非原位灌注期间供体心脏的功能评估:来自压力-容量环和表面超声心动图的见解

摘要

缺乏可靠的无创方法，用于在正常变温非 原位 心脏灌注（NESP）期间对供体心脏进行功能评估。我们在此描述了使用心外膜超声心动图和电导导管方法对心肌性能进行 异位 评估的方案。

摘要

心脏移植仍然是晚期心力衰竭的金标准治疗。然而，目前的关键器官短缺导致越来越多的捐赠者心脏被分配，并具有扩展标准。这些边缘移植物与原发性移植失败的高风险相关，移植前的 异位 灌注可能有益。该技术允许使用温氧血液灌注和连续代谢监测来扩展器官保存。目前唯一可用于临床实践的NESP设备在卸载的非工作状态下灌注器官，这不允许对跳动的心脏进行功能评估。因此，我们开发了一种在工作模式下的NESP原始平台，可以调整左心室前负荷和后负荷。该方案应用于猪心。通过心内导尿术和表面超声心动图实现心脏的 离位 功能评估。除了对实验方案的描述外，我们在此报告了主要结果，以及与NESP期间获得压力 - 容量环和心肌功率相关的珍珠和陷阱。血流动力学发现与超声变量之间的相关性是主要兴趣，特别是对于移植前供体心脏的进一步康复。该协议旨在改善对供体心脏的评估，以增加供体库并降低原发性移植失败的发生率。

引言

心脏移植是晚期心力衰竭的金标准治疗，但受到当前^{器官短缺的限制}1。越来越多的供体心脏具有扩展标准（年龄>45岁、心血管危险因素、长期低流量、继发于儿茶酚胺能危象的急性左心室功能障碍）被分配，原发性^{移植失败的风险}增加2。此外，在控制循环死亡（DCD）后捐赠的心脏可能会出现继发于长期温缺血的心肌损伤³。因此，有必要在移植前对这些供体心脏进行更好的评估，特别是评估它们是否有资格进行心脏移植^4，5。

常母异 位 灌注（NESP）使用温氧血液保存跳动的心脏。NESP的唯一市售设备将心脏保持在非工作状态（朗根道夫模式）。这种方法最初用于将移植物的保存扩大到冷缺血^的关键4小时期之后6。该技术的另一个主要优点是根据灌^注液中的乳酸浓度提供心肌活力的连续评估6。然而，迄今为止，这种生化评估从未与移植后的结果相关。同样，NESP的朗根多夫模式不允许在移植前对心脏进行血流动力学和功能评估。一些作者报道了NESP期间心内导管插入术对预测移植后心肌恢复的潜在益处⁷。

本报告旨在提供一种可重复的方法来评估NESP期间供体的心脏性能。我们修改了电路以允许工作模式灌注，从而通过心外膜超声心动图获取无创功能变量。心肌功指数是一个与负荷无关的变量，使用压力-应变环路记录。我们研究了心肌功与心内导尿获得的血流动力学变量之间的关系。

研究方案

本协议已获得当地动物实验伦理委员会和动物福利机构委员会（APAFIS#30483-2021031811339219 v1，法国巴黎萨克雷大学动物伦理委员会）的批准。动物按照美国国立卫生研究院制定的实验动物护理和使用指南和国家医学研究学会制定的实验动物护理原则进行处理。

注意:外科手术是在严格的无菌下进行的，使用与人类相同的技术。实验程序包括大白仔猪（45-60公斤），并在全身麻醉下进行。

1. 动物调理和麻醉方案

1. 让动物适应7天，有同源物和环境富集，以确保动物福利。
2. 在动物被纳入实验方案前12小时不要喂食动物。
3. 在手术前30分钟进行术前，在颈部肌肉中肌内注射等摩尔的替他明和唑拉西泮（10mg / kg）混合物。
4. 一旦动物镇静，将导管插入耳静脉，并通过静脉推注丙泊酚（2mg / kg）并给予阿曲库铵（2mg / kg）诱导全身麻醉。
5. 用 7.5 mm 口腔气瓶探头对动物进行插管。
6. 用连续心电图、呼气 CO₂ 和血氧饱和度监测动物。
7. 用吸入异氟醚（2%）与40%氧气补充剂混合维持全身麻醉。

2. 心脏原 位 血流动力学和超声心动图评估

注意:使用Swan Ganz导管进行血流动力学评估，而心脏的基线功能评估通过经胸超声心动图进行。

1. 使用 Seldinger 技术经皮将 8 法式 （Fr） 鞘插入头臂静脉干部⁸.
2. 将导管放气并设定为 0 压力后，将 Swan Ganz 导管插入 8 Fr 护套，直到在监测屏幕上观察到肺压曲线。
3. 通过在球囊充气时推动肺循环中的 Sawn-Ganz 导管来获得肺动脉闭塞压。
4. 使用热稀释方法在 Swan Ganz 导管的近端输注 10 mL 冷 （4 °C） 盐水溶液来评估心输出量。重复测量三次。
5. 使用双翼辛普森技术评估左心室射血分数 （LVEF）⁹。
6. 探索主动脉瓣和主动脉根部，以识别任何可能影响心脏通过升主动脉异 位灌注的结构性疾病或2级以上的主动脉瓣反流（图1）。

3. 常温 非原位 灌注（NESP）机的描述和启动

注意:改进的NESP模块用于交替执行朗根多夫灌注和工作模式灌注。简而言之，通过 Y 型连接器 将 电路的主动脉线连接到顺应室。添加小儿氧合器和心脏切开术储液器（模块主动脉连接器上方 70-80 cm 高度），以在工作模式下提供约 70 mmHg 的左心室后负荷。使用 Y 型连接器将另一个心脏切开术储液器（模块主动脉连接器上方 7-10 cm 高度）连接到主流入管路，以在工作模式下提供约 10 mmHg 的左心房预载荷（图 2）。使用连接到肺导管的流量传感器评估冠状动脉血流。离心泵、膜制氧器和加热器-冷却器机器连接到电路（图 2）。有关解决方案说明，请参阅 表 1。

1. 用灌注溶液灌注回路（表1）。
2. 将泵输出设置为 1500 mL/min。
3. 在回路中加入从供体猪（1200-1500 mL）中取出的血液。
4. 设置气体混配器以达到氧气分压 >250 mmHg。
5. 将维持溶液和肾上腺素溶液（表1）连接到电路，并将初始输出分别设置为5 mL / h和0.1 mL / h。
6. 在将心脏放入灌注模块之前，将灌注液的温度设置为室温（RT）。
7. 在工作模式下，连接浓度为2.5mg / mL的多巴酚丁胺注射器（输出在0.04-0.12mg / h之间）。

4. 正常温 非原位 心脏灌注的心脏采购和仪器

1. 心脏采购
   1. 将动物置于仰卧位并继续保持全身麻醉。
   2. 进行正中胸骨切开术并打开心包。
   3. 用四条保持缝合线悬挂心包。
   4. 将 4-0 聚丙烯缝合线放在右心房和升主动脉上，用止血带固定插管。
   5. 输注肝素 （300 UI/kg） 并仔细解剖主动脉根部后，在右心房插入双期静脉插管进行采血，在升主动脉插入单腔插管进行心肌麻痹输注。
   6. 用硅橡胶止血带隔离上腔静脉和下腔静脉。
   7. 将静脉插管连接到装有 10，000 IU 普通肝素的采血袋上。
   8. 将仔猪体置于特伦德伦堡位置，以改善血液流入收集袋。
   9. 采血完成后，交叉夹住升主动脉，将Del Nido心脏停搏输注至主动脉根部（表 1），并检查升主动脉是否受压（无主动脉瓣反流）。
   10. 通过分别打开下腔静脉和右肺静脉来卸载左右心房，而上腔静脉则用止血带夹住。
   11. 心脏麻痹输注完成后，用两针 4-0 聚丙烯结扎左半合子静脉。
   12. 进行心脏采集，保留肺干 2 cm 和左心房后壁。
   13. 通过检查房间隔来验证卵圆孔是否未闭，并在必要时使用4-0聚丙烯缝合线将其关闭。
2. NESP前的心脏仪器
   1. 将心脏置于4°C盐水溶液中，并将升主动脉与肺干分开。确认主动脉瓣和冠状动脉口没有受伤。
   2. 在升主动脉远端下方 5 mm 处插入四针（4-0 聚丙烯），并将输液插管插入主动脉。在主动脉周围拧紧软管夹以固定套管。
   3. 将引流套管插入肺干，并用3-0聚丙烯运行缝合线固定。
   4. 用5-0聚丙烯运行缝合线关闭下腔静脉和上腔静脉。
   5. 用4-0聚丙烯线缝合左心房后壁。
   6. 将左通气插管插入左心房壁的后壁，并在周围缠上止血带。
   7. 将预负荷套管插入左心耳，并在周围缠上止血带。

5. 与NESP机器的连接和心脏复苏

注意:在对心脏进行器械检查之前，请确保灌注回路旁边有复苏所需的材料，尤其是带有内部探头的除颤器和带有心外膜电极的外部起搏器。确保压力管连接到主动脉管，并且输出传感器放置在冠状动脉血流线上。必须箝紧后载荷线以及工作模式电路的预载线。

1. 将泵流量降低至 200 mL/min。
2. 在给连接器放气后，将心脏连接到主动脉连接器。确保心脏与灌注模块正确连接，使下心室壁和左右心房在操作者面前。避免扭转升主动脉以防止主动脉瓣反流。
3. 室温时将主动脉压调节至 30 mmHg。
4. 在复苏期间，进行平滑的心脏按摩，直到窦性心律恢复。
5. 在 15-25 分钟内以 50 mL/min 的步长缓慢增加泵流量，以达到 65 mmHg 的主动脉压。同时，按2-4°C的步骤提高灌注温度，达到37°C。
6. 一旦主动脉压为 65 mmHg，灌注温度为 37 °C，如果需要，可在 5 J 时进行电击，并重复直至窦性心律恢复。
7. 将心外膜电极固定在右心室后壁上，并连接到外部起搏器。以 80 BPM 的速度调整心脏节奏，以超速自发节律。
8. 将肺套管连接到冠状动脉流线。
9. 进行动脉和静脉血液样本，对灌注液进行气体和生化分析。记录初始乳酸浓度并纠正生化紊乱，以实现以下目标:葡萄糖>1 g/L，K + 3.5-5.5 mmol/L，Ca 2+ 1.0-1.20 mmol/L，pH 7.35-7.45，Na ⁺ 135-145 mmol/L和HCO3-20-24 mmol/L。
10. 调节泵流量，达到平均主动脉压 65-75 mmHg，冠状动脉流量达到 650-850 mL/min。
11. 每15分钟进行一次动静脉血气分析，以确保心肌提取乳酸有效。如果静脉乳酸高于动脉乳酸，则通过减少维持溶液将平均主动脉压增加至80mmHg，并在15分钟后检查乳酸浓度。如果动静脉乳酸清除率仍然受损，则将冠状动脉血流量增加至>850mL，并在15分钟后检查乳酸浓度。

6. 工作模式程序

注意:乳酸的动静脉有效清除通常在开始朗根道夫灌注后30分钟内实现。然后可以通过将预紧套管连接到预紧油箱来启动工作模式（该管路以前在朗根道夫模式下被夹紧）。同样，后负荷管连接到主动脉线（图2）。将流量传感器设置在后负荷线上以测量心输出量。

1. 打开预压管路，调节泵流量，确保预紧油箱稳定加注。在此期间，左心房和左心室逐渐充满血液。
2. 打开主动脉后负荷管，夹紧用于朗根多夫灌注的回路的主管。后负荷油箱逐渐填满。确保通过溢流管线将灌注液带回回路的主储液罐。
3. 以0.04mg / min的速度开始输注多巴酚丁胺。
4. 进行动脉和静脉血气样本分析，以确保心肌提取乳酸仍然有效。
5. 心输出量稳定后，进行有创血流动力学评估以及心外膜超声测量。

7. 使用电导法进行压力-体积 （PV） 回路评估

注意:所有校准步骤必须在工作模式下执行。

1. PV 导管置入左心室
   1. 用盐水溶液清洁7 Fr 尾纤电导导管并将其连接到硬件接口。
   2. 轻轻地将导管推入先前通过左心房顶部插入的引入器 8 Fr 鞘中，以与二尖瓣对齐。
   3. 一旦导管穿过二尖瓣，就调整适当的位置，考虑最佳压力和体积信号。如果噪音太大，请轻轻移动电导导管以提高环的质量。
2. PV环导管校准
   1. 压力校准
      1. 一旦电导导管正确放置在左心室中，打开软件上的校准界面，并使用采集软件校准压力值以进行电导测量。
      2. 开始记录，在控制界面选择0 mmHg压力和100 mmHg，各记录5秒。
      3. 然后，停止记录并打开压力校准界面。将相应的信号与压力水平相匹配。
      4. 校准后，验证信号是否与侵入性血压监测获得的值匹配。
   2. 体积校准
      1. 电导校准
         1. 打开软件上的控制界面进行电导测量。
         2. 开始记录，一个接一个，选择校准界面建议的音量。
         3. 让界面每次录制 5 秒，然后停止录制。
         4. 使用获得的数据迹线并打开音量校准界面。
         5. 将相应的迹线与压力水平相匹配。
      2. 并行体积校准
         1. 周围的心脏组织传导电力并有助于整体音量信号。移除此平行体积以进行准确的体积测量（后处理校准）。
         2. 为了评估此设置（心肌壁）中的平行体积，将 10 cc 的高渗盐水溶液 （4%） 注入左心房线一次。
         3. 不要重复手术以避免高钠血症。
3. 现场校正因子校准
   1. 输入从超声测量中获得的每搏量值。
      注意:α因子的计算将考虑通过超声测量或电导导管获得的每搏量之比。
4. 光伏数据收集
   1. 停止心脏的心外膜起搏，以避免干扰电导信号。信号稳定时以稳定状态记录数据（图3）
   2. 选择一系列 10 个连续循环并打开分析软件。该软件将自动提供中风功、预募中风功、最大dP/dt、最小dP/dt和tau指数。
   3. 要获得收缩末期压力-容量关系和舒张末期压力-容量关系，请记录前负荷闭塞期间的信号。逐渐夹紧心房灌注管，直到有效降低前负荷（图 4）。然后慢慢松开夹子。

8.工作状态下心脏的心外超声心动图评估

1. 采集超声环
   1. 将三个心电图心外膜电极连接到超声心动图机。
   2. 在心脏周围涂抹无菌窗帘，并使用经食管探头。
   3. 将探头施加到左心房的上壁上，并手动旋转换能器，直到获得四腔室视图（图5）。
   4. 启动超声心动图采集软件，使用 X 计划模式进行心肌性能评估。
   5. 然后，运行超声探头电机以获得三腔室和双腔室视图。对这些视图的分析可以测量左心室射血分数和整体纵向应变⁹.
2. 心肌功指数（MWI）评估
   1. 继续采集四腔、三腔和两腔视图，并记录同时动脉压（图 6）。
   2. 使用这些视图和打开 MWI 软件评估全球纵向应变。在环路采集期间，使用灌注回路上的外部传感器检测到的侵入性血压。
   3. 手动通知软件主动脉瓣和二尖瓣的确切打开和关闭时间。
      注意:MWI 软件将自动提供全球 MWI、建设性工作、浪费工作和有效工作。

结果

我们在此描述了一种处于单心室工作状态的NESP方案，使用通常在临床实践中采用的改良心脏灌注模块，用于移植前供体心脏的Langendorff灌注。这种使用当前定制模块的NESP仔猪模型是在2019年开发的。电路的修改很小，因为大部分灌注回路被重新用于实验。模块的盖子提供了一层柔性和防水膜，在运输过程中保护心脏。它还允许在无菌环境中进行表面超声心动图检查。临床实践中混合血液和灌注液?...

讨论

NESP协议中需要考虑一些关键步骤。对心脏进行 原位 初步评估仍然很重要，特别是考虑到主动脉瓣不应出现明显的主动脉瓣反流（2 级或以上）;否则，由于冠状动脉灌注受损和心肌缺血，在朗根多夫期间心脏的复苏将受到影响。朗根多夫灌注后启动WM是一项具有挑战性的操作，至少需要两个人来调节预负荷储液器的填充、泵流量、左心房压力和主动脉流出管。一旦达到乳酸的代谢有效心肌?...

材料

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