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Revista chilena de cardiología

versión On-line ISSN 0718-8560

Rev Chil Cardiol vol.31 no.1 Santiago  2012

http://dx.doi.org/10.4067/S0718-85602012000100007 

Rev Chil Cardiol 2012; 31:48-54

INVESTIGACIÓN BÁSICA

 

Implante experimental de una bomba de asistencia circulatoria en posición valvular aórtica: resultados preliminares.

Implantation of an axial flow pump in aortic valve position in a pig model. Reliminary results.

 

Enrique Seguel S 1, 3, Sylvain Beurtherert 2, 3

1. - Departamento de Cirugía, Facultad de Medicina, Universidad de Concepción.
2. - Cirugía Cardiaca Pediátrica, Royal Bromton Hospital, Londres, Inglaterra.
3. - Servicio de Cirugía Cardiovascular y Torácica, Hospital Pitie Salpetriere, París, Francia.

Dirección para correspondencia


Introducción: El implante intravalvular de una bomba de flujo axial podría reducir algunas complicaciones asociadas al apoyo circulatorio. No existe una bomba diseñada para esta posición y se desconocen los efectos anatómicos y hemodinámicos de este implante.

Objetivo: Estudiar la factibilidad de implantar una bomba de flujo axial en posición aórtica. Evaluar los efectos hemodinámicos e impacto en las estructuras cardíacas.

Material y métodos: Adaptación de bomba. Diseño de implante en corazón explantado de cerdo. Experimentación animal: anestesia general, monitorización hemodinámica invasiva, ECG, saturación de O2. Eco-cardiograma transtorácico de referencia. Implante de la bomba por toracotomía anterior izquierda bajo circulación extra corpórea (CEC). Inicio de asistencia y salida de CEC. Evaluación hemodinámica y control ecocardiográfico de función ventricular, válvula mitral y funcionamiento de la bomba. Sacrificio de los animales. Explante del corazón y bomba en busca de trombos.

Resultados. Cerdo 1: Implante según técnica, pero requirió reparación de aorta ascendente. Problemas en protección del miocardio. Salida de CEC con apoyo de adrenalina y marcapasos. Cerdo 2: Implante sin incidentes. Salida de CEC y asistencia durante una hora sin necesidad de drogas. Cerdo 3: Implante según técnica, pero sangrado profuso por líneas de sutura. En todos los casos se logró hemodinamia adecuada con la asistencia. Eco mostró buen llenado de las cavidades cardiacas y buena función de la válvula mitral.

Conclusiones: En este modelo, el implante de una bomba de flujo axial en posición aórtica fue posible, mantuvo una hemodinamia adecuada sin afectar significativamente las estructuras cardiacas.


Introduction: The implantation of an axial flow pump in aortic valve position may reduce the complications associated with long-term circulatory support. There is not currently a pump designed for this position and anatomical and hemodynamic effects of the implant are unknown.

Objective: To study the feasibility of implantation of an axial flow pump in aortic valve position. Evaluate the hemodynamic effects and impact on cardiac structures.

Material and methods: Adaptation of pump. Design of implant in explanted fresh pig hearts. Animal experiments: general anesthesia, invasive hemodynamic monitoring, ECG, O2 saturation. Trans thoracic echocardiogram for reference. Implantation of the pump according to previously developed technique via a left anterior thoracotomy under cardio pulmonary bypass (CPB). Start of assistance and arrest of CPB. Assessment of hemody-namic status and echocardiographic monitoring of ventricular function, mitral valve and pump operation. Sacrifice of animals. Explantation of the heart and the pump for searching thrombus.

Results. Pig 1: Implant according to the technique, but it required repair of ascending aorta. Myocardial protection problems. Necessity of adrenaline and pacemakers after CPB. Pig 2: Implant without incident. Support during an hour without drugs. Pig 3: Implant according to the technique, but profuse bleeding in suture lines. In all cases we observed good hemodynamic stability with the assistance. Eco showed good filling of the cardiac cavities and good mobility and closure of mitral valve.

Conclusions: In this model, implantation of an axial flow pump in aortic position was possible, it was able to maintain adequate hemodynamic without significantly affecting cardiac structures.

Key word: Stroke, transesophageal echocardiography, aortic atheroma.


 

Introducción:

La insuficiencia cardíaca constituye un problema de salud pública en los países desarrollados. Afecta a un 4% de la población general y hasta un 20% de los mayores de 70 años. A pesar del tratamiento médico, el pronóstico de la insuficiencia cardíaca terminal sigue siendo malo, con una mortalidad de 50% a dos años 1 2.

El tratamiento más efectivo de estos pacientes es el trasplante cardíaco, con una sobrevida de hasta 50% a 10 años 3 4. Sin embargo, existe una carencia de donantes en el mundo, lo que ha motivado el desarrollo de sistemas de asistencia circulatoria que buscan la recuperación de algunos pacientes ("bridge to recovery"), estabilizarlos en espera de trasplante ("bridge to transplantation") o como terapia definitiva ("destination therapy") 5.

El año 2001 fueron publicados los resultados del estudio REMATCH, que comparó terapia médica versus un sistema de asistencia ventricular en pacientes con insuficiencia cardíaca terminal que no eran candidatos a trasplante. Este estudio mostró el beneficio del uso de la asistencia, con una sobrevida a dos años de 23% versus 8% en aquellos tratados médicamente (p=0.09) 6.

Hoy en día existen dos principales tipos de sistemas de asistencia circulatoria: las bombas de flujo pulsado y las bombas de flujo continuo. Estas últimas corresponden a pequeñas turbinas que levitan en un campo magnético y que impulsan la sangre desde el ventrículo izquierdo hacia la aorta. Existen diferentes modelos, pero todos tienen en común una cánula de entrada en la punta del ventrículo izquierdo, una turbina y un tubo protésico de salida que se anastomosa a la aorta ascendente o descendente. Son controladas y alimentadas eléctricamente por un cable desde el exterior. 7

El grupo de estudio Heart Mate realizó un estudio comparativo de una bomba neumática, la Heart Mate, con una bomba de flujo continuo, la Heart Mate II. En este estudio la supervivencia a dos años de los pacientes con el uso de la bomba neumática fue de 24% contra 58% con la bomba de flujo continuo (p = 0,008) 8.

Estos resultados mostraron que, además de ventajas técnicas (tamaño compacto, menor consumo de energía), hay una ventaja en la supervivencia para los pacientes, y las bombas de flujo continuo son cada vez más la primera opción para los pacientes con insuficiencia del ventrículo izquierdo.

A pesar de los avances, persiste una alta tasa de complicaciones. Entre ellas, problemas anatómicos (de bolsillo, cánula de entrada, cánula de salida), problemas técnicos (hemorragias, adherencias), infecciones, trombosis, embolias y problemas de la válvula aórtica 9 - 16

Para disminuir estas complicaciones, varios investigadores han desarrollado el concepto de bomba intravalvular aórtica (valvo - pump). Los prototipos están en etapa experimental y no están adaptados a uso en períodos prolongados o en humanos 17 - 25

Por el momento no existe una bomba diseñada para este tipo de implante, y los efectos hemodinámicos y sobre las estructuras cardíacas son desconocidos.

Objetivos:

Evaluar la factibilidad técnica del implante de una bomba de flujo axial en posición valvular aórtica en un animal de experimentación utilizando una bomba ya existente en el mercado.

Determinar si la bomba implantada en esta posición es capaz de sostener la hemodinamia del animal.

Evaluar el comportamiento de las diferentes estructuras cardíacas con la bomba.

Material y métodos:

Adaptación De La Bomba

Se eligió el Jarvik 2000® (Jarvik Heart Inc., USA) porque es un bomba de tamaño pequeño (27mm diámetro) y está diseñada para implantarse en posición intraventricu-lar, sin necesidad de cánula de entrada.

Para adaptarla se procedió al retiro del tubo de salida y a la instalación de un anillo de PTFE para su fijación al corazón.

El cable de salida fue cubierto por un tubo de dacrón de 10mm para suturado a la aorta y permitir la purga de aire (Figura 1).

Desarrollo de la Técnica de Implante en Corazón de Cerdo Explantado

En el laboratorio se procedió al implante de la bomba en dos corazones frescos de cerdo > 100 Kg, utilizando una técnica similar a un reemplazo valvular aórtico.

Una vez realizado el implante, se comprobó que los ostia de las arterias coronarias quedaron libres. Al abrir el corazón se observó que la cavidad ventricular quedó libre, el velo anterior de la mitral fue empujado hacia atrás, pero sin ocluir el orificio de la válvula mitral. (Figuras 2, 3).

Experimentación animal

En estudio se realizó en el IMM Recherche, Instituto Mutualista Monsouris, Paris, Francia. Se utilizaron cerdos de más de 100Kg.

Inducción de anestesia general e intubación endotraqueal. Disección y canulación de una arteria carótida para medir presión. Toracotomía amplia en 4° espacio intercostal izquierdo, pericardiotomía y exposición del corazón.

Obtención de imágenes de ecocardiograma epicárdico basal.

Canulación de la arteria pulmonar para monitorización de presiones.

Heparinización, confección de jaretas y canulación arterial en arteria femoral y venosa en orejuela derecha. Entrada en circulación extra corpórea. Pinzamiento de la aorta y detención del corazón con solución de cardioplegia mediante aguja en aorta ascendente (vía anterógrada). Aortotomía. Resección de la válvula aórtica e implante de la bomba mediante puntos de sutura separados al anillo aórtico y al collar de la bomba. Cierre de la aortotomía, purga de aire de las cavidades e inicio de la asistencia. Desclampaje aórtico. Reperfusión del corazón hasta que recupere su ritmo propio. Salida de CEC y asistencia con la bomba. Medición de variables hemodinámicas: presión arterial sistémica y de arteria pulmonar, biológicas (gases en sangre) y ecocardiográficas (llene del ventrículo izquierdo, posición de la bomba, apertura y cierre de la válvula mitral).

Decanulación, paso de protamina. Cierre toracotomía. Asistencia durante una hora.

Finalizada la experiencia, eutanasia del animal. Extirpación del corazón y revisión de cavidades en busca de trombos. Retiro de la bomba y revisión en busca de trombos.

Resultados:

Tres experiencias se han realizado hasta el momento Se utilizaron cerdos de 120, 105 y 120 Kg, entre 5 y 6 meses de edad.

Las variables hemodinámicas y ecocardiográficas se muestran en la tabla 1.

Todos los implantes se realizaron de acuerdo a la técnica descrita (figura 4).

En el primer animal se produjo un desgarro de la aorta ascendente, el que debió ser reparado mediante el implante de un tubo de dacrón. El tiempo de pinzamiento aórtico fue prolongado (3 horas) y luego del despinzamiento aórtico e inicio de la asistencia, el animal debió ser apoyado con marcapasos y adrenalina.

El electrocardiograma mostró signos de isquemia difusos, probablemente por mala protección miocárdica. A pesar de esto, con apoyo de marcapasos y adrenalina se obtuvo una hemodinamia estable durante una hora. El ecocardiograma mostró una hipokinesia difusa del corazón, un funcionamiento normal de la válvula mitral y llene adecuado del ventrículo izquierdo.

Al explantar el corazón se comprobó la indemnidad de los ostia coronarios. El segundo animal, de menor tamaño, tenía un anillo aórtico de 25mm. El implante se realizó con cierta dificultad. Se logró una hemodinamia adecuada y estable sin necesidad de drogas vasoactivas.

El ecocardiograma mostró una insuficiencia mitral grado 2 por tracción del velo anterior, que se comprobó al extirpar el corazón.

El tercer animal sufrió una fibrilación ventricular antes de entrar en CEC y requirió de una cardioversión. El implante se pudo completar, pero fibriló nuevamente al momento de despinzar la aorta y posteriormente hubo sangrado profuso por la aortotomía.

Fue apoyado satisfactoriamente con la bomba, y requirió dosis bajas de adrenalina para una hemodinamia adecuada.

El ecocardiograma mostró un llenado adecuado de las cavidades y funcionamiento normal de la válvula mitral.

Las variables hemodinámicas y ecocardiográficas post -implante se muestran en la tabla 2.

Discusión:

La Valvo Pump

La idea de crear una en bomba de posición de la válvula aórtica fue publicada por primera vez por Yoshinori Mitamura, de Japón, en 1991. Mitamura y sus colegas desarrollaron una bomba de flujo axial capaz de generar un flujo de 6,9 l/min y un diferencial de presión de 48 mm Hg. El tamaño de la bomba no permitió su implante en vivo (17,18).

Otros equipos en China y Japón han trabajado en el desarrollo de bombas valvulares o "valvo pumps", con resultados satisfactorios en las pruebas in - vitro e in - vivo. Sin embargo su tamaño aún no permite el implante en humanos 19, 21, 20

Quian-Kun, Xi y su equipo han desarrollado varios prototipos de 25 y 23mm. Este último fue implantado en un cerdo de 80 kg 23. El mismo equipo desarrolló una bomba de 21 mm de diámetro y 27grs, siendo esta bomba la más pequeña y más avanzada de su tipo. Actualmente están trabajando para mejorar su biocom-patibilidad y asegurar su sostenibilidad.

Ventajas teóricas el implante intravalvular

El implante por esternotomía media reduciría el riesgo de sangrado, dolor postoperatorio, y duración de la intervención.

La técnica es equivalente a un reemplazo de válvula aórtico, conocida por todos los cirujanos cardíacos, una sola línea de sutura, sin anastomosis apical o aórtica, lo que también reduciría el riesgo de sangrado.

El tamaño de la bomba permitiría su implante en pacientes de todos los tamaños, pues no requiere el empleo de un bolsillo. Esto podría reducir el riesgo de infección.

La posición anatómica de la bomba permite el vaciado ventricular fisiológico, manteniendo un flujo en el tracto de salida del ventrículo izquierdo y flujo ante-rógrado en la aorta ascendente y las coronarias. Esto podría reducir el riesgo de trombosis intravalvular y de embolismo sistêmico. Debido a la ausencia de cicatriz apical no cambiaría la geometría ventricular y la contracción del ventrículo izquierdo sería más eficaz. Su tamaño permitiría la implantación aórtica y pulmonar en caso de falla bi-ventricular.

En caso de trasplante, habría menos adherencias del pericardio, y la ausencia de un tubo protésico y la posición completamente intracardiaca de la máquina, permitirían una "cardiectomía clásica", extirpando el sistema y el corazón en "bloque". En caso de recuperación, la válvula aórtica se sustituirá por una prótesis convencional, similar a una reoperación de válvula aórtica.

Desventajas del implante intravalvular

El implante requiere de circulación extracorpórea (CEC) y pinzamiento aórtico. Sin embargo, hoy en día la CEC se considera de riesgo bajo ya que permite la realización de procedimientos largos y de gran complejidad en el corazón. Actualmente la mayoría de las asistencias, excepto el Jarvik 2000, se implantan con CEC.

El implante requiere el sacrificio de la válvula aórtica y el reemplazo de prótesis en caso de recuperación.

La asistencia en posición aórtica es única salida del ventrículo izquierdo y por lo tanto requiere de una absoluta fiabilidad del dispositivo. En caso de problemas técnicos se producirá una insuficiencia aórtica masiva.

Existen los inconvenientes comunes a todas las asistencias eléctricas en relación al paso transcutáneo de la línea de energía.

Preguntas pendientes

Más allá de las ventajas o desventajas teóricas, persisten preguntas respecto al impacto hemodinámico y anatómico del implante:

¿Será capaz de sostener la hemodinamia en forma efectiva? ; ¿Cómo afectará a la válvula mitral y el llenado del ventrículo izquierdo?; ¿Se obstruirán los ostia coronarios?

Resultados preliminares

El cerdo es un animal en que las paredes de la aorta son más frágiles y espásticas que en el humano, y su ventrículo izquierdo es más hipertrófico. Su circulación coronaria es terminal, y requiere de una protección mio-cárdica adecuada. Se eligieron cerdos de más de 100 Kg para que la bomba modificada pudiese entrar en el anillo aórtico.

En el primer animal se produjo un desgarro de la aorta que requirió de una reparación de ésta. Hubo problemas de protección miocárdica y una duración muy larga de la CEC (casi 3 horas). La mala protección del ventrículo derecho obligó al uso de drogas vasoactivas para lograr un adecuado llene de las cavidades izquierdas. En el segundo y tercer animal no hubo este problema y la bomba fue capaz de mantener las presiones sistémicas adecuadas.

En el segundo cerdo, la bomba traccionó el velo mitral anterior y produjo una insuficiencia mitral grado II y en el tercer animal hubo problemas de sangrado por la línea de sutura.

A pesar de estos problemas técnicos, estas tres primeras experiencias permitieron confirmar que el implante es posible y el anillo aórtico del cerdo es capaz de sostener una bomba de asistencia.

En los tres casos el ecocardiograma epicárdico mostró un llene adecuado de las cavidades izquierdas y un correcto funcionamiento de la válvula mitra en dos cerdos.

Al explantar los corazones se pudo comprobar que en ninguno de los casos hubo obstrucción de los ostia coronarios, el anillo mitral no se deformó y que la bomba dejó suficiente cavidad libre en el ventrículo para su llenado.

Conclusiones:

En este modelo animal, el implante de una bomba de flujo axial en posición valvular aórtica fue posible técnicamente.

La bomba fue capaz de sostener la hemodinamia del animal durante 1 hora sin afectar de forma significativa el llenado ventricular izquierdo ni la movilidad y cierre de la válvula mitral.

Se debe continuar el estudio para resolver los problemas técnicos observados y aumentar progresivamente los tiempos de asistencia.

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Estudio financiado por Premio Thoratec 2010 y por la APCLD.
Los autores declaran no tener conflictos de intereses en relación a este manuscrito.

Recibido el 20 de febrero 2012/Aceptado el 26 de marzo 2012

Correspondencia:
Dr. Enrique Seguel Soto
Departamento de Cirugía, Facultad de Medicina, Universidad de Concepción. Avenida Roosevelt esquina Chacabuco, 4° Piso. Concepción
E-mail: enseguel@udec.cl