Abstract Introduction A ventricular assist device (VAD) is an electromechanical pump used to treat heart failures. For designing the physiological control system for a VAD, one needs a mathematical model and its related parameters. This paper presents a characterization procedure for determining the model parameter values of the electrical, mechanical, and hydraulic subsystems of a pediatric Rotary Blood Pump (pRBP). Methods An in vitro test setup consisting of a pRBP prototype, a motor driver module, an acrylic reservoir, mechanical resistance and tubings, pressure and fluid flow sensors, and data acquisition, processing, and visualization system. The proposed procedure requires a set of experimental tests, and a parameter estimation algorithm for determining the model parameters values. Results The operating limits of the pRBP were identified from the steady-state data. The relationship between the pressure head, flow rate, and the rotational speed of the pRBP was found from the static tests. For the electrical and mechanical subsystems, the dc motor model has a viscous friction coefficient that varies nonlinearly with the flow. For the hydraulic subsystem, the pressure head is assumed to be a sum of terms related to the resistance, the inertance, the friction coefficient, and the pump speed. Conclusion The proposed methodology was successfully applied to the characterization of the pRBP. The combined use of static and dynamic tests provided a precise lumped parameter model for representing the pRBP dynamics. The agreement, regarding mean squared deviation, between experimental and simulated results demonstrates the correctness and feasibility of the characterization procedure.

OBJETIVO: Para melhorar as propriedades mecânicas e imunogênicas, o glutaraldeído é utilizado no tratamento do pericárdio bovino que é utilizado em biopróteses. A liofilização do pericárdio bovino tratado com glutaraldeído diminui os radicais aldeído, com provável redução do potencial para calcificação. O objetivo deste estudo é avaliar os efeitos da liofilização em biopróteses valvares de pericárdio bovino como mecanismo protetor na diminuição da disfunção estrutural valvar. MÉTODOS: Foi realizado o implante de biopróteses de pericárdio bovino tratado com glutaraldeído, liofilizadas ou não, em carneiros de 6 meses de idade, sendo os animais eutanasiados com 3 meses de seguimento. As biopróteses foram implantadas em posição pulmonar, com auxílio de circulação extracorpórea. Um grupo controle e outro grupo liofilizado foram avaliados quanto ao gradiente ventrículo direito/artéria pulmonar (VD/AP) no implante e explante; análise quantitativa de cálcio; inflamação; trombose e pannus. O nível de significância estabelecido foi de 5%. RESULTADOS: O gradiente médio VD/AP, no grupo controle, no implante, foi 2,04 ± 1,56 mmHg e, no grupo de liofilização, foi 6,61 ± 4,03 mmHg. No explante, esse gradiente aumentou para 7,71 ± 3,92 mmHg e 8,24 ± 6,2 mmHg, respectivamente, nos grupos controle e liofilização. O teor de cálcio médio, após 3 meses, nas biopróteses do grupo controle foi 21,6 ± 39,12 µg Ca+2/mg de peso seco, em comparação com um teor médio de 41,19 ± 46,85 µg Ca+2/mg de peso seco no grupo liofilizado (P = 0,662). CONCLUSÃO: A liofilização de próteses valvares com pericárdio bovino tratado com glutaraldeído não demonstrou diminuição da calcificação neste experimento.

OBJECTIVE: Glutaraldehyde is currently used in bovine pericardium bioprosthesis to improve mechanical and immunogenic properties. Lyophilization is a process that may decrease aldehyde residues in the glutaraldehyde treated pericardium decreasing cytotoxicity and enhancing resistance to calcification. The aim of this study is to evaluate bioprosthetic heart valves calcification in adolescent sheep and to study the potential of lyophilization as a mechanism to protect calcification. METHODS: Two groups were evaluated: a control group in which a bovine pericardium prosthetic valve was implanted in pulmonary position and a lyophilized group in which the bovine pericardium prosthetic valve was lyophilized and further implanted. Sixteen sheeps 6 months old were submitted to the operation procedure. After 3 months the sheeps were euthanized under full anesthesia. RESULTS: Six animals of the control group reached 95.16 ± 3.55 days and six animals in the lyophilized group reached 91.66 ± 0.81 days of postoperative evolution. Two animals had endocarditis. Right ventricle/pulmonary artery (RV/PA) mean gradient, in the control group, at the implantation was 2.04 ± 1.56 mmHg, in the lyophilization group, the RV/PA mean gradient, at the implantation was 6.61 ± 4.03 mmHg. At the explantation it increased to 7.71 ± 3.92 mmHg and 8.24 ± 6.25 mmHg, respectively, in control and lyophilization group. The average calcium content, after 3 months, in the control group was 21.6 ± 39.12 µg Ca+2/mg dry weight, compared with an average content of 41.19 ± 46.85 µg Ca+2/mg dry weight in the lyophilization group (P=0.662). CONCLUSION: Freeze drying of the bovine pericardium prosthesis in the pulmonary position could not demonstrate calcification mitigation over a 3 month period although decreased inflammatory infiltration over the tissue.

OBJETIVO: Este estudo avaliou o desempenho hemodinâmico e as alterações miocárdicas decorrentes do emprego de dispositivos de assistência ventricular esquerda (DAVE), associado ou não à descompressão do ventrículo direito por meio de derivação cavo-pulmonar, sendo esses achados comparados ao emprego de assistência circulatória biventricular. MÉTODOS: Vinte e um suínos foram submetidos à indução de insuficiência cardíaca através de fibrilação ventricular, sendo a atividade circulatória mantida por DAVE durante 180 minutos. No grupo controle, foi apenas implantado o DAVE. No grupo derivação, além do DAVE foi realizada cirurgia de derivação cavo-pulmonar. No grupo biventricular, foi instituída assistência biventricular. Foram monitoradas as pressões intracavitárias por 3 horas de assistência e amostras do endocárdio dos dois ventrículos foram coletadas e analisadas à microscopia óptica e eletrônica. RESULTADOS: O lactato sérico foi significativamente menor no grupo biventricular (P=0,014). A diferença observada entre o fluxo do DAVE nos grupos derivação e controle (+55±14 ml/kg/min, P=0,072) não foi significativa, enquanto que o fluxo no grupo biventricular foi significativamente maior (+93±17 ml/kg/min, P=0,012) e se manteve estável durante o experimento. A pressão arterial média (PAM) se manteve constante apenas no grupo biventricular (P<0,001), que também apresentou diminuição significativa das pressões em câmaras direitas. Na análise ultraestrutural, notou-se menor presença edema miocárdico no ventrículo direito no grupo biventricular (P=0,017). CONCLUSÃO: Os resultados apresentados demonstram que o desempenho hemodinâmico da assistência ventricular esquerda associada à derivação cavo-pulmonar, neste modelo experimental, não foi superior ao observado com a assistência de ventrículo esquerdo isolada e não substituiu a assistência biventricular de maneira efetiva.

OBJECTIVE: Right ventricular (RV) failure during left ventricular assist device (LVAD) support can result in severe hemodynamic compromise with high mortality. This study investigated the acute effects of cavo-pulmonary anastomosis on LVAD performance and RV myocardial compromise in comparison with biventricular circulatory support, in a model of biventricular failure. METHODS: LVAD support was performed by centrifugal pump in 21 pigs with severe biventricular failure obtained by FV induction. Animals were randomized to be submitted to cavo-pulmonary anastomosis, to biventricular circulatory support or to control group. They were maintained under circulatory support and hemodynamic monitoring for 3h. Venous lactate and cytokines serum levels were also obtained. Endocardium samples were analyzed by electronic microscopy. RESULTS: FV maintenance was responsible for acute LVAD impairment after 180 min in the control group. cavo-pulmonary anastomosis resulted in non-significant improvement of LVAD pump flow in relation to control group (+55±14 ml/kg/min, P=0.072), while animals under biventricular support maintained higher LVAD flow (+93±17 ml/kg/min, P=0.012). Mean arterial pressure remained constant only in biventricular group (P<0.001), which also presented decrease of right atrial and ventricular pressures. Similar increases in lactate and cytokines levels were observed in the three groups. Ultra-structural analysis documented low levels of myocardial swelling in the biventricular group (P=0.017). CONCLUSION: The concomitant use of cavo-pulmonary anastomosis during LVAD support in a pig model of severe biventricular failure resulted in non-significant improvement of hemodynamic performance and it did not effectively replace the use of biventricular support.

OBJETIVOS: A necessidade de substituição da valva, aorta ascendente e reimplante coronariano em pacientes onde a anticoagulação é indesejável, é crescente. Avaliamos em animais o comportamento hemodinâmico de um conduto valvado aórtico feito com pericárdio bovino tratado pelo glutaraldeído (CVAP). MÉTODOS: Para isto, implantamos CVAPs em oito ovinos e os explantamos após 150 dias de pós-operatório. Realizouse estudo angiográfico e hemodinâmico no pré-operatório e antes do explante. EcoDopplercardiogramas foram realizados nos dias 30 e 150 de pós-operatório (teste) e também em cinco ovinos não operados. Após explantados, submetemos os CVAPs à avaliação macroscópica, radiológica e histológica por microscopia óptica. RESULTADOS: Na análise hemodinâmica, as pressões arterial e capilar pulmonar aumentaram (P<0,05) entre os dias 0 e 150. Na análise ecoDopplercardiográfica, o grupo teste apresentou incremento dos diâmetros diastólicos e sistólicos do ventrículo esquerdo (P<0,05). O grupo teste entre os dias 30 e 150 aumentou: peso, espessura das paredes do ventrículo esquerdo, gradiente transvalvar máximo, gradiente transvalvar médio, diâmetro diastólico do ventrículo esquerdo e decréscimo da fração de ejeção (P<0,05). Dois animais com endocardite explicam essas diferenças, tal como demonstrado na análise estatística realizada sem a presença desses animais. A macroscopia demonstrou calcificação de grau variável. A microscopia óptica demonstrou similaridade com a literatura quanto ao uso do pericárdio bovino tratado pelo glutaraldeído. CONCLUSÕES: Estes dados indicam que o CVAP permite a realização desse tipo de experimento no modelo proposto e que os resultados hemodinâmicos encontrados se assemelham aos parâmetros fisiológicos.

OBJECTIVE: The necessity for replacement of the valve, ascending aorta and aortic with coronary reimplantation in patients where anti-coagulation is undesirable, is increasing. We evaluated the hemodynamic performance of an aortic valved conduit made with glutaraldehyde treated bovine pericardium (AVCP) in animals. METHODS: Therefore, AVCPs were implanted in eight young ovine and explanted after 150 days. Angiographic and hemodynamic study was performed at pre-operative and prior the explant. EchoDopplercardiograms were performed at day 30 and 150 of post-operative (test) and also in five nonoperated ovines. After explanted, AVCPs were submitted to a macroscopical, radiological and histological evaluation by optic microscopy. RESULTS: In the hemodynamic analysis the arterial and pulmonary capillary pressure increased (P<0.05) between day 0 and 150. In the echoDoppercardiographic analysis, the test group presented higher values in the diastolic and systolic diameters of the left ventricle (P<0.05). In the test group, between day 30 and 150, occurred an increase of weight, thickness of the left ventricle walls, maximum transvalvar gradient, medium transvalvar gradient, left ventricle diastolic diameter and a decrease in the ejection function (P<0.05). Two animals with endocarditis explain those differences, how we can see with the statistycal analysis without this sample. Macroscopy showed calcification in variable degrees. Optic microscopy revealed data similar to literature with the use of glutaraldehyde treated bovine pericadium. CONCLUSIONS: These data indicate that the AVCPs allows the performance of this kind of experiment in the proposed model and that the hemodynamic outcomes found are similar to physiological parameters.