Summary
Denne protokol beskriver en minimalt invasiv kirurgisk procedure for stigende aortabånd hos svin.
Abstract
Store dyremodeller af hjertesvigt spiller en væsentlig rolle i udviklingen af nye terapeutiske indgreb på grund af deres størrelse og fysiologiske ligheder med mennesker. Indsatsen er blevet dedikeret til at skabe en model af trykoverbelastningsinduceret hjertesvigt og stigende aortabånd, mens det stadig er suprakoronar og ikke en perfekt efterligning af aortastenose hos mennesker, der ligner den menneskelige tilstand.
Formålet med denne undersøgelse er at demonstrere en minimalt invasiv tilgang til at inducere overbelastning af venstre ventrikel ved at placere et aortaborbånd, præcist kalibreret med perkutant introducerede high-fidelity tryksensorer. Denne metode repræsenterer en forfining af den kirurgiske procedure (3R), hvilket resulterer i homogene transstenotiske gradienter og reduceret variabilitet inden for gruppen. Derudover muliggør det hurtig og begivenhedsløs genopretning af dyr, hvilket fører til minimal dødelighed. Gennem hele undersøgelsen blev dyrene fulgt i op til 2 måneder efter operationen ved hjælp af transthorax ekkokardiografi og tryk-volumen loop analyse. Der kan dog opnås længere opfølgningsperioder, hvis det ønskes. Denne store dyremodel viser sig værdifuld til test af nye lægemidler, især dem, der er rettet mod hypertrofi og de strukturelle og funktionelle ændringer forbundet med overbelastning af venstre ventrikeltryk.
Introduction
Hjertesvigt (HF) er en livstruende sygdom, der rammer millioner af mennesker verden over og forårsager store sociale og økonomiske konsekvenser1. En af dens væsentlige ætiologier er aortaklappesygdom eller aortastenose (AS). Aortastenose er mere udbredt i fremskreden alder og rangerer som den næstmest almindelige valvulære læsion i USA. AS-relateret dødelighed er også steget i Europa, især i lande uden adgang til nylige interventionsprocedurer2. I betragtning af kompleksiteten af HF og manglen på terapeutiske innovationer er der et presserende behov for pålidelige dyremodeller, der kan replikere den menneskelige tilstand og lette afprøvningen af nye indgreb3. Mens gnavermodeller overstiger store dyremodeller, giver sidstnævnte flere fordele på grund af deres størrelse og fysiologiske ligheder, hvilket gør det muligt at teste lægemiddeldoser og medicinsk udstyr beregnet til human brug.
Formålet med denne metode er at etablere en reproducerbar model for stigende aortabband (AAB), der kan anvendes på de fleste store dyrearter, der anvendes i biomedicinsk forskning. I denne undersøgelse demonstreres proceduren hos svin ved hjælp af en minimalt invasiv tilgang, der overholder 3R-principperne (udskiftning, reduktion og forfining4). Denne fremgangsmåde sikrer, at der skabes en nøjagtig trykgradient, hvilket resulterer i høj reproducerbarhed (hvilket potentielt reducerer antallet af krævede dyr). Derudover minimerer det lille kirurgiske snit (2-3 cm) kirurgisk fornærmelse, hvilket forbedrer dyrets trivsel sammenlignet med mere aggressive tilgange som sternotomi og større thoracotomies5 (forfining). Desuden kan en videodemonstration af metoden sammen med detaljerede beskrivelser i litteraturen potentielt reducere behovet for dyr, der udelukkende anvendes til træningsformål (erstatning), hvilket yderligere reducerer brugen af dyr. Denne model kan tilpasses til forskellige svinestammer/racer med forskellige vækstrater og inducerer vedvarende trykoverbelastning, hvilket fører til betydelig hypertrofi efter 1 eller 2 måneders opfølgning.
Nuværende metoder anvender fast stenose6, idet der ses bort fra variationer i dyrestørrelsen, eller beregner gradient ved hjælp af væskefyldte trykaflæsninger7, som er mindre pålidelige end high-fidelity-tryksensorer og er modtagelige for signaldæmpning8. En anden fremgangsmåde bruger en enkelt trykmåling distal til stenose5. Imidlertid repræsenterer kalibrering af stenosen gennem samtidige proksimale og distale tryksignaler ved hjælp af perkutant leverede high-fidelity-tryksensorer en betydelig optimering af protokollen, hvilket resulterer i forbedret gruppehomogenitet. Ved visuelt at demonstrere denne metode bør andre forskere være i stand til at replikere den uden væsentlige hindringer, hvilket øger tilgængeligheden af denne model og samtidig fremmer anvendelsen af 3R-principperne.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Dyreforsøgene blev udført på laboratoriet for eksperimentel kirurgi ved universitetet i Porto, Cardiovascular Research and Development Centre (UnIC, Porto, Portugal). Den institutionelle dyreetiske komité godkendte undersøgelsen i overensstemmelse med den nationale dyresundhedsmyndighed (Direcção-Geral de Alimentação e Veterinária, DGAV, ref.: 2021-07-30 011706 0421/000/000/2021). Eksperimenterne var enten licenseret (FELASA-ækvivalent Laboratory Animal Sciences autorisation) eller var kardiothoraxkirurger eller anæstesiologer. Dyr, der blev brugt i dette arbejde, var hanner med Landrace x Pietrain-baggrund og blev erhvervet fra en opdrætter med licens fra DGAV (PTAH03). Dyrenes startvægt var 20-25 kg, hvilket muliggjorde maksimalt 2 måneders opfølgning (70-80 kg, figur 1). Længere følgeperioder kompromitteres på grund af den betydelige dyrevækst, som vores infrastrukturer ikke kunne håndtere.
1. Anæstesi og overvågning af vitale tegn
- Fastgør det udvalgte dyr natten over med vand ad libitum.
- Vej det bevidste dyr (lad det gå på en dyreskala), eller brug et skøn baseret på ankomstvægt og forventet vækstrate.
- Forbered en cocktail af ketamin (15 mg/kg), midazolam (0,5 mg/kg) og azaperon (4 mg/kg) i en 20 ml Luer-låsesprøjte forbundet til en forlængerledning (100 cm) efterfulgt af en 21 G kanyle (se materialetabel). Sørg for at have nok bedøvelse til at tage højde for injektionsslangens døde volumen.
- Isoler grisen i et roligt og sikkert miljø (normalt et tomt dyrevedligeholdelsesrum, hvis det er muligt) og bedøvelse dyret gennem en intramuskulær injektion i nakke- eller bagbensmusklen (efter institutionel protokol). Sørg for, at dyret er på et roligt og mørkt sted, og sørg for, at det ikke kan skade sig selv, mens det mister liggende, hvilket skal tage 10-15 min.
BEMÆRK: Ved brug af en forlængerledning undgår man at skulle fastholde dyret. - Når dyret er i liggende stilling, skal du placere det bedøvede dyr på en båre og transportere dyret til operationsstuen (mål dyrets vægt på dette tidspunkt, hvis bevidst vejning ikke var en mulighed).
- Placer dyret i en højre eller venstre lateral decubitus afhængigt af øret, der skal kanyleres. Rens øret flere gange med chlorhexidin og alkohol i en cirkulær bevægelse. Derefter kan du knalere den marginale ørevene ved hjælp af et 20 G intravenøst kateter og fastgøre det ved hjælp af ikke-vævet klæbemiddel (se materialetabellen). Tilslut IV-kateteret til en 3-ports stophanemanifold, der er forskyllet med saltvand.
BEMÆRK: Alternativt, sammenlignet med en standard IV infusionsslange (dryplinje), muliggør en infusionspumpe præcis justering af strømningshastigheden (2 ml/kg/h). - Anbring et depotplaster (50 μg/time) (se materialetabel) i det kontralaterale øre.
- Placer dyret på et radiogennemsigtigt kirurgisk bord, i dorsal liggende, oven på en opvarmningsmadras, og fastgør det på plads ( stropper, der fastgør poterne til operationsbordet).
- Tilslut en propofolperfusionsledning til 3-ports stophanemanifolden. Anæstesivedligeholdelse vil blive tilvejebragt af propofol administreret gennem en 50 ml sprøjte monteret på en sprøjteperfusionspumpe (se materialetabel) med en hastighed på 10-20 mg / kg / time.
- Administrer en bolus af propofol (4 mg / kg) og fentanyl (10 μg / kg) (se tabel over materialer) for at inducere apnø og tillade intubation.
BEMÆRK: Dyret vil være i apnø fra dette øjeblik, og mekanisk ventilation skal etableres. Før du fortsætter, skal du sikre dig, at iltkilden er tilgængelig, og ventilatoren (se materialetabellen) er kalibreret og klar til ventilation. - Efter at have sikret tab af reaktivitet, og med en bruger, der holder grisens mund åben, mens han samtidig trækker tungen udad, skal du bruge et laryngoskop med et nummer 4 Miller-blad (se materialetabel) til at identificere og forsigtigt mobilisere epiglottis og få et overblik over stemmebåndene. Indfør enten endotrachealrøret direkte eller før en bougie og endotrachealrøret over det først. Nogle atraumatiske intestinale tang kan hjælpe med at mobilisere den bløde gane og få adgang til epiglottis.
- Oppust endotrachealrørets manchet og tilslut det til anæstesimaskinen / ventilatoren. Juster de respiratoriske parametre til 8-10 ml / kg tidevandsvolumen, respirationsfrekvens på 15-25 respirationer pr. Minut og 5 cm H2O PEEP (positivt slutekspiratorisk tryk). Juster respiratoriske parametre for at opretholde CO2 ved tidevandets afslutning mellem 35 og 45 mmHg.
- Placer SpO2-sensoren på tungen eller øret (hvor det bedste signal opnås), placer spiserørstemperatursonden, og fastgør EKG-elektroderne (se materialetabellen).
- Påfør steril oftalmisk smøresalve for at forhindre hornhindeskade.
2. Arteriel kanylering
- Efter at have sikret korrekt bedøvelsesdybde ved fravær af palpebralrefleks og stabil puls og blodtryk, skal du rengøre og desinficere lyskeområdet grundigt med chlorhexidin og alkohol i en cirkulær bevægelse. Dæk dyret med fenestrerede sterile gardiner (se materialetabel), med hullet placeret i lårbensarterieområdet (tidligere bekræftet ved palpation eller ultralyd). Administrer cefazolin (25 mg / kg) som antibiotikaprofylakse.
- Hvis proceduren involverer dyregenopretning (aortabanger), skal du bruge den aseptiske teknik fra dette tidspunkt og fremefter.
BEMÆRK: En streng aseptisk teknik er ikke påkrævet, hvis det er en terminalprocedure (PV Loop-analyse). Det er dog fordelagtigt at arbejde på en steril måde for at undgå infektion, der kan påvirke hæmodynamiske målinger. - Identificer punkteringsstedet og infiltrer området med subkutan 1% lidokain.
- Identificer den fælles lårbensarterie ved hjælp af den vaskulære sonde (se materialetabel) og bekræft placeringen af ultralydsmarkøren og den korrekte dybde.
BEMÆRK: Femoral arterie punktering kan udføres ved hjælp af en kort akse, lang akse eller en kombination af begge teknikker ved hjælp af en bi-plan modalitet i visse systemer. Vores team anvender dog oftere kortaksetilgangen. - Forbered introduktionskeden (se materialetabel) ved at skylle introduceren og dilatatoren med hepariniseret saltvand, før den samles. Sørg for, at 3-vejs stophanen i den introducerende sideport er i slukket position mod dyret for at undgå blodtab, når dilatatoren fjernes.
- Fremfør en arteriel nål (helst en ekogen, se materialetabel) ind i lårbensarterien, mens du overvåger dens bane ved hjælp af ultralyd. Når arterielt lumen er nået, hvilket kan bekræftes ved pulserende arterielt blod, der forlader nålenavet, skal du føre en J-tip guidewire ind i arterien. Den korrekte introduktion af guidewire kan bekræftes med ultralyd.
- Fjern nålen, hold trykket på punkteringsstedet for at undgå yderligere blødning, og før introduceren + dilatatorenheden (størrelse 6 Fr, 10 cm længde) ind i arterien. Fjern dilatatoren, og bekræft introducerens position ved at aspirere fra sideporten og skylle sekventielt med sterilt saltvand.
- Tilslut en arteriel trykledning til sideporten til lårbensarterieintroduceren til blodtryksovervågning. Sørg for, at tryktransducerhøjden er på niveau med højre atria, og at atmosfærisk tryk er nul.
- Dæk introduceren med en steril drapering indtil venstre ventrikulær kateterisering.
3. Stigende aortabånd (præparat)
- Juster dyrets position til en let højre lateral decubitus og løft venstre forpote.
- Find placeringen af den stigende aorta ved hjælp af hjerte-ultralydstransduceren (se materialetabellen) og markér snitstedet, før du desinficerer dyrets bryst grundigt med chlorhexidin og alkohol i en cirkulær bevægelse.
- Dæk dyret med sterile gardiner.
- Administrer en fentanylbolus (10 μg/kg) for at sikre tilstrækkelig analgesi. For at bekræfte dybden af anæstesi og analgesi skal du observere manglen på palpebrale reflekser og ingen ændringer i hjertefrekvens eller blodtryk ved det første snit.
- Lav et 2-3 cm hudsnit på niveauet af det 3/4th interkostale rum og dissekere de underliggende fascia og muskellag, indtil det interkostale rum er nået.
- Indtast thoraxen ved hjælp af stump saks, mens dyret er i tvungen udløb uden PEEP for at undgå at beskadige lungen.
- Forøg snittet for at tillade placering af retraktorbladene til maksimalt 3 cm.
- Træk ribbenene tilbage og visualiser de underliggende strukturer. Hvis snittet er lavet på det rigtige sted, skal lungearterien være let synlig. Aorta vil være bageste til det.
- Brug minimalt invasiv hjertekirurgi tang og saks til at åbne perikardiet og trække venstre atria og ethvert lungevæv, der dækker udsigten over aorta ved hjælp af vådt sterilt gasbind.
BEMÆRK: Undgå at manipulere venstre atria for meget, da det vil føre til atrieflimren. Hvis det sker og ikke løser spontant, skal du anvende elektrisk kardioversion. - Adskil forsigtigt aorta fra lungearterien, indtil den tværgående perikardiale sinus er nået. Dette vil være den kanal, gennem hvilken båndmaterialet vil blive passeret.
BEMÆRK: Til banding af den stigende aorta kan der anvendes flere materialer afhængigt af dyrets størrelse og opfølgningsperiode. For dyr med begrænset vækst og / eller en kort opfølgningsperiode kan en nylonkabel-lynlås bruges (billigere mulighed), mens der til hurtigere voksende dyr og / eller en længere opfølgningsperiode kan bruges et vaskulært protesetransplantat fastgjort med titaniumklip (dyrere mulighed), undgå båndinternalisering (diskuteret detaljeret i afsnittene nedenfor) (se materialetabel). - Mulighed 1 (nylonkabel lynlås):
- Skær et ~ 10 cm segment af sterile plastrør med et lumen, der er lille nok til at passe tæt på spidsen af nylonbåndet.
BEMÆRK: Den sterile slange og nylonbåndet er tidligere steriliseret ved ethylenoxidsterilisering eller nedsænkning i formaldehyd i mindst 24 timer. - Brug 90 ° buede tang til at føre plastslangen (som tjener som en atraumatisk guide til nylonbåndet) rundt om aorta gennem den tidligere oprettede sti fra mellemrummet mellem aorta og lungearterien (proksimal) mod rummet mellem aorta og højre atria (distal). Palpation med fingeren kan hjælpe med at lede tangen gennem den rigtige vej.
- Pas på ikke at lægge for meget pres på lungearterien eller højre atria, da dette kan føre til hæmodynamisk ustabilitet. Vær meget opmærksom på vitale tegn i dette trin for at undgå længere perioder med systemisk hypotension.
- Når plastikstyret er set på den distale side, skal du tage fat i det med vævspincet og trække det forsigtigt rundt om aorta og bringe nylonbåndet med det. Forbind de to ender af nylonbåndet uden at indsnævre aorta.
- Skær et ~ 10 cm segment af sterile plastrør med et lumen, der er lille nok til at passe tæt på spidsen af nylonbåndet.
- Mulighed 2 (ePTFE-transplantat)
- Skær et ~10 cm sterilt ePTFE-transplantat af et 5 mm 40 cm langt transplantat.
- Brug en 90 ° buet tang til at håndtere transplantatet og før det rundt om aorta. Se trin 3.11.2 og 3.11.3.
- Anbring en radioaktiv markør (se materialetabel) i båndområdet for at lette aortakateterisering.
- Dæk det interkostale rum med vådt gasbind og sterile gardiner.
4. Venstre ventrikel (LV) / Aorta kateterisering
- Administrer Heparin (200 U.kg-1).
BEMÆRK: Endovaskulære procedurer er forbundet med en risiko for koagulationsdannelse og distal embolisering, mens heparinadministration ville føre til overdreven blødning under den kirurgiske adgang til aorta. Derfor udføres LV / aorta-kateterisering, efter at aorta er adgang og båndet sat på plads. - Tilslut en dobbelt hæmostaseventiladapter eller en stjerneformet hæmostaseventil til et 6 Fr MP1-styrekateter (se materialetabel) og skyl med hepariniseret saltvand. Forspænd styrekateteret med en 260 cm 0,035 i J-tip guidewire. Indfør denne samling gennem lårbenets arterielle kappe.
BEMÆRK: Der kan være risiko for blødning ved fremføring af to high-fidelity tryksensorer (HFPS) gennem en standard tværskåret hæmostaseventil. En alternativ tilgang kunne være at bruge to separate guidekatetre, men dette ville kræve et andet arterielt adgangssted. For at løse både blødningsproblemet og behovet for yderligere adgangssteder kan man vælge enten en hæmostaseventil med dobbelt port eller en stjerneformet hæmostaseventil. Disse alternativer løser blødningsproblemet og eliminerer behovet for ekstra adgangspunkter. Når guidekateteret er avanceret gennem arteriekappen, er det vigtigt at bemærke, at sideporten på kappen ikke tillader blodtryksmåling. For at måle blodtrykket er det nødvendigt at forbinde arterielinjen til sideporten på hæmostaseventiladapteren på styrekateteret i stedet. - Før styretråden frem, og før kateteret ind i den stigende aorta under fluoroskopisk vejledning. Når aortaklappen er identificeret, skal du forsigtigt krydse den med styretråden og indføre styrekateteret i LV. Brug om nødvendigt kontrast for at lette anatomisk positionering. Kontroller trykspor for at bekræfte LV-positionering.
- Fjern styretråden, mens styrekateteret efterlades i LV'en. Skyl kateteret efter aspirering, og sørg for, at der ikke er luftbobler i kateteret.
- Før en allerede kalibreret HFPS gennem en af portene på den dobbelte hæmostaseventil ind i LV. Et mærke med en steril pen kan placeres på kateterlegemet for at vide, hvornår det kommer ud af styrekateterspidsen. Alternativt er bekræftelse af et klart ventrikulært tryksignal et tegn på at forlade styrekateteret (signalinterferens observeres, mens HFPS er inde i styrekateteret).
- Før en anden HFPS gennem den anden port i den dobbelte hæmostaseventil og ind i LV'en.
- Træk styrekateteret tilbage i den stigende aorta distalt til den radioaktive markør, der er placeret på båndstedet, mens en af HFPS efterlades i LV. Bekræft kateterpositionen ved hjælp af trykspor.
BEMÆRK: HFPS skal tilsluttes registreringssystemet og anbringes i sterilt saltvand i mindst 30 minutter før brug for at lade tryksensoren ekvilibrere. Før HFPS indføres i styrekateteret, skal du sørge for at nulstille trykket ved at placere sensoren på overfladen af sterilt saltvand. - Dæk det vaskulære adgangssted med et sterilt drapering og flyt til thoraxen for at indsnævre aorta.
5. Stigende aortabog (indsnævring)
- Træk let i nylonbåndet (mulighed 1) eller ePTFE-transplantatet (mulighed 2) for at sikre, at HFPS er korrekt placeret - LV-trykket skal stige, mens aortatrykket distalt til båndet (radiopaque markør) ikke bør stige.
- Hvis kateterpositioneringen er forkert, skal du justere HFPS'ens position for at sikre, at det proksimale og distale tryk på indsnævringsstedet registreres tydeligt.
- Mulighed 1: Luk nylonbåndet, indtil det sidder tæt omkring aorta.
- Luk nylonbåndet et klik ad gangen, mens du nøje overvåger trykket. Efter hvert klik skal du lade trykket stabilisere sig.
- Luk nylonbåndet gradvist, indtil den ønskede trykgradient er nået. Målet er en gradient på ca. 100 mmHg, samtidig med at det sikres, at det diastoliske tryk i venstre ventrikel ikke overstiger 25 mmHg.
BEMÆRK: Hvis den opnåede gradient er lige under 100 mmHg (dvs. mellem 90-95 mmHg), skal du afstå fra at stramme nylonbåndet yderligere. Det er afgørende ikke at stramme for meget i denne situation. Men hvis nylonbåndet ved et uheld strammes for meget under proceduren eller efter stabilisering, kan man bruge knogleskærere (se materialetabellen) til at skære nylonbåndet og derefter gentage de tidligere procedurer (trin 3.11 og trin 5.3) for at justere og opnå den passende trykgradient. - Placer et stykke sterilt plastrør på nylonbåndets ende for at undgå utilsigtet beskadigelse af de omgivende strukturer.
- Mulighed 2: tilnærm ePTFE-enderne, og indsnævre båndet ved hjælp af 45° tang, mens trykket overvåges, for at estimere den relative placering af indsnævringen.
- Placer en titaniumhemoclip på tangpositionen (fastspænding af de to ender af ePTFE-transplantatet vil efterlade et mærke på det og tjene til at styre hæmoclippositionen).
- Kontroller trykgradienten. Hvis gradienten er optimal, skal du bekræfte den forrige hæmoclipposition ved at placere en anden hæmoklip umiddelbart over den forrige (dette øger ikke indsnævringen, men undgår distal glidning af klippet).
- Hvis gradienten ikke er tilstrækkelig, skal du placere et ekstra klip under det forrige klip (indsnævre aorta yderligere). Gør dette, indtil gradienten er optimal. Hvis farveforløbet er for stort, skal du bruge klipprogrammet til at fjerne klippet og placere et nyt mere distalt.
- Trim enderne af ePTFE-transplantatet for at undgå at have for meget transplantatmateriale i brystet og sutur transplantatet til den proksimale side af aorta ved hjælp af en 5,0 sutur (se materialetabel) for at undgå distal bevægelse af transplantatet.
- Vent 15 minutter efter placering af båndet for at stabilisere trykket og afgøre, om gradienten forbliver optimal, eller om dekompensation og akut svigt vil installeres. Hvis hypotension opstår uden spontan opløsning, er det meget sandsynligt, at LV er dekompenserende, og banding lindring er påkrævet.
- Luk perikardiet ved hjælp af en 3-0 PDS II sutur (se materialetabel).
- Placer et brystafløb og tilslut det til en kirurgisk aspirator. Forøg PEEP til 10 cmH2O for at begynde at rekruttere enhver lunge, der led atelektase.
- Luk brystvæggen i lag ved hjælp af en 3-0 PDS II sutur.
- Luk den sidste muskelsøm, mens du fjerner brystdrænet og med ventilation stoppet ved slutudløb med højt tryk (manuelt justeret til 20-30 cmH2O).
- Genoptag normal ventilation og luk huden ved hjælp af en 3-0 PDS II sutur med et intradermalt mønster efter skylning af det kirurgiske sår med jod-povidon.
- Fjern mikrokatherne (se materialetabellen), og kontroller overfladetrykket for at tage højde for trykafdrift under proceduren.
- Fjern styrekateteret.
- Fjern introduktionskeden og anvend manuel kompression for at lukke arteriotomien. Anvend komprimering på adgangsstedet i mindst 10 minutter. Vurder stedet for hæmostase ved langsomt at fjerne tryk og bekræfte fraværet af blødning eller hæmatomdannelse.
- Placer en søm på punkteringsstedet ved hjælp af en absorberbar sutur, hvis det er nødvendigt.
BEMÆRK: Hvis det er nødvendigt, kan et hurtigt transthoracalt ekkokardiogram på dette tidspunkt hjælpe med at afgøre, om hjertefunktionen er god og muliggøre estimering af aortatrykgradient. Selvom det ikke er nødvendigt (da trykgradienten blev målt med high-fidelity-tryksensorer), kan en ekkoafledt gradient bruges til at sammenligne modellen med kliniske data. Bemærk, at billedkvaliteten vil blive kompromitteret på grund af operationen. - Stop anæstesi og ekstubér dyret, når spontan ventilation er detekteret. Afbryd dyret fra ventilatoren og sørg for, at korrekt luftstrøm mærkes gennem endotrachealrøret, og at perifer iltning ikke kompromitteres.
- Extubate og placer en Guedel om nødvendigt.
- Fjern det perifere venekateter.
- Overvåg dyret i mindst 15 minutter, mens EKG/puls og perifer iltning overvåges.
- Hvis det er stabilt, skal du tage dyret til en ren genopretningspen med øget omgivelsestemperatur. Brug en bærbar enhed til vitale tegn (se materialetabellen) til kontinuerligt at overvåge puls og mætning, indtil dyret genvinder bevidstheden.
- Følg dyrene i den ønskede periode og udfør transthorax ekkokardiografi eller trykvolumensløjfeanalyse for at bestemme hjertefunktionen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Under den indledende udvikling af modellen var dødeligheden ca. 30%, hvor dyr døde af akut hjertesvigt efter banding og kirurgiske komplikationer. Men efter at modellen blev etableret, blev kirurgiske komplikationer mindre almindelige, og dødeligheden faldt til omkring 15%. De to dødsfald, der opstod, skyldtes aortabrud under dissektion.
Brugen af high-fidelity tryksensorer gør det muligt at opnå tryksignaler af høj kvalitet (figur 2), hvilket muliggør realtid og nøjagtig kalibrering af stenosen. Dette sikrer, at alle opererede dyr oplever en lignende grad af overbelastning af venstre ventrikeltryk, hvilket reducerer variabiliteten inden for gruppen. Desuden har kateteret selv en 2,3 F-aksel, som har minimal indvirkning på flowobstruktion sammenlignet med større væskefyldte katetre. Efter en indledende investering kan katetrene genbruges flere gange, og hvis sterilisering er nødvendig, kan ethylenoxid anvendes (normalt tilgængelig gennem samarbejde med kirurgiske afdelinger på hospitalet).
Den transstenotiske gradient kan beregnes i realtid af softwaren, som måler trykforskellen mellem venstre ventrikel (proksimalt tryk) og det distale aorta (distalt tryk). Et par minutters stabilisering mellem hvert indsnævringstrin sikrer, at venstre ventrikel har tid til at tilpasse sig. Efter bestemmelse af den ønskede indsnævringsgrad bør der anvendes en stabiliseringsperiode på 15 minutter for at sikre, at båndgraden forbliver stabil, og at dyret kompenseres (figur 2A).
Denne tilgang er bedre end andre metoder, der ikke måler transstenotisk gradient i realtid og mangler både homogeniteten ved at have en lignende gradient mellem alle dyr (92,3 ± 2,3 mmHg, middel- og standardfejl for gennemsnittet for henholdsvis 7 opererede dyr) og tæt overvågning af venstre ventrikeltryk. Derudover undgår denne tilgang de vanskeligheder, der er forbundet med at udføre transthorax ekkokardiografi hos svin, især hos visse racer som den vietnamesiske potbellied gris, som har et mere markant fremspringende brystben.
Transthorax ekkokardiografi kan bekræfte aortabibog både umiddelbart efter operationen og under opfølgningstider (figur 3). Båndoperationen resulterer i signifikant stenose af aorta med turbulent strømning, som kvalitativt kan evalueres eller kvantificeres ved hjælp af kontinuerlig bølge Doppler. Figur 2 viser repræsentative billeder af 2-måneders opfølgende ekkokardiografi, der viser signifikant aortastenose (øverste række) og venstre ventrikulær koncentrisk hypertrofi (midterste og nederste række). To måneder efter banding udvikler dyrene signifikant hjertehypertrofi. Den makroskopiske evaluering afslørede større hjerter og en tykkere venstre ventrikelvæg (figur 4). Opfølgningsperioden på to måneder blev fastsat ud fra vækstraten for de anvendte dyr, da en længere opfølgningsperiode ville resultere i, at dyrene var for store til at blive håndteret af vores infrastrukturer.
Figur 1: Skemaer over aortabåndsprotokollen. Efter at have modtaget 20-25 kg hangrise, sendes dyrene til en karantæneperiode på 1 uge. På dagen for proceduren bedøves dyrene, LV og aorta kateteriseres, og high-fidelity tryksensorer placeres efterfulgt af aorta banding og dyregenopretning. Hele proceduren, når den er mestret, varer omkring 2 timer. To måneder efter operationen underkastes dyrene en terminal evaluering, herunder indsamling af prøver og måling af fysiologiske variabler. AB-aorta banding, Ao-aorta, LV-venstre ventrikel, PV-tryk-volumen, RHC-højre hjertekateterisering, US-ultralyd. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: Trykmålinger under aortabånd. (A) Repræsentative spor af LV og aortatryk (distalt til båndet) under aortabånd. Zoom ind på LV og aortatryk før (B) og efter (C) indsnævring, der viser gradientdannelsen (forskel mellem peak systolisk LV og aortatryk). (D) Udtrækning af ventrikulær tryksensor, overgang fra aorta proksimal til båndet til aorta distal til båndet. AP-arterielt tryk, LVP-venstre ventrikeltryk, MC-high-fidelity tryksensor. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 3: Transthorax ekkokardiografi. Opfølgning 2 måneder efter operationen afslører signifikant stenose af aorta (sort pil, øverste række). LV-hypertrofi er tydelig, både i 2D (hvide pile, midterste række) såvel som i M-tilstand, som også demonstrerer koncentrisk hypertrofi (hvide pile, nederste række). Den lodrette bjælke svarer til 3 cm, og 2D PSAX-billeder blev erhvervet i en dybde på 15 cm. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 4: Post-mortem makroskopisk analyse af hjertet. Aorta banding fører til kardiomegali, med klar hypertrofi af LV-væggen. Hjerteskiver er base, midthulrum og spids fra venstre mod højre. Perikardiale adhæsioner kan ses i hele epikardiet. Skalabjælker repræsenterer 1 cm (øverste række) og 4 cm (nederste række). Klik her for at se en større version af denne figur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I de senere år har flere undersøgelser brugt kirurgisk aortabånd som model for overbelastning af venstre ventrikeltryk og hjertesvigt (faldende9 til stigende aorta10), hvilket gør det muligt for forskere at opnå forskellige fænotyper, der er skræddersyet til deres specifikke behov. Selvom brug af sådanne modeller kræver dyrt udstyr og specialiseret viden, er de oplysninger, de giver, uvurderlige. Svin tjener på grund af sin størrelse og lighed med det menneskelige hjerte som en ideel model11, der får etisk accept som organdonorer til xenotransplantation.
Det vigtigste kritiske trin i denne metode er dissektion af aorta og placeringen af båndmaterialet (nylonkabel eller ePTFE-transplantat) omkring det. I løbet af dette trin kan der opstå flere komplikationer, herunder laceration eller brud på de omgivende strukturer eller selve aorta. Kontrol af sådanne komplikationer kan opnås ved at placere en forfølgerstrengsutur eller en madrassutur med plisséer på hullet, hvis blødning kan kontrolleres for korrekt at visualisere såret. Det anbefales kraftigt at få proceduren udført af en kardiothoraxkirurg, hvilket signifikant reducerer komplikation og dødelighed.
Et andet kritisk trin er indsnævring af aorta, som skal udføres i sekventielle trin med stabiliseringsperioder imellem. Det er afgørende at være meget opmærksom på systemiske perifere tryk, da vedvarende signifikant hypotension (gennemsnitligt arterielt tryk under 60 mmHg) kan skyldes LV's manglende evne til at klare den aktuelle stenose. Hvis det ikke løses, især når ventrikulære tryk også begynder at falde, vil akut hjertesvigt føre til tab af dyret. Fjernelse af nylonkablet eller titaniumklemmen er nødvendig, når hypotension ikke spontant løser.
Den største begrænsning af denne model og mange aortabåndmodeller er imidlertid båndets placering i forhold til koronar ostia. Supra-koronar banding placering efterligner ikke helt aortastenose og kan føre til forhøjet blodtryk i koronar kredsløb, hvilket kan være beskyttende12. Begrænsede beviser tyder ikke på forskelle mellem subkoronar og suprakoronar aortabånd hos svin13, hvilket indikerer, at de øgede komplikationer forbundet med subkoronar banding kirurgi måske ikke er umagen værd.
Afhængigt af den anvendte dyrestamme og opfølgningstiden kan båndinternalisering blive et problem. Selvom det hovedsageligt er beskrevet hos gnavere14, er det også blevet observeret i lungearterien hos svin15. Brug af ePTFE-transplantatsegmenter øger kontaktområdet betydeligt og eliminerer forekomsten af båndinternalisering. Imidlertid er ePTFE-transplantater dyrere, og når man bruger langsomt voksende racer, såsom den vietnamesiske pot-bellied gris, er båndinternalisering ikke et problem, når du bruger nylon lynlåsbånd. Forskere bør vælge deres tilgang baseret på den anvendte dyrerace.
For hurtigt voksende racer kan langsigtet opfølgning være udfordrende på grund af dyrestørrelse (tilgængelighed af infrastruktur og udstyr, der er stort nok til at håndtere >100 kg dyr) og uoverkommelige vedligeholdelsesomkostninger.
En anden begrænsning af denne model, såvel som alle modeller, der kræver perikardial rumadgang, er tilstedeværelsen af signifikante perikardiale adhæsioner efter operationen. Vores erfaring viser ingen forskel mellem at lukke eller ikke lukke det perikardiale snit efter båndplacering. Selvom det ikke påvirker funktionen, bliver dissekering af hjertet og identifikation af forskellige strukturer mere tidskrævende, og epikardiet vil sandsynligvis blive beskadiget, hvis perikardiet er helt adskilt.
Denne minimalt invasive metode repræsenterer en betydelig forfining af den typiske kirurgiske procedure, hvilket fører til en begivenhedsløs og hurtigere bedring. Brugen af to high-fidelity-katetre til samtidig trykmåling og gradientmåling i realtid forbedrer procedurens nøjagtighed og modellens reproducerbarhed betydeligt, hvilket fører til en reduktion i antallet af nødvendige dyr. Modellen kan anvendes til undersøgelse af nye terapeutiske indgreb eller enheder rettet mod venstre ventrikulær hypertrofi samt bestemmelse af nye patofysiologiske mekanismer forbundet med overbelastning af venstre ventrikeltryk.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har intet at afsløre.
Acknowledgments
Dette arbejde blev støttet og finansieret under QREN-projektet 2013/30196, "la Caixa" Banking Foundation, Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) -projektet, LCF / PR / HP17 / 52190002. JS og EB blev støttet af EU's Horizon 2020 forsknings- og innovationsprogram under Marie Skłodowska-Curie-tilskudsaftale nr. 813716. PdCM blev støttet af Stichting Life Sciences Health (LSH)-TKI-projektet MEDIATOR (LSHM 21016).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3-0 PDS II suture | Ethicon | Z683G | Aorta banding |
| 5-0 prolene | Ethicon | 7472H | Aorta banding |
| ACUSON NX2 Ultrasound System | Siemens | (240)11284381 | Vascular Access and Echocardiography |
| Arterial Extension 200 cm | PMH | 303.0666 | Anesthesia Maintenance |
| Atlan A300 Ventilator | Draeger | 8621300 | Ventilation |
| Bone cutters | Fehling | AMP 367.00 | Aorta banding |
| Cefazolin 1000 mg | Labesfal | 100063 | Antibiotic |
| Chlorhexidine 4% Wash Solution | AGA | 19110008 | Cleaning |
| Doyen Intestinal Forceps | Aesculap | EA121R | Intubation |
| Echogenic Introducer Needle | Teleflex | AN-04318 | Vascular Access |
| Endotracheal tube | Intersurgical | 8040070 | Intubation |
| ePTFE vascular graft (5 mm x 40 cm) | GORE-TEX | S0504 | Aorta banding |
| Extension line 100 cm | PMH | 303.0394 | Anesthesia Induction |
| F.O. Laryngoscope | Luxamed | E1.317.012 | Intubation |
| F.O. Miller Blade 4 204 x 17 mm | Luxamed | 3 | Intubation |
| Fenestrated Sterile Drape | Bastos Viegas | 4882-256 | Aseptic Technique |
| Fentanyl 0.5 mg/10 mL | B.Braun | 5758883 | Anesthesia / Analgesia |
| Guidewire 260 cm J-tip | B.Braun | J3 FC-FS 260-035 | Left Ventricle catheterization |
| Infusomat Space Infusion Pump | B.Braun | 24101800 | Fluids / Drug administration |
| Intercostal retractor | Fehling Surgical | MRP-1 | Thoracotomy |
| Introcan Certo IV Catheter 20G | B.Braun | 4251326 | Fluids / Drug administration |
| Isotonic Saline Solution 0.9% | B.Braun | 5/44929/1/0918 | Fluids / Drug administration |
| Ketamidor 100 mg/mL | Richter pharma | 1121908AB | Anesthesia Induction |
| L10-5v Linear Transducer | Siemens | 11284481 | Vascular Access |
| Midazolam 15 mg/3 mL | Labesfal | PLB762-POR/2 | Anesthesia Induction |
| Mikro-cath | Millar | 63405(1) | Pressure recording |
| MP1 guide catheter 6 Fr | Cordis | 67027000 | Left Ventricle catheterization |
| Needle Holder | Fehling Surgical | ZYY-5 | Aorta banding |
| Non-woven adhesive | Bastos Viegas | 442-002 | Fluids / Drug administration |
| P4-2 Phased Array Transducer | Siemens | 11284467 | Echocardiography |
| Perfusor Compact Syringe Perfusion Pump | B.Braun | 8717030 | Fluids / Drug administration |
| Pressure Signal Conditioner | ADinstruments | PCU-2000 | Pressure recording |
| Propofol Lipuro 2% | B.Braun | 357410 | Anesthesia Maintenance |
| Radifocus Introducer II Standard Kit B - Introducer Sheath | Terumo | RS+B60K10MQ | Vascular Access |
| Radiopaque marker | Scanlan | 1001-83 | Aorta banding |
| Scissors | Fehling Surgical | Thoracotomy | |
| Skinprep (Chlorhexidine 2% / 70% Isopropyl alcohol) | Vygon | SKPC015ES | Disinfection |
| Stopcock manifold (3 ports) | PMH | 310.0489 | Fluids / Drug administration |
| Straight forceps | Fehling Surgical | ZYY-1 | Thoracotomy |
| Stresnil 40 mg/mL | ecuphar | 572184.2 | Anesthesia Induction |
| Syringe Luer Lock 20 cc | Omnifix B.Braun | 4617207V | Anesthesia Induction |
| Syringe Luer Lock 50 cc | Omnifix B.Braun | 4617509F | Anesthesia Maintenance |
| Transdermal fentanyl Patch 50 mcg/h | Mylan | 5022153 | Analgesia |
| Ultravist | Bayer | KT0B019 | Angiography |
| Universal Hemostasis Valve Adapter | Merit Medical | UHVA08 | Left Ventricle catheterization |
| Velcro Limb Immobilizer | PMH | SU-211 | Animal stabilization |
| Venofix A, 21 G | B.Braun | 4056337 | Anesthesia Induction |
| Vista 120S Patient Monitor | Draeger | MS32997 | Monitoring |
| Weck titanium clip | Teleflex | 523760 | Aorta banding |
| Weck titanium clip applier | Teleflex | 523166 | Aorta banding |
| Zhiem Vision | Iberdata | N/A | Fluoroscopy |
References
- Savarese, G., et al. Global burden of heart failure: a comprehensive and updated review of epidemiology. Cardiovascular Research. 118 (17), 3272-3287 (2023).
- Hartley, A., et al. Trends in mortality from aortic stenosis in Europe: 2000-2017. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 8, 748137 (2021).
- Silva, K. A. S., Emter, C. A. Large Animal models of heart failure: a translational bridge to clinical success. Journal of the American College of Cardiology: Basic to Translational Science. 5 (8), 840-856 (2020).
- Brink, C. B., Lewis, D. I. The 12 Rs framework as a comprehensive, unifying construct for principles guiding animal research ethics. Animals (Basel). 13 (7), 1128 (2023).
- Choy, J. S., Zhang, Z. D., Pitsillides, K., Sosa, M., Kassab, G. S. Longitudinal hemodynamic measurements in swine heart failure using a fully implantable telemetry system. PLoS One. 9 (8), 103331 (2014).
- Ishikawa, K., et al. Increased stiffness is the major early abnormality in a pig model of severe aortic stenosis and predisposes to congestive heart failure in the absence of systolic dysfunction. Journal of the American Heart Association. 4 (5), 001925 (2015).
- Emter, C. A., Baines, C. P. Low-intensity aerobic interval training attenuates pathological left ventricular remodeling and mitochondrial dysfunction in aortic-banded miniature swine. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 299 (5), H1348-H1356 (2010).
- Brito, J., Raposo, L., Teles, R. C. Invasive assessment of aortic stenosis in contemporary practice. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 9, 1007139 (2022).
- Tan, W., et al. A Porcine model of heart failure with preserved ejection fraction induced by chronic pressure overload characterized by cardiac fibrosis and remodeling. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 8, 677727 (2021).
- Bikou, O., Miyashita, S., Ishikawa, K. Pig model of increased cardiac afterload induced by ascending aortic banding. Methods in Molecular Biology. 1816, 337-342 (2018).
- Lelovas, P. P., Kostomitsopoulos, N. G., Xanthos, T. T. A comparative anatomic and physiologic overview of the porcine heart. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 53 (5), 432-438 (2014).
- Tian, L., et al. Supra-coronary aortic banding improves right ventricular function in experimental pulmonary arterial hypertension in rats by increasing systolic right coronary artery perfusion. Acta Physiologica (Oxf). 229 (4), 13483 (2020).
- Sorensen, M., Hasenkam, J. M., Jensen, H., Sloth, E. Subcoronary versus supracoronary aortic stenosis. An experimental evaluation. Journal of Cardiothoracic Surgery. 6, 100 (2011).
- Lygate, C. A., et al. Serial high resolution 3D-MRI after aortic banding in mice: band internalization is a source of variability in the hypertrophic response. Basic Research in Cardiology. 101 (1), 8-16 (2006).
- Jalal, Z., et al. Unexpected Internalization of a Pulmonary Artery Band in a Porcine Model of Tetralogy of Fallot. World Journal for Pediatric and Congenital Heart Surgery. 8 (1), 48-54 (2017).
