Ventilación Normatérmica con Presión Negativa Perfusión Pulmonar Ex Situ : Evaluación de la Función Pulmonar y el Metabolismo
Summary
Este documento describe un modelo porcino de ventilación con presión negativa ex situ de perfusión pulmonar, incluida la adquisición, fijación y gestión en la plataforma personalizada. La atención se centra en las técnicas anestésicas y quirúrgicas, así como en la resolución de problemas.
Abstract
El trasplante de pulmón (LTx) sigue siendo el estándar de atención para la enfermedad pulmonar terminal. La escasez de órganos de donantes adecuados y las preocupaciones sobre la calidad de los órganos de los donantes exacerbadas por la distancia geográfica excesiva de transporte y los estrictos criterios de aceptación de órganos de donantes plantean limitaciones a los esfuerzos actuales de LTx. La perfusión pulmonar ex situ (ESLP) es una tecnología innovadora que se ha mostrado prometedora para atenuar estas limitaciones. La ventilación fisiológica y la perfusión de los pulmones fuera del medio inflamatorio del cuerpo donante ofrecen a ESLP varias ventajas sobre la preservación estática en frío (CSP) tradicional. Existe evidencia de que la ESLP de ventilación con presión negativa (VPN) es superior a la ESLP de ventilación con presión positiva (VPP), y el VPP induce una lesión pulmonar inducida por el ventilador más significativa, producción de citoquinas proinflamatorias, edema pulmonar y formación de ampollas. La ventaja del VPN se debe quizás a la distribución homogénea de la presión intratorácica en toda la superficie pulmonar. La seguridad clínica y la viabilidad de un dispositivo NPV-ESLP personalizado se han demostrado en un ensayo clínico reciente con pulmones humanos de donantes con criterios extensores (ECD). En este documento, el uso de este dispositivo personalizado se describe en un modelo porcino juvenil de NPV-ESLP normotérmico durante una duración de 12 h, prestando especial atención a las técnicas de manejo. Se especifica la preparación prequirúrgica, incluida la inicialización del software ESLP, el cebado y la desaireación del circuito ESLP, y la adición de agentes antitrombóticos, antimicrobianos y antiinflamatorios. Se describen las técnicas intraoperatorias de inserción de vía central, biopsia pulmonar, exsanguición, recolección de sangre, cardiectomía y neumonectomía. Además, se presta especial atención a las consideraciones anestésicas, con la inducción de la anestesia, el mantenimiento y las modificaciones dinámicas esbozadas. El protocolo también especifica la inicialización, el mantenimiento y la terminación de la perfusión y ventilación del dispositivo personalizado. Las técnicas dinámicas de manejo de órganos, incluidas las alteraciones en la ventilación y los parámetros metabólicos para optimizar la función del órgano, se describen a fondo. Finalmente, la evaluación fisiológica y metabólica de la función pulmonar se caracteriza y representa en los resultados representativos.
Introduction
El trasplante de pulmón (LTx) sigue siendo el estándar de atención para la enfermedad pulmonar terminal1; sin embargo, LTx tiene limitaciones significativas, incluyendo la utilización inadecuada de órganos del donante2 y una mortalidad en lista de espera del 40%3, que es más alta que cualquier otro trasplante de órganos sólidos 4,5. Las tasas de utilización de órganos de donantes son bajas (20-30%) debido a problemas de calidad de órganos. La distancia geográfica excesiva de transporte, agravada por los estrictos criterios de aceptación de órganos de donantes, exacerba estas preocupaciones de calidad. LTx también está detrás de otros trasplantes de órganos sólidos en términos de injertos a largo plazo y resultados para pacientes2. La disfunción primaria del injerto (DGP), causada con mayor frecuencia por lesión por reperfusión isquémica (IRI), representa la principal causa de mortalidad y morbilidad a los 30 días después de la LTx y aumenta el riesgo de disfunción crónica del injerto 6,7. Los esfuerzos para disminuir la IRI y extender los tiempos de transporte seguros son primordiales para mejorar los resultados de los pacientes.
La perfusión pulmonar ex situ (ESLP) es una tecnología innovadora que se ha mostrado prometedora para atenuar estas limitaciones. ESLP facilita la preservación, evaluación y reacondicionamiento de los pulmones de los donantes antes del trasplante. Ha mostrado resultados satisfactorios a corto y largo plazo después del trasplante de pulmones de donante de criterio extendido (ECD), contribuyendo a un aumento en el número de pulmones de donantes adecuados para LTx, con tasas de utilización de órganos que aumentan en un 20% en algunos centros 8,9,10. En comparación con el estándar clínico actual para LTx, la preservación estática en frío (CSP), ESLP ofrece varias ventajas: el tiempo de preservación de órganos no se limita a 6 h, la evaluación de la función del órgano es posible antes de la implantación, y debido a la perfusión continua de órganos, se pueden realizar modificaciones al perfusiónto que optimiza la función del órgano11.
La gran mayoría de los dispositivos ESLP actuales diseñados para uso humano utilizan ventilación con presión positiva (PPV); sin embargo, la literatura reciente ha indicado que esta estrategia de ventilación es inferior a la ventilación con presión negativa (VPN) ESL, con PPV que induce una lesión pulmonar inducida por el ventilador más significativa12,13,14,15. Tanto en pulmones humanos como porcinos, el NPV-ESLP exhibe una función orgánica superior en comparación con la perfusión pulmonar ex situ de presión positiva (PPV-ESLP) en varios dominios fisiológicos, incluida la producción de citoquinas proinflamatorias, el edema pulmonar y la formación de ampollas15. La distribución homogénea de la presión intratorácica en toda la superficie pulmonar en el VPN-ESLP ha sido sugerida como un factor significativo subyacente a esta ventaja15,16. Además de sus beneficios preclínicos, la seguridad clínica y la viabilidad del NPV-ESLP han sido demostradas en un ensayo clínico reciente17. Utilizando un nuevo dispositivo NPV-ESLP, doce pulmones humanos de donantes de criterios extendidos se preservaron, evaluaron y posteriormente trasplantaron con éxito con una supervivencia del 100% a 30 días y 1 año.
El objetivo del presente manuscrito es demostrar un protocolo de trabajo del dispositivo NPV-ESLP de nuestro laboratorio utilizando pulmones porcinos juveniles en condiciones normotérmicas durante 12 h de duración. La recuperación quirúrgica se cubre en detalle, y también se describen el inicio, la gestión y la terminación de nuestra plataforma de software personalizado. También se explica la estrategia para la recolección de tejidos y el manejo de las muestras.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hay varios pasos quirúrgicos críticos junto con la solución de problemas necesarios para garantizar una ejecución exitosa de ESLP. Los pulmones porcinos juveniles son extremadamente delicados en comparación con los pulmones humanos adultos, por lo que el cirujano procurador debe tener cuidado al manipular pulmones porcinos. Es fundamental intentar una técnica “sin contacto” para evitar causar trauma y atelectasia al diseccionar los pulmones. “Sin contacto” significa usar la cantidad mínima de manipulación manual …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta investigación fue financiada en nombre de The 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 |
Referências
- Chambers, D. C., et al. The international thoracic organ transplant registry of the international society for heart and lung transplantation: Thirty-fifth adult lung and heart-lung transplant report-2018; focus theme: Multiorgan transplantation. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 37 (10), 1169-1183 (2018).
- Valapour, M., et al. OPTN/SRTR 2017 annual data report: Lung. American Journal of Transplantation. 19, 404-484 (2019).
- Chambers, D. C., et al. The registry of the international society for heart and lung transplantation: Thirty-fourth adult lung and heart-lung transplantation report-2017; focus theme: Allograft ischemic time. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 36 (10), 1047-1059 (2017).
- Klein, A. S., et al. Organ donation and utilization in the united states, 1999-2008. American Journal of Transplantation. 10 (4), 973-986 (2010).
- Singh, E., et al. Sequence of refusals for donor quality, organ utilization, and survival after lung transplantation. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 38 (1), 35-42 (2019).
- Bhorade, S. M., Vigneswaran, W., McCabe, M. A., Garrity, E. R. Liberalization of donor criteria may expand the donor pool without adverse consequence in lung transplantation. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 19 (12), 1199-1204 (2000).
- Snell, G. I., Griffiths, A., Levvey, B. J., Oto, T. Availability of lungs for transplantation: Exploring the real potential of the donor pool. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 27 (6), 662-667 (2008).
- Cypel, M., et al. Normothermic ex vivo lung perfusion in clinical lung transplantation. The New England Journal of Medicine. 364 (15), 1431-1440 (2011).
- Wallinder, A., et al. Early results in transplantation of initially rejected donor lungs after ex vivo lung perfusion: A case-control study. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 45 (1), 40-45 (2014).
- Cypel, M., et al. Experience with the first 50 ex vivo lung perfusions in clinical transplantation. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 144 (1), 1200-1206 (2012).
- Buchko, M. T., et al. Total parenteral nutrition in ex vivo lung perfusion: Addressing metabolism improves both inflammation and oxygenation. American Journal of Transplantation. 19 (12), 3390-3397 (2019).
- Andreasson, A. S. I., et al. Profiling inflammation and tissue injury markers in perfusate and bronchoalveolar lavage fluid during human ex vivo lung perfusion. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 51 (3), 577-586 (2017).
- Sadaria, M. R., et al. Cytokine expression profile in human lungs undergoing normothermic ex-vivo lung perfusion. The Annals of Thoracic Surgery. 92 (2), 478-484 (2011).
- Ricard, J. D., Dreyfuss, D., Saumon, G. Ventilator-induced lung injury. European Respiratory Journal. 42, 2-9 (2003).
- Aboelnazar, N. S., et al. Negative pressure ventilation decreases inflammation and lung edema during normothermic ex-vivo lung perfusion. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 37 (4), 520-530 (2018).
- Lai-Fook, S. J., Rodarte, J. R. Pleural pressure distribution and its relationship to lung volume and interstitial pressure. Journal of Applied Physiology. 70 (3), 967-978 (1991).
- Buchko, M. T., et al. Clinical transplantation using negative pressure ventilation ex situ lung perfusion with extended criteria donor lungs. Nature Communications. 11 (1), 5765 (2020).
- Buchko, M. T., et al. A low-cost perfusate alternative for ex vivo perfusion. Transplantation Proceedings. 52 (10), 2941-2946 (2020).
- Forgie, K. A., et al. Left lung orthotopic transplantation in a juvenile porcine model for ESLP. The Journal of Visualized Experiments. , (2021).
