Ex-situ灌流中のドナー心臓の機能評価:圧力-体積ループと表面心エコー検査からの洞察

要約

正常温候性 ex situ 心灌流(NESP)中のドナー心臓の機能評価のための信頼できる非侵襲的アプローチは不足しています。本明細書では、心外エコー検査およびコンダクタンスカテーテル法を用いた心筋性能の ex situ 評価のためのプロトコルについて説明します。

要約

心臓移植は、進行性心不全のゴールドスタンダードの治療法であり続けています。しかし、現在の重大な臓器不足により、基準が拡張されたドナー心臓の数が増えています。これらの辺縁移植片は、一次移植片の失敗のリスクが高く、移植前の その場灌 流の恩恵を受ける可能性があります。この技術は、継続的な代謝モニタリングを備えた温酸素化血液灌流を使用した臓器保存の延長を可能にします。現在臨床診療に利用可能な唯一のNESPデバイスは、無負荷の非動作状態で臓器を灌流するため、鼓動する心臓の機能評価はできません。そこで我々は、左心室の前負荷と後負荷を調整した作業モード条件におけるNESPの独自のプラットフォームを開発しました。このプロトコルはブタの心臓に適用されました。心臓の Ex situ 機能評価は、心臓内コンダクタンスカテーテル法と表面心エコー検査で達成されました。実験プロトコルの説明とともに、ここでは、NESP中の圧力-体積ループと心筋パワーの獲得に関連する主な結果、真珠と落とし穴を報告します。血行動態所見と超音波変数との相関関係は、特に移植前のドナー心臓のさらなるリハビリテーションにとって大きな関心事です。このプロトコルは、ドナーハートの評価を改善して、ドナープールを増やし、一次移植片の失敗の発生率を減らすことを目的としています。

概要

心臓移植は進行性心不全のゴールドスタンダード治療ですが、現在の臓器不足によって制限されています¹。拡張基準(45歳>、心血管危険因子、長期低流量、カテコールアミン作動性ストームに続発する急性左心室機能障害)を持つドナー心臓の数の増加は、一次移植片不全のリスクの増加に割り当てられます²。さらに、制御循環死(DCD)後に提供された心臓は、長期の温虚血に続発する心筋損傷を呈する可能性があります³。したがって、移植前にこれらのドナー心臓のより良い評価が必要であり、特に心臓移植の適格性を評価する必要があります^4,5。

正常母性 ex situ 灌流(NESP)は、温かい酸素化された血液を使用して鼓動する心臓を保存します。NESP用の唯一の市販のデバイスは、心臓を非動作状態(ランゲンドルフモード)で保存します。このアプローチは当初、寒冷虚血の重要な4時間期間を超えて移植片の保存を拡大するために適用されました⁶。この技術の別の大きな利点は、灌流物⁶中の乳酸濃度に基づく心筋生存率の連続評価を提供することである。しかし、この生化学的評価は、これまで移植後の結果と相関したことはありません。同様に、NESPのランゲンドルフモードは、移植前の心臓の血行動態および機能評価を可能にしません。一部の著者は、移植後の心筋の回復を予測するために、NESP中の心臓内カテーテル法の潜在的な利点を報告しています⁷。

本レポートは、NESP中のドナーの心臓パフォーマンスを評価するための再現可能な方法論を提供することを目的としています。作業モード灌流を可能にし、心外エコー検査による非侵襲的な機能変数の取得を可能にするために回路を変更しました。負荷に依存しない変数である心筋仕事指数は、圧力-ひずみループを使用して記録されました。心筋内コンダクタンスカテーテル法で得られた心筋仕事と血行動態変数との関係を検討した。

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プロトコル

本議定書は、動物実験に関する地方倫理委員会および動物福祉に関する機関委員会(APAFIS#30483-2021031811339219 v1、パリ大学サクレー校動物倫理委員会、フランス)によって承認されました。動物は、国立衛生研究所によって開発された実験動物の世話と使用のためのガイドラインと、国立医学研究協会によって開発された実験動物の世話の原則に従って扱われました。

注:外科的処置は、人間に使用されたのと同じ技術を使用して、厳格な無菌下で行われました。実験手順は、大型の白い子豚(45〜60 kg)を含み、全身麻酔下で行われた。

1.動物のコンディショニングと麻酔のプロトコル

1. 動物福祉を確保するために、同族体と環境を豊かにして、動物を7日間順応させます。
2. 実験プロトコルに含める12時間前に動物に餌を与えないでください。.
3. 手順の30分前に、首の筋肉にチレタミンとゾラゼパムの等モル混合物(10 mg / kg)を筋肉内注射して前投薬を行います。.
4. 動物が鎮静されたら、耳静脈にカテーテルを挿入し、アトラクリウム(2 mg / kg)の投与と組み合わせたプロポフォール(2 mg / kg)の静脈内ボーラスで全身麻酔を誘発します。.
5. 7.5 mmの気管プローブで動物を挿管します。
6. 連続心電図、呼気CO₂、および酸素濃度計で動物を監視します。
7. 吸入イソフルラン(2%)と40%酸素サプリメントを混合して全身麻酔を維持する。

2.心臓の その場 血行動態および心エコー検査の評価

注:血行動態評価はスワンガンツカテーテルで行われ、心臓のベースライン機能評価は経胸壁心エコー検査で行われます。

1. セルディンガー法8を使用して、⁸フレンチ(Fr)シースを腕頭静脈幹に経皮的に挿入します。
2. カテーテルを抜いて圧力を0に設定した後、モニタリング画面で肺圧プロファイルが観察されるまで、スワンガンツカテーテルを8Frシースに挿入します。
3. バルーンを膨らませながら、Sawn-Gannezカテーテルを肺循環に押し込むことにより、肺動脈閉塞圧を取得します。
4. スワンガンツカテーテルの近位線に10 mLの冷(4°C)生理食塩水を注入することにより、熱希釈アプローチを使用して心拍出量を評価します。測定を3回繰り返します。
5. 複葉シンプ^ソン法9を使用して左心室駆出率(LVEF)を評価します。
6. 大動脈弁と大動脈根を調べて、上行大動脈を介した心臓の その場外灌流を損なう可能性のあるグレード2を超える構造障害または大動脈閉鎖不全症を特定します(図1)。

3.正常熱 放出 灌流(NESP)装置の説明とプライミング

注意: 変更されたNESPモジュールは、ランゲンドルフ灌流と作業モード灌流を交互に実行するために使用されます。簡単に言うと、回路の大動脈ラインをYコネクタ を介して コンプライアンスチャンバーに接続します。小児用酸素供給器と心臓切開リザーバー(モジュールの大動脈コネクタから70〜80 cmの高さ)を追加して、作業モードで約70 mmHgの左心室後負荷を提供します。Yコネクタを使用して別の心臓切開リザーバー(モジュールの大動脈コネクタから7〜10 cmの高さ)をメイン流入ラインに接続し、作業モード中に約10 mmHgの左心房前圧を提供します(図2)。冠状動脈の流れは、肺カニューレに接続された流量センサーで評価されます。遠心ポンプ、膜型酸素供給装置、およびヒータークーラーマシンが回路に接続されています(図2)。ソリューションの説明については、 表 1 を参照してください。

1. プライミング溶液で灌流回路をプライミングします(表1)。
2. ポンプ出力を1500mL/minに設定します。
3. ドナーブタ(1200〜1500mL)から採取した血液を回路に加える。
4. ガスミキサーを酸素分圧>250mmHgになるように設定します。
5. メンテナンス溶液とアドレナリン溶液(表1)を回路に接続し、初期出力をそれぞれ5 mL / hと0.1 mL / hに設定します。
6. 灌流モジュールに心臓を配置する前に、灌流液の温度を室温(RT)に設定します。
7. 作業モード中に、2.5 mg / mLの濃度のドブタミンの注射器を接続します(出力は0.04〜0.12 mg / h)。

4.正常温性 ex situ 心臓灌流のための心臓調達と器具

1. 心臓調達
   1. 動物を仰臥位に置き、全身麻酔を維持し続けます。
   2. 胸骨正中切開術を行い、心膜を開きます。
   3. 4本のステー縫合糸で心膜を吊り下げます。
   4. 4-0ポリプロピレン縫合糸を右心房と上行大動脈に配置して、止血帯でカニューレを固定します。
   5. ヘパリン注入(300UI/kg)と大動脈根の慎重な解離後、採血のために右心房に二段静脈カニューレを挿入し、心筋麻痺注入のために上行大動脈にシングルルーメンカニューレを挿入します。
   6. 上大静脈と下大静脈をSilastic止血帯で隔離します。
   7. 静脈カニューレを10,000IUの未分画ヘパリンを含む採血バッグに接続します。
   8. 子豚の体をトレンデレンブルグの位置に置いて、収集バッグへの血液の排出を改善します。
   9. 採血が完了したら、上行大動脈をクロスクランプし、大動脈根にデルニド心筋麻痺を注入し(表1)、上行大動脈に圧力がかかっていることを確認します(大動脈逆流はありません)。
   10. 下大静脈と右肺静脈をそれぞれ開いて左右の心房を降ろし、上大静脈は止血帯で固定されます。
   11. 心筋麻痺の注入が完了したら、左半接合静脈を4-0ポリプロピレンの2つのステッチで結紮します。
   12. 左心房後壁と一緒に肺幹の2 cmを維持しながら、心臓の調達に進みます。
   13. 心房中隔を検査して卵円孔がないことを確認し、必要に応じて4-0ポリプロピレン縫合糸を使用して閉じます。
2. NESP以前の心臓の計装
   1. 心臓を4°Cの生理食塩水に入れ、上行大動脈を肺幹から分離します。大動脈弁と冠状動脈口が損傷していないことを確認します。
   2. 上行大動脈の遠位部から5 mm下に4本の誓約ステッチ(4-0ポリプロピレン)を挿入し、注入カニューレを大動脈に挿入します。大動脈の周りにホースクランプを締めてカニューレを固定します。
   3. ドレナージカニューレを肺幹に挿入し、3-0ポリプロピレンランニング縫合糸で固定します。
   4. 下大静脈と上大静脈を5-0ポリプロピレンランニング縫合糸で閉じます。
   5. 左心房後壁を4-0ポリプロピレンランニング縫合糸で閉じます。
   6. 左心房壁の後壁に左通気カニューレを挿入し、止血帯を巻き付けます。
   7. プリロードカニューレを左心房付属器に挿入し、止血帯を巻き付けます。

5. NESPマシンへの接続と心臓の蘇生

注意: 心臓の計装を行う前に、蘇生に必要な材料が灌流回路の隣にあることを確認してください、特に内部プローブを備えた除細動器と心外膜電極を備えた外部ペースメーカー。圧力ラインが大動脈ラインに接続され、出力センサーが冠状動脈フローラインに配置されていることを確認してください。アフターロードラインと作業モード回路のプリロードラインをクランプする必要があります。

1. ポンプ流量を200mL/分に減らします。
2. コネクタを消気した後、心臓を大動脈コネクタに接続します。心臓が灌流モジュールに適切に接続され、下心室壁と左右の心房がオペレーターの前にあることを確認してください。大動脈の逆流を防ぐために、上行大動脈をねじることは避けてください。
3. 大動脈圧をRTで30mmHgに調整します。
4. 蘇生中は、洞調律が回復するまで滑らかな心臓マッサージを行います。
5. ポンプ流量を15〜25分以内に50 mL / minのステップでゆっくりと増やし、65 mmHgの大動脈圧を達成します。同時に、灌流液の温度を2〜4°Cのステップで上げて37°Cにします。
6. 大動脈圧が65 mmHgになり、灌流液の温度が37 °Cになったら、必要に応じて5 Jで電気ショックを与え、洞調律が回復するまで繰り返します。
7. 心外膜電極を右心室後壁に固定し、外部ペースメーカーに接続します。心臓を80BPMでペースアップして、自発的なリズムをオーバードライブします。
8. 肺カニューレを冠状動脈フローラインに接続します。
9. 灌流液のガスおよび生化学的分析のために動脈および静脈血サンプルを実行します。最初の乳酸濃度を記録し、生化学的障害を修正して次の目的を達成します:グルコース>1 g / L、K + 3.5-5.5 ミリモル/ L、Ca² + 1.0-1.20ミリモル/ L、pH 7.35-7.45、Na ⁺ 135-145ミリモル/ L、およびHCO3-20-24ミリモル/ L。
10. ポンプ流量を調整して、平均大動脈圧65〜75 mmHg、冠状動脈流量650〜850 mL / minに達します。
11. 15分ごとに動静脈血ガス分析を実行して、乳酸の心筋抽出が有効であることを確認します。静脈乳酸が動脈乳酸よりも高い場合は、維持液を下げて平均大動脈圧を80 mmHgに上げ、15分後に乳酸濃度を確認します。動静脈乳酸クリアランスがまだ損なわれている場合は、冠状動脈流量を>850 mLに増やし、15分後に乳酸濃度を確認します。

6.作業モードの手順

注:乳酸の効率的な動静脈クリアランスは、通常、ランゲンドルフ灌流の開始後30分以内に達成されます。.その後、プリロードカニューレをプリロードリザーバーに接続することで作業モードを開始できます(このラインは、以前はランゲンドルフモードでクランプされていました)。同様に、後負荷ラインは大動脈ラインに接続されています(図2)。後負荷ラインに流量センサーをセットして、心拍出量を測定します。

1. プリロードラインを開き、ポンプ流量を調整して、プリロードリザーバーの安定した充填を確保します。この期間中、左心房と左心室は徐々に血液で満たされます。
2. 大動脈後負荷ラインを開き、ランゲンドルフ灌流に使用される回路のメインラインをクランプします。アフターロードリザーバーは徐々にいっぱいになります。灌流液を回路のメインリザーバーに戻すオーバーフローラインによってリザーバーの排水を確保します。
3. 0.04 mg /分でドブタミンの注入を開始します。.
4. 動脈および静脈の血液ガスサンプル分析を実行して、乳酸の心筋抽出がまだ有効であることを確認します。
5. 心拍出量が安定したら、心外膜超音波測定とともに侵襲的血行動態評価を実行します。

7. コンダクタンス法による圧力-体積(PV)ループ評価

注意: すべてのキャリブレーション手順は、作業モードで実行する必要があります。

1. 左心室へのPVカテーテル留置
   1. 7 Frピグテールコンダクタンスカテーテルを生理食塩水で洗浄し、ハードウェアインターフェイスに接続します。
   2. カテーテルを左心房の屋根から挿入されたイントロデューサー8Frシースにそっと押し込み、僧帽弁と位置合わせします。
   3. カテーテルが僧帽弁を横切ったらすぐに、最適な圧力と体積の信号を考慮して適切な位置を調整します。ノイズが多すぎる場合は、コンダクタンスカテーテルをゆっくりと動かしてループの品質を向上させます。
2. PVループカテーテルキャリブレーション
   1. 圧力校正
      1. コンダクタンスカテーテルが左心室に適切に配置されたら、ソフトウェアでキャリブレーションインターフェイスを開き、コンダクタンス測定用の取得ソフトウェアを使用して圧力値をキャリブレーションします。
      2. 録音を開始し、制御インターフェースで0 mmHgの圧力と100 mmHgを選択し、それぞれ5秒間記録します。
      3. 次に、録音を停止し、圧力校正インターフェースを開きます。対応する信号を圧力レベルに一致させます。
      4. キャリブレーションが完了したら、信号が侵襲的血圧モニタリングによって得られた値と一致することを確認します。
   2. ボリュームキャリブレーション
      1. コンダクタンスキャリブレーション
         1. コンダクタンス測定用のソフトウェアの制御インターフェースを開きます。
         2. 次々に録音を開始し、キャリブレーションインターフェイスによって提案された音量を選択します。
         3. インターフェイスをそれぞれ5秒間録音してから、録音を停止します。
         4. 取得したデータトレースを使用して、ボリュームキャリブレーションインターフェイスを開きます。
         5. 対応するトレースを圧力レベルに一致させます。
      2. 並列ボリュームキャリブレーション
         1. 周囲の心臓組織は電気を伝導し、全体的な音量信号に寄与します。正確な体積測定(後処理キャリブレーション)のために、この平行体積を削除します。
         2. このセットアップ(心筋壁)で平行体積を評価するには、10 ccの高張生理食塩水(4%)を左心房ラインに1回注入します。
         3. 高ナトリウム血症を避けるために手術を繰り返さないでください。
3. フィールド補正係数のキャリブレーション
   1. 超音波測定から得られた一回拍出量を入力します。
      注:ファクターアルファは、超音波測定またはコンダクタンスカテーテル法のいずれかによって得られた脳卒中体積の比率を考慮して計算されます。
4. 太陽光発電データ収集
   1. コンダクタンス信号との干渉を避けるために、心臓の心外膜ペーシングを停止します。信号が安定したときに定常状態でデータを記録します(図3)
   2. 一連の10個の連続ループを選択し、解析ソフトウェアを開きます。ソフトウェアは、ストロークワーク、事前募集可能なストロークワーク、最大dP / dt、最小dP / dt、およびタウインデックスを自動的に提供します。
   3. 収縮末期血圧-体積関係および拡張末期血圧-体積関係を取得するには、予圧閉塞中に信号を記録します。前負荷の減少が有効になるまで、心房灌流線を徐々にクランプします(図4)。次に、クランプをゆっくりと放します。

8.作業状態における心臓の心外エコー検査評価

1. 超音波ループの取得
   1. 心エコー計に接続された3つのEKG心外膜電極を配置します。
   2. 心臓の周りに滅菌ドレープを適用し、経食道プローブを使用します。
   3. プローブを左心房の上壁に当て、4室のビューが得られるまで探触子を手動で回転させます(図5)。
   4. X-planモードを使用して心筋性能評価のための心エコー取得ソフトウェアを起動します。
   5. 次に、超音波プローブモーターを実行して、3チャンバービューと2チャンバービューを取得します。これらのビューの分析により、左心室駆出率と全体的な縦方向のひずみの測定が可能になります⁹。
2. 心筋仕事指数(MWI)の評価
   1. 4室、3室、および2室のビューの取得に進み、同時動脈圧を記録します(図6)。
   2. これらのビューとオープンMWIソフトウェアを使用して、グローバルな縦方向ひずみを評価します。ループ取得中に灌流回路の外部センサーによって検出された侵襲的血圧を使用します。
   3. 大動脈弁と僧帽弁の正確な開閉タイミングをソフトウェアに手動で通知します。
      注:MWIソフトウェアは、グローバルMWI、建設的な作業、無駄な作業、および効果的な作業を自動的に提供します。

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結果

本発明者らは本明細書において、単心室作業状態におけるNESPプロトコルを、移植前のドナー心臓のランゲンドルフ灌流のために臨床診療において通常使用される修正心臓灌流モジュールを用いて記載する。このカスタムモジュールを用いたNESPの子豚モデルは、2019年に開発されました。灌流回路のほとんどが実験に再利用されたため、回路の変更は軽微でした。モジュールのキャップは、輸?...

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ディスカッション

NESPプロトコルでは考慮すべきいくつかの重要なステップがあります。心臓の in situ 予備評価は、特に重大な大動脈弁閉鎖不全症(グレード2以上)を示さないはずの大動脈弁を考慮すると、依然として重要である。そうしないと、冠状動脈灌流障害と心筋虚血のために、ランゲンドルフ期間中に心臓の蘇生が損なわれます。ランゲンドルフ灌流後のWMの開始は困難な操作であり、予圧リザ?...

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資料

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