Angiografia coronarica durante la perfusione cardiaca ex-situ in un modello suino

Riepilogo

Lo screening per la malattia coronarica potrebbe aumentare l'approvvigionamento di cuori di donatori con criteri estesi. Un protocollo per l'esecuzione di un'angiografia coronarica riproducibile durante la perfusione cardiaca ex-situ è descritto qui in un modello suino.

Abstract

Il trapianto di cuore è il trattamento gold standard per l'insufficienza cardiaca avanzata. L'approvvigionamento di donatori con criteri estesi (ECD) aumenta a causa dell'attuale carenza di organi. L'angiografia coronarica è raccomandata nell'ECD a rischio di malattia coronarica, ma non viene eseguita sistematicamente. Questi cuori sono, quindi, rifiutati per il trapianto o procurati senza screening per la malattia coronarica. L'angiografia coronarica durante la perfusione cardiaca normotermica ex-situ (NESP) potrebbe essere un approccio interessante per aumentare il tasso di acquisizione di ECD e per ridurre il rischio di fallimento del trapianto primario in assenza di angiografia coronarica nell'ECD. Il presente protocollo mira a fornire dettagli materiali insieme a viste di imaging ottimali per l'angiografia coronarica durante NESP. Sono state osservate viste angiografiche riproducibili, tra cui una dedicata all'arteria coronaria destra, due per l'arteria discendente anteriore sinistra, due per l'arteria circonflessa e una vista a ragno. L'estrazione continua del lattato è stata osservata in tutte le procedure con una concentrazione mediana finale di 1,10 mmol/L (0,61-1,75 mmol/L) due ore dopo l'angiografia coronarica, coerente con la vitalità miocardica. Il volume mediano dell'agente di contrasto utilizzato per l'imaging ex-situ del cuore isolato perfuso era di 48 mL (38-108 mL). Questo protocollo è stato riproducibile per l'imaging dell'arteria coronarica e non ha compromesso la vitalità miocardica durante la NESP.

Introduzione

Il trapianto di cuore è la terapia gold standard per l'insufficienza cardiaca avanzata ^1,2. Tuttavia, questo trattamento è limitato dall'attuale carenza di organi, che porta a un aumento dell'assegnazione di donatori con criteri estesi (ECD), che sono più frequentemente esposti alla malattia coronarica (CAD). L'angiografia coronarica è raccomandata in Francia per prevenire il rischio di fallimento del trapianto primario correlato alla CAD se l'età del donatore è superiore a 55 anni o 45 anni con due fattori di rischio cardiovascolare³. Anche se l'angiografia coronarica aumenta le possibilità di accettazione del trapianto del 9%, questa procedura viene eseguita solo nel 33% dei casi in Francia⁴. I cuori provenienti da ECD a rischio di CAD vengono quindi rifiutati per il trapianto o prelevati senza screening per la malattia coronarica.

L'Organ Care System (OCS) è l'unico sistema di perfusione meccanica (MP) clinicamente disponibile per la perfusione cardiaca normotermica ex-situ (NESP). Questa tecnologia consente una conservazione più lunga prima del trapianto, perfondendo il cuore del donatore con sangue caldo e ossigenato. La valutazione metabolica continua viene eseguita durante la NESP monitorando il profilo del lattato⁵. L'efficacia e la sicurezza della NESP sono ora dimostrate da diversi studi, tra cui una recente meta-analisi ^6,7,8. L'esecuzione dell'angiografia coronarica durante la NESP sarebbe di grande interesse per aumentare la probabilità di trapianto di cuori da ECD a rischio di CAD.

Esperienze precedentemente pubblicate di angiografia coronarica ex-situ ^9,10,11 suggeriscono che le viste convenzionali non sono adatte a causa della posizione invertita del cuore nel modulo di perfusione. Inoltre, i componenti OCS visibili con i raggi X possono compromettere i risultati dell'imaging. Infine, la tossicità dei mezzi di contrasto sul miocardio durante la perfusione cardiaca isolata rimane discutibile. Il presente rapporto mira a fornire un approccio sicuro e riproducibile all'esecuzione dell'angiografia coronarica durante NESP.

Protocollo

Tutti i suini hanno ricevuto cure umanitarie in conformità con i "Principi di cura degli animali da laboratorio" formulati dalla National Society for Medical Research e la "Guida per la cura e l'uso degli animali da laboratorio" preparata dall'Institute of Laboratory Animal Resources e pubblicata dal National Institutes of Health (Ottava edizione, 12910). National Academies Press, Washington, D.C., 2011). Questo disegno di studio è stato approvato dal Ministero della Ricerca francese per l'uso di animali per scopi scientifici (protocollo APAFiS#23716-2020012112432923v1). Per il presente studio sono stati utilizzati otto suini maschi di taglia grande (60 kg, 6 mesi). Gli animali sono stati alloggiati per una settimana prima dell'intervento chirurgico con congeneri a temperatura ambiente con un turno di luce giorno-notte. Cibo e acqua erano disponibili gratuitamente. I reagenti e le attrezzature utilizzate per questo studio sono elencati nella Tabella dei materiali.

1. Preparazione degli animali

1. Premedicare gli animali con un'iniezione intramuscolare di Tiletamina e Zolazepam (2 mg/kg).
2. Anestesia completa con un'iniezione endovenosa di propofol (3 mg/kg).
3. Dopo la ventilazione con maschera utilizzando FiO₂ al 100%, eseguire l'intubazione oro-tracheale con sonda da 7,5 mm utilizzando un laringoscopio dedicato agli animali di grossa taglia.
4. Mantenere l'anestesia generale mediante inalazione di isoflurano al 2%, infusione continua di sufentanil (10 μg/kg/h) e iniezioni intermittenti di cisatracurio (0,3 mg/kg ogni 30 minuti).
5. Eseguire un ecocardiogramma transtoracico per cercare eventuali malattie cardiache che possono controindicare la perfusione ex-situ del cuore. Un rigurgito aortico significativo non consente una NESP efficiente in modalità Langendorff poiché il flusso coronarico sarà compromesso. In questa condizione, il flusso aortico retrogrado andrà principalmente al ventricolo sinistro.
   NOTA: Gli animali che presentano anomalie cardiache, incluso un rigurgito aortico significativo, devono essere esclusi dal protocollo (l'anestesia viene interrotta per gli animali esclusi per consentire il trasferimento alla struttura per animali).

2. Recupero del cuore

1. Eseguire una sternotomia della linea mediana. Usa un bisturi (n. 23) per aprire la pelle. Aprire i tessuti sottocutanei utilizzando un cautere monopolare. Apri lo sterno usando una sega sternale semilunare e completa la sternotomia usando le forbici di maionese.
   1. Sezionare il timo, aprirlo ed esporre il pericardio con le forbici di Metzenbaum per evitare la fibrillazione ventricolare indotta dal campo elettrico del cautere monopolare.
2. Iniettare eparina (300 UI/kg) direttamente nell'atrio destro.
3. Eseguire i punti di sutura con cordino della borsa utilizzando suture in polipropilene 4/0 sull'atrio destro e sulla radice aortica per prepararsi all'incannulamento.
4. Staccare con cautela l'aorta dall'arteria polmonare principale per prepararsi al bloccaggio dell'aorta.
5. Controlla la vena cava superiore e inferiore con un ansa chirurgica.
6. Introdurre una cannula lunga anterograda 9-French nella radice aortica 3 minuti dopo la somministrazione di eparina.
7. Spurgare la linea della cardioplegia e collegarla alla cannula aortica, quindi bloccare la linea della cardioplegia prima del prelievo del sangue.
   NOTA: La raccolta del sangue provoca una significativa riduzione del volume che può compromettere l'appropriata incannulamento dell'aorta ascendente. Pertanto, è più facile farlo prima della raccolta del sangue.
8. Canulare l'atrio destro con una cannula venosa a due stadi da 32 francesi.
9. Collegare una sacca sterilizzata precedentemente eparinizzata (10.000 UI) alla cannula dell'atrio destro e raccogliere 1500 ml di sangue.
   NOTA: Il sangue raccolto viene leucodepletato da un altro operatore utilizzando un filtro per leucociti e quindi inserito direttamente nel circuito di perfusione della macchina.
10. Bloccare l'aorta e infondere 1000 ml di soluzione fredda (4 °C) per cardioplegia (Tabella 1).
11. Fissare la vena cava superiore e inferiore con un'ansa chirurgica.
12. Arrestare la ventilazione meccanica. Aprire la vena cava inferiore e la vena polmonare superiore sinistra per scaricare il cuore. Mettere una soluzione salina fredda nel pericardio.
13. Rimuovere le cannule aortiche e venose. Espiantare il cuore sezionando la vena azygos sinistra, le due vene cave, l'aorta ascendente distale, il tronco dell'arteria polmonare e le quattro vene polmonari.
    NOTA: La vena azygos sinistra è specifica per l'anatomia suina. Questa vena va direttamente al seno coronarico. La vena azygos sinistra deve essere sezionata tra due legature prima che il cuore venga prelevato.

3. Preparazione del cuore per NESP

1. Mettere il cuore in una soluzione salina a 4 °C.
2. Indagare la valvola aortica per confermare la normale coaptazione e chiudere un forame ovale pervio, se presente, utilizzando una sutura in polipropilene 4-0.
3. Completare la separazione tra l'aorta e l'arteria polmonare.
4. Posizionare quattro suture impegnate (polipropilene 4/0) attorno alla sezione distale dell'aorta ascendente.
5. Inserire l'apposita cannula aortica e fissarla con una fascetta stringitubo. Sono disponibili quattro misure di cannula aortica: 3/4 di pollice, 7/8 di pollice, 1 pollice e 5/4 di pollice.
6. Inserire la cannula dell'arteria polmonare da 30 Fr e fissarla con una sutura a filo di borsa 4/0.
7. Posizionare un pozzetto intracardiaco da 20 francesi attraverso l'orifizio mitralico per sfiatare il ventricolo sinistro.

4. Perfusione cardiaca normotermica ex-situ

NOTA: Nella Tabella 1 viene fornita una composizione dettagliata della soluzione per cardioplegia, della soluzione di adescamento, dell'adrenalina e delle infusioni di adenosina.

1. Adescare la macchina per la perfusione (MP) con il sangue raccolto (1500 mL) e aggiungere la soluzione di priming (500 mL).
2. Ossigenare con un ossigenatore a membrana e riscaldare il sangue a 34 °C utilizzando un riscaldatore-raffreddatore.
3. Posizionare una sonda di pressione sulla linea aortica sopra l'aorta.
4. Posizionare un flussometro attorno alla cannula dell'arteria polmonare.
   NOTA: L'infusione continua di adrenalina (0,5 mL/h) viene avviata dopo il collegamento alla linea aortica. L'infusione di adenosina sarà regolata per mantenere la pressione aortica media tra 65 mmHg e 80 mmHg.
5. Aumentare la velocità della pompa per raggiungere una portata di 2500 mL/min.
6. Raccogliere un campione di sangue iniziale per l'analisi dei gas nel sangue, lo ionogramma e il livello di lattato. Regolare potassio, calcio, glicemia e pH, se necessario.
   NOTA: Tutti questi passaggi vengono eseguiti contemporaneamente al recupero del cuore.
7. Prima di posizionare il cuore nell'MP, ridurre il flusso della pompa a 1000 mL/min e rimuovere lo shunt tra le linee aortica e venosa.
8. Sganciare l'aorta e collegare la cannula aortica alla linea aortica.
9. Posizionare il cuore per un NESP ottimale (seguendo le istruzioni del produttore). La parete ventricolare postero-inferiore sarà di fronte all'operatore e la cannula dell'arteria polmonare sarà posizionata dietro la cannula aortica.
10. Eseguire un leggero massaggio cardiaco fino a quando il cuore non si riscalda.
11. Erogare una scarica da 20 J in caso di fibrillazione ventricolare.
12. Stimola il cuore a 80 battiti al minuto con un pacemaker esterno.
13. Aumentare lentamente la portata della pompa fino a raggiungere una pressione aortica di 65 mmHg.
14. Chiudere la vena cava inferiore con una sutura in polipropilene 4/0.
15. Spurgare e collegare la cannula dell'arteria polmonare alla linea venosa per valutare continuamente il flusso coronarico.
    NOTA: Il flusso coronarico deve essere compreso tra 650 mL/min e 850 mL/min. La pressione aortica media deve essere mantenuta tra 70 mL/min e 85 mmHg. Valutare i gas ematici e lo ionogramma ogni ora e i lattati ogni 30 minuti. Se il lattato venoso è superiore al lattato arterioso, il primo passo è garantire la normalità dello ionogramma e correggere eventuali anomalie biochimiche. Se la pressione e il flusso coronarico sono bassi, aumentare la velocità della pompa. Se la pressione è alta e il flusso coronarico è basso, aumentare l'adenosina per vasodilatare le arterie coronarie. Interrompere l'infusione di adenosina se la pressione aortica è inferiore a 70 mmHg.

5. Angiografia coronarica durante NESP

1. Configurazione sperimentale
   NOTA: La configurazione è illustrata nella Figura 1.
   1. Assicurarsi che sia disponibile spazio sufficiente per il sistema di perfusione della macchina (MP).
   2. Sollevare l'MP di circa 25 cm utilizzando una piattaforma. Ruotare l'MP di 90° a sinistra rispetto alla posizione iniziale.
2. Eseguire l'angiografia coronarica (Figura 2).
   1. Lavare il catetere per angiografia coronarica 5 French French Judkins 3.5 con il siero.
   2. Inserire un introduttore a 5 francesi attraverso l'orifizio valvolato dell'MP.
      NOTA: La parte distale dell'introduttore deve essere posizionata appena sopra l'aorta.
   3. Far avanzare il filo guida nel catetere per angiografia coronarica fino all'orifizio distale. Inserire il catetere e il filo guida nell'introduttore fino alla radice aortica.
   4. Eseguire il cateterismo dell'arteria coronaria destra (RCA) utilizzando le seguenti viste: RAO 35/ CAU 44 o RAO 135/ CAU 62. Acquisire immagini della rete RCA utilizzando le viste descritte nella Tabella 2.
   5. Eseguire il cateterismo dell'arteria coronaria sinistra con la seguente vista: RAO 135/ CAU 62. Acquisire immagini della rete coronarica sinistra utilizzando le viste descritte nella Tabella 2.
   6. Rimuovere il catetere per angiografia coronarica e l'introduttore.
      NOTA: Utilizzare circa 50 ml di Iomeprol senza superare i 100 ml.

Risultati

Il protocollo delineato è stato progettato per una facile riproducibilità nella pratica clinica. Sono state apportate modifiche minime al modulo disponibile per la perfusione cardiaca normotermica ex-situ (NESP). Le uniche regolazioni sono state apportate per collegare il modulo a una pompa di supporto vitale extracorporea, un ossigenatore e un'unità di riscaldamento-raffreddamento per sostituire la macchina a perfusione (MP).

Inizialmente sono sta...

Discussione

Questo studio descrive, per la prima volta, un protocollo per l'angiografia coronarica su un cuore battente isolato senza compromettere la vitalità metabolica miocardica durante la perfusione cardiaca normotermica ex-situ (NESP). Le viste erano riproducibili, consentendo un'analisi anatomica completa della rete coronarica. Il volume richiesto del mezzo di contrasto era di circa 50 mL e raramente superava i 100 mL. In confronto, il volume medio utilizzato per l'angiografia coron...

Materiali

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