The diploma thesis deals with the issue of artificial hearts and ventricular assist devices. The theoretical part describes the heart and its function. Blood is characterized in terms of rheological behavior and the possible criteria for hemolysis are discussed. The following section describes the most commonly used ventricular assist devices, with emphasis on the use of the regenerative pump, including its components. In the practical part, an experimental analysis of two pumps (COV 43 and COV 23) is performed. Furthermore, non-dimensional characteristics of the pumps are constructed using the laws of similarity. In the computational part, the CFD analysis of the regenerative pump is performed by means of stationary and transient calculation. The results are compared with the experimental findings and based on the results, the impeller of regenerative pump was modified.

BACKGROUND Cardiac surgery patients have some of the highest reported incidence and prevalence of pressure injuries (PI). A growing subset of cardiac surgery include patients with end-stage heart failure who undergo ventricular assist device (VAD) or total artificial heart (TAH) surgery. The risk of PI and their natural history of development in this population are unknown and the specific risk factors for PI development remain unexplored. OBJECTIVES To perform a systematic review of the literature to identify the incidence and risk factors of PI development in patients undergoing VAD-TAH surgery and thereby inform study design and variables in an eight-year retrospective study of all patients undergoing VAD-TAH surgery at a large academic university medical center. METHODS The preferred reporting items for systematic reviews and meta-analyses or PRISMA statement guided this systematic review. Quality of evidence was determined using the Johns Hopkins Nursing Evidence-Based Practice Rating Scale. Two reviewers independently appraised manuscripts matching the eligibility criteria for study inclusion. Four databases including PubMed, CINAHL, Web of Science, Google Scholar, and hand searches of journals based on reference lists from included studies were utilized. Initial results of this primary search revealed zero studies that met inclusion and this search methodology was confirmed by medical librarian consultation. Therefore, a follow up retrospective study was necessary to identify incidence of PI in the VAD-TAH population. However, a secondary search, dropping keywords of VAD-TAH and instead focusing on studies of on-pump cardiac surgery and mixed surgical studies where cardiac surgery patients were included, was conducted to establish variables to guide a retrospective study of all VAD-TAH surgeries between 2010-2018. The retrospective study evaluated the incidence of pressure ulcers by case, patient and incidence density for each of the respective 1000 patient days during the study period. Univariate statistics are reported by four different VAD-TAH devices. Variables significant in bivariate analysis were entered in a stepwise logistic regression model. RESULTS In the systematic review, 312 articles were identified from the databases with eight additional articles from hand searches. Following abstract review, 208 were excluded for not meeting inclusion criteria or study quality metrics. 77 articles were read in full, with 61 excluded, leaving 16 articles for inclusion. 31 risk factors were identified for PI development in on-pump cardiac surgery patients with 11 risk factors which were identified as significant in multivariate analysis for inclusion in the retrospective study.

Die vorliegende Untersuchung stellt sich die folgenden Fragen: Welchen Stand hat die Entwicklung von mechanischen Kreislaufunterstützungssystemen für Kinder, worin unterscheiden sich die eingesetzten Verfahren? Wie beeinflusst der Blutkontakt mit Fremdmaterial das Kapillarleck beim Kind? Welche Erfahrungen gibt es mit dem pulsatilen Ventrikelunterstützungssystem Berlin Heart beim Kind, welche Schwierigkeiten und Nebenwirkungen sind für das Kindesalter spezifisch? Wann profitieren Kinder von einer mechanischen Kreislaufunterstützung? Die bei Kindern am häufigsten eingesetzten Verfahren, Herzlungenmaschine (HLM), extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO) und pneumatisch pulsatiles ventrikuläres Assist device (VAD) unterscheiden sich in Technik, Indikation, Nebenwirkung und möglicher Einsatzdauer erheblich. Die HLM dient der intraoperativen Kreislaufunterstützung. ECMO haben wir seit 1990 zur mittelfristigen Kreislaufunterstützung bei mehr als 70 Kindern für eine Dauer von ein bis zwei, selten bis zu drei Wochen eingesetzt. Mit VAD''s haben wir seit 1990 bei 56 Kindern die Herzfunktion teils monatelang ersetzt. Es bestehen multiple Unterschiede bei dem Einsatz von VAD zwischen Säuglingen, Kindern und Erwachsenen sowohl in der Indikation, Physiologie, Technik, Antikoagulation, der Familienbetreuung und hinsichtlich der Komplikationen. Bei jeder mechanischen Kreislaufunterstützung aktiviert der Fremdflächenkontakt des Blutes das Kontaktsystem, zu dem Gerinnungs- und Komplementsystem gehören. Klinische Äquivalente sind Thrombosen, Thrombozytenverlust und Kapillarleck. Insbesondere Säuglinge neigen zu diesen Komplikationen, weil das Verhältnis von Blutvolumen zu Fremdfläche ungünstig ist und der kontaktabhängige alternative Weg der Komplementaktivierung im jungen Alter vorherrscht. - Wir untersuchten prospektiv den prä- und postoperativen Verlauf von Kontakt- und Komplementsystem (C1q, C3, C4, C1-Inhibitor, Faktor B, Faktor XIIa) bei 11 herzoperierten Säuglingen ohne und 24 Säuglingen mit HLM. Es konnte nachgewiesen werden, dass obwohl bei allen Kindern eine Komplementaktivierung vorhanden war, diese signifikant ausgeprägter in der HLM-Gruppe stattfand. Die Kontaktaktivierung (Faktor XIIa, Präkallikrein) ließ sich nur in der HLM-Gruppe nachweisen, so dass belegt war, dass es nicht die Anästhesie oder die Operation an sich, sondern die HLM ist, die die inflammatorische Reaktion hervorruft. - Bei 27 mit HLM operierten Säuglingen untersuchten wir prospektiv die CLS-Entstehung und die Komplement- und Kontaktaktivierung. Bei den 10 Kindern, die im späteren Verlauf ein Kapillarlecksyndrom (CLS) entwickelten, waren bereits 30 Minuten nach HLM-Beginn die C1-INH-Konzentration und -Aktivität niedriger und Faktor XIIa, C3a und C5a höher als bei den 17 Kindern, die später kein CLS entwickelten. Die Aktivierung korrelierte mit dem Alter der Kinder und der HLM-Zeit, nicht mit der Tiefe der Hypothermie. - Retrospektiv untersuchten wir 28 Kinder (6 Tage - 16 Jahre alt), bei denen im terminalen Herzversagen nach Reanimation die Herzfunktion mit dem parakorporalen pneumatischen VAD Berlin Heart 1-98 Tage lang unterstützt wurde. Zwölf dieser Kinder wurden unter laufender Reanimation mit Herzdruckmassage in den Operationssaal gebracht. 13 Patienten erreichten eine Herztransplantation, 3 Kinder wurden mit dem eigenen Herzen vom System entwöhnt. 12 Kinder starben am System, Todesursachen waren Schock, Multiorganversagen, Sepsis und Blutungen. - Bei 95 herztransplantierten Kindern untersuchten wir retrospektiv die Verläufe in Abhängigkeit davon, ob die Kinder (I) vor der Transplantation in relativ stabilem Zustand zuhause waren (n=33), ob sie (II) kritisch krank hospitalisiert waren (n= 44), oder ob sie (III) nach Reanimation mit einem VAD kreislaufunterstützt wurden (n=18, Dauer 4-111 Tage). Die Überlebensraten nach 1Mo/1J/5J betrugen in Gruppe I 88/88/80 %, Gruppe II 88/82/79 %, Gruppe III 72/72/72 %. Der frühpostoperative Verlauf nach Transplantation war bei Gruppe III nur wenig komplizierter, was den Erfolg der Transplantation nicht minderte. - Retrospektiv untersuchten wir den Verlauf von 4 Kindern mit schwerer Myokarditis, die bei kardiogenem Schock mit biventrikulärem VAD kreislaufunterstützt wurden. Das schockbedingte Multiorganversagen und die Thrombozytopenie bildete sich während der Unterstützung mit dem VAD zurück. Drei Kinder konnten nach Erholung des Myokards vom VAD entwöhnt werden, eines wurde erfolgreich transplantiert. - Ausserdem untersuchten wir den Verlauf von 84 Kindern, die wegen Kardiomyopathie auf der Intensivstation behandelt wurden. Von den 69 (= 82 %), bei denen eine kreislaufstützende medikamentöse Therapie ausreichend war, konnten 32 herztransplantiert werden, 36 besserten sich und wurden nach Hause entlassen und ein Kind verstarb akut. Fünfzehn der 84 Kinder (= 18 %) ließen sich nicht stabilisieren und erhielten nach Reanimation eine mechanische Kreislaufunterstützung mit VAD (Dauer 1 – 98 Tage). Von diesen konnten 12 transplantiert werden. Die in dieser Habilitationsschrift ausgeführten Arbeiten haben weiterführende Fragestellungen und Grenzbereiche des mechanischen Kreislaufersatzes im Kindesalter aufgezeigt und neue Therapiestrategien dargestellt. Dadurch ist es möglich, die Überlebenschancen von Kindern mit terminalem Herzversagen erheblich zu verbessern. Sei es durch Zeitgewinn bis zur Erholung des Myokards oder zum Organangebot auf der HTx-Warteliste. Durch den Zeitgewinn, den die VAD`s den zur HTx gelisteten Kindern bieten, brauchen zur Transplantation freigegebene Kinderherzen seltener verworfen werden, mehr Kinder können überleben und die Ausnutzung der angebotenen Organe gelingt besser. / This scientific work addresses the following questions: what is the state of the art in mechanical circulatory support (MCS) in infants and children? How do the different techniques differ? How does mechanical circulatory support influence the systemic inflammatory response after cardiac surgery? What are the indications for use of the pneumatic pulsatile ventricular support system Berlin Heart in children and what do our experience and the results of its use show? The MCS systems most often used for children of all ages are cardiopulmonary bypass (CPB), extracorporeal membrane oxygenation (ECMO), centrifugal pumps and the pneumatic pulsatile ventricular assist device (VAD). These systems vary in indications, results, side effects and potential supporting time. CPB is used to replace the circulation during cardiac surgery. ECMO has been used in our hospital since 1990 for circulatory support in cases of cardiac failure and of pulmonary failure and has been applied in more than 70 children over a period of 1 to 3 weeks. The VAD (Berlin Heart) has been used since 1990 in 56 children for long-term support, when the heart function had to be supported for up to several months. In VAD use there are multiple differences in indication, physiology, underlying disease, technique, anticoagulation and complications between infants, children and adults. In every case of MCS there is contact and complement activation as a reaction of the blood to foreign surfaces, resulting in capillary leak and activation of coagulation and anticoagulation systems with the risk of thrombosis or bleeding. In particular, young infants are prone to systemic inflammatory response in the form of capillary leak. In a prospective study we compared the complement activation after cardiac operations with or without CPB in 35 infants and measured serially the complement function and concentrations or activity of C1q, C3, C4, C1 esterase inhibitor, factor B, the activated split product C3a, prekallikrein and factor XIIa of the contact system. We found that complement activation occurs in all infants but is significantly higher in the group with CPB. Contact activation occurred only in patients who undergo CPB. Thus, the inflammatory response is caused by the use of a CPB circuit and to a lesser degree by surgical procedures and anesthesia. In 27 infants with CPB surgery we prospectively investigated the early clinical parameters that predict the development of capillary leak syndrome (CLS) and examined the relationship between CLS and complement and contact activation and C1 esterase inhibitor during and after bypass. We found that contact and complement activation occurs during CPB and contributes to CLS more frequently in infants of a younger age and with a prolonged bypass time. This activation and decrease in C1 esterase inhibitor was strongly expressed in the CLS group. Although MCS in intractable heart failure in children has normally been limited to centrifugal pumps and ECMO, we implanted 28 children with the pediatric sized pulsatile air-driven Berlin Heart VAD. Our aim was to keep the children alive and allow recovery from shock sequeale until later transplantation or myocardial recovery. Twelve children were brought to the operating room under cardiac massage. In total 12 children died on the system, but thirteen children were transplanted and three were sucessfully weaned from the system. Acute myocarditis appears to be a promising precondition for complete recovery during VAD support and in patients with cardiomyopathy support until transplantation is the goal for the future. We reviewed the course of 95 children who had undergone heart transplantation in our center to investigate whether previous VAD support has an impact on long-term outcome after transplantation. Three groups were compared and we found that bridging to transplantation with a pulsatile pneumatic VAD is a safe procedure in pediatric patients. After transplantation the overall survival rate is 86 % at 1 month, 82 % at 1 year and 75 % at 5 years. The survival of children previously supported with a VAD is similar to that of patients who were bridged with inotropes or who awaited heart transplantation electively. In 4 children with fulminant myocarditis and cardiogenic shock in whom all aggressive medical treatment failed we found that artificial replacement of the heart with complete unloading was followed by total recovery; 3 patients were successfully weaned from the device. No patient died and heart transplantation was necessary in only one child. Retrospectively we examined the course of 84 children who were treated at the ICU, presenting severe cardiac failure due to cardiomyopathy. In 15 of them medical treatment failed and the disease progressed so rapidly that they would have died during the waiting period before a suitable donor organ was found. After resuscitation these 15 children were supported with a VAD. Only 3 died during the waiting period and 12 (80%) underwent later heart transplantation. Progress has been rapid towards individualized choice of mechanical circulatory support systems for children of different ages and with different indications. With the Berlin Heart VAD prolonged circulatory support until myocardial recovery or until heart transplantation is effective in children and infants. It offers time to restore organ function, allows extubation, mobilization and neurological examination and increases the chances for successful transplantation. It can be used with low device-related morbidity and satisfactory results especially in the myocarditis and the cardiomyopathy groups. Complete recovery from secondary organ dysfunction should be achieved before heart transplantation is considered. We expect not only that children with end-stage heart failure will benefit from long-term VAD support, but also that fewer organs from young donors will be lost. Of particular importance is our experience with myocardial recovery in children with acute myocarditis in whom the devices could be explanted.

Hintergrund: Elastischer Ohrknorpel ist eine potentielle Quelle fuer autologe Zellen um die luminalen Oberflaechen von links ventrikularen assist systemen (LVAD''s) zu besiedeln zu dem Zweck die Biokompatibilitaet dieser Systeme zu verbessern. Wir prueften dieses Potential der Ohrknorpelzellen in vitro und in vivo in einem Tiermodel (Kalb). Methoden: In vitro, Elastischer Knorpel wurde von dem Ohr eines Kalbes unter Lokalanaesthesie gewonnen, isoliert, und in Gewebekultur gezuechtet. Chondrocytes wurden immunocytochemisch analysiert, transferriert in Zellkulturmedium, zweimal umgesetzt, und auf die blutkontaktierenden, luminalen Oberflaechen von vier LVAD''s (HeartMate(R); Thermo Cardiosystems, Inc., Woburn, MA) gesiedelt. Die beschichteten Zelloberflaechen wurden preconditioniert unter Flussbedingungen in vitro, um die Zellhaftung an den luminalen Oberflaechen der LVAD''s zu beguenstigen. Die Effiezienz der Zellbesiedelung und der kumulative Zellverlust unter Flussbedingungen in vitro wurden quantifiziert. In vivo, eine der vier chondrocyte-beschichteten und preconditionierten LVAD''s wurde in das Kalb implantiert, welches urspruenglich Ohrknorpelspender diente. Das LVAD wurde fuer sieben Tage betrieben, dann explantiert und pathologisch und histologisch evaluiert unter der Benutzung eines Scanningelektronenmikroskopes und eines Transmissionelektronenmikroskopes. Resultate: Die luminalen Oberflaechen von vier LVAD''s wurden mit autologen Ohrknorpelzellen besiedelt. Die Effiezienz der Zellbesiedelung betrug 95.11± 4.23% (n = 4). Der kumulative Zellverlust unter Flussbedingungen in vitro war geringer als 12% (n = 4). Nach sieben Tagen der in vivo Implantation zeigten die luminalen Oberflaechen des implantierten LVAD eine intakte, fest haftende Zellbesiedelung. Es wurden keine Thromboembolien waehrend der Nekropsie festgestellt. Schlussfolgerungen: Ohrknorpel stellt eine einfach und schnell erreichbare Quelle fuer autologe Ohrknorpelzellen dar, dessen Collagen Typ II und andere wichtige Bestandteile der extrazellulaeren Matrix sie dazu befaehigt, fest an den luminalen Oberflaechen der LVAD''s zu haften. Die hier beschriebene einfache Methode der Knorpelgewinnung und der Zellisolierung kann benutzt werden, um eine autologe Zellbeschichtung von LVAD''s und anderen implantierbaren kardiovaskulaeren Systemen vorzunehmen mit dem Ziel die Biokompatibilitaet dieser zu verbessern. Unsere erfolgreiche Feasibilitystudie in einem Kalbmodel fordert weitere in vivo Studien. / Background: Auricular elastic cartilage is a potential source of autologous cells for lining the luminal surfaces of left ventricular assist devices (LVAD''s) to improve long-term biocompatibility. We evaluated this potential in vitro and in vivo in a calf model. Methods: In vitro, auricular cartilage was harvested from the anesthetized ear of a calf, isolated, and cultured on tissue culture dishes. Primary chondrocytes were typed by immunocytochemistry, transferred into culture media, passaged twice, and seeded onto the blood-contacting luminal surfaces of four LVAD''s (HeartMate(R); Thermo Cardiosystems, Inc., Woburn, MA). The seeded cell linings were preconditioned under flow conditions in vitro to promote cell adhesion to the luminal surfaces. Seeding efficiency and cumulative cell loss under flow conditions in vitro were quantitated. In vivo, one of the four preconditioned, autologous chondrocyte-lined LVAD''s was implanted into the tissue-donor calf; run for 7 days; explanted; and finally evaluated grossly, by scanning electron microscopy, and by transmission electron microscopy. Results: Autologous chondrocytes were seeded onto the luminal surfaces of the four LVAD''s. The seeding efficiency was 95.11± 4.23% (n = 4). Cumulative cell loss during preconditioning under flow conditions in vitro did not exceed 12% (n = 4). After 7 days of in vivo implantation, the luminal surfaces of the implanted LVAD demonstrated an intact, strongly adherent cellular lining. There was no evidence of thromboembolic events at necropsy. Conclusions: Auricular elastic cartilage is a ready and easily accessible source of chondrocytes whose ability to produce collagen II and other important extracellular matrix constituents allows them to adhere strongly to the luminal surfaces of LVAD''s. The simple method of isolating and expanding auricular chondrocytes presented here could be used to provide autologous cell linings for LVAD''s and other cardiovascular devices to improve their long-term biocompatibility. Our successful short-term feasibility study in a calf model warrants further study in vivo.

No description available.

Author's name: Bc. Irena Malá School: Charles university, Prague 1st Faculty of Medicine Institut of Theory and Practice of Nursing Vídeňská 800, 140 59 Prague 4 - Krč Program: Health Care Administration Title: Early postoperative care of the patient with the left ventricular assist device HeartMate II Diploma thesis supervisor: PhDr. Hocková Jana, PhD. Number of pages: 170 Number of attachments: 41 Year: 2013 Key words: early postoperative care, hypotermia, blood transfusion, fluid resuscitation, perioperative cardiovascular dysfunction, pharmacologic support, ventricular assist device HeartMateII, monitoration, device, cardiac arrhythmias, ventilation management, postoperative anticoagulation, glycemic kontrol, renal insufficiency, nutrition, nursing, complications, physiotherapy, psychological aspects The occurrence of the heart failure is similar to an epidemic with high mortality. This fact, together with stagnate or even decreasing number of suitable donors, led to a need of replacing the heart pump activity with an artificial one. Mechanical cardiac support systems are sophisticated devices that are able to support a certain period of time or completely replace the function of the heart as a pump. The indications implantation of mechanical cardiac support is significant symptomatic heart...