Koronarangiographie während der ex-situ Herzperfusion im Schweinemodell

Zusammenfassung

Das Screening auf koronare Herzkrankheit könnte die Beschaffung von Spenderherzen mit erweiterten Kriterien erhöhen. Ein Protokoll zur Durchführung einer reproduzierbaren Koronarangiographie während einer ex-situ-Herzperfusion wird hierin in einem Schweinemodell beschrieben.

Zusammenfassung

Die Herztransplantation ist der Goldstandard bei der Behandlung von fortgeschrittener Herzinsuffizienz. Die Beschaffung von Spendern mit erweiterten Kriterien (ECD) nimmt aufgrund des aktuellen Organmangels zu. Die Koronarangiographie wird bei ECD mit einem Risiko für eine koronare Herzkrankheit empfohlen, aber nicht systematisch durchgeführt. Diese Herzen werden daher entweder für eine Transplantation abgelehnt oder ohne Screening auf koronare Herzkrankheit beschafft. Die Koronarangiographie während der normothermen ex-situ-Herzperfusion (NESP) könnte ein interessanter Ansatz sein, um die Rate der ECD-Beschaffung zu erhöhen und das Risiko eines primären Transplantatversagens ohne Koronarangiographie bei ECD zu verringern. Das vorliegende Protokoll zielt darauf ab, wesentliche Details sowie optimale Bildaufnahmen für die Koronarangiographie während der NESP bereitzustellen. Es wurden reproduzierbare angiographische Ansichten beobachtet, darunter eine für die rechte Koronararterie, zwei für die linke anteriore absteigende Arterie, zwei für die Zirkumflexarterie und eine Spinnenansicht. Eine kontinuierliche Laktatextraktion wurde bei allen Verfahren mit einer finalen medianen Konzentration von 1,10 mmol/l (0,61-1,75 mmol/l) zwei Stunden nach der Koronarangiographie beobachtet, was mit der Lebensfähigkeit des Myokards übereinstimmt. Das mediane Kontrastmittelvolumen, das für die Ex-situ-Bildgebung des isolierten perfundierten Herzens verwendet wurde, betrug 48 ml (38-108 ml). Dieses Protokoll war für die Bildgebung der Koronararterien reproduzierbar und beeinträchtigte die Lebensfähigkeit des Myokards während der NESP nicht.

Einleitung

Die Herztransplantation ist der Goldstandard bei fortgeschrittener Herzinsuffizienz ^1,2. Diese Behandlung ist jedoch durch den aktuellen Organmangel eingeschränkt, was zu einer vermehrten Zuteilung von Spendern mit erweiterten Kriterien (ECD) führt, die häufiger einer koronaren Herzkrankheit (KHK) ausgesetzt sind. In Frankreich wird eine Koronarangiographie empfohlen, um das Risiko eines primären Transplantatversagens im Zusammenhang mit KHK zu verhindern, wenn das Alter des Spenders mehr als 55 Jahre oder 45 Jahre beträgt und zwei kardiovaskuläre Risikofaktoren^{vorliegen 3}. Obwohl die Koronarangiographie die Chancen auf eine Transplantatakzeptanz um 9 % erhöht, wird dieses Verfahren in Frankreich nur in 33 % der Fälle durchgeführt⁴. Herzen aus einer ECD, bei denen ein Risiko für KHK besteht, werden daher entweder für eine Transplantation abgelehnt oder ohne Screening auf koronare Herzkrankheit beschafft.

Das Organ Care System (OCS) ist die einzige klinisch verfügbare maschinelle Perfusion (MP) für die normothermische Ex-situ-Herzperfusion (NESP). Diese Technologie ermöglicht eine längere Konservierung vor der Transplantation, indem das Spenderherz mit warmem, sauerstoffreichem Blut durchblutet wird. Während der NESP wird eine kontinuierliche metabolische Beurteilung durch Überwachung des Laktatprofils^{durchgeführt 5}. Die Wirksamkeit und Sicherheit von NESP wird nun durch mehrere Studien belegt, darunter eine kürzlich durchgeführte Metaanalyse ^6,7,8. Die Durchführung einer Koronarangiographie während der NESP wäre von großem Interesse, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass Herzen aus ECDs mit KHK-Risiko transplantiert werden.

Bisher publizierte Erfahrungen mit der ex-situ Koronarangiographie ^9,10,11 deuten darauf hin, dass konventionelle Sichtweisen aufgrund der umgekehrten Stellung des Herzens im Perfusionsmodul nicht geeignet sind. Darüber hinaus können OCS-Komponenten, die mit Röntgenstrahlen sichtbar sind, die Bildgebungsbefunde beeinträchtigen. Schließlich bleibt die Toxizität von Kontrastmitteln auf das Myokard während der isolierten Herzperfusion fraglich. Der vorliegende Bericht zielt darauf ab, einen sicheren und reproduzierbaren Ansatz für die Durchführung der Koronarangiographie während der NESP zu bieten.

Protokoll

Alle Schweine erhielten eine humane Pflege in Übereinstimmung mit den "Grundsätzen der Labortierpflege", die von der National Society for Medical Research formuliert wurden, und dem "Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren", der vom Institute of Laboratory Animal Resources erstellt und von den National Institutes of Health veröffentlicht wurde (Achte Auflage, 12910). National Academies Press, Washington, D.C., 2011). Dieses Studiendesign wurde vom französischen Forschungsministerium für die Verwendung von Tieren zu wissenschaftlichen Zwecken genehmigt (Protokoll APAFiS#23716-2020012112432923v1). Für die vorliegende Studie wurden acht große, weiße männliche Schweine (60 kg, 6 Monate) verwendet. Die Tiere wurden vor der Operation eine Woche lang bei Artgenossen bei Raumtemperatur mit einem Tag-Nacht-Lichtwechsel untergebracht. Essen und Wasser standen frei zur Verfügung. Die für diese Studie verwendeten Reagenzien und Geräte sind in der Materialtabelle aufgeführt.

1. Vorbereitung der Tiere

1. Prämedikation bei Tieren mit einer intramuskulären Injektion von Tiletamin und Zolazepam (2 mg/kg).
2. Vollständige Anästhesie mit einer intravenösen Injektion von Propofol (3 mg/kg).
3. Nach der Beatmung der Maske mit 100 % FiO₂ ist eine oro-tracheale Intubation mit einer 7,5-mm-Sonde unter Verwendung eines Laryngoskops für Großtiere durchzuführen.
4. Halten Sie die Vollnarkose aufrecht durch Inhalation von 2 % Isofluran, kontinuierliche Infusion von Sufentanil (10 μg/kg/h) und intermittierende Injektionen von Cisatracurium (0,3 mg/kg alle 30 Minuten).
5. Führen Sie ein transthorakales Echokardiogramm durch, um nach Herzerkrankungen zu suchen, die eine Ex-situ-Perfusion des Herzens kontraindizieren können. Eine signifikante Aorteninsuffizienz ermöglicht keine effiziente NESP im Langendorff-Modus, da der koronare Fluss beeinträchtigt ist. Der retrograde Aortenfluss wird in diesem Zustand hauptsächlich in den linken Ventrikel geleitet.
   HINWEIS: Tiere mit Herzanomalien, einschließlich erheblicher Aorteninsuffizienz, sollten aus dem Protokoll ausgeschlossen werden (die Anästhesie wird für ausgeschlossene Tiere gestoppt, um den Transfer in die Tiereinrichtung zu ermöglichen).

2. Herzrückgewinnung

1. Führen Sie eine Mittellinien-Sternotomie durch. Verwenden Sie ein Skalpell (Nr. 23), um die Haut zu öffnen. Öffnen Sie das Unterhautgewebe mit einem monopolaren Kauter. Öffnen Sie das Brustbein mit einer halbmondartigen Sternumsäge und führen Sie die Sternotomie mit einer Mayo-Schere durch.
   1. Präparieren Sie den Thymus, öffnen Sie ihn und legen Sie das Perikard mit einer Metzenbaumschere frei, um Kammerflimmern zu vermeiden, das durch das elektrische Feld des monopolaren Kauters induziert wird.
2. Injizieren Sie Heparin (300 I.E./kg) direkt in den rechten Vorhof.
3. Führen Sie Beutelstiche mit 4/0-Polypropylen-Nähten am rechten Vorhof und an der Aortenwurzel durch, um die Kanüle vorzubereiten.
4. Löse die Aorta vorsichtig von der Lungenhauptarterie, um die Klemmung der Aorta vorzubereiten.
5. Kontrollieren Sie die obere und untere Hohlvene mit einer chirurgischen Schlaufe.
6. Führen Sie 3 Minuten nach der Heparinverabreichung eine 9-französische antegrade lange Kanüle in die Aortenwurzel ein.
7. Spülen Sie den Kardioplegieschlauch und verbinden Sie ihn mit der Aortenkanüle, dann klemmen Sie den Kardioplegieschlauch vor der Blutentnahme fest.
   HINWEIS: Die Blutentnahme führt zu einem signifikanten Volumenabfall, der eine angemessene Kanülierung der aufsteigenden Aorta beeinträchtigen kann. Daher ist es einfacher, dies vor der Blutentnahme zu tun.
8. Kanulieren Sie den rechten Vorhof mit einer zweistufigen 32-französischen Venenkanüle.
9. Verbinden Sie einen zuvor heparinisierten sterilisierten Beutel (10.000 IE) mit der rechten Vorhofkanüle und sammeln Sie 1500 ml Blut.
   HINWEIS: Das entnommene Blut wird von einem anderen Bediener mit einem Leukozytenfilter leukodepletiert und dann direkt in den Perfusionskreislauf der Maschine gegeben.
10. Klemmen Sie die Aorta ein und infundieren Sie 1000 ml kalte (4 °C) Kardioplegielösung (Tabelle 1).
11. Sichern Sie die obere und untere Hohlvene mit einer chirurgischen Schlaufe.
12. Stoppen Sie die mechanische Beatmung. Öffnen Sie die untere Hohlvene und die linke obere Lungenvene, um das Herz zu entlasten. Geben Sie eine kalte Kochsalzlösung in das Perikard.
13. Entfernen Sie die Aorten- und Venenkanülen. Explantieren Sie das Herz, indem Sie die linke Azygosvene, die beiden Vena cavae, die distale aufsteigende Aorta, den Stamm der Lungenarterie und die vier Lungenvenen durchtrennen.
    HINWEIS: Die linke Azygos-Vene ist spezifisch für die Anatomie des Schweins. Diese Vene führt direkt in den Herzkranzsinus. Die linke Azygos-Vene muss zwischen zwei Ligaturen durchtrennt werden, bevor das Herz entnommen wird.

3. Herzvorbereitung für NESP

1. Legen Sie das Herz in eine 4 °C heiße Kochsalzlösung.
2. Untersuchen Sie die Aortenklappe, um eine normale Koaptation zu bestätigen, und schließen Sie ein offenes Foramen ovale, falls vorhanden, mit einer 4-0-Polypropylen-Naht.
3. Schließen Sie die Trennung zwischen der Aorta und der Lungenarterie ab.
4. Legen Sie vier verpfändete Nähte (4/0 Polypropylen) um den distalen Abschnitt der aufsteigenden Aorta.
5. Führen Sie die passende Aortenkanüle ein und fixieren Sie diese mit einer Schlauchschelle. Aortenkanülen sind in vier Größen erhältlich: 3/4 Zoll, 7/8 Zoll, 1 Zoll und 5/4 Zoll.
6. Führen Sie die Lungenarterienkanüle 30 Fr ein und befestigen Sie sie mit einer 4/0-Naht.
7. Platzieren Sie einen 20-französischen intrakardialen Sumpf durch die Mitralöffnung, um den linken Ventrikel zu entlüften.

4. Normothermische ex-situ-Herzperfusion

HINWEIS: Eine detaillierte Zusammensetzung der Kardioplegielösung, der Priming-Lösung, des Adrenalins und der Adenosininfusionen ist in Tabelle 1 enthalten.

1. Grundieren Sie die maschinelle Perfusion (MP) mit dem gesammelten Blut (1500 mL) und fügen Sie die Priming-Lösung (500 mL) hinzu.
2. Mit einem Membranoxygenator mit Sauerstoff versorgen und das Blut mit einem Heiz- und Kühler auf 34 °C erwärmen.
3. Platzieren Sie eine Drucksonde an der Aortenleitung oberhalb der Aorta.
4. Platzieren Sie einen Durchflussmesser um die Pulmonalarterienkanüle.
   HINWEIS: Die kontinuierliche Infusion von Adrenalin (0,5 ml/h) wird nach dem Anschluss an die Aortenleitung eingeleitet. Die Adenosininfusion wird so angepasst, dass der mittlere Aortendruck zwischen 65 mmHg und 80 mmHg gehalten wird.
5. Erhöhen Sie die Pumpendrehzahl, um eine Durchflussrate von 2500 mL/min zu erreichen.
6. Entnehmen Sie eine erste Blutprobe für die Blutgasanalyse, das Ionogramm und den Laktatspiegel. Passen Sie Kalium, Kalzium, Glykämie und pH-Wert bei Bedarf an.
   HINWEIS: Alle diese Schritte werden gleichzeitig mit der Herzentnahme durchgeführt.
7. Bevor Sie das Herz in der MP positionieren, reduzieren Sie den Pumpenfluss auf 1000 mL/min und entfernen Sie den Shunt zwischen dem Aorten- und dem Venenzugang.
8. Entlüften Sie die Aorta und verbinden Sie die Aortenkanüle mit dem Aortenzugang.
9. Platzieren Sie das Herz für einen optimalen NESP (gemäß den Anweisungen des Herstellers). Die postero-inferiore Ventrikelwand befindet sich vor dem Bediener, und die Pulmonalarterienkanüle wird hinter der Aortenkanüle platziert.
10. Führen Sie eine sanfte Herzdruckmassage durch, bis das Herz erwärmt ist.
11. Geben Sie einen 20 J Schock bei Kammerflimmern.
12. Beschleunigen Sie das Herz mit einem externen Herzschrittmacher mit 80 Schlägen pro Minute.
13. Erhöhen Sie langsam den Pumpendurchfluss, um einen Aortendruck von 65 mmHg zu erreichen.
14. Die untere Hohlvene mit einer 4/0 Polypropylen-Laufnaht verschließen.
15. Spülen Sie die Pulmonalarterienkanüle und verbinden Sie sie mit dem Venenzugang, um den Koronarfluss kontinuierlich zu beurteilen.
    HINWEIS: Der koronare Fluss sollte zwischen 650 mL/min und 850 mL/min liegen. Der mittlere Aortendruck sollte zwischen 70 mL/min und 85 mmHg gehalten werden. Beurteilen Sie stündlich das Blutgas und das Ionogramm und alle 30 Minuten die Laktatwerte. Wenn das venöse Laktat höher ist als das arterielle Laktat, besteht der erste Schritt darin, die Normalität des Ionogramms sicherzustellen und biochemische Anomalien zu korrigieren. Wenn der Druck und der koronare Durchfluss niedrig sind, erhöhen Sie die Pumpendrehzahl. Wenn der Druck hoch und der Koronarfluss niedrig ist, erhöhen Sie das Adenosin, um die Koronararterien zu vasodilatieren. Beenden Sie die Adenosininfusion, wenn der Aortendruck unter 70 mmHg liegt.

5. Koronarangiographie während der NESP

1. Versuchsaufbau
   HINWEIS: Die Einrichtung ist in Abbildung 1 dargestellt.
   1. Stellen Sie sicher, dass ausreichend Platz für das Perfusionssystem (MP) der Maschine zur Verfügung steht.
   2. Erhöhen Sie den MP mit einer Plattform um ca. 25 cm. Drehen Sie den MP aus der Ausgangsposition um 90° nach links.
2. Führen Sie eine Koronarangiographie durch (Abbildung 2).
   1. Spülen Sie den 5 französischen Einführkatheter und die 5 französischen Judkins rechten 3,5 Koronarangiographie-Katheter mit Serum.
   2. Führen Sie einen 5 französischen Einführhebel durch die Ventilöffnung des MP ein.
      HINWEIS: Der distale Teil des Einführers muss direkt über der Aorta platziert werden.
   3. Schieben Sie den Führungsdraht in den Koronarangiographie-Katheter bis zur distalen Öffnung vor. Führen Sie den Katheter und den Führungsdraht in den Einführkopf bis zur Aortenwurzel ein.
   4. Führen Sie die Katheterisierung der rechten Koronararterie (RCA) anhand der folgenden Ansichten durch: RAO 35/ CAU 44 oder RAO 135/ CAU 62. Erfassen Sie Bilder des RCA-Netzwerks mit den in Tabelle 2 beschriebenen Ansichten.
   5. Die Katheterisierung der linken Koronararterie ist in folgender Ansicht durchzuführen: RAO 135/ CAU 62. Nehmen Sie Bilder des linken Koronararteriennetzwerks mit den in Tabelle 2 beschriebenen Ansichten auf.
   6. Entfernen Sie den Koronarangiographie-Katheter und die Einführdose.
      HINWEIS: Verwenden Sie ca. 50 ml Iomeprol, ohne 100 ml zu überschreiten.

Ergebnisse

Das skizzierte Protokoll wurde für eine einfache Reproduzierbarkeit in der klinischen Praxis entwickelt. Es wurden minimale Modifikationen an dem verfügbaren Modul für die normothermische Ex-situ-Herzperfusion (NESP) vorgenommen. Die einzigen Anpassungen betrafen den Anschluss des Moduls an eine extrakorporale Lebenserhaltungspumpe, einen Oxygenator und eine Heiz-Kühl-Einheit, um die maschinelle Perfusion (MP) zu ersetzen.

Zunächst wurden zwei Te...

Diskussion

Diese Studie beschreibt zum ersten Mal ein Protokoll für die Koronarangiographie an einem isolierten schlagenden Herzen, ohne die metabolische Lebensfähigkeit des Myokards während der normothermischen Ex-situ-Herzperfusion (NESP) zu beeinträchtigen. Die Ansichten waren reproduzierbar und ermöglichten eine umfassende anatomische Analyse des Koronarnetzwerks. Das erforderliche Kontrastmittelvolumen betrug ca. 50 mL und überschritt selten 100 mL. Im Vergleich dazu ist das dur...

Materialien

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
ADW software	General Electric Healthcare, Chicago, Ill, USA	ADW_IGS730/ M5173653	Software used for the coronary angiography visualization
Atracurium	Pfizer Holding France, Paris, France	582547	Drugs for the induction of the anesthesia
CG4 +	Abbott, Chicago, Ill, USA	03P85-25	Lactates and blood gas cartridge for the blood analyzer machine
CG8 +	Abbott, Chicago, Ill, USA	03P88-25	Ionogram cartridge for the blood analyzer machine
DeltaStream	Fresenius Medical Care, L’Arbresle, France	MEH2C4024	Extracorporeal blood pump
Discovery IGS 7	General Electric Healthcare, Chicago, Ill, USA	Discovery IGS7.3 / M5173652	Angiography system for hybrid operating room
DLP Aortic Root Cannula	Medtronic Inc. Minneapolis, Minneapolis, USA	ref. 11012, 12.5 inch	Aortic Root Cannula
External pacemaker	Medtronic Inc. Minneapolis, Minneapolis, USA	5392	Pacemaker device
Fresinus Agilia injectomat	Fresenius vial , Brezins, France	018010/20640320	Syringe driver
Glucose 5%	B.Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany	3400891780017	Drugs for the priming solution
Haemonetics leukocyte filter	Haemonetics, Boston, Massachusetts, USA	RS1VAE	Leukocyte Filter
Heart Perfusion Set, Organ Care System	Transmedics, Andover, MA, USA	Ref#1200	Normothermic ex-vivo heart perfusion device, including, the perfusion module, pulmonary artery and aortic cannula
Intellivue MX550	Philips Healthcare, Suresnes, France	NA	Permanent monitoring system
Iomeron 350	Bracco imaging, Massy, France	3400933794606.00	Iomeprol contrast agent product
istat 1	Abbott, Chicago, Ill, USA	714336-03O	Blood Analyzer machine
Judkins Right 3.5	Boston Scientific,  Marlborough, Massachusetts, USA	H74934358202	Coronary angiography catheterization probe
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
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
Two staged Venous Cannula	Medtronic Inc. Minneapolis, Minneapolis, USA	91240, 32 french	Venous Cannula
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	Cardinal Health LLC, Waukegan, Illinois, USA	31050522	EKG detection electrodes
Zolazepam	Virbac France, Carros, France	3597132126021.00	Drugs for the induction of the anesthesia