ABSTRACT Objective: To define a reference chart comparing pressure drop vs. flow generated by a set of arterial cannulae currently utilized in cardiopulmonary bypass conditions in pediatric surgery. Methods: Cannulae from two manufacturers were selected considering their design and outer and inner diameters. Cannula performance was evaluated in terms of pressure drop vs. flow during simulated cardiopulmonary bypass conditions. The experimental circuits consisted of a Jostra HL-20 roller pump, a Quadrox-i pediatric oxygenator (Maquet Cardiopulmonary AG, Rastatt, Germany), and a custom pediatric tubing set. The circuit was primed with lactated Ringer’s solution only (first condition) and with human packed red blood cells added (second condition) to achieve a hematocrit of 30%. Cannula sizes 8 to 16 Fr were inserted into the cardiopulmonary bypass circuit with a “Y” connector. The flow was adjusted in 100 ml/min increments within typical flow ranges for each cannula. Pre-cannula and post-cannula pressures were measured to calculate the pressure drop. Results: Utilizing a pressure drop limit of 100 mmHg, our results suggest a recommended flow limit of 500, 900, 1400, 2600, and 3100 mL/min for Braile arterial cannulae sizes 8, 10, 12, 14, and 16 Fr, respectively. For Medtronic DLP arterial cannulae sizes 8, 10, 12, 14, and 16 Fr, the recommended flow limit is 600, 1100, 1700, 2700, and 3300 mL/min, respectively. Conclusion: This study reinforces discrepancies in pressure drop between cannulae of the same diameter supplied by different manufacturers and the importance of independent translational research to evaluate components’ performance. Objective vs surgery Methods diameters HL20 HL 20 HL-2 pump Quadroxi Quadrox i Maquet AG Rastatt Germany, Germany , Germany) Ringers Ringer s first condition second 30 30% 1 Y “Y connector 10 mlmin ml min cannula Precannula Pre postcannula post Results mmHg 500 900 1400 2600 310 mLmin mL 12 14 respectively 600 1100 1700 2700 330 Conclusion components HL2 2 HL- 3 50 90 140 260 31 60 110 170 270 33 5 9 26 6 11 17 27

Abstract Objective: Hemodilution is a concern in cardiopulmonary bypass (CPB). Using a smaller dual tubing rather than a single larger inner diameter (ID) tubing in the venous limb to decrease prime volume has been a standard practice. The purpose of this study is to evaluate these tubing options. Methods: Four different CPB circuits primed with blood (hematocrit 30%) were investigated. Two setups were used with two circuits for each one. In Setup I, a neonatal oxygenator was connected to dual 3/16" ID venous limbs (Circuit A) or to a single 1/4" ID venous limb (Circuit B); and in Setup II, a pediatric oxygenator was connected to dual 1/4" ID venous limbs (Circuit C) or a single 3/8" ID venous limb (Circuit D). Trials were conducted at arterial flow rates of 500 ml/min up to 1500 ml/min (Setup I) and up to 3000 ml/min (Setup II), at 36°C and 28°C. Results: Circuit B exhibited a higher venous flow rate than Circuit A, and Circuit D exhibited a higher venous flow rate than Circuit C, at both temperatures. Flow resistance was significantly higher in Circuits A and C than in Circuits B (P<0.001) and D (P<0.001), respectively. Conclusion: A single 1/4" venous limb is better than dual 3/16" venous limbs at all flow rates, up to 1500 ml/min. Moreover, a single 3/8" venous limb is better than dual 1/4" venous limbs, up to 3000 ml/min. Our findings strongly suggest a revision of perfusion practice to include single venous limb circuits for CPB.

FUNDAMENTO: O transplante cardíaco enfrenta o grave problema da escassez de doadores. Estima-se que entre 20% e 40% dos pacientes falecem na fila de espera. Para esses pacientes, a utilização de dispositivos de assistência circulatória é, muitas vezes, a única possibilidade de sobrevivência durante a espera do doador. No Brasil, não existe nenhum programa regular de utilização desses dispositivos como ponte para transplante. OBJETIVO: Avaliar o desempenho hemodinâmico e a resposta inflamatória durante a utilização do DAV-InCor como ponte para transplante. MÉTODOS: Entre outubro de 2003 e abril de 2006, 11 pacientes, indicados em caráter de prioridade para o transplante cardíaco, evoluíram em choque cardiogênico refratário. O implante do DAV-InCor foi realizado em sete pacientes. O diagnóstico etiológico foi cardiopatia chagásica em cinco pacientes e cardiomiopatia dilatada idiopática em dois. RESULTADOS: A assistência mecânica ao ventrículo esquerdo foi mantida nos sete pacientes por períodos entre 14 e 42 dias (média 26,2). O desempenho hemodinâmico foi adequado, com a normalização do índice cardíaco, dos níveis de saturação venosa de O2 e do lactato. O transplante foi realizado em dois pacientes, os outros cinco faleceram por infecção sistêmica ou falência de múltiplos órgãos. CONCLUSÃO: O desempenho do DAV-Incor, no comportamento hemodinâmico dos pacientes estudados, foi adequado para a manutenção de uma condição circulatória satisfatória durante o período estudado. Houve melhora dos parâmetros de perfusão tecidual e manutenção de sinais de resposta inflamatória sistêmica. Houve alta incidência de complicações; contudo, não foram demonstradas complicações relacionadas ao dispositivo que comprometam a segurança da utilização do mesmo.

BACKGROUND: Cardiac transplantation faces the serious problem of lack of donors and it is estimated that 20 to 40% of the patients die while waiting for heart transplantation. For these patients, the use of mechanical circulatory assist devices is the only choice of survival while waiting for a donor. In Brazil, the experience with mechanical circulatory support is limited and there is no regular program regarding the use of these devices as a bridge to heart transplantation. OBJECTIVE: To evaluate the hemodynamic performance and the systemic inflammatory response during the clinical use of the InCor-type ventricular assist device (VAD-InCor) as a bridge to heart transplantation. METHODS: Between October 2003 and April 2006, 11 patients in the waiting list for heart transplantation presented hemodynamic deterioration due to refractory cardiogenic shock. Seven of these patients were submitted to VAD-InCor implantation for left ventricular assistance. The etiologic diagnosis was Chagas' disease in 5 patients and idiopathic dilated cardiomyopathy in 2. RESULTS: The duration of left ventricular assistance ranged from 14 to 42 days (mean 26.2 days). During this period, the hemodynamic performance of the DAV-InCor was adequate to support a normal hemodynamic state. There was normalization of central venous oxygen saturation and serum lactate. Two patients were submitted to heart transplantation, while the other 5 patients died under assistance due to infection and multiple organ failure. CONCLUSION: The performance of the VAD-InCor, in the hemodynamic behavior of the studied patients, was adequate for the maintenance of a satisfactory circulatory state during the studied period. There was improvement in the tissue perfusion parameters and maintenance of systemic inflammatory response signs. There was a high incidence of complications; however, complications related to the device, which could compromise the safety of its use, were not demonstrated.

MATERIAL E MÉTODOS: Foi testado em 30 cães um circuito capaz de promover circulação extracorpórea (CEC) com oxigenação autógena (OA) do sangue, usando apenas uma bomba centrífuga. Esta montagem dispensou bombeamento para o lado direito: o gradiente de pressão bastante para vencer a resistência arterial pulmonar foi vencido aumentando-se a pressão nas artérias pulmonares pela expansão da volemia e diminuindo-se a pressão do átrio esquerdo pela drenagem dessa câmara mediante um sifão. O coração foi mantido em ritmo de fibrilação ventricular durante o período de perfusão e ao seu término, o ritmo próprio foi recuperado mediante cardioversão elétrica. RESULTADOS: Este circuito permitiu a manutenção de parâmetros hemodinâmicos e gases sangüíneos adequados durante a perfusão. O campo operatório e a mobilidade do coração foram similares aos proporcionados pela CEC convencional. CONCLUSÃO: Concluímos que o uso de bomba centrífuga única simplifica a OA, podendo tornar-se uma escolha prática nos procedimentos de revascularização do miocárdio.

It was tested in 30 dogs a circuit capable to allow extracorporeal circulation (ECC) with autogenous oxygenation (AO) of the blood employing an only centrifugal pump. With this assembly is unnecessary a pump to the right side: the gradient of transpulmonary pressure was obtained by increasing the pulmonary artery pressure by volemic expansion and decreasing the left atrial pressure by draining this camera by means of a siphon. The heart was electrically fibrillated in the beginning of the bypass and defibrillated in the end. This circuit allowed the maintenance of normal hemodynamic parameters and normal blood gases level during ECC. The operative field and the mobility of the heart were similar to those provided by conventional CEC. We concluded that the use of an only centrifugal pump simplifies ECC with AO, turning it a practical choice for the procedures of myocardial revascularization.

FUNDAMENTO: A assistência circulatória mecânica é uma opção terapêutica em casos de choque cardiogênio refratário ao tratamento farmacológico, sendo freqüentemente utilizada como ponte para o transplante cardíaco. OBJETIVO: Avaliar o desempenho do Dispositivo de Assistência Ventricular (DAV) desenvolvido pela Bioengenharia do Instituto do Coração, quando implantado com substituto do coração esquerdo. CASUÍSTICA E MÉTODOS: Foram estudados 10 bezerros da raça Girolando com peso médio de 73 kg. O implante DAV-InCor foi realizado com a cânula de drenagem posicionada no átrio esquerdo (AE) ou na ponta do ventrículo esquerdo (VE) e a cânula de reposição implantada na aorta torácica descendente. As pressões do coração direito e esquerdo, débito cardíaco e o fluxo do DAV foram determinados antes e após a indução farmacológica de insuficiência miocárdica, na vigência de diferentes níveis de vácuo do sistema de drenagem. RESULTADOS: Com a drenagem no AE, os valores do fluxo do DAV foram de 2,2 ± 0,5 l/min na condição sem vácuo, 3,7 ± 0,4 l/min com vácuo de 10 mmHg, de 4,3 ± 0,4 com vácuo de 20 mmHg e de 4,8 ± 0,6 com vácuo de 30 mmHg. Os valores da pressão de AE foram de 11,7 ± 6; 9,8 ± 5,3, 8,5 ± 4,4 e 5,6 ± 3,3 mmHg nas mesmas condições, respectivamente. Com a cânula ventricular, o fluxo DAV foi de 4,2 ± 0,6 na condição sem vácuo e de 4,4 ± 0,7 com vácuo de 10 mmHg, sendo observados valores de pressão de AE de 11,1 ± 2 e 10,3 ± 3,5 mmHg nas duas condições. Esses resultados foram observados em condições hemodinâmicas semelhantes, sendo o fluxo do DAV responsável por um porcentual maior do débito cardíaco total conforme o nível de vácuo. Esse porcentual foi de 86 ± 13% com a cânula atrial e vácuo de 30 mmHg e de 97 ± 3% com a drenagem ventricular e vácuo de 10 mmHg. CONCLUSÕES: O DAV-InCor mostrou-se eficiente como substituto do ventrículo esquerdo. O desempenho deste dispositivo foi melhor quanto maior o nível de vácuo no sistema de drenagem e com a utilização de cânula ventricular.

BACKGROUND: The mechanical circulatory assistance is a therapeutic option in cases of cardiogenic shock refractory to the pharmacological treatment, and is frequently used as a bridge for heart transplantation. OBJECTIVE: To evaluate the action of the Ventricular Assist Device (VAD) developed by the Bioengineering Division of the Instituto do Coração, implanted as a substitute of the left heart. PATIENTS AND METHODS: Ten Girolando calves with medium weight of 73 kg were studied. The VAD-InCor implant was accomplished with the drainage cannula positioned in the left atrium (LA) or in the apex of the left ventricle and the replacement cannula implanted in the descending thoracic aorta. The pressures of the right and left heart, cardiac output and the flow of VAD were determined before and after the pharmacological induction of myocardial failure, at different levels of vacuum of the drainage system. RESULTS: Values of the flow of VAD with the drainage in LA were of 2.2 ± 0.5 l/min without vacuum, of 3.7 ± 0.4 with vacuum of 10 mmHg, of 4.3 ± 0.4 with vacuum of 20 mmHg and of 4.8 ± 0.6 with vacuum of 30 mmHg. The values of the pressure of LA were: 11.7 ± 6; 9.8 ± 5.3; 8.5 ± 4.4 and 5.6 ± 3.3 mmHg under the same conditions, respectively. With the ventricular cannula, the VAD flow was 4.2 ± 0.6 without vacuum and of 4.4 ± 0.7 with vacuum of 10 mmHg, with of LA pressure of 11.1 ± 2 and 10.3 ± 3.5 mmHg in the two conditions. Those results were observed in similar hemodynamic conditions, with the VAD flow responsible for a greater percentile of the total cardiac output according to the level of vacuum. That percentile was of 86 ± 13% with the atrial cannula and vacuum of 30 mmHg and of 97 ± 3% with the ventricular drainage and vacuum of 10 mmHg. CONCLUSIONS: The VAD-InCor demonstrated its effectiveness as a substitute of the left heart. The performance of this device was proportional to the level of vacuum of the drainage system and was better with the ventricular cannula.

A cardiomioplastia é uma técnica que utiliza enxertos musculares esqueléticos, estimulados síncronamente ao coração, para substituir, ou envolver o miocárdio. O objetivo deste trabalho foi analisar as características contrateis e a resistência à fadiga do músculo grande dorsal normal e estimulado cronicamente, bem como avaliar a eficiência da cardiomioplastia como método de suporte circulatório. Treze cães foram estudados, após condicionamento elétrico do músculo grande dorsal esquerdo, por período de 6 semanas. Sete deles foram submetidos a medida isométrica da força exercida pelos músculos condicionados e pelos controles contralaterais e a estudo morfológico. Os parâmetros ideais de estimulação foram semelhantes para os músculos normais e os condicionados. Os músculos condicionados, constituídos, predominantemente, de fibras de ação lenta, apresentaram uma força de amplitude menor (-27%) e um tempo de contração mais longo (+32%). Por outro lado, as curvas de fadiga dos músculos normais, constituídos de fibras mistas, mostraram a queda inicial da força de contração e valores estáveis, após 30 minutos, inversamente proporcionais à freqüência das contrações, resultando em um mesmo índice tensão-tempo (18 ± 2 kgF. seg/min). Já os músculos condicionados apresentaram um desempenho estável nas mesmas freqüências, mantendo um índice tensão-tempo elevado (68 ± 6 kgF. reg/min). Os outros 6 animais foram submetidos a cardiomioplastia, sendo estudados hemodinâmica e ecocardiograficamente, após a indução de disfunção miocárdica. Com a estimulação síncrona do músculo esquelético, observou-se a elevação do índice cardíaco em 36 ± 4% (p<0,01), associada a queda da pressão capilar pulmonar. O aumento da fração de ejeção foi documentado (51 ± 3%), inclusive quando o enxerto foi colocado apenas sobre o ventrículo esquerdo (p < 0,01). Em conclusão: 1) os músculos esqueléticos são capazes de manter atividade semelhante ao trabalho cardíaco, com um desempenho que depende de sua capacidade aeróbica; 2) a estimulação crônica leva à transformação adaptativa das fibras musculares, aumentando a sua capacidade de trabalho aeróbico; 3) a cardiomioplastia pode ser um método alternativo, no tratamento da insuficiência miocárdica, mesmo quando é possível apenas o envolvimento parcial do coração pelo enxerto.

Beneficial effects of cardiomyoplasty have been documented and the use of this technique in the treatment of dilated cardiomyopathy have been suggested. This study was undertaken to evaluate the contracting and fatigue characteristics of normal and conditioned Latissimus Dorsi and the effectiveness of stimulated preconditioned skeletal muscle flaps wrapped around the heart to restore ventricular contractility in presence of myocardial dysfunction. Thirteen adult mongrel dogs were studied after burst stimulation of left Latissimus Dosi for six to eight weeks. In seven animals, conditioned muscles were compared with unconditioned contralateral controls by isometric force development. Normal and transformed muscles exhibited the same optimum pacing parameters (burst frequencies from 5o Hz up, train duration from 150 ms up). Conditioned muscles showed a smaller force (-27%) and a longer contraction time (+32%). Fatigue curves of unconditioned muscles under different duty cycles showed marked initial decrease and inversely proportional stable values of force after some minutes with equal final tension time indexes (18 ± 2 KgF. seg/min). Conditioned Latissimus Dorsi maintained stable force during prolonged stimulation under same conditions with a greater tension time index (68 ± 6 KgF. seg/min). The other six animals were submited to cardiomyoplasty; hemodynamic and echocardiographic evaluation were performed after induction of myocardial dysfunction by betablockers administration and volume loading. With synchronous pulse train stimulation increases of cardiac index by an average of 36 ± 4% (p<0.01) were observed, associated with a decrease of pulmonary wedge pressure. Ejection fraction augmentation of 51 ± 3% above the control was also documented in same conditions (p<0.01), even when muscle flap was wrapped only around the left ventricle. In conclusion, this study reveals that skeletal muscles are capable to maintain steady-state work similarly to the myocardium with a power dependent of their aerobic capacity. It also suggests the occurrency of muscle adaptive transformation, increasing its steady-state work capacity, with chronic pulse train stimulation. In addition, cardiomyoplasty may be an alternative method of treatment for irreversible cardiomyopathy, including when muscle flap may wrapp only partially the heart.