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Medicine

完全人工心臓として 2 つの体内心室補助装置の使用

doi: 10.3791/55961 Published: May 11, 2018

Summary

ここでは、全人工心臓の代替として 2 つの遠心ポンプを使用してプロトコルを提案する.

Abstract

機械的循環補助 (MCS) は、主を使用して体内の心室の心臓移植に代わる補助装置 (Vad) 左心室をサポートするために導入されています。ただし、特定の臨床シナリオにおける機械的なサポートを保証します。何人かの患者のための 1 つの戦略は、完全人工心臓 (TAH) として両方の心室の切除および 2 つの VAD ポンプの注入です。これは最近実現されましたが遠心デバイスの小さいプロファイルのデバイス設計の改善。この TAH アプローチは右と左の循環、デバイスとその溶血と安定性に及ぼす影響と流出移植の方向と結果のバランスをとるデバイス設定など多くの重要な課題と実験このような方向を使用して慢性的なサポート。このプロトコルは、全人工心臓用牛モデルで 2 つの体内遠心 VADs と再現性のあるアプローチを提供を目指しています。

Introduction

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米国今日1のこの条件に苦しんで推定 570 万名の大人と、心不全の患者数の伸びがあった。約 300,000 患者端を持っている平均寿命は 1 年未満で心不全の段階します。心臓移植が終わりステージ心不全の金本位治療が、それは大きく使用可能なドナー臓器の数によって制限されます。MCS は、特に VADs2を使用して心臓移植に代わるとして導入されています。Vad は、左心室をアンロードし、動脈の循環に直接前方流 (ポンプによってサポートされている) で動作します。VADs は移植3の対象とならない患者のため先療法と同様、移植へのブリッジとして注入される可能性があります。FDA 承認 10 年未満前、以来注入 VADs の年次数は心臓移植数、この指数関数的に増加4を超えています。しかし、患者のサブセット、心不全、両心室 (すなわち。 左と右心室の両方に影響を与える) と単に単独で左心室を支える十分な血流を提供しないかもしれない。これらの状況では、右心室は、一時的なメカニカル ・ サポート5を必要とします。"RVAD"のこのタイプには、心室を回復しながら患者を集中治療室 (ICU) に制限する体外のポンプに接続されている大規模なカニューレの使用が必要です。別のオプションは、患者の限られたサブセット、TAH6,7です。TAH の使用のための徴候: ポスト梗塞、心室中隔欠損 (VSD)、心室カニューレと慢性的なサポートを必要とする障害が発生した心臓移植を排除する厳しい制限ミオパチー後両心室不全。しかし、現在 FDA 承認ありがとうデバイスはサイズが大きく、小さい患者では使用できません。さらに、空気圧のドライバーは、かなりが、患者の移動を制限します。

何人かの患者のための 1 つの実験的戦略は、右心室の8,9,10をサポートする 2 番目の VAD の使用です。このシナリオでは、両方の心室を摘出と 2 つの VADs は、TAH として注入しました。これもデバイスの設計の改善およびデバイス プロファイルの縮小によって実現されてされています。新しい遠心 VADs がはるかに小さい、隣同士に植え付けられるべき 2 つの VADs 全体を両方左と右の循環をサポートします。この方法は、デバイスと溶血および他の有害事象の影響を流出移植の方向、右と左循環のバランスをとる多くの重要な課題デバイス設定を含む実験。このプロトコルの目的は、牛モデルで 2 つの遠心 VADs で TAH 交換する再現性のあるアプローチを提供することです。

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Protocol

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(献血必要な場合) のための年齢一致 (80-90 kg の重量) の子牛は、動物施設で気遣われます。住宅およびすべての治療法は動物ケアおよび使用委員会のデューク大学医療センターのガイドラインに従って実行されます。

1. 麻酔の開始

  1. 8-12 時間絶食後事前 Telazol とふくらはぎに薬 (4.5 mg/kg/筋肉) とフェイス マスクを介してイソフルラン (1-4%) を管理します。
  2. 温水のテーブルの上に仰臥位で牛を置き、挿管します。重いタイを使用してテーブルに四肢を修正します。
  3. 耳静脈に静脈のカテーテル (14-20 ゲージ) を配置します。
  4. ジアゼパムを管理 (0.22-0.44 mg/kg/静脈) 咀嚼や嚥下が非常に普及している、または動物を気管内チューブ (ET) のチューブを噛んでいる場合。さらに、管理する気道挿管の露出を促進するために挿管が困難な場合。

2. バイタル サインと中央線の設定

  1. イソフルランと 10-15 mL/kg および 20-25 bpm のレートの一回換気量で換気を開始 (0.5-4%) プロシージャ全体で維持されます。
  2. 操作中にはチューブの位置の変化を防ぐためにタイを使用して ET チューブを固定します。
  3. 酸素飽和度と実験中の心拍数を継続的に監視します。すぐに換気または酸素飽和度 (SaO2) を持つ任意の問題に対処します。これらはおそらく、チューブの位置、または人工呼吸器設定に関連します。チューブの位置の場合は、十分な換気量を達成するために ET チューブを調整します。

3. 中央の血管アクセス

  1. 次のよう可能性があります行われる, 経皮的超音波ガイド、使用ダウン カットへのアプローチよりよい制御動物が高血圧症任意のローカル出血します。
  2. ランドマークとして気管を使用して、(バリカン)、首の毛を剃るし、betadine を使用して領域を消毒します。並列線形切開 1-2 cm 気管から離れて、no.10 刃メスによる胸骨柄から 20 cm。
  3. 胸鎖乳突を分割し、左総頸動脈と頸静脈電気焼灼ツールを使用して慎重に公開します。露出を支援する自己保持リトラクターを使用します。動脈の大きな絹縫合糸 (サイズ 0 または 1 シルク) または容器ループと静脈近位および遠位制御を維持します。
  4. 血圧を監視するための 18 g カテーテルと左総頸動脈を cannulate します。重複行を空気、出血が発生した場合は、カテーテル周囲巾着ファッションで 6-0、7-0 ポリプロピレン縫合糸を配置します。
    1. コンソールに圧力トランスデューサーを添付し、「全身圧力"にソフトウェアに圧力波を変換します。読むし、出力を記録します。
  5. 液と薬剤管理と中心静脈圧モニタリングの両方の左の内頸静脈にアクセスします。コンソールに圧力トランスデューサーを添付し、「中央静脈圧力」ソフトウェアに圧力波を変換します。読むし、出力を記録します。
  6. 肌とモニターに遠位の両方のラインを確保します。ベースライン中心静脈圧 (CVP) および動脈血圧を記録します。

4. 胸骨と心肺のバイパス (CPB)

  1. 正中線の場所を選択し、滅菌手術用マーカーを使用してマークする剣を胸骨から胸骨を触診します。、バリカンで毛を剃るし、betadine を使用して領域を消毒します。滅菌手術用ドレープを適用します。
  2. No.10、剣まで胸骨柄から刃を使用して切開を行います。
  3. 正中線、胸骨の横方向のエッジの手動触診を使用するのに完全に整列されている中、胸骨から下胸筋を分割するのに電気焼灼ツールを使用します。電気焼灼ツールを使用して胸骨の正中線をスコアします。重いハサミで、剣を割って下から胸骨を開始します。
  4. ガーデン バリカンで頭側の胸骨を拡張します。各カットの後、胸骨を検査します。、胸骨の下にデジタル触診を行い心臓や肺は胸骨から落ちるために鈍的切離を行います。胸骨の途中いくつかの交差横筋筋の発生の可能性があります、これらは電気メスを使用して分割されます。
  5. 胸骨柄に胸骨を完了します。治療のため重要となりますので、正中線に沿って滞在する注意してください。
  6. 胸骨が完了した後は、電気メスを使って出血筋肉エッジの得点で止血を達成するため。任意の残留出血を支援する胸骨の骨髄に骨ワックスを適用します。
  7. 胸腺を識別し、電気焼灼ツールを使用してそれを削除します。縦断的ファッションで心膜を入力し、大動脈までダイヤフラムから反映します。
    1. 中心部を引き上げ、それをサポートする肌に心膜の近似 5 2-0 絹縫合糸を使用して心嚢クレードルを作成します。シルク縫合糸を使用して肌に直接前方持参して開かれている心膜のすべてのコーナーを選択ください。
  8. 解離性大動脈クロスクを渡すことを許可する結合組織によって大動脈と肺動脈の間の 3 インチ長い窓を作成します。大動脈分岐部に近位位置に財布のひも 4-0 ポリプロピレン縫合糸を適用されます。
  9. 円周鈍的切離を使用して優れた上大静脈 (SVC) を解放し、2 つ目の財布文字列 3-0 ポリプロピレン縫合糸を適用します。400 を超える活性化凝固時間 (法) を達成するために 300 U/kg の初回投与量を使用して全身パリン投与群を確立する s。
  10. 適切な行為が達成されれば no.11 ブレードを使用して、大動脈を入力します、18 Fr カテーテルを挿入します。カニューレを脱空気し、体外循環の動脈の線に接続します。次に、SVC に 28 Fr SVC カニューレし、CPB を起動します。
  11. 部分体外循環中に下大静脈 (IVC) を特定し、SVC のとおり cannulate。そうバイパスの間の露出のための心にプッシュする必要がありますを与え血行動態管理の強化が可能。
    注: 可能性があります低血圧の開発の可能性があるので CPB でのみ部分的なサポートとしてこの時点で。低血圧症を経験すると、この手順を慎重に行うし、断続的に埋めるための動物の心臓を許可するように分割する必要があります。
  12. 下大静脈カニューレを安全に挿入すると、一度 Y コネクタを使用して主回路に接続します。SVC と下大静脈の両方を心の底から完全な血液の分離を可能にするため、臍帯テープでループします。

5. Ventriculectomy

  1. 完全心肺補助、SVC、以前に適用した臍帯テープを使用して下大静脈をスネアにしばらくの間。大動脈送血法サイトに近位大動脈クロスクを適用します。クランプ位置が確認した後、ventriculectomy を開始します。
  2. 心室の組織を円周消費税右と左房室溝に 1-2 cm。帽と心室筋の縁を残して、三尖弁環状流路を提供するをさらにスイング リングのサポートします。
  3. 検出されるたびに、僧帽弁と三尖弁用副弁 apparati を縦断面します。
  4. 肺動脈弁の切除を含む右室流出路 (慢性) と右心室流出路筋を切除します。また、左室流出路 (LVOT) 消費税しますが、大動脈僧帽弁のカーテンの一部として大動脈弁の後部側面を保持します。
  5. 最後心室中隔を分割します。冠状静脈洞の開口部を特定し、5-0 ポリプロピレン縫合糸で結紮します。

6. 遠心流ポンプ (CFP) の注入

  1. 使用 pledgeted、中断、心室の組織と僧帽弁輪に縫製リングを確保するため縫合糸を編組 2-0。心室筋縁の心外膜表面に縫合糸を終了し、縫製リングをもたらします。この手法を「バンチングを」組織のポンプでリングのシーネ固定: 骨折で邪魔になるリング上回避できます。
  2. 右心室筋縁と三尖弁輪に縫製リングを添付するのに同様のアプローチを使用します。
  3. 縫製リングに、当たりを添付し、標準のロック機構で固定します。ロック機構へのアクセスを許可するようにこれらを方向します。
  4. 好みの向きによると流出靭帯の長さを調整します。適切な長さを特定したら、流出グラフトをカットします。屈曲を引き起こす可能性がある、長時間の移植を有効にしないように注意してください。
  5. エンド ツー エンド ファッションでの (左心 CFP) の大動脈と肺動脈 (右心 CFP) の流出グラフトを吻合するのに、4-0 ポリプロピレン縫合糸を実行して使用します。
  6. 吻合を完了する前に SVC と IVC 排水カニューレにテープを解放し、血液が右と左のポンプは、こうして放映解除プロセスを開始を埋めます。さらに脱気のため流出移植のそれぞれに 18 g 針を配置します。脱気後に返され、肺静脈の中の気泡を許可するのに大量の呼吸を提供するために人工呼吸器を使用します。
    1. 脱気が完了すると、針を削除し、5-0 ポリプロピレン縫合糸 pledgeted を使用してサイトを修復します。
  7. まだ場所でクランプの最初前方血流を可能にする低回転速度 (3,000 rpm) でポンプを開始します。大動脈クロスクを取り外してポンプを入力するいくつかの血液量を残します。
  8. 心肺補助が引き離されるので、ポンプの速度を徐々 に増加します。消保院を終了し、完全に右側と左側ポンプによって循環をサポートします。
  9. 右と左の側静脈充填圧力によって最終的なポンプの速度の設定を決定します。
  10. 肺動脈と肺静脈を場所でそれらを確保する財布のひもの 5-0 ポリプロピレン縫合糸を使用に直接圧カテーテルを導入します。
  11. ラベル「肺動脈」と「肺静脈」の下でソフトウェアを圧力信号を変換します。さらに、上行大動脈と主肺動脈の周りフロー超音波プローブを配置します。
    注: すべての 4 チャネルはアクティブななります: 1。"全身の圧力"、2。"中央静脈圧力"、3。「肺動脈」と 4。「肺静脈」。

7. 両心補助装置フローの確立

  1. 体外循環の流れが徐々 に減少、一方ゆっくり増加する左の CFP し CFP の正しい速度常に左の CFP より低い右の CFP 速度を維持しながら。
  2. 全身血圧、CVP など血行動態に注意を払います。Overcirculation の肺は、肺動脈や肺静脈の非生理的圧力によって示されます。
  3. 最終的には、各デバイスに 4 L/分の流量を達成し、CPB を引き離す左 CFP と適切な速度、CFP を増やします。血行動態の安定性が達成されれば SVC、下大静脈カニューレを外し、巾着縫合糸を結ぶ。
  4. 次に、大動脈カニューレを削除し、巾着縫合糸を結ぶ。ゆっくりと下げて、動物は麻酔下で両方 CFP ポンプを停止して、動物を安楽死させます。

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Representative Results

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縫製リングの添付ファイルは、図 1に示します。図 1 aポンプ添付ファイルに問題が生じる心室組織の「束」を示しています。図 1 bは、正しい添付ファイルを表します。

図 2図 3は、ポンプの 2 つの異なる方向です。図 2ポンプは流出移植は短く、接続されている動脈に直接終了して配置されます。図 3で、ポンプは、右 CFP と左 CFP の流出移植はそれぞれ肺動脈と大動脈に吻合される前に回るので、指向。未解決のまま血液にストレスの少ない薄手の向きができ、ポンプの良い全体的な血行動態プロファイルを持っています。さらに、向きは少ない屈曲は明らかです。

Figure 1
図 1: 縫製リングの添付ファイル。
パネル A は右心交換ミシン リング"を束ねた「心室組織の不正な添付ファイルを示しています。パネル B は、正しい縫製リング心室組織混入を示します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 2
図 2: 直接肺動脈と大動脈に左心交換右心交換の直接添付ファイルを示す流出移植向きこの図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 3
図 3: 肺動脈と大動脈に移植の流出の方向が異なるこの図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

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Discussion

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本稿では、体内の TAH として遠心流れ VADs の使用をについて説明します。この手法は、多分非常に肺、肝臓などの二次器官に人工循環の効果の研究に有用です。さらに、別のポンプの方向とフローのシナリオから血行動態の変化に関する研究の役に立つ場合があります。このプロトコルの中で重要なステップを含む心室の組織にも強度の弁の二重を取り入れながら縫製リングを添付する方法。これが実行されることを確認することが重要です正しくデバイスの安定性に影響を与える。さらに、流出移植を測定し、適切な長さでカットすることを確認することが重要です。デバイスが不安定と流出は移植慎重にこれらの 2 つの手順が実行されていない場合に発生する可能性があります閉塞を表す重要な問題です。

プロトコルでは、定位流出グラフト閉塞を避けるために重要なことができる流出移植の 2 つの方法について説明します。最初の研修で流出移植向き SynCardia 全人工心臓のようにそれぞれの大血管に直接接続されます。第 2 方向で、移植症例 VAD でよく採用されている他の VAD 回転します。

この実験モデルを使用して、1 つは慎重にポンプ スピード、左右両面の循環の不均衡を避けるために方法を決定するためのさまざまな組み合わせに関連付けられている血行力学的シナリオを勉強できます。例えば、大動脈、肺動脈と肺静脈圧力の直接測定動物の全体的な血行動態のリアルタイム評価を可能にします。これは、と右と左のバランスのとれた循環を可能にするためにポンプに正しい速度パラメーターを設定するためにかなり重要になる: 適切な動脈灌流圧;肺うっ血の可能性を避けるために通常の肺圧力・腎または肝静脈の混雑を避けるため通常中央静脈圧力。「フロー」は、臨床的に利用可能なデバイスは直接計測できない計算されたパラメーターです。このプロトコルでは我々 は直接血行動態のさらに正確な評価のための 2 つの場所の流れを測定します。

結論としては、この原稿は、完全人工心臓として牛モデルで体内における交換のため 2 つの遠心流ポンプの使用をについて説明します。

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Disclosures

この作品はミラノ博士に大修道院長の医療から研究助成金によって可能にしました。

Acknowledgments

部分的な資金調達のためローラ ャニーとアボット医療に感謝したいと思います。我々 はまた公爵灌流サービスと大規模な操作中に、援助の動物手術コアに感謝したいと思います。

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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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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