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Medicine

Uso de dos dispositivos de asistencia Ventricular intracorpórea como un corazón Artificial Total

doi: 10.3791/55961 Published: May 11, 2018

Summary

Aquí, presentamos un protocolo usando dos bombas centrífugas como reemplazo del corazón artificial total.

Abstract

Soporte circulatorio mecánico (MCS) se ha introducido como una alternativa al trasplante de corazón principalmente mediante el uso de intracorpórea ventricular ayuda (VADs) los dispositivos de asistencia del ventrículo izquierdo. Sin embargo, algunos escenarios clínicos garantizan asistencia mecánica biventricular. Una estrategia para algunos pacientes es la supresión de ambos ventrículos y la implantación de dos bombas VAD como un corazón artificial total (TAH). Esto ha recientemente ha hecho posible por las mejoras en el diseño del dispositivo y el pequeño Perfil de dispositivos centrífugos. Este enfoque TAH sigue siendo experimental con muchos retos importantes como la configuración del dispositivo para equilibrar la circulación derecha e izquierda, la orientación de los dispositivos y el injerto de la salida con su influencia en la hemólisis y estabilidad y el resultado de soporte crónico con tal orientación. Este protocolo tiene como objetivo proporcionar un método reproducible para el reemplazo del corazón artificial total con dos VADs centrífugas intracorpórea en un modelo de vaca.

Introduction

Ha habido un crecimiento en el número de pacientes con insuficiencia cardíaca, con un estimado 5,7 millones de adultos sufren de esta condición en los Estados Unidos hoy1. Unos 300.000 pacientes tienen final etapa insuficiencia cardíaca con una esperanza de vida de menos de un año. Mientras que el trasplante de corazón sigue siendo el tratamiento estándar de oro para final insuficiencia cardíaca, mucho está limitada por el número de órganos de donantes disponibles. MCS se ha introducido como una alternativa viable para trasplante del corazón sobre todo mediante el uso de VADs2. VAD el trabajo de descarga del ventrículo izquierdo y proporcionar flujo delantero (apoyado por una bomba) directamente en la circulación arterial. VAD se puede implantar como puente al trasplante, así como una terapia de destino para los pacientes que no califican para un trasplante3. Desde su aprobación por la FDA hace menos de una década, el número anual de VADs implantado superó el número de trasplante de corazón, con este número aumenta exponencialmente4. Sin embargo, en un subconjunto de pacientes, la insuficiencia cardíaca es biventricular (es decir. que afectan al ventrículo izquierdo y derecho) y simplemente apoyar el ventrículo izquierdo solo puede no proporcionar adecuada perfusión. En estas situaciones, el ventrículo derecho necesita temporal ayuda mecánica5. Este tipo de "RVAD" requiere el uso de grandes cánulas conectadas a una bomba extracorpórea que restringen al paciente a la unidad de cuidados intensivos (UCI) mientras que el ventrículo se recupera. Para un subconjunto limitado de pacientes, otra opción es un TAH6,7. Las indicaciones para el uso de TAH son: un fallo biventricular después post infarto, un defecto septal del ventrículo (VSD), una miopatía restrictiva severa que impide la canulación de la ventricular y un trasplante de corazón requiriendo apoyo crónica. Sin embargo, el actualmente aprobado por la FDA TAH es grande y no se puede utilizar en los pacientes más pequeños. Además, los controladores neumáticos son considerables y limitan la movilidad del paciente.

Una estrategia experimental para algunos pacientes es el uso de un segundo VAD para apoyar el ventrículo derecho8,9,10. En este escenario, ambos ventrículos son suprimidos, y dos VADs se implantan como un TAT. Esto ha sido posible por las mejoras en el diseño del dispositivo y la reducción del perfil del dispositivo. Nuevo VAD centrífugo es mucho más pequeño, permitiendo dos VADs a implantarse cerca unos de otros para apoyar tanto la circulación de la izquierda y derecha. Este enfoque sigue siendo experimental con muchos retos importantes incluyendo la configuración del dispositivo para equilibrar la circulación derecha e izquierda, la orientación de los dispositivos y de la salida del injerto con su influencia en la hemólisis y otros eventos adversos. El propósito de este protocolo es proporcionar un enfoque reproductivo al reemplazo de TAH con dos VADs centrífugos en un modelo de vaca.

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Protocol

Pareados por edad (para la donación de sangre si es necesario) becerros (80-90 kg de peso) son atendidos en las instalaciones de animales. Vivienda y todos los procedimientos de tratamiento se realizan siguiendo las directrices de cuidado Animal y uso Comité de duque University Medical Center.

1. iniciación de la anestesia

  1. Después de un ayuno de 8 – 12 h, pre medicar el becerro con Telazol (4,5 mg/kg/por vía intramuscular) y luego administrar isoflurano (1-4%) a través de una mascarilla.
  2. La vaca en una posición supina sobre una mesa caliente e intubar. Fijar las extremidades a la mesa con fuertes lazos.
  3. Colocar un catéter intravenoso (calibre 14 – 20) en la vena de la oreja.
  4. Administrar diazepam (0.22 – 0,44 mg/kg/intravenosa) si la masticación y la deglución son muy frecuentes, o si el animal se muerde en el tubo endotraqueal (ET). Además, administrar si hay dificultad con la intubación para facilitar la exposición de las vías aéreas para intubación.

2. signos vitales y parámetros de la línea Central

  1. Iniciar la ventilación mecánica en un volumen tidal de 10-15 mL/kg y un ritmo de 20-25, con isoflurano (0.5-4%) mantuvo durante todo el procedimiento.
  2. Fije el tubo ET con lazos para no garantizar ningún cambio en la posición del tubo durante la operación.
  3. Monitorear continuamente la saturación de oxígeno y frecuencia cardíaca durante todo el experimento. Dirección inmediatamente cualquier dificultad con la ventilación o el oxígeno saturación (SaO2). Estos estará probablemente relacionado con posición del tubo, o ajustes del ventilador. Si es la posición del tubo, ajuste el tubo ET para lograr adecuados volúmenes de marea.

3. central de acceso Vascular

  1. Aunque lo siguiente puede realizarse por vía percutánea con guía ecográfica, uso un corte hacia abajo acercarse mejor control local sangrado una vez que el animal esté anticoagulado.
  2. Con la tráquea como un hito, afeitarse la piel del cuello (cortar el pelo) y esterilizar la zona con betadine. Haga una incisión lineal paralelo 1-2 cm de la tráquea y a 20 cm desde el manubrio con un bisturí de hoja no.10.
  3. Divida el esternocleidomastoideo y cuidadosamente exponer la arteria carótida común izquierda y la vena yugular interna mediante una herramienta de cauterización eléctrica. Usar un retractor auto retención para ayudar con la exposición. Mantener el control proximal y distal de la arteria y la vena con grandes suturas de seda (seda tamaño 0 o 1) o bucles de vasos.
  4. Canule la arteria carótida común izquierda con un catéter de calibre 18 para control de presión arterial. De la línea de aire y si tiene sangrado, coloque una sutura de polipropileno 6-0 o 7-0 en forma de jareta alrededor del catéter.
    1. Coloque el transductor de presión a la consola y transduce la onda de presión en el software bajo "presión sistémica". Leer y registrar la salida.
  5. Acceso a la vena yugular interna izquierda para administración de fluidos y drogas y monitoreo de la presión venosa central. Coloque el transductor de presión a la consola y transduce la onda de presión en el software bajo "presión venosa central". Leer y registrar la salida.
  6. Asegure ambas líneas distalmente a la piel y el monitor. Registrar la presión venosa central (PVC) de línea de base y la presión arterial.

4. Median Sternotomy y puente cardiopulmonar (CPB)

  1. Palpe el esternón desde el manubrio a la xifoides a elegir un lugar en la línea media y marca con un marcador quirúrgico estéril. Afeitarse la piel con una recortadora de pelo y esterilizar la zona con betadine. Aplique un paño quirúrgico estéril.
  2. Hacer una incisión con una cuchilla de 10 desde el manubrio hasta el xifoides.
  3. Utilizar una herramienta de cauterización eléctrica para dividir el músculo pectoral mayor hacia abajo del esternón, mientras que está perfectamente alineado con la línea media mediante palpación manual de los bordes laterales del esternón. Puntuación de la línea media del esternón mediante la herramienta de cauterización eléctrica. Comenzar la esternotomía desde abajo dividiendo el xifoides con tijeras fuertes.
  4. Extender la esternotomía cefálica con podadoras de jardín. Después de cada corte, inspeccione el esternón. Realizar palpación digital bajo el esternón y realizar disección Roma para ayudar al corazón y pulmón caer lejos del esternón. A medio camino a través de la esternotomía poco cruce Transversalis de la Faja de músculo puede ser encontrada y se dividen mediante cauterización eléctrica.
  5. Completar la esternotomía hasta el manubrio. Tenga cuidado de que permanezca a lo largo de la línea media como esto será importante para la curación.
  6. Después de la esternotomía, conseguir la hemostasia marcando los bordes sangrantes de músculo con la herramienta de cauterización eléctrica. Aplique cera de hueso a la médula ósea del esternón para ayudar con cualquier sangrado residual.
  7. El timo de identificar y quitar utilizando la herramienta de cauterización eléctrica. Entrar en el pericardio de forma longitudinal y reflejar desde el diafragma hasta la aorta.
    1. Crear una cuna pericardial usando cinco suturas de seda 2-0 aproximar el pericardio a la piel para levantar el corazón y apoyo. Elegir todos los rincones del pericardio abierto y traer directamente anteriores a la piel con suturas de seda.
  8. Crear una ventana de 3 pulgadas de largo entre la aorta y la arteria pulmonar por tejido conectivo para permitir el paso de la pinza transversal aórtica de la disección. Aplicar una jareta sutura de polipropileno 4-0 a la aorta ascendente en un sitio proximal a la bifurcación.
  9. Circunferencial libre de la vena cava superior (SVC) mediante disección Roma y aplique una segunda sutura de polipropileno de cadena 3-0 de monedero. Establecer heparinización sistémica utilizando una dosis inicial de 300 U/kg para alcanzar un tiempo de coagulación activado (ACT) más de 400 s.
  10. Cuando se alcanza la ley adecuada, utilice una hoja no.11 para entrar en la aorta e inserte una cánula arterial de 18 Fr. Aire de la cánula y conecte a la línea arterial del CPB. A continuación, colocar una cánula de SVC Fr 28 en el SVC y empezar un CPB.
  11. Mientras que el CPB parcial, identificar la vena cava inferior (IVC) y canule como se describe para el SVC. Hacerlo mientras que en el bypass ya que permite mejor hemodinámica gestión dada la necesidad de presionar sobre el corazón para la exposición.
    Nota: Todavía habrá un potencial para el desarrollo de hipotensión desde CPB es sólo como soporte parcial en este punto. Si la hipotensión es experimentada, este paso debe hacerse cuidadosamente y roto para permitir que el corazón del animal llenar de forma intermitente.
  12. Una vez que esté firmemente introducida la cánula de la vena cava inferior, empalme en el circuito principal mediante un conector en Y. Lazo de la SVC y el IVC con cinta umbilical para permitir un aislamiento completo de la sangre desde el corazón.

5. Ventriculectomy

  1. Mientras que en la ayuda cardiopulmonar completo, trampa la SVC y el IVC con la cinta umbilical previamente aplicada. Se aplica una pinza cruzada aórtica proximal al sitio de canulación aórtica. Una vez que se ha confirmado la posición de la abrazadera, iniciar la ventriculectomy.
  2. Suprimir el tejido ventricular circunferencial 1-2 cm distal al surco auriculoventricular izquierdo y derecho. Dejo el borde del músculo ventricular de la válvula mitral y tricúspide Aristóbulo para proporcionar ayuda adicional para la implantación de los anillos de swing.
  3. Transecto la estomáticos sub valvular de las válvulas mitrales y tricúspides, que se encuentran.
  4. Suprimir el músculo de tracto de salida de ventrículo derecho con el tracto de salida de ventrículo derecho (RVOT) incluyendo la extirpación de la válvula pulmonar. También, suprimir el tracto de salida ventricular izquierdo (TSVI), pero conserva el aspecto posterior de la válvula aórtica como parte de la cortina aorto-mitral.
  5. Dividir el septo interventricular última. Identifique el orificio del seno coronario y ligan con suturas de polipropileno 5-0.

6. implantación de bombas de flujo centrífugo (PPC)

  1. Uso con, interrumpido, sutura trenzada 2-0 para asegurar el anillo del anillo de tejido y de la válvula mitral ventricular. Salir de las suturas en la superficie epicárdica del borde del músculo ventricular y a través del anillo. Esta técnica evita la "ramificación hasta" del tejido sobre el anillo que pudieran interferir con el coaptation del anillo de la bomba.
  2. Utilizar un enfoque similar para sujetar el anillo a del anillo de borde y tricúspide de músculo de ventrículo derecho.
  3. Fije el PFC a los aros de costura y fíjelo con el mecanismo de bloqueo estándar. Orientar estos para permitir el acceso al mecanismo de bloqueo.
  4. Ajuste la longitud del injerto de salida según la orientación de la opción. Una vez que se ha identificado la longitud correcta, corte del injerto de la salida. Tenga cuidado de no hacer el injerto demasiado ya puede causar que se doblen.
  5. Utilice corriente suturas polipropileno 4-0 para anastomizar los injertos de la salida a la aorta (para el corazón izquierdo PPC) y la arteria pulmonar (para el centro derecha PPC) en una manera de extremo a extremo.
  6. Antes de completar las anastomosis, suelte la cinta en el SVC y IVC cánulas de drenaje y permitir que la sangre llene la bomba derecha e izquierda, comenzando así el proceso de. Coloque una aguja de calibre 18 en cada uno de los injertos de salida para otros grupos. Usar el ventilador para dar respiraciones de gran volumen para permitir que cualquier aire atrapado en las venas pulmonares se volvió y se ventiló.
    1. Una vez finalizado-respiradero, retire la aguja y reparar el sitio usando con suturas de polipropileno 5-0.
  7. Empiezan las bombas a una velocidad de rpm bajas (3.000 rpm) para permitir el flujo de sangre hacia adelante, inicialmente con la abrazadera en su lugar. Quite la abrazadera transversal aórtica y dejar cierto volumen de sangre para entrar en las bombas.
  8. Aumentar gradualmente la velocidad de la bomba según la ayuda cardiopulmonar se destete. Terminar la CPB y apoyar la circulación totalmente por las bombas del lado derecho e izquierdo.
  9. Determinar la configuración de velocidad de bomba final por las presiones de llenado venoso en el lado derecho e izquierdo.
  10. Introducir catéteres de presión directamente en la arteria pulmonar y las venas pulmonares mediante una jareta sutura de polipropileno 5-0 para fijarlos en su lugar.
  11. Transduce señales de presión para el software con las etiquetas "arteria pulmonar" y "vena pulmonar". Además, coloque las puntas de prueba ultrasónica alrededor de la aorta ascendente y la arteria pulmonar principal.
    Nota: Todos los 4 canales ahora deben ser activados: 1. "la presión sistémica", 2. "la presión venosa central", 3. "de la arteria pulmonar" y 4. "vena pulmonar".

7. establecimiento del flujo del dispositivo de asistencia Biventricular

  1. Disminuyendo gradualmente el flujo de la CPB, poco a poco aumentar la PPC izquierda y luego la velocidad correcta de la PPC manteniendo siempre una velocidad más baja de CFP derecha que la izquierda política pesquera común.
  2. Prestar especial atención a la hemodinámica, incluyendo la presión arterial sistémica y CVP. Sobrecirculación pulmonar está indicada por presiones no fisiológicos en la arteria pulmonar o vena pulmonar.
  3. Finalmente, aumentar la PPC izquierda y derecha PPC de velocidades para lograr un flujo de 4 L/min en cada dispositivo y destete de la CEC. Una vez lograda la estabilidad hemodinámica, retirar las cánulas SVC y IVC y atar las suturas en jareta.
  4. A continuación, retire la cánula aórtica y atar la sutura en jareta. Eutanasia animal girando lentamente hacia abajo, y luego detener las bombas de PPC mientras el animal está bajo anestesia.

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Representative Results

Demostrado en la figura 1 es la fijación de los aros de costura. Figura 1A muestra la "ramificación" de tejido ventrículo que puede crear un problema con el accesorio de la bomba. Figura 1B representa la correcta fijación.

Figura 2 y figura 3 son dos orientaciones diferentes de las bombas. En la figura 2, las bombas se colocan de modo que los injertos de salida son cortos y salir directamente a las arterias conectadas. En la figura 3, las bombas están orientadas para que los injertos de la salida del CFP derecha e izquierda CFP giran alrededor antes de ser anastomosada a la arteria pulmonar y la aorta, respectivamente. Sigue sin respuesta qué orientación permite para menos tensión pura en la sangre, y tiene mejor perfil hemodinámico general para la bomba. Además, no está claro qué orientación permite para menos torceduras.

Figure 1
Figura 1: Fijación de los aros de costura.
Panel A muestra la mala fijación del anillo de sutura de reemplazo de corazón derecho con el "agrupado por" tejido ventricular. Panel B muestra la incorporación de anillo de costura correcta en el tejido ventricular. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2: directa orientación de injerto de salida demostrando la conexión directa de la sustitución del derecho del corazón a la arteria pulmonar y el recambio de corazón izquierdo a la aorta. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3: una orientación distinta de la salida de los injertos de la arteria pulmonar y la aorta. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

En este manuscrito, describimos el uso de flujo centrífugo dos VAD como un TAT intracorpórea. Esta técnica quizás muy útil para estudiar el efecto de la circulación artificial en órganos secundarios tales como los pulmones y el hígado. Además, puede ser útil para el estudio de los cambios hemodinámicos de bomba diferentes orientaciones y escenarios de flujo. Los pasos críticos en este protocolo implican cómo los anillos de costura se unen al tejido ventricular incorporando también los anillos valvulares para la fuerza. Es crucial asegurar que esto se realiza correctamente, ya que afectará la estabilidad del aparato. Además, es importante asegurarse de que los injertos de salida se miden y se cortan a la longitud adecuada. Inestabilidad del dispositivo y la salida del injerto obstrucción representan importantes problemas que pueden ocurrir si estos dos pasos no se realizan con cuidado.

El protocolo describe dos métodos diferentes de orientar los injertos de salida que pueden ser importantes para evitar la obstrucción de la salida del injerto. En la primera orientación, los injertos de salida están conectados directamente a los respectivos grandes vasos en una orientación similar a la del corazón Artificial Total SynCardia. En la segunda orientación, los injertos giran alrededor de la otra carencia como comúnmente se emplea en casos clínicos de VAD.

Con este modelo experimental, uno puede estudiar cuidadosamente los escenarios hemodinámicos asociados con diferentes combinaciones de velocidades de la bomba, para determinar cómo evitar el desequilibrio de circulaciones de lados izquierdos y derecho. Por ejemplo, las mediciones directas de las presiones de la arteria pulmonar y vena pulmonar aórticas, permiten una evaluación en tiempo real de la situación hemodinámica general del animal. Esto será muy importante para establecer los parámetros de la velocidad correcta en las bombas para permitir circulaciones equilibradas de derecha e izquierdas con: presión de perfusión arterial adecuada; presiones pulmonares normales para evitar la posibilidad de congestión pulmonar; y presión venosa central normal para evitar la congestión venosa renal o hepática. En los dispositivos disponibles clínicamente, "flujo" es un parámetro calculado que no se mide directamente. En este protocolo, se mide directamente el flujo en dos ubicaciones para la más precisa evaluación de la hemodinámica.

En conclusión, este manuscrito describe el uso de dos bombas centrífugas de flujo como un corazón artificial total para el reemplazo de intracorpórea biventricular en un modelo de vaca.

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Disclosures

Este trabajo fue posible a través de una beca de investigación del médico Abad Dr. Milano.

Acknowledgments

Nos gustaría agradecer a Laura Janney y Abad médica financiamiento parcial. También nos gustaría agradecer la gran base quirúrgica Animal por su asistencia durante las operaciones y servicios de perfusión duque.

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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