delvis finansiering. Vi vil også gjerne takke Duke perfusjon tjenester og store dyr kirurgisk kjernen for deres hjelp under operasjonene.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| SPO2 and heart rates are to be monitored: Multiparameter | Meditech Equipment, Co., Ltd. | MD-908 | hemodynamic monitor intraoperatively |
| Viscot Mini XL Surgical Markers | Amazon | B007P550WG | marking sternum before incision |
| 60W High Power Electric Pet Cat Rabbits Horse Animal Hair Cutting Clipper | LILY International Business CO., LIMITED | ZP-293 | Fur shaving |
| No. 10 scalpel blade | Swann-Mortan, England | 301 | Skin incision |
| Matzenbaum scissor | BD-V. Mueller, USA | CH2006-001 | Vascular exploration |
| Scissors | Felco, USA | FELCO 200A-50, Felco Professional Bypass Lopper | For sternotomy |
| A self-retractor | BD-V. Mueller, USA | AU19270 | SCHUKNECHT Self-Retaining Postauricular Retractor, |
| Sternal retractor | BD-V. Mueller, USA | CH6950-007 | Cooley sternal retractor |
| Pressure transducer (Millar Mikro-Tip, 5Fr) | Millar, USA | MillarMikro-Tip, SPR-350S | Assessment for pulmonary artery or venous pressure |
| AD instruments (PowerLab) | AD instruments, USA | PowerLab 16/35 | Pressure signal transduction |
| Umbilical tapes | Medline industries Inc., USA | U11 | For isolation and snaring of superior or inferior vena cava |
| Vessel loops | Aspen Surgical, USA | 3901, 3902 and 3904 | Isolation of vessels |
| Silk sutures, 2-0 | Ethicon US, LLC, USA | SA11G | For snare of superior or inferior vena cava |
| Ticron 2-0 | Covidien, USA | TicronTM suture | Vascular suture |
| Prolene, 7-0 | Covidien, USA | Surgipro II | Vascular suture |
| Prolene, 6-0 | Covidien, USA | Surgipro II | Vascular suture |
| Prolene, 4-0 | Covidien, USA | Surgipro II | Vascular suture |
| Prolene, 3-0 | Covidien, USA | Surgipro II | Vascular suture |
| Aortic cannula, 15-18 Fr | Medtronic, USA | Elongated-One-Piece-Arterial cannula 3D | Aortic cannula for setting of cardiopulmonary bypass |
| Venous cannula, 28Fr | Edwards Lifesciences | single stage | Venous cannula for setting of cardiopulmonary bypass |
References
- Mozzafarian, D., et al. American Heart Association Statistics Committee and Stroke Statistics Subcommittee. Heart disease and stroke statistics—2016 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 133 (4), e38-e360 (2016).
- Slaughter, M. S., et al. HeartMate II Investigators. Advanced heart failure treated with continuous-flow left ventricular assist device. N Engl J Med. 361 (23), 2241-2251 (2009).
- Fang, J. C. Rise of the Machines — Left Ventricular Assist Devices as Permanent Therapy for Advanced Heart Failure. N Engl J Med. 361, 2282-2285 (2009).
- Kirklin, J. K., et al. Seventh INTERMACS annual report: 15,000 patients and counting. J Heart Lung Transplant. 34 (12), 1495-1504 (2015).
- Leidenfrost, J., et al. Right ventricular assist device with membrane oxygenator support for right ventricular failure following implantable left ventricular assist device placement. Eur J Cardiothorac Surg. 49 (1), 73-77 (2016).
- Gerosa, G., Gallo, M., Bottio, T., Tarzia, V. Successful heart transplant after 1374 days living with a total artificial heart. Eur J Cardiothorac Surg. 49 (4), e88-e89 (2016).
- Pelletier, B., et al. System overview of the fully implantable destination therapy--ReinHeart-total artificial heart. Eur J Cardiothorac Surg. 47 (1), 80-86 (2015).
- Krabatsch, T., et al. Biventricular circulatory support with two miniaturized implantable assist devices. Circulation. 124, Suppl 11. S179-S186 (2011).
- Milano, C. A., Schroder, J., Daneshmand, M. Total Artificial Heart Replacement With 2 Centrifugal Blood Pumps. Oper Tech Thorac Cardiovasc Surg. 20 (3), 306-321 (2016).
- Strueber, M., et al. Placement of 2 implantable centrifugal pumps to serve as a total artificial heart after cardiectomy. J Thorac Cardiovasc Surg. 143 (2), 507-509 (2012).
