C Sebening

Downregulation of myocardial contractility via intact ventriculo-arterial coupling in the brain dead organ donor

OBJECTIVE To test the hypothesis that altered loading conditions play a key role in hemodynamic instability and cardiac dysfunction in the brain dead (BD) organ donor. METHODS BD was induced by inflation of a subdural balloon catheter. In the first part of the study, left ventricular function was assessed in a canine in situ cross-circulated heart model (n=6). Pre- and afterload and coronary perfusion pressure were kept identical in all hearts throughout the experiment. In the second part of the study, hearts (n=6) were investigated in vivo allowing the interaction between left ventricular contractility and arterial load. Left ventricular pressure--volume loops were obtained by a combined conductance-pressure catheter and the slope of the endsystolic pressure--volume relationship (Ees), arterial elastance (Ea), stroke work (SW), pressure--volume area, ventriculo--arterial coupling ratio (VAC) and mechanical efficiency (Eff) were calculated. RESULTS Induction of BD led to a hyperdynamic response in both models with a significant increase of most hemodynamic parameters. In the in situ isolated heart model, left ventricular contractility returned to baseline without any further deterioration. In contrast, in the intact circulation the hemodynamic parameters declined significantly in comparison to baseline 4 h after BD (Ees: 4.07+/-0.51 vs. 8.06+/-1.09 mmHg/ml, P<0.05, Ea: 3.17+/-0.39 vs. 4.42+/-0.30 mmHg/ml, P<0.05). However, VAC (0.78+/-0.09 vs. 0.65+/-0.14 n.s.) and Eff (73.4+/-2.1 % vs. 76.8+/-3.7 %, n.s.) remained constant over the time. CONCLUSION BD induction leads to an initial hyperdynamic reaction followed by hemodynamic instability. The facts that no cardiac dysfunction occurred if loading conditions were kept constant and the ventriculo--arterial coupling ratio and mechanical efficiency remained constant in the intact animal model indicate that decreased contractility reflects to decreased arterial elastance after brain death. Therefore, reduced contractile function after brain death at a decreased afterload may contribute to stroke work optimization.

Replacement of valved right ventricular (RV) to pulmonary artery (PA) conduits – an observational study with focus on right ventricular geometry

Objective: Timing of the operation for exchange of RV to PA conduits is a matter of considerable debate. We aimed to study the course of RV dimension in patients undergoing conduit exchange. Methods: We retrospectively studied patients who underwent implantation and or replacement of RV/PA conduits during the period between 1990 and 2005. Clinical and echocardiographic data were recorded as obtained at follow-up visits. Results: A total of 229 patients underwent surgery for implantation and or replacement of RV/PA conduits during the study period. Patients were assigned to three age groups including 37 infants, 125 children aged 1–10 years and 67 patients more than 10 years of age. 185 pulmonary (81%) and 44 aortic homografts (19%) were implanted. Fifty-eight of these patients (25%) required exchange of conduits after a median time of 6.4 [8 months –12 years]. The follow-up was 7.55 [0.1–17] years. The survival of the patients after homograft change was 98%. Age at conduit exchange (coefficient: –4.917; p<0.001) and RV end-diastolic dimension (RVDD) before conduit exchange (coefficient: 8.255; p<0.001) were related to RVDD as measured by M-mode echocardiography at follow-up. RVDD decreased in 48/58 patients, remained unchanged in 8/58 and increased in 2/59 patients. Conclusions: Reoperation for exchange of degenerated conduits should be performed early to prevent the development of irreversible structural myocardial changes and persistence of right ventricular dilatation.

Hämodynamische Instabilität nach Hirntod I: Auswirkungen der veränderten Nachlast

ZusammenfassungFragestellung Welche Bedeutung haben die veränderten Lastbedingungen im Hinblick auf die hämodynamische Instabilität und die kardiale Funktionseinschränkung im hirntoten Organspender. Methoden Der Hirntod wurde durch Füllung eines subduralen Ballonkatheters eingeleitet. Linksventrikuläre Druck-Volumen-Kurven wurden mit Hilfe eines Conductance-Druck-Katheters aufgenommen und daraus die Steigung der end-systolischen Druck-Volumen-Beziehung (Ees), die arterielle Elastizität (Ea), die Schlagarbeit (SW), die Druck-Volumen-Fläche (PVA), die ventrikulo-arterielle Kopplung (VAC) und die mechanische Effektivität (Eff) berechnet. Ergebnisse Die Hirntodinduktion führte zu einer hyperdynamen Antwort mit einem signifikanten Anstieg der meisten hämodynamischen Parameter. Nach 4 Stunden zeigten die hämodynamischen Parameter einen signifikanten Abfall im Vergleich zu den Ausgangswerten (Ees: 4,07±0,51 vs. 8,06±1,09 mmHg/ml, P<0,05; Ea: 3,17±0,39 vs. 4,42±0,30 mmHg/ml, P<0,05). Während VAC (0,78±0,09 vs. 0,65±0,14 n.s.) und Eff (73,4±2,1% vs. 76,8±3,7% n.s.) über den gesamten Beobachtungszeitraum konstant blieben. Schlussfolgerung Die akute intrakranielle Druckerhöhung führt zu einer initialen hyperdynamen Reaktion gefolgt von einer hämodynamischen Instabilität. Die unveränderte ventrikulo-arterielle Kopplung und mechanische Effektivität lassen vermuten, dass die eingeschränkte Kontraktilität nach Hirntod durch die gleichzeitig verringerte Nachlast verursacht wird. SummaryObjective: Brain death associated hemodynamic instability in the potential organ donor has become an important topic of transplantation research because the major limiting factor of clinical heart transplantation is the shortage of suitable donor organs. While the underlying mechanisms remain incompletely understood, the clinical relevance of reduced cardiac function in the brain dead donor is the subject of controversial discussion. On the basis of our previous studies (18–19), we hypothesized that altered loading conditions play a key role in the changes of cardiac function after brain death. Methods Brain death was induced by inflation of a subdural balloon catheter. The hearts were investigated in vivo allowing interaction between left ventricular contractility and arterial load. After pericardiotomy and isolation of the great vessels a perivascular electromagnetic flow probe was attached to the ascendent aorta. Aortic pressure and right atrial pressure were monitored by 5F Millar catheter tip manometers. Left ventricular pressure-volume loops were obtained by a combined 6F Millar conductance-pressure catheter and the slope of the endsystolic pressure-volume relationship (Ees), arterial elastance (Ea), stroke work (SW), pressure-volume area (PVA), ventriculo-arterial coupling ratio (VAC) and mechanical efficiency (Eff) were calculated. Results: Brain death induction led to the well-known initial hyperdynamic reaction with a significant increase of most hemodynamic variables except LVEDP and RAP. Immediately after the acute phase AoP, SVR, SW and PVA decreased significantly followed by a slower decrease of LVSP and dP/dtmax. CO returned to baseline level and remained constant. Four hours after induction of brain death Ees (4.07±0.51 vs. 8.06±1.09 mmHg/ml, P<0.05) and Ea (3.17±0.39 vs. 4.42±0.30mmHg/ ml, P<0,05) showed a parallel decrease in comparison to baseline. The ventriculo-arterial coupling ratio (0.78±0.09 vs. 0.65±0.14 n.s.) did not show any significant changes. Similarly, the parallel decrease of SW and PVA resulted in unchanged mechanical efficiency (73.4±2.1% vs. 76.8±3.7% n.s.). Conclusion BD induction leads to an initial hyperdynamic reaction followed by hemodynamic instability. The fact that the ventriculo-arterial coupling ratio and mechanical efficiency remained constant indicates that decreased contractility reflects to decreased arterial elastance after brain death. Therefore, reduced contractile function after brain death at a decreased afterload may contribute to stroke work optimization. If cardiac dysfunction after brain death is related to altered loading conditions and not to neuro-humorally mediated primary cardiomyocyte damage, a part of the rejected donor hearts may be suitable for organ transplantation. Therefore, cardiac function, especially if characterized by load-dependent parameters, should be carefully evaluated. Optimization of donor management may also contribute to unmasking „true” cardiac function (21) and increase the donor heart pool.

Hämodynamische Instabilität nach HirntodII: Koronarzirkulation und Endothelfunktion

ZusammenfassungEinleitung Es wurde bereits in mehreren Studien über die endotheliale Dysfunktion nach Herztransplantation berichtet. Sie scheint eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Reperfusionsschäden und Abstoßungsreaktionen zu spielen. Bisher bleibt allerdings unklar welchen Einfluss der Hirntod auf diese Phänomene hat. In der vorliegenden Arbeit wurden deshalb die Auswirkungen des Hirntodes auf die Koronarzirkulation und die Endothelfunktion untersucht. Material und Methoden Durch die Füllung eines subdural gelegenen Ballonkatheters wurde der Hirntod bei 6 Hunden eingeleitet. Über einen Conductance-Katheter wurden die linksventrikulären Druck- und Volumenwerte registriert. Zusätzlich erfolgte eine kontinuierliche Aufnahme des koronaren Blutfußes (CBF) im R. interventricularis ant. (LAD) und im R. circumflexus (LCX) der linken Koronararterie. Jeweils vor und 3Stunden nach Hirntodinduktion wurden die endothelabhängige Vasodilatation nach Gabe von Acetylcholin und die endothelunabhängige Vasodilatation nach Gabe von Natriumnitroprussid gemessen. Ergebnisse: Die akute intrakranielle Druckerhöhung führte initial zu einer hyperdynamen Reaktion mit einem signifikanten (P<0,05) Anstieg von CBF und myokardialer Kontraktilität. Nach 3 Stunden zeigten der mittlere aortale Druck, die myokardiale Kontraktilität, CBF-LAD (26,8±4,8 vs. 38,2±3,4 ml/min) und CBF-LCX (47,2±8,2 vs. 63,4±5,5 ml/min) einen signifikanten (P<0,05) Abfall unter die Ausgangswerte. Während die Gabe von Acetylcholin vor Hirntodinduktion zu einer monophasischen Vasodilatation (LAD: +61±8%, LCX: +52±6%) führte, kam es 3Stunden nach Hirntodinduktion nur zu einer leichten Vasodilatation (LAD: +19±5%, LCX: +23±4%, P<0,05) gefolgt von einer längeren Vasokonstriktion (LAD: –38±6%, LCX: –40±5%, P<0,001). Die endothelunabhängige Reaktion zeigte keine Unterschiede. Schlussfolgerungen Der Hirntod hat wichtige Auswirkungen auf die Koronararterienzirkulation. Erstens führt der parallel zum Abfall der Nachlast ebenfalls verringerte CBF zu einer hämodynamischen Instabilität und zweitens entsteht eine schwere endotheliale Dysfunktion, die entscheidende Auswirkungen auf den Zustand nach Transplantation haben könnte. SummaryIntroduction Recent studies suggested that donor brain death (BD) may accelerate acute and chronic rejection after experimental heart transplantation. We hypothetized that BD may induce endothelial injury and thereby increase allorecognition. In the present study the effects of BD on coronary circulation and vasomotor function were investigated. Material and Methods We induced BD in six dogs by inflation of a subdural balloon. Left ventricular pressure-volume data (conductance catheter) and left anterior descendent (LAD) and circumflex (LCX) coronary blood flow (CBF) were monitored continuously. Before and 3 hours after BD induction we assessed endothelium-dependent vasodilatation after intracoronary acetylcholine and endothelium-independent vasodilatation after sodium nitroprusside administrating. Results BD led to an initial hyperdynamic reaction with significant (P<0.05) increase of CBF and myocardial contractility After 3 hours, mean aortic pressure, preload recruitable stroke work, CBF-LAD (26.8±4.8 vs. 38.2±3.4ml/min) and CBF-LCX (47.2±8.2 vs. 63.4±5.5ml/min) decreased significantly (P<0.05). While before BD the administration of acetylcholine led to a monophasic vasodilatative response (LAD: +61±8%, LCX: +52±6%) after BD a short mild vasodilatation (LAD: +19±5%, LCX: +23±4%, P<0.05) was followed by a longer vasoconstriction (LAD: –38±6%, LCX: –40±5%, P<0.001). Endothelium-independent vasodilatation remained unchanged. Conclusions BD leads to hemodynamic deterioration related to decreased afterload and subsequent fall of CBF. Furthermore, BD causes severe endothelial dysfunction which may contribute to accelerated rejection.

Hat die akute Erhöhung des intrakraniellen Drucks — und der darauffolgende Hirntod per se — eine entscheidende Beeinträchtigung der Herzfunktion zur Folge?

Nach Eintreten des Hirntodes kommt es in einem multifaktoriellen Geschehen zur Entkoppelung neurohumoraler Regulationsmechanismen. Den in der Folge auftretenden metabolischen und hamodynamischen Dysregulationen kommt im Hinblick auf die Organtransplantation eine besondere Bedeutung zu: Die Aufrechterhaltung stabiler Kreislaufverhaltnisse wirkt sich entscheidend auf eine adaquate Perfusion und damit die Qualitat potentieller Spenderorgane aus. Im akuten Experiment wurden pathophysiologist Auswirkungen des akut erhohten Hirndrucks (aHD) auf metabolische Parameter, die Hamodynamik und histopathomorphologische Strukturveranderungen des Myocards untersucht.

Risiken und Ergebnisse der chirurgischen Korrektur von Pulmonalstenosen

Bei intaktem Ventrikelseptum und normalem Ursprung der Aorta reichen rechtsventrikulare Ausflustraktobstruktionen (RVOT) in ihrem Spektrum von der „einfachen” valvularen oder subvalvularen Pulmonalstenose uber die sog. „kritische” Stenose bis hin zur Pulmonalatresie mit komplexer Pathophysiologie. Die Operations- und Spatletalitat der „einfachen” Pulmonalstenose ist niedrig (0–4%), die Langzeitergebnisse lassen eine niedrige Morbiditatsrate und deutliche Verbesserung der kardialen Funktionsreserve erkennen. Die Langzeitprognose nach Korrektur einer „kritischen” Pulmonalstenose ist in Abhangigkeit von spezifischen anatomischen Gegebenheiten in vielen Fallen als problematisch zu betrachten, wenngleich die derzeit angegebene Fruhletalitat eine deutliche Abnahme auf etwa 10% erfahren hat. Die „Aggressivitat” der Ausflustrakteroffnung hat einen entscheidenden Einflus auf die Reoperationsraten bezuglich signifikanter residueller bzw. rezidivierender RVOT-Druckgradienten.