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Medicine

两体内心室辅助装置作为全人工心脏的应用

doi: 10.3791/55961 Published: May 11, 2018

Summary

在这里, 我们提出了一个协议使用两个离心泵作为一个全人工心脏置换。

Abstract

机械循环支持 (MCS) 是一种可行的替代心脏移植主要通过使用体内心室辅助装置 (VADs), 以支持左心室。然而, 某些临床方案需要心室机械支持。对于一些患者来说, 其中一个策略是切除两脑室, 并将两个心室泵作为全人工心脏 (TAH) 植入。最近, 由于设备设计的改进和离心装置的小外形, 使得这一点成为可能。这种 TAH 方法仍然是实验的许多重要的挑战, 如设备设置平衡的权利和左循环, 设备的方向和流出移植物对溶血和稳定性的影响, 和结果使用这种方向的慢性支持。本协议旨在为奶牛模型中两体内离心 VADs 的全人工心脏置换提供一种可重现的方法。

Introduction

心力衰竭患者的数量有所增长, 据估计, 目前美国有570万成年人患有这种情况, 今天为1。约30万例患者终末期心力衰竭, 预期寿命不到一年。虽然心脏移植仍然是治疗终末期心力衰竭的金本位疗法, 但它受现有捐献器官数量的限制很大。MCS 作为心脏移植的一种可行的替代方案, 特别是通过使用 VADs2来实施。VADs 工作通过卸载左心室和提供向前流动 (由泵支持) 直接进入动脉循环。VADs 可能被植入为一座桥梁移植, 以及一个目的地治疗的病人, 不符合移植的3。自从他们的 FDA 批准不到十年前, 每年的 VADs 植入的数量已经超过心脏移植的数字, 这个数字呈指数递增的4。然而, 在患者的一个子集, 心力衰竭是心室 (i. e. 影响左、右心室), 仅支持左心室可能无法提供足够的灌注。在这种情况下, 右心室需要临时机械支持5。这种类型的 "RVAD" 需要使用大型套管连接到一个体外循环泵, 限制病人的重症监护病房 (ICU), 而心室恢复。对于有限的病人子集, 另一个选项是 TAH67。TAH 使用的适应症是: 后梗塞后心室失败, 心室间隔缺损 (VSD), 严重限制性肌病, 排除心室插管, 和失败的心脏移植需要长期支持。然而, 目前 FDA 批准的 TAH 设备很大, 不能用于较小的患者。此外, 气动驱动程序也相当可观, 限制了病人的机动性。

对于某些患者, 一个实验性的策略是使用第二个辅助心室来支持右侧脑室8,9,10。在这种情况下, 两个心室被切除, 两个 VADs 作为 TAH 植入。由于设备设计的改进和设备配置文件的收缩, 使得这一点成为可能。新的离心 VADs 更小, 允许两个 VADs 被植入相邻, 以支持左和右循环。这种方法仍然是实验的许多重要的挑战, 包括设备设置平衡的权利和左循环, 设备的方向和流出的影响对溶血和其他不利事件。本协议的目的是为奶牛模型中的两个离心 VADs 提供一种可重现的 TAH 替换方法。

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Protocol

年龄匹配 (为献血如果需要) 小牛 (重量80–90公斤) 在动物设施被关心。住房和所有治疗程序都是按照杜克大学医学中心动物护理和使用委员会的指导方针进行的。

1. 麻醉的启动

  1. 禁食后 8–12 h, 前用药小牛与 Telazol (4.5 毫克/千克/肌肉), 然后管理异氟醚 (1–4%) 通过口罩。
  2. 把母牛放在一个被加热的桌子和插管的仰卧位置。用沉重的领带把四肢固定在桌子上。
  3. 将静脉导管 (14–20计) 放置在耳静脉内。
  4. 管理安定 (0.22–0.44 毫克/千克/静脉注射) 如果咀嚼和吞咽是非常普遍的, 或如果动物是咬在气管管 (ET) 管。此外, 如果插管有困难, 以帮助促进气管插管。

2. 生命体征和中心线设置

  1. 在10–15毫升/千克的潮汐量和 20–25 bpm 的速率下启动机械通气, 并在整个过程中保持异氟醚 (0.5–4%)。
  2. 使用连接保护 ET 管, 确保在操作过程中不改变管位。
  3. 持续监测整个实验中的氧饱和度和心率。立即处理通风或氧气饱和 (2) 的任何困难。这些都可能与管位置或呼吸机设置有关。如果是管位置, 调整 ET 管以达到足够的潮汐量。

3. 中央血管通路

  1. 虽然以下可能是经皮使用超声引导, 使用削减的方法, 以更好地控制任何地方出血, 一旦动物抗凝。
  2. 使用气管作为地标, 剃去颈部毛皮 (用发剪刀), 并使用 betadine 消毒区域。用一条10刃手术刀做一个平行的线性切口, 从气管到胸骨20厘米。
  3. 用电动烧灼工具将胸锁乳突分离, 并小心暴露左颈总动脉和颈内静脉。使用自我保留的牵引器来帮助暴露。用大丝缝线 (0 或1丝) 或血管循环维持动脉和静脉的近端和远端控制。
  4. Cannulate 左颈总动脉用18口径导管进行血压监测。脱空气的线, 如果遇到出血, 将6-0 或7-0 聚丙烯缝合在一个钱包字符串的方式周围的导管。
    1. 将压力传感器连接到控制台, 并在 "系统压力" 下将压力波形传感器到软件中。读取并记录输出。
  5. 进入左颈内静脉的液体和药物管理和中心静脉压力监测。将压力传感器连接到控制台, 并在 "中心静脉压力" 下将压力波传感器到软件中。读取并记录输出。
  6. 将两条线路远端固定在皮肤和显示器上。记录基线中心静脉压 (CVP) 和动脉血压。

4. 中位胸骨和体外循环术 (CPB)

  1. 触及从胸骨到剑突的胸骨, 选择中线上的斑点, 用无菌手术标记标记。用发夹刮毛, 用 betadine 消毒。应用无菌的手术悬垂。
  2. 使用从胸骨到剑突的10刀片进行切口。
  3. 使用电动烧灼工具将胸大肌从胸骨中分离出来, 同时用胸骨侧缘的手动触诊与中线完全对准。使用电动烧灼工具得分的胸骨中线。从底部开始胸骨, 将剑突与重剪刀分开。
  4. 将胸骨头侧与花园式快船延伸。每次切除后检查胸骨。在胸骨下进行数字触诊, 并进行钝性解剖, 帮助心脏和肺部从胸骨脱落。中途通过胸骨一些交叉腹横肌肉可能会遇到, 这些是分裂使用电烧灼。
  5. 完成胸骨所有的方式到胸骨。注意保持沿中线, 这将是重要的愈合。
  6. 胸骨完成后, 通过电动烧灼工具, 通过对出血肌肉边缘的评分, 实现止血。应用骨蜡在胸骨的骨髓, 以帮助任何残留出血。
  7. 用电动烧灼工具识别胸腺并将其取出。以纵向方式进入心包, 从隔膜到主动脉反射。
    1. 创建一个心包摇篮使用五2-0 丝缝合接近心包到皮肤, 拉心脏和支持它。选择打开的心包的所有角落, 并把他们直接在皮肤前使用丝缝线。
  8. 在主动脉和肺动脉之间创建一个3英寸长的窗口, 通过解剖结缔组织, 以允许通过主动脉交叉钳。将一个钱包字符串4-0 聚丙烯缝合到上升主动脉在一个位置近的分岔。
  9. 圆周用钝夹层释放上腔静脉 (SVC), 并应用第二包3-0 聚丙烯缝合线。建立系统性肝素化使用初始剂量 300 U/千克, 以达到活化凝血时间 (行为) 大于400s。
  10. 一旦达到适当的行为, 使用11刀片进入主动脉, 并插入18法郎动脉插管。将套管脱气并附着在体外循环动脉线上。接下来, 在 svc 中放置一个28法郎的 svc 套管, 然后开始一个体外循环。
  11. 在部分体外循环时, 确定 SVC 所描述的下腔静脉和 cannulate。这样做, 而在旁路, 因为它允许更好的血液动力学管理, 鉴于需要推动心脏的暴露。
    注: 由于体外循环仅在这一点上得到部分支持, 可能仍有发展低血压的潜力。如果低血压是有经验的, 这一步应该做仔细和打破, 让动物的心脏间歇性地填充。
  12. 一旦静脉插管安全地插入, 使用 Y 连接器拼接到主电路。循环的 SVC 和静脉与脐磁带, 以使完整的血液隔离从心脏。

5. Ventriculectomy

  1. 在全心肺支持下, 用以前应用的脐带诱捕 SVC 和下腔静脉。在主动脉插管部位应用主动脉交叉钳。一旦钳位已确认, 启动 ventriculectomy。
  2. 将心室组织圆周1-2 厘米远端至右、左房室沟。将心室肌的边缘与二尖瓣和三尖瓣套管, 为摆动环的植入提供进一步支持。
  3. 横断面的二尖瓣和三尖瓣的子瓣膜 apparati, 因为他们遇到。
  4. 用右心室流出道 (RVOT) 对右心室流出道肌进行切除, 包括肺瓣膜摘除术。此外, 保留左心室流出道 (LVOT), 但保持主动脉瓣的后部, 作为主动脉-二尖瓣帷幕的一部分。
  5. 室隔膜最后。用5-0 聚丙烯缝线鉴别冠状窦和结扎的孔。

6. 离心式流量泵 (CFP) 的植入

  1. 使用 pledgeted, 中断, 2-0 编织缝合, 以确保缝纫环的心室组织和二尖瓣环。退出心室肌环的心外膜表面缝合, 并通过缝纫环。这种技术避免了环上的组织 "聚束", 这将干扰缝合的环与泵。
  2. 使用类似的方法将缝纫环连接到右心室肌环和三尖瓣环。
  3. 将 CFPs 连接到缝纫环上, 并使用标准锁紧机构进行安全保护。将其定向到允许访问锁定机制。
  4. 根据选择的方向调整流出物的长度。一旦确定了适当的长度, 就切断流出物。注意不要使移植物过长, 因为这可能导致扭结。
  5. 使用运行4-0 聚丙烯缝合吻合的流出移植到主动脉 (左心 CFP) 和肺动脉 (为右心 CFP) 结束时尚。
  6. 在完成吻合术前, 在 SVC 和静脉引流套管上释放胶带, 并允许血液填满右、左泵, 从而开始脱晾过程。将一根18口径的针放入每个流出物中, 以便进一步进行脱风口。使用呼吸机提供大容量呼吸, 以允许任何被困在肺静脉的空气被返回和取消播出。
    1. 清除完后, 取出针, 用 pledgeted 5-0 聚丙烯缝线修复现场。
  7. 启动泵以低转速 (3000 rpm), 以允许前血流量, 最初与钳位仍然到位。取出主动脉交叉钳, 留一些血量进入泵。
  8. 随着心肺支持的断奶, 泵浦速度逐渐提高。终止体外循环, 完全支持右侧和左侧泵的循环。
  9. 通过右侧和左侧的静脉充填压力确定最终的泵速设置。
  10. 将压力导管直接插入肺动脉和肺静脉, 使用5-0 的包线聚丙烯缝合, 以确保它们到位。
  11. 传感器压力信号对软件在标签之下 "肺动脉" 并且 "肺静脉"。另外, 在升主动脉和主肺动脉周围放置超声流量探头。
    注: 所有4通道现在应该是活跃的: 1. "全身压力", 2. "中心静脉压力", 3. "肺动脉" 和4。"肺静脉"。

7. 建立心室辅助装置流程

  1. 在逐渐减少体外循环流量的同时, 慢慢增加左 CFP, 然后右 CFP 速度, 同时始终保持右下 CFP 速度比左 CFP。
  2. 仔细注意血液动力学, 包括全身血压和 CVP。肺 overcirculation 由肺动脉或肺静脉非生理压力指示。
  3. 最后, 增加左 CFP 和右 CFP 速度, 以达到每一个设备4升/分钟的流量, 并摆脱体外循环。一旦达到血流动力学的稳定性, 取出 SVC 和静脉套管, 并栓在钱包线缝合。
  4. 下一步, 取出主动脉插管, 并把钱包绳缝合。弄死在动物被麻醉时, 慢慢地向下翻转, 然后停止 CFP 泵。

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Representative Results

图 1中演示的是缝纫环的附件。图 1A显示了可能造成泵附件问题的脑室组织的 "群聚"。图 1B表示正确的附件。

图 2图 3是泵的两个不同方向。在图 2中, 泵处于定位状态, 因此流出的移植物是短的, 并直接出口到连接的动脉中。在图 3中, 泵的方向是使右侧 CFP 和左 CFP 的流出物在与肺动脉和主动脉吻合之前旋转。它仍然没有答案, 哪个方向允许不太纯粹的压力, 血液, 并有更好的整体血流动力学剖面的泵。此外, 目前还不清楚哪个方向可以减少扭结。

Figure 1
图 1: 缝合环的附件。
面板 A 显示正确的附件的右心更换缝纫环与 "束" 心室组织。小组 B 显示正确的缝合环纳入心室组织。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 2
图 2: 直接流出移植物方向, 表明直接附着右心置换至肺动脉和左心置换至主动脉.请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 3
图 3: 流向肺动脉和主动脉的流出物的不同方向.请单击此处查看此图的较大版本.

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Discussion

在这篇手稿中, 我们描述了使用两个离心流 VADs 作为一个体内 TAH。这项技术也许对研究人工循环对肺和肝脏等次生器官的影响非常有用。此外, 它可能有助于研究不同的泵方向和流动情况下的血流动力学变化。本协议中的关键步骤涉及如何将缝纫环连接到心室组织, 同时也纳入瓣膜套管的力量。确保正确执行此操作是非常关键的, 因为这会影响设备的稳定性。此外, 重要的是要确保流出物的测量和削减在适当的长度。设备不稳定性和流出物梗阻是指如果不仔细执行这两个步骤, 可能会发生的重要问题。

该议定书描述了两种不同的方法来定向外流移植, 这可能是重要的, 以避免流出移植物梗阻。在第一个方向, 流出的移植物直接连接到各自的大血管的方向类似的辛卡迪亚总人工心脏。在第二个方向上, 移植的旋转周围的其他心室, 是通常使用的临床病例。

利用这一实验模型, 我们可以仔细研究不同泵速组合的血流动力学情况, 以确定如何避免左右侧环流失衡。例如, 直接测量主动脉、肺动脉和肺静脉压力, 可以实时评估动物的全身血流动力学状况。这将是非常重要的设置正确的速度参数的水泵, 以允许平衡的权利和左循环与: 充分的动脉灌注压力;正常的肺动脉压力, 以避免肺部充血的可能性;和正常的中心静脉压力, 以避免肾脏或肝静脉充血。在临床上可用的设备中, "流" 是一个不直接测量的计算参数。在本议定书中, 我们将直接测量两个位置的流量, 以进一步精确评估血流动力学。

总之, 这篇手稿描述了使用两个离心流泵作为一个整体人工心脏体内心室替代奶牛模型。

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Disclosures

这项工作是通过从方丈医学到米兰博士的研究补助金得以实现的。

Acknowledgments

我们要感谢劳拉 Janney 和方丈医疗部分资金。我们还要感谢公爵灌注服务和大型动物外科核心在手术中的帮助。

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

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References

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Kirklin, J. K., et al. Seventh INTERMACS annual report: 15,000 patients and counting. J Heart Lung Transplant. 34, (12), 1495-1504 (2015).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Krabatsch, T., et al. Biventricular circulatory support with two miniaturized implantable assist devices. Circulation. 124, Suppl 11. S179-S186 (2011).
  9. 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).
  10. 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).
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Cite this Article

Bishawi, M., Roan, J. N., Richards, J., Brown, Z., Blue, L., Daneshmand, M. A., Schroder, J. N., Bowles, D. E., Milano, C. A. Use of Two Intracorporeal Ventricular Assist Devices As a Total Artificial Heart. J. Vis. Exp. (135), e55961, doi:10.3791/55961 (2018).More

Bishawi, M., Roan, J. N., Richards, J., Brown, Z., Blue, L., Daneshmand, M. A., Schroder, J. N., Bowles, D. E., Milano, C. A. Use of Two Intracorporeal Ventricular Assist Devices As a Total Artificial Heart. J. Vis. Exp. (135), e55961, doi:10.3791/55961 (2018).

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