Perfusione polmonare ex situ di ventilazione a pressione negativa normothermica: valutazione della funzione polmonare e del metabolismo
Summary
Questo documento descrive un modello suino di perfusione polmonare ex situ di ventilazione a pressione negativa, incluso l’approvvigionamento, l’attacco e la gestione sulla piattaforma personalizzata. L’attenzione è rivolta alle tecniche anestetiche e chirurgiche, nonché alla risoluzione dei problemi.
Abstract
Il trapianto di polmone (LTx) rimane lo standard di cura per la malattia polmonare allo stadio terminale. La carenza di organi donatori idonei e le preoccupazioni sulla qualità degli organi dei donatori, esacerbate dall’eccessiva distanza geografica di trasporto e dai rigorosi criteri di accettazione degli organi dei donatori, pongono limiti agli attuali sforzi di LTx. La perfusione polmonare ex situ (ESLP) è una tecnologia innovativa che si è dimostrata promettente nell’attenuare queste limitazioni. La ventilazione fisiologica e la perfusione dei polmoni al di fuori dell’ambiente infiammatorio del corpo donatore offrono all’ESLP diversi vantaggi rispetto alla tradizionale conservazione statica a freddo (CSP). Ci sono prove che la ventilazione a pressione negativa (NPV) ESLP è superiore alla ventilazione a pressione positiva (PPV) ESLP, con PPV che induce lesioni polmonari indotte da ventilatori più significative, produzione di citochine pro-infiammatorie, edema polmonare e formazione di bolle. Il vantaggio NPV è forse dovuto alla distribuzione omogenea della pressione intratoracica su tutta la superficie polmonare. La sicurezza clinica e la fattibilità di un dispositivo NPV-ESLP personalizzato sono state dimostrate in un recente studio clinico che ha coinvolto polmoni umani con donatori di criteri di estensione (ECD). Qui, l’uso di questo dispositivo personalizzato è descritto in un modello suino giovanile di NPV-ESLP normotermico della durata di 12 ore, prestando particolare attenzione alle tecniche di gestione. Viene specificata la preparazione pre-chirurgica, compresa l’inizializzazione del software ESLP, il priming e la de-airing del circuito ESLP e l’aggiunta di agenti antitrombotici, antimicrobici e antinfiammatori. Vengono descritte le tecniche intraoperatorie di inserimento della linea centrale, biopsia polmonare, dissanguamento, raccolta di sangue, cardiectomia e pneumonectomia. Inoltre, particolare attenzione è rivolta alle considerazioni anestetiche, con l’induzione dell’anestesia, il mantenimento e le modifiche dinamiche delineate. Il protocollo specifica inoltre l’inizializzazione, la manutenzione e la terminazione della perfusione e della ventilazione del dispositivo personalizzato. Le tecniche di gestione dinamica degli organi, comprese le alterazioni della ventilazione e dei parametri metabolici per ottimizzare la funzione degli organi, sono descritte in modo approfondito. Infine, la valutazione fisiologica e metabolica della funzione polmonare è caratterizzata e rappresentata nei risultati rappresentativi.
Introduction
Il trapianto di polmone (LTx) rimane lo standard di cura per la malattia polmonare allo stadio terminale1; tuttavia, LTx ha limitazioni significative tra cui un utilizzo inadeguato degli organi del donatore2 e una mortalità in lista d’attesa del 40%3, che è superiore a qualsiasi altro trapianto di organi solidi 4,5. I tassi di utilizzo degli organi dei donatori sono bassi (20-30%) a causa di problemi di qualità degli organi. L’eccessiva distanza geografica di trasporto, aggravata da rigorosi criteri di accettazione degli organi donatori, aggrava questi problemi di qualità. LTx segue anche altri trapianti di organi solidi in termini di innesto a lungo termine e risultati del paziente2. La disfunzione primaria del trapianto (PGD), più spesso causata da danno da riperfusione ischemica (IRI), rappresenta la principale causa di mortalità e morbilità a 30 giorni post-LTx e aumenta il rischio di disfunzione cronica del trapianto 6,7. Gli sforzi per ridurre l’IRI e prolungare i tempi di trasporto sicuri sono fondamentali per migliorare i risultati dei pazienti.
La perfusione polmonare ex situ (ESLP) è una tecnologia innovativa che si è dimostrata promettente nell’attenuare queste limitazioni. L’ESLP facilita la conservazione, la valutazione e il ricondizionamento dei polmoni del donatore prima del trapianto. Ha mostrato risultati soddisfacenti a breve e lungo termine dopo il trapianto di polmoni donatori a criteri estesi (ECD), contribuendo ad aumentare il numero di polmoni donatori idonei per LTx, con tassi di utilizzo degli organi in aumento del 20% in alcuni centri 8,9,10. Rispetto all’attuale standard clinico per LTx, la conservazione statica a freddo (CSP), la ESLP offre diversi vantaggi: il tempo di conservazione degli organi non è limitato a 6 ore, la valutazione della funzione dell’organo è possibile prima dell’impianto e, grazie alla perfusione continua d’organo, è possibile apportare modifiche al perfusato che ottimizza la funzione d’organo11.
La stragrande maggioranza degli attuali dispositivi ESLP progettati per l’uso umano utilizza la ventilazione a pressione positiva (PPV); tuttavia, la letteratura recente ha indicato che questa strategia di ventilazione è inferiore alla ventilazione a pressione negativa (NPV) ESLP, con PPV che induce lesioni polmonari indotte da ventilazione più significative12,13,14,15. Sia nei polmoni umani che suini, NPV-ESLP mostra una funzione d’organo superiore rispetto alla perfusione polmonare ex situ a pressione positiva (PPV-ESLP) in vari domini fisiologici, tra cui la produzione di citochine pro-infiammatorie, l’edema polmonare e la formazione di bolle15. La distribuzione omogenea della pressione intratoracica su tutta la superficie polmonare in NPV-ESLP è stata suggerita come un fattore significativo alla base di questo vantaggio15,16. Oltre ai suoi benefici pre-clinici, la sicurezza clinica e la fattibilità di NPV-ESLP sono state dimostrate in un recente studio clinico17. Utilizzando un nuovo dispositivo NPV-ESLP, dodici polmoni umani donatori con criteri estesi sono stati conservati, valutati e successivamente trapiantati con successo con una sopravvivenza al 100% di 30 giorni e 1 anno.
L’obiettivo del presente manoscritto è quello di dimostrare un protocollo di lavoro del dispositivo NPV-ESLP del nostro laboratorio utilizzando polmoni suini giovanili in condizioni normotermiche per 12 ore di durata. Il prelievo chirurgico è trattato in dettaglio e vengono descritti anche l’avvio, la gestione e la cessazione della nostra piattaforma software personalizzata. Viene inoltre spiegata la strategia per la raccolta dei tessuti e la gestione dei campioni.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ci sono diversi passaggi chirurgici critici insieme alla risoluzione dei problemi necessari per garantire una corretta esecuzione ESLP. I polmoni suini giovanili sono estremamente delicati rispetto ai polmoni umani adulti, quindi il chirurgo procuratore deve essere cauto quando maneggia i polmoni suini. È fondamentale tentare una tecnica “no-touch” per evitare di causare traumi e atelettasia quando si sezionano i polmoni. “No-touch” significa utilizzare la quantità minima di manipolazione manuale dei polmoni durante l’…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questa ricerca è stata finanziata per conto della Hospital Research Foundation.
Materials
| 0 ETHIBOND Green 1 x 36" Endo Loop 0 | ETHICON | D8573 | |
| 2-0 SILK Black 12" x 18" Strands | ETHICON | SA77G | |
| ABL 800 FLEX Blood Gas Analyzer | Radiometer | 989-963 | |
| Adult-Pediatric Electrostatic Filter HME – Small | Covidien | 352/5877 | |
| Arterial Filter | SORIN GROUP | 01706/03 | |
| Backhaus Towel Clamp | Pilling | 454300 | |
| Biomedicus Pump | Maquet | BPX-80 | |
| Cable Ties – White 12” | HUASU International | HS4830001 | |
| Calcium Chloride | Fisher Scientific | C69-500G | |
| Cooley Sternal Retractor | Pilling | 341162 | |
| CUSHING Gutschdressing Forceps | Pilling | 466200 | |
| D-glucose | Sigma-Aldrich | G5767-500G | |
| Deep Deaver Retractor | Pilling | 481826 | |
| Debakey Straight Vascular Tissue Forceps | Pilling | 351808 | |
| Debakey-Metzenbaum Dissecting | Pilling | 342202 | |
| Scissors | Pilling | 342202 | |
| Endotracheal Tube 9.0mm CUFD | Mallinckrodt | 9590E | Cuff removed for ESLP apparatus |
| Flow Transducer | BIO-PROBE | TX 40 | |
| Human Albumin Serum | Grifols Therapeutics | 2223708 | |
| Infusion Pump | Baxter | AS50 | |
| Inspire 7 M Hollow Fiber Membrane Oxygenator | SORIN GROUP | K190690 | |
| Intercept Tubing 1/4" x 1/16" x 8' | Medtronic | 3108 | |
| Intercept Tubing 3/8" x 3/32" x 6' | Medtronic | 3506 | |
| Intercept Tubing Connector 3/8" x 1/2" | Medtronic | 6013 | |
| MAYO Dissecting Scissors | Pilling | 460420 | |
| Medical Carbon Dioxide Tank | Praxair | 5823115 | |
| Medical Nitrogen Tank | Praxair | NI M-K | |
| Medical Oxygen Tank | Praxair | 2014408 | |
| Organ Chamber | Tevosol | ||
| PlasmaLyte A | Baxter | TB2544 | |
| Poole Suction Tube | Pilling | 162212 | |
| Potassium Phosphate | Fischer Scientific | P285-500G | |
| Scale | TANITA | KD4063611 | |
| Silicon Support Membrane | Tevosol | ||
| Sodium Bicarbonate | Sigma-Aldrich | 792519-1KG | |
| Sodium Chloride 0.9% | Baxter | JB1324 | |
| Sorin XTRA Cell Saver | SORIN GROUP | 75221 | |
| Sternal Saw | Stryker | 6207 | |
| Surgical Electrocautery Device | Kls Martin | ME411 | |
| Temperature Sensor probe | Omniacell Tertia Srl | 1777288F | |
| THAM Buffer | Thermo Fisher Scientific | 15504020 | made from UltraPureTM Tris |
| TruWave Pressure Transducer | Edwards | VSYPX272 | |
| Two-Lumen Central Venous Catheter 7fr | Arrowg+ard | CS-12702-E | |
| Vorse Tubing Clamp | Pilling | 351377 | |
| Willauer-Deaver Retractor | Pilling | 341720 | |
| Yankauer Suction Tube | Pilling | 162300 |
References
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