Summary
Een betrouwbare niet-invasieve benadering voor functionele beoordeling van het donorhart tijdens normotherme ex situ hartperfusie (NESP) ontbreekt. We beschrijven hierin een protocol voor ex situ beoordeling van myocardiale prestaties met behulp van de epicardiale echocardiografie en geleidingskathetermethode.
Abstract
Harttransplantatie blijft de gouden standaardbehandeling voor gevorderd hartfalen. Het huidige kritieke orgaantekort heeft echter geleid tot de toewijzing van een groeiend aantal donorharten met uitgebreide criteria. Deze marginale transplantaten zijn geassocieerd met een hoog risico op primair transplantaatfalen en kunnen baat hebben bij ex situ perfusie vóór transplantatie. Deze technologie maakt uitgebreide orgaanconservering mogelijk met behulp van warm zuurstofrijke bloedperfusie met continue metabole monitoring. Het enige NESP-apparaat dat momenteel beschikbaar is voor de klinische praktijk doordringt het orgaan in een onbelaste niet-werkende toestand, wat geen functionele beoordeling van het kloppende hart mogelijk maakt. We hebben daarom een origineel platform van NESP ontwikkeld in werkmodusomstandigheden met aanpassing van linkerventrikelvoorspanning en nabelasting. Dit protocol werd toegepast in varkensharten. Ex situ functionele beoordeling van het hart werd bereikt met intracardiale geleidingskatheterisatie en oppervlakte-echocardiografie. Samen met een beschrijving van het experimentele protocol, rapporteren we hierin de belangrijkste resultaten, evenals parels en valkuilen die verband houden met de verwerving van drukvolumelussen en myocardiale kracht tijdens NESP. Correlaties tussen hemodynamische bevindingen en ultrasone variabelen zijn van groot belang, vooral voor verdere revalidatie van donorharten vóór transplantatie. Dit protocol heeft tot doel de beoordeling van donorharten te verbeteren om zowel de donorpool te vergroten als de incidentie van primair transplantaatfalen te verminderen.
Introduction
Harttransplantatie is de gouden standaardbehandeling voor gevorderd hartfalen, maar wordt beperkt door het huidige orgaantekort1. Een groeiend aantal donorharten met uitgebreide criteria (leeftijd >45 jaar, cardiovasculaire risicofactoren, langdurige lage doorstroming, acute linkerventrikeldisfunctie secundair aan catecholaminerge storm) krijgen een verhoogd risico op primair transplantaatfalen2. Bovendien kunnen harten die worden gedoneerd na gecontroleerde circulatiedood (DCD) worden gepresenteerd met myocardinfarct secundair aan langdurige warme ischemie3. Daarom is er behoefte aan een betere beoordeling van deze donorharten vóór transplantatie, vooral om te beoordelen of ze in aanmerking komen voor harttransplantatie 4,5.
Normotherme ex situ perfusie (NESP) behoudt het kloppende hart met behulp van warm zuurstofrijk bloed. Het enige in de handel verkrijgbare apparaat voor NESP bewaart het hart in een niet-werkende toestand (Langendorff-modus). Deze aanpak werd aanvankelijk toegepast om het behoud van het transplantaat uit te breiden tot na de kritieke periode van 4 uur koude ischemie6. Een ander groot voordeel van deze technologie is een continue beoordeling van de levensvatbaarheid van myocardiale waarden op basis van de lactaatconcentratie in het perfusaat6. Deze biochemische beoordeling is echter tot op heden nooit gecorreleerd met post-transplantatieresultaten. Evenzo laat de Langendorff-modus voor NESP geen hemodynamische en functionele evaluatie van het hart toe voorafgaand aan transplantatie. Sommige auteurs hebben het potentiële voordeel van intracardiale katheterisatie tijdens NESP gemeld om myocardinale herstel na transplantatie te voorspellen7.
Dit rapport is bedoeld om een reproduceerbare methodologie te bieden om de prestaties van het donorhart tijdens NESP te evalueren. We hebben het circuit aangepast om perfusie in de werkmodus mogelijk te maken en dus voor de verwerving van niet-invasieve functionele variabelen met epicardiale echocardiografie. De myocardiale werkindex, een belastingsonafhankelijke variabele, werd geregistreerd met behulp van druk-reklussen. We onderzochten de relaties tussen myocardinfare en hemodynamische variabelen verkregen uit intracardiale geleidingskatheterisatie.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Dit protocol is goedgekeurd door de lokale ethische commissie voor dierproeven en door het Institutioneel Comité voor Dierenwelzijn (APAFIS#30483-2021031811339219 v1, Commissie Ethiek van de Universiteit van Parijs Saclay, Frankrijk). Dieren werden behandeld in overeenstemming met de richtlijnen voor de verzorging en het gebruik van proefdieren ontwikkeld door het National Institute of Health en met de principes van laboratoriumdierverzorging ontwikkeld door de National Society for Medical Research.
OPMERKING: Chirurgische procedures werden uitgevoerd onder strikte steriliteit met behulp van dezelfde technieken die voor een mens worden gebruikt. Experimentele procedures omvatten grote witte biggen (45-60 kg) en werden uitgevoerd onder algemene anesthesie.
1. Conditionerings- en anesthesieprotocol voor dieren
- Laat de dieren 7 dagen acclimatiseren, met congeneren en milieuverrijking, om het dierenwelzijn te waarborgen.
- Voer de dieren niet 12 uur voordat ze in het experimentele protocol zijn opgenomen.
- Voer 30 minuten voor de procedure een premedicatie uit met een intramusculaire injectie van een equimolair mengsel van tiletamine en zolazepam (10 mg / kg) in de nekspieren.
- Zodra het dier is verdoofd, brengt u een katheter in de oorader in en induceert u algemene anesthesie met een intraveneuze bolus van propofol (2 mg / kg) in combinatie met toediening van atracurium (2 mg / kg).
- Intubeer het dier met een orotracheale sonde van 7,5 mm.
- Controleer het dier met continu ECG, expiratoire CO2 en oximetrie.
- Algemene anesthesie handhaven met geïnhaleerd isofluraan (2%) gemengd met 40% zuurstofsupplement.
2. In situ hemodynamische en echocardiografische beoordeling van het hart
OPMERKING: Hemodynamische beoordeling wordt uitgevoerd met een Swan Ganz-katheter, terwijl de functionele beoordeling van het hart bij aanvang wordt uitgevoerd door transthoracale echocardiografie.
- Breng percutaan een 8 Franse (Fr) schede in de brachiocephalische veneuze stam met behulp van de Seldinger techniek8.
- Nadat u de katheter hebt ontlucht en de 0-druk hebt ingesteld, brengt u de Swan Ganz-katheter in de 8 Fr-schede totdat een pulmonaal drukprofiel wordt waargenomen op het bewakingsscherm.
- Verkrijg de pulmonale arteriële occlusiedruk door de Sawn-Ganz-katheter in de longcirculatie te duwen terwijl de ballon wordt opgeblazen.
- Beoordeel de cardiale output met behulp van de thermodilution approach door infusie van 10 ml koude (4 °C) zoutoplossing in de proximale lijn van de Swan Ganz-katheter. Herhaal de meting drie keer.
- Beoordeel de linkerventrikel ejectiefractie (LVEF) met behulp van de tweedekker Simpson-techniek9.
- Verken de aortaklep en de aortawortel om elke structurele aandoening of aortaregurgitatie boven graad 2 te identificeren die ex situ perfusie van het hart door de opgaande aorta in gevaar zou kunnen brengen (figuur 1).
3. Beschrijving en priming van de normotherme ex situ perfusiemachine (NESP)
OPMERKING: Een aangepaste NESP-module wordt gebruikt om als alternatief Langendorff-perfusie en werkmodusperfusie uit te voeren. Kortom, sluit de aortalijn van het circuit aan op een compliance-kamer via een Y-connector. Voeg een pediatrische oxygenator en een cardiotomiereservoir (70-80 cm hoog boven de aortaconnector van de module) toe om een linker ventrikelnabelasting van ongeveer 70 mmHg te bieden tijdens de werkmodus. Sluit een ander cardiotomiereservoir (7-10 cm hoog boven de aortaconnector van de module) aan op de hoofdinstroomlijn met behulp van een Y-connector om een linker atriumvoorspanning van ongeveer 10 mmHg te bieden tijdens de werkmodus (figuur 2). Coronaire stroming wordt beoordeeld met een stroomsensor die is aangesloten op de longcanule. Een centrifugaalpomp, een membraanoxygenator en een verwarmingskoelermachine zijn op het circuit aangesloten (figuur 2). Zie tabel 1 voor beschrijvingen van oplossingen.
- Bereid het perfusiecircuit voor met de primingoplossing (tabel 1).
- Stel het pompvermogen in op 1500 ml/min.
- Voeg het bloed van het donorvarken (1200-1500 ml) toe aan het circuit.
- Stel de gasmenger in om een zuurstof partiële druk >250 mmHg te bereiken.
- Sluit de onderhoudsoplossing en de adrenalineoplossing (tabel 1) aan op het circuit en stel de initiële output in op respectievelijk 5 ml/h en 0,1 ml/h.
- Stel de temperatuur van het perfusaat in op kamertemperatuur (RT) voordat het hart in de perfusiemodule wordt geplaatst.
- Sluit tijdens de werkmodus een spuit dobutamine aan met een concentratie van 2,5 mg /ml (output tussen 0,04-0,12 mg / h).
4. Hartverwerving en instrumentatie voor normotherme ex situ hartperfusie
- Hartverwerving
- Plaats het dier in rugligging en blijf algemene anesthesie handhaven.
- Voer een mediane sternotomie uit en open het hartzakje.
- Hang het hartzakje op met vier stay hechtingen.
- Plaats 4-0 polypropyleen hechtingen op het rechter atrium en op de opgaande aorta om cannulaties met tourniquets te beveiligen.
- Na heparine-infusie (300 UI/kg) en zorgvuldige dissectie van de aortawortel, plaatst u een dubbeltraps veneuze canule in het rechteratrium voor bloedafname en een canule met één lumen in de opgaande aorta voor cardioplegie-infusie.
- Isoleer de superieure en de inferieure vena cava met Silastic tourniquets.
- Sluit de veneuze canule aan op een bloedafnamezak met 10.000 IE ongefractioneerde heparine.
- Plaats het biggenlichaam in de Trendelenburg-positie om de bloedafvoer in de verzamelzak te verbeteren.
- Nadat de bloedafname is voltooid, klemt u de opgaande aorta, infundeert u Del Nido-cardioplegie in de aortawortel (tabel 1) en controleert u of de opgaande aorta onder druk staat (geen aortaregurgitatie).
- Ontlaad het rechter en linker atrium door respectievelijk de inferieure vena cava en de rechter longader te openen, terwijl de superieure vena cava wordt geklemd door een tourniquet.
- Zodra de cardioplegie-infusie is voltooid, ligaat u de linker hemiazygos-ader met twee steken van 4-0 polypropyleen.
- Ga verder met het verkrijgen van het hart en houd 2 cm van de pulmonale romp samen met de linker atrium achterwand.
- Controleer of er geen patent is voor het ovale foramen door het atriumseptum te inspecteren en sluit het indien nodig met behulp van 4-0 polypropyleen hechtingen.
- Instrumentatie van het hart vóór NESP
- Plaats het hart in een zoutoplossing van 4 °C en scheid de opgaande aorta van de longstam. Controleer of de aortaklep en de coronaire ostia niet gewond zijn.
- Steek vier verpande hechtingen (4-0 polypropyleen) 5 mm onder het distale gedeelte van de opgaande aorta en breng de infusiecanule in de aorta. Sluit een slangklem om de aorta om de canule vast te zetten.
- Breng een drainagecanule in de longstam en bevestig met een 3-0 polypropyleen lopende hechtdraad.
- Sluit de inferieure en superieure vena cava met 5-0 polypropyleen lopende hechtingen.
- Sluit de linker atrium achterwand met een 4-0 polypropyleen loopnaad.
- Steek een linkerventilatiecanule door de achterwand van de linker atriumwand en strik een tourniquet rond.
- Steek een preload canule in het linker atriale aanhangsel en strik een tourniquet rond.
5. Verbinding met de NESP-machine en reanimatie van het hart
OPMERKING: Zorg ervoor dat vóór instrumentatie van het hart de materialen die nodig zijn voor reanimatie beschikbaar zijn naast het perfusiecircuit, met name een defibrillator met interne sondes en een externe pacemaker met epicardiale elektroden. Zorg ervoor dat de drukleiding is aangesloten op de aortaleiding en dat de uitgangssensor op de coronaire stroomleiding is geplaatst. De afterload-lijn moet worden vastgeklemd, evenals de voorspanningslijn van het werkmoduscircuit.
- Verlaag het pompdebiet tot 200 ml/min.
- Sluit het hart aan op de aortaconnector nadat u de connector hebt ontlucht. Zorg ervoor dat het hart op de juiste manier is aangesloten op de perfusiemodule, zodat de inferieure ventriculaire wanden en het linker- en rechteratrium zich voor de operator bevinden. Vermijd het draaien van de opgaande aorta om aortaregurgitatie te voorkomen.
- Stel de aortadruk in op 30 mmHg bij RT.
- Voer tijdens de reanimatie een soepele hartmassage uit totdat een sinusritme is hersteld.
- Verhoog langzaam het pompdebiet binnen 15-25 minuten met stappen van 50 ml / min om een aortadruk van 65 mmHg te bereiken. Verhoog tegelijkertijd de perfusaattemperatuur met stappen van 2-4 °C tot 37 °C.
- Zodra de aortadruk op 65 mmHg is en de perfusaattemperatuur op 37 ° C, geef indien nodig een elektrische schok bij 5 J en herhaal totdat het sinusritme is hersteld.
- Bevestig een epicardiale elektrode op de rechterventrikel achterwand en sluit deze aan op een externe pacemaker. Laat het hart op 80 BPM draaien om spontaan ritme te overdriven.
- Sluit de longcanule aan op de coronaire stromingslijn.
- Voer arteriële en veneuze bloedmonsters uit voor gas- en biochemische analyses van het perfusaat. Noteer de initiële lactaatconcentratie en corrigeer biochemische aandoeningen om de volgende doelstellingen te bereiken: glucose >1 g / L, K + 3,5-5,5 mmol / L, Ca2 + 1,0-1,20 mmol / L, pH 7,35-7,45, Na + 135-145 mmol / L en HCO3- 20-24 mmol / L.
- Pas de pompstroom aan om een gemiddelde aortadruk van 65-75 mmHg en een coronaire stroom van 650-850 ml / min te bereiken.
- Voer elke 15 minuten arterioveneuze bloedgasanalyse uit om ervoor te zorgen dat myocardiale extractie van lactaat effectief is. Als veneus lactaat hoger is dan arterieel lactaat, verhoog dan de gemiddelde aortadruk tot 80 mmHg door de onderhoudsoplossing te verlagen en controleer de lactaatconcentratie 15 minuten daarna. Als de arterioveneuze lactaatklaring nog steeds verminderd is, verhoog dan de coronaire stroom tot >850 ml en controleer de lactaatconcentratie 15 minuten later.
6. Werkmodus procedure
OPMERKING: Efficiënte arterioveneuze klaring van lactaat wordt meestal bereikt binnen 30 minuten na aanvang van langendorffperfusie. De werkmodus kan vervolgens worden gestart door de voorspanningscanule aan te sluiten op het voorspanningsreservoir (deze lijn werd eerder geklemd tijdens de Langendorff-modus). Op dezelfde manier is de afterloadlijn verbonden met de aortalijn (figuur 2). Stel de stroomsensor in op de afterloadlijn om de cardiale output te meten.
- Open de voorspanningsleiding en pas de pompstroom aan om een stabiele vulling van het voorspanningsreservoir te garanderen. Tijdens deze periode worden het linkeratrium en de linker ventrikel geleidelijk gevuld met bloed.
- Open de aorta-nabelastingslijn en klem de hoofdlijn van het circuit dat wordt gebruikt voor langendorff-perfusie. Het afterload reservoir wordt geleidelijk gevuld. Zorg voor de afvoer van het reservoir door een overlooplijn die het perfusaat terugbrengt naar het hoofdreservoir van het circuit.
- Start de infusie van dobutamine met 0,04 mg/min.
- Voer arteriële en veneuze bloedgasmonsteranalyse uit om ervoor te zorgen dat de myocardiale extractie van lactaat nog steeds effectief is.
- Zodra de cardiale output stabiel is, voert u invasieve hemodynamische beoordeling uit, samen met epicardiale echografiemetingen.
7. Beoordeling van de drukvolumelus (PV) met de geleidingsmethode
OPMERKING: Alle kalibratiestappen moeten in de werkmodus worden uitgevoerd.
- Plaatsing van pv-katheter in de linker ventrikel
- Reinig de 7 Fr pigtail geleidingskatheter met zoutoplossing en sluit deze aan op de hardware-interface.
- Duw de katheter voorzichtig in de inleidende 8 Fr-schede die eerder door het linker atriumdak is ingebracht om te worden uitgelijnd met de mitralisklep.
- Zodra de katheter de mitralisklep passeert, past u de juiste positie aan, rekening houdend met optimale druk- en volumesignalen. Als er te veel geluid is, beweeg dan voorzichtig de geleidingskatheter om de kwaliteit van de lussen te verbeteren.
- Kalibratie pv-luskatheter
- Drukkalibratie
- Zodra de geleidingskatheter zich op de juiste plaats in de linker ventrikel bevindt, opent u de kalibratie-interface op de software en kalibreert u de drukwaarde met behulp van acquisitiesoftware voor geleidingsmetingen.
- Begin met opnemen, selecteer 0 mmHg druk en 100 mmHg op de bedieningsinterface en neem elk 5 s op.
- Stop vervolgens met opnemen en open de drukkalibratie-interface. Stem het overeenkomstige signaal af op het drukniveau.
- Controleer na kalibrering of het signaal overeenkomt met de waarden die zijn verkregen door invasieve bloeddrukmonitoring.
- Volumekalibratie
- Geleidingskalibratie
- Open de besturingsinterface op de software voor geleidingsmetingen.
- Begin met opnemen, de ene na de andere, selecteer de volumes die worden voorgesteld door de kalibratie-interface.
- Laat de interface elk 5 s opnemen en stop dan met opnemen.
- Gebruik de verkregen gegevenstracering en open de volumekalibratie-interface.
- Stem het overeenkomstige spoor af op het drukniveau.
- Parallelle volumekalibratie
- Het omringende hartweefsel geleidt elektriciteit en draagt bij aan het totale volumesignaal. Verwijder dit parallelle volume voor nauwkeurige volumemeting (nabewerkingskalibratie).
- Om het parallelle volume in deze opstelling (myocardiale wand) te beoordelen, injecteert u eenmaal 10 cc hypertone zoutoplossing (4%) in de linker atriumlijn.
- Herhaal de operatie niet om hypernatriëmie te voorkomen.
- Geleidingskalibratie
- Drukkalibratie
- Kalibratie van veldcorrectiefactoren
- Voer de waarde van het slagvolume in die is verkregen uit de ultrasone metingen.
OPMERKING: Factor alfa wordt berekend op basis van de verhouding van slagvolumes die worden verkregen door ultrasone metingen of geleidingskatheterisatie.
- Voer de waarde van het slagvolume in die is verkregen uit de ultrasone metingen.
- Verzameling pv-gegevens
- Stop het epicardiale tempo van het hart om interferentie met het geleidingssignaal te voorkomen. Gegevens opnemen in een stabiele toestand wanneer het signaal is gestabiliseerd (figuur 3)
- Selecteer een reeks van 10 opeenvolgende lussen en open de analysesoftware. De software biedt automatisch slagwerk, vooraf te rekruteren strokewerk, maximale dP / dt, minimale dP / dt en tau-index.
- Om de eind-systolische druk-volumerelatie en de eind-diastolische druk-volumerelatie te verkrijgen, registreert u het signaal tijdens preload occlusie. Klem de atriale perfusielijn geleidelijk vast totdat de voorbelastingsreductie effectief is (figuur 4). Laat vervolgens de klem langzaam los.
8. Epicardiale echocardiografie beoordeling van het hart in een werkende toestand
- Verwerving van ultrasone lussen
- Plaats drie EKG-epicardiale elektroden die zijn aangesloten op het echocardiogramapparaat.
- Breng een steriele drape rond het hart aan en gebruik een transesofagsonde.
- Breng de sonde aan op de bovenste wand van het linkeratrium en draai de transducer handmatig totdat een vierkamerweergave is verkregen (figuur 5).
- Start de echocardiografische acquisitiesoftware voor myocardiale prestatiebeoordeling met behulp van de X-plan-modus.
- Voer vervolgens de ultrasone sondemotor uit om drie- en tweekamerweergaven te verkrijgen. Analyse van deze weergaven maakt het mogelijk om de linker ventrikel ejectiefractie en de globale longitudinale stam9 te meten.
- Beoordeling van de myocardiale werkindex (MWI)
- Ga verder met het verwerven van vier-, drie- en tweekamerweergaven en registreer gelijktijdige arteriële druk (figuur 6).
- Beoordeel de wereldwijde longitudinale spanning met behulp van deze weergaven en open MWI-software. Gebruik de invasieve bloeddruk die door de externe sensor op het perfusiecircuit wordt gedetecteerd tijdens lusacquisitie.
- Informeer de software handmatig over de exacte openings- en sluitingstijd van de aorta- en mitraliskleppen.
OPMERKING: MWI-software biedt automatisch wereldwijd MWI, constructief werk, verspild werk en effectief werk.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
We beschreven hierin een NESP-protocol in een monoventriculaire werktoestand, met behulp van een gemodificeerde hartperfusiemodule die gewoonlijk in de klinische praktijk wordt gebruikt voor Langendorff-perfusie van het donorhart vóór transplantatie. Dit biggenmodel van NESP met behulp van de huidige maatwerkmodule is in 2019 ontwikkeld. De wijzigingen van het circuit waren klein, omdat het grootste deel van het perfusiecircuit opnieuw werd gebruikt voor experimenten. De dop van de module zorgde voor een flexibel en waterdicht membraan om het hart tijdens het transport te beschermen. Het maakte ook oppervlakte-echocardiografie mogelijk terwijl het in een steriele omgeving bleef. Het aanbevolen primingvolume met gemengd bloed en primingoplossing is ongeveer 1200-1500 ml in de klinische praktijk. In het huidige protocol was het primingvolume hoger (2000 ml) omdat langere buizen en extra reservoirs nodig waren voor perfusie in de werkmodus. Daarom vereisten dergelijke overwegingen dieren van meer dan 50 kg voor een bloedafname van > 1500 ml.
De plaatsing van het varkenshart in de perfusiemodule was anders dan eerder gerapporteerde modellen van NESP in werkmodus10,11. Inderdaad, de meesten van hen beschreven harten opgehangen door de aorta, boven een bloedafnamekamer, in een verticale positie. In dit protocol hebben we een commercieel aangepaste module gebruikt en het hart met de voorste kant in de perfusiebox in een enigszins gekantelde positie geplaatst en de achterste kant naar de operator gericht. Hatami et al. suggereerden echter dat de positie van het hart tijdens NESP een belangrijke factor was voor optimale myocardiale perfusie12 en beter zou zijn dan de hangende positie.
Het huidige protocol gebruikte zes dieren om de experimentele Langendorff-modus (LM) gedurende 30 minuten uit te voeren, gevolgd door de werkmodus (WM) perfusie gedurende 2 uur. De gemiddelde aortadruk (MAP) en cardiale output (CO) werden continu gecontroleerd en elke 30 minuten geregistreerd. Het cardiale vermogen (CPO) werd als volgt berekend: CO x MAP/451. Beoordeling van de lactaatconcentratie in het perfusaat werd elke 30 minuten uitgevoerd om ervoor te zorgen dat myocardiale extractie van lactaat (MEL) effectief was als bewijs voor de levensvatbaarheid van myocardiale toediening tijdens NESP. Hemodynamische beoordeling werd zo snel mogelijk uitgevoerd bij T0, T60 en T120 tijdens WM-perfusie. Metabole en hemodynamische metingen tijdens NESP zijn samengevat in tabel 2.
Gezien de hemodynamische beoordeling door hartkatheterisatie, werden optimale PV-lussen bereikt met een geleidingskatheter die door het linker atriumdak werd geplaatst en vervolgens de mitralisklep kruiste, met de pigtail in de top van de linker ventrikel. De positie van de geleidingskatheter werd gecontroleerd met behulp van epicardiale echocardiografie (figuur 5). De kwaliteit van het PV-lussignaal kan veranderen afhankelijk van de positie van de katheter en interferentie met externe pacing (figuur 7).
Functionele beoordeling tijdens perfusie in de werkmodus
Echocardiografische beoordeling tijdens WM-perfusie werd uitgevoerd in de aangepaste opstelling die in deze studie werd gebruikt en leverde linkerventrikel ejectiefractie (LVEF) beoordeling, globale longitudinale spanning (GLS) en myocardiale werkindex (MWI) met reproduceerbaarheid over de experimenten. Alle drie de linkerventrikelbeelden werden op elk moment in alle experimenten verkregen (figuur 6). Gemiddelde LVEF, GLS en MWI waren respectievelijk 40,8 (± 11)%, -8,00 (± 2)% en 652 (± 158) mmHg%. Geleidingskathetermetingen werden uitgevoerd tijdens WM-perfusie. Gemiddelde SW, maximale dP/dt, min dP/dt, end-systolische druk-volumerelatie (ESPVR), tau en pre-recruitable stroke work (PRSW) waren respectievelijk 877 (± 246) mmHg·mL, 1463 (± 385) mmHg/s, -1152 (± 383) mmHg/s, 5,13 (± 3,16), 79,4 (± 23) ms en 63,4 (± 17,5) mmHg·ml tijdens WM-perfusie. Hemodynamische parameters beoordeeld door geleidingskatheter of door oppervlakte-echocardiografie tijdens WM-perfusie zijn samengevat in tabel 3 en tabel 4.
Een significante afname van MWI werd waargenomen tijdens WM-perfusie in de loop van de tijd in alle experimenten (figuur 8A), evenals cardiale output (figuur 8B) en andere parameters gerelateerd aan ESPVR (figuur 8C). Globale MWI was gecorreleerd met cardiale output gemeten door geleidingskatheter (r = 0,85, p < 0,001) (figuur 9).
Figuur 1: Parasternale transthoracale echocardiografie van de aortaklep. De aortaklep en de opgaande aorta worden gecontroleerd om er zeker van te zijn dat er geen opstijgend aorta-aneurysma is en geen significante aortaregurgitatie boven graad 2. De functionele linkerventrikel ejectiefractie wordt ook beoordeeld. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Gemodificeerd orgaanzorgsysteemcircuit voor monoventriculaire werkmodus. (A) Op de nabelastingslijn wordt een conformiteitskamer geplaatst om de vasculaire elasticiteit te reproduceren. Een Y-connector is ingesteld in de hoofdarteriële lijn om een reservoir te vullen op de hoogte van 10 cm boven het harttransplantaat om een voorspanning voor het linkeratrium te bieden bij 13-15 mmHg. Een andere Y-connector wordt op de hoofdarteriële lijn vóór de aortaconnector geplaatst. (B) Een van de takken van de Y-connector is verbonden met een 3/8 inch tubbing, die een pediatrische oxygenator en een reservoir op de hoogte van 70 cm verbindt om een nabelasting van de linker ventrikel van 60 mmHg te bieden Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Stabiel geleidingssignaal van de druk-volume geleidingskatheter. Een stabiel signaal van de drukvolumelussen die in de software worden geregistreerd, wordt geleverd door een centrale positie van de katheter die in de linkerkamer wordt ingebracht via een 8 Fr-schede in het linkeratrium. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: Progressieve kruisklem van het voorspanningsreservoir. De procedure van progressieve occlusie van de tubbing uit het voorspanningsreservoir en het linkeratrium zorgt voor een afname van het volume dat in het linkeratrium wordt geïnjecteerd. De druk-volume lussen worden vervolgens geregistreerd met de acquisitiesoftware. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5: Transesofag oechografische sondepositie tijdens de echocardiografische beoordeling van het harttransplantaat tijdens WM. (A) De sonde wordt op de linker atriumwand geplaatst terwijl het achterste gezicht van het hart tijdens NESP naar de operator is gericht. (B) Een dergelijke plaatsing biedt een echocardiografisch beeld van het linkeratrium, de linker ventrikel en de mitralisklep. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 6: Linkerventrikelbeelden verkregen met TEE-sonde tijdens NESP. De epicardiale echocardiografie met behulp van een transesofagsonde op de achterwand van het linkeratrium biedt een tweekamerbeeld van het linkeratrium en de linker ventrikel. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 7: Voorbeelden van slechte geleidingssignaalacquisitie. (A) Niet-centraal geplaatste geleidingskatheter met signaal verstoord door de bewegingen van het ventrikelseptum. (B) Geleidingssignaal verstoord door externe pacing. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 8: Lineaire regressie in de tijd tijdens WM-perfusie. (A) Myocardiale werkindex (MWI, mmHg%), (B) cardiale output (CO, ml.min-1) en (C) eind-systolische druk-volumerelatie (ESPVR). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 9: Relatie tussen MWI en cardiale output tijdens werkmodusperfusie. Correlatiecurve tussen de myocardiale werkindex (mmHg %) en de cardiale output (ml·min-1) tijdens ex situ hartperfusie in werkmodus. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
| Priming oplossing | Onderhoudsoplossing | Adrenaline oplossing | Del Nido cardioplegie |
| 500 ml NaCl oplossing | 60 mg Adenosine | 0,25 mg adrenaline | 500 mg Ringer-oplossing |
| 150 mg Magnesium | 40 ml NaCl-oplossing | 500 ml glucose 5% | 10 ml KCl 10% |
| 250 mg methylprednisolon | (concentratie: 1,5 mg/ml) | 3 ml Xylocaïne 2% | |
| 1 g Cefotaxime | 6 ml Mannitol 20% | ||
| 6 ml natriumbicarbonaat 8,4% | |||
| 7 ml magnesiumsulfaat 15% |
Tabel 1: Beschrijvingen van de oplossing. De tabel geeft de volumes en concentraties van bestanddelen die worden gebruikt om de priming,onderhoud, adrenaline en Del Nido cardioplegie-oplossingen te bereiden die in dit protocol worden gebruikt. De Del Nido cardioplegie-oplossing wordt gebruikt om een hartstilstand te bereiken, samen met myocardiale bescherming tijdens koude ischemische tijd. De primingoplossing wordt toegediend in de perfusiemachine, samen met het bloed dat tijdens het experimentele protocol wordt verzameld. De onderhoudsoplossing en de adrenaline-oplossing worden toegediend tijdens de ex situ hartperfusie om stabiele perfusieparameters te behouden.
| T0 | T120 | |
| Lactaatconcentratie (mmol/L) | 2.4 (0.97–2.83) | 1.27 (0.36–2.48) |
| Myocardiale extractie van lactaat (mmol/L) | 0.15 (0.14–0.19) | 0.08 (0.04–0.09) |
| Ph | 7.37 ( 7.31–7.45) | 7.41 (7.31–7.47) |
| Kalium (mmol/L) | 4.6 ( 4.4–5.1) | 4.9 (4.3–5.5) |
| Systolische aortadruk (mmHg) | 132.5 (101.0–142.3) | 101.0 (96.2–109.3) |
| Gemiddelde aortadruk (mmHg) | 97.5 (73.0–106.8) | 77.0 (69.0–85.5) |
| Coronaire stroming (ml/min) | 925 (550–1050) | 700 (550–875) |
| Cardiale vermogensuitgang | 326.5 (116.5–485.5) | 228.0 (185.5–361.0) |
Tabel 2: Hemodynamische en metabole parameters beoordeeld tijdens WM-perfusie. Gegevens worden geleverd met het mediane en interkwartielbereik.
| ZW (mmHg·ml) | maximale dP/dt (mmHg/s) | min dP/dt (mmHg/s) | Espvr | Tau (ms) | Prsw | |
| Bedoelen | 877 | 1463 | -1152 | 5.13 | 79.4 | 63.4 |
| Mediaan | 816 | 1423 | -1025 | 4.01 | 73.9 | 62.8 |
| Standaarddeviatie | 246 | 385 | 383 | 3.16 | 23.0 | 17.5 |
| Minimum | 528 | 778 | -1856 | 2.19 | 52.0 | 40.0 |
| Maximum | 1244 | 2119 | -755 | 13.8 | 134 | 101 |
Tabel 3: Gemiddelde en mediane waarden verkregen door de geleidingskathetermethode tijdens WM-perfusie. Afkortingen: ESPVR: end-systolische druk-volumeverhouding; PRSW: pre-rekruteerbaar beroertewerk; SW: slagwerk.
| GLS (%) | LVEF (SB) | MWI | GCW | |
| Bedoelen | -8.04 | 40.8 | 652 | 936 |
| Mediaan | -8.00 | 37 | 642 | 919 |
| Standaarddeviatie | 2.03 | 11.0 | 158 | 208 |
| Minimum | -11.5 | 27 | 389 | 579 |
| Maximum | -5.00 | 59 | 898 | 1268 |
Tabel 4: Gemiddelde en mediane waarden verkregen door oppervlakte-echocardiografie tijdens WM-perfusie. Afkortingen: GLS: global longitudinal strain; LVEF: linkerventrikel ejectiefractie; MWI: myocardiale werkindex; MWE: myocardiale werkefficiëntie; GCW: wereldwijd constructief werk.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Er zijn enkele kritieke stappen om te overwegen in het NESP-protocol. In situ voorlopige beoordeling van het hart bleef belangrijk, vooral gezien de aortaklep die niet mag aanwezig zijn bij significante aortaregurgitatie (graad 2 of meer); anders zal de reanimatie van het hart tijdens de Langendorff-periode in gevaar komen vanwege verminderde coronaire perfusie en myocardiale ischemie. De start van de WM na de perfusie van Langendorff was een uitdagende manoeuvre, waarbij ten minste twee personen nodig waren om de vulling van het voorspanningsreservoir, de pompstroom, de druk van het linkeratrium en de aorta-uitstroomlijn te regelen. Deze overgangsperiode werd uitgevoerd zodra metabole effectieve myocardiale extractie voor lactaat was bereikt. Tijdens deze periode kon het perfusiecircuit stoppen vanwege pompontfusing in verband met grote luchtembolie. De optimale plaatsing van de ultrasone sonde op de linker atriale wand om stabiele twee- en driekamerbeelden te verkrijgen, werd gedeeltelijk verstoord door de omslachtige canules en materialen rond het hart. Echocardiografische gegevens moesten worden geregistreerd met een zeer stabiel echoscopisch signaal, met ten minste drie contractiecycli.
Reanimatie van het hart tijdens NESP wordt niet expliciet gemeld in de literatuur. Slechts enkele studies beschrijven in detail de reanimatieprocedure om NESP13 te starten. In dit protocol werden voorlopige reanimatiebenaderingen ontwikkeld om een optimale techniek voor reanimatie te bereiken, inclusief progressieve reperfusie, door langzaam de coronaire stroom en bloedtemperatuur te verhogen (van kamertemperatuur tot 37 °C). Het belangrijkste probleem voor echografie was het vinden van de optimale locatie voor de sonde op het linker atriumdak. De positie van het geperfundeerde hart, met de achterste wand naar de operator gericht, maakte het mogelijk om oppervlakte-echocardiografie uit te voeren zonder het hart te bewegen en zonder het risico van aortaklepregurgitatie. De aanwezigheid van bubbels in het circuit veranderde de beeldkwaliteit en dit probleem moet zoveel mogelijk worden vermeden. Optimalisatie van het circuit werd uitgevoerd om bloedturbulenties te verminderen, vooral gezien de bloedafvoer van het afterload-reservoir naar het hoofdreservoir. Een niet-stabiele positie van de geleidingskatheter in de linker ventrikel zorgde voor pv-luscurves van slechte kwaliteit. Het PV-lussignaal kan echter aanzienlijk worden verbeterd door de katheter in het midden van de linker atrium achterwand te introduceren, door het midden van de mitralisklep en in het middelste deel van de linker ventrikel te plaatsen.
Het laden van linker hartholten is essentieel voor ex situ echocardiografische evaluatie. Zelfs als de daling van de cardiale output eerder in andere studies is beschreven terwijl de lactaattrend stabiel bleef, beschreven slechts enkele artikelen een dergelijke overweging met behulp van een echte monoventriculaire werkmodusperfusie11. Biventriculaire werkmodusperfusie werd in dit model om technische redenen niet uitgevoerd, omdat een dergelijk systeem nog complexer en omslachtiger is. Het gebrek aan werkmodus voor de RV is echter twijfelachtig vanwege lv en rv onderlinge afhankelijkheid, een verstorende factor in lv-beoordeling. Het ontbreken van rechterventrikelbeoordeling kan ook twijfelachtig zijn, omdat RV-falen een veel voorkomende complicatie is na transplantatie, geassocieerd met hoge mortaliteit. De kaliumconcentratie in het perfusaat nam voortdurend toe zonder de mogelijkheid om het te verwijderen omdat er geen bloedfiltratiemembraan was opgenomen in ons aangepaste circuit. Het belangrijkste probleem met betrekking tot deze perfusiemodus is het feit dat het orgaan zelf wordt geïsoleerd van de andere organen die het metabolisme kunnen reguleren en alle metabolieten kunnen wissen die door het myocardiale metabolisme worden geproduceerd. Sommige auteurs hebben een perfusiemodel beschreven dat een hemofiltratiesysteem omvatte om langdurige NESP te bieden in werkmodus14, met een significante afname van myocardineem aan het einde van de perfusie, wat zeker deelneemt aan de afname van de myocardiale prestaties in de loop van de tijd.
Myocardiale hemodynamische en echocardiografische prestaties daalden in NESP tijdens de werkmodus in onze ervaring, evenals cardiale hemodynamiek geregistreerd door geleidingskatheterisatie. Dit suggereert dat perfusie niet moet worden beschouwd als een conserveermiddel voor donorharten vóór de transplantatie. Tijdens WM waren de trends van biochemische stof anders dan in de Langendorff-modus. Myocardiale extractie van lactaat tijdens WM was continu effectief, terwijl de hemodynamische prestaties geleidelijk afnamen. Deze bevinding suggereert dat de lactaattrend mogelijk geen relevante parameter is voor het beoordelen van de myocardiale prestaties in WM, zoals eerder waargenomen in andere studies15.
Functionele beoordeling van het hart tijdens NESP zou van groot belang zijn voor clinici. Invasieve beoordelingsmethoden (PV-lustechniek) hebben verschillende beperkingen. Inderdaad, de geleidingstechniek moet worden overwogen om zorgvuldig betrouwbare resultaten te trekken, vanwege de isolatie van het harttransplantaat zonder een fysiologische biologische omgeving die meestal het elektrische signaal samen met het myocard zelf veroorzaakt16. De beslissing om marginale transplantaten te transplanteren die met NESP-technologie zijn bewaard, is momenteel alleen gebaseerd op lactaattrends17. We vertrouwen erop dat deze aanpak gemakkelijk kan worden toegepast om dit belangrijke probleem vóór de transplantatie op te lossen. Het kan zowel anatomische (valvulaire ziekte, myocardiale dikte) als functionele beoordelingen van het donorhart bieden. Echocardiografische beoordeling van de linker ventrikel werd bereikt in het preklinische model en toegestaan om MWI te verkrijgen, een belastingsonafhankelijke parameter die significant gecorreleerd was met de cardiale output beoordeeld door een geleidingskatheter. Deze voorlopige resultaten benadrukken de rol van oppervlakte-echocardiografische evaluatie tijdens NESP in een werkmodus.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Alle auteurs hebben geen belangenconflicten om bekend te maken.
Acknowledgments
Georges Lopez Institute, Lissieu, 69380, Frankrijk
Claudia Lacerda, General Electric Healthcare, Buc, Frankrijk
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3T Heater Cooler System | Liva Nova, Châtillon, France | IM-00727 A | Extracorporeal Heater Cooler device |
| 4-0 polypropylene suture | Peters, bobigny, France | 20S15B | sutures |
| 5-0 polypropylene suture | Peters, bobigny, France | 20S10B | sutures |
| Adenosine | Efisciens BV, Rotterdam, Netherlands | 9088309 | Drugs for the ex-vivo perfusion |
| Adrenaline | Aguettant, Lyon, France | 600040 | Drugs for the ex-vivo perfusion |
| Atracurium | Pfizer Holding France, Paris, France | 582547 | Drugs for the induction of the anesthesia |
| DeltaStream | Fresenius Medical Care, L’Arbresle, France | MEH2C4024 | Extracorporeal blood pump |
| EKG epicardial electrodes | Cardinal Health LLC, Waukegan, Illinois, USA | 31050522 | EKG detection electrodes |
| External pacemaker | Medtronic Inc. Minneapolis, Minneapolis, USA | 5392 | Pacemaker device |
| Glucose 5% | B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | 3400891780017 | Drugs for the priming solution |
| Heart Perfusion Set, Organ Care System | Transmedics, Andover, MA, USA | Ref#1200 | Normothermic ex-vivo heart perfusion device |
| Intellivue MX550 | Philips Healthcare, Suresnes, France | NA | Permanent monitoring system |
| Istat 1 | Abbott, Chicago, Ill, USA | 714336-03O | Blood Analyzer machine |
| Labchart | AD Instruments Ltd, Paris, France | LabChart v8.1.21 | Pressure Volume loops aquisition software |
| Magnesium | Aguettant, Lyon, France | 564 780-6 | Drugs for the cardioplegia |
| Magnesium Sulfate | Aguettant, Lyon, France | 600111 | Drugs for the cardioplegia |
| Mannitol 20% | Macopharma, Mouvoux, France | 3400891694567.00 | Drugs for the cardioplegia |
| Methylprednisolone | Mylan S.A.S, Saint Priest, France | 400005623 | Drugs for the priming solution |
| Millar Conductance Catheter | AD Instruments Ltd, Paris, France | Ventri-Cath 507 | Pressure Volume loops conductance catheter |
| MWI software | General Electric Healthcare, Chicago, Ill, USA | NA | software used for the Ultrasound echocardiographic machine |
| Orotracheal probe | Smiths medical ASD, Inc., Minneapolis, Minneapolis, USA | 100/199/070 | probe for the intubation during anesthesia |
| Potassium chloride 10% | B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | 3400892691527.00 | Drugs for the cardioplegia |
| Propofol | Zoetis France, Malakoff, France | 8083511 | Drugs for the induction of the anesthesia |
| Quadrox-I small Adult Oxygenator | Getinge, Göteborg, Sweden | BE-HMO 50000 | Extracorporeal blood oxygenator |
| Ringer solution | B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | DKE2323 | Drugs for the cardioplegia |
| Sodium Bicarbonate | Laboratoire Renaudin, itxassou, France | 3701447 | Drugs for the cardioplegia |
| Sodium chloride | Aguettant, Lyon, France | 606726 | Drugs for the priming solution |
| Swan Ganz Catheter | Merit Medical, south jordan, utah, USA | 5041856 | Right pressure and cardiac output probe |
| Tiletamine | Virbac France, Carros, France | 3597132126021.00 | Drugs for the induction of the anesthesia |
| Transesophagus probe (3–8 MHz 6VT) | General Electric Healthcare, Chicago, Ill, USA | NA | Ultrasound echocardiographic transesophagus probe |
| Vivid E95 ultraSound Machine | General Electric Healthcare, Chicago, Ill, USA | NA | Ultrasound echocardiographic machine |
| Xylocaïne 2% | Aspen, Reuil-malmaison, France | 600550 | Drugs for the cardioplegia |
| Zolazepam | Virbac France, Carros, France | 3597132126021.00 | Drugs for the induction of the anesthesia |
References
- Lund, L. H., et al. The registry of the international society for heart and lung transplantation: thirty-second official adult heart transplantation report-2015; focus theme: early graft failure. Journal of Heart and Lung Transplant. 34 (10), 1244-1254 (2015).
- Branger, P., Samuel, U. Annual report 2018 Eurotransplant International Foundation. , Available from: https://www.eurotransplant.org/cms/mediaobject.php?file=ET_Jaarv (2018).
- Guglin, M. How to increase the utilization of donor hearts. Heart Failure Reviews. 20 (1), 95-105 (2015).
- Tuttle-Newhall, J. E. Organ donation and utilization in the United States: 1998-2007. American Journal of Transplantation. 9 (4), 879-893 (2009).
- Dronavalli, V. B., Banner, N. R., Bonser, R. S.
- Reich, H. J., et al. Effects of older donor age and cold ischemic time on long-term outcomes of heart transplantation. Texas Heart Institute Journal. 45, 17-22 (2018).
- Dhital, K. K., et al. Adult heart transplantation with distant procurement and ex-vivo preservation of donor hearts after circulatory death: a case series. The Lancet. 385 (9987), 2585-2591 (2015).
- Garry, B. P., Bivens, H. E.
- Lang, R. M., et al. Recommendations for cardiac chamber quantification by echocardiography in adults: an update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging. Journal of the American Society of Echocardiography. 28 (1), 1-39 (2015).
- White, C. W., et al. Assessment of donor heart viability during ex situ heart perfusion. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 93 (10), 893-901 (2015).
- Hatami, S., et al. Myocardial functional decline during prolonged ex situ heart perfusion. Annals of Thoracic Surgery. 108 (2), 499-507 (2021).
- Hatami, S., et al. The position of the heart during normothermic ex situ heart perfusion is an important factor in preservation and recovery of myocardial function. American Society of Artificial Internal Organs Journal. 67 (11), 1222-1231 (2021).
- Hatami, S., et al. Normothermic ex situ heart perfusion in working mode: assessment of cardiac function and metabolism. Journal of Visualized Experiments. (143), e58430 (2019).
- Tchouta, L., et al. Twenty-four-hour normothermic perfusion of isolated ex situ hearts using plasma exchange. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 164 (1), 128-138 (2020).
- Ribeiro, R., et al. Comparing donor heart assessment strategies during ex situ heart perfusion to better estimate posttransplant cardiac function. Transplantation. 104 (9), 1890-1898 (2020).
- Guihaire, J., et al. Are pressure-volume loops relevant for hemodynamic assessment during ex vivo heart perfusion. Journal of Heart and Lung Transplantation. 39 (10), 1165-1166 (2020).
- Hamed, A., et al. Serum lactate is a highly sensitive and specific predictor of post cardiac transplant outcomes using the Organ Care System. Journal of Heart and Lung Transplantation. 28 (2), 71 (2009).
