Normothermic Extracorporeal Perfusion as a Method of Donor Heart Conditioning in Experiment

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

INTRODUCTION: Extracorporeal perfusion of transplants is a promising area that is actively studied to eliminate the existing shortage of donor organs. However, the optimal parameters and duration of extracorporeal perfusion that would not lead to impairment of the morphofunctional condition of transplants, have not been sufficiently studied.

AIM: To present the results of development and experimental testing of an original device for perfusion preservation of an isolated heart on the biomodel.

MATERIALS AND METHODS: An original perfusion device for preserving donor hearts has been developed and experimentally tested on mature outbred male rats. During 15-hour normothermic extracorporeal perfusion of the heart in the proposed device, its rhythmic and contractile function, temperature, pH of the perfusate, pressure in the aorta, hematocrit, рО2 and рСО2 in the perfusate were studied, the content of glucose, lactate, and creatine phosphokinase (CPK) activity in perfusate samples were determined.

RESULTS: During perfusion of isolated hearts, sinus rhythm was observed at a sufficient rate. Perfusate pH stayed within 7.3–7.4. Hearts were perfused at constant pressure in the aorta of 70 mm Hg in normothermic conditions (t=37°С). After stabilization of the heart function, the systolic pressure in the left ventricle was 96.0 [93.7; 98.5] mm Hg and remained without significant changes during 12 hours of perfusion; at 15 hours of perfusion, the parameter decreased by 15.0% to 82.0 [79.5; 84.2] mm Hg, p=0.01208. After stabilization of the heart function, diastolic pressure in the left ventricle was 4.0 [3.0; 5.0] mm Hg and remained without significant changes during 12 hours of perfusion; by 15 hours of perfusion, it increased 1.5 times to 6.0 [5.0; 7.0] mm Hg, p=0.0164. During the experiment, biochemical markers in the perfusate after 30 min of perfusion and stabilization were at the level of physiological values without significant dynamics within 12 hours of perfusion: glucose consumption was 80.5 [70.2; 85.5] μmol/(kg×min×mm Hg); lactate excretion — 35.7 [32.5; 44.2] μmol/(kg×min×mm Hg); CPK leakage — 95.8 [93.7; 111.3] IU/l. After 15 hours of perfusion, the level of glucose consumption by isolated hearts per unit of performed function increased significantly to 136.8 [130.5; 145.7] μmol/(kg×min×mm Hg), p=0.01208; lactate excretion and CPK leakage into the perfusate increased to 58.2 [55.7; 67.4] μmol/(kg×min×mm Hg), p=0.02144, and 229.7 [215.8; 242.4] IU/L respectively, p=0.01208.

CONCLUSION: The study showed that extracorporeal perfusion of the heart in the developed device allows maintaining its viability for 12 hours in conditions maximally close to physiological ones, and also conducting dynamic assessment of the functional and metabolic state of the organ.

About the authors

Pavel A. Ermolaev

Omsk State Medical University

Author for correspondence.
Email: yermol@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0001-8733-6102
SPIN-code: 9431-9200

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Omsk

Tatyana P. Khramykh

Omsk State Medical University

Email: khramykh@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5508-6679
SPIN-code: 6932-9968

MD, Dr. Sci. (Medicine), Assistant Professor

Russian Federation, Omsk

Lyubov O. Barskaya

Omsk State Medical University

Email: barsik492@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0460-4296
SPIN-code: 3080-5040

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Omsk

References

  1. Gautier SV, Zacharevich VM, Khalilulin TA, et al. Heart transplantation as a radical method of restoring the quality of life in recipients with end-stage heart failure. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2019;21(2):7–15. doi: 10.15825/1995-1191-2019-2-7-15 EDN: DLTATA
  2. Wilhelm MJ. Long-term outcome following heart transplantation: current perspective. J Thorac Dis. 2015;7(3):549–551. doi: 10.3978/j.issn.2072-1439.2015.01.46
  3. Kobashigawa J, Khush K, Colvin M, et al. Report from the American Society of Transplantation Conference on Donor Heart Selection in Adult Cardiac Transplantation in the United States. Am J Transplant. 2017;17(10):2559–2566. doi: 10.1111/ajt.14354
  4. Bagnenko SF, Moysyuk YG, Skvortsov AE, et al. Rehabilitation of organ from deceased donors. New preservation trend or new paradigm in transplantology? Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2009;11(3):17–29. EDN: KVUMNX
  5. Chew HC, Macdonald PS, Dhital KK. The donor heart and organ perfusion technology. J Thorac Dis. 2019;11(Suppl 6):S938–S945. doi: 10.21037/jtd.2019.02.59
  6. Messer S, Ardehali A, Tsui S. Normothermic donor heart perfusion: current clinical experience and the future. Transpl Int. 2015;28(6):634–642. doi: 10.1111/tri.12361
  7. Jing L, Yao L, Zhao M, et al. Organ preservation: from the past to the future. Acta Pharmacol Sin. 2018;39(5):845–857. doi: 10.1038/aps.2017.182 EDN: YHPXFB
  8. Stamp NL, Shah A, Vincent V, et al. Successful Heart Transplant after Ten Hours Out-of-body Time using the TransMedics Organ Care System. Heart Lung Circ. 2015;24(6):611–613. doi: 10.1016/j.hlc.2015.01.005
  9. Leprince P, Popov AF, Simon AR, et al. Ex vivo perfusion of the heart with the use of the Organ Care System. Eur J Cardiothorac Surg. 2016;49(5):1318–1320. doi: 10.1093/ejcts/ezw075
  10. Ardehali A, Esmailian F, Deng M, et al. Ex-vivo perfusion of donor hearts for human heart transplantation (PROCEED II): A prospective, open-label, multicentre, randomised non-inferiority trial. Lancet. 2015;385(9987):2577–2584. doi: 10.1016/s0140-6736(15)60261-6
  11. Patent RUS No. 2 441 608 C1. 10.02.2012. Byul. No. 4. Got’e SV, Bagnenko SF, Mojsjuk JG, et al. Method for restoration and maintenance of vitality of an ischemically damaged donor organ. Available from: https://patents.google.com/patent/RU2441608C1/ru (In Russ.) EDN: WCFNNG
  12. Reznik ON, Skvortsov AE, Lopota AV, et al. Perfusion device for liver preservation ex vivo before transplantation: first experimental study. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2017;19(1):35–40. doi: 10.15825/1995-1191-2017-1-35-40 EDN: YMZHTH
  13. Patent RUS No. 2491963. 10.09.2013. Byul. No. 25. Korolev DV, Galagudza MM, Ostashev VB, et al. Installation for perfusion of isolated heart by Langerdorf. Available from: https://yandex.ru/patents/doc/RU2491963C1_20130910 (In Russ.) EDN: USPEJO
  14. Patent RUS No. 2754592. 03.09.2021. Byul. No. 25. Ermolaev PA, Khramykh TP, Korpacheva OV, et al. Apparatus for perfusion preservation and reconditioning of a donor heart. Available from: https://yandex.ru/patents/doc/RU2754592C1_20210903 (In Russ.) EDN: YGEGSG
  15. López–Jiménez F, Paniagua D, Lamas GA. La interpretacion de los ensayos clinicos negatovos [The interpretation of negative randomized clinical trials]. Rev Invest Clin. 1998;50(5):435–440. (In Spanish)
  16. Monteagudo Vela M, García Sáez D, Simon AR. Current approaches in retrieval and heart preservation. Ann Cardiothorac Surg. 2018;7(1):67–74. doi: 10.21037/acs.2018.01.06
  17. Merkin NA, Vol’gushev VE, Andronov SP, et al. Technologies of donor organ storage by the example of a donor heart. Status and prospects. Transplantologiya. The Russian Journal of Transplantation. 2016;(1):29–35. EDN: WAQGEL
  18. Zhulkov MO, Fomichev AV, Alsov SA, et al. Current state of the problem and results of ex vivo perfusion of donor hearts. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2019;21(4):143–146. doi: 10.15825/1995-1191-2019-4-143-146 EDN: BTFOPO
  19. Jain P, Prichard RA, Connellan MB, et al. Long distance heart transplantation: a tale of two cities. Intern Med J. 2017;47(10):1202–1205. doi: 10.1111/imj.13568

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. A schematic diagram of setup for preservation perfusion and reconditioning of a donor heart: 1 — return reservoir, 2 — thermostatically controlled chamber, 3 — heart, 4 — peristaltic pump (2 pcs.), 5 — left atrium cannula, 6 — aortic cannula, 7 — pulmonary artery cannula, 8 — left atrial reservoir, 9 — perfusion column, 10 — perfusate pressure sensor (2 pcs.), 11 — flowmeter (2 pcs.), 12 — three-way valve (3 pcs.), 13 — air trap, 14 — oxygenator, 15 — gas cylinder, 16 — circulation thermostat with heater and cooler of perfusate, 17 — pacemaker/defibrillator, 18 — autonomous power supply, 19 — portable monitor, 20 — absorption filter.

Download (272KB)
3. Fig. 2. Heart rate dynamics during extracorporeal perfusion of a rat’s heart: К — data of the control group; 3, 6, 9, 12, 15 — data of the experimental group at 3, 6, 9, 12, 15 hours respectively.

Download (118KB)
4. Fig. 3. Dynamics of left ventricular systolic pressure during extracorporeal perfusion of a rat’s heart: К — data of the control group; 3, 6, 9, 12, 15 — data of the experimental group at 3, 6, 9, 12, 15 hours respectively.

Download (156KB)
5. Fig. 4. Dynamics of LVDP during extracorporeal perfusion of a rat’s heart: К — data of the control group; 3, 6, 9, 12, 15 — data of the experimental group at 3, 6, 9, 12, 15 hours respectively.

Download (136KB)

Copyright (c) 2025 Eco-Vector


 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».