Left ventricular unloading by transaortic catheter venting in veno-arterial extracorporeal membrane oxygenation for cardiogenic shock: a porcine model = 돼지 모델에서 확인한 심인성 쇽에서의 동정맥 체외막형산화장치 운용 중 경대동맥 카테터 배액의 좌심실 부하 경감 효과

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Background and Objectives: Left ventricle (LV) distension during veno-arterial (VA) extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) in cardiogenic shock is detrimental to myocardial recovery. To determine whether LV unloading using transaortic catheter venting (TACV) is effective, I analyzed the effect of TACV in a human-sized porcine model.
Materials and Methods: Hypoxic biventricular dysfunction was induced in 11 pigs after femoro-femoral VA-ECMO initiation and a custom-made TACV catheter was inserted in the LV through the common carotid artery. Hemodynamic conditions were then simulated by vasoconstrictor, beta-blocker and fluid administration. Total 593 pairs of hemodynamic data were collected while TACV was either opened or closed under a controlled ECMO flow. Conversely, pairs of hemodynamic data were collected during the ECMO flow adjustment, varying from 1 L to 4 L, with (n = 78) and without TACV (n = 80)
Results: In comparing observations without TACV (TACV−) and with TACV (TACV+), the change in left ventricular end-diastolic pressure (LVEDP) after TACV application was −1.2 mmHg (p < 0.001). In the linear regression model, the reduction in LVEDP was maximized when the baseline LVEDP and ECMO flow were higher. When escalating the ECMO flow in the respective settings of TACV− and TACV+, the rise in LVEDP was significantly lower in TACV+. Changes in LVEDP were significantly influenced by change of mean arterial blood pressure, baseline central venous pressure, the presence of TACV, and heart rate.
Conclusions: LVEDP was decreased by TACV during VA ECMO. This effect was more prominent when ECMO flow and baseline LVEDP were higher. These findings suggest that TACV might support LV recovery through effective unloading, even when ECMO flow is high.

국문 초록 (Abstract)

목적: 심인성 쇼크 환자에서 시행되는 정맥-동맥 체외막산소공급(veno-arterial extracorporeal membrane oxygenation, VA-ECMO) 중 발생하는 좌심실(left ventricle, LV) 팽창은 심근 회복에 악영향을 미칠 수 있다. 본 연구는 인체 크기의 돼지 모델을 이용하여 경대동맥 카테터 배액(trans-aortic catheter venting, TACV)이 좌심실 감압에 효과적인지를 평가하고자 하였다.
방법: 총 11마리의 돼지에서 대퇴 정맥-동맥을 통한 VA-ECMO를 시작한 후 저산소성 양심실 기능부전을 유도하였다. 이후 경동맥을 통해 특수 제작된 TACV 카테터를 좌심실에 삽입하였다. 혈역학적 조건은 혈관수축제, 베타차단제, 수액 투여를 통해 조절하였으며, 같은 ECMO 속도를 유지한 상태에서 TACV를 닫거나 열어 593쌍의 데이터를 수집하였다. 반대로, TACV를 닫거나(80쌍) 열어둔(78쌍) 상태에서 ECMO 유량을 1 L/min에서 4 L/min까지 변화시키며 일련의 관측값을 수집하였다.
결과: TACV 미적용군(TACV−)과 적용군(TACV+) 간의 비교에서, TACV 적용 후 좌심실 이완기말압(left ventricular end-diastolic pressure, LVEDP)은 평균 1.2 mmHg 감소하였으며, 이는 통계적으로 유의하였다(p < 0.001). 선형 회귀 분석에서는 초기 LVEDP와 ECMO 유량이 높을수록 LVEDP 감소 효과가 더 크게 나타났다. TACV 개방 혹은 폐쇄 상태에서 ECMO 유량을 증가시킨 경우 TACV 개방 상태에서는 TACV 폐쇄 상태에 비해 LVEDP의 상승이 유의하게 억제되었다. LVEDP 변화는 평균 동맥압의 변화, 초기 중심정맥압, TACV의 적용 여부, 심박수 등의 변수에 의해 유의하게 영향을 받았다.
결론: VA-ECMO 중 TACV는 LVEDP를 효과적으로 감소시켰으며, 그 효과는 ECMO 유량과 초기 LVEDP가 높을수록 더욱 두드러졌다. 이러한 결과는 TACV가 높은 ECMO 유량 하에서도 효과적인 좌심실 감압을 통해 심실 회복을 도울 수 있음을 시사한다.

목차 (Table of Contents)

• Introduction 1
• Methods 4
• Study Design and Subjects 4
• Procedures for Model Preparation 6
• Protocols for Data Collection 9
• Statistical Analysis 13
• Results 14
• Hemodynamic Change According to TACV Application 14
• Correlation Between Baseline Hemodynamic Parameters and the Reduction in LVEDP Induced by TACV 16
• Baseline Hemodynamic Predictors of Effective TACV Application 19
• Hemodynamic Changes in Response to ECMO Flow Variation With and Without TACV 21
• Correlation Analysis Between Baseline Hemodynamic Parameters and LVEDP Reduction During ECMO Flow Variation 27
• Discussion 31
• Conclusion 40
• References 41
• Abstract in Korean 46
• Acknowledgements 48