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We describe a cost-effective, reproducible circuit in a porcine, ex vivo, continuous warm-blood, bi-ventricular, working heart model that has future possibilities for pre-transplant assessment of marginal hearts donated from brain stem dead donors and hearts donated after circulatory determination of death (DCDD). In five consecutive experiments over five days, pressure volume loops were performed. During working mode, the left ventricular end systolic pressure volume relationship (LV ESPVR) was 23.1±11.1 mmHg/ml and the LV preload recruitable stroke work (PRSW) was 67.8±7.2. (Standard PVAN analysis software) (Millar Instruments, Houston, TX, USA) All five hearts were perfused for 219±64 minutes and regained normal cardiac function on the perfusion system.They displayed a significant upward and leftward shift of the end systolic pressure volume relationship, a significant increase in preload recruitable stroke work and minimal stiffness. These hearts could potentially be considered for transplantation. The circuit was effective during reperfusion and working modes whilst proving to be successful in maintaining cardiac function in excess of four hours. Using an autologous prime of approximately 20% haematocrit (Hct), electrolytes and blood gases were easy to control within this period using standard perfusion techniques.

Aus vielen experimentellen und klinischen Studien geht hervor, dass ein Kapnoperitoneum zu charakteristischen Kreislaufveränderungen führt. Danach kommt es durch die Insufflation eines Gases in die Peritonealhöhle zu einer Erhöhung des intraperitonealen Druckes und zu einer Zunahme sowohl des peripheren venösen Druckes als auch des intrathorakalen Druckes. Insgesamt nimmt der Druckgradient zwischen diesen beiden Drücken ab. Als Folge wird der venöse Rückstrom zum Herzen reduziert, wodurch wiederum das Blutangebot für das Herz, welches die kardiale Vorlast wesentlich bestimmt, vermindert wird. Konsekutiv führt das letztlich zu einer Abnahme des Herzschlag- und des Herzminutenvolumens. Das verminderte Herzschlagvolumen wird von den arteriellen Barorezeptoren registriert, wodurch eine Stimulation des Sympathikus ausgelöst wird. Als Kompensationsmechanismus steigen die Herzfrequenz, in vielen Studien der mittlere arterielle Druck und der systemische Gefäßwiderstand. Als hormonelle Regulation wird Vasopressin ausgeschüttet. Der Anstieg dieser Drücke bedeutet eine Zunahme der kardialen Nachlast, was die kardiale Belastung weiter erhöht. Am gesunden Herzen wird die myokardiale Kontraktilität durch das Kapnoperitoneum nicht beeinflusst. An einem komplexen Tiermodell an 43 Läuferschweinen sollte überprüft werden, ob eine gezielte Erhöhung der kardialen Vorlast durch kolloidale Volumenersatzmittel, eine partielle Blockade der sympathikotonen Reaktionen durch den selektiven ß-Blocker Esmolol oder eine gezielte Senkung der kardialen Nachlast durch den Vasodilatator Nitroprussidnatrium geeignet sind, die negativen Auswirkungen des Kapnoperitoneums zu vermindern und die Herz-Kreislauffunktion bei laparoskopischen Operationen zu verbessern. Weil bekannt ist, dass die Körperposition eine wichtige Rolle bei der Ausprägung der physiologischen Veränderungen spielt, sollten die Tiere in Gruppen entweder in Horizontal-, Kopfhoch- oder Kopftieflage untersucht werden. Das ist von besonderer Bedeutung, weil viele laparoskopische Operationen zur Optimierung der Übersicht im Operationsgebiet eine Modifikation der Körperposition erfordern. Oberbaucheingriffe wie die Cholecystektomie werden vornehmlich in Kopfhochlage durchgeführt, während gynäkologische Laparoskopien in Kopftieflage stattfinden. Zur Vermeidung einer Hypovolämie erhielten die Tiere vor Beginn der Messungen 1l kristalloide Infusion. Die Untersuchungen ergaben, dass unter diesen Bedingungen ein Kapnoperitoneum von 14 mm Hg in Horizontallage ohne wesentliche Veränderungen der Herz- Kreislaufparameter toleriert wurde. Lediglich in Kopftief- und in Kopfhochlage war mit dem Intrathorakalen Blutvolumen ein wesentlicher Parameter der kardialen Vorlast vermindert und die Herzauswurfleistung mit dem Herzschlag- und Herzminutenvolumen reduziert, während die kardiale Nachlast mit dem peripheren systemischen Gefäßwiederstand erhöht war und die myokardiale Kontraktilität unverändert blieb. Damit kommt dem intrathorakalen Blutvolumen eine entscheidende Bedeutung zu. Eine Erhöhung des intrathorakalen Blutvolumens und damit der kardialen Vorlast verbesserte die Herzkreislauffunktion während des Kapnoperitoneums in allen Körperpositionen deutlich. Das äußerte sich in einer Steigerung des mittleren arteriellen Druckes, der im Normbereich blieb, einer Abnahme des systemischen Gefäßwiderstandes und einem Anstieg der Herzauswurfleistung. Die Esmolomedikation beeinträchtigte die Herzkreislauffunktion während des Kapnoperitoneums, indem sie die myokardiale Kontraktilität verschlechterte und die Herzfrequenz senkte mit der Folge, dass das Herzminutenvolumen abnahm. Die Senkung des mittleren arteriellen Druckes durch Nitroprussidnatrium verschlechterte ebenfalls in einigen Körperpositionen die myokardiale Kontraktilität und das Herzschlag- sowie das Herzminutenvolumen. Die beiden letztgenannten Konzepte können somit nicht generell zur Therapie hämodynamischer Effekte eines Kapnoperitoneums empfohlen werden. Entscheidende Bedeutung kommt einer Optimierung des intravasalen Volumens zu. Die Pfortader- und Nierendurchblutung wurden in diesem Modell durch das Kapnoperitoneum in keiner Körperposition relevant beeinträchtigt. Auch in der Literatur findet sich kein Hinweis auf eine durch ein Kapnoperitoneum induzierte dauerhafte Funktionsstörung von Leber oder Niere., A capnoperitoneum increases peripheral venous resistance as well as intrathoracic pressure thus compromising venous blood return to the heart which is determinded by the pressure gradient between peripheral and central venous pressure. With a decreased cardiac preload cardiac stroke volume and cardiac output are reduced. The reduction in stroke volume induces changes in the carotidal sinus activity followed by an increased sympathetic nerve activity. These effects were often expressed by an increased heart rate, mean arterial pressure, or peripheral systemic resistance. As a hormonal reaction to theses changes vasopressin release increases further elevating cardiac afterload. Changes of cardiac contractility were not described during capnoperitoneum. In a procine trial using 43 piglets the questions should be answered if an increase of cardiac preload by infusion of colloidal fluids, a partial blockade of sympathetic receptors by esmolol, or a reduction of the cardiac afterload by infusion of the vasodilatator nitroprussidnatrium can minimize hemodynamic changes during capnoperitoneum. Because the body position is known to influence hemodynamic parameters and has to be varied during laparoscopic procedures pigs were divided into three groups representing head-up, head-down, and supine position. To avoid hypovolemia before the measurements the animals received 1L cristal solutions intravenously before the beginning of the experiment. In supine position the animals tolerated a capnoperitoneum of 14 mm Hg without changes of hemodynamic parameters. In head-up as well as in head-down position the intrathoracic blood volume decraesed followed by a reduction of stroke volume and cardiac output and an increase of peripheral systemic resistance. Cardiac contractility remained unchanged during all positions. The increase of intrathoracic blood volume by colloidal infusion improved hemodynamic parameters during all body positions. Mean arterial pressure increasesd to normal ranges while the peripheral systemic resistance decreased and the cardiac output increased. The medication of esmolol had negative effects on hemodynamic function during capnoperitoneum because heart rate and myocardial contractility as well as cardiac output decreased. Medication of Nitroprussidnatrium during capnoperitoneum was also shown to partly compromise myocardial contractility and stroke volume as well as cardiac output so that both therapeutical concepts, medication of esmolol and nitroprussidnatrium failed to improve hemodynamic function during capnoperitoneum. Optimizing intravascular volume and cardiac preload is of major importance to avoid hemodynamic side effects of capnoperitoneum. The perfusion of the portal vein as well as the renal artery were not influenced in none position during a capnoperitoneum of 14 mm Hg in this trial. However, the review of the literature did not indicate any prolonged influences on hepatic or renal function induced by capnoperitoneum of pressures around 14 mm Hg.

Objectives: To evaluate the possible prevention of renal and intestinal ischaemia during surgery of thoracoabdominal aortic aneurysms (TAAA) by use of retrograde and selective organ perfusion. Design: Prospective study. Materials: Thirty-three consecutive patients underwent TAAA repair, six of whom had a previous type B dissection: 14 patients (35%) had type I TAAA, 12 patients type II (32%), three patients type III (15%) and four patients type IV (18%). Mean age was 61 years (range 22–84 years). Methods: In patients with type I TAAA, retrograde aortic perfusion was performed by means of a left atrium femoral artery bypass or partial cardiopulmonary bypass. In type II, III and IV the same procedure was performed; however, following cross-clamping and opening of the abdominal aorta, the coeliac trunc, superior mesenteric and both renal arteries were selectively perfused with four Pruitt-catheters (9 Fr.), connected as an octopus to the extracorporal circulation. Results: All patients survived the surgical procedure. The minimal volume flow through each octopus catheter was 60 ml/min. Urine output was uninterrupted in all patients, irrespective of the aortic cross-clamp time. Only one patient (3%), who already had renal insufficiency, developed renal failure. Total in-hospital mortality was 15%, paraplegia occurred in 12%. Conclusion: Retrograde aortic and selective organ perfusion is a safe technique and can prevent ischaemic renal and intestinal damage during cross-clamping of the aorta in thoracoabdominal aneurysm surgery.

Department of Anesthesiology, North Medical center, Kyoto Prefectural University of Medicine