Summary
Detta protokoll beskriver ett minimalt invasivt kirurgiskt ingrepp för stigande aortabandning hos svin.
Abstract
Stora djurmodeller av hjärtsvikt spelar en viktig roll i utvecklingen av nya terapeutiska interventioner på grund av deras storlek och fysiologiska likheter med människor. Ansträngningar har ägnats åt att skapa en modell för tryck-överbelastningsinducerad hjärtsvikt och stigande aortabandning medan den fortfarande är supra-koronar och inte en perfekt imitation av aortastenos hos människor, som liknar det mänskliga tillståndet.
Syftet med denna studie är att demonstrera ett minimalt invasivt tillvägagångssätt för att inducera överbelastning av vänsterkammartryck genom att placera ett aortaband, exakt kalibrerat med perkutant introducerade högupplösta trycksensorer. Denna metod representerar en förfining av det kirurgiska ingreppet (3R), vilket resulterar i homogena transstenotiska gradienter och minskad intragruppvariabilitet. Dessutom möjliggör det snabb och händelselös återhämtning av djur, vilket leder till minimal dödlighet. Under hela studien följdes djuren i upp till 2 månader efter operationen, med hjälp av transthoraxekokardiografi och tryck-volymloopanalys. Längre uppföljningsperioder kan dock uppnås om så önskas. Denna stordjursmodell visar sig vara värdefull för att testa nya läkemedel, särskilt de som riktar sig mot hypertrofi och de strukturella och funktionella förändringar som är förknippade med överbelastning av vänsterkammartrycket.
Introduction
Hjärtsvikt är en livshotande sjukdom som drabbar miljontals människor världen över och orsakar stora sociala och ekonomiska konsekvenser1. En av dess betydande etiologier är aortaklaffsjukdom eller aortastenos (AS). Aortastenos är vanligare i hög ålder och rankas som den näst vanligaste klafflesionen i USA. Den AS-relaterade dödligheten har också ökat i Europa, särskilt i länder som inte har tillgång till nya interventionella ingrepp2. Med tanke på komplexiteten hos HF och bristen på terapeutiska innovationer finns det ett stort behov av tillförlitliga djurmodeller som kan replikera det mänskliga tillståndet och underlätta testning av nya interventioner3. Även om det finns fler modeller av gnagare än stora djur, erbjuder de senare flera fördelar på grund av deras storlek och fysiologiska likheter, vilket gör det möjligt att testa läkemedelsdoser och medicintekniska produkter avsedda för människor.
Syftet med denna metod är att etablera en reproducerbar modell av stigande aortabandning (AAB) som är tillämplig på de flesta stora djurarter som används i biomedicinsk forskning. I denna studie demonstreras proceduren på svin med hjälp av en minimalt invasiv metod, i enlighet med 3R-principerna (ersättning, minskning och förfining4). Detta tillvägagångssätt säkerställer skapandet av en exakt tryckgradient, vilket resulterar i hög reproducerbarhet (vilket kan minska antalet djur som krävs). Dessutom minimerar det lilla kirurgiska snittet (2-3 cm) kirurgisk förolämpning, vilket förbättrar djurens välbefinnande jämfört med mer aggressiva metoder som sternotomi och större torakotomier5 (förfining). Att tillhandahålla en videodemonstration av metoden, tillsammans med detaljerade beskrivningar i litteraturen, skulle dessutom potentiellt kunna minska behovet av djur som enbart används för träningsändamål (ersättning), vilket ytterligare minskar användningen av djur. Denna modell kan anpassas för olika svinstammar/raser med olika tillväxthastigheter och inducerar ihållande trycköverbelastning, vilket leder till betydande hypertrofi efter 1 eller 2 månaders uppföljning.
Nuvarande metoder använder fast stenos6, utan hänsyn till variationer i djurstorlek, eller beräknar gradient med hjälp av vätskefyllda tryckavläsningar7, som är mindre tillförlitliga än högtrogna trycksensorer och är känsliga för signaldämpning8. Ett annat tillvägagångssätt använder en enda tryckmätning distalt om stenos5. Kalibrering av stenosen genom samtidiga proximala och distala trycksignaler med hjälp av perkutant levererade högupplösta trycksensorer representerar dock en betydande optimering av protokollet, vilket resulterar i förbättrad grupphomogenitet. Genom att visuellt demonstrera denna metod bör andra forskare kunna replikera den utan betydande hinder, vilket ökar tillgängligheten till denna modell samtidigt som tillämpningen av 3R-principerna främjas.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Djurförsöken utfördes vid laboratoriet för experimentell kirurgi vid universitetet i Porto, Cardiovascular Research and Development Centre (UnIC, Porto, Portugal). Den institutionella djurförsöksetiska kommittén godkände studien i enlighet med den nationella myndigheten för djurhälsa (Direcção-Geral de Alimentação e Veterinária, DGAV, Ref: 2021-07-30 011706 0421/000/000/2021). Försöksledarna var antingen licensierade (FELASA-ekvivalenta Laboratory Animal Sciences authorization) eller var hjärt- och thoraxkirurger eller anestesiologer. Djuren som användes i detta arbete var hanar med Landrace x Pietrain-bakgrund och förvärvades från en uppfödare licensierad av DGAV (PTAH03). Djurens startvikt var 20-25 kg, vilket möjliggjorde maximalt 2 månaders uppföljning (70-80 kg, Figur 1). Längre följningsperioder äventyras på grund av den betydande djurtillväxten, som vår infrastruktur inte kunde hantera.
1. Anestesi och övervakning av vitala tecken
- Fasta det valda djuret över natten med vatten ad libitum.
- Väg det medvetna djuret (låt det gå på en djurvåg), eller använd en uppskattning baserad på ankomstvikt och förväntad tillväxthastighet.
- Bered en cocktail av ketamin (15 mg/kg), midazolam (0,5 mg/kg) och azaperon (4 mg/kg) i en 20 ml Luer lock-spruta ansluten till en förlängningsslang (100 cm) följt av en 21 G nål (se Materialförteckning). Se till att ha tillräckligt med bedövning för att ta hänsyn till injektionsslangens dödvolym.
- Isolera grisen i en lugn och säker miljö (vanligtvis ett tomt djurrum, om möjligt) och söva djuret genom en intramuskulär injektion i nack- eller bakbensmuskeln (enligt institutionens protokoll). Se till att djuret är på en lugn och mörk plats och se till att det inte kan skada sig själv medan det tappar liggande, vilket bör ta 10-15 minuter.
OBS: Genom att använda en förlängningslinje undviker du behovet av att hålla fast djuret. - När djuret ligger ner, placera det sövda djuret på en bår och transportera djuret till operationssalen (mät djurets vikt vid denna tidpunkt om medveten vägning inte var ett alternativ).
- Placera djuret i ett höger eller vänster lateralt tryckläge beroende på vilket öra som ska kanyleras. Rengör örat flera gånger med klorhexidin och alkohol i en cirkulär rörelse. Kadulera sedan den marginella öronvenen med en 20 G intravenös kateter och fäst den med non-woven-lim (se materialförteckning). Anslut IV-katetern till ett 3-portars avstängningsgrenrör förspolat med koksaltlösning.
OBS: Alternativt, jämfört med en standard IV-infusionsslang (droppslang), möjliggör en infusionspump exakt justering av flödeshastigheten (2 ml/kg/h). - Placera ett depotplåster (50 μg/h) (se materialförteckning) i det kontralaterala örat.
- Placera djuret på ett radiotransparent operationsbord, i ryggläge, ovanpå en värmande madrass och fäst det på plats (remmar som håller fast tassarna vid operationsbordet).
- Anslut en propofolperfusionsledning till 3-portars avstängningskrangrenrör. Anestesiunderhåll kommer att tillhandahållas genom propofol administrerat genom en 50 ml spruta monterad på en sprutperfusionspump (se Materialtabell) med en hastighet av 10-20 mg/kg/timme.
- Administrera en bolus av propofol (4 mg/kg) och fentanyl (10 μg/kg) (se Materialförteckning) för att inducera apné och möjliggöra intubation.
OBS: Djuret kommer att vara i apné från detta ögonblick och mekanisk ventilation måste upprättas. Innan du fortsätter, se till att syrgaskällan är tillgänglig och att ventilatorn (se materialtabell) är kalibrerad och redo för ventilation. - Efter att ha säkerställt förlust av reaktivitet, och med en användare som håller grisens mun öppen samtidigt som han drar tungan utåt, använd ett laryngoskop med ett Miller-blad nummer 4 (se materialtabell) för att identifiera och försiktigt mobilisera struplocket och få en bild av stämbanden. Antingen för du in endotrakealtuben direkt eller för fram en bougie och endotrakealtuben över den först. Vissa atraumatiska tarmpincetter kan hjälpa till att mobilisera den mjuka gommen och få tillgång till struplocket.
- Blås upp endotrakealtubmanschetten och anslut den till anestesimaskinen/ventilatorn. Justera ventilationsparametrarna till 8-10 ml/kg tidalvolym, andningsfrekvens på 15-25 respirationer per minut och 5 cm H2O PEEP (positivt slutexpiratoriskt tryck). Justera ventilationsparametrarna för att upprätthålla endtidal CO2 mellan 35 och 45 mmHg.
- Placera SpO2-sensorn på tungan eller örat (där den bästa signalen erhålls), placera matstrupstemperatursonden och fäst EKG-elektroderna (se materialtabell).
- Applicera steril oftalmisk smörjsalva för att förhindra skador på hornhinnan.
2. Arteriell kanylering
- Efter att ha säkerställt korrekt anestesidjup genom frånvaro av palpebral reflex och jämn hjärtfrekvens och blodtryck, rengör och desinficera ljumskområdet noggrant med klorhexidin och alkohol i en cirkulär rörelse. Täck djuret med festererade sterila draperier (se materialtabell), med hålet placerat i lårbensartärområdet (tidigare bekräftat genom palpation eller ultraljud). Administrera cefazolin (25 mg/kg) som antibiotikaprofylax.
- Om ingreppet innebär att djuret återhämtar sig (aortabandning) ska aseptisk teknik användas från och med nu.
OBS: En strikt aseptisk teknik krävs inte om det är en terminalprocedur (PV Loop-analys). Att arbeta sterilt är dock fördelaktigt för att undvika infektion som kan påverka hemodynamiska mätningar. - Identifiera punkteringsstället och infiltrera området med subkutant 1 % lidokain.
- Identifiera den gemensamma lårbensartären med hjälp av kärlsonden (se materialtabell) och bekräfta ultraljudsmarkörens position och rätt djup.
OBS: Lårbensartärpunktion kan utföras med en kort axel, lång axel eller en kombination av båda teknikerna, med användning av en tvåplansmodalitet i vissa system. Vårt team använder dock oftare den kortaxliga metoden. - Förbered införarhylsan (se materialtabell) genom att spola introducern och dilatatorn med hepariniserad koksaltlösning innan du monterar den. Se till att 3-vägskranen i införarens sidoport är i avstängt läge mot djuret för att undvika blodförlust när du tar bort dilatatorn.
- För in en artärnål (helst en ekogen nål, se materialtabell) i lårbensartären samtidigt som du övervakar dess bana med ultraljud. När artärlumen har nåtts, vilket kan bekräftas genom pulserande arteriellt blod som lämnar nålnavet, för in en J-tip styrtråd i artären. Korrekt införande av styrtråden kan bekräftas med ultraljud.
- Ta bort nålen, håll trycket på stickstället för att undvika ytterligare blödning och för in introducern + dilatatorenheten (storlek 6 Fr, 10 cm längd) i artären. Ta bort dilatatorn och bekräfta introducerns position genom att aspirera från dess sidoport och spola sekventiellt med steril koksaltlösning.
- Anslut en arteriell tryckledning till sidoporten på lårbensartärintroduceraren för blodtrycksövervakning. Se till att tryckgivarens höjd är i nivå med höger förmak och att atmosfärstrycket är noll.
- Täck introducern med ett sterilt draperi tills vänster kammarkateterisering.
3. Stigande aortaband (förberedelse)
- Justera djurets position till en liten höger lateral decubitus och höj vänster framtass.
- Lokalisera positionen för den uppåtgående aortan med hjälp av hjärtultraljudsgivaren (se materialtabell) och markera snittstället innan du noggrant desinficerar djurets bröstkorg med klorhexidin och alkohol i en cirkulär rörelse.
- Täck djuret med sterila draperier.
- Administrera en fentanylbolus (10 μg/kg) för att säkerställa tillräcklig smärtlindring. För att bekräfta djupet av anestesi och smärtlindring, observera bristen på palpebrala reflexer och inga förändringar i hjärtfrekvens eller blodtryck vid det första snittet.
- Gör ett 2-3 cm hudsnitt i nivå med det 3/4:e interkostala utrymmet och dissekera den underliggande fascian och muskellagren tills det interkostala utrymmet nås.
- Gå in i bröstkorgen med en trubbig sax medan djuret är i påtvingad utandning utan PEEP för att undvika att skada lungan.
- Öka snittet så att upprullningsbladen kan placeras till maximalt 3 cm.
- Dra tillbaka ribborna och visualisera de underliggande strukturerna. Om snittet görs på rätt ställe ska lungartären vara väl synlig. Aortan kommer att ligga bakom den.
- Använd en minimalinvasiv hjärtkirurgisk pincett och sax för att öppna hjärtsäcken och dra tillbaka vänster förmak och eventuell lungvävnad som täcker aortan med våt steril gasbinda.
OBS: Undvik att manipulera vänster förmak för mycket, eftersom det kommer att leda till förmaksflimmer. Om detta inträffar och inte går över av sig självt, använd elkonvertering. - Separera försiktigt aortan från lungartären tills den tvärgående perikardiella sinus nås. Detta kommer att vara den kanal genom vilken bandmaterialet kommer att skickas.
OBS: För bandning av den uppåtgående aortan kan flera material användas, beroende på djurets storlek och uppföljningsperiod. För djur med begränsad tillväxt och/eller en kort uppföljningsperiod kan ett buntband i nylon användas (billigare alternativ), medan för snabbare växande djur och/eller en längre uppföljningsperiod kan ett kärlprotestransplantat fixerat med titanklämmor användas (dyrare alternativ), vilket undviker bandinternalisering (diskuteras i detalj i avsnitten nedan) (se materialförteckning). - Alternativ 1 (buntband i nylon):
- Klipp av ett ~10 cm segment av steril plastslang med en lumen som är tillräckligt liten för att passa spetsen på nylonbandet.
OBS: Den sterila slangen och nylonbandet är tidigare steriliserade genom etylenoxidsterilisering eller nedsänkning i formaldehyd i minst 24 timmar. - Använd 90° böjd pincett för att föra plastslangen (som fungerar som en atraumatisk guide till nylonbandet) runt aortan, genom den tidigare skapade banan, från utrymmet mellan aortan och lungartären (proximalt) mot utrymmet mellan aortan och höger förmak (distalt). Palpation med fingret kan hjälpa till att styra pincetten genom rätt väg.
- Var noga med att inte belasta lungartären eller höger förmak för mycket, eftersom detta kan leda till hemodynamisk instabilitet. Var uppmärksam på vitala tecken under detta steg för att undvika långvariga perioder av systemisk hypotoni.
- När plaststyrningen syns på den distala sidan, ta tag i den med en vävnadstång och dra den försiktigt runt aortan och ta med dig nylonbandet. Anslut de två ändarna av nylonbandet utan att dra ihop aortan.
- Klipp av ett ~10 cm segment av steril plastslang med en lumen som är tillräckligt liten för att passa spetsen på nylonbandet.
- Alternativ 2 (ePTFE-transplantat)
- Skär ett ~10 cm sterilt ePTFE-transplantat av ett 5 mm 40 cm långt transplantat.
- Använd en 90° böjd pincett för att hantera transplantatet och föra det runt aortan. Se steg 3.11.2 och 3.11.3.
- Placera en röntgentät markör (se materialtabell) i bandområdet för att underlätta aortakateterisering.
- Täck det interkostala utrymmet med våt gasväv och sterila draperier.
4. Vänster kammare (LV)/aortakatetrarisering
- Administrera Heparin (200 U.kg-1).
OBS: Endovaskulära ingrepp är förknippade med en risk för proppbildning och distal embolisering, medan administrering av heparin skulle leda till kraftig blödning under den kirurgiska åtkomsten till aortan. Därför utförs LV/aorta-kateterisering efter att aortan har använts och bandningen har satts på plats. - Anslut en dubbel hemostasventiladapter eller en stjärnformad hemostasventil till en 6 Fr MP1 guidekateter (se Materialtabell) och spola med hepariniserad koksaltlösning. Förladda guidekatetern med en 260 cm 0,035 tum J-tip guidewire. Introducera denna sammansättning genom lårbensskidan.
OBS: Det kan finnas risk för blödning när två högtrogna trycksensorer (HFPS) förs genom en vanlig tvärsnittshemostasventil. Ett alternativt tillvägagångssätt skulle kunna vara att använda två separata guidekatetrar, men detta skulle kräva en andra arteriell åtkomstplats. För att ta itu med både blödningsproblemet och behovet av ytterligare åtkomstställen kan man välja antingen en hemostasventil med dubbla portar eller en stjärnformad hemostasklaff. Dessa alternativ löser blödningsproblemet och eliminerar kravet på extra åtkomstpunkter. När guidekatetern har förts fram genom artärskidan är det viktigt att notera att sidoporten på hylsan inte tillåter blodtrycksmätning. För att mäta blodtrycket är det nödvändigt att ansluta artärslangen till sidoporten på hemostasventiladaptern på guidekatetern istället. - För fram ledaren och för in katetern i den uppåtgående aortan under fluoroskopisk styrning. När aortaklaffen är identifierad, korsa den försiktigt med ledaren och för in guidekatetern i LV. Om det behövs, använd kontrast för att underlätta anatomisk positionering. Kontrollera tryckspåren för att bekräfta LV-positioneringen.
- Ta bort ledaren samtidigt som du lämnar guidekatetern i LV. Spola katetern efter aspirering och se till att det inte finns några luftbubblor i katetern.
- För in en redan kalibrerad HFPS, genom en av portarna på den dubbla hemostasventilen, in i LV. Ett märke med en steril penna kan placeras på kateterkroppen för att veta när det kommer ut ur guidekateterspetsen. Alternativt är bekräftelse av en tydlig kammartrycksignal ett tecken på att guidekatetern har lämnat (signalstörningar observeras när HFPS är inne i guidekatetern).
- För fram en andra HFPS genom den andra porten på den dubbla hemostasventilen och in i LV.
- Dra tillbaka guidekatetern in i den uppåtgående aortan distalt till den röntgentäta markören som är placerad på bandningsstället samtidigt som du lämnar en av HFPS i LV. Bekräfta kateterns position med hjälp av tryckspår.
OBS: HFPS bör anslutas till registreringssystemet och placeras i steril koksaltlösning i minst 30 minuter före användning för att låta trycksensorn komma i jämvikt. Innan HFPS förs in i guidekatetern ska du se till att nollställa trycket genom att placera sensorn på ytan av den sterila koksaltlösningen. - Täck kärlåtkomststället med ett sterilt fall och flytta till bröstkorgen för att dra ihop aortan.
5. Stigande aortaband (sammandragning)
- Dra lätt i nylonbandet (alternativ 1) eller ePTFE-transplantatet (alternativ 2) för att säkerställa att HFPS är korrekt placerad - LV-trycket ska öka, medan aortatrycket distalt om bandningen (röntgentät markör) inte ska öka.
- Om kateterns placering är felaktig, justera HFPS-positionen för att säkerställa att det proximala och distala trycket mot förträngningsstället registreras tydligt.
- Alternativ 1: stäng nylonbandet tills det sitter tätt runt aortan.
- Stäng nylonbandet ett klick i taget samtidigt som du noggrant övervakar trycket. Efter varje klick, låt trycket stabiliseras.
- Stäng nylonbandet gradvis tills önskad tryckgradient uppnås. Målet är en gradient på cirka 100 mmHg, samtidigt som det säkerställs att det slutdiastoliska trycket i vänster kammare inte överstiger 25 mmHg.
OBS: Om den uppnådda gradienten är strax under 100 mmHg (dvs. mellan 90-95 mmHg), avstå från att dra åt nylonbandet ytterligare. Det är viktigt att inte dra åt för hårt i denna situation. Men om nylonbandet av misstag dras åt för mycket under proceduren eller efter stabilisering, kan man använda benskärare (se materialtabell) för att klippa nylonbandet och sedan upprepa de tidigare procedurerna (steg 3.11 och steg 5.3) för att justera och uppnå lämplig tryckgradient. - Placera en bit steril plastslang på nylonbandets ände för att undvika oavsiktlig skada på de omgivande strukturerna.
- Alternativ 2: approximera ePTFE-ändarna och dra ihop bandet med 45° pincett, samtidigt som du övervakar trycket, för att uppskatta förträngningens relativa läge.
- Placera en hemoclip av titan på pincettpositionen (klämning av de två ändarna av ePTFE-transplantatet kommer att lämna ett märke på den, vilket tjänar till att styra hemoclip-positionen).
- Kontrollera tryckgradienten. Om gradienten är optimal, bekräfta den tidigare hemoclip-positionen genom att placera en andra hemoclip omedelbart ovanför den föregående (detta kommer inte att öka förträngningen men kommer att undvika distal glidning av klippet).
- Om gradienten inte är tillräcklig, placera ytterligare ett klipp under föregående klipp (dra ihop aortan ytterligare). Gör detta tills lutningen är optimal. Om övertoningen är för stor använder du klippapplikationen för att ta bort klippet och placera ett annat mer distalt.
- Trimma ändarna på ePTFE-transplantatet för att undvika att ha för mycket transplantatmaterial i bröstet och suturera transplantatet till den proximala sidan av aortan med en 5.0-sutur (se materialtabell) för att undvika distal rörelse av transplantatet.
- Vänta 15 minuter efter att du har placerat bandet för att stabilisera trycket och avgöra om lutningen förblir optimal eller om dekompensation och akut fel kommer att installeras. Om hypotoni uppstår utan spontan läkning är det mycket troligt att LV dekompenserar och lindring av bandning krävs.
- Stäng hjärtsäcken med en 3-0 PDS II-sutur (se materialförteckning).
- Placera ett thoraxdränage och anslut det till en kirurgisk aspirator. Öka PEEP till 10cmH2O för att börja rekrytera alla lungor som drabbats av atelektas.
- Stäng bröstväggen i lager med en 3-0 PDS II-sutur.
- Stäng det sista muskelstygnet samtidigt som du tar bort thoraxdränage och med ventilationen stoppad vid utgången med högt tryck (manuellt justerat till 20-30 cmH2O).
- Återuppta normal ventilation och stäng huden med en 3-0 PDS II-sutur med ett intrakutant mönster efter att ha spolat operationssåret med jod-povidon.
- Ta bort mikrokaten (se materialtabell) och kontrollera yttrycket för att ta hänsyn till tryckdrift under proceduren.
- Ta bort guidekatetern.
- Ta bort införarhylsan och applicera manuell kompression för att stänga arteriotomin. Applicera komprimering på åtkomstplatsen i minst 10 minuter. Bedöm platsen för hemostas genom att långsamt ta bort trycket och bekräfta frånvaron av blödning eller hematombildning.
- Placera ett stygn på punkteringsstället med hjälp av en absorberbar sutur om det behövs.
OBS: Vid behov kan ett snabbt transthorax ekokardiogram hjälpa till att avgöra om hjärtfunktionen är god och möjliggöra uppskattning av aortatrycksgradienten. Även om det inte är nödvändigt (eftersom tryckgradienten mättes med högupplösta trycksensorer), kan en ekohärledd gradient användas för att jämföra modellen med kliniska data. Observera att på grund av operationen kommer bildkvaliteten att äventyras. - Avbryt anestesin och extubera djuret när spontan ventilation upptäcks. Koppla bort djuret från ventilatorn och se till att korrekt luftflöde känns genom endotrakealtuben och att perifer syresättning inte äventyras.
- Extubera och placera en Guedel om det behövs.
- Ta bort den perifera venkatetern.
- Övervaka djuret i minst 15 minuter samtidigt som du övervakar EKG/hjärtfrekvens och perifer syresättning.
- Om djuret är stabilt, ta det till en ren uppvakningsbox med förhöjd omgivningstemperatur. Använd en bärbar enhet för vitala tecken (se materialförteckning) för att kontinuerligt övervaka hjärtfrekvens och mättnad tills djuret återfår medvetandet.
- Följ djuren under önskad period och utför transthorax ekokardiografi eller tryck-volymloopanalys för att fastställa hjärtfunktionen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Under den initiala utvecklingen av modellen var dödligheten cirka 30 procent, och djuren dog av akut hjärtsvikt efter bandning och kirurgiska komplikationer. Men efter att modellen etablerades blev kirurgiska komplikationer mindre vanliga och dödligheten sjönk till cirka 15 procent. De två dödsfallen som inträffade berodde på aortaruptur under dissektion.
Användningen av högupplösta trycksensorer gör det möjligt att erhålla trycksignaler av hög kvalitet (figur 2), vilket möjliggör noggrann kalibrering av stenosen i realtid. Detta säkerställer att alla opererade djur upplever en liknande grad av överbelastning av vänsterkammartrycket, vilket minskar variabiliteten inom gruppen. Dessutom har själva katetern ett 2,3 F skaft, vilket har minimal inverkan på flödeshinder jämfört med större vätskefyllda katetrar. Efter en initial investering kan katetrarna återanvändas flera gånger, och om sterilisering behövs kan etylenoxid användas (vanligtvis tillgängligt genom samarbete med kirurgiska avdelningar på sjukhuset).
Den transstenotiska gradienten kan beräknas i realtid av programvaran, som mäter tryckskillnaden mellan vänster kammare (proximalt tryck) och distala aorta (distalt tryck). Några minuters stabilisering mellan varje sammandragningssteg säkerställer att vänster kammare hinner anpassa sig. Efter bestämning av önskad förträngningsgrad bör en stabiliseringsperiod på 15 minuter tillämpas för att säkerställa att bandningsgraden förblir stabil och att djuret kompenseras (Figur 2A).
Detta tillvägagångssätt är överlägset andra metoder som inte mäter transstenotisk gradient i realtid och saknar både homogeniteten att ha en liknande gradient mellan alla djur (92,3 ± 2,3 mmHg, medelvärde respektive standardfel för medelvärdet för 7 opererade djur) och noggrann övervakning av vänsterkammartryck. Dessutom undviker detta tillvägagångssätt de svårigheter som är förknippade med att utföra transthorax ekokardiografi på svin, särskilt hos vissa raser som den vietnamesiska hängbuksgrisen, som har ett mer markant utskjutande bröstben.
Transthorax ekokardiografi kan bekräfta aortabandning både omedelbart efter operationen och under uppföljningstidpunkter (Figur 3). Bandningsoperationen resulterar i signifikant stenos i aortan med turbulent flöde, vilket kan utvärderas kvalitativt eller kvantifieras med hjälp av kontinuerlig doppler. Figur 2 visar representativa bilder av 2-månaders uppföljningsekokardiografi, som visar signifikant aortastenos (övre raden) och vänsterkammarkoncentrisk hypertrofi (mellersta och nedre raden). Två månader efter bandning utvecklar djuren betydande hjärthypertrofi. Den makroskopiska utvärderingen visade större hjärtan och en tjockare vänsterkammarvägg (Figur 4). Uppföljningsperioden på två månader bestämdes utifrån tillväxttakten hos de använda djuren, eftersom en längre uppföljningsperiod skulle resultera i att djuren var för stora för att hanteras av våra infrastrukturer.
Figur 1: Scheman över aortabandningsprotokollet. Efter att ha fått 20-25 kg hangrisar genomgår djuren en karantänperiod på 1 vecka. På dagen för ingreppet sövs djuren, LV och aorta kateteriseras och högupplösta trycksensorer placeras, följt av aortabandning och djuråterhämtning. Hela proceduren, när du väl behärskar den, tar cirka 2 timmar. Två månader efter operationen genomgår djuren en slutlig utvärdering, inklusive provtagning och mätning av fysiologiska variabler. AB-aortabanding, Ao-aorta, LV-vänster kammare, PV-tryck-volym, RHC-höger hjärtkateterisering, US-ultraljud. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 2: Tryckmätningar under aortabandning. (A) Representativa spår av LV och aortatryck (distalt om bandningen) under aortabandning. Zooma in på LV och aortatryck före (B) och efter (C) sammandragning, som visar gradientskapandet (skillnaden mellan maximal systolisk LV och aortatryck). (D) Utdragning av den ventrikulära trycksensorn, övergång från aorta proximalt till bandningen till aortan distalt om bandningen. AP-arteriellt tryck, LVP-vänster kammartryck, MC-high-fidelity trycksensor. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 3: Transthorax ekokardiografi. Uppföljning 2 månader efter operationen visar signifikant stenos i aortan (svart pil, övre raden). LV-hypertrofi är uppenbar, både i 2D (vita pilar, mellersta raden), såväl som i M-läge, som också visar koncentrisk hypertrofi (vita pilar, nedre raden). Den vertikala stapeln motsvarar 3 cm, och 2D PSAX-bilder togs på ett djup av 15 cm. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 4: Makroskopisk obduktionsanalys av hjärtat. Aortabandning leder till kardiomegali, med tydlig hypertrofi av LV-väggen. Hjärtskivor är bas, mellanhålighet och spets från vänster till höger. Perikardiella sammanväxningar kan ses i hela epikardiet. Skalstreck representerar 1 cm (övre raden) och 4 cm (nedre raden). Klicka här för att se en större version av denna figur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Under de senaste åren har flera studier använt kirurgisk aortabandning som en modell för överbelastning av vänsterkammartryck och hjärtsvikt (fallande9 till stigande aorta10), vilket gör det möjligt för forskare att få olika fenotyper skräddarsydda för deras specifika behov. Även om användningen av sådana modeller kräver dyr utrustning och specialkunskap, är informationen de tillhandahåller ovärderlig. Svin, på grund av sin storlek och likhet med det mänskliga hjärtat, fungerar som en idealisk modell11 och får etisk acceptans som organdonatorer för xenotransplantation.
Det viktigaste kritiska steget i denna metod är dissektionen av aortan och placeringen av bandmaterialet (nylonkabel eller ePTFE-transplantat) runt den. Under detta steg kan flera komplikationer uppstå, inklusive laceration eller bristning av de omgivande strukturerna eller själva aortan. Kontroll av sådana komplikationer kan uppnås genom att placera en sutur med purpursträng eller en madrasssutur med plädgets på hålet om blödningen kan kontrolleras för att korrekt visualisera såret. Det rekommenderas starkt att ingreppet utförs av en thoraxkirurg, vilket avsevärt minskar komplikationer och dödlighet.
Ett annat kritiskt steg är sammandragningen av aortan, som bör göras i sekventiella steg med stabiliseringsperioder emellan. Det är viktigt att vara uppmärksam på systemiska perifera tryck, eftersom ihållande signifikant hypotoni (genomsnittligt artärtryck under 60 mmHg) kan bero på LV:s oförmåga att hantera den aktuella stenosen. Om det inte försvinner, särskilt när kammartrycket också börjar sjunka, kommer akut hjärtsvikt att leda till förlust av djuret. Det är nödvändigt att ta bort nylonkabeln eller titanklämman när hypotonin inte försvinner spontant.
Den största begränsningen för denna modell, och många aortabandningsmodeller, är dock bandets placering i förhållande till koronarostia. Supra-koronar banding efterliknar inte helt aortastenos och kan leda till förhöjt blodtryck i kranskärlscirkulationen, vilket kan vara skyddande12. Begränsade bevis tyder inte på några skillnader mellan subkoronar och suprakoronar aortabandning hos svin13, vilket tyder på att de ökade komplikationerna i samband med subkoronar bandingkirurgi kanske inte är värda besväret.
Beroende på vilken djurstam som används och uppföljningstiden kan bandinternalisering bli ett problem. Även om det huvudsakligen beskrivs hos gnagare14, har det också observerats i lungartären hos svin15. Användning av ePTFE-transplantatsegment ökar kontaktytan avsevärt och eliminerar förekomsten av bandinternalisering. ePTFE-transplantat är dock dyrare, och när man använder långsamt växande raser, som den vietnamesiska hängbuksgrisen, är bandinternalisering inte ett problem när man använder nylondragkedjor. Forskare bör välja sitt tillvägagångssätt baserat på den djurras som används.
För snabbväxande raser kan långsiktig uppföljning vara en utmaning på grund av djurstorlek (tillgång till infrastruktur och utrustning som är tillräckligt stor för att hantera >100 kg djur) och oöverkomliga underhållskostnader.
En annan begränsning för denna modell, liksom för alla modeller som kräver tillgång till perikardiellt utrymme, är förekomsten av betydande perikardiella sammanväxningar efter operationen. Vår erfarenhet visar ingen skillnad mellan att stänga eller inte stänga perikardiell incision efter bandplacering. Även om det inte påverkar funktionen blir det mer tidskrävande att dissekera hjärtat och identifiera olika strukturer, och epikardiet kommer sannolikt att skadas om hjärtsäcken är helt separerad.
Denna minimalinvasiva metod representerar en betydande förfining av det typiska kirurgiska ingreppet, vilket leder till en händelselös och snabbare återhämtning. Användningen av två hifi-katetrar för samtidig tryckmätning och gradientmätning i realtid förbättrar avsevärt procedurens noggrannhet och modellens reproducerbarhet, vilket leder till en minskning av antalet djur som krävs. Modellen kan tillämpas för att studera nya terapeutiska interventioner eller enheter som riktar sig mot vänsterkammarhypertrofi, samt bestämning av nya patofysiologiska mekanismer associerade med vänsterkammartrycköverbelastning.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Detta arbete stöddes och finansierades inom ramen för QREN-projektet 2013/30196, bankstiftelsen "la Caixa", projektet Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT), LCF/PR/HP17/52190002. JS och EB stöddes av EU:s forsknings- och innovationsprogram Horizon 2020 inom ramen för Marie Sklodowska-Curie-bidragsavtalet nr 813716. PdCM fick stöd av 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).
