Name: reduction in left ventricular wall stress and improvement in function in failing hearts using algisyl-lvr
Uploaded: 2013-04-08T13:00:00
Duration: 7 min 24 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Reduction in Left Ventricular Wall Stress and Improvement in Function in Failing Hearts using Algisyl-LVR at JoVE.com

Denna studie stöddes av National Heart, Lung, and Blood Institute Grants R01-HL-77.921 och -86.400 (till JM Guccione).

Ett. Algisyl-LVR ingreppet (Se video) <ol><li> Algisyl-LVR (LoneStar hjärta, Inc. Laguna Hills, CA) är ett kalcium-alginat hydrogel som består av två komponenter. Na +-Alginat komponenten är en steril vattenhaltig lösning med 4,6% mannitol och Ca 2 +-Alginat komponenten består av vattenolösliga partiklar suspenderade i en steril 4,6% mannitol-lösning (00:27). </li><li> Förfarandet för implantatet kan utföras med antingen en vanlig sternotomi eller ett litet begränsat anterior torakotomi på slående hjärta. Hjärt bypass behövs inte för förfarandet. </li><li> Precis innan användning, blanda Na +-Alginatkomponent och Ca +-Alginatkomponent genom att kombinera dessa två komponenter i en spruta för intramyocardial injektioner (0:33). </li><li> Efter 2 minuter, kommer de två olika algi typer tvärbinda och bildar en gel som är redo för implantat och placering i hjärtmuskeln via en injektion. </li><li> Identifiera den fria väggen i LV vid mid-ventricular nivå halvvägs mellan LV apex och bas (00:44) </li><li> Utgående från antero-septal spår i mitten ventricular nivå, stick in nålen i en cirka 45 graders vinkel och injicera 0.3cc av Algisyl-LVR långsamt (0,1 ml per sekund) i en oavbruten rörelse (1:15). </li><li> Upprepa injektionen (steg 6) på 10 till 19 platser i en enda rad (omkretsen) längs mitten av ventricular nivå, med början från antero-septal spåret och slutar vid postero-septal spår. Antalet implantat bestäms av storleken av ventrikeln, avstånd implantaten ca 1 cm från varandra. </li></ol> 2. Kvantifiering av vänster kammares Stress genom matematisk modellering <ol><li> Innan du använder matematiska modeller för att kvantifiera LV vägg stress, måste man redan har fått den korta axeln och lång axel tanke på de magnetresonansbilder (MRI) innehållande LV av patienten. Acquisättningen av dessa bilder kan utföras med standard MRI-protokollet (t.ex. Zhang et al. 20). </li><li> Digitalisera endokardiala ytan och epikardiala yta LV från MR-bilder som innehåller den korta axeln (SA) bild av LV. Detta kan göras med hjälp av Object Contour Segmentation (CSO) bibliotek finns i den fritt tillgänglig programvara MevisLab. <ol class="lalpha"><li> I vårt laboratorium har vi skapat ett program som baseras på de moduler som finns i CSO bibliotek MevisLab så att man helt enkelt &quot;konturer&quot; den endokardiala och epikardiella gräns som finns i SA bakgrund av MR-bilder som innehåller LV. Punkterna i epikardium och endokardium i verkliga tredimensionella (3D) rymd sedan automatiskt genereras från dessa konturer. </li></ol></li><li> Importera 3D-punkter från steg 2 i en kommersiell programvara, Rapidform (INUS Technology, Inc., Sunnyvale, CA), för att skapa ytor av LV epikardium och endokardium i Initial Graphics ExchangeSpecifikation (IGES) format. De steg som används för att skapa dessa IGES ytor i Rapidform är: <ol class="lalpha"><li> Infoga / Import. </li><li> Skapa polygon mesh. </li><li> Utgång IGES ytor. </li></ol></li><li> Importera IGES ytor till kommersiell programvara TrueGrid att skapa en FE maska ​​i LV. <ol class="lalpha"><li> Fyll utrymmet mellan den endokardiala och epikardiala yta med åtta-nod trilinjär tegel elementet. I allmänhet är en maska ​​som innehåller cirka 3000 element med tre element genom väggen tjocklek som är tillräcklig för att modellera LV 21. </li><li> När uppdateringen är klar, exportera nätet som ingång däck för FE lösare LS-DYNA (LSTC, Livermore, CA). Mer detaljer av denna process kan återfinnas i Guccione et al. 23. </li></ol></li><li> Tilldela myofiber riktningar med hjälp vår egen programvara &quot;Closer&quot; som ändrar input däck exporteras från TrueGrid. Closer tilldelar myofiber riktning i varje element som en vector som är parallellt med den lokala epicardial tangentplanet. Denna vektor är orienterad med en vinkel mätt i förhållande till den lokala omkretsriktningen. I human LV, är denna vinkel inställd på att variera linjärt över väggen tjocklek från -60 ° vid epikardium till 60 ° vid endokardiet 23. </li><li> Skriv randvillkoren och tilldela myocardial materialet modellen med elementen i den ingående däck från steg 5. <ol class="lalpha"><li> Införa nodal förskjutningar vid LV basen med sökordet &quot;SPC&quot; i LS-DYNA. Noderna i epicardial-plastringen är fasta och resten av noderna vid LV basen är tvungna att röra sig endast på basplanet. </li><li> Tilldela en konstitutiv lag eller stress-stam relation beskrivits tidigare (se &quot;Inledning&quot;) för alla element med hjälp av nyckelordet &quot;MAT&quot; med material identitet 128 i LS-DYNA. </li><li> Definiera elementära ytor som utgör endokardium och föreskriva villkor tryckbärande med sökordet &quot;LOAD_SEGMENT &quot;. </li><li> Definiera ett tryck-tid lastkurva med nyckelordet &quot;DEFINE_CURVE&quot;. <ol class="lroman"><li> För att simulera slutet av diastole, föreskriva ett tryck som ökar snabbt med tiden till en föreskrivna diastoliskt tryck (EDP) för 20 mm Hg. Trycket hålls konstant vid EDP och tillräcklig tid tillåts sedan för LV för att nå steady-state. </li><li> För att simulera slutet av systole, föreskriva ett tryck som ökar snabbt med tiden från slutdiastoliska tillstånd tills en föreskriven slutsystoliska trycket (ESP) av 125mmHg uppnås. Trycket hålls konstant vid ESP och tillräcklig tid tillåts sedan för LV för att nå steady-state. </li></ol></li></ol></li><li> Importera den färdiga input däck till kommersiella FE lösare LS-DYNA att beräkna spänningarna ventrikulära väggen och LV kavitetsvolymen vid slutet av diastole och vid slutet av systole. </li><li> Justera de materiella parametrar som återspeglar den passiva styvhet och kontraktilitet i hjärtmuskeln until den beräknade LV kavitetsvolymen matchar MRI-uppmätta volymen i slutet av diastole och slutet av systole. </li></ol>

<ol>
	<li>Yin, F. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ventricular+wall+stress.">Ventricular wall stress.</a> Circ. Res. 49 (4), 829-842 (1981).</li><li>Grossman, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardiac+hypertrophy:+useful+adaptation+or+pathologic+process.">Cardiac hypertrophy: useful adaptation or pathologic process.</a> Am. J. Med. 69 (4), 576-584 (1980).</li><li>Swynghedauw, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+functional+adaptation+of+contractile+proteins+in+cardiac+and+skeletal+muscles.">Development and functional adaptation of contractile proteins in cardiac and skeletal muscles.</a> Physiol. Rev. 66 (3), 710-771 (1986).</li><li>Komuro, I., Kurabayashi, M., Takaku, F., Yazaki, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Expression+ofcellular+oncogenes+in+the+myocardium+during+the+developmental+stage+and+pressure-overloaded+hypertrophy+of+the+rat+heart.">Expression ofcellular oncogenes in the myocardium during the developmental stage and pressure-overloaded hypertrophy of the rat heart.</a> Circ. Res. 62 (6), 1075-1079 (1988).</li><li>Schunkert, H., Dzau, V. J., Tang, S. S., Hirsch, A. T., Apstein, C. S., Lorell, B. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increased+rat+cardiac+angiotensin+converting+enzyme+activity+and+mRNA+expression+in+pressure+overload+left+ventricular+hypertrophy:+effect+on+coronary+resistance,+contractility,+and+relaxation.">Increased rat cardiac angiotensin converting enzyme activity and mRNA expression in pressure overload left ventricular hypertrophy: effect on coronary resistance, contractility, and relaxation.</a> J. Clin. Invest. 86 (6), 913-920 (1990).</li><li>Aikawa, Y., Rohde, L., Plehn, J., Greaves, S. C., Menapace, F., Arnold, M. O., Rouleau, J. L., Pfeffer, M. A., Lee, R. T., Solomon, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regional+wall+stress+predicts+ventricular+remodeling+after+anteroseptal+myocardial+infarction+in+the+Healing+and+Early+Afterload+Reducing+Trial+(HEART):+an+echocardiography-based+structural+analysis.">Regional wall stress predicts ventricular remodeling after anteroseptal myocardial infarction in the Healing and Early Afterload Reducing Trial (HEART): an echocardiography-based structural analysis.</a> Am. Heart J. 141 (2), 234-242 (2001).</li><li>Hung, C. L., Verman, A., Uno, H., Shin, S. H., Bourgoun, M., Hassanein, A. H., McMurray, J. J., Velazquez, E. J., Kober, L., Pfeffer, M. A., Solomon, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=VALIANT+investigators.+Longitudinal+and+Circumferential+Strain+Rate,+Left+Ventricular+Remodeling,+and+Prognosis+After+Myocardial+Infarction.">VALIANT investigators. Longitudinal and Circumferential Strain Rate, Left Ventricular Remodeling, and Prognosis After Myocardial Infarction.</a> J. Am. Coll. Cardiol. 56 (22), 1812-1822 (2010).</li><li>Mann, D. L., Acker, M. A., Jessup, M., Sabbah, H. N., Starling, R. C., Kubo, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clinical+evaluation+of+the+CorCap+Cardiac+support+device+in+patients+with+dilated+cardiomyopathy.">Clinical evaluation of the CorCap Cardiac support device in patients with dilated cardiomyopathy.</a> Ann. Thorac. Surg. 84 (4), 1226-1235 (2007).</li><li>Grossi, E. A., Patel, N., Woo, J. Y., Goldberg, J. D., Schwartz, C. F., Subramanian, V., Feldman, T., Bourge, R., Baumgartner, N., Genco, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=for+the+RESTOR-MV+Study+Group.+Outcomes+of+the+RESTOR-MV+trial+(randomized+evaluation+of+a+surgical+treatment+for+off-pump+repair+of+the+mitral+valve).">for the RESTOR-MV Study Group. Outcomes of the RESTOR-MV trial (randomized evaluation of a surgical treatment for off-pump repair of the mitral valve).</a> J. Am. Coll. Cardiol. 56 (24), 1984-1993 (2010).</li><li>Athanasuleas, C. L., Stanley, A. W. H., Buckberg, G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Restoration+of+contractile+function+in+the+enlarged+left+ventricle+by+exclusion+of+remodeled+akinetic+anterior+segment:+surgical+strategy,+myocardial+protection+and+angiographic+results.">Restoration of contractile function in the enlarged left ventricle by exclusion of remodeled akinetic anterior segment: surgical strategy, myocardial protection and angiographic results.</a> J. Card. Surg. 13 (6), 418-428 (1998).</li><li>Jones, R. H., Velazquez, E. J., Michler, R. E., Sopko, G., Oh, J. K., O'Connor, C. M., Hill, J. A., Menicanti, L., Sadowski, Z., Desvigne-Nickens, P., Rouleau, J. L., Lee, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=STICH+Hypothesis+2+Investigators.+Coronary+bypass+surgery+with+or+without+surgical+ventricular+reconstruction.">STICH Hypothesis 2 Investigators. Coronary bypass surgery with or without surgical ventricular reconstruction.</a> N. Engl. J. Med. 360 (17), 1705-1717 (2009).</li><li>Buckberg, G. D., Athanasuleas, C. L., Wechsler, A. S., Beyersdorf, F., Conte, J. V., Strobeck, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+STICH+trial+unravelled.">The STICH trial unravelled.</a> Eur. J. Heart Fail. 12 (10), 1024-1027 (2010).</li><li>Sabbah, H. N., Wang, M., Jiang, A., Ilsar, I., Sabbah, M. S., Helgerson, S., Peterson, R., Tarazona, N., Lee, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Circumferential+mid-ventricular+intramyocardial+injections+of+alginate+hydrogel+improve+left+ventricular+function+and+prevent+progressive+remodeling+in+dogs+with+chronic+heart+failure.">Circumferential mid-ventricular intramyocardial injections of alginate hydrogel improve left ventricular function and prevent progressive remodeling in dogs with chronic heart failure.</a> Circulation. 120, S912 .</li><li>Yu, J., Christman, K. L., Chin, E., Sievers, R. E., Saeed, M., Lee, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Restoration+of+left+ventricular+geometry+and+improvement+of+left+ventricular+function+in+a+rodent+model+of+chronic+ischemic+cardiomyopathy.">Restoration of left ventricular geometry and improvement of left ventricular function in a rodent model of chronic ischemic cardiomyopathy.</a> J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 137 (1), 180-187 (2009).</li><li>Lee, R. J., Hinson, A., Helgerson, S., Bauerschmitt, R., Sabbah, H. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymer-based+restoration+of+left+ventricular+mechanics.">Polymer-based restoration of left ventricular mechanics.</a> Cell Transplant. 22 (3), 529-533 (2013).</li><li>Huisman, R. M., Elzinga, G., Westerhof, N., Sipkema, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+left+ventricular+wall+stress.">Measurement of left ventricular wall stress.</a> Cardiovasc. Res. 14 (3), 142-153 (1980).</li><li>Zhang, Z., Tendulkar, A., Sun, K., Saloner, D. A., Wallace, A. W., Ge, L., Guccione, J. M., Ratcliffe, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+the+Young-Laplace+law+and+finite+element+based+calculation+of+ventricular+wall+stress:+implications+for+post+infarct+and+surgical+ventricular+remodeling.">Comparison of the Young-Laplace law and finite element based calculation of ventricular wall stress: implications for post infarct and surgical ventricular remodeling.</a> Ann. Thorac. Surg. 91 (1), 150-156 (2011).</li><li>Guccione, J. M., McCulloch, A. D., Waldman, L. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Passive+material+properties+of+intact+ventricular+myocardium+determined+from+a+cylindrical+model.">Passive material properties of intact ventricular myocardium determined from a cylindrical model.</a> J. Biomech. Eng. 113 (1), 42-55 (1991).</li><li>Guccione, J. M., Waldman, L. K., McCulloch, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanics+of+active+contraction+in+cardiac+muscle:+Part+II--Cylindrical+models+of+the+systolic+left+ventricle.">Mechanics of active contraction in cardiac muscle: Part II--Cylindrical models of the systolic left ventricle.</a> J. Biomech. Eng. 115 (1), 82-90 (1993).</li><li>Zhang, P., Guccione, J. M., Nicholas, S. I., Walker, J. C., Crawford, P. C., Shamal, A., Acevedo-Bolton, G., Guttman, M. A., Ozturk, C., McVeigh, E. R., Saloner, D. A., Wallace, A. W., Ratcliffe, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Endoventricular+patch+plasty+for+dyskinetic+anteroapical+left+ventricular+aneurysm+increases+systolic+circumferential+shortening+in+sheep.">Endoventricular patch plasty for dyskinetic anteroapical left ventricular aneurysm increases systolic circumferential shortening in sheep.</a> J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 134 (4), 1017-1024 (2007).</li><li>Wenk, J. F., Klepach, D., Lee, L. C., Zhang, Z., Ge, L., Tseng, E. E., Martin, A., Kozerke, S., Gorman, J. H. 3. r. d., Gorman, R. C., Guccione, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=First+evidence+of+depressed+contractility+in+the+border+zone+of+a+human+myocardial+infarction.">First evidence of depressed contractility in the border zone of a human myocardial infarction.</a> Ann. Thorac. Surg. 93 (4), 1188-1193 (2012).</li><li>Guccione, J. M., Kassab, G. S., Ratcliffe, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Computational cardiovascular mechanics: modeling and applications in heart failure. , (2010).</li><li>Streeter, D. D., Spotnitz, H. M., Patel, D. P., Ross, J., Sonnenblick, E. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiber+Orientation+in+the+Canine+Left+Ventricle+during+Diastole+and+Systole.">Fiber Orientation in the Canine Left Ventricle during Diastole and Systole.</a> Circ. Res. 24 (3), 339-347 (1969).</li></ol>

Mr Hinson är anställd av LoneStar hjärta, Inc.

Algisyl-LVR injektion terapi Injektion av material in i LV fria väggen för att minska stress ventrikulära väggen är en ny behandling avsedd för patienter med dilaterad kardiomyopati. Denna behandling har visat sig lovande i både prekliniska och kliniska studier 15. En randomiserad, kontrollerad studie för att utvärdera denna behandling som en metod för LV augmentation för patienter med svår hjärtsvikt (Augment-HF) har pågått sedan februari 2012. Flera iterationer av produkten utvecklas som riktar olika läkare segment och kliniska behov. I den kirurgiska produkten versionen för kardiotorakala kirurger, är alginat levereras i en vanlig spruta och anpassade nålsystem avsedd för kirurger att utföra injektioner genom ett litet kirurgiskt snitt i bröstkorgen (minimal torakotomi). Den ingreppet utförs på ett slående hjärta. De fysikaliska egenskaperna hos alginat hydRogel vid injektion i hjärtmuskeln är liknande den i det diastoliska myokardiet, och bli ett permanent implantat. Varaktigheten av den totala operativa förfarandet förväntas vara mindre än 60 minuter i de flesta fall, att begränsa exponeringen av patienten till en minimal anestesi tid. En andra produkt version kan erbjuda patienter med hjärtsvikt ett förfarande som kan utföras av interventionella kardiologer och i vissa enstaka fall, andra specialister i en icke-invasiv eller hybrid kardiologi laboratorium. Det skulle också möjliggöra akuta effekter studeras. Kvantifiering av vänster kammares stressen med hjälp av matematisk modellering Metoden att använda matematisk modellering med FE-metoden är för närvarande det enda sättet att exakt kvantifiera in-vivo regionala väggen stress i kamrarna. Kombinera matematisk modellering med medicinsk avbildning, såsom MRI gör en att beräkna in-vivo regionala väggen stress i patientspecifika Ventricles för att hjälpa till att förstå den funktionella tillståndet för dessa ventriklar och kvantifiera de mekaniska effekterna av injektionsbehandling hos patienter. Även om vi har behandlat LV som ett homogent material här, kan denna metod vara (och har) utvidgats till att kvantifiera in vivo stressen ventrikulära väggen i inhomogena ventriklarna, i synnerhet, när hjärtinfarkt är närvarande. I sådana fall är gränserna mellan infarkten och dess intilliggande borderzone måste identifieras från MRI med gadolinium som kontrastmedel. Dessa gränser importeras till TrueGrid att skapa element som enbart finns inom en och samma region, nämligen infarkt, det borderzone och den avlägsna regionen. Materialparametrar återspeglar patologiska förändringar i varje region kan tilldelas genom respektive element i LS-DYNA. Dessa parametrar har påträffats i en patient med en hjärtinfarkt med in-vivo myocardial stammen mätt från taggas MRI21. Patienter som behöver kirurgisk revaskularisering kommer ofta uppleva förmaksflimmer under den postoperativa perioden, vilket är förenat med mycket dåliga taggade kvalitet MRI data. Dessa patienter kräver också ett par dagar för att återhämta sig från operationen. Således, 3D ekokardiografi och fläckig spårning kan vara en mer lämplig avbildningsmodalitet och myocardial töjningsmätning teknik än taggade MRI för att studera akuta effekter av kirurgiska ingrepp. Slutligen använde vi den kommersiella mjukvaran Rapidform, Truegrid och LS-DYNA i processen att skapa patientspecifika matematiska modeller av kamrarna, eftersom vi har funnit dem vara generellt effektiv i att åstadkomma sina respektive uppgifter. Dock finns andra program tillgängliga, såsom Cubit (för att generera FE mesh) och Abaqus (a FE lösare) som också kan vara lämpliga för att skapa matematiska modeller av kamrarna.

Minskning av ventrikulära väggen stress anses vara en hörnsten i behandlingen av hjärtsvikt 1. I sin enklaste form ges av Laplaces lag är ventrikulära väggen spänningen direkt proportionell mot diametern av ventrikeln och den ventrikulära trycket, och är omvänt proportionell mot väggtjockleken av ventrikeln. Det anses allmänt att ökad ventricular väggen stress är ansvarig för den negativa remodeling process där kamrarna successivt blir vidgade, så småningom leder till hjärtsvikt 2. Kliniska och djurstudier har visat att ökad vägg stressen framkallar förändringar i proteiner, kontraktila inslag syntes och genuttryck som stödjer remodelleringsprocessen 3,4,5. Ökad vägg stress har också visat sig vara en oberoende prediktor för efterföljande LV ombyggnad 6,7. Många nya kirurgiska behandlingar och anordningar har utvecklats med acentral syftet att minska stressen ventricular väggen i ett försök att förhindra och vända utvecklingen av hjärtsvikt hos patienter 8,9,10. Även om dessa behandlingar har samma mål, uppnå de det annorlunda. Till exempel vill den kirurgiska ventricular nedsättningsförfarandet 10 för att minska stressen ventricular väggen genom kirurgiskt minska storleken på en dilaterad vänster kammare, men dess resultat är föremål för kontroverser 11,12. Nyligen har injektion av ett biokompatibelt material, Algisyl-LVR, in i den vänstra ventrikeln som en behandling för dilaterad kardiomyopati rönt stor uppmärksamhet i det medicinska samfundet. Denna behandling har visat sig vara effektivt för att förhindra eller ens vända utvecklingen av hjärtsvikt i djurstudier 13,14 och nu senast i ett kliniskt försök för människa 15. I motsats till andra enheter, söker denna behandling för att minska stressen ventrikulära väggen genom att injicera material inden vänstra ventrikulära väggen för att förtjocka den. Detaljerad kunskap om ventrikulära väggen stress, särskilt hos människor, dock fortfarande instabil. Denna brist på kunskap är främst eftersom krafter eller påfrestningar inte kan mätas direkt i intakt kamrarna 16. Även slutna bildar analytiska ekvationer såsom Laplaces lag kan uppskatta vänster stressen ventricular väggen, har de utvecklat bygger på restriktiva antaganden som inkluderar axel-symmetri LV, material isotropi och homogenitet inom LV. På grund av dessa faktorer, är förutsägelsen av ventrikelväggen stress i verkliga LV med Laplaces lag felaktig 17. För att ta bort dessa begränsningar och att få mer exakt förutsägelse av ventrikulära väggen stress, matematisk modellering med hjälp av finita element (FE) metoden med patientspecifika ventrikulär geometri bör användas i stället för en förenklad Laplaces lag 17. FE-metoden är ett numerical teknik som ofta används för att lösa en uppsättning av partiella differentialekvationer (PDE) som beskriver ett randvärdesproblem. Denna metod är särskilt användbar när en sluten lösning är svårt eller inte kan erhållas analytiskt. I samband med en matematisk LV modell som används för att kvantifiera stressen ventrikulära väggen, den uppsättning av PDE är de styrande ekvationerna för mekanisk jämvikt (summan av linjär momentum) som beskriver LV rörelse när trycket eller belastning appliceras på LV: s endokardiala ytan. När FE-metoden används, är LV väggen upp i sammankopplade subdomäner eller element (oftast hexahedron med 8 hörnnoderna) som deformeras enligt en föreskriven spänning-töjning i hjärtmuskulaturen. Stress-töjningssamband beskriver stor deformation av LV under passiva fyllning i diastole och under aktiv kontraktion i systole har tidigare validerat i stora djurstudier. LV modellerasatt vara ungefär tre gånger styvare i myofiber riktning än i riktningarna vinkelrätt mot myofiber riktning under diastole 18. Aktiv kontraktion under systole modelleras genom att öka styvheten hos LV längs myofiber riktningen. Denna ökning i styvhet är en funktion av tiden och beror på experimentellt bestämda variabler såsom den intracellulära kalciumkoncentrationen och sarcomere längd 19. Med hjälp av denna föreskriven spänning-töjning i hjärtmuskeln, beräknar FE metoden de nya knutpunkter positioner baserade på last (er) appliceras på LV. När de nya knutpunkter positionerna beräknas, kan den resulterande stammen (ett mått av deformation) och stress bestämmas i varje element för att producera påfrestningar och stress fördelning inom LV. Vi presenterar här de åtgärder som krävs för att implantera Algisyl-LVR hos patienter och att skapa motsvarande patientspecifika LVmatematiska modeller före och efter behandlingen för att kvantifiera LV väggen stress.

<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>REGENTS</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Na+-Alginate </td>
 <td>LoneStar Heart, Inc</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Ca2+-Alginate </td>
 <td>LoneStar Heart, Inc</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>EQUIPMENT</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>MevisLab</td>
 <td>Mevis Medical Solution</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>TrueGrid</td>
 <td>XYZ Scientific Application, Inc</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Rapidform</td>
 <td>Inus Technology, Inc</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>LS-Dyna</td>
 <td>Livermore Software Technology Corporation</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

reduction in left ventricular wall stress and improvement in function in failing hearts using algisyl-lvr

Injektion av Algisyl-LVR, en behandling under klinisk utveckling, är avsett för behandling av patienter med dilaterad kardiomyopati. Denna behandling användes nyligen för första gången hos patienter som hade symptomatisk hjärtsvikt. I alla patienter, förbättrad hjärtfunktion av vänster kammare (LV) avsevärt, vilket manifesteras genom konsekvent minskning av LV volym och vägg stress. Här beskriver vi denna nya behandling förfarande och de metoder som används för att kvantifiera dess effekter på LV vägg stress och funktion. Algisyl-LVR är en biopolymer gel bestående av Na +-alginat och Ca 2 +-Alginat. Behandlingen förfarande genomfördes genom blandning av dessa båda komponenter och sedan kombinera dem till en spruta för intramyocardial injektioner. Denna blandning injicerades vid 10 till 19 platser halvvägs mellan botten och toppen av LV fria väggen i patienter. Magnetisk resonanstomografi (MRT), tillsammansmed matematisk modellering, användes för att kvantifiera effekterna av denna behandling i patienter före behandling och vid olika tidpunkter under återhämtning. Epicardial och endokardiala ytorna först digitaliseras från MR-bilder för att rekonstruera LV geometrin i slutet systole och vid utgången av diastole. Vänsterkammarfunktion hålighet volymer mättes sedan från dessa rekonstruerade ytor. Matematiska modeller av LV skapades från dessa MRI-rekonstruerade ytor att beräkna regionala myofiber stress. Varje LV modellen konstruerades så att 1) ​​det deformeras enligt ett tidigare validerat spänning-töjning i hjärtmuskeln, och 2) den förutsagda LV kavitetsvolymen från dessa modeller matchar motsvarande MR-uppmätta volymen i slutet diastole och end-systole . Diastoliska fyllnaden simulerades genom att ladda LV endokardiala ytan med en föreskrivna diastoliska trycket. Systoliskt kontraktion simulerades genom att samtidigt laddar slutetocardial ytan med en föreskriven end-systoliska trycket och lägga aktiv kontraktion i myofiber riktning. Regional myofiber stress i slutet diastole och end-systole beräknades från den deformerade LV utifrån stress-stammen relation.

Injektion av Algisyl-LVR in i LV fria väggen tjocknar den och kontinuerligt minskar storleken på LV över tiden. Den förtjockning av LV väggen och den minskade storleken på LV är uppenbart i MRT av LV i en patient vid slutet av systole, före och 6 månader efter att ha fått Algisyl-LVR (Figur 1). Figur 2 visar resultatet av varje steg involverade i kvantifieringen av den vänstra ventrikulära väggen stress. I figur 2a, var epikardiella och endokardiska kanter identifieras från ett kort axel vy av LV i MRI och konturerade med MevisLab. Den resulterande IGES endokardiala yta (blå) och epicardial ytan (röd) skapas från Rapidform med de profilerade punkter visas i figur 2b. Efter detta, var utrymmet mellan endokardiala och epikardiella ytor fyllda med 8-noded trilinjär tegel elementet med TrueGrid (Figur 2c </strong&gt;). Vektorer definierar myofiber riktning i varje element har sedan beräknats med Closer. Dessa vektorer visas som svarta pilar i figur 2d och en del av den LV väggen (blå) visar variationen av myofiber riktning över LV vägg såsom beskrivits tidigare. I figur 2e, införde de randvillkor, nämligen tryck och nodal deplacement på LV visas. Det anbringade trycket visas som pilar som pekar mot den endokardiala väggen. Noder vid epikardiella-basringen (visad som sfärer) begränsades från att röra sig i alla riktningar, medan resten av de basala noder (visade som kuber) begränsades kan röra sig i basplanet (figur 2e). Slutligen visar figur 2f den beräknade spänningen ventrikelväggen i myofiber riktning vid slutet av diastole från en patient före behandlingen. Det är uppenbart från figuren att förhöjda påkänningar finns på endokardiet och vid områden därLV väggen är tunn. <img src="/files/ftp_upload/50096/50096fig1.jpg" alt="Figur 1" fo:content-width="4.5in" fo:src="/files/ftp_upload/50096/50096fig1highres.jpg"/> Figur 1. Effekter av Algisyl på en patients LV (anges med pilen) efter 6 månader, som kan ses på magnetresonansbilder. Bilderna visar att LV har krympt och väggtjockleken har ökat efter 6 månader. <img src="/files/ftp_upload/50096/50096fig2.jpg" alt="Figur 2" fo:content-width="4.71in" fo:src="/files/ftp_upload/50096/50096fig2highres.jpg" /> Figur 2. Stegen involverade i kvantifieringen av vänstra ventrikulära väggen påfrestning. (A) Digitalisering av MR-bilder. (B) Skapa IGES ytor. (C) Ge FE mesh. (D) Tilldela myofiber orientering. (E)Att införa randvillkor. (F) Beräkning av stressen ventrikelväggen (visas här i slutet av diastole). Se text för förklaring.

Watch this Scientific Journal Video about Reduction in Left Ventricular Wall Stress and Improvement in Function in Failing Hearts using Algisyl-LVR at JoVE.com

Reduction in Left Ventricular Wall Stress and Improvement in Function in Failing Hearts using Algisyl-LVR

Denna artikel beskriver förfaranden för att implantera en ny hydrogel i att missa hjärtan och kvantifiera dess effekt på vänster kammares vägg stress och funktion. Dessa förfaranden har med framgång använts i hundar och människor.

Minskning av vänster kammares Wall Stress och renovering i funktion i avsaknad Hearts använder Algisyl-LVR

Injection of  Algisyl-LVR, a treatment under clinical development, is intended to treat  patients with dilated cardiomyopathy. This treatment was recently ...

Research

JoVE Journal

Medicine

Assessment of Cardiac Function and Energetics in Isolated Mouse Hearts Using 31P NMR Spectroscopy

Assessment of Cardiac Function and Energetics in Isolated Mouse Hearts Using 31P NMR Spectroscopy

Bedömning av hjärtfunktionen och Energetics i isolerade Mus Hearts Använda 31 P NMR-spektroskopi

Bioengineered mouse models have become powerful research tools in determining causal relationships between molecular alterations and models of ...

A Strategy to Identify de Novo Mutations in Common Disorders such as Autism and Schizophrenia

En strategi för att identifiera de novo mutationer i vanliga sjukdomar som autism och schizofreni

There are several lines of evidence supporting the role of de novo mutations as a mechanism for common disorders, such as autism and schizophrenia. First, ...

Assessment of Right Ventricular Structure and Function in Mouse Model of Pulmonary Artery Constriction by Transthoracic Echocardiography

Bedömning av höger kammare struktur och funktion i musmodell av lungartären Förträngning av Transthoracic Ekokardiografi

Emerging clinical data support the notion that RV dysfunction is critical to the pathogenesis of cardiovascular disease and heart failure1-3. Moreover, ...

Intramyocardial Cell Delivery: Observations in Murine Hearts

Intramyocardial Cell Leverans: Observationer i Murina Hearts

Previous studies showed that cell delivery promotes cardiac function amelioration by release of cytokines and factors that increase cardiac tissue ...

Carotid Artery Infusions for Pharmacokinetic and Pharmacodynamic Analysis of Taxanes in Mice

Halspulsådern Tinkturer för farmakokinetiska och farmakodynamiska Analys av taxaner i möss

When proposing the use of a drug, drug combination, or drug delivery into a novel system, one must assess the pharmacokinetics of the drug in the study ...

Chronic Thromboembolic Pulmonary Hypertension and Assessment of Right Ventricular Function in the Piglet

Kronisk Tromboembolisjukdom pulmonell hypertension och bedömning av rätt kammarfunktion i Piglet

An original piglet model of Chronic Thromboembolic Pulmonary Hypertension (CTEPH) associated with chronic Right Ventricular (RV) dysfunction is described. ...

A Method for Quantifying Upper Limb Performance in Daily Life Using Accelerometers

En metod för att kvantifiera Upper Limb Performance i det dagliga livet som använder accelerometrar

A key reason for referral to rehabilitation services after stroke and other neurological conditions is to improve one's ability to function in daily life. ...

Technique of Minimally Invasive Transverse Aortic Constriction in Mice for Induction of Left Ventricular Hypertrophy

Teknik av minimalinvasiv tvärgående aorta sammandragning i möss för induktion av vänsterkammarhypertrofi

Transverse aortic constriction (TAC) in mice is one of the most commonly used surgical techniques for experimental investigation of pressure ...

Studying Left Ventricular Reverse Remodeling by Aortic Debanding in Rodents

Studera vänster Ventrikulär omvänd ombyggnad av aortabanding hos gnagare

To better understand the left ventricular (LV) reverse remodeling (RR), we describe a rodent model wherein, after aortic banding-induced LV remodeling, ...

Using a Chemical Biopsy for Graft Quality Assessment

Använda en kemisk biopsi för graft kvalitetsbedömning

Kidney transplantation is a life-saving treatment for a large number of people with end-stage renal dysfunction worldwide. The procedure is associated ...