Valutazione passiva delle prestazioni e validazione di una pompa a girante viscosa per il supporto circolatorio della fontana sottopolmonare

Jun 30, 2023

Scientific Reports volume 13, numero articolo: 12668 (2023) Citare questo articolo

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I pazienti con difetti del ventricolo singolo sottoposti alla procedura di Fontan alla fine vanno incontro all'insufficienza di Fontan. I dispositivi di assistenza cavopolmonare a lungo termine che utilizzano tecnologie di pompa rotativa sono attualmente in fase di sviluppo come fonte di energia subpolmonare per prevenire e trattare l'insufficienza di Fontan. Una bassa resistenza idraulica è un requisito fondamentale di sicurezza in caso di guasto della pompa (0 giri/min), poiché una modesta caduta di pressione cavopolmonare di 2 mmHg può compromettere l'emodinamica del paziente. L'obiettivo di questo studio è quindi valutare le prestazioni passive di una pompa a girante viscosa (VIP) che stiamo sviluppando per i pazienti Fontan e convalidare le simulazioni di flusso rispetto ai dati in vitro. Sono stati testati due diverse altezze della lama (1,09 mm vs 1,62 mm) e un modello di alloggiamento vuoto utilizzando un finto circuito circolatorio (MCL) con gittata cardiaca compresa tra 3 e 11 L/min. Sono state eseguite simulazioni di flusso tridimensionale e confrontate con i dati MCL. I risultati in silico e MCL hanno dimostrato una caduta di pressione di < 2 mmHg a una gittata cardiaca di 7 L/min per entrambe le altezze della lama. C'era un buon accordo tra la simulazione e i risultati del MCL per la perdita di pressione (differenza media -0,23 mmHg 95% CI [0,24-0,71]). Rispetto al modello con alloggiamento vuoto, l’area di sollecitazione di taglio delle pareti basse e l’indice di taglio oscillatorio sulla superficie della pompa erano bassi e i tempi medi di lavaggio erano entro 2 s. Questo studio ha dimostrato la caratteristica di bassa resistenza degli attuali design VIP nella condizione di fallimento che si traduce in una perdita di pressione minima clinicamente accettabile senza un aumento del tempo di lavaggio rispetto a un modello con alloggiamento vuoto con gittata cardiaca normale nei pazienti Fontan.

La procedura Fontan è la terza e ultima fase della tipica sequenza chirurgica palliativa per i bambini nati con difetti cardiaci del ventricolo singolo. Nella procedura Fontan, la vena cava inferiore (IVC) viene indirizzata all'arteria polmonare (PA) tramite un innesto extracardiaco di politetrafluoroetilene espanso (ePTFE) o un deflettore del tunnel laterale intraatriale. Il ritorno venoso sistemico viene completamente deviato all'AP formando una connessione cavopolmonare totale (TCPC) dopo il completamento del Fontan. Nonostante la notevole riduzione della mortalità prematura in seguito alla procedura Fontan, la morbilità e la mortalità a lungo termine rimangono una preoccupazione. Ciò è dovuto principalmente alle inefficienze inerenti ad una circolazione Fontan univentricolare, che manca di un ventricolo subpolmonare funzionale e quindi si traduce in un flusso non pulsatile e non potenziato dall'energia verso i polmoni. Studi recenti hanno dimostrato che l'insufficienza di Fontan e le complicanze tardive sono responsabili di 30 decessi su 40, con un'assenza di complicanze tardive di Fontan solo del 53% e del 31% rispettivamente a 5 e 20 anni1. La sopravvivenza complessiva a 30 anni dopo la riparazione di Fontan è solo del 43% per una coorte di 1.052 pazienti in un unico centro2.

La fisiologia di Fontan produce una saturazione di ossigeno quasi normale a scapito di un'elevata pressione venosa sistemica, di una relativa ipotensione arteriosa polmonare e di una ridotta gittata cardiaca rispetto a una normale fisiologia biventricolare; questi fattori costituiscono la base del cosiddetto “paradosso Fontan”. L'aumento cronico e progressivo della pressione venosa sistemica, dei disturbi epatici, intestinali e linfatici, la gittata cardiaca subnormale e l'elevata pressione di incuneamento dei capillari polmonari e le resistenze vascolari sistemiche contribuiscono tutti alla costellazione sindromica della malattia associata a Fontan3. È interessante notare, tuttavia, che in un'ampia porzione di pazienti con deficit fisiologico di Fontan, la funzione sistolica ventricolare rimane preservata4. Ciò suggerisce che l'insufficienza di Fontan non è secondaria all'insufficienza della pompa primaria, ma è piuttosto secondaria alla deprivazione cronica del precarico che è stata ipotizzata portare al rimodellamento ventricolare patologico e alla disfunzione diastolica che contribuiscono alla progressione dell'insufficienza tardiva di Fontan3,5. In altre parole, il fallimento di Fontan non è un fallimento del singolo ventricolo di per sé, ma è piuttosto un fallimento nel riempire il ventricolo. Detto questo, abbiamo ipotizzato che il “paradosso di Fontan” possa essere invertito aggiungendo un dispositivo meccanico di assistenza cavopolmonare in grado di creare un aumento della pressione subpolmonare di 5–7 mmHg dalla vena cava alle PA in modo che la pressione venosa sistemica possa essere ridotto senza ridurre il flusso polmonare e il precarico ventricolare sistemico per emulare una normale circolazione biventricolare. Ad esempio, nei pazienti Fontan, una condizione desiderabile per un aumento di 7 mmHg della prevalenza causata dalla pompa potrebbe portare ad una riduzione di 2–3 mmHg sul lato cavale e ad un aumento di 4–5 mmHg sul lato PA, presupponendo che il la pressione della vena cava è uguale alla pressione PA prima del supporto VIP.6,7,8.