Summary
Vi præsenterer en protokol til at fremkalde og fænotype en akut højre hjertesvigt i en stor dyremodel med kronisk lunge hypertension. Denne model kan bruges til at teste terapeutiske interventioner, til at udvikle rigtige hjerte målinger eller til at forbedre forståelsen af akut højre hjertesvigt patofysiologi.
Abstract
Udviklingen af akut højre hjertesvigt (ARHF) i forbindelse med kronisk lungehypertension (PH) er forbundet med dårlige kortsigtede resultater. Den morfologiske og funktionelle fænotologi af højre ventrikel er af særlig betydning i forbindelse med hæmodynamisk kompromis hos patienter med ARHF. Her beskriver vi en metode til at fremkalde ARHF i en tidligere beskrevet stor dyremodel af kronisk PH og til fænotype, dynamisk, højre ventrikulær funktion ved hjælp af guldstandardmetoden (dvs. trykvolumen PV loops) og med en ikke-invasiv klinisk tilgængelig metode (dvs. ekkokardiografi). Kronisk PH er først induceret hos svin af venstre lungepulsåre ligation og højre nedre lap emboli med biologisk lim en gang om ugen i 5 uger. Efter 16 uger induceres ARHF ved successive volumenbelastning ved hjælp af saltvand efterfulgt af iterativ lungeemboli, indtil forholdet mellem det systoliske lungetryk over systemisk tryk når 0,9, eller indtil det systoliske systemiske tryk falder til under 90 mmHg. Hæmodynamik genoprettes med dobutamininfusion (fra 2,5 μg/kg/min til 7,5 μg/kg/min). PV-loops og ekkokardiografi udføres under hver tilstand. Hver betingelse kræver omkring 40 minutter til induktion, hæmodynamisk stabilisering og dataindsamling. Ud af 9 dyr døde 2 umiddelbart efter lungeemboli og 7 afsluttede protokollen, hvilket illustrerer modellens indlæringskurve. Modellen induceret en 3-dobling i gennemsnitlige lungepulsåren tryk. PV-loop-analysen viste, at ventriculo-arteriel kobling blev bevaret efter volumenbelastning, faldt efter akut lungeemboli og blev genoprettet med dobutamin. Echokardigrafiske opkøb lov til at kvantificere højre ventrikulære parametre for morfologi og funktion med god kvalitet. Vi identificerede højre ventrikulære iskæmiske læsioner i modellen. Modellen kan bruges til at sammenligne forskellige behandlinger eller til at validere ikke-invasive parametre for højre ventrikulær morfologi og funktion i forbindelse med ARHF.
Introduction
Akut højre hjertesvigt (ARHF) er for nylig blevet defineret som en hurtigt progressiv syndrom med systemisk overbelastning som følge af nedsat højre ventrikulære (RV) påfyldning og / eller reduceret RV flow output1. ARHF kan forekomme under flere tilstande såsom venstresidet hjertesvigt, akut lungeemboli, akut myokardieinfarkt eller lungehypertension (PH). I tilfælde af PH er ARHF-debut forbundet med en 40% risiko for kortvarig dødelighed eller akut lungetransplantation2,3,4. Her beskriver vi, hvordan man opretter en stor dyremodel af ARHF i indstillingen af kronisk lungehypertension, og hvordan man evaluerer den rigtige ventrikel ved hjælp af ekkokardiografi og trykvolumensløjfer.
Patofysiologiske træk ved ARHF omfatter RV tryk overbelastning, volumen overbelastning, et fald i RV output, en stigning i centrale venøse tryk og / eller et fald i systemisk tryk. I kronisk PH, der er en indledende stigning i RV kontraktilitet gør det muligt at bevare hjerte output på trods af stigningen i lunge vaskulær modstand. Derfor, i forbindelse med ARHF på kronisk PH, højre ventrikel kan generere næsten isosystemiske tryk, især under inotropisk støtte. Samlet set fører ARHF på kronisk PH og hæmodynamisk restaurering med inotroper til udvikling af akutte RV iskæmiske læsioner, som for nylig beskrevet i vores store dyremodel5. Stigningen i inotroper skaber en øget energisk efterspørgsel, der kan videreudvikle iskæmiske læsioner, og endelig føre til udvikling af end-organ dysfunktion og dårlige kliniske resultater. Der er dog ingen konsensus om, hvordan man håndterer patienter med ARHF på PH, primært med hensyn til væskehåndtering, inotroper og rollen som ekstrakorporal kredsløbsstøtte. Derfor kan en stor dyremodel med akut højre hjertesvigt bidrage til at levere prækliniske data om klinisk ARHF-styring.
Som et første skridt til at kvantificere reaktionen på terapi, enkle og reproducerbare metoder til at fænotype den rigtige ventrikel er nødvendige. Til dato er der ingen konsensus om, hvordan man bedre fænotype RV morfologi og funktion af patienter med ARHF. Guldstandardmetoden til vurdering af RV-kontraktilitet (dvs. iboende kontraktkapacitet) og ventriculo-arteriel kobling (dvs. kontraktilitet normaliseret af ventrikulær efterbelastning; et indeks over ventrikulær tilpasning) er analysen af trykvolumenkredsløb. Denne metode er to gange invasiv, fordi det kræver højre hjertekateterisering og en forbigående reduktion i RV preload ved hjælp af en ballon indsat i ringere vena cava. I klinisk praksis, ikke-invasive og repeterbare metoder til at evaluere den rigtige ventrikel er nødvendig. Hjerte magnetisk resonans (CMR) betragtes som guldstandarden for ikke-invasiv evaluering af højre ventrikel. Hos patienter med ARHF på kronisk PH, som administreres på intensivafdelingen (ICU), kan brugen af CMR være begrænset på grund af patientens ustabile hæmodynamiske tilstand; Desuden kan gentagne CMR-evalueringer flere gange om dagen, herunder om natten, være begrænsede på grund af omkostningerne og den begrænsede tilgængelighed. Omvendt giver ekkokardiografi ikke-invasiv, reproducerbar og billig RV morfologi og funktion evalueringer hos ICU patienter.
Store dyremodeller er ideelle til at udføre prækliniske undersøgelser med fokus på forholdet mellem invasive hæmodynamiske parametre og ikke-invasive parametre. Den store hvide gris anatomi er tæt på mennesker. Derfor er de fleste af de ekkokardigrafiske parametre, der er beskrevet hos mennesker, kvantificerbare hos svin. Der er mindre variationer mellem menneske- og svinehjerte, som skal tages i betragtning ved ekkokardigrafiske undersøgelser. Grise præsenterer en forfatningsmæssig dextrokardi og en lidt mod uret rotation af hjerteaksen. Som følge heraf bliver den apikale 4-kammervisning en apikal 5-kammervisning, og det akustiske vindue er placeret under xiphoid-tillægget. Derudover er parasternal lang og kort akse visninger akustiske vinduer placeret på højre side af brystbenet.
Her beskriver vi en ny metode til at fremkalde ARHF i en stor dyremodel af kronisk tromboembolic PH og til at genoprette hæmodynamisk ved hjælp af dobutamin. Vi rapporterer også RV iskæmiske læsioner til stede i modellen inden for 2−3 timer efter hæmodynamisk restaurering med dobutamin. Desuden beskriver vi, hvordan man erhverver RV PV-loops og ekkokardiografiske RV parametre på hver betingelse giver indsigt i de dynamiske ændringer i RV morfologi og funktion. Da den store dyremodel af kronisk tromboembolic PH og PV-loop metoder tidligere blev beskrevet6, vil disse sektioner blive kort beskrevet. Vi rapporterede også resultater af ekkokardigrafiske evalueringer, som anses for potentielt vanskelige i porcinemodeller. Vi vil forklare metoderne til at opnå gentagne ekkokardiografi i modellen.
Modellen af ARHF på kronisk PH rapporteret i denne undersøgelse kan bruges til at sammenligne forskellige terapeutiske strategier. Metoderne til RV phenotyping kan anvendes i andre store dyremodeller efterligne klinisk relevante situationer såsom akut lungeemboli7, RV myokardieinfarkt8, akut respiratorisk nød syndrom9 eller højre hjertesvigt forbundet med venstre ventrikulær svigt10 eller venstre ventrikulær mekanisk kredsløb støtte11.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Undersøgelsen overholdt principperne for laboratoriedyrpleje ifølge National Society for Medical Research og blev godkendt af den lokale etikkomité for dyreforsøg på Hospital Marie Lannelongue.
1. Kronisk tromboembolic PH
- Inducer kronisk tromboembolic PH som tidligere beskrevet6,12.
- Fremkald kort efter en model af kronisk trombo-embolisk PH hos ca. 20 kg store hvide grise (sus scrofa). Udfør en ligatur af venstre lungepulsåre ligation gennem en venstre thoracotomy i uge 0 (lukket perikardium); og udføre ugentlig en embolisering af højre nedre lap lungepulsåren (0,2 mL til 0,4 mL om ugen) med en blandet opløsning sammensat med 1 mL blødt væv lim, herunder N-butyl-2-cyanoacrylat og 2 mL lipidisk kontrastfarve (lipiodol) i 5 uger.
- Udfør en fremmedfjendski i uge 0 på tidspunktet for venstre lungepulsåre ligation for at forbedre ekkokardiografien. For at gøre dette skal du udføre et 4 cm langsgående snit foran xiphoid-processen. Fjern xyphoid processen ved hjælp af en diathermi kniv. Luk den subkutane plan og huden med en løbende sutur.
- Udfør en ekstra højre nedre lap lungeemboli i uge 10 ved hjælp af den samme protokol forklaret ovenfor (trin 1.2).
- Udfør ARHF induktion (afsnit 6) model 6 uger efter den sidste højre nedre lap embolisering (uge 16) for at undgå akutte højre hjertelæsioner induceret af akutte lungeembolier.
BEMÆRK: Andre store dyr model af højre hjertesvigt kan anvendes, eller andre patologiske tilstande kan induceres i kronisk-tromboembolic PH model.
2. Placering af dyrepositioner og kateter
- Udfør generel anæstesi som tidligere beskrevet6.
- Lad kort dyret hurtigt i 12 timer. Udfør derefter en intramuskulær injektion af ketaminhydrochlorid (30 mg/kg) til præmedicinering. Udfør en intravenøs bolus af fentanyl (0,005 mg/kg), Propofol (2 mg/kg) og cisatracurium (0,3 mg/kg) intravenøst gennem en øreåre og intubate ikke-selektivt grisen med en 7 fransk sonde.
- Opretholde generel anæstesi med inhaleret 2% isoflurane, kontinuerlig infusion af fentanyl (0,004 mg/kg) og propofol (3 mg/kg).
- Efter generel anæstesi induktion, placere grisen på ryggen med sine forben i en lidt spredt position til at tillade parasternal ekkokardiografisk erhvervelse (afsnit 3).
- Anbring enhedens elektroder på arme og ben (ekkokardiografi, arbejdsstation for hæmodynamiske erhvervelser) før placeringen af de sterile felter.
- Placer en 8-fransk kappe i halspulsåren ved hjælp af Seldinger-metoden13.
- Indfør et 18 G (1,3 mm x 48 mm) IV kateter i halsvenen.
- Udfør en perkutan punktering på midterlinjen ved 2 cm over manubrium med en 45° orientering.
- Efter at have opnået en venøs refluks, skal du indsætte en guidewire i kateteret (0,035 tommer / 0,089 mm, 180 cm, vinklet).
- Kontroller den korrekte placering af guidewiren i den overlegne vena cava med fluoroskopi og bortskaffe den 8-franske kappe på guidewire i den overlegne vena cava.
BEMÆRK: Guidewiren er korrekt placeret, når den går gennem den ringere vena cava langs rygsøjlens højre kant.
- Indfør et 18 G (1,3 mm x 48 mm) IV kateter i halsvenen.
- Udfør en opdeling af de rigtige lårbensbeholdere for at introducere et væskefyldt kateter i den rigtige lårpulsåre for kontinuerlig systemisk trykovervågning og et ballonudvidelsekateter i den ringere vena cava gennem låråren som følger.
- Udfør et 4 cm tværgående snit i lysken.
- Placer en Beckman retractor og opdele den forreste ansigt lårbenet vene og lårben arterie ved hjælp af en Debackey sammentak og Metzenbaum saks.
- Placer et 20 G kateter i lårpulsåren under direkte visuel kontrol og tilslut det til en engangstransducer med et væskefyldt kateter for at opnå kontinuerlig systemisk blodtryksovervågning.
BEMÆRK: Det gennemsnitlige blodtryk skal være kontinuerligt over 60 mmHg. - Brug et kateter på 18 G til at indsætte en guidewire (0,035 tommer / 0,089 mm, 180 cm, vinklet) i låråren gennem den ringere vena cava under fluoroskopisk kontrol.
- Indsæt et ballonudvidelseskatetre på guidewiren gennem den ringere vena cava på intrapericardialt niveau under fluoroskopisk kontrol.
- Udfør det fluoroskopiske kontrolelement med en C-arm ved hjælp af en anteroposterior-visning. Placer ballonens synlige markører umiddelbart over mellemgulvet under fluoroskopisk kontrol. Fjern styretråden, når ballonen er placeret.
- Sy en pung med en 5,0 polypropylen monofilament sutur omkring venøs udvidelse ballon kateter for at undgå blødning fra lårbenet vene.
3. Ekkokardiografi
- Udfør ekkokardiografien lige efter dyrets positionering og kateterets placering (afsnit 2) hos dyr, der stadig er under generel anæstesi og mekanisk ventilation.
- Indsthen hver ekkokardiografisk visning i cine loop format for mindst 3 hjertecyklusser under end-expiratory apnø.
- Få alle visninger i 2-dimension og Tissue Doppler tilstande.
- Erhverve den apikale 5-kammer visning under xiphoid proces.
- Hent de parasternale korte og lange aksevisninger på højre side af brystbenet.
- Opnå valvulær flow ved hjælp af kontinuerlige og pulserende Doppler tilstande.
- Erhverve Tissue Doppler signaler af den laterale tricuspid annulus og laterale og septale mitral annulus.
BEMÆRK: Brug de nyeste retningslinjer for ekkokardiografisk vurdering hos mennesker til ekkokardigrafiske opkøb og fortolkninger14.
4. Højre hjertekateterisering
- Udfør den rigtige hjertekateterisering efter hjerteproferet (afsnit 3) og før erhvervelserne af trykvolumensløjfe (afsnit 5)
- Knyt Svane-Ganz kateteret til engangstransduceren.
- Svane-Ganz kateteret indføres i den halspulsåre 8-franske kappe, der tidligere er indsat i halspulsåren (punkt 2.4), og opnå middel lige atrie,højre ventrikel og lungepulsåre tryk. Anbring kateteret under fluoroskopi, hvis det er nødvendigt.
BEMÆRK: Kontroller, at væskefyldte katetre er godt renset med saltvand, og fjern luftbobler for at undgå tryksignaldæmpning. - Efter at have placeret Svane-Ganz kateteret i lungepulsåren, måles hjerteudgangen med termodilutionsmetoden som forklaret af producentens anvisninger; samtidig måle pulsen for beregning af slagvolumen.
- Sørg for, at saltvandet er ved 4 °C for at undgå overvurdering af hjerteydelsen.
- Tilslut engangstransduceren til PV-loop arbejdsstationen for levende erhvervelser af tryk fra væskefyldte katetre.
5. Erhvervelse af trykvolumensløjfe ved hjælp af ledningsmåden
BEMÆRK: Dette afsnit er tidligere blevet offentliggjort15.
- Indfør ledningskatetret i højre ventrikel under fluoroskopisk kontrol.
- Kontroller kvalitetssignalet ved hjælp af " in live" erhvervelse af trykvolumensløjfer.
- Aktiver passende elektroder for at opnå optimalt signal (dvs. PV-sløjfer med uret med fysiologisk form).
- Opfølgning af arbejdsgangens tryk- og volumenkalibreringstrin i overensstemmelse med fabrikantens instruktion (blodledningsevne, parallel volumen, kalibrering af slagvolumen = alfakalibrering).
BEMÆRK: Slagtilfælde eksternt med Svane-Ganz kateteret kan gentages for hver betingelser; de øvrige kalibreringstrin kan kun udføres én gang. - Erhverve PV-loop familier i stabile stater og under akut preload reduktion (dvs. akut okklusion af ringere vena cava) under end-expiratory apnø.
- Udfør mindst 3 erhvervelser pr. betingelse (steady + IVC okklusion).
6. Induktion af akut højre hjertesvigt efter volumen og tryk overbelastning (figur 1).
- Fremkald overbelastning af lydstyrken ved hjælp af en 3-trins saltvandsinfusion (ca. 2 timer).
- Start den første infusion af 15 mL/kg saltvand med en fritstrømsinfusionsydelse.
- Udfør målingerne (højre hjertekateterisme, PV-loops og ekkokardiografisk) 5 min efter hæmodynamisk stabilisering efter afslutningen af hver infusion.
- Start infusionen af andet bind på 15 mL/kg umiddelbart efter afslutningen af målingerne.
- Start tredje volumen infusion af 30 mL/kg saltvand umiddelbart efter afslutningen af målingerne.
FORSIGTIG: Volumenbelastning kan fremkalde hæmodynamisk kompromis eller lungeødem afhængigt af den anvendte dyremodel. I denne model afslørede volumenbelastning en adaptiv respons karakteriseret ved at øge hjerteudbyttet, stabilt højre atrietryk og bevaret ventriculo-arteriel kobling.
BEMÆRK: Lydstyrkebelastning kan stoppes i tilfælde af dårlig åndedræts- eller hæmodynamisk tolerance.
- Fremkald tryk overbelastning med iterativ lungeemboli.
- Indsæt en 5 fransk angiografisk kateter gennem halspulsåren i højre nedre lap lungepulsåren under fluoroskopisk kontrol.
- Embolize højre nedre lap lungearterie med en bolus på 0,15 mL af en blandet opløsning sammensat med 1 mL blødt væv lim herunder N-butyl-2-cyanoacrylat og 2 mL lipidisk kontrastfarve. Vask kateteret med 10 mL saltvand.
- Vurder den hæmodynamiske respons 2 minutter efter emboliseringen ved hjælp af det systemiske tryk og lungepulsåren tryk.
- Gentag embolismer på 0,15 mL hvert andet minut, indtil der opnås hæmodynamisk kompromis (dvs. systolisk systemisk tryk <90 mmHg eller systolisk lungetryk over systolisk systemisk trykforhold >0,9).
FORSIGTIG: Lungeemboli kan fremkalde alvorlige hæmodynamiske kompromiser, undertiden uigenkaldelige, hvilket fører til øjeblikkelig død. Før du starter embolisering trin, være klar til at starte hæmodynamiske støtte (dobutamin protokol eller adrenalin i tilfælde af kredsløbsstop). Vær klar til at starte PV-loops og ekkokardiografisk overvågning. Da dette skridt kan være forbundet med alvorlige hæmodynamiske kompromis, højre hjertekateterisation ved hjælp af Swan-Ganz kateter kan undgås for at starte dobutamin støtte hurtigere.
7. Fremkalde restaurering af den systemiske hæmodynamiske med dobutamin
- Efter at have nået hæmodynamisk kompromis og udført PV-loops og ekkokardiografiske opkøb, skal du starte dobutamininfusion ved 2,5 μg/kg/min.
BEMÆRK: Andre lægemidler eller behandlinger kan startes på dette tidspunkt. - Vent 10 til 15 minutter for hæmodynamisk stabilisering.
- Udfør højre hjertekateterisering, PV-loops og ekkokardigrafiske opkøb.
- Forøg dosis dobutamininfusion til 5 μg/kg/min.
- Vent 15 min for hæmodynamisk stabilisering og gentag opkøb.
- Gentag højre hjertekateterisering, PV-loops og ekkokardigrafiske opkøb.
- Dosis af dobutamininfusion øges til 7,5 μg/kg/min.
BEMÆRK: Andre doser, lægemidler eller behandlinger kan påbegyndes.
8. Aktiv dødshjælp og høst af hjertevæv
- I slutningen af protokollen skal du udføre en median sternotomi ved hjælp af en oscillerende sav.
- Åbn perikardiet og indsprøjt en dødelig opløsning af kaliumchlorid (0,2 g/kg).
- Høst hjertet; udvælge prøver af højre og venstre ventrikulære frivægge til patologiske og molekylære evalueringer.
BEMÆRK: Metoderne til patologiske evalueringer af højre ventrikel og til statistikken er tidligere blevet indberettet5.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Gennemførlighed
Vi beskriver resultaterne af 9 på hinanden følgende procedurer for ARHF induktion i en stor dyr CTEPH model tidligere rapporteret5. Varigheden af protokollen var omkring 6 timer at fuldføre, herunder anæstesi induktion, installation, vaskulær adgang / kateter placeringer, induktion af volumen / tryk overbelastning og hæmodynamisk restaurering, dataindsamlinger og aktiv dødshjælp. Hver hæmodynamisk tilstand kræver omkring 40 minutter at opnå induktion af tilstanden, hæmodynamisk stabilisering og dataindsamlinger.
Protokollen blev opnået i 7 ud af 9 dyr, hvilket repræsenterer indlæringskurven. Tre yderligere protokoller blev opnået efter disse beskrevne (ikke offentliggjort). Årsagen til de 2 protokolfejl var induktionen af en irreversibel hæmodynamisk fiasko efter lungeembolifasen.
PV sløjfer blev ikke erhvervet i 1 ud af 7 dyr på tidspunktet for hæmodynamisk kompromis på grund af nødvendigheden af at give hurtig systemisk hæmodynamisk restaurering med en adrenalin bolus efter højre hjertekateterisme og hjerte ekko. I dette tilfælde blev dobutamin startet umiddelbart efter restaureringen af den systemiske hæmodynamisk med adrenalin.
Virkninger af volumen og tryk overbelastning på hæmodynamik og RV funktion
Akut volumenbelastning fik ikke ARHF, men fremhævede snarere den adaptive fænotype af den kroniske PH-model. Ved volumenbelastning steg hjerteudgangen uden stigning i højre atrietryk, mens ventriculo-arteriel kobling forblev stabil (figur 2).
Hæmodynamiske kompromis kriterier blev opnået efter 1 embolus i 1 dyr, 2 emboli i 2 dyr, 3 emboli i 5 dyr og 4 emboli i 1 dyr. To dyr døde umiddelbart efter PE (1 dyr med 1 embolus og 1 dyr med 4 emboli). I et andet dyr krævede alvorlig hypotension en adrenalin bolus og øjeblikkelig start af dobutamin forud for PV-loop og ekkokardigrafiske dataindsamlinger. De 2 dødsfald, der forekom umiddelbart efter akut lungeemboli, var forbundet med akut trombose i de rigtige hjertehuler (som illustreret i figur 3).
Hæmodynamisk kompromis var forbundet med et betydeligt fald i hjerteproduktionen, slagtilfældevolumen og ventriculo-arteriel kobling (Ees/ea), mens RV-kontraktiliteten forblev stabil (figur 2); der var en dobbelt stigning i højre atrietryk og gennemsnitligt lungepulsåretryk.
Dobutamin effekt på ARHF
Dobutamin genoprettet en hjerte output, slagtilfælde volumen, og ventriculo-arteriel kobling inden for normalområdet (Figur 2).
Ekkokardiografi
Det var muligt at kvantificere dynamiske ændringer i RV's størrelse og funktion under protokollen (figur 4). Echokardigrafiske parametre blev ikke vurderet i 1 dyr med svær hæmodynamisk kompromis efter lungeemboli, der krævede en adrenalin bolus og øjeblikkelig start af dobutamin.
RV PV-sløjfer
Analyse af trykvolumensløjfen gjorde det muligt at kvantificere rv-endsystolisk elastance og ventriculo-arteriel kobling (figur 2 og figur 5).
Højre ventrikel iskæmiske læsioner
Efter hematein, eosin og safranfarvning observerede vi RV iskæmiske læsioner i subendocardial og i de subepicardial lag af RV frimur (Figur 6). De iskæmiske læsioner var karakteriseret ved klynger af hypereosinofile kardiomyocytter med picnotisk kerne.
Figur 1: Protokoloversigt. PH, lungehypertension; VL1, volumenbelastning med 15 mL/kg saltvand; VL2, 15 mL/kg saltvand; VL3, 30 mL/kg saltvand; ARHF, akut højre hjertesvigt; PE, lungeemboli. *systemisk systolisk tryk <90 mmHg eller systolisk pulmonal/systemisk trykforhold >0,9. Dette tal er blevet ændret fra5. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: Dynamiske ændringer i individuelle hæmodynamiske og trykvolumensløkker. MPAP, middelpulsåren tryk; MAP, gennemsnitligt arterielt tryk; RAP, højre atrietryk; HR, puls; SV, stregvolumen; CO, hjerte output; Es; højre ventrikulær endsystolisk elastance Ea, arteriel elastance. Parceller er median og interkvil rækkevidde. *P<0,05 i forhold til baseline; sammenligninger blev udført ved hjælp af Wilcoxon matchede par underskrevet rang test med GraphPad Prism 6. Dette tal er blevet ændret fra5. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: Eksempel på årsag til protokolsvigt: akut højre hjertetrombose (pil) efter lungeemboli, der er ansvarlig for irreversibelt hæmodynamisk kompromis, øjeblikkelig død og protokolsvigt. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: Repræsentative ekkokardigrafiske vinduer og resultater. A) Position til erhvervelse af den apikale 5-kammer (A5C) visning. (B) Position til erhvervelse af pssax-visningen (parasternal short axis). (C) Dynamiske ekkokardigrafiske evalueringer af A5C- og PSSAX-visningerne under de forskellige trin i protokollen. VL, belastning af diskenheden; PE, lungeemboli; Dobu 2.5, dobutamin 2,5 μg/kg/min; Dobu 7.5, dobutamin 7,5 μg/kg/min. *højre ventrikel; ** venstre ventrikel. Dette tal er blevet ændret fra5. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5: Repræsentative dynamiske RV multibeat trykvolumen sløjfer. PH, lungehypertension; PE, lungeemboli; Tæer, endsystolisk elastance (sort linje mærket *); Ea, arteriel elastance (sort linje mærket **); Ees/Ea, ventriculo-arteriel kobling. Dette tal er blevet ændret fra5. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 6: Repræsentative RV iskæmiske læsioner i subendocardium og i sub epicardium lag. (A) Subepicardial iskæmisk læsion; B) Subendocardial iskæmiske læsioner C) Forstørrelse af en kant af en subepicardial iskæmisk læsion med normal kerne (1), intracytoplasmisk vakuolisering (2) og pyknotisk kerner (3). D) individuelt antal subendocardiske og subepicardiske iskæmiske læsioner i 2 cm lange prøver af RV-frivæg fra dyr med akut højre hjertesvigt (ARHF) på kronisk lungehypertension (PH), dyr med kronisk PH og sund kontrol grunde er medianer. Sammenligninger blev udført ved hjælp af Mann-Whitney test med GraphPad Prism 6. *P<0,05. Dette tal er blevet ændret fra5. Klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vi beskriver en metode til at modellere større patofysiologiske træk ved ARHF på kronisk PH i en stor dyremodel, herunder volumen og tryk overbelastning og hæmodynamisk restaurering med dobutamin. Vi rapporterede også, hvordan man kan erhverve hæmodynamiske og billeddannelse data til fænotype de dynamiske ændringer af højre ventrikel på hver betingelse skabt under protokollen. Disse metoder kan give baggrundsdata til at opbygge fremtidige forskningsprotokoller inden for ARHF, især med hensyn til væskestyring og inotropisk support.
Inducerende hæmodynamisk kompromis var et kritisk skridt i modellen på grund af risikoen for uventet og øjeblikkelig død af dyret. Derfor anbefaler vi at fremkalde progressiv lungeemboli med små embolusvolumener. På tidspunktet for lungeemboli, bør efterforskerne være klar til straks at starte dataindsamlinger og hæmodynamisk støtte. Det er vores erfaring, at vi var i stand til at realisere PV-loop opkøb og ekkokardiografi forud for start dobutamin i 6 ud af 7 dyr, hvor protokollen blev afsluttet.
Det afgørende skridt til fænotype den rigtige ventrikel er at opnå omfattende hæmodynamiske, PV loop og ekkokardiografiske data. Højre hjertekateterisering giver en mulighed for at estimere hjerte output og slagtilfælde volumen ændringer for hver betingelse. Ændringer i hjerte output og slagtilfælde volumen kan evalueres yderligere med ekkokardiografi. Denne multimodale analyse af hjerte output og slagtilfælde volumen ændringer bedre den eksterne volumen kalibrering af PV-sløjfer. Det er vigtigt, at absolutte værdier og ændringer af PV-loop-parametre mere præcist kan kvantificeres ved at inkludere ændringer i hjerteudbytte og slagtilfældevolumen med eksterne metoder, der udføres for hver situation.
Vi observerede, at volumenbelastning ikke inducerede hæmodynamisk kompromis, men snarere afslørede den adaptive fænotype af PH-modellen, da vi observerede en stigning i hjerteudbytte, slagtilfældevolumen og systemisk tryk med bevaret ventriculo-arteriel kobling. Derfor, i vores model, indledende volumen belastning forudsat betingelserne for at observere et stort fald i hjerte output og slagtilfælde volumen efter akut lungeemboli, dermed øge følsomheden af modellen. Fremtidige undersøgelser bør bestemme effekten af volumenbelastning eller væskeudtømning på tidspunktet for hæmodynamisk kompromis.
Vores protokol har flere begrænsninger. Denne protokol blev ikke bygget til at analysere årsagen til ødemet, men det kan repræsentere et interessant forskningsområde. En anden grænse i protokollen er tidsforbruget og de færdigheder, der kræves for at udføre alle trinene. Volumenbelastningsfasen kan forkortes eller fjernes fra protokollen, men dette kan resultere i et lavere fald i den absolutte værdi af hjerteydelsen og slagtilfældevolumen efter akutte lungeembolier. De færdigheder, der kræves for at udføre protokollen kræver samarbejde med flere efterforskere til at placere kateteret under fluoroskopi, udføre ekkokardiografi, og analysere i realtid PV-loop kvalitet. Vi anerkender, at vi ikke udførte 3-dimensionelle evalueringer af RV-mængderne. Vi sigter mod at udvikle 3-dimensionelle evalueringer af RV mængder, da det kan give mere præcision i RV volumen kalibrering for RV PV-loop evalueringer. Et af de første skridt ville være at vurdere metodens gennemførlighed. Desuden kræver vores protokol specifikke faciliteter såsom en operationsstue og fluoroskopi til invasive RV evalueringer.
Så vidt vi ved, har vi beskrevet den første dyremodel af ARHF med kronisk PH. Tidligere undersøgelser rapporterede dynamiske ændringer i højre ventrikel med dobutamin og levosimendan efter akut lungearterie indsnævring7. I vores gruppe kvantificerede vi også RV-reserven ved hjælp af dobutamininfusion i kronisk PH uden hæmodynamisk kompromis15. Multibeat PV-loops betragtes som guldstandardmetoden til at kvantificere slutsystolisk elastance, som repræsenterer ventrikulær kontraktiliteten uafhængigt af lastningsbetingelserne16. RV elastance (Ees=end systolisk elastance) absolutte værdier skal fortolkes med forsigtighed, da der er flere metodologiske grænser. De vigtigste grænser er definitionen af det systoliske punkt og præcisionen af volumenkalibreringen med eksterne metoder (termodilution og ekkokardiografi)17. Forholdet mellem endsystolisk elastance over arteriel elastance (Ea=endsystolisk tryk over slagtilfældevolumenforholdet), kendt som forholdet mellem ventriculo-arteriel kobling (Ees/Ea), reducerer fejlene på grund af ekstern volumenkalibrering. Den ventriculo-arteriel kobling er af stor interesse inden for lunge hypertension, da det fanger tilpasningen af RV kontraktilitet til øget efterbelastning. Metoder måling RV tilpasning til efterload har fået stor interesse i de seneste år, fordi det har bedre phenotyping af patienter med PH18,19,20.
Vores metoder gav værdier af ventriculo-arteriel kobling (dvs. Ees/Ea) i overensstemmelse med tidligere offentliggjorte værdier21 og med RV funktionsestimering ved hjælp af ekkokardiografi. I denne protokol viser vi, at akut vena cava okklusion er sikker, når den udføres i forbindelse med hæmodynamisk kompromis. Desuden var RV ekkokardiografisk evaluering i den store dyremodel et supplement fra RV ekkokardiografisk evaluering i små dyr modeller, da det gjorde det muligt at kvantificere forskellige RV funktion parametre sammenlignet med tidligere rapporterede mus modeller med RV remodeling22.
De metoder, der er beskrevet i denne undersøgelse, kan bruges til forskellige forskningsprotokoller, der har til formål at løse nøglespørgsmål inden for ARHF. For det første kan disse metoder bruges til at udføre forskningsprotokoller, der har til formål at sammenligne forskellige behandlingsstrategier i forbindelse med ARHF på kronisk PH. For det andet kan iterativ og samtidig PV-loop og ekkokardiografisk evaluering gøre det muligt at validere ekkokardigrafiske indekser i forskellige situationer af klinisk interesse.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har intet at afsløre.
Acknowledgments
Dette arbejde støttes af et offentligt tilskud, der overvåges af det franske nationale forskningsagentur (ANR) som led i Investissements d'Avenir-programmet (reference: ANR-15RHUS0002).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Radiofocus Introducer II | Terumo | RS+B80K10MQ | catheter sheath |
| Equalizer, Occlusion Ballon Catheter | Boston Scientific | M001171080 | ballon for inferior vena cava occlusion |
| Guidewire | Terumo | GR3506 | 0.035; angled |
| Vigilance monitor | Edwards | VGS2V | Swan-Ganz associated monitor |
| Swan-Ganz | Edwards | 131F7 | Swan-Ganz catheter 7 F; usable lenghth 110 cm |
| Echocardiograph; Model: Vivid 9 | General Electrics | GAD000810 and H45561FG | Echocardiograph |
| Probe for echo, M5S-D | General Electrics | M5S-D | Cardiac ultrasound transducer |
| MPVS-ultra Foundation system | Millar | PL3516B49 | Pressure-volume loop unit; includes a powerLab16/35, MPVS-Ultra PV Unit, bioamp and bridge amp and cables |
| Ventricath 507 | Millar | VENTRI-CATH-507 | conductance catheter |
| Lipiodol ultra-fluid | Guerbet | 306 216-0 | lipidic contrast dye |
| BD Insyte Autoguard | Becton, Dickinson and Company | 381847 | IV catheter |
| Arcadic Varic | Siemens | A91SC-21000-1T-1-7700 | C-arm |
| Prolene 5.0 | Ethicon | F1830 | polypropilene monofil |
References
- Harjola, V. P., et al. Contemporary management of acute right ventricular failure: a statement from the Heart Failure Association and the Working Group on Pulmonary Circulation and Right Ventricular Function of the European Society of Cardiology. European Journal of Heart Failure. 18 (3), 226-241 (2016).
- Haddad, F., et al. Characteristics and outcome after hospitalization for acute right heart failure in patients with pulmonary arterial hypertension. Circulation: Heart Failure. 4 (6), 692-699 (2011).
- Sztrymf, B., et al. Prognostic factors of acute heart failure in patients with pulmonary arterial hypertension. European Respiratory Journal. 35 (6), 1286-1293 (2010).
- Huynh, T. N., Weigt, S. S., Sugar, C. A., Shapiro, S., Kleerup, E. C. Prognostic factors and outcomes of patients with pulmonary hypertension admitted to the intensive care unit. Journal of Critical Care. 27 (6), 739 (2012).
- Boulate, D., et al. Early Development of Right Ventricular Ischemic Lesions in a Novel Large Animal Model of Acute Right Heart Failure in Chronic Thromboembolic Pulmonary Hypertension. Journal of Cardiac Failure. 23 (12), 876-886 (2017).
- Noly, P. E., et al. Chronic Thromboembolic Pulmonary Hypertension and Assessment of Right Ventricular Function in the Piglet. Journal of Visualized Experiments. (105), e53133 (2015).
- Kerbaul, F., et al. Effects of levosimendan versus dobutamine on pressure load-induced right ventricular failure. Critical Care Medicine. 34 (11), 2814-2819 (2006).
- Ratliff, N., Peter, R., Ramo, B., Somers, W., Morris, J. A model for the production of right ventricular infarction. The American journal of pathology. 58 (3), 471 (1970).
- Ballard-Croft, C., Wang, D., Sumpter, L. R., Zhou, X., Zwischenberger, J. B. Large-animal models of acute respiratory distress syndrome. The Annals of Thoracic Surgery. 93 (4), 1331-1339 (2012).
- Dixon, J. A., Spinale, F. G. Large animal models of heart failure: a critical link in the translation of basic science to clinical practice. Circulation: Heart Failure. 2 (3), 262-271 (2009).
- Letsou, G. V., et al. Improved left ventricular unloading and circulatory support with synchronized pulsatile left ventricular assistance compared with continuous-flow left ventricular assistance in an acute porcine left ventricular failure model. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 140 (5), 1181-1188 (2010).
- Mercier, O., et al. Piglet model of chronic pulmonary hypertension. Pulmonary Circulation. 3 (4), 908-915 (2013).
- Seldinger, S. I. Catheter replacement of the needle in percutaneous arteriography: a new technique. Acta Radiologica. (5), 368-376 (1953).
- Lang, R. M., et al. Recommendations for cardiac chamber quantification by echocardiography in adults: an update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging. European Heart Journal - Cardiovascular Imaging. 16 (3), 233-270 (2015).
- Guihaire, J., et al. Right ventricular reserve in a piglet model of chronic pulmonary hypertension. European Respiratory Journal. 45 (3), 709-717 (2015).
- Burkhoff, D. Pressure-volume loops in clinical research: a contemporary view. Journal of the American College of Cardiology. 62 (13), 1173-1176 (2013).
- Sagawa, K. The end-systolic pressure-volume relation of the ventricle: definition, modifications and clinical use. Circulation. 63 (6), 1223-1227 (1981).
- Amsallem, M., et al. Load Adaptability in Patients With Pulmonary Arterial Hypertension. The American Journal of Cardiology. 120 (5), 874-882 (2017).
- Dandel, M., Knosalla, C., Kemper, D., Stein, J., Hetzer, R. Assessment of right ventricular adaptability to loading conditions can improve the timing of listing to transplantation in patients with pulmonary arterial hypertension. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 34 (3), 319-328 (2015).
- Vanderpool, R. R., et al. RV-pulmonary arterial coupling predicts outcome in patients referred for pulmonary hypertension. Heart. 101 (1), 37-43 (2015).
- Boulate, D., et al. Pulmonary Hypertension. , Springer. 241-253 (2016).
- Cheng, H. W., et al. Assessment of right ventricular structure and function in mouse model of pulmonary artery constriction by transthoracic echocardiography. Journal of Visualized Experiments. (84), e51041 (2014).
