Hemodynamic Changes Following Experimental Production and Correction of Acute Mitral Regurgitation with an Adjustable Ring Prosthesis

Summary

The hemodynamic effects of acute mitral regurgitation (MR) were investigated using a newly designed adjustable mitral ring prosthesis with remote control mechanism, implanted in mongrel dogs. The prosthesis allows to dilate the mitral annulus from outside the beating heart, and to create reversible MR of any desired degree without injuring the mitral valve apparatus. Dilatation of the mitral annulus by 25% of its circumference led to MR of angiographic grade 3+. Left ventricular systolic pressure (LVSP) dropped by 20%; dp/dt_max of the left ventricle by 16% and forward cardiac output (CO) by 31 %. Left ventricular enddiastolic pressure (LVEDP) rose by 41 %. The amplitude of the v-wave of the left atrium (LA) doubled, and mean LA pressure rose by 33%. If correction was carried out within one hour, then all parameters returned to normal.

Maintaining the same degree of annular dilatation for two hours led to a further marked deterioration of the hemodyamics. LVSP dropped by 40%, dp/dt_max by 32% and CO by 58%. LVEDP rose by 160%. The amplitude of the v-wave of the LA increased by 300% and mean LA pressure doubled. MR, as determined by contrast 2-dimensional echocardiography (2DCE) intraoperatively, further increased in severity during the second hour, though annular size remained unchanged.

In contrast to correction after one hour, correction carried out after two hours led to a slow, and, even after 12 hours, incomplete recovery. Electron microscope studies suggest papillary muscle dysfunction as a major cause of these late and partially irreversible changes.

Zusammenfassung

Die akute Mitralinsuffizienz (MR) führt zu hämodynamischen Veränderungen, die häufig ein rasches operatives Eingreifen erfordern. Die Zusammenhänge zwischen Schwere der Klappeninsuffizienz und hämodynamischen Parametern ist nur unvollständig erforscht worden. Gleiches gilt für Grad und Geschwindigkeit der Erholung nach Insuffizienzkorrektur. Wir haben eine justierbare Ringprothese zur Korrektur der Mitralinsuffizienz entwickelt, mit deren Hilfe der Umfang des Klappenringes am schlagenden Herzen um jeden beliebigen Grad reversibel verändert werden kann. Die Prothese eignet sich auch für die experimentelle Erzeugung einer reversiblen MR, da mit ihrer Hilfe der normale Klappenring erweitert und damit der Klappenschluß verhindert werden kann. In 19 Hundeversuchen wurde der Mitralringumfang nach Implantation der Prothese akut um 25% erweitert. Dabei entstand eine MR von angiographischem und echokardiographischem Grad 3. Der systolische Druck des linken Ventrikels (LVSP) fiel um 20%, dp/dt_max um 16%, und das effektive Herzminutenvolumen (CO) um 31 %. Der enddiastolische Druck des linken Ventrikels (LVEDP) nahm um 41 % zu. Die Amplitude der v-Welle des linken Vorhofs (LA) nahm um 100%, und der LA-Mitteldruck um 33% zu. In 10 Versuchen wurde die MR nach einer Stunde mit Hilfe der Fernsteuerung korrigiert. Es kam zu einer Normalisierung aller Parameter innerhalb von 2 Stunden.

In 9 Versuchen wurde der gleiche Grad der Umfangveränderung 2 Stunden lang aufrechterhalten, und dann korrigiert. Hier kam es im Verlaufe der zweiten Stunde zu einer weiteren Verschlechterung der Hämodynamik: LVSP fiel um 40%, dp/dt_max um 32% und CO um 58%. LVEDP nahm um 160% zu und die Amplitude der v-Welle um 300%.

Wie die intraoperative zweidimensionale Kontrastechokardiographie zeigte, nahm die Schwere der MR im Verlaufe der zweiten Stunde signifikant zu, obschon der Ringumfang konstant blieb. Nach der Korrektur der MR war die Erholung nur langsam und unvollständig: 12 Stunden nach Korrektur war der LVEDP um 30% über dem Ausgangswert. Die elektronenmikroskopischen Untersuchungen wiesen auf eine Papillarmuskeldysfunktion als Ursache für diesen Verlauf hin.

Aus unseren Untersuchungen ist zu folgern, daß eine akute MR vom angiographischen Grad 3 so rasch wie möglich operativ behoben werden sollte und daß auch nach optimaler Korrektur zunächst mit einer unvollständigen hämodynamischen Erholung gerechnet werden muß, und zwar auch dann, wenn der Klappenapparat erhalten wurde.

Key words

Adjustable ring prosthesis - Mitral regurgitation - Hemodynamics