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Medicine

Utilizzo di due dispositivi di assistenza ventricolare intracorporea come un cuore artificiale totale

doi: 10.3791/55961 Published: May 11, 2018

Summary

Qui, presentiamo un protocollo utilizzando due pompe centrifughe come sostituto del cuore artificiale totale.

Abstract

Supporto circolatorio meccanico (MCS) è stato introdotto come una valida alternativa al trapianto di cuore principalmente attraverso l'uso di intracorporea ventricolare assistere dispositivi (VADs) per il supporto del ventricolo sinistro. Tuttavia, alcuni scenari clinici garantiscono supporto meccanico a due ventricoli. Una strategia per alcuni pazienti è l'asportazione di entrambi i ventricoli e l'impianto di due pompe di VAD come un cuore artificiale totale (TAH). Ciò è recentemente stato reso possibile dai miglioramenti nella progettazione del dispositivo e il piccolo profilo di dispositivi centrifughi. Questo approccio TAH rimane sperimentale con molte sfide importanti come ad esempio le impostazioni del dispositivo per bilanciare la circolazione a destra e a sinistra, l'orientamento dei dispositivi e l'innesto di deflusso con la loro influenza su emolisi e stabilità e l'esito della supporto cronico utilizzando tale orientamento. Questo protocollo mira a fornire un approccio riproducibile per la sostituzione del cuore artificiale totale con due intracorporea VADs centrifuga in un modello di mucca.

Introduction

C'è stata una crescita nel numero di pazienti con insufficienza cardiaca, con un stimato 5,7 milioni per adulti affetti da questa condizione in Stati Uniti d'America oggi1. Circa 300.000 pazienti hanno fine fase insufficienza cardiaca con un'aspettativa di vita di meno di un anno. Mentre il trapianto del cuore rimane la terapia gold standard per infarto di stadio finale, è notevolmente limitato dal numero di organi disponibili. MCS è stato introdotto come una valida alternativa al trapianto di cuore soprattutto attraverso l'uso di VADs2. VADs lavoro scarico il ventricolo sinistro e fornendo flusso di andata (supportato da una pompa) direttamente nella circolazione arteriosa. VAD può essere impiantato come ponticello a trapianto, nonché una terapia di destinazione per i pazienti che non si qualificano per un trapianto3. Da loro approvazione FDA meno di un decennio fa, il numero annuo di VAD impiantato ha superato i numeri di trapianto di cuore, con questo numero esponenzialmente crescente4. Tuttavia, in un sottogruppo di pazienti, l'insufficienza cardiaca è a due ventricoli (cioè. che interessa il ventricolo di sinistro e destro) e semplicemente sostenere il ventricolo sinistro da solo non può fornire un'adeguata perfusione. In queste situazioni, il ventricolo di destra richiede supporto meccanico temporaneo5. Questo tipo di "RVAD" richiede l'utilizzo di cannule grande collegato ad una pompa extracorporea che limita il paziente di terapia intensiva (ICU), mentre il ventricolo recupera. Per un sottoinsieme limitato di pazienti, un'altra opzione è un TAH6,7. Le indicazioni per l'utilizzo di TAH sono: un guasto a due ventricoli dopo post infarto, un difetto settale del ventricolo (VSD), una grave miopatia restrittiva che preclude l'inserimento di una canula ventricolare e un trapianto di cuore non riuscita che richiedono supporto cronica. Tuttavia, l'attualmente approvato dalla FDA TAH dispositivo è grande e non può essere utilizzato in pazienti più piccoli. Inoltre, i driver pneumatici sono ridimensionabili e limitano la mobilità del paziente.

Una strategia sperimentale per alcuni pazienti è l'uso di un secondo VAD per supportare il ventricolo destro8,9,10. In questo scenario, entrambi i ventricoli sono asportati e due VADs vengono impiantati come un TAH. Questo è stato reso possibile dai miglioramenti nella progettazione del dispositivo e il restringimento del profilo dispositivo. Nuovo centrifugo VAD sono più piccole, permettendo per due VADs essere impiantato uno accanto a altro a sostenere sia la circolazione a destra e sinistra. Questo approccio rimane sperimentale con molte sfide importanti tra cui le impostazioni del dispositivo per bilanciare la circolazione di destra e di sinistra, l'orientamento dei dispositivi e deflusso dell'innesto con la loro influenza su emolisi e altri eventi avversi. Lo scopo del presente protocollo è quello di fornire un approccio riproducibile per sostituzione TAH con due VADs centrifughe in un modello di mucca.

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Protocol

Pari età (per la donazione di sangue se necessario) vitelli (80 – 90 kg di peso) sono curati nella struttura degli animali. Alloggiamento e tutte le procedure di trattamento sono effettuate conformemente agli orientamenti della cura degli animali e uso Comitato della Duke University Medical Center.

1. l'inizio dell'anestesia

  1. Dopo il digiuno per 8 – 12 h, pre-medicare il vitello con Telazol (4,5 mg/kg/per via intramuscolare) e quindi amministrare isoflurano (1 – 4%) via una maschera.
  2. Posizionare la mucca in posizione supina su un lettino riscaldato e intubare. Fissare le estremità alla tabella utilizzando legami pesanti.
  3. Posizionare un catetere endovenoso (calibro 14 – 20) nella vena dell'orecchio.
  4. Amministrare il diazepam (0,22 – 0,44 mg/kg per via endovenosa) se la masticazione e la deglutizione sono altamente prevalenti, o se l'animale sta mordendo sul tubo endotracheale (ET). Inoltre, amministrare se c'è difficoltà con intubazione per facilitare l'esposizione della via aerea per l'intubazione.

2. segni vitali e le impostazioni della riga centrale

  1. Iniziare la ventilazione meccanica a un volume corrente di 10 – 15 mL/kg e una frequenza di 20 – 25 bpm, con isoflurano (0,5 – 4%) mantenuto durante tutta la procedura.
  2. Fissare il tubo ET usando i legami affinché nessun cambiamento nella posizione del tubo durante l'operazione.
  3. Monitorare costantemente la saturazione dell'ossigeno e la frequenza cardiaca in tutto l'esperimento. Affrontare qualsiasi difficoltà con saturazione di ventilazione o ossigeno (SaO2) immediatamente. Questi saranno probabilmente collegati alla posizione del tubo, o le regolazioni del ventilatore. Se si tratta di tubo posizione, regolare il tubo ET per ottenere adeguati volumi correnti.

3. centrale accesso vascolare

  1. Anche se il seguente può essere fatto in modo percutaneo utilizzando la guida ecografica, uso un taglio verso il basso avvicinano per controllare meglio eventuali emorragie locali una volta che l'animale è anticoagulato.
  2. Utilizzando la trachea come punto di riferimento, radere il pelo del collo (con tosatrici) e sterilizzare la zona usando betadine. Fare un'incisione lineare parallela 1-2 cm dalla trachea e 20 cm dal manubrio usando un bisturi a lama n ° 10.
  3. Dividere lo sternocleidomastoideo e attentamente esporre l'arteria carotide comune sinistra e la vena giugulare interna utilizzando un tool di cauterio elettrico. Utilizzare un retrattore diconservazione per aiutare con l'esposizione. Mantenere il controllo prossimale e distale del sia l'arteria e la vena con grandi punti di sutura seta (seta taglia 0 o 1) o lacci vascolari.
  4. Incannulare l'arteria carotide comune sinistra con un catetere di calibro 18 per monitoraggio della pressione arteriosa. De-aria la linea e se viene rilevato il sanguinamento, collocare una sutura in polipropilene 6-0 o 7-0 in una moda borsa-stringa intorno al catetere.
    1. Collegare il trasduttore di pressione alla console e trasduce l'onda di pressione nel software sotto "pressione sistemica". Leggere e registrare l'output.
  5. Accedere alla vena giugulare interna sinistra per gestione della droga e fluido e monitoraggio pressione venosa centrale. Collegare il trasduttore di pressione alla console e trasduce l'onda di pressione nel software sotto "pressione venosa centrale". Leggere e registrare l'output.
  6. Fissare entrambe le linee distalmente alla pelle e monitor. Registrare la pressione venosa centrale (CVP) di base e la pressione arteriosa.

4. mediana Sternotomy ed esclusione cardiopolmonare (CPB)

  1. Palpare lo sterno dal manubrio al xifoideo per scegliere un posto nel midline e segnare con un pennarello chirurgico sterile. Radere il pelo con un tagliatore di capelli e sterilizzare la zona usando betadine. Applicare un telo chirurgico sterile.
  2. Fare un'incisione con una lama n ° 10 da manubrio verso il basso per il xifoideo.
  3. Utilizzare uno strumento di cauterio elettrico per dividere il pettorale giù dallo sterno, pur essendo perfettamente allineate alla linea mediana mediante palpazione manuale dei bordi laterali dello sterno. Segnare la linea mediana dello sterno utilizzando il tool di cauterio elettrico. Iniziare la sternotomia dal fondo dividendo il xifoideo con forbici pesanti.
  4. Estendere la sternotomia cephalad con giardino clippers. Dopo ogni taglio, ispezionare lo sterno. Eseguire la palpazione digitale sotto lo sterno ed eseguire una dissezione smussa per aiutare il cuore ed il polmone allontani lo sterno. Midway attraverso la sternotomia qualche muscolo trasversalis incrocio può essere incontrato e questi sono divisi utilizzando cauterio elettrico.
  5. Completare lo sternotomy fino al manubrio. Fare attenzione a rimanere lungo la linea mediana in quanto questo sarà importante per la guarigione.
  6. Una volta completata la sternotomia, ottenere l'emostasi segnando i bordi di muscolo sanguinamento con lo strumento di cauterio elettrico. Applicare la cera dell'osso il midollo dello sterno per aiutare con qualsiasi residuo di spurgo.
  7. Identificare il timo e rimuoverlo utilizzando lo strumento elettrico cauterio. Immettere il pericardio in modo longitudinale e riflettere dal diaframma fino all'aorta.
    1. Creare una culla pericardica con cinque 2-0 punti di sutura seta approssimando il pericardio alla pelle per sollevare il cuore e supportarlo. Scegliere tutti gli angoli del pericardio aperto e portarli direttamente anteriore della pelle utilizzando le suture di seta.
  8. Creare una finestra di 3-pollice-lungo fra l'aorta e l'arteria polmonare di tessuto connettivo per consentire il passaggio del morsetto trasversale aortico di dissezione. Applicare una borsa-stringa sutura in polipropilene 4-0 all'aorta ascendente in posizione prossimale alla biforcazione.
  9. Circonferenzialmente gratuita mediante dissezione smussa la vena cava superiore (SVC) e applicare una seconda sutura in polipropilene di stringa 3-0 borsa. Stabilire eparinizzazione sistemica utilizzando una dose iniziale di 300 U/kg per raggiungere un tempo di coagulazione attivato (ACT) maggiore di 400 s.
  10. Una volta ottenuta l'atto appropriato, utilizzare una lama n. 11 per immettere l'aorta e inserire una cannula arteriosa di 18 Fr. De-aria la cannula e collegare la linea arteriosa di CPB. Successivamente, inserire una cannula di SVC Fr 28 nello SVC e avviare un CPB.
  11. Mentre il CPB parziale, identificare la vena cava inferiore (IVC) e incannulare come descritto per il SVC. Farlo mentre il bypass in quanto esso permette un migliore gestione emodinamica data la necessità di spingere il cuore per l'esposizione.
    Nota: Ci può essere ancora un potenziale per lo sviluppo di ipotensione poiché CPB è solo su come supporto parziale a questo punto. Se l'ipotensione è vissuto, questo passaggio dovrebbe essere fatto con attenzione e demolito per permettere il cuore dell'animale riempire in modo intermittente.
  12. Una volta che sia saldamente inserita la cannula IVC, giuntura nel circuito principale utilizzando un connettore a Y. Loop sia la SVC e IVC con nastro ombelicale per consentire per l'isolamento completo del sangue dal cuore.

5. Ventriculectomy

  1. Mentre supporto completo cardiopolmonare, rullante giù la SVC e IVC utilizzando il nastro ombelicale applicato in precedenza. Applicare un morsetto a croce aortico prossimale al sito di inserimento di una canula aortico. Una volta confermata la posizione di serraggio, avviare il ventriculectomy.
  2. Asportare il tessuto ventricolare circonferenzialmente 1-2 cm distalmente alla scanalatura atrioventricolare destra e sinistra. Lasciare il bordo del muscolo ventricolare con la mitrale e tricuspide annuli per fornire ulteriore supportano per l'impianto degli anelli dell'oscillazione.
  3. Transetto, il sub-valvolare apparati per le valvole mitrale e tricuspide come essi vengono rilevati.
  4. Asportare il muscolo del tratto di deflusso ventricolo di destra con il tratto di efflusso del ventricolo destro (RVOT) compreso l'asportazione della valvola polmonare. Inoltre, asportare il tratto di efflusso ventricolare sinistro (LVOT), ma conserva l'aspetto posteriore della valvola aortica come parte della Cortina di aorto-mitrale.
  5. Dividere il setto interventricular Ultima. Identificare l'orifizio del seno coronario e legare con punti di sutura in polipropilene 5-0.

6. l'impianto di pompe centrifughe (PCP)

  1. Uso pledgeted, interrotto, 2-0 suturare intrecciati per garantire l'anello cucito all'anulus della valvola mitrale e del tessuto ventricolare. Uscire le suture sulla superficie dell'epicardio del bacino del muscolo ventricolare e portare attraverso l'anello di cucito. Questa tecnica evita "accumolo up" del tessuto sopra l'anello che interferirebbe con il coaptation dell'anello con la pompa.
  2. Utilizzare un approccio simile per fissare l'anello cucito all'anulus ventricolo destro muscolo rim e tricuspide.
  3. Collegare il CFPs agli anelli da cucire e fissare con il meccanismo di chiusura standard. Orientare questi per consentire l'accesso al meccanismo di bloccaggio.
  4. Regolare la lunghezza dell'innesto di deflusso secondo l'orientamento della scelta. Una volta individuata una giusta lunghezza, tagliare l'innesto di deflusso. Fare attenzione a non fare l'innesto troppo lungo che può causare attorcigliamenti.
  5. Utilizzare in esecuzione di suture in polipropilene 4-0 per anastomotizzare gli innesti di deflusso per l'aorta (per il cuore sinistro CFP) e l'arteria polmonare (per il cuore destro CFP) in modo alla fine.
  6. Prima di completare l'anastomosi, rilasciare il nastro le cannule di drenaggio SVC e IVC e permettono al sangue di riempire la pompa di destra e di sinistra, iniziando così il processo di-aerazione. Inserire un ago calibro 18 ciascuno degli innesti deflusso per ulteriore de-aerazione. Utilizzare il ventilatore per fornire respiri di grande volume per consentire qualsiasi aria intrappolata nelle vene polmonari per essere restituito e de-in onda.
    1. Al termine della de-aerazione, rimuovere l'ago e riparare il sito utilizzando pledgeted suture in polipropilene 5-0.
  7. Avviare le pompe ad una velocità di basso numero di giri (giri/min 3.000) per consentire il flusso sanguigno in avanti, inizialmente con il morsetto ancora al suo posto. Rimuovere il morsetto a croce aortico e lasciare qualche volume di sangue per entrare le pompe.
  8. Aumentare gradualmente la velocità della pompa come il supporto cardiopolmonare è svezzato. Terminare il CPB e sostenere la circolazione interamente dalle pompe lato destro e sinistro.
  9. Determinare le impostazioni di velocità finale pompa le pressioni di riempimento venoso sul lato destro e sinistro.
  10. Introdurre i cateteri pressione direttamente nell'arteria polmonare e vene polmonari utilizzando una borsa-stringa sutura in polipropilene 5-0 per fissarli in posizione.
  11. Trasdurre segnali di pressione al software sotto le etichette "arteria polmonare" e la "vena polmonare". Inoltre, posizionare sonde di portata a ultrasuoni intorno l'aorta ascendente e l'arteria polmonare principale.
    Nota: Tutti i 4 canali dovrebbero essere attivi: 1. "la pressione sistemica", 2. "pressione venosa centrale", 3. "arteria polmonare" e 4. "vena polmonare".

7. istituzione del flusso dispositivo biventricolare Assist

  1. Riducendo gradualmente il flusso CPB, aumentare lentamente la PCP di sinistra e quindi la giusta velocità di PCP pur sempre mantenendo una velocità più bassa di PCP giusta che PCP sinistra.
  2. Prestare particolare attenzione per l'emodinamica, tra cui la pressione arteriosa sistemica e CVP. Overcirculation polmonare è indicato dalle pressioni non fisiologica nell'arteria polmonare o della vena polmonare.
  3. Alla fine, aumentare la sinistra PCP e velocità di PCP destra per raggiungere una portata di 4 L/min su ogni dispositivo e svezzare fuori il CPB. Una volta ottenuta la stabilità emodinamica, togliere le cannule SVC e IVC e legare giù le suture della borsa-stringa.
  4. Successivamente, rimuovere la cannula aortica e legare giù la sutura. Eutanasia animale girando lentamente verso il basso, e quindi l'arresto entrambe le pompe PCP mentre l'animale è sotto anestesia.

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Representative Results

Dimostrato in Figura 1 è l'attaccamento degli anelli da cucire. Figura 1A Mostra la "lega" del tessuto ventricolo che può creare un problema con il collegamento della pompa. Figura 1B rappresenta il fissaggio corretto.

Figura 2 e Figura 3 sono due diversi orientamenti delle pompe. Nella Figura 2, le pompe sono posizionate in modo che gli innesti di deflusso sono brevi e uscire direttamente nelle arterie collegate. Nella Figura 3, le pompe sono orientate in modo che gli innesti di deflusso sia del CFP destra e sinistra CFP ruotano intorno prima di essere anastomizzato all'arteria polmonare e aorta, rispettivamente. Rimane senza risposta quale orientamento consente meno stress puro sul sangue, e ha la meglio il profilo emodinamico nel complesso per la pompa. Inoltre, non è chiaro quale orientamento consente meno attorcigliamento.

Figure 1
Figura 1: Attaccamento degli anelli da cucire.
Pannello A viene illustrato allegato errato dell'anello cucito cuore destro sostituzione con il tessuto ventricolare "fascio up". Pannello B dimostra l'incorporazione di anello cucito corretta nel tessuto ventricolare. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2: diretto orientamento dell'innesto di deflusso che dimostrano il collegamento diretto della sostituzione del cuore destro per l'arteria polmonare e la sostituzione di sinistra del cuore all'aorta. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3: un orientamento diverso del deflusso innesti per l'arteria polmonare e aorta. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Discussion

In questo manoscritto, descriviamo l'uso di due flusso centrifugo VADs come un TAH intracorporea. Questa tecnica forse molto utile per studiare l'effetto della circolazione artificiale su organi secondari quali i polmoni e il fegato. Inoltre, può essere utile per lo studio dei cambiamenti emodinamici da pompa diversi orientamenti e scenari di flusso. I passaggi critici all'interno di questo protocollo coinvolgono come gli anelli di cucito sono attaccati al tessuto ventricolare incorporando anche i annuli valvolare per forza. È fondamentale garantire che questa operazione viene eseguita correttamente come esso interesserà la stabilità del dispositivo. Inoltre, è importante garantire che gli innesti di deflusso sono misurati e tagliati alla lunghezza appropriata. Deflusso e l'instabilità del dispositivo dell'innesto ostruzione rappresentano importanti problemi che possono verificarsi se questi due passaggi non vengono eseguiti con cura.

Il protocollo descrive due metodi diversi di orientare gli innesti di deflusso che possono essere importanti per evitare l'ostruzione del flusso dell'innesto. Il primo orientamento, gli innesti di deflusso sono collegati direttamente ai rispettivi grandi vasi con un orientamento simile a CardioWest cuore artificiale totale. Il secondo orientamento, gli innesti ruotano intorno ad altri VAD come è comunemente impiegato nei casi clinici di VAD.

Utilizzando questo modello sperimentale, si possono studiare attentamente gli scenari emodinamici associati con diverse combinazioni di velocità della pompa, per determinare come evitare lo squilibrio delle circolazioni lati sinistro e destro. Per esempio, le misure dirette delle pressioni dell'arteria polmonare e della vena polmonare aortiche, consentono una valutazione in tempo reale dello stato emodinamico nel complesso dell'animale. Questo sarà molto importante per l'impostazione dei parametri di velocità corretta sulle pompe per consentire equilibrati circolazioni di destra e di sinistra con: pressione di perfusione arteriosa adeguata; pressioni polmonari normali per evitare la possibilità di congestione polmonare; e le pressioni venose centrale normale per evitare la congestione venosa renale o epatica. Nei dispositivi clinicamente disponibili, "flusso" è un parametro calcolato che non viene misurato direttamente. In questo protocollo, misureremo direttamente il flusso in due posizioni per più ulteriormente valutare con precisione l'emodinamica.

In conclusione, questo manoscritto descrive l'uso di due pompe centrifughe come un cuore artificiale totale per la sostituzione di intracorporea biventricolare in un modello di mucca.

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Disclosures

Questo lavoro è stato reso possibile attraverso un assegno di ricerca Abate medico Dr. Milano.

Acknowledgments

Vorremmo ringraziare Laura Janney e abate Medical per il finanziamento parziale. Vorremmo anche ringraziare servizi di perfusione del Duca e il grande nucleo chirurgico animale per la loro assistenza durante le operazioni.

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

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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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