Développement d’un modèle expérimental porcin d’autorétroperfusion myocardique à coeur battant : évaluation des réponses hémodynamiques et cardiaques avant et après occlusion de l’artère interventriculaire antérieure : potentialités d’applications cliniques

Development of a porcine beating-heart model of self-myocardial retroperfusion : evaluation of hemodynamic and cardiac responses to ischemia and clinical applications

• Auteur / Autrice : Daniel Grandmougin
• Direction : Juan Pablo Maureira, Nguyen Tran
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 01/06/2018
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale BioSE - Biologie, Santé, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Défaillance cardiovasculaire aigüe et chronique (Vandoeuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Elisabeth Cornu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : André Vincentelli
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Elisabeth Cornu, André Vincentelli

Mots clés

Mots clés contrôlés

Perfusion

Ischémie myocardique silencieuse

Circulation coronaire

Coeur -- Chirurgie

Chirurgie expérimentale

Mots clés libres

Autorétroperfusion myocardique (SMR)

Ischémie myocardique

Sinus coronaire

Veine azygos gauche

Grande veine coronaire

Cathéter de conductance

Self-myocardial retroperfusion (SMR)

Myocardial ischemia

Coronary sinus

Left azygos vein

Great cardiac vein

Conductance catheter

Résumé

Partie I : Objectifs. Ce travail propose une étude anatomique du coeur de porc afin d’élaborer des recommandations pour la réalisation d’une chirurgie cardiaque expérimentale. Matériels et méthodes. 16 porcs ont été étudiés. Le réseau coronaire artériel a été étudié chirurgicalement (n=13) et angiographiquement (n=10). Le réseau veineux coronaire a été analysé par dissections anatomiques (n=13) et injections rétrogrades de bleu de méthylène via le sinus coronaire (n=8). Résultats. Le positionnement intrapéricardique spécifique du coeur de porc, limite l’accès à l’aorte ascendante et à l’oreillette droite et nécessite des précautions particulières pour la réalisation d’une sternotomie et d’une canulation de l’aorte ascendante avec cardioplégie antérograde par la racine de l’aorte. Le réseau coronaire artériel est comparable au réseau humain (réseau droit dominant: 70%). Le sinus coronaire reçoit 4 afférences contre 3 chez l’homme. L’étude de la distribution de surface du réseau veineux nécessite la ligature préalable de la veine azygos gauche et confirme une asymétrie de perfusion au détriment du VD. La paroi antérieure du VD étant drainée par des petites veines cardiaques indépendantes du sinus coronaire. Conclusions. La connaissance des spécificités anatomiques cardiaques du porc a permis d’établir des recommandations pour la réalisation du modèle d’autorétroperfusion myocardique et plus largement de procédures chirurgicales cardiaques expérimentales sécurisées. Partie II : Objectifs. La perfusion rétrograde dans le sinus coronaire est utilisée pour la diffusion d’une solution de cardioplégie. Nous avons développé un modèle porcin d’autorétroperfusion myocardique à coeur battant (SMR) utilisant le réseau veineux coronaire pour assurer l’oxygénation du myocarde ventriculaire gauche. Ce modèle nous a permis d’évaluer les réponses hémodynamiques et cardiaques induites par SMR avant et après occlusion de l’artère IVA. Matériels et Méthodes. Une dérivation entre l’aorte ascendante et le sinus coronaire a été mise en place pour assurer une perfusion rétrograde sélective de la grande veine coronaire en sang oxygéné (SMR). Un groupe Contrôle (n=6) a permis de collecter des données physiologiques de référence et un groupe SMR (n=6) a été spécifiquement dédié à l’évaluation du concept d’autorétroperfusion myocardique après occlusion de l’artère IVA pendant au moins 240 minutes. Le débit cardiaque (CO), la pression maximale intra-VG (Pmax in-LV), le volume éjecté (SV), la fraction d’éjection ventriculaire gauche (FEVG), la durée diastolique (DD), la fréquence cardiaque (HR) et la pression artérielle systémique ont été monitorés en continu durant la période d’autorétroperfusion au moyen d’un cathéter de conductance type Millar® avant et après occlusion de l’IVA. La qualité de la perfusion systémique périphérique a été évaluée par l’analyse de la microcirculation sublinguale. En fin de procédure, les coeurs étaient prélevés pour une analyse histologique. Résultats. L’évaluation échographique de la FEVG était biaisée par la sternotomie alors que celle réalisée par le cathéter de conductance ne l’était pas. Le débit cardiaque après sternotomie a chuté en moyenne de 7.51% (P < 0.05). L’autorétroperfusion avec artère IVA perméable a généré des effets inotropes positifs, caractérisés par une augmentation du CO, du SV, de la Pmax in-LV et de la FEVG (P <0.0001). Après occlusion de l’IVA, l’autorétroperfusion a assuré, durant 240 minutes, une oxygénation myocardique et une compensation hémodynamique garantissant la préservation de la perfusion périphérique. L’analyse histologique a confirmé l’absence d’infarctus myocardique. Conclusions. L’autorétroperfusion myocardique a confirmé des propriétés inotropes positives et protectrices contre l’ischémie ouvrant des perspectives d’applications intéressantes

Part I: Objectives. This work reports an anatomic study of swine heart in order to produce technical recommendations and achieve successful experimental cardiac surgical procedures. Methods. 16 swines were studied. Coronary artery vessels were surgically (n=13) and angiographically (n=10) assessed. Coronary venous vessels were studied by anatomic dissections (n=13) and retrograde injection of methylene blue through the coronary sinus (n=8). Results. Specific pericardial positioning of swine heart dramatically differs from human heart resulting in a limited access to ascending aorta and right atrium, requiring surgical precautions to perform a safe sternotomy and canulation of ascending aorta with an antegrade cardioplegia. Arterial coronary pattern is similar to that of humans (right dominant supply: 70%). Pig coronary sinus receives 4 main branches vs 3 in human sinus. Preliminary ligation of the left azygos vein is required to visualize the surface distribution of methylene blue within the venous vessels, thereby confirming an optimized perfusion of the left ventricle whereas the right ventricle remains poorly perfused. This asymmetry of perfusion results from a specific venous drainage of the right ventricle through small cardiac veins disconnected from coronary sinus. Conclusions. Anatomic knowledge of swine heart validated surgical guidelines for designing the model of self-myocardial retroperfusion and safely performing experimental cardiac surgical procedures. Part II: Background. Retrograde perfusion into the coronary sinus is used to deliver cardioplegia. We developed an in-vivo porcine beating-heart model of self-myocardial retroperfusion (SMR) using the venous route to supply myocardial oxygenation and sought to assess hemodynamic and cardiac responses triggered by SMR before and after a prolonged occlusion of the LAD.Methods. A bypass-line between the ascending aorta and the coronary sinus was made to perform a selective retrograde perfusion of the great cardiac vein with oxygenated blood (SMR). A Control group (n=6) was assigned to collect baseline data, and an SMR group (n=6) was dedicated to undergo SMR with occlusion of LAD for 240 minutes. Cardiac output (CO), maximal pressure in the LV (Pmax in-LV), stroke volume (SV), left ventricular ejection fraction (LVEF), diastolic durations, heart rate, and arterial systemic pressure were evaluated with conductance catheters for the following periods: basal (before SMR), SMR with patent LAD, and SMR with occluded LAD. In order to assess peripheral perfusion, patterns of sublingual microcirculation were analyzed. At the end of the procedures, the hearts were harvested for histology. Results. Echographic LVEF evaluation was affected by sternotomy, but conductance catheter evaluation was not. Following pericardiotomy, CO decreased by 7.51% (P < 0.05). SMR with patent LAD showed inotropic properties with improvements in CO, SV, Pmax in-LV and LVEF (P < 0.0001). Following LAD occlusion, SMR supplied myocardial oxygenation with hemodynamic compensation and preserved the peripheral perfusion. Histology confirmed no signs of infarct. Conclusions. SMR showed capacities to produce inotropic effects and protect against ischemia, opening interesting potential applications