University of Oulu

Minimized cardiopulmonary bypass in extracorporeal circulation : a clinical and experimental comparison with conventional techniques

Saved in:
Author: Rimpiläinen, Riikka1,2
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Medicine, Institute of Clinical Medicine, Department of Anaesthesiology
2University of Oulu, Faculty of Medicine, Institute of Clinical Medicine, Department of Surgery
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 1.7 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789514294310
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2011
Publish Date: 2011-05-17
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Faculty of Medicine of the University of Oulu for public defence in Auditorium 7 of Oulu University Hospital, on 27 May2011, at 12 noon
Tutor: Professor Tero Alakokko
Professor Tatu Juvonen
Reviewer: Docent Mika Valtonen
Docent Kari Kuttila
Description:

Abstract

Cardiac surgery with cardiopulmonary bypass (CPB) results in hemodilution, systemic inflammatory response, activation of coagulation and fibrinolysis, and microembolisation, which may all contribute to postoperative organ dysfunction. As an attempt to attenuate these side effects, the use of minimized cardiopulmonary bypass (MCPB) systems has increased. Compared to conventional CPB (CCPB), they are characterized with reduced artificial surface area and blood-air interface. The goal of these alterations has been to reduce systemic inflammation, preserve coagulation function and minimize the need for blood tranfusions.

This study was aimed at determining whether or not MCPB attenuates the adverse effects of CPB. In study I, the safety, feasibility and effect on transfusion requirements of MCPB was investigated in unselected coronary artery bypass surgery (CABG) patients. In studies II and III, the incidence of retinal microembolism after CABG and aortic valve replacement (AVR) surgery with MCPB was compared to that of CCPB by means of fluorescein angiography. Furthermore, in studies II and III, the effect of MCPB on systemic inflammation, coagulation, endothelial activation and injury, as well as on platelet activity, was compared to those of CCPB. In study IV, the effect of MCPB on intestinal mucosal damage following CPB was compared to CCPB in a porcine model of prolonged CPB.

MCPB appeared as safe and feasible as CCPB in unselected CABG patients (Study I). MCPB was associated with decreased retinal microembolism compared to CCPB in CABG patients (Study II). Conversely, the difference in retinal microembolism in AVR patients was not statistically significant (Study III). MCPB was associated with a decrease in neutrophil activation in CABG and AVR patients as compared to CCPB. However, there were no differences in coagulation, endothelial activation and injury, or in platelet activity (Studies II, III). There were no differences in markers of intestinal mucosal damage between MCPB and CCPB following prolonged CPB in the experimental model (Study IV).

The results of this study suggest that MCPB may be used safely with CABG patients, with beneficial effects on hematocrit, and attenuated neutrophil activation. In CABG patients, MCPB is associated with reduced retinal microembolism, suggesting a decreased embolic load to the brain. The clinical feasibility of MCBP requires further technical evolution in the management of valve surgery. The results of the animal model support previous concerns regarding intestinal mucosal damage during CPB.

see all

Tiivistelmä

Sydänkeuhkokoneen käyttö aiheuttaa elimistössä hemodiluution, yleistyneen tulehdusvasteen ja hyytymisjärjestelmän aktivoitumisen sekä mikroembolisaatiota. Ilmiöt ovat yleensä lieviä ja ohimeneviä, mutta voivat johtaa elintoimintahäiriöihin ja pitkittyneeseen toipumiseen sydänleikkauksen jälkeen. Haittojen lievittämiseksi sydänkeuhkokonetta on pyritty kehittämään fysiologisemmaksi. Miniperfuusiolaitteistoissa kiertävän veren kontakti pintamateriaalien ja ilman kanssa jää pienemmäksi ja veren laimenemista tapahtuu vähemmän.

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää voidaanko miniperfuusiolla lievittää sydänkeuhkokoneen haittoja. Ensimmäisessä osatyössä selvitettiin miniperfuusion käyttökelpoisuutta ja vaikutusta verensiirtotarpeeseen ohitusleikkauspotilailla valikoimattomassa aineistossa. Toisessa ja kolmannessa osatyössä selvitettiin silmänpohjan mikroembolioiden ilmaantuvuutta miniperfuusion ja perinteisen sydänkeuhkokoneen käytön jälkeen ohitusleikkauspotilailla ja aorttaläppäleikkauspotilailla. Toisessa ja kolmannessa osatyössä selvitettiin lisäksi miniperfuusion vaikutuksia yleistyneen tulehdusvasteen voimakkuuteen, hyytymisjärjestelmään sekä endoteelin aktivaatioon perinteiseen sydänkeuhkokoneeseen verrattuna. Neljännessä osatyössä verrattiin kokeellisessa mallissa miniperfuusion ja perinteisen sydänkeuhkokoneen vaikutuksia suoliston limakalvon eheyteen.

Miniperfuusio ilmeni yhtä käyttökelpoiseksi kuin perinteinen sydänkeuhkokone ohitusleikkauspotilaiden hoidossa. Ohitusleikkauspotilailla ilmeni vähemmän silmänpohjan mikroembolioita miniperfuusion jälkeen, mutta aorttaläppäleikkauspotilailla ero ei ollut tilastollisesti merkitsevä. Miniperfuusion käyttöön liittyi vähemmän neutrofiilien aktivaatiota. Tekniikoiden välillä ei ilmennyt eroa hyytymisjärjestelmän eikä endoteelin aktivaatiota osoittavissa merkkiaineissa. Sydänkeuhkokoneen käyttö aiheutti saman tasoisen suoliston limakalvon vaurion miniperfuusiolla ja perinteisellä sydänkeuhkokoneella.

Tutkimuksen perusteella miniperfuusiotekniikkaa voidaan käyttää turvallisesti ohitusleikkauspotilaiden hoidossa ja sen käyttö vähentää hemodiluutiota ja neutrofiilien aktivaatiota verrattuna perinteiseen sydänkeuhkokoneeseen. Miniperfuusiolla voidaan vähentää sydänkeuhkokoneen käytön aiheuttamaa silmänpohjan mikroembolisaatiota, joka saattaa viitata vähäisempään aivoverenkierron mikroembolisaatioon. Miniperfuusiotekniikoiden tulee edelleen kehittyä hyödyttämään enemmän myös aorttaläppäleikkauspotilaita. Löydökset koskien sydänkeuhkokoneen aiheuttamia suoliston limakalvovaurioita vahvistavat aiempaa olettamusta suoliston haavoittuvuudesta sydänleikkauksen jälkeen.

see all

Series: Acta Universitatis Ouluensis. D, Medica
ISSN: 0355-3221
ISSN-E: 1796-2234
ISSN-L: 0355-3221
ISBN: 978-951-42-9431-0
ISBN Print: 978-951-42-9430-3
Issue: 1099
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.