Summary
Här presenterar vi ett protokoll som använder två centrifugalpumpar som totalt konstgjort hjärta ersättning.
Abstract
Mekanisk cirkulatorisk support (MCS) har införts som ett alternativ till hjärttransplantation främst genom användning av inomkroppsligt ventrikulära hjälpa enheter (VADs) för stöd av vänster kammare. Dock garanterar vissa kliniska scenarion biventrikulär mekaniskt stöd. En strategi för vissa patienter är excision av både ventriklarna och implantation av två VAD pumpar som en totalt konstgjort hjärta (TAH). Detta har nyligen gjorts möjligt genom förbättringar i enheten design och små profilen av centrifugal enheter. Denna TAH strategi förblir experimentell med många viktiga utmaningar såsom enhetsinställningarna att balansera höger och vänster cirkulationen, orienteringen av enheterna och utflöde graften med deras inflytande på hemolys och stabilitet, och resultatet av kronisk-supporten med sådan en orientering. Detta protokoll syftar till att ge en reproducerbar metod för totalt konstgjort hjärta ersättning med två inomkroppsligt centrifugal VADs i en ko-modell.
Introduction
Det har varit ökningen av antalet patienter med hjärtsvikt, med en uppskattad 5,7 miljoner vuxna lider av detta villkor i Sverige dag1. Runt 300.000 patienter har end stage hjärtsvikt med en förväntad livslängd på mindre än ett år. Hjärttransplantation är fortfarande guldmyntfoten terapin för slutet skede hjärtsvikt, är den kraftigt begränsad av antalet tillgängliga donerade organ. MCS har införts som ett alternativ till hjärttransplantation särskilt genom användning av VADs2. VADs arbeta genom lossning vänster kammare och ge framåt flödet (stöds av en pump) direkt i den arteriella cirkulationen. VADs kan implanteras som en bro till transplantation samt en destination terapi för patienter som inte uppfyller kraven för en transplantation3. Eftersom deras FDA godkännande mindre än ett decennium sedan, har det årliga antalet VADs implanteras överträffat hjärtat transplantationen nummer, med siffran exponentiellt ökande4. I en undergrupp av patienter, är dock hjärtsvikt biventrikulär (dvs. som påverkar både den vänstra och högra ventrikeln) och helt enkelt stödja den vänstra ventrikeln ensam inte kan ge tillräcklig perfusion. I dessa situationer kräver höger kammare tillfälligt mekaniskt stöd5. Denna typ av ”RVAD” kräver användning av stora kanyler ansluten till en extrakorporeal pump som begränsar patienten till intensivvårdsavdelningen (IVA) medan ventrikeln återvinner. För en begränsad delmängd av patienter är ett annat alternativ en TAH6,7. Indikationerna för TAH användning är: en biventrikulär misslyckanden efter post-infarct, en ventrikeln septumdefekt (VSD), en svår restriktiv myopati som utesluter ventrikulära kanylering, och en misslyckad hjärttransplantation kräver kronisk stöd. Dock den nuvarande FDA godkänd TAH enheten är stor och kan inte användas i mindre patienter. Dessutom de pneumatiska förarna är betydande och begränsa rörligheten för patienten.
En experimentell strategi för vissa patienter är användningen av en andra VAD att stödja höger kammare8,9,10. I det här fallet både ventriklarna är censurerade och två VADs implanteras som en TAH. Detta har gjorts möjligt genom förbättringar i enheten design och krympningen av enhetsprofilen. Ny centrifugal VADs är mycket mindre, vilket möjliggör två VADs att implanteras bredvid varandra för att stödja både vänster och höger cirkulationen. Detta tillvägagångssätt är fortfarande experimentella med många viktiga utmaningar inklusive enhetsinställningarna att balansera höger och vänster cirkulationen, orienteringen av enheter och utflöde transplantat med deras inflytande på hemolys och andra biverkningar. Syftet med detta protokoll är att ge en reproducerbar inställning till TAH ersättning med två centrifugal VADs i en ko-modell.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Åldersmatchade (för blodgivning om det behövs) kalvar (vikt 80-90 kg) vårdas i djuranläggningen. Bostäder och alla behandling förfaranden utförs i enlighet med riktlinjerna i den djur vård och användning kommittén av Duke University Medical Center.
1. inledande av anestesi
- Efter fasta för 8 – 12 h, pre medicinera kalven med Telazol (4,5 mg/kg/intramuskulärt) och sedan administrera isofluran (1 – 4%) via en ansiktsmask.
- Placera kon i ryggläge på en uppvärmd tabell och intubation. Fixa extremiteter till tabellen med tunga band.
- Placera en intravenös kateter (14 – 20 gauge) i örat venen.
- Administrera diazepam (0,22 – 0,44 mg/kg/intravenöst) om tugga och svälja är mycket utbrett, eller om djuret biter på endotrakealtub (ET) röret. Dessutom administrera om det finns svårigheter med intubation för att underlätta luftvägarna exponering för intubation.
2. vitala funktioner och inställningar för centrala linje
- Börja mekanisk ventilation på tidal volym på 10 – 15 mL/kg och en skattesats på 20 – 25 bpm, med isofluran (0,5 – 4%) upprätthålls under hela förfarandet.
- Säkra ET‑tuben med band så att inga förändringar i rör position under operationen.
- Kontinuerligt övervaka syremättnad och hjärtfrekvenser i hela experimentet. Åtgärda eventuella svårigheter med ventilation eller syre mättnad (SaO2) omedelbart. Dessa kommer sannolikt att relateras till antingen rör position eller ventilatorns inställningar. Om det rör position, justera ET röret för att uppnå tillräcklig tidalvolymer.
3. centrala kärlaccessen
- Även om följande kan göras perkutant använder ultraljud vägledning, Använd en skära ner strategi för bättre kontroll någon lokal blödning när djuret är Antikoagulerat.
- Med luftstrupen som ett landmärke, raka hals päls (med hårklippningsmaskiner), och sterilisera området använder betadine. Gör en parallell linjär snitt 1 – 2 cm bort från luftstrupen och 20 cm från den manubrium använda no.10 blade skalpell.
- Dela sternocleidomastoideus och noggrant exponera de vänster gemensamma halspulsådern och inre halsvenen verktyget en elektrisk diatermi. Använd själv behålla upprullare för att med exponeringen. Behålla proximal och distal kontroll över både artären och venen med stor siden suturer (storlek 0 eller 1 silke) eller fartyget loopar.
- Cannulate vänster gemensamma halspulsådern med en 18 gauge kateter för blodtrycksmätning. De luft linjen, och om blödning uppstår, placera en 6-0 eller 7-0 polypropylen sutur i en handväska-strängen Mode runt katetern.
- Anslut tryckgivaren till konsolen och transduce Pressa vinkar in i programvaran under ”systemisk pressure”. Läsa och anteckna resultatet.
- Åt vänster inre halsvenen för både vätska och drug administration och tryckövervakning av centrala venösa. Anslut tryckgivaren till konsolen och transduce Pressa vinkar in i programvaran under ”centrala venösa trycket”. Läsa och anteckna resultatet.
- Säkra både linjer distalt till huden och bildskärmen. Spela baslinjen centrala venösa trycket (CVP) och arteriellt blodtryck.
4. Median sternotomi och hjärt Bypass (CPB)
- Palpera bröstbenet från manubrium till xiphoid att välja en plats i mittlinjen och markera med en steril kirurgiska markör. Rakar pälsen med en hårklippare och sterilisera området använder betadine. Applicera en steril kirurgiska draperi.
- Gör ett snitt med hjälp av en no.10 blad från manubrium ner till xiphoid.
- Använda en elektrisk diatermi verktyg dela upp pectoralis stora ner från bröstbenet, medan att vara perfekt i linje med mittlinjen använder manuell palpation av laterala kanterna på bröstbenet. Poäng mittlinjen på bröstbenet med hjälp av verktyget elektriska diatermi. Påbörja sternotomi från botten genom att dividera xiphoid med tunga saxar.
- Utöka sternotomi kraniellt med trädgård clippers. Efter varje snitt måste inspektera bröstbenet. Digital palpation under bröstbenet, och utföra trubbig dissektion för att hjärtat och lungorna avfalla från bröstbenet. Halvvägs genom sternotomi vissa korsning transversalis muskel kan uppstå och dessa delas med elektrisk diatermi.
- Slutföra sternotomi ända till manubrium. Var noga med för att bo längs mittlinjen som detta kommer att vara viktigt för läkning.
- Efter sternotomi är klar, uppnå hemostas genom poängsättning blödning muskel kanterna med verktyget elektriska diatermi. Applicera ben vax till märgen av bröstbenet att hjälpa till med någon kvarstående blödning.
- Identifiera bräss och ta bort den med verktyget elektriska diatermi. Ange hjärtsäck i en längsgående mode och reflektera från mellangärdet upp till aorta.
- Skapa en perikardiell vagga med fem 2-0 silk suturer tillnärma hjärtsäck på huden att dra hjärtat upp och stödja det. Välj alla hörn av öppnade hjärtsäcken och föra dem direkt anterior huden med hjälp av silk suturerna.
- Skapa en 3-tums-långa fönster mellan stora kroppspulsådern och lungartären genom att dissekera bindväven som möjliggör överföring av aorta cross klämman. Gälla en handväska-sträng 4-0 polypropylen suturen aorta ascendens på en plats som proximalt bifurkation.
- Runt om gratis den överlägsna vena cava (SVC) med trubbig dissektion och tillämpa en andra handväska sträng 3-0 polypropylen sutur. Upprätta systemisk heparinization med en initial dos på 300 U/kg för att uppnå en aktiverad koagulationstid (ACT) större än 400 s.
- När lagen om lämpliga uppnås, Använd en no.11 blad för att ange aorta och infoga en 18 Fr arteriell kanyl. De air kanylen och bifoga till den arteriella linjen av CPB. Nästa, placera en 28 Fr SVC kanyl i ständiga Veterinärkommittén, och starta en CPB.
- På partiell CPB, identifiera den sämre vena cava (IVC) och hål som beskrivs för ständiga Veterinärkommittén. Göra det samtidigt på bypass eftersom det möjliggör bättre hemodynamiska förvaltning måste tryck på hjärtat för exponeringen.
Obs: Det kan fortfarande finnas en potential för utveckling av hypotoni eftersom CPB är endast på som delvis stöd på denna punkt. Om hypotoni är upplevt, bör detta steg göras noggrant och höggs upp till låt djurets hjärta att fylla periodvis. - När IVC kanylen är ordentligt isatt, skarva in i huvudsakliga krets med en Y-kopplingen. Loop både SVC och IVC med navelsträngen tejp för att möjliggöra fullständig blod isolering från hjärtat.
5. Ventriculectomy
- Tag på full hjärt stöd, snara ner SVC och IVC med den tidigare tillämpade navelsträngen tejpen. Applicera en aorta cross klämma proximalt på aorta kanylering webbplats. När clamp position har bekräftats, börja ventriculectomy.
- Punktskatt ventrikulära vävnaden runt om 1-2 cm distalt om höger och vänster atrioventrikulärt spåret. Lämna kanten av ventrikulära muskel med den mitral och tricuspid annuli att tillhandahålla ytterligare stöd för implantation av swing ringarna.
- Transekt den sub valvulär apparati för mitral och tricuspid ventilerna som de påträffas.
- Punktskatt höger kammare utflöde tarmkanalen muskeln med höger kammare utflöde tarmkanalen (RVOT) inklusive excision av pulmonell ventil. Även punktskatt i vänster kammare utflöde tarmkanalen (LVOT), men bevara den bakre delen av aortaklaffen som en del av aorto-mitral gardinen.
- Dela interventricular septum senast. Identifiera öppningen av koronar sinus och ligera med 5-0 polypropylen suturer.
6. implantation av pumpar centrifugalen flöde (GFP)
- Använd pledgeted, avbrutna, 2-0 flätad suturer att säkra sömnad ringen till ventrikulära vävnad och mitralisklaffstenos annulus. Avsluta suturerna på epikardiell ytan av ventrikulära muskel fälgen och föra genom sömnad ringen. Denna teknik undviker ”bunching upp” av vävnad ovanför ringen som skulle störa coaptation ringen med pumpen.
- Använda en liknande strategi för att fästa sömnad ringen till höger kammare muskel rim och tricuspid annulus.
- Bifoga CFPs sömnad ringarna och säkra med standard låsmekanismen. Orient dessa för att tillåta åtkomst till låsmekanismen.
- Justera utflöde transplantat längd enligt orienteringen för val. När en ordentlig längd har identifierats, skär utflöde graften. Var noga med att inte göra transplantat för länge eftersom det kan orsaka veck.
- Använd kör 4-0 polypropylen suturer för att anastomose utflöde grafterna till aorta (för vänster hjärtat CFP) och lungartären (för rätt hjärtat CFP) på ett heltäckande sätt.
- Innan slutföra anastomoser, släpp tejpen på de SVC och IVC dränering kanyler och låt blod för att fylla pumpen höger och vänster, därmed börjar de airing. Placera en 18 gauge nål in i varje utflöde grafterna för ytterligare de vädring. Använda ventilatorn för att ge stor volym andetag för någon luft instängd i pulmonell venerna återvände och de sändes.
- Efter de vädring är klar, ta bort nålen och reparera webbplatsen med pledgeted 5-0 polypropylen suturer.
- Starta pumparna på ett lågt varvtal (3000 rpm) att möjliggöra framåt blodflödet, initialt med klämman fortfarande på plats. Ta bort aorta cross klämman och lämna några blodvolym om du vill ange pumparna.
- Gradvis öka pumpens varvtal som hjärt stöd är avvanda. Avsluta CPB och stödja blodcirkulationen helt av höger och vänster sida pumpar.
- Bestämma slutliga pumpens hastighetsinställningar av venös fyllning trycket på höger och vänster sida.
- Införa trycket katetrar direkt i lungartären och pulmonell venerna med en handväska-sträng 5-0 polypropylen sutur för att säkra dem på plats.
- Transduce tryck signaler till programvaran under etiketterna ”lungartären” och ”pulmonell ven”. Dessutom placera ultraljud flöde sonder runt aorta ascendens och de viktigaste lungartären.
Obs: Alla 4 kanaler bör nu aktiva: 1. ”systemisk pressure”, 2. ”centrala venösa trycket”, 3. ”lungartären” och 4. ”pulmonell ven”.
7. fastställande av biventrikulär Assist enhet flöde
- Samtidigt gradvis minskar CPB flödet, långsamt öka vänster GFP och sedan rätt GFP hastighet samtidigt som du alltid har en lägre rätt GFP hastighet än vänster GFP.
- Ägna stor uppmärksamhet åt den hemodynamiken, inklusive systemiska blodtrycket och CVP. Pulmonell overcirculation indikeras av icke-fysiologiskt trycket i lungpulsådern eller pulmonell ven.
- Så småningom öka vänster GFP och rätt GFP hastigheter för att uppnå ett flöde av 4 L/min på varje enhet och avvänja bort CPB. När hemodynamisk stabilitet uppnås, ta bort de SVC och IVC kanyler och knyta ner suturerna som handväska-sträng.
- Nästa, ta bort aorta kanylen och knyta ner handväska-sträng suturen. Avliva djuret genom att sakta vrida ner, och sedan stoppa båda gemensamma Fiskepolitiken pumparna samtidigt som djuret är under narkos.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Demonstreras i figur 1 är infästningen av Ringarnas sömnad. Figur 1A visar den ”bunching” av ventrikeln vävnad som kan skapa problem med pumpen fastsättning. Figur 1B representerar den rätta bifogade.
Figur 2 och figur 3 är två olika inriktningar av pumpar. I figur 2, är pumparna placerade så att utflödet grafterna är kort och avsluta direkt in i anslutna artärerna. I figur 3är pumparna orienterad så att utflödet grafterna av både rätt GFP och vänster gemensamma fiskeripolitiken rotera runt före att vara anastomoseras till lungartären och aorta, respektive. Det förblir obesvarad som orientering tillåter mindre ren stress på blod, och har bättre övergripande hemodynamiska profil för pumpen. Dessutom är det oklart vilken orientering möjliggör mindre veck.
Figur 1: Fastsättning av Ringarnas sömnad.
Panel A visar felaktiga fastsättning av rätt hjärtat ersättare sömnad ringen med ”klungade upp” ventrikulära vävnaden. Panel B visar rätt sömnad ring införlivande i ventrikulära vävnaden. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: direkt utflöde transplantat läggning visar direkt fastsättning av rätt hjärtat ersättning till lungartären och vänster hjärta ersättning till aorta. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: en annan orientering av utflödet grafter till lungartären och aorta. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I detta manuskript beskriver vi användningen av två centrifugal flöde VADs som en inomkroppsligt TAH. Denna teknik kanske mycket användbart för att studera effekten av konstgjord cirkulation på sekundära organ såsom lungor och lever. Dessutom kan det vara användbar för studie av de hemodynamiska förändringarna från olika inriktningar och postflödesscenarierna. De kritiska steg inom detta protokoll omfatta hur sömnad ringarna är kopplade till ventrikulära vävnaden samtidigt som den också innehåller de valvulär annuli för styrka. Det är viktigt att se till att detta utförs korrekt eftersom den påverkar enhet stabilitet. Dessutom är det viktigt att se till att utflödet grafterna mäts och skär på lämplig längd. Enheten instabilitet och utflöde ympa obstruktion representerar viktiga problem som kan uppstå om dessa två steg inte utförs noggrant.
Protokollet beskriver två olika metoder för att orientera utflöde grafterna som kan vara viktigt att undvika utflöde transplantat obstruktion. I den första orienteringen, är utflöde grafterna anslutna direkt till respektive stora fartyg i en riktning som är liknande till SynCardia totala konstgjorda hjärtat. I den andra riktningen rotera grafterna runt den andra VAD som är allmänt används i klinisk VAD fall.
Använder denna experimentella modell, kan man noggrant studera de hemodynamiska scenarier som är associerad med olika kombinationer av pump hastigheter, att avgöra hur man undviker obalansen av vänster och höger dubbelhäftande cirkulationer. Till exempel möjliggör direkta mätningar av aorta, lungartären och pulmonell ven trycket en realtid bedömning av övergripande hemodynamisk status för djuret. Detta kommer att vara ganska viktigt för att ställa in parametrarna rätt hastighet på pumpar för balanserad höger och vänster cirkulationer med: adekvat arteriell perfusionstrycket; normala pulmonell påtryckningar för att undvika risken för lungstas; och normala centrala venösa trycket att undvika njur- eller leverfunktion venösa överbelastning. I kliniskt tillgängliga enheter är ”flow” en beräknad parameter som inte mäts direkt. I detta protokoll, kommer att vi direkt mäta flödet i två platser för ytterligare exakt bedömning av hemodynamiken.
Sammanfattningsvis beskriver detta manuskript användningen av två pumpar centrifugalen flöde som en totalt konstgjort hjärta för inomkroppsligt biventrikulär byte i en ko-modell.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Detta arbete gjordes möjligt genom ett forskningsanslag från Abbot medicinska till Dr Milano.
Acknowledgments
Vi vill tacka Laura Janney och Abbot sjukvård för delfinansiering. Vi vill också tacka hertig Perfusion tjänster och stora djur kirurgiska kärnan för deras hjälp under drift.
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).
