Continuous assessment of cardiac contractility during rotary blood pump support

Heutzutage werden implantierbare Linksherz-Unterstützungssysteme (LVADs) erfolgreich für die klinische Behandlung von Herzinsuffizienz im Endstadium eingesetzt. LVADs werden nicht nur dazu genutzt den Blutkreislauf bis zur Herztransplantation zu unterstützen, sondern auch als Unterstützung bis zur Genesung des Herzens (bridge to recovery, BTR) oder zur permanenten Assistenz (destination therapy, DT). Die Bestimmung der Kontraktilität des Herzens ist wichtig für "BTR" und den Schutz des linken Ventrikels während der "DT". Ein neu entwickelter Index (IQ) zur Ermittlung der Kontraktilität, welcher ausschließlich auf dem Pumpenflusssignal basiert, wurde untersucht und mit anderen etablierten Kontraktilitäts-Indizes verglichen. Der IQ ist definiert als die Steigung einer linearen Regression zwischen der maximalen Ableitung des Pumpdurchsatzes und seinem Spitze-zu-Spitze Wert (dQ/dtmax vs QP2P). Der IQ wurde sowohl in-vivo als auch in Computersimulationen mit etablierten Indizes, wie zum Beispiel dP/dtmax vs End-diastolisches Volumen (dP/dtmax vs EDV), und "preload recruitable stroke work" (stroke work vs. End-diastolic volume; PRSW), bei verschiedenen Kontraktilitätsniveaus verglichen. In Computersimulationen wurde auch der Effekt von Vor- und Nachlast beobachtet. Im Tierexperiment mit Schafen wurde der IQ an Kontroll- und pharmakologischer Interventionsgruppe getestet: Zuerst wurde die Kontraktilität reduziert, danach gesteigert (Genesungsszenario). Der Einfluss der Pulsfrequenz auf den IQ wurde untersucht. Der IQ wurde in klinischen Datenbanken sowohl mit der Pumpenflusspulsatilität (QP2P) als auch mit dem Pulsatilitätsindex (definiert als QP2P durch mittleren Pumpenfluss) verglichen. Sowohl in der Computersimulation (n=5) als auch im Tierexperiment (n=7) war der IQ empfindlich gegenüber Änderungen der Kontraktilität des Herzens, ähnlich den anderen beiden klassischen Indizes. In der Simulation wurde der IQ durch Vorlaständerungen nur marginal beeinflusst (7.0% 8.9% bzw. 1.3% 7.1%) Im Tierexperiment, war der IQ unter Kontrollbedingungen 15.3 4.0 s-1; 9.3 3.9as-1, bei reduzierter Kontraktilität 15.9 2.5 s-1 und im Genesungsszenario (dP/dtmax vs. EDV betrug 13.4 4.5, 6.5 3.1a, 13.6 9.1 mmHg&#8729;ml-1&#8729;s-1; PRSW betrug 38.3 12.3, 22.8 11.9a, 54.2 38.6 mmHg; a p < 0.05 bezogen auf die Kontrollgruppe). In allen Patienten (n=13) wurde die Regression dQ/dtmax vs QP2P als linear bestätigt. Im Gegensatz dazu hingen sowohl QP2P als auch der Pulsatilitätsindex von der Pumpgeschwindigkeit ab. Nach Stimulation des sympathischen Nervensystems durch physische Belastung (n=5) zeigte der IQ ein ähnliches Verhalten wie die Herzfrequenz. Der nur vom Pumpenflusssignal abgeleitete IQ Index ist ein zweckmäßiger Parameter für die laufende Überwachung der Herz-Kontraktilität bei Patienten mit Herzuntertützungssystemen.Implantable left ventricular assist devices (LVADs) have been successfully introduced into clinical treatment as a mechanical circulatory support for end stage heart failure patients. LVADs are used to support blood circulation before heart transplants, also until recovery (bridge to recovery, BTR) or even for destination therapy (DT). The assessment of cardiac contractility is important for BTR and heart protection in DT. In the thesis here presented, a novel index (IQ) for the determination of contractility was developed. IQ is defined as the slope of the linear regression between the maximal derivative of the pump flow (dQ/dtmax) and its peak-to-peak value (QP2P). Thus, in order to calculate IQ only pump flow signals are needed. Computer simulations and in vivo models were used to compare IQ with two established contractility indices, the maximal derivative of the left ventricular pressure vs. end-diastolic volume (dP/dtmax vs. EDV) and the preload recruitable stroke work (stroke work vs. end-diastolic volume; PRSW), at different levels of contractility. In the computer simulations, also the effect of preload and afterload was tested. In the sheep experiments, IQ was examined under control condition and after pharmacological intervention: the contractility was first reduced and then increased (recovery scenario). The influence of heart rate on IQ was also investigated. In addition, using clinical data, IQ was compared with QP2P and with the pulsatility index (PI is defined as QP2P divided by mean flow). Both in the computer simulations (n = 5) and in the animal experiments (n = 7), IQ was found to be sensitive to contractility changes in a manner similar to the other two indices. Changes in preload or afterload only marginally influenced IQ (7.0% 8.9% and 1.3% 7.1%, respectively) in the computer model. In the animal experiments, IQ was found to be 15.3 4.0 s-1 at control, 9.3 3.9a s-1 at reduced contractility and 15.9 2.5 s-1 at the recovery scenario (dP/dtmax vs. EDV was 13.4 4.5, 6.5 3.1a, 13.6 9.1 mmHg&#8729;ml-1&#8729;s-1; PRSW was 38.3 12.3, 22.8 11.9a, 54.2 38.6 mmHg; a p < 0.05 with respect to control). In 13 patients, the regression of dQ/dtmax vs. QP2P was confirmed to be linear whereas QP2P and PI depended on the pump speed. After sympathetic nervous system stimulation induced by physical exercise (n= 5), IQ followed a similar trend as the changes in heart rate. In conclusion, the IQ index, which can be derived from pump flow data only, proved to be a practical parameter for continuous monitoring of cardiac contractility in rotary blood pump recipients.submitted by Phorphop NaiyanetrAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersZsfassung in dt. SpracheWien, Med. Univ., Diss., 2010OeBB(VLID)171397