Normotermica Ex Situ cuore aspersione in modalità di lavoro: valutazione della funzione cardiaca e il metabolismo

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Summary

Normotermica ex situ cuore aspersione (ESHP), conserva il cuore in uno stato di semi-fisiologico, palpitante. Quando eseguito in una modalità di lavoro, ESHP offre l'opportunità di eseguire valutazioni sofisticate del donatore attuabilità di funzione e organo di cuore. Qui, descriviamo il nostro metodo per la valutazione delle prestazioni del miocardio durante ESHP.

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Hatami, S., White, C. W., Ondrus, M., Qi, X., Buchko, M., Himmat, S., Lin, L., Cameron, K., Nobes, D., Chung, H. J., Nagendran, J., Freed, D. H. Normothermic Ex Situ Heart Perfusion in Working Mode: Assessment of Cardiac Function and Metabolism. J. Vis. Exp. (143), e58430, doi:10.3791/58430 (2019).

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Abstract

L'attuale metodo standard per la conservazione di organi (conservazione frigorifera, CS), espone il cuore a un periodo di ischemia fredda che limita il tempo di conservazione sicura e aumenta il rischio di esiti avversi post-trapianto. Inoltre, la staticità del CS non consente per la valutazione dell'organo o intervento durante l'intervallo di conservazione. Normotermica ex situ cuore aspersione (ESHP) è un nuovo metodo per la conservazione del cuore Donato che minimizza ischemia fredda fornendo perfusato ossigenato, ricco di sostanze nutritive al cuore. ESHP ha dimostrato di non essere inferiore a CS nella conservazione del donatore standard-criteri dei cuori e ha anche facilitato il trapianto clinico dei cuori ha donati dopo la determinazione circolatoria della morte. Attualmente, il dispositivo ESHP clinico disponibile solo perfuses cuore in uno stato scaricato, non funzionante, limitando le valutazioni di prestazione del miocardio. Al contrario, ESHP in modalità di lavoro offre l'opportunità per la valutazione completa della prestazione cardiaca da valutazione dei parametri funzionali e metabolici in condizioni fisiologiche. Inoltre, all'inizio gli studi sperimentali hanno suggerito che ESHP in modalità di lavoro può provocare una migliore conservazione funzionale. Qui, descriviamo il protocollo per ex situ aspersione del cuore in un modello di grande mammifero (porcino), che è riproducibile per diversi modelli animali e cuore... Al programma in questo apparato ESHP per controllo automatizzato e in tempo reale della velocità della pompa consente di mantenere desiderata pressione atriale sinistra e aortica e valuta una serie di parametri funzionali ed elettrofisiologici con minima necessità di supervisione/manipolazione.

Introduction

Rilevanza clinica

Mentre la maggior parte degli aspetti del trapianto cardiaco si sono evoluti notevolmente poiché il primo trapianto di cuore nel 1967, celle frigorifere (CS) rimane lo standard per donatore cuore conservazione1. CS espone l'organo per un periodo di ischemia fredda che limita l'intervallo di conservazione sicura (4 – 6 ore) e aumenta il rischio di primario dell'innesto disfunzione2,3,4. A causa della natura statica di CS, valutazioni di funzione o di interventi terapeutici non sono possibili nel tempo tra l'acquisizione dell'organo e trapianto. Si tratta di una limitazione particolare nei donatori estesa criteri tra cui cuori Donati dopo morte circolatori (DCD), creando un ostacolo per superare il notevole divario tra la domanda e l'attuale donatore piscina5,6. All'indirizzo che questa limitazione, ex situ di aspersione di cuore è stata proposta come un metodo novello, semi-fisiologico dei cuori donati conservazione, riducendo al minimo l'esposizione a ischemia fredda fornendo ossigenato, ricco di sostanze nutritive perfusato al cuore durante il tempo di conservazione 1 , 7 , 8.

Ex situ di aspersione di cuore

Uno dei metodi più frequentemente usati per ex situ esame del cuore isolato è Langendorff aspersione. In questo metodo, introdotto da Oskar Langendorff nel 1895, il sangue scorre nelle arterie coronarie e fuori il seno coronario del cuore isolato, con il cuore in un vuoto e battendo stato9,10. ESHP clinico in una modalità di Langendorff con l'apparato di Transmedics organo Care System (OCS) ha dimostrato di non essere inferiore a CS nella conservazione della standard-criteri donatore cuori1e ha facilitato il trapianto clinico di cuori DCD 11. Tuttavia, ci sono preoccupazioni circa la capacità del dispositivo per valutare la vitalità dell'organo, come un numero di cuori di donatori inizialmente pensati per essere trapiantabili sono stato scartato dopo aspersione su OCS3. L'OCS supporta il cuore nella modalità (non funzionante) di Langendorff e quindi possiede una capacità limitata per la valutazione della funzione di pompaggio del cuore3,12. Un corpo crescente di prova suggerisce che i parametri funzionali offrono un modo migliore per valutare la vitalità dell'organo, suggerendo che le valutazioni della funzione cardiaca possono diventare uno strumento affidabile per la valutazione e la selezione dei cuori per trapianto durante ESHP3 ,12,13,14, inoltre, i nostri studi sui cuori suina ex situ irrorati suggeriscono che ESHP in modalità di lavoro fornisce una maggiore conservazione funzionale del cuore durante la perfusione intervallo15,16.

Un apparato ESHP capace di conservare il cuore in una modalità di lavoro deve possedere un livello di automazione in modo sicuro e preciso mantenere precarico, postcarico e portate. Inoltre, tale sistema deve possedere la flessibilità necessaria per facilitare le valutazioni complete della funzione cardiaca da intraprendere. The ESHP apparecchio usato qui è dotato di software personalizzato che 1) fornisce e mantiene desiderata aortica (Ao) e pressione/flusso atriale sinistro (LA) e 2) fornisce analisi in tempo reale dei parametri funzionali e la valutazione visiva delle forme d'onda di pressione con minima necessità di supervisione. Dati di pressione viene acquisiti con trasduttori di pressione fluido standard e flusso di dati viene acquisito con sonde di flusso di doppler del tempo di transito. Questi segnali vengono digitalizzati con un ponte e l'ingresso analogico, rispettivamente. Il cuore è posizionato orizzontalmente con una leggera elevazione per i grandi vasi su una membrana di silicone morbido. Gli allegati di inserimento di una canula passano attraverso la membrana, che incorpora una camera di conformità per la bagnatura eiezione ventricolare. L'obiettivo di questo lavoro è quello di fornire ai ricercatori nel campo del trapianto cardiaco con un protocollo per ex situ aspersione e valutazione del cuore, in condizioni normotermica, semi-fisiologiche in modalità di lavoro, in un modello di grande mammifero (maiale Yorkshire).

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Protocol

Tutte le procedure in questo manoscritto sono state eseguite in conformità con le linee guida del Consiglio canadese su Animal Care e la guida per la cura e l'uso degli animali da laboratorio. I protocolli sono stati approvati dal Comitato istituzionale cura degli animali dell'Università di Alberta. Questo protocollo è stato applicato in maiali Yorkshire giovanile femminile tra 35 – 50 kg. Tutti gli individui coinvolti nelle procedure di ESHP avevano ricevuto biosicurezza adeguata formazione.

1. pre-operatoria preparazioni

  1. Posizionare correttamente la camera di organo sul carrello apparato e installare la membrana di supporto di silicio all'interno della camera di organo. Il Ao, arteria polmonare (PA) e LA connessione punti può essere visto nella Figura 1.
  2. Installare il ESHP tubazione rete (rappresentato in Figura 2AB) ossigenatore e filtro. Collegare le linee d'acqua dello scambiatore di calore e la tubatura del gas di sweep per l'ossigenatore.
  3. Posto il flusso sonde per la misura del seno coronario/PA e LA portata del tubo corrispondente.
  4. Collegare i trasduttori di pressione Ao e LA alle linee rappresentative sul circuito.
  5. Assicurarsi che tutte le connessioni di tubi sono saldamente attaccate e tutti i rubinetti di arresto e luer serrature vengono chiusi correttamente sui siti non collegati.
  6. Caricare il circuito con 750 mL di buffer di Krebs-Henseleit modificato (NaCl, 85; KCl, 4,6; NaHCO3, 25; KH2PO, 1.2; MgSO4, 1.2; glucosio, 11; e CaCl2, 1,25 mmol/L) contenente albumina di 8%. Le pompe di Ao e LA de-aria posizionando la mandata della pompa sopra l'ingresso, in modo che l'aria lascia la camera della pompa (Figura 3). La soluzione, in genere, non deve necessariamente essere oxygenized prima dell'inizio della perfusione.
  7. Avviare il software dopo le pompe Ao e LA de-sono in onda e il circuito è carico.

2. ESHP Software inizializzazione e regolazioni

Nota: L'apparato ESHP usato qui è dotato di un programma di software personalizzato per consentire il controllo della velocità della pompa al fine di raggiungere e mantenere il desiderato LA e Ao pressioni. Inoltre, il software analizza i parametri funzionali e fornisce una valutazione visiva delle forme d'onda di pressione (Figura 4).

  1. Per avviare il programma ESHP, fare clic sul collegamento del programma sul monitor.
  2. Nella pagina "Impostazioni", fare clic su "Inizializza". Verrà visualizzato il messaggio durante l'inizializzazione della scheda (Figura 5).
  3. Sulla stessa pagina, azzerare i sensori di flusso facendo clic su "zero flusso di LA" e "flusso zero PA". Verrà visualizzato il messaggio sulla scheda.
  4. Regolare l'altezza dei trasduttori pressione all'altezza del supporto di silicio. A zero i trasduttori di pressione, aprire la Ao e LA trasduttori di pressione (e qualsiasi altri trasduttori impostati per controllare la pressione) nell'atmosfera, quindi fare clic sul pulsante "zero tutte le pressioni". Verrà visualizzato il messaggio sulla scheda.
  5. Nella pagina "principale", aumentare la velocità della pompa Ao gradualmente fino al punto dove il flusso dalla cannula Ao appare nella camera di organo. Nel sistema attuale, questo si ottiene con giri di 900-1000 al minuto (RPM).
  6. Aggiungere alla soluzione di perfusato per portare il volume di perfusato totale a 1,5 L 750 mL di sangue (come descritto nel "chirurgia, raccolta sangue e cuore degli appalti" sezione) e quindi aumentare la pompa LA PRM (800-900 giri/min) in modo che nessun aria rimanga LA cannula o LA tubazione sotto la membrana di supporto in silicone.
  7. Dopo l'inizializzazione del software di controllo e de-aerazione dell'apparato ESHP, appalti di cuore del donatore possono procedere.

3. preparazioni e anestesia

  1. Amministrazione di 20 mg/kg di ketamina e 0,05 mg/kg di atropina per via intramuscolare per la premedicazione.
  2. Trasferire il maiale alla suite chirurgico e posto il maiale sul tavolo operatorio con riscaldamento per mantenere normothermia da tavolo.
  3. Titolare la portata di ossigeno per l'induzione della maschera secondo il peso dell'animale e il sistema di anestetico. Per i circuiti di anestetici cerchio chiuso il flusso di ossigeno deve essere 20-40 mL/kg.
  4. Accendere isoflurano a 4 – 5%; dopo uno o due minuti, questo può essere ridotto a 3%.
  5. Valutare la profondità dell'anestesia. Il maiale non è nel piano chirurgico se non c'è nessun riflesso di ritiro in risposta agli stimoli nocivi.
  6. Dopo la conferma della profondità dell'anestesia appropriata, procedere all'intubazione.
  7. Posizionare la sonda dell'ossimetro di impulso sulla lingua (preferita) o l'orecchio. La saturazione di ossigeno misurata dall'impulso oximetry dovrebbe rimanere superiore al 90%.
  8. Radersi le chiazze di capelli sulle regioni gomito di sinistra e destra e sinistra soffocare. Lavare via oli per la pelle con acqua e sapone, risciacquare con alcool e asciugare completamente. Inserire i contatti di ECG. Evitare interferenze di filo di piombo con il sito chirurgico. Collegare i cavi nelle posizioni corrette.
  9. Per mantenere l'anestesia, regolare il flusso di ossigeno (20-40 mL/kg) e percentuale di gas inhalant (1 – 3%). La frequenza cardiaca dovrebbe essere 80 – 130 battiti/min frequenza respiratoria dovrebbe essere 12 – 30 respiri/min.
  10. Radersi, lavare e preparare in modo asettico il sito di incisione.

4. sangue raccolta e approvvigionamento del cuore

  1. Valutare il livello di anestesia ogni minimo ogni 5 min per confermare il piano chirurgico (nessun riflesso pedale e nessun riflesso di lampeggio, nessuna risposta agli stimoli dolorosi).
  2. Eseguire uno sternotomy mediano.
    1. Identificare jugulum e xifoideo come punti di riferimento.
    2. Mediante elettrocauterizzazione, sviluppare la linea mediana tra i punti di riferimento dividendo il tessuto sottocutaneo e la fascia tra le fibre del muscolo del pettorale.
    3. Segnare la linea mediana lungo l'osso sternale con il cauterio. Eseguire il osteotomy sternal con una sega elettrica o pneumatica. Per evitare lesioni alle strutture sottostanti (ad esempio pericardio e della vena brachiocefalica e arteria innominate), procedere gradualmente con la sega.
    4. Ritrarre lo sterno gradualmente, utilizzando un divaricatore sternale. Per evitare una tensione eccessiva e lesioni vascolari, non posizionare il riavvolgitore troppo lontano cranialmente.
    5. Gratis i legamenti sternopericardial dalla superficie posteriore dello sterno mediante cauterizzazione.
    6. Aprire il pericardio con una forbice di Metzenbaum e fissare i bordi pericardici allo sterno mediante sutura seta 1-0.
  3. Estendere l'incisione del midline cranialmente di 2 – 3 cm ed esporre l'arteria carotica comune di destra e la vena giugulare interna.
  4. Ottenere un controllo prossimale e distale dei vasi che circondano i vasi con cravatte di seta (2-0).
  5. Legare i legami circondante cranici su ciascun recipiente.
  6. Aprire l'anteriore 1/3 di ogni nave con una 11-lama e quindi inserire una guaina di 5 – 6 in ogni vaso. Cravatta cravatta circondante caudale intorno a ciascuna nave per garantire le rispettive guaine.
  7. Monitorare la pressione venosa arteriosa e centrale collegando ogni guaina ad un trasduttore di pressione.
  8. Fornire 1.000 U/kg dell'eparina per via endovenosa.
  9. Posizionare un 3-0 in polipropilene sutura intorno l'annesso atriale di destra e fissarlo con un laccio.
  10. All'interno la sutura, è necessario creare un'incisione di 1 cm sull'annesso utilizzando una lama 11. Inserire una cannula venosa bistadio (28/36 FR) all'interno l'incisione e la posizione della punta distale nella VCI. Fissare la cannula di rullante di esclusività alla cannula venosa. Controllare la presa della cannula con un morsetto del tubo.
  11. Dalla cannula venosa bistadio collocata nell'atrio di destra, raccogliere 750 mL di sangue intero dal maiale gradualmente in un periodo di 15 min in un contenitore di vetro sterilizzato nell'autoclave e sostituire contemporaneamente il volume con 1 L di una soluzione isotonica di cristalloidi come A. Plasmalyte
  12. Aggiungere il sangue per il circuito di perfusione (che è stato innescato in precedenza con l'albumina 750ml Krebs-Henseleit buffer contenente 8%) per raggiungere un volume finale di 1,5 L di perfusato. Il perfusato è una combinazione di 1:1 di soluzione di Krebs-Henseleit contenente 8% albumina e sangue intero dal donatore animale 17.
  13. Inserire un ago di cardioplegia (14 – 16) Ao ascendente e fissarlo con un laccio.
  14. Collegare la cannula per cardioplegia per la borsa di cardioplegia e aggiungere 100 mL di sangue a 400 mL di cardioplegia (St. Thomas Hospital soluzione) per raggiungere un volume finale di 500 mL sangue cardioplegia.
  15. Eutanasia il maiale dal exsanguination. Se intendono aggiungere altro sangue al perfusato dopo l'avvio della perfusione (secondo gli obiettivi dello studio), raccogliere il sangue e aggiungere 10 – 30 U/mL di eparina ad esso e conservarla in un contenitore di vetro o un sacchetto di plastica a 4 ° C per brevi periodi (ore
  16. Morsetto a croce il Ao ascendente con un morsetto di Ao e consegnare la soluzione cardioplegic nella radice Ao.
  17. Una volta completata la consegna della soluzione cardioplegic, rimuovere il morsetto a croce ed eseguire il cardiectomy.
    1. Per la facilità di collegamento del Ao PA ai loro rappresentanza cannula, parzialmente sezionare il Ao ascendente dal PA utilizzando un paio di forbici Metzenbaum.
    2. Transetto della vena cava superiore ed inferiore, lasciando circa 1 cm di lunghezza su ciascuno.
    3. Separare il cuore dal mediastino posteriore transecting le vene polmonari.
    4. Asportare il cuore assicurando tutti del Ao arco navi sono acquistate insieme a un segmento di decrescente Ao. Conservare fino alla biforcazione di PA.
  18. Pesare il cuore vuoto. La quantità di guadagno di peso nell'intervallo di tempo di conservazione ex situ può essere utilizzata come una metrica per l'edema dell'organo.

5. posizionamento del cuore sul ESHP apparato e l'inizio della perfusione

  1. Tagliare il tessuto in eccesso nei dintorni di LA con una forbice di Metzenbaum e tagliare tra le vene polmonari per creare un orifizio comune.
  2. Collocare una sutura intorno all'orifizio LA utilizzando una sutura in polipropilene 3-0.
  3. Sutura e Chiudi la vena cava inferiore con una sutura in polipropilene 3-0. Lasciare aperta la vena cava superiore all'inizio della perfusione affinché che il ventricolo di destra (RV) rimane decompresso finché il perfusato riscaldato e un ritmo organizzato è realizzato.
  4. Inserire LA cannula nell'orifizio LA e fissarlo con un laccio (Figura 6).
  5. Premere delicatamente i ventricoli per de-aria cuore"da 5.5. e aggiungerlo a 5,7. come aumentare la velocità della pompa Ao a 1600 RPM come stringendo delicatamente il cuore. L'aria residua nella radice Ao verrà espulso attraverso i rami innominati e subclavian.
  6. Allegare il Ao alla cannula Ao incorporata nella membrana in silicone. Fissare il Ao intorno la cannula con una cravatta di seta. Tagliare il Ao per raggiungere una bugia corretta senza tensione o attorcigliamento.
  7. Aumentare la velocità della pompa Ao a 1600 giri/min. L'aria residua nella radice Ao verrà espulso attraverso i rami innominati e subclavian.
  8. Collegare la linea di spurgo Ao all'arteria innominate. Proteggere la connessione con una cravatta di seta.
  9. Rullante l'orifizio dell'arteria subclavian di sinistra con una cravatta di seta. La chiusura con un laccio di sicurezza e a scatto. Attraverso l'orifizio dell'arteria subclavian, posizionare un introduttore (5f). Assicurare che la lunghezza del catetere e il suo orientamento è regolata correttamente affinché non interferisca con la funzione di valvola di Ao.
  10. Collegare il trasduttore di pressione di Ao alla porta laterale guaina dell'introduttore.
  11. Leggere la pressione Ao sul monitor. Regolare la velocità della pompa Ao per raggiungere una pressione media di 30 mm Hg. A questo punto (tempo 0), la perfusione sarà hanno iniziato in non-lavoro (modalità di Langendorff) e aspetto di un oscuro deossigenata perfusato nella linea PA è un telescopio riflettore di ristabilimento del flusso coronarico. Impostare un timer per seguire durata della perfusione, se necessario.
  12. Accendere lo scambiatore di calore e regolare la temperatura di 38 ° C. Il perfusato scalderà fino a 37 – 38 ° C in circa 10 min. Per la perfusione normotermica di un cuore suino, mantenere la temperatura a 38 ° C durante la perfusione.
  13. Mantenere la perfusione in modalità di non-lavoro per la prima ora della perfusione. Regolare la velocità della pompa LA per mantenere LA pressione a 0 mmHg.
  14. Una volta che la temperatura di perfusato è > 34 ° C, valutare il ritmo cardiaco e il ritmo e defibrillare come richiesti (5 – 20 Joule). Assicurarsi che il cuore è completamente decompresso prima di tentare la cardioversione.
  15. Controllare lo stato di gas disciolto utilizzando un analizzatore di gas del sangue. Regolare la miscela di gas per mantenere un pH: 7,35 – 7,45, arteriosa pressione parziale di anidride carbonica (PunCO2): 35 – 45 mm Hg, pressione parziale arteriosa di ossigeno (PunaO2): 100 – 150 mmHg, e saturazione (modo2) di ossigeno ≥ 95%.
  16. Una volta che il cuore è normotermico e in un ritmo stabile, legare la vena cava superiore.
  17. Collegare cavi dello stimolatore cardiaco temporaneo alla parete atriale di destra e il ritmo del cuore in modalità AAI a 100 battiti/min.
  18. Attaccare gli elettrodi dell'epicardio elettrocardiografia alla superficie del cuore.
  19. Passare alla modalità di funzionamento dopo 1 h di aspersione in modalità di Langendorff. A tale scopo, immettere il desiderio LA pressione (in genere 6-8 mmHg) sul lato sinistro della pagina principale, nella sezione "giro desiderata" del software e fare clic sul pulsante per avviare il ciclo di feedback. La modalità di funzionamento attiva apparirà come un pulsante verde, e la velocità della pompa LA automaticamente aumenterà e diminuirà per raggiungere e mantenere LA pressione desiderata.
  20. Come il cuore comincia a funzionare, resistenza vascolare coronaria scenderà con conseguente bassa pressione diastolica. Regolare la velocità della pompa Ao per mantenere la pressione diastolica di Ao di 40 mmHg come postcarico durante l'aspersione in modalità di lavoro.

6. supporto metabolico durante ESHP

Nota: Soluzioni di perfusione dell'organo, compreso la soluzione di Krebs-Henseleit buffer, in genere contengono glucosio come substrato di energia primaria.

  1. Controllare il livello di glucosio (per esempio con analisi di gas del sangue) a intervalli regolari durante la perfusione. Secondo le tariffe a consumo, utilizzando un glucosio di sostituire pompa infusione standard dalle dosi arteriose continue di infusione e/o bolo, a mantenere una concentrazione arteriosa di 6 – 8 mmol/L di glucosio durante la perfusione.
  2. Utilizzando una pompa di infusione separata, consegnare 2 U/h di insulina al perfusato durante la perfusione, cambiando la velocità di infusione di insulina secondo le finalità dello studio.
  3. Per β-adrenoceptor stimolazione del cuore, consegnare 0.08 µ g/min di epinefrina al perfusato utilizzando una pompa di infusione standard e continuare durante la perfusione. In alternativa, un'infusione di 4 µ g/min di dobutamina può essere utilizzata.

7. anti-microbico e anti-infiammatori agenti

  1. Aggiungere un antibiotico ad ampio spettro (ad es. 3,375 grammi di piperacillina-tazobactam) al perfusato all'inizio della perfusione.
  2. Aggiungere agenti antinfiammatori (ad esempio 500 mg di metilprednisolone) al perfusato conformemente alle finalità dello studio, se necessario.

8. la valutazione della funzione

Nota: ESHP software di controllo automaticamente calcola e registra indici emodinamici e funzionali allo steady-state ogni dieci secondi.

  1. Valutazione della funzione sistolica e diastolica di stato stazionario
    1. Per la valutazione e la registrazione dei dati dello stato di stabilità, attraverso l'introduttore collocato all'inizio nell'arteria succlavia, posizionare un catetere pigtail fluido-riempita nel ventricolo sinistro (LV) in modalità di lavoro.
      1. Sciacquare il catetere pigtail con soluzione fisiologica e inserire il filo guida all'interno di esso.
      2. Inserire delicatamente il catetere nella cannula guaina precedentemente inserita nell'arteria succlavia. Appena passa attraverso la valvola di Ao, rimuovere lentamente il filo guida e collegare il catetere pigtail per la linea di pressione di LV.
      3. Seguire l'onda di pressione di LV sul monitor. La diastolica parte dell'onda di pressione raggiunge zero quando il catetere è correttamente posizionato all'interno di LV. Di nota, questo passaggio è possibile solo in modalità di lavoro poiché la valvola Ao deve essere apertura normalmente per il catetere pigtail per poter entrare nella camera. Una volta che il catetere pigtail è collocato nel LV e collegato al trasduttore di pressione di LV, la frequenza massima e minima di LV del cambiamento di pressione (dP/dT min e dP/dT max) verrà registrata automaticamente.
    2. Determinare le prestazioni del miocardio indicizzando il flusso misurato sulla linea LA, per massa di cuore (ml · min-1·g-1), a una data costante LA pressione (6 – 8 mmHg) e una pressione diastolica di Ao di 40 mm Hg e una frequenza cardiaca di 100 beats·min– 1. LA pressione è uguale l'output cardiaco, supponendo che non c'è nessuna insufficienza Ao. Esaminare la forma d'onda di pressione dell'Ao per garantire che non c'è nessuna insufficienza Ao.
  2. Valutazione del lavoro di precarico recruitable colpo (PRSW)
    Nota: PRSW è la relazione lineare tra volume end-diastolic e LV corsa lavoro (LVSW) e rappresenta un indice per la valutazione della funzione ventricolare, indipendente di precarico, postcarico e dimensione del ventricolo18,19. PRSW può essere misurata con questo sistema in modo non invasivo come descritto di seguito13.
    1. Rimuovere il catetere pigtail da LV, poiché il catetere può indurre aritmie durante l'analisi PRSW che influiranno negativamente la precisione dei risultati.
    2. Nella pagina principale, nella sezione "Capture PVL", regolare la velocità desiderata di goccia in LA velocità della pompa durante l'analisi (in genere 100-200 giri/min) e ora durante il quale l'analisi avrà luogo (in genere 10-12 s) desiderata (Figura 4).
    3. Dopo aver eseguito le regolazioni di cui sopra, fare clic su "Record PVL". Il software verrà automaticamente uscire dalla modalità di lavoro e ridurre gradualmente LA pompa RPM registrando contemporaneamente LVSW e LA pressione. Al termine della raccolta dei dati, il software eseguirà la regressione lineare sul set di dati acquisite per produrre PRSW. Il software ESHP completata l'analisi, verrà visualizzato un messaggio sulla pagina principale, mostrando il coefficiente di correlazione dell'analisi. Premere "OK" Se il coefficiente di (r-value) è auspicabile (in genere > 0.95). I risultati dell'analisi PRSW saranno registrati.
    4. Dopo aver eseguito l'analisi, per tornare alla perfusione in modalità di lavoro, fare clic su "Premere per avviare modalità di lavoro;" in caso contrario il software continuerà in modalità di Langendorff (non funzionante). Il pulsante grigio diventa verde indicando un ritorno alla modalità di funzionamento. Se ripetuto è necessaria un'analisi PRSW, prima di ogni nuovo tentativo di garantire che i valori di pressione/flusso LA tornano i precedenti valori di stato stazionario.

9. valutazione metabolica di Ex Situ irrorato del cuore

  1. Valutare lo stato metabolico del cuore e il perfusato durante ESHP, utilizzando le informazioni ottenute dall'analisi di gas di sangue dei campioni di perfusato raccolti dalle Ao (arterioso), PA (venosi) linee e ogni 1-2 h.
  2. Eseguire analisi di gas del sangue (ogni 1-2 h) per monitorare il gas e la Statale Jonica del perfusato. Regolare la composizione del gas (CO2e O2 ) e spazzare la velocità per mantenere un pH di 7,35 – 7,45, paO2 di 100 – 150 mmHg e paCO2 di 35 – 45 mmHg. Regolare e mantenere la concentrazione ionica del perfusato di potassio e di calcio nella gamma fisiologica durante la perfusione (ad es. tramite l'aggiunta di cloruro di calcio se necessario).
  3. Utilizzare le informazioni ottenute dall'analisi di gas del sangue e flusso coronarico per calcolare i parametri metabolici. Ad esempio, calcolare il consumo di ossigeno del miocardio (MVO2) e LV efficienza meccanica (ME) come segue:
    1. Determinare MVO2 (mL O2 · min-1 · 100 g-1) moltiplicando il flusso coronarico (CBF) per la differenza-venosa nel tenore di ossigeno (CaO2 – CvO2).
      MVO2 = [CaO2 - CvO2 (mL O2 · 100 mL-1)] × CBF (mL. min-1 . 100g massa del cuore), dove;
      Contenuto di ossigeno arterioso (CaO2) = [1,34 (mL O2 . g Hb-1) × saturazione dell'ossigeno di Hb concentrazione (g · 100 mL-1) × (%)] + [0.00289 (mL O2 · mm Hg-1 · 100 mL-1) × PaO2 (mm Hg)]
      Contenuto di ossigeno venosa (CvO2) = [1,34 (mL O2 · g Hb-1) × saturazione dell'ossigeno di Hb concentrazione (g · 100 mL-1) × (%)] + [0.00289 (mL O2 · mm Hg-1 · 100 mL-1) × PvO2 (mm Hg)]
    2. Calcolare l'efficienza meccanica di LV (ME) come segue:
      ME = LVSW (J. battere-1) / MVO2 (J. battere-1) dove
      Corsa di lavoro = {pressione arteriosa media (mmHg) - LA pressione (mmHg)} × {LA portata (mL. min-1) / frequenza cardiaca (battiti. min-1)} × 0.0001334 (J. mL-1 . mmHg-1), e
      MVO2 (J. battere-1) = {MVO2 (mL. min-1) / frequenza cardiaca (battiti. min-1)} × 20 (Joule. mL-1)

10. rimozione del cuore dal ESHP apparato alla fine della perfusione

  1. Uscire dalla modalità di lavoro. Portare LA pompa giri a zero.
  2. Diminuire la pompa Ao RPM a zero.
  3. Rimuovere il codino e guaine.
  4. Rimuovere rapidamente tutti gli allegati per il cuore.
  5. Pesare il cuore vuoto per determinare il grado di formazione dell'edema del miocardio.
  6. Prendere rapidamente i campioni di tessuto di dimensioni adeguate dai ventricoli destro e sinistro e metterli in gel di taglio ottimale temperatura (OCT), formalina e/o snap congelarli in azoto liquido. Conservare i campioni per le indagini future (OCT e far scattare i campioni congelati in un congelatore-80 ° C, i campioni conservati in formalina in un contenitore adeguatamente sigillato a temperatura ambiente).
  7. Chiudere il programma; tutti i dati registrati verranno salvati.
  8. Eliminare il tessuto restante, sangue, materiali bioattivi e componenti di apparecchi utilizzati ESHP secondo protocolli istituzionali.
  9. Pulire accuratamente il carrello ESHP utilizzando una superficie dura sanificante detergente (ad es. 70% di etanolo).

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Representative Results

All'inizio della perfusione (in modalità di non-lavoro), il cuore riprenderà normalmente un ritmo sinusale quando la temperatura del sistema e del perfusato si avvicina normothermia. Quando si entra in modalità di lavoro, come le pressioni di LA si avvicinano i valori desiderati, espulsione sul tracciato di pressione Ao dovrebbe essere osservato e il flusso di LA (un riflesso della gittata cardiaca) dovrebbe aumentare gradualmente. In un modello di maiale Yorkshire (35 – 50 kg) e un peso iniziale di cuore di 180 – 220 grammi, il flusso LA iniziale sarà ~ 2.000 mL/min, e questo in genere si avvicinerà ~ 2.750 mL/min durante la prima ora di aspersione in modalità di lavoro. Figura 7 mostra tendenze in Ao pressione (A) come pure LA e flusso arterioso polmonare (B) oltre 12 h di aspersione.

Durante ESHP nel modo di funzionamento fisiologico, sono possibili anche diverse valutazioni metaboliche del cuore. Blood gas le valutazioni analisi/metabolica eseguite sui campioni di perfusato ottenuti durante ESHP forniscono informazioni esaustive sullo stato metabolico del cuore nel tempo (tabelle 1 e 2) e (Figura 8A, B)20 . Oltre alle analisi di gas del sangue, campioni di perfusato possono essere raccolti e valutati per diversi biomarcatori quali peptide natriuretico cerebrale e troponina-I; Tuttavia, dovrebbe essere notato che ESHP si verifica in un sistema chiuso, con nessun cambio di perfusato soluzione. In assenza degli organi che metabolizzare naturalmente/clear questi fattori (ad es. reni), l'accumulo di biomarcatori nel tempo della soluzione di perfusato è osservata tipicamente (Figura 9).

Valutazione funzionale del cuore utilizzando questa piattaforma potrebbe includere parametri in funzione del carico [tra cui performance miocardica (indice cardiaco, CI), LVSW, frequenza minima e massima del cambiamento di pressione (dp/dt max e min)] sia indipendente dal carico parametri ( PRSW) (tabella 3). Nella figura 10 viene illustrato la valutazione di LV PRSW durante una riduzione lineare computerizzato a pressione LA13. Nella nostra esperienza con ESHP di > 200 cuori porcini e > 10 cuori umani, l'uso di un programma di software ESHP automatizzato è stato in associazione con lo sviluppo di procedure operative standard con conseguente variabilità inter - e intra-operatore minimo in i parametri funzionali. Il sistema di apparati e software ESHP utilizzato qui sono stati progettati per mantenere la pressione desiderata e raccogliere i parametri funzionali con minima necessità di regolazioni manuali, e abbiamo osservato un coefficiente di correlazione interclasse (ICC) ≥ 0.9 per tutti i parametri valutati (es. LVSW e dP/dt max e min) che rappresenta un'eccellente affidabilità inter-rater, intra-rater e test-retest. In questo sistema, il monitoraggio elettrocardiografico del cuore durante l'aspersione può avvenire anche utilizzando due elettrodi come descritto nel protocollo, che fornisce informazioni sulla frequenza cardiaca e ritmo durante l'aspersione (Figura 4).

La valutazione del cuore durante ESHP può essere estesa a diverse modalità di imaging. L'ecocardiografia durante ESHP può fornire ulteriori informazioni sulla funzione del miocardio (ad es. la frazione ventricolare di espulsione) e parametri anatomici (Figura 11 e Figura 12). Inoltre, una valutazione delle vene coronarie è possibile con formazione immagine angiografica21.

Esecuzione di un'analisi di regressione lineare identifica quali parametri migliori correlata con la prestazione del miocardio (indice cardiaco: ml · min1·g1) durante ESHP. Precedentemente abbiamo indicato che nonostante la significativo variazione nella capacità dei parametri funzionali misurati per prevedere le prestazioni del miocardio, generali, funzionali parametri presentano un'elevata correlazione con gittata cardiaca. I migliori predittori funzionali incluso sistolica colpo lavoro [coefficiente di determinazione (R2) = 0,759], per funzione sistolica e minimo dP/dt, (R2 = 0.738) per la funzione diastolica. Interessante, solo i parametri metabolici mostrano una capacità molto limitata di prevedere le prestazioni del miocardio (consumo di ossigeno: R2 = 0.28; resistenza vascolare coronaria: R2 = 0.20; concentrazione di lattato: R2 = 0,02). 13 l'aspersione del cuore in una modalità di lavoro normotermica offre l'opportunità di ottenere valutazioni complete metaboliche e funzionale del cuore durante la conservazione dell'organo. Un dispositivo clinico ESHP con la capacità di sostenere il cuore del donatore in modalità di lavoro fornirà la squadra di sanità con la possibilità di prese decisioni sull'attuabilità di organo basata su dati oggettivi prima di trapianto.

Figure 1
Figura 1: la membrana di supporto in silicone per il cuore. Membrana di supporto nella foto con cannula aortica integrato (A), cannula atriale sinistra (B) e la cannula dell'arteria polmonare (C). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2: circuito di The ESHP. (A) figura schematica del circuito ESHP. (B) ESHP apparecchio utilizzato nel nostro ambiente. A = organo da camera e silicone supporto membrana, B = serbatoio, C = filtro di linea arteriosa, D = pompa atriale sinistra, E = aortica pompa, F = membrana ossigenatore e scambiatore di calore, G = gas miscelatore, H = sensore di flusso del tubo, ho = sensore di pressione, J = rubinetto/luer lock. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3: de-messa in onda delle pompe di mandata della pompa di posizionamento ad un livello superiore. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 4
Figura 4: Screen shot al programma ESHP in esecuzione visualizzando i parametri funzionali cardiaci. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 5
Figura 5: schermata dal programma software ESHP inizializzato. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 6
Figura 6: la cannula atriale sinistra magnetica fissata alla parte posteriore dell'atrio sinistro. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 7
Figura 7: monitoraggio di pressioni e portate durante la perfusione. (A) tendenze della pressione aortica durante 12 h di ESHP. (B) le tendenze nella atriale di sinistra e dell'arteria polmonare scorre durante 12 h di ESHP Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 8
Figura 8: andamento nel tempo. Consumo di ossigeno del miocardio (A) e (B) di venosa lattato concentrazione durante 12 h di ESHP Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 9
Figura 9: andamento nel tempo nella concentrazione di perfusato di troponina cardiaca-I durante 12 h di ESHP. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 10
Figura 10: valutazione del precarico colpo recruitable lavorare un cuore mal funzionante (grigio) contro un cuore ben funziona (nero). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 11
Figura 11: rappresentante immagini ecocardiografiche bidimensionali. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 12
Figura 12: immagini ecocardiografiche rappresentante modalità-M. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Aortici parametri (arteriosi) Parametri (venosi) PA
T1 T5 T11 T1 T5 T11
Valori di Gas del sangue
pH 7,28 7,44 7.33 7,25 4,42 ore 7.30
pO2 (mmHg) 123.00 149.00 141.00 44.00 55,40 57.80
pCO2 (mmHg) 38.00 33.90 42.50 43.00 37.10 46.10
Valori di ossimetria
HB (g/dL) 4,20 4.10 3.90 4,20 4.10 3.90
Così2 (%) 100.00 100.00 100.00 64.00 95.50 92.00
Valori dell'elettrolito
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 + (mmol/L) 1.02 1.20 1.40 1.02 1.20 1.40
CL(mmol/L) 107.00 109.00 114.00 107.00 109.00 114.00
OSM (mmol/kg) 291.30 292.50 302.40 291,90 292.90 302.40
Valori di metabolita
Glucosio (mmol/L) 7.00 5,30 5.10 7.00 5.20 5,00
Lattato (mmol/L) 3.00 2.30 2.00 3.10 2.40 1.90
Acido Base stato
Hco3(mmol/L) 17,60 23.10 21.90 18.50 23,70 22,40

Tabella 1: un caso di analisi di gas del sangue eseguite durante l'ex situ aspersione di cuore. CA2 +, ione calcio; CL-, ione cloruro; HB, emoglobina; HCO3-, ioni di bicarbonato; K+, ione potassio; Na+, ione sodio; OSM, osmolarità; paCO2, arteriosa pressione parziale di anidride carbonica; paO2, pressione parziale arteriosa di ossigeno; Così2, saturazione di ossigeno; T1, 1 h di ex situ aspersione (perfusione precoce); T5, 5h di ex situ aspersione (Mid-aspersione); T11, 11h di ex situ aspersione (tardo perfusione)

Tempo
Parametri metabolici T1 T5 T11
MVO2 mL/min/100 g 6,68 2,44 1.77
Venoso del lattato mmol/L 3.1 2.4 1.9
Venoso - arterioso lattato differenza mmol/L 0.1 0.1 -0,1
L'utilizzazione di glucosio g/h 1.23 0.6 1.14

Tabella 2: parametri metabolici calcolati utilizzando i dati di analisi del gas sangue. MVO2, consumo di ossigeno del miocardio; T1, 1 h di ex situ aspersione (perfusione precoce); T5, 5h di ex situ aspersione (Mid-aspersione); T11, 11h di ex situ aspersione (tardo perfusione)

Tempo
Parametri funzionali T1 T5 T11
CI (mL/min/g) 10,26 9,66 7.50
SW (mmHg * mL) 2253 1965 1323
dP/dT max (mmHg/s) 1781 1783 1482
Sys p (mmHg) 128 121 91
ME (%) 6.69 16,85 21,68
PRSW 399 348.38 248.63
dP/dT min (mmHg/s) -1444 -2350 -844

Tabella 3: un caso di parametri funzionali ventricolari sinistro valutato durante ex situ di aspersione di cuore. CI, indice cardiaco; dP/dT max, massimo tasso di cambiamento di pressione; dP/dT min, tasso minimo di cambiamento di pressione; ME, efficienza meccanica; PRSW, lavoro di precarico recruitable ictus; SW, lavoro di colpo; Sys p, pressione sistolica; T1, 1 h di ex situ aspersione (perfusione precoce); T5, 5h di ex situ aspersione (Mid-aspersione); T11, 11h di ex situ aspersione (tardo perfusione).

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Discussion

Aspersione di successo è definito secondo le finalità dello studio; Tuttavia, questo dovrebbe includere ESHP ininterrotta per la quantità di tempo e la raccolta completa dei dati desiderata sulla funzione cardiaca durante la perfusione. Per questo scopo, devono essere seguiti a pochi passi critici nel protocollo.

Il cuore è un organo con alto contenuto di ossigeno e richieste di energia e riducendo al minimo il tempo ischemico prima di inserimento di una canula e aspersione è un principio importante che dovrà essere seguito. Il processo degli appalti, il cuore di montaggio sull'apparato ESHP e avviare l'aspersione non deve superare i 20 – 30 min.

Per aspersione efficiente e affidabile valutazione funzionale, il processo di montaggio cuore sull'apparato orsi di importanza critica. Corretto allineamento anatomico di grandi vasi svolge un ruolo importante in questo senso. Il cuore deve ottenersi con una lunghezza sufficiente di PA e Ao arco rami affinché questi vasi non sono tese quando collegato il rappresentante cannule. Fin dall'inizio della perfusione, efficiente perfusione coronarica svolge un ruolo fondamentale nella protezione del cuore durante ex situ di aspersione. Dopo l'avvio della perfusione in modalità di non-lavoro, la pressione di Ao dovrebbe essere monitorata e regolata su almeno 30 mmHg per supportare in modo efficiente la perfusione coronarica. L'aspetto di un oscuro deossigenata perfusato nella linea PA è un riflettore del ristabilimento del flusso coronarico. Dopo il passaggio alla modalità di funzionamento, la pressione di Ao dovrebbe essere regolata a 40 mmHg per fornire pressione adeguata perfusione coronarica per il cuore di lavoro.

Deairing le camere cardiache e Ao è essenziale per il successo ESHP. Al momento di collegare LA cannula, comprimendo gli alloggiamenti aiuterà a deairing il cuore. Qualsiasi aria rimasta nel LV che viene espulso deve ricircolare attraverso la linea di spurgo nell'arteria innominate, che minimizza il rischio di embolia gassosa coronaria. Tuttavia, se sostanza aria rimane nel cuore sinistro al momento del passaggio alla modalità a lavoro, embolia gassosa coronaria è possibile che conduce ad un significativo declino nella funzione del miocardio.

L'obiettivo dell'approccio presentato è quello di fornire una piattaforma affidabile e riproducibile per studi sperimentali ESHP in modelli di grandi mammiferi. Tale sistema offre l'opportunità per la perfusione in una modalità di lavoro fisiologico e per la vasta valutazione del cuore irrorato. Questo fornisce l'opportunità di valutare cardioprotective protocolli volti a rivitalizzare disfunzionale donatori di organi. Questo sistema facilita la valutazione semplice e riproducibile dei parametri funzionali cardiaci al fianco di parametri metabolici durante ESHP, fornendo dati oggettivi che possono essere utilizzati per identificare gli organi vitali per il trapianto. Una tale valutazione globale è di particolare importanza quando valutare criteri estesi donata cuori e cuori Donati dopo morte circolatori. Inoltre, secondo le nostre osservazioni nella cornice di ESHP sperimentale, cuori irrorati in una modalità di lavoro visualizzare conservazione superiore della funzione sistolica e diastolica nel tempo rispetto ai cuori conservati in una modalità di Langendorff e possono aiutarti a prolungarne la cassaforte tempo di conservazione.

ESHP in una modalità di lavoro è un metodo efficiente per preservare il cuore Donato e valutare la fattibilità, eppure è un ambiente artificiale, mancano molte di aspetto fisiologico del corpo (ad es. in tempo reale equilibrio/supporto ormonale e nutrizionale e radicali liberi sistemi di lavaggio). Il cuore è un organo con esigenze sofisticate energia/metabolica. Così, è criticamente importante fornire coerenza, efficiente supporto metabolico al cuore irrorato. Abbiamo osservato un declino nella funzione dell'ex situ irrorato del cuore, particolarmente durante l'aspersione estesa volte22. Tale diminuzione può essere riflettente delle inefficienze metaboliche che interessano la funzione del cuore irrorato di modalità di lavoro. Ulteriori studi sono autorizzati per caratterizzare il sostegno metabolico ottimo per il cuore durante ESHP. Un'ulteriore sfida è la complessità di perfusione del cuore di modalità di lavoro. Nonostante la maggiore semplicità di ESHP in questo sistema, la perfusione di modalità di lavoro deve essere eseguita da personale ben addestrato.

L'apparato ESHP con la capacità di eseguire una valutazione funzionale e metabolica completa dei cuori in un modello di grande mammifero, offre un grande potenziale per sviluppare protocolli terapeutici traslazionali per migliorare disfunzionale/suboptimale cuori donati . ESHP può fungere da piattaforma per amministrare gli interventi terapeutici targeting per una vasta gamma di condizioni (ad es. riperfusione di ischemia) e valutare i loro effetti sui parametri metabolici e funzionali del cuore irrorato12. Inoltre, modalità di lavoro ESHP può facilitare l'estensione dell'intervallo conservazione sicura, che può aiutare a superare i limiti geografici della donazione di organi e facilitare la migliore allocazione dei cuori donati.

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Disclosures

DHF detiene brevetti sulla tecnologia aspersione ex situ organo e metodi. DHF e Gv sono fondatori e principali azionisti di Tevosol, Inc.

Acknowledgments

Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni dal programma di ricerca trapianti nazionale canadese. SH è il destinatario di una facoltà di medicina e odontoiatria Motyl Studentship laureato in Scienze cardiache. DHF è un beneficiario di una sovvenzione di progetti di ricerca collaborativa (CHRP) in aiuti dal nazionale Scienze e ingegneria Research Council e istituti di ricerca di salute canadese.

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

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References

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