Summary
诺本心脏原位灌注 (eshp), 使心脏保持跳动, 半生理状态。在工作模式下进行操作时, eshp 提供了对捐献者心脏功能和器官生存能力进行复杂评估的机会。在这里, 我们描述了我们的方法在 eshp 期间心肌性能评估。
Abstract
目前的标准器官保存方法 (冷库, cs), 使心脏暴露在冷缺血期, 限制了安全保存时间, 增加了移植后不良结局的风险。此外, cs 的静态性质不允许在保存间隔内进行器官评估或干预。诺曼原位心脏灌注 (eshp) 是一种新的方法, 保存捐赠的心脏, 通过提供含氧, 营养丰富的心脏吸乳, 最大限度地减少冷缺血。eshp 在保存标准供体心脏方面已被证明不低于 cs, 也为循环死亡测定后捐献的心脏的临床移植提供了便利。目前, 唯一可用的临床 eshp 设备在卸载、非工作状态下灌注心脏, 限制了对心肌性能的评估。相反, 在工作模式下的 eshp 提供了机会, 通过评估生理条件下的功能和代谢参数, 全面评估心脏表现。此外, 早期的实验研究表明, eshp 在工作模式下可能会导致更好的功能保存。在这里, 我们描述了在一个大型哺乳动物 (猪) 模型中对心脏进行原位灌注的协议, 该模型可针对不同的动物模型和心脏大小进行重现。此 eshp 设备中的软件程序允许实时和自动控制泵的速度, 以保持所需的主动脉和左心房压力, 并评估各种功能和电生理参数, 而对监督/操纵。
Introduction
临床相关性
虽然自1967年第一次心脏移植以来, 心脏移植的大多数方面都有了显著的发展, 但冷藏 (cs) 仍然是供体心脏保护的标准 1。cs 使器官暴露在冷缺血期, 限制了安全保存间隔 (4-6小时), 并增加了原发性移植物功能障碍2,3,4的风险。由于 cs 的静态性质, 在器官采购和移植之间的时间内, 无法评估功能或治疗干预。这是扩大标准捐助方的一个特别限制, 包括循环死亡后捐赠的心脏, 这给克服需求与目前捐助方之间的巨大差距造成了障碍 5、6.为了解决这一局限性, 提出了一种新的半生理方法来保存捐赠的心脏, 通过在保存时向心脏提供含氧、营养丰富的香水, 最大限度地减少冷缺血的暴露1,7.,8。
原位心脏灌注
在孤立的心脏的异地检查中最常用的方法之一是朗根多夫灌注。在1895年由 oskar langendorff 介绍的这种方法中, 血液流入冠状动脉, 流出孤立心脏的冠状窦, 心脏处于空的和跳动的状态9,10.使用转移医疗器官护理系统设备 (ocs) 在 langendorff 模式下的临床 eshp 已被证明在保存标准供体心脏1方面不低于 cs, 并为 dcd 心脏的临床移植提供了便利11. 然而, 人们对该装置评价器官可行性的能力表示关切, 因为一些最初被认为可移植的捐献者心脏在 ocs3上灌注后被丢弃。ocs 在 langendorff (非工作) 模式下支持心脏, 因此具有有限的能力来评估心脏的抽水功能3,12。越来越多的证据表明, 功能参数为评估器官生存能力提供了更好的方法, 这表明在 eshp 3 期间, 评估心脏功能可能成为评估和选择移植心脏的可靠工具 此外,我们对原位灌注猪心脏的研究表明, 在工作模式下, eshp 为心脏提供了增强的功能保护。灌注间隔15,16。
能够在工作模式下保持心脏的 eshp 设备必须具有一定的自动化级别, 以安全、精确地保持预紧力、后负荷和流量。此外, 这种系统应具有灵活性, 以促进对心脏功能进行全面评估。这里使用的 eshp 设备配备了定制软件, 1) 提供和维护所需的主动脉 (o) 和左心房 (la) 压力流和 2) 提供功能参数的实时分析和压力波形的视觉评估。对监督的最低需求。利用标准充液压力传感器采集压力数据, 利用跨时间多普勒流量探头采集流量数据。这些信号分别通过桥接和模拟输入进行数字化。心脏水平定位, 轻微提升到柔软的硅胶膜上的大血管。插管附件穿过膜, 加入一个顺应性室, 用于抑制心室射血。这项工作的目的是为心脏移植领域的研究人员提供一个协议, 用于对心脏进行原位灌注和评估, 在正常的, 半生理条件下的工作模式, 在一个大型哺乳动物 (约克郡猪) 模型。
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Protocol
本手稿中的所有程序都是按照加拿大动物护理理事会的指导原则和实验室动物护理和使用指南进行的。这些议定书得到了艾伯塔大学动物护理机构委员会的批准。该方案已应用于幼小约克郡猪35-50 公斤之间。所有参与 eshp 程序的个人都接受了适当的生物安全培训。
1. 手术前准备
- 将风琴室正确地放置在仪器车上, 并将硅支撑膜安装在风琴室内。在图 1中可以看到奥、肺动脉 (pa) 和 la 连接点。
- 安装 eshp 管网 (如图 2a、b) 氧气机和过滤器所示。将热交换器的水管和扫气管连接到氧气机上。
- 将测量冠状窦/pa 和 la 流动的流动探头放置在相应的导管上。
- 将 o 和 la 压力传感器连接到电路上的代表性线路。
- 确保所有的油管连接牢固地连接在一起, 所有的塞子和 luer 锁都在未连接的地方正确关闭。
- 使用750毫升改性的 krebs-henseleit 缓冲器的电路 (nicl, 85;kcl, 4.6;nhco3, 25;kh2po, 1.2;mgso4, 1.2;葡萄糖, 11;和 ccl2, 1.25 mmol/L), 含有8% 的白蛋白。通过将泵出口定位在进气口上方, 使空气离开泵室, 将 o 和 la 泵送去空气 (图 3)。该溶液通常不需要在灌注开始前进行氧合。
- 在 o 和 la 泵断电并启动电路后启动软件。
2. eshp 软件初始化和调整
请注意:这里使用的 eshp 设备配备了一个定制的软件程序, 允许控制泵的速度, 以达到和保持所需的 la 和 o 压力。该软件还分析功能参数, 并提供压力波形的可视化评估 (图 4)。
- 要启动 eshp 程序, 请单击显示器上的程序快捷方式。
- 在 "设置" 页面中, 单击 "初始化"。初始化消息将显示在主板上 (图 5)。
- 在同一页上, 将单击 "零 la 流" 和 "零 pa 流" 的流量传感器归零。该消息将显示在主板上。
- 将压力传感器的高度调整到硅支架的高度.要将压力传感器归零, 请将 o 和 la 压力传感器 (以及用于检查压力的任何其他传感器) 打开到大气中, 然后单击 "零所有压力" 按钮。该消息将显示在主板上。
- 在 "主" 页面中, 逐渐提高 o 泵的速度, 直到器官腔内出现来自奥插管的流量。在目前的系统中, 每分钟900–1000转 (rpm) 可实现这一点。
- 在灌注溶液中添加750毫升血液, 使总灌注体积达到1.5 升 (如 "手术、采集血液和心脏采购"部分所述), 然后增加 la 泵 prm (800-900 rpm), 使洛杉矶插管中没有空气残留或硅胶支撑膜下的 la 管。
- 在初始化控制软件并取消 eshp 设备的通风后, 可以进行供体心脏采购。
3. 准备和麻醉
- 服用 20 mg kg 的氯胺酮和 0.05 mg kg 的肌肉注射剂进行药物治疗。
- 将猪转移到手术室, 并将猪放置在工作台上, 并提供桌面加热, 以保持正常。
- 根据动物重量和麻醉系统进行面膜诱导的滴定氧流速。对于闭环麻醉回路, 氧流量应为 20-40 mL/kg。
- 将异氟醚打开至 4–5%;一两分钟后, 这可能会降低到3%。
- 评估麻醉的深度。如果对有害的刺激没有戒断反射, 猪就在手术平面上。
- 确认适当的麻醉深度后, 进行插管。
- 将脉搏血氧仪探头放在舌头 (首选) 或耳朵上。用脉搏血氧仪测量的氧饱和度应保持在90% 以上。
- 在左肘和右肘区域剪掉几块头发, 左窒息。用肥皂和水清洗皮肤油脂, 用酒精摩擦冲洗, 彻底干燥。放置心电图触点。避免引线对手术部位的干扰。将潜在顾客连接到正确的位置。
- 为了保持麻醉, 调整氧气流量 (20-40 mL/kg) 和吸入气体率 (1-3%)。心率应为80–130比茨/min, 呼吸速率应为12-30 呼吸/分钟。
- 洗头、洗洗、无菌地准备切口部位。
4. 采血和心脏采购
- 每5分钟评估一次麻醉水平, 以确认手术平面 (没有踏板反射, 也没有眨眼反射, 没有对疼痛刺激的反应)。
-
做胸骨切开术的中位。
- 识别颈室和为地标。
- 用电烧, 通过划分皮下组织和胸大肌纤维之间的筋膜, 发展地标之间的中线。
- 用烧焦的刺标记胸骨沿线的中线。用电动或空中锯进行胸骨截骨术。为了防止对底层结构 (如心包和臂头静脉, 以及无名动脉) 造成伤害, 请逐步进行锯片。
- 使用胸骨牵引器, 逐渐收回胸骨。为了避免过度紧张和血管损伤, 不要把牵引器放得太远。
- 用烧焦的方法将胸膜后表面的胸骨全包韧带解救出来。
- 用 metzenbaum 剪刀打开心包, 用1-0 真丝缝合线将心包边缘固定在胸骨上。
- 将中线切口颅骨延伸2-3 厘米, 露出右颈总动脉和颈内静脉。
- 通过用丝质领带 (2-0) 包围血管, 获得血管的近端和远端控制。
- 将每个容器上的颅骨包围的纽带绑起来。
- 用11刀片打开每个容器的前半, 然后将一个 5-6 f 鞘插入每个容器。将尾端环绕在每艘船上的领带绑在一起, 以确保各自的鞘。
- 通过将每个护套连接到压力传感器来监测动脉和中心静脉压力。
- 静脉注射 1, 000 u/kg 肝素。
- 将3-0 聚丙烯包绳缝合在右心房附属物周围, 用陷阱固定。
- 在包绳缝合线内, 使用11刀片在附属物上创建一个1厘米的切口。在切口内插入两阶段静脉插管 (28/36 fr), 并将远端尖端放置在 ivc 中。通过将鼻孔固定在静脉插管上, 以固定插管。用管钳控制插管的出口。
- 从放置在右心房的两级静脉插管, 在15分钟的时间内, 将750毫升的全血从猪中逐渐收集到蒸压玻璃容器中, 同时用同位素晶体合金溶液的1l 代替体积, 如等离子体 a。
- 将血液添加到灌注电路 (该电路以前已启动750毫升克里克斯-亨塞利特缓冲含有8% 的白蛋白), 以达到最终体积的1.5 升灌注。这种吸血是 krebs-henseleit 的1:1 组合, 其中含有8% 的白蛋白溶液和来自捐献者的全血17。
- 将心绞痛针 (14–16 f) 放置在上升的 aoo 中, 并用陷阱固定它。
- 将心绞痛插管连接到心绞痛袋, 并添加100毫升血液到400毫升的心绞痛 (圣托马斯医院解决方案), 以达到500毫升血液心绞痛的最终体积。
- 用失血过多的方法使猪安乐死。如果打算在灌注开始后将更多的血液添加到香水中 (根据研究的目的), 收集血液并在其中添加 10-30 ul 的肝素, 并将其存放在玻璃容器或塑料袋中, 时间很短 (小时)
- 用 o 夹具交叉夹紧提升的奥, 并将心脏病溶液传递到 o 根。
-
完成心脏静脉溶液的分娩后, 取出交叉夹具并进行心脏切除术。
- 为了便于将 aoo 和 pa 附加到其代表性的插管中, 使用 metzenbaum 剪刀部分地解剖了来自 pa 的上升奥。
- 横切上腔和下腔静脉, 每个静脉的长度约为1厘米。
- 通过横切肺静脉将心脏与后纵隔分开。
- 消费心脏, 确保所有的奥拱形船只采购与下降的 o。保存到 pa 分叉。
- 称重空虚的心。在异地保存间隔内增加的体重量可作为治疗器官水肿的指标。
5. 心脏放置在 eshp 设备上并启动灌注
- 用 metzenbaum 剪刀修剪洛杉矶周围多余的组织, 并在肺静脉之间切割, 以形成一个共同的孔口。
- 使用3-0 聚丙烯缝合线在 la 孔周围放置一个包绳缝合线。
- 缝合和关闭下腔静脉与3-0 聚丙烯缝合。在灌注开始时保持上腔静脉打开, 以确保右心室 (rv) 保持减压状态, 直到灌注温暖, 并实现有组织的节奏。
- 将 la 插管放入 la 孔中, 并用陷阱固定 (图 6)。
- 轻轻挤压心室, 使心脏 "从5.5。并将其添加到5.7。将 o 泵的速度提高到 1600 rpm, 轻轻挤压心脏。在奥根的剩余空气将被弹出通过无名和锁骨下分支。
- 将 o 连接到嵌入在硅胶膜中的 o 插管。用丝质领带把奥在插管周围固定。修剪奥, 以实现一个适当的谎言, 没有紧张或眨眼。
- 将 o 泵转速提高到 1600 rpm。在奥根的剩余空气将被弹出通过无名和锁骨下分支。
- 将 o 清洗线连接到无名动脉。用丝绸领带固定连接。
- 用丝质领带在锁骨下的左动脉孔上的鼻孔。用陷阱和捕捉来固定闭合。通过锁骨下动脉的孔口, 放置一个介绍护套 (5f)。确保导管的长度及其方向得到适当调整, 以免干扰 o 阀功能。
- 将 o 压力传感器连接到导入器护套侧端口。
- 读取显示器上的 o 压力。调整 o 泵速度, 达到30毫米汞的平均压力。此时 (时间 0), 灌注将在非工作模式 (朗根多夫模式) 开始, 在 pa 线的暗脱氧灌注剂的出现是重建冠状动脉流动的反射器。如果需要, 设置计时器以遵循灌注的持续时间。
- 打开热交换器, 将温度设置为38°c。在大约10分钟内, 香水将升温至37–38°c。对于猪心脏的正常灌注, 在整个灌注过程中保持38°c 的温度。
- 在灌注的第一个小时内保持非工作模式下的灌注。调整 la 泵的速度, 使 la 压力保持在0毫米汞柱。
- 一旦香水温度 gt;34, 根据需要评估心脏节律和速度以及除颤 (5-20 焦耳)。在尝试恢复治疗之前, 请确保心脏完全减压。
- 使用血气分析仪检查溶解气体的状态。调整气体混合物以保持 ph 值: 7.35–7.45, 二氧化碳的动脉分压 (pco 2):35–45毫米汞柱, 动脉部分压力的氧气 (pa o 2):为100–150毫米汞柱, 氧饱和度 (so2) ≥95%。
- 一旦心脏是正常的, 并在一个稳定的节奏, 结扎上腔静脉。
- 将临时起搏器连接到右心房壁, 并以 aai 模式以 100 ats min 的速度为心脏。
- 将心外膜心电图电极连接到心脏表面。
- 在朗多夫模式下, 在灌注1小时后切换到工作模式。为此, 请在主页左侧的 "所需 lap" 部分输入所需的 la 压力 (通常为 6-8 mmhg), 然后单击按钮启动反馈循环。激活的工作模式将显示为绿色按钮, 而 la 泵的速度将自动增加和减少, 以达到并保持所需的 la 压力。
- 当心脏开始工作时, 冠状动脉阻力会下降, 导致低舒张压。调整 o 泵转速, 使工作模式下灌注过程中的 o 舒张压保持为后负荷。
6. eshp 期间的代谢支持
请注意:器官灌注溶液, 包括克里布-亨塞利特缓冲液, 通常含有葡萄糖作为主要能量底物。
- 在灌注过程中, 定期检查葡萄糖水平 (例如血气分析)。根据消耗率, 使用标准输液泵, 用连续动脉输液和/或丸剂量代替葡萄糖, 以保持整个灌注过程中葡萄糖的动脉浓度为 6-8 mmol。
- 使用单独的输液泵, 在整个输液过程中向输液液输送 2 uh 胰岛素, 根据研究的目的改变胰岛素输注率。
- 对于β-肾上腺素受体刺激心脏, 使用标准输液泵向香水提供0.08μgmemin 的肾上腺素, 并在整个灌注过程中继续进行。或者, 也可以使用4微克/敏多巴酚丁胺的输液。
7. 抗微生物和抗炎药
- 在灌注开始时加入广谱抗生素 (例如3.375 克哌拉西林-他唑巴坦)。
- 如有必要, 根据研究的目的, 在香水中添加抗炎药 (如500毫克甲基强的松龙)。
8. 职能评估
请注意:eshp 控制软件每10秒自动计算和记录一次稳态血流动力学和功能指数。
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稳态收缩舒张功能的评价
- 为了评估和记录稳态数据, 通过先前放置在锁骨下动脉的引种鞘, 在工作模式下将充满液体的辫子导管放入左心室 (lv)。
- 用盐水冲洗猪尾导管, 并将导丝放在导管内。
- 轻轻地将导管插入先前放置在锁骨下动脉的鞘插管中。一旦它通过 o 阀门, 慢慢地取出导丝, 并将辫子导管连接到 lv 压力线。
- 跟随显示器上的 lv 压力波。当导管正确放置在 lv 内时, 压力波的舒张部分将达到零。值得注意的是, 这一步骤只有在工作模式下才有可能, 因为 o 阀门必须正常打开, 猪尾导管才能进入腔内。一旦猪尾导管放置在 lv 中并连接到 lv 压力传感器, lv 压力变化的最大和最小速率 (dp/dt 最小值和 dp/dt 最大值) 将被自动记录。
- 在给定的恒压 (6-8 毫米汞柱) 和40毫米汞柱的 o 舒张压和100-min–1的心率下, 通过在 la 线上对测量流量进行索引来确定心肌性能.la 压力等于心输出量, 假设没有 ao-col 功能不全。检查 o 压力波形, 以确保没有 o 不足。
- 为了评估和记录稳态数据, 通过先前放置在锁骨下动脉的引种鞘, 在工作模式下将充满液体的辫子导管放入左心室 (lv)。
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提前招聘的中风工作评估 (prsw)
请注意:prsw 是舒张终末体积与 lv 脑卒中工作 (lvsw) 之间的线性关系, 是评价心室功能的指标, 与前程、后负荷和心室18、19的大小无关。prsw 可以用这个系统以非侵入性的方式进行测量, 如下所述。- 从 lv 中取出辫子导管, 因为导管在 prsw 分析过程中可能会诱发心律失常, 从而对结果的准确性产生负面影响。
- 在主页上的 "捕获 pvl" 部分, 调整分析期间洛杉矶泵速度的预期下降速率 (通常为 100–200 rpm) 和进行分析所需的时间 (通常为10–12秒) (图4)。
- 执行上述调整后, 点击 "录制 pvl"。该软件将自动退出工作模式, 并逐步减少 la 泵 rpm, 同时记录 lvsw 和 la 压力。在数据收集结束时, 软件将对新获得的数据集进行线性回归, 以获得 prsw。eshp 软件完成分析后, 主页上将出现一条消息, 显示分析的相关系数。如果系数 (r 值) 是可取的 (通常和 gt;0.95), 请按 "确定"。将记录 prsw 分析结果。
- 执行分析后, 要在工作模式下返回到灌注, 请单击 "按启动工作模式; 否则软件将继续在 langendorff (非工作) 模式下。灰色按钮将变为绿色, 表示返回工作模式。如果需要重复的 prsw 分析, 则在每次新尝试之前, 确保 la 压力/流值返回到以前的稳态值。
9. 前位完美心脏的代谢评估
- 利用从 o (动脉) 和 pa (静脉) 线每1-2小时采集的香水样本的血气分析中获得的信息, 评估 eshp 期间心脏和香水的代谢状态。
- 进行血气分析 (每 1-2小时), 以监测香水的气体和离子状态。调整气体成分 (o2和 co2) 并扫描速度, 以保持7.35–7.45 的 ph 值, 100–150毫米汞柱的 pao2和35–45毫米汞柱的 paco2.在灌注过程中, 调整和保持生理范围内钾和钙的乳精离子浓度 (例如, 必要时添加氯化钙)。
-
利用从血气分析和冠状动脉血流中获得的信息来计算代谢参数。例如, 计算心肌耗氧量 (mvo2) 和 lv 机械效率 (me), 如下所示:
- 确定 mL2 (ml2·min-1·100 g-1), 使冠状动脉血流量 (cbf) 乘以氧含量的动静脉差 (cao 2–cvo2) .
mL2 = [cao2-cvo 2 (ml o2·100 ml-1), xcbf (ml. min-1. 100 g心质量), 在哪里;
动脉含氧量 (cao2) = [1.34 (ml o . 2. g hb-1) xhb 浓度 (g· 100 ml-1) x 氧饱和度 (%)] + [0.00289 (ml o 2·mhg-1ml-1) (毫米hg)]
静脉含氧量 (cvo2) = [1.34 (ml o 2·g hb-1) xhb 浓度 (g· 100mlml-1) x 氧饱和度 (%)] + [0.00289 (ml o 2·mm hg-1 ) xpvo2 (毫米 hg)] - 计算 lv 机械效率 (me), 如下所示:
me = lvsw (j. 跳动-1)/mvo2 (j. 节拍-1), 其中
行程工作 = {平均动脉压力 (mmhg)-la 压力 (mmhg)} {la 流量 (ml. min-1)/心率 (跳动最小 -1)} x0.0001334 (j. mmmhgh-1), 以及
mL2 (j. 跳动-1) = {mL 2 (ml. min- 1)/心率 (跳动. min-1)} x20 (焦耳. ml-1)
- 确定 mL2 (ml2·min-1·100 g-1), 使冠状动脉血流量 (cbf) 乘以氧含量的动静脉差 (cao 2–cvo2) .
10. 在灌注结束时从 eshp 设备中取出心脏
- 退出工作模式。将 la 泵 rpm 变为零。
- 将 o 泵 rpm 降低到零。
- 取下辫子和鞘。
- 快速删除心脏的所有附件。
- 称量空心, 确定心肌水肿形成的程度。
- 快速从左心室和右心室采集适当大小的组织样本, 并将其放置在最佳切割温度 (oct) 凝胶、福尔拉林和/或将其冻结在液氮中。将样品存放在-80°c 的冰柜中, 将冷冻样品存放在室温下适当密封的容器中), 以便将来进行调查 (oct 和将冷冻样品贴在-80°c 的冰柜中)。
- 关闭该程序;所有记录的数据都将被保存。
- 根据机构协议丢弃剩余的组织、血液、生物活性物质和使用的 eshp 仪器组件。
- 使用消毒硬表面清洁剂 (如70% 乙醇) 彻底清洁 eshp 购物车。
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Representative Results
在灌注开始时 (在非工作模式下), 当系统和灌注的温度接近正常时, 心脏通常会恢复窦性心律。当进入工作模式时, 当 la 压力接近所需的值时, 应观察到对 o 压力跟踪的喷射, 并应逐渐增加 la 流量 (心脏输出量的反射)。在约克郡猪模型 (35-50 公斤) 和启动心脏重量180-220 克, 最初的 la 流量将是约 2, 000 mL/min, 这通常将接近约 2, 750 mL/min 在工作模式灌注的第一个小时。图 7显示了超过12小时灌注的 o 压力 (a) 以及 la 和肺动脉流动 (b) 的趋势。
在 eshp 的生理工作模式下, 心脏的各种代谢评估也是可能的。对 eshp 期间获得的香水样品进行的血气分析/代谢评估提供了关于心脏随时间推移的代谢状况的广泛信息 (表 1 和表2) 和 (图 8a、b)20.除了血气分析外, 还可以采集和评估不同生物标志物的吸血样本, 如脑钠肽和肌钙蛋白 i;但是, 应该注意的是, eshp 发生在一个封闭的系统中, 没有交换完美的解决方案。在没有自然代谢的器官清除这些因素 (如肾脏) 的情况下, 通常会观察到胚层溶液中生物标志物随时间的积累 (图 9)。
使用此平台对心脏进行功能评估可能包括与负荷相关的参数 [包括心肌性能 (心脏指数、ci)、lvsw、最大和最小压力变化率 (dp/dt 最大值和最小值)] 以及与负载无关的参数 ((表 3)。图 10演示了在 la 压力13的计算机控制线性减少过程中对 lv prsw 的评估.根据我们在猪心脏和 gt;10 人的心脏的 eshp 方面的经验, 使用自动化 eshp 软件程序与标准操作程序的开发是相关的, 从而将操作间和操作内的可变性降至最低。功能参数。这里使用的 eshp 仪器和软件系统的设计是为了保持所需的压力和收集功能参数, 同时对手动调整的需求最小, 我们观察到所有的系统都有一个类间相关系数 (icc) 0.9。评估的参数 (例如 lvsw, 和 dp/ddt 最大值和最小值), 这些参数具有出色的相互性、内压和测试性可靠性。在该系统中, 灌注过程中对心脏的心电图监测也可以使用协议中描述的两个电极进行, 提供灌注过程中的心率和节律信息 (图 4)。
在 eshp 期间对心脏的评估可以扩展到不同的成像方式。eshp 期间的超声心动图可以提供有关心肌功能 (例如心室射血分数) 和解剖参数的其他信息 (图 11和图 12)。此外, 血管造影成像21可以对冠状动脉血管进行评估.
进行线性回归分析可确定哪些参数与 eshp 期间的心肌性能最相关 (心脏指数:ml·min-1·g-1).我们之前表明, 尽管测量的功能参数预测心肌性能的能力有显著差异, 但总体而言, 功能参数与心脏输出量表现出很高的相关性。最好的功能预测因素包括收缩期冲程工作 [确定系数 (r2) = 0.759], 用于收缩期功能, 最小 dp/dt, (r2 = 0.759) 用于舒张功能。有趣的是, 仅代谢参数就显示出预测心肌性能的能力非常有限 (耗氧量: r2 = 0.28; 冠状动脉血管阻力: r2 = 0.28; 乳酸浓度: r2 = 0.28)。13在正常工作模式下灌注心脏提供了一个机会, 在器官保存过程中获得心脏的全面代谢和功能评估。在工作模式下能够支持捐献者心脏的临床 eshp 设备将为医疗团队提供机会, 根据移植前的客观数据对器官可行性做出决定。
图 1: 心脏用硅胶支撑膜.支持膜与综合主动脉插管 (a), 左心房插管 (b), 肺动脉插管 (c)。请点击这里查看此图的较大版本.
图 2: eshp 电路.(a) eshp 电路的原理图。(b) 在我们的环境中使用的 eshp 设备。a = 器官室和硅胶支撑膜, b = 储层, c = 动脉线过滤器, d = 左心房泵, e = 膜氧气机和热交换器, g = 气体混合器, h = 管流传感器, i = 压力传感器, j = stopcobic/luer 锁。请点击这里查看此图的较大版本.
图 3: 通过将泵出口定位到更高的水平来使泵脱风.请点击这里查看此图的较大版本.
图 4: 显示心脏功能参数的正在运行的 eshp 软件程序的屏幕截图.请点击这里查看此图的较大版本.
图 5: 初始化的 eshp 软件程序的屏幕截图.请点击这里查看此图的较大版本.
图 6: 磁性左心房插管固定在左心房的后侧.请点击这里查看此图的较大版本.
图 7: 监测灌注过程中的压力和流量.(a) eshp 12小时期间主动脉压力的变化趋势。(b) 在12小时的 eshp 期间左心房和肺动脉流量的趋势请点击这里查看此数字的更大版本.
图 8: 随时间变化的趋势.(a) 在12小时的 eshp 期间, 心肌耗氧量和 (b) 静脉乳酸浓度请点击此处查看此数字的较大版本.
图 9: 在 eshp 12小时内心脏肌钙蛋白 i 的灌注浓度随时间变化的趋势.请点击这里查看此图的较大版本.
图 10: 对提前招聘中风的评估是心脏功能不良 (灰色), 而不是功能良好的心脏 (黑色).请点击这里查看此图的较大版本.
图 11: 代表性二维超声心动图图像.请点击这里查看此图的较大版本.
图 12: 代表性 m 型超声心动图图像.请点击这里查看此图的较大版本.
| 主动脉 (动脉) 参数 | pa (静脉) 参数 | ||||||
| t1 | t5 | t11 | t1 | t5 | t11 | ||
| 血气值 | |||||||
| Ph | 7.28 | 7.44 | 7.33 | 7.25 | 4.42 | 7.30 | |
| po2 (毫米汞柱) | 123.00 | 149.00 | 141.00 | 4.00 | 55.40 | 57.80 | |
| pco2 (毫米汞柱) | 38.00 | 33.90 | 42.50 | 43.00 | 37.10 | 46.10 | |
| 血氧值 | |||||||
| hb (g/dl) | 4.20 | 4.10 | 3.90 | 4.20 | 4.10 | 3.90 | |
| so2 (%) | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 64.00 | 95.50 | 92.00 | |
| 电解质值 | |||||||
| k+ (mmol/L) | 4.20 | 4.60 | 5.20 | 4.20 | 4.60 | 5.20 | |
| na+ (mmol/L) | 142.00 | 144.00 | 149.00 | 142.00 | 144.00 | 149.00 | |
| ca2 + (mmomsl) | 1.02 | 1.20 | 1.40 | 1.02 | 1.20 | 1.40 | |
| cl- (mmol) | 107.00 | 109 | 114.00 | 107.00 | 109 | 114.00 | |
| osm (mmomskg) | 291.30 | 292.50 | 302.40 | 291.90 | 292.90 | 302.40 | |
| 代谢物值 | |||||||
| 葡萄糖 (mmomsl) | 7.00 | 5.30 | 5.10 | 7.00 | 5.20 | 5.00 | |
| 乳酸 (mmolsl) | 3.00 | 2.30 | 2.00 | 3.10 | 2.40 | 1.90 | |
| 酸碱状态 | |||||||
| hco3- (mmolsl) | 17.60 | 23.10 | 21.90 | 18.50 | 23.70 | 22.40 | |
表 1: 例在原位心脏灌注过程中进行的血气分析.ca2 +, 钙离子;cl-, 氯化物离子;血红蛋白, 血红蛋白;hco3-碳酸氢离子;k+, 钾离子;钠+, 钠离子;奥斯姆, 渗透性;paco2, 动脉部分压力的二氧化碳;pao2, 动脉分压氧;so2, 氧饱和度;t1, 1 小时的原位灌注 (早期灌注);t5, 5小时原位灌注 (中灌注);t11, 11 h 原位灌注 (后期灌注)
| 时间 | |||
| 代谢参数 | t1 | t5 | t11 |
| mvo2 ml/min/100 g | 6.68 | 2.44 | 1.77 |
| 乳酸静脉 | 3。1 | 2。4 | 1。9 |
| 静脉-乳酸动脉差异 | 0。1 | 0。1 | -0。1 |
| 葡萄糖利用 | 1.23 | 0。6 | 1.14 |
表 2: 使用血气分析数据计算的代谢参数.mvo2, 心肌耗氧量;t1, 1 小时的原位灌注 (早期灌注);t5, 5小时原位灌注 (中灌注);t11, 11 h 原位灌注 (后期灌注)
| 时间 | |||
| 功能参数 | t1 | t5 | t11 |
| ci (ml/minp) | 10.26 | 9.66 | 7.50 |
| sw (毫米汞柱 * 毫升) | 2253 | 1965年 | 1323 |
| 最大 (mmhgs) | 1781年 | 1783年 | 1482年 |
| sys p (毫米汞柱) | 42] | 121 | 91 |
| 我 (%) | 6.69 | 16.85 | 21.68 |
| prsw | 399 | 348.38 | 248.63 |
| dp/dt min (mmhgs) | -1444 | -2350 | -844 |
表 3: 一例在原位心脏灌注过程中评估的左心室功能参数。ci, 心脏指数;最大压力变化率, 最大压力变化率;最小压力变化率;我, 机械效率;prsw, 提前招聘中风工作;sw、笔划工作;sys p, 收缩压;t1, 1 小时的原位灌注 (早期灌注);t5, 5小时原位灌注 (中灌注);t11, 11 h 的原位灌注 (后期灌注)。
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Discussion
成功灌注是根据研究的目的来定义的;但是, 这应该包括不间断的 eshp 所需的时间量和完整的收集有关心功能的数据在灌注过程中。为此, 必须遵循议定书中的几个关键步骤。
心脏是一个对氧气和能量有很高需求的器官, 最大限度地减少插管和灌注前的缺血时间是必须遵循的重要原则。采购过程、将心脏安装在 eshp 设备上以及启动灌注不应超过20-30分钟。
为了实现高效灌注和可靠的功能评估, 将心脏安装到仪器上的过程至关重要。在这方面, 大血管的正确解剖对齐发挥着重要作用。心脏应采购与适当长度的 pa 和 o 拱分支, 以便这些船只不拉伸时, 连接到有代表性的插管.从灌注开始, 有效的冠状动脉灌注在原位灌注过程中对心脏的保护起着举足轻重的作用。在非工作模式下开始灌注后, 应监测和调整至少30毫米汞柱的 o 压力, 以有效地支持冠状动脉灌注。在 pa 线上出现了一种暗脱氧的吸氧剂, 这是冠状动脉血流重建的一个反射器。切换到工作模式后, 应将 o 压力调整为40毫米汞柱, 为工作心脏提供足够的冠状动脉灌注压力。
心脏腔和 o 的脱发是 eshp 成功的关键。在连接洛杉矶插管的时候, 挤压房间将有助于心脏的脱气。lv 中剩余的任何空气都应通过无名动脉中的清洗线循环, 从而最大限度地降低冠脉空气栓塞的风险。然而, 如果在切换到工作模式时, 左心仍有大量空气, 冠状动脉空气栓塞有可能导致心肌功能显著下降。
该方法的目标是为大型哺乳动物模型的 eshp 实验研究提供一个可重现和可靠的平台。这样的系统为在生理工作模式下灌注提供了机会, 也为灌注心脏的广泛评价提供了机会。这为评估旨在恢复功能失调的供体器官的心脏保护方案提供了机会。该系统有助于在 eshp 期间对心脏功能参数和代谢参数进行简单和可重复的评估, 提供可用于确定可用于移植的可行器官的客观数据。在评估延长标准时, 这种综合评估是特别重要的捐赠的心和心捐赠后循环死亡。此外, 根据我们在实验 eshp 设置中的观察, 在工作模式下灌注的心脏与在朗根多夫模式下保存的心脏相比, 随着时间的推移, 显示出收缩和舒张功能的出色保存, 并可能有助于延长安全性。保存时间。
在工作模式下的 eshp 是保存捐赠心脏和评估其可行性的有效方法, 但它是一种人工设置, 缺乏身体的许多生理方面 (如实时激素和营养平衡支持, 和自由基清理系统)。心脏是一个器官与复杂的能量/代谢需求。因此, 为心脏灌注提供一致、有效的代谢支持至关重要。我们观察到, 前灌注心脏的功能下降, 特别是在延长灌注时间22.这种下降可能反映了代谢效率低下影响工作模式灌注心脏功能的情况。需要进行更多的研究来描述 eshp 期间心脏的最佳代谢支持。另一个挑战是工作模式心脏灌注的复杂性。尽管该系统中的 eshp 更加简单, 但工作模式灌注应由训练有素的人员进行。
eshp 仪器能够在大型哺乳动物模型中对心脏进行全面的功能和代谢评估, 为开发转化治疗方案以改善功能障碍/次优捐赠心脏提供了巨大的潜力.eshp 可作为一个平台, 针对各种疾病 (如缺血再灌注损伤) 实施治疗干预, 并评估其对灌注心脏12 的代谢和功能参数的影响。此外, 工作模式 eshp 可以促进安全保存间隔的延长, 这可能有助于克服器官捐献的地理限制, 并促进更好地分配捐赠的心脏。
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Disclosures
dhf 拥有原位器官灌注技术和方法方面的专利。dhf 和 jn 是 tevosol 公司的创始人和主要股东。
Acknowledgments
这项工作得到了加拿大国家移植研究方案赠款的支持。sh 是一个医学和牙科学院的学生在心脏科学的研究生。dhf 接受了国家科学和工程研究委员会和加拿大卫生研究所的合作研究项目 (chrp) 赠款。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Debakey-Metzenbaum dissecting scissors | Pilling | 342202 | |
| MAYO dissecting scissors | Pilling | 460420 | |
| THUMB forceps | Pilling | 465165 | |
| Debakey straight vascular tissue forceps | Pilling | 351808 | |
| CUSHING Gutschdressing forceps | Pilling | 466200 | |
| JOHNSON needle holder | Pilling | 510312 | |
| DERF needle holder | Pilling | 443120 | |
| Sternal saw | Stryker | 6207 | |
| Sternal retractor | Pilling | 341162 | |
| Vorse tubing clamp | Pilling | 351377 | |
| MORRIS ascending aorta clamp | Pilling | 353617 | |
| Surgical snare (tourniquet) set | Medtronic | CVR79013 | |
| 2-0 SILK black 12" x 18" strands | ETHICON | A185H | |
| 3-0 PROLENE blue 18" PS-2 cutting | ETHICON | 8687H | |
| Biomedicus pump drive (modified) | Medtronic | 540 | Modified to allow remote electronic control of pump speed |
| Biomedicus pump | Maquet | BPX-80 | |
| Membrane oxigenator D 905 | SORIN GROUP | 50513 | |
| Tubing flow module | Transonic | Ts410 | |
| PXL clamp-on flow sensor | Transonic | ME9PXL-BL37SF | |
| TruWave pressure transducer | Edwards | VSYPX272 | |
| Intercept tubing 3/8" x 3/32" xX 6' | Medtronic | 3506 | |
| Intercept tubing 1/4" x 1/16" x 8' | Medtronic | 3108 | |
| Heated/Refrigerated Bath Circulator | Grant | TX-150 | |
| ABL 800 FLEX Blood Gas Analyzer | Radiometer | 989-963 | |
| DLP cardioplegia cannula (aortic root cannula) | Medtronics | 20613994495406 | |
| 5F Ventriculr straight pigtail cathter | CORDIS | 534550S | |
| 5F AVANTI+ Sheath Introducer | CORDIS | 504605A | |
| Emerald Amplatz Guidewire | CORDIS | 502571A | |
| Dual chamber pace maker | Medtronic | 5388 | |
| Defibrilltor | CodeMaster | M1722B | |
| Infusion pump | Baxter | AS50 | |
| Surgical electrocautery device | Kls Martin | ME411 | |
| Gas mixer | SECHRIST | 3500 CP-G | |
| Medical oxygen tank | praxair | 2014408 | |
| Cabon dioxide tank | praxair | 5823115 | |
| Bovine serum albumin | MP biomedicals | 218057791 |
References
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