In vitro Evaluation of Potential Left Atrium Thrombosis Risks by Different Phenotypes of Left Atrial Appendage

Abstract

[ES] La fibrilación auricular, entre otros ritmos cardiacos fisiológicos y patológicos, causa un comportamiento anormal del flujo sanguíneo en la aurícula izquierda (LA), especialmente en la orejuela o apéndice izquierdo (LAA) de la misma. Como consecuencia, el riesgo de formación de trombos que acaben alcanzando la circulación sistémica es una posibilidad, pudiendo éstos causar isquemias severas o accidentes cerebrovasculares al producir la oclusión de arterias vitales. Los tratamientos existentes para pacientes con alteraciones severas del ritmo auricular hoy en día pasan por la administración de terapias anticoagulantes orales, o bien por la utilización de prótesis oclusivas de la LA (LAAO). Sin embargo, diversos estudios han demostrado que el riesgo de formación de trombos por comportamiento anormal del flujo sanguíneo en la LA es altamente dependiente del tipo de orejuela que presente el paciente. Con ello, atendiendo a la forma y tamaño de la LAA, cada paciente se puede clasificar en uno de los cuatro principales fenotipos: chickenwing, windsock, cauliflower y cactus. En consecuencia, en este trabajo se presentará una evaluación y estudio del riesgo de trombosis existente en la LA en función del fenotipo de LAA del paciente, en presencia de ritmos tanto patológicos como fisiológicos, por medio de un sistema in vitro. En dicho sistema, se trabajará con varios modelos tridimensionales de silicona, segmentados a partir de imágenes de CT de los diferentes fenotipos. Estos modelos se introducen en una cámara sumergida con capacidad contráctil capaz de recrear el movimiento cardiaco. Dicha capacidad contráctil se consigue por medio de cambios de presión y volumen de la cámara, gracias a la acción de un motor DC sobre una membrana de silicona de la cámara. Asimismo, se realizarán inyecciones de agua con tinta en el interior del modelo, para poder evaluar el lavado y comportamiento real de la sangre en el interior de la LA y la LAA. La evaluación de los resultados se presenta de dos formas: en primer lugar, se obtendrán medidas de ecografía transesofágica (TEE) para posteriormente ser analizadas, con el objetivo de obtener la velocidad y estudiar más a fondo comportamiento de la sangre en los diferentes puntos de la LA y con ello, en última instancia, cuantificar el riesgo de trombosis; por otro lado, gracias a la inyección del agua tintada dentro del sistema in vitro, se obtendrán imágenes de video con el fin de procesarlas posteriormente, y poder analizar, estudiar y cuantificar el lavado de sangre en el interior de la LAA. Por tanto, se puede concluir que, por medio de un estudio del lavado de sangre y del comportamiento del fluido en el interior del modelo del sistema in vitro, este documento pretende ahondar en la hemodinámica de la LA y la LAA en presencia de diferentes ritmos cardiacos, y en última instancia, cuantificar el riesgo existente de trombosis en función de los cuatro fenotipos más comunes de LAA. Todo ello mediante la utilización de un sistema in vitro de diseño propio capaz de emular el funcionamiento de la LA, y modelos tridimensionales segmentados de la misma.

[EN] Atrial fibrillation, among other physiological and pathological cardiac rhythms, may cause an abnormal blood flow stasis in the left atrium (LA), especially in the left atrial appendage (LAA). As a result, thrombi may form and reach the systemic circulation where vital arteries can be blocked causing, inter alia, stroke. Therefore, currently, patients with severe pathological cardiac disorders are often treated with oral anticoagulation therapies. As an alternative, left atrial appendage occlusion (LAAO) devices can prevent these thromboembolisms by excluding the appendage from the systemic circulation and eliminating the risk of LAA-related strokes altogether. However, some studies have recently demonstrated that the thrombi formation risk due to abnormal flow stasis in the LA is highly dependent on the patient¿s LAA phenotype. Hence, depending on its shape and size, the LAA of each patient can be classified within four main phenotypes: chickenwing, windsock, cauliflower and cactus. As a result, in this document a further evaluation and study of the thrombi formation risk existing in the LA will be presented, being considered both pathological and physiological cardiac rhythms, using in vitro testing. For this in vitro test and system, various 3D silicone models will be developed and printed, reconstructed from CT image data from the four different phenotypes. These models will be introduced in a submerged chamber with contractible capacity, being able to recreate the cardiac systolic and diastolic movement on the model. This contractible capacity is obtained with pressure and volume changes on the chamber, thanks to the movement of a DC engine applied on a silicone membrane. Furthermore, inked water injections inside the model will be used to evaluate the real blood behaviour and washout inside the LA and the LAA. The evaluation of the results will be done in two main ways: on one side, transoesophageal ultrasound measures (TEE) will be obtained for them to be analysed aiming to observe the velocity and blood hemodynamic in different LA points. With it, thrombi formation risk aims to be stablished and quantified. Besides, on the basis of the inked water injection inside the in vitro system, video images will be recorded and post-processed. Thanks to that, the blood washout inside the LAA will be better evaluated and analysed. Hence, it can be concluded that, through a blood washout analysis and blood flow study inside the in vitro model, this document aims to further understand the blood hemodynamic inside the LA and LAA, both in pathological and physiological circumstances, with the final objective of quantifying thrombi formation and stroke risk and its dependence on the four main LAA phenotypes. In order to achieve it, an own in vitro system and segmented 3D models will be used, being able to emulate and imitate the LA contraction movement and conditions.