돼지 모델에서 Ex-Situ Heart Perfusion 중 관상 동맥 조영술

요약

관상동맥 질환에 대한 선별 검사는 확장된 기준을 가진 기증자 심장의 조달을 증가시킬 수 있습니다. ex-situ heart perfusion 동안 재현성 있는 관상동맥 조영술을 수행하기 위한 프로토콜이 돼지 모델에서 본원에 설명되어 있다.

초록

심장 이식은 진행성 심부전의 황금 표준 치료법입니다. ECD(Extended Criteria Donors)의 조달은 현재 장기 부족으로 인해 증가하고 있습니다. 관상동맥 조영술은 관상동맥 질환의 위험이 있는 ECD에서 권장되지만 체계적으로 수행되지는 않습니다. 따라서 이러한 심장은 이식을 거부하거나 관상 동맥 질환에 대한 선별 검사 없이 구입됩니다. 정상 체 내 심장 관 류(NESP) 중 관상동맥 조영술은 ECD 조달 속도를 높이고 ECD에 관상동맥 조영술이 없는 경우 1차 이식편 실패의 위험을 줄이는 흥미로운 접근 방식이 될 수 있습니다. 본 프로토콜은 NESP 동안 관상동맥 조영술을 위한 최적의 영상 보기와 함께 재료 세부 정보를 제공하는 것을 목표로 합니다. 재현 가능한 혈관 조영술 소견이 관찰되었는데, 우측 관상동맥 전용 1개, 좌측 전방 하행 동맥 2개, 곡절 동맥 2개, 거미 소견이 포함되었습니다. 관상동맥 조영술 2시간 후 최종 중앙값 농도가 1.10mmol/L(0.61-1.75mmol/L)인 모든 절차에서 지속적인 젖산염 추출이 관찰되었으며, 이는 심근 생존율과 일치했습니다. 분리된 관류 심장의 ex-situ 이미징에 사용된 조영제 부피 중앙값은 48mL(38-108mL)였습니다. 이 프로토콜은 관상동맥 영상에 대해 재현 가능했으며 NESP 동안 심근 생존력을 손상시키지 않았습니다.

서문

심장 이식은 진행성 심부전을 치료하는 최고의 치료법입니다 ^1,2. 그러나 이 치료법은 현재의 장기 부족으로 인해 제한되어 관상동맥 질환(CAD)에 더 자주 노출되는 확장 기준 기증자(ECD)의 할당이 증가하고 있습니다. 프랑스에서는 기증자의 연령이 55세 또는 45세 이상이고 두 가지 심혈관 위험 요인이 있는 경우 CAD와 관련된 1차 이식 실패의 위험을 예방하기 위해 권장된다³. 관상동맥 조영술은 이식편 수용 가능성을 9% 증가시키지만^{, 프랑스에서는} 이 시술이 시행되는 사례가 33%에 불과하다4. 따라서 CAD의 위험이 있는 ECD의 심장은 이식을 거부하거나 관상 동맥 질환에 대한 선별 검사 없이 구입합니다.

장기 관리 시스템(OCS)은 정상 모체 Ex-situ 심장 관류(NESP)를 위해 임상적으로 사용할 수 있는 유일한 기계 관류(MP)입니다. 이 기술은 기증자의 심장에 따뜻하고 산소가 공급된 혈액을 관류하여 이식 전에 더 오래 보존할 수 있습니다. 지속적인 대사 평가는 NESP 동안 젖산 프로필⁵을 모니터링하여 수행됩니다. NESP의 효능과 안전성은 최근의 메타 분석 ^6,7,8을 포함한 여러 연구에 의해 입증되었습니다. NESP 기간 동안 관상동맥 조영술을 시행하는 것은 CAD에 걸릴 위험이 있는 ECD에서 심장을 이식할 확률을 높이는 데 큰 관심이 될 것입니다.

이전에 발표된 제자리외 관상동맥 조영술 ^9,10,11에 대한 경험은 관류 모듈에서 심장의 반전된 위치로 인해 기존의 견해가 적합하지 않다는 것을 시사합니다. 또한 X-ray로 볼 수 있는 OCS 구성 요소는 이미징 결과를 손상시킬 수 있습니다. 마지막으로, 고립된 심장 관류 중 심근에 대한 조영제의 독성은 여전히 의문의 여지가 있습니다. 본 보고서는 NESP 동안 관상동맥 조영술을 수행하기 위한 안전하고 재현 가능한 접근법을 제공하는 것을 목표로 합니다.

프로토콜

모든 돼지는 미국의학연구회(National Society for Medical Research)가 제정한 '실험동물 관리 원칙(Principles of Laboratory Animal Care)'과 실험동물자원연구소(Institute of Laboratory Animal Resources)가 작성하고 미국 국립보건원(National Institutes of Health)에서 발행한 '실험동물 관리 및 사용 가이드(Guide for the Care and Use of Laboratory Animals)'(제8판, 12910. National Academies Press, Washington, D.C., 2011)을 참조하십시오. 이 연구 설계는 과학적 목적으로 동물을 사용하기 위해 프랑스 연구부(프로토콜 APAFiS#23716-2020012112432923v1)의 승인을 받았습니다. 본 연구에는 8마리의 대형 백색 수컷 돼지(60kg, 6개월)가 사용되었다. 동물들은 수술 전 일주일 동안 수용되었으며, 동족체는 주야간 조명 이동과 함께 실온에서 진행되었습니다. 음식과 물은 자유롭게 구할 수 있었습니다. 이 연구에 사용된 시약 및 장비는 재료 표에 나열되어 있습니다.

1. 동물 준비

1. Tiletamine과 Zolazepam(2mg/kg)의 근육 주사로 동물을 사전 투여합니다.
2. 프로포폴(3mg/kg)의 정맥 주사로 완전 마취.
3. 100%_FiO2를 사용한 마스크 환기 후 대형 동물 전용 후두경을 사용하여 7.5mm 프로브로 구강 기관 삽관을 수행합니다.
4. 2% 이소플루란 흡입, 수펜타닐(10μg/kg/h)의 연속 주입, 시사트라큐리움의 간헐적 주입(30분마다 0.3mg/kg)으로 전신 마취를 유지합니다.
5. 경흉부 심초음파를 수행하여 심장의 체외 관류를 금할 수 있는 심장 질환을 찾습니다. 심각한 대동맥 역류는 관상동맥 흐름이 손상되기 때문에 Langendorff 모드에서 효율적인 NESP를 허용하지 않습니다. 이 상태에서 역행성 대동맥 흐름은 주로 좌심실로 이동합니다.
   참고: 심각한 대동맥 역류를 포함하여 심장 이상이 있는 동물은 프로토콜에서 제외되어야 합니다(동물 시설로 이송할 수 있도록 제외된 동물에 대한 마취가 중단됨).

2. 심장 회수

1. 정중선 흉골 절개술을 수행합니다. 메스(23번)를 사용하여 피부를 엽니다. 단극 소작을 사용하여 피하 조직을 엽니다. 반달 흉골 톱을 사용하여 흉골을 열고 Mayo 가위를 사용하여 흉골 절개술을 완료합니다.
   1. 흉선을 절제하고 열고 Metzenbaum 가위로 심낭을 노출시켜 단극 소작의 전기장에 의해 유도되는 심실 세동을 방지합니다.
2. 헤파린(300IU/kg)을 우심방에 직접 주입합니다.
3. 우심방과 대동맥근에 4/0 폴리프로필렌 봉합사를 사용하여 캐뉼레이션을 준비합니다.
4. 대동맥을 주요 폐동맥에서 조심스럽게 분리하여 대동맥의 클램핑을 준비합니다.
5. 수술 루프로 상대정맥과 하대정맥을 조절합니다.
6. 헤파린 투여 후 3분 후에 대동맥 뿌리에 9-French antegrade 긴 캐뉼라를 도입합니다.
7. 심정지 라인을 퍼지하고 대동맥 캐뉼라에 연결한 다음 clamp 혈액 채취 전에 심정지 라인을 만듭니다.
   알림: 혈액 채취는 상행 대동맥의 적절한 캐뉼레이션을 손상시킬 수 있는 상당한 부피 감소를 초래합니다. 따라서 채혈 전에 하는 것이 더 쉽습니다.
8. 우심방을 32-French 2단계 정맥 캐뉼라로 캐뉼레이팅합니다.
9. 이전에 헤파린화된(10,000IU) 멸균 백을 오른쪽 아트리움 캐뉼라에 연결하고 1500mL의 혈액을 채취합니다.
   알림: 수집된 혈액은 백혈구 필터를 사용하여 다른 작업자가 백혈구를 제거한 다음 기계 관류 회로에 직접 배치합니다.
10. 대동맥을 클램프하고 1000mL의 냉(4°C) 심정지 용액을 주입합니다(표 1).
11. 상대정맥과 하정맥을 수술 루프로 고정합니다.
12. 기계적 환기를 중지하십시오. 하대정맥(inferior vena cava)과 좌측 상폐정맥(left superior pulmonary vein)을 열어 심장의 부담을 덜어줍니다. 심낭에 차가운 식염수를 놓습니다.
13. 대동맥 및 정맥 캐뉼라를 제거합니다. 좌측 정맥, 2개의 대정맥, 원위 상행 대동맥, 폐동맥 줄기 및 4개의 폐정맥을 절단하여 심장을 이식합니다.
    참고: 왼쪽 azygos 정맥은 돼지 해부학에 특이적입니다. 이 정맥은 관상동으로 직접 연결됩니다. 왼쪽 azygos 정맥은 심장을 적출하기 전에 두 개의 합자 사이로 절제되어야 합니다.

3. NESP를 위한 심장 준비

1. 심장을 4°C 식염수에 넣습니다.
2. 대동맥 판막을 조사하여 정상적인 결합을 확인하고 4-0 폴리프로필렌 봉합사를 사용하여 특허 난원공이 있는 경우 봉합합니다.
3. 대동맥과 폐동맥 사이의 분리를 완료합니다.
4. 상행 대동맥의 원위 부분 주위에 4개의 약속된 봉합사(4/0 폴리프로필렌)를 배치합니다.
5. 적절한 대동맥 캐뉼라를 삽입하고 호스 클램프로 고정합니다. 대동맥 캐뉼라에는 3/4인치, 7/8인치, 1인치 및 5/4인치의 네 가지 크기가 있습니다.
6. 30 Fr 폐동맥 캐뉼라를 삽입하고 4/0 지갑 끈 봉합사로 고정합니다.
7. 좌심실을 배출하기 위해 승모판을 통해 20-French intracardiac sump를 배치합니다.

4. 정상 모성 ex-situ 심장 관류

참고: 심정지 용액, 프라이밍 용액, 에피네프린 및 아데노신 주입의 자세한 구성은 표 1에 나와 있습니다.

1. 채취한 혈액(1500mL)으로 기계 관류(MP)를 프라이밍하고 프라이밍 용액(500mL)을 추가합니다.
2. 멤브레인 산소화기로 산소를 공급하고 히터 쿨러를 사용하여 혈액을 34°C로 데웁니다.
3. 대동맥 위의 대동맥 라인에 압력 프로브를 놓습니다.
4. 폐동맥 캐뉼라 주변에 유량계를 놓습니다.
   참고: 에피네프린(0.5mL/h)의 연속 주입은 대동맥 라인에 연결된 후 시작됩니다. 아데노신 주입은 평균 대동맥 압력을 65mmHg에서 80mmHg 사이로 유지하도록 조정됩니다.
5. 펌프 속도를 높여 2500mL/분의 유속에 도달합니다.
6. 혈액 가스 분석, 이오노그램 및 젖산염 수치를 위해 초기 혈액 샘플을 수집합니다. 필요한 경우 칼륨, 칼슘, 혈당 및 pH를 조정하십시오.
   알림: 이 모든 단계는 심장 검색과 동시에 수행됩니다.
7. MP에 심장을 배치하기 전에 펌프 유량을 1000mL/min으로 줄이고 대동맥과 정맥선 사이의 션트를 제거합니다.
8. 대동맥의 공기를 제거하고 대동맥 캐뉼라를 대동맥 라인에 연결합니다.
9. 최적의 NESP를 위해 심장을 배치하십시오(제조업체의 지침에 따름). 후하심실벽은 시술자 앞에 있고 폐동맥 캐뉼라는 대동맥 캐뉼라 뒤에 배치됩니다.
10. 심장이 따뜻해질 때까지 부드러운 심장 마사지를 하십시오.
11. 심실 세동의 경우 20J 충격을 전달합니다.
12. 외부 심박 조율기로 분당 80회의 심장 박동으로 심장 박동을 조절하십시오.
13. 대동맥 압력 65mmHg에 도달할 때까지 펌프 흐름을 천천히 증가시킵니다.
14. 하대정맥을 4/0 폴리프로필렌 러닝 봉합사로 봉합합니다.
15. 폐동맥 캐뉼라를 퍼지하고 정맥선에 연결하여 관상동맥 흐름을 지속적으로 평가합니다.
    참고: 관상동맥 혈류는 650mL/분에서 850mL/분 사이여야 합니다. 평균 대동맥 압력은 70mL/min에서 85mmHg 사이로 유지되어야 합니다. 매시간 혈액 가스 및 이온도를 평가하고 30분마다 수유를 평가합니다. 정맥 젖산염이 동맥 젖산보다 높으면 첫 번째 단계는 이온도의 정상성을 보장하고 생화학적 이상을 교정하는 것입니다. 압력과 관상 동맥 흐름이 낮으면 펌프 속도를 높이십시오. 압력이 높고 관상동맥류가 낮으면 아데노신을 증가시켜 관상동맥을 혈관화합니다. 대동맥압이 70mmHg 미만인 경우 아데노신 주입을 중단하십시오.

5. NESP 중 관상동맥 조영술

1. 실험적 설정
   참고: 설정은 그림 1에 나와 있습니다.
   1. 기계 관류(MP) 시스템에 충분한 공간을 사용할 수 있는지 확인하십시오.
   2. 플랫폼을 사용하여 MP를 약 25cm 들어 올립니다. MP를 초기 위치에서 왼쪽으로 90° 회전합니다.
2. 관상동맥 조영술을 수행합니다(그림 2).
   1. 5 French introducer와 5 French Judkins 오른쪽 3.5 관상 동맥 조영술 카테터를 혈청으로 씻어냅니다.
   2. MP의 밸브 오리피스를 통해 5 프렌치 인듀서를 삽입합니다.
      참고: 도입기의 원위 부분은 대동맥 바로 위에 위치해야 합니다.
   3. 가이드 와이어를 원위 구멍까지 관상 동맥 조영술 카테터로 전진시킵니다. 카테터와 가이드 와이어를 대동맥 뿌리까지 도입기에 삽입합니다.
   4. RAO 35/ CAU 44 또는 RAO 135/ CAU 62 보기를 사용하여 우측 관상동맥(RCA)의 카테터 삽입을 수행합니다. 표 2에 설명된 보기를 사용하여 RCA 네트워크의 이미지를 캡처합니다.
   5. 좌측 관상동맥의 카테터 삽입을 RAO 135/ CAU 62로 수행합니다. 표 2에 설명된 보기를 사용하여 왼쪽 관상동맥 네트워크의 이미지를 캡처합니다.
   6. 관상동맥 조영술 카테터와 도입기를 제거합니다.
      참고: 100mL를 초과하지 않고 약 50mL의 Iomeprol을 사용하십시오.

결과

요약된 프로토콜은 임상 실습에서 쉽게 재현할 수 있도록 설계되었습니다. Normothermic Ex-situ Heart Perfusion(NESP)에 사용할 수 있는 모듈을 최소한으로 수정했습니다. 기계를 관류(MP)하기 위해 모듈을 체외 생명 유지 펌프, 산소 발생기 및 히터 냉각기 장치에 연결하기 위해 유일한 조정이 이루어졌습니다.

이 프로토콜에 사용된 관상동맥 조영술 견?...

토론

이 연구는 처음으로 Normothermic Ex-situ Heart Perfusion(NESP) 동안 심근 대사 생존력을 손상시키지 않고 고립된 박동 심장에 대한 관상 동맥 조영술 프로토콜을 설명합니다. 보기는 재현 가능하여 관상 동맥 네트워크에 대한 포괄적인 해부학적 분석을 가능하게 했습니다. 필요한 조영제 부피는 약 50mL였으며 100mL를 초과하는 경우는 거의 없었습니다. 이에 비해 생체 내

자료

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