Summary
Vi presenterer en protokoll for å indusere og fenotype en akutt høyre hjertesvikt i en stor dyremodell med kronisk lungehypertensjon. Denne modellen kan brukes til å teste terapeutiske intervensjoner, for å utvikle riktige hjertemålinger eller for å forbedre forståelsen av akutt høyre hjertesvikt patofysiologi.
Abstract
Utviklingen av akutt høyre hjertesvikt (ARHF) i sammenheng med kronisk pulmonal hypertensjon (PH) er forbundet med dårlige kortsiktige utfall. Den morfologiske og funksjonelle fenotypingen av høyre ventrikel er spesielt viktig i sammenheng med hemodynamisk kompromiss hos pasienter med ARHF. Her beskriver vi en metode for å indusere ARHF i en tidligere beskrevet stor dyremodell av kronisk PH, og til fenotype, dynamisk, høyre ventrikkelfunksjon ved hjelp av gullstandardmetoden (dvs. trykkvolum PV-løkker) og med en ikke-invasiv klinisk tilgjengelig metode (dvs. ekkokardiografi). Kronisk PH blir først indusert hos griser ved venstre lungearterie ligation og høyre nedre lobe embolisme med biologisk lim en gang i uken i 5 uker. Etter 16 uker induseres ARHF ved påfølgende volumbelastning ved hjelp av saltvann etterfulgt av iterativ lungeemboli til forholdet mellom det systoliske lungetrykket over systemisk trykk når 0,9 eller til det systoliske systemiske trykket reduseres under 90 mmHg. Hemodynamikk gjenopprettes med dobutamininfusjon (fra 2,5 μg/kg/min til 7,5 μg/kg/min). PV-løkker og ekkokardiografi utføres under hver betingelse. Hver tilstand krever rundt 40 minutter for induksjon, hemodynamisk stabilisering og datainnsamling. Av 9 dyr døde 2 umiddelbart etter lungeemboli og 7 fullførte protokollen, noe som illustrerer modellens læringskurve. Modellen induserte en 3 ganger økning i gjennomsnittlig lungearterietrykk. PV-loop-analysen viste at ventriculo-arteriell kobling ble bevart etter volumbelastning, redusert etter akutt lungeemboli og ble restaurert med dobutamin. Ekkokardiografiske oppkjøp tillot å kvantifisere riktige ventrikulære parametere for morfologi og funksjon med god kvalitet. Vi identifiserte høyre ventrikulære iskemiske lesjoner i modellen. Modellen kan brukes til å sammenligne ulike behandlinger eller for å validere ikke-invasive parametere for høyre ventrikulær morfologi og funksjon i sammenheng med ARHF.
Introduction
Akutt høyre hjertesvikt (ARHF) har nylig blitt definert som et raskt progressivt syndrom med systemisk overbelastning som følge av nedsatt høyre ventrikkel (RV) fylling og / eller redusert RV-strømningsutgang1. ARHF kan forekomme under flere tilstander som venstresidet hjertesvikt, akutt lungeemboli, akutt hjerteinfarkt eller pulmonal hypertensjon (PH). Ved PH er ARHF-utbruddet forbundet med en 40% risiko for kortsiktig dødelighet eller akutt lungetransplantasjon2,3,4. Her beskriver vi hvordan man lager en stor dyremodell av ARHF i innstillingen av kronisk lungehypertensjon og hvordan man evaluerer riktig ventrikel ved hjelp av ekkokardiografi og trykkvolumløkker.
Patofysiologiske trekk ved ARHF inkluderer overbelastning av rv-trykk, volumoverbelastning, en reduksjon i bobilutgangen, en økning i sentral venøst trykk og / eller en reduksjon i systemisk trykk. I kronisk PH er det en innledende økning i RV-kontraktilitet som gjør det mulig å bevare hjerteutgangen til tross for økningen i lungevaskulær motstand. Derfor, i sammenheng med ARHF på kronisk PH, kan høyre ventrikel generere nesten isosystemisk trykk, spesielt under inotropisk støtte. Samlet sett fører ARHF på kronisk PH og hemodynamisk restaurering med inotroper til utvikling av akutte RV iskemiske lesjoner, som nylig beskrevet i vår store dyremodell5. Økningen i inotroper skaper en økt energisk etterspørsel som kan videreutvikle iskemiske lesjoner, og til slutt føre til utvikling av end-organ dysfunksjon og dårlige kliniske resultater. Det er imidlertid ingen konsensus om hvordan man skal håndtere pasienter med ARHF på PH, hovedsakelig når det gjelder væskehåndtering, inotroper og rollen som ekstrakorporeal sirkulasjonsstøtte. Følgelig kan en stor dyremodell med akutt høyre hjertesvikt bidra til å gi prekliniske data om ARHF klinisk styring.
Som et første skritt for å kvantifisere responsen på terapi, er det nødvendig med enkle og reproduserbare metoder for å fenotype riktig ventrikel. Til dags dato er det ingen konsensus om hvordan man bedre kan fenotype RV-morfologien og funksjonen til pasienter med ARHF. Gullstandardmetoden for å evaluere RV-kontraktilitet (dvs. egen kapasitet til å trekke seg sammen) og ventriculo-arteriell kobling (dvs. kontraktilitet normalisert ved ventrikulær etterbelastning; en indeks for ventrikulær tilpasning) er analysen av trykkvolum (PV) løkker. Denne metoden er to ganger invasiv fordi den krever riktig hjertekateterisering og en forbigående reduksjon i RV-preload ved hjelp av en ballong satt inn i den dårligere vena cava. I klinisk praksis er det nødvendig med ikke-invasive og repeterbare metoder for å evaluere riktig ventrikel. Hjertemagnetisk resonans (CMR) regnes som gullstandarden for ikke-invasiv evaluering av høyre ventrikel. Hos pasienter med ARHF på kronisk PH som administreres på intensivavdeling (ICU), kan bruken av CMR være begrenset på grunn av pasientens ustabile hemodynamiske tilstand; Videre kan gjentatte CMR-evalueringer, flere ganger om dagen, inkludert om natten, være begrenset på grunn av kostnadene og begrenset tilgjengelighet. På den annen side tillater ekkokardiografi ikke-invasiv, reproduserbar og rimelig RV-morfologi og funksjonsevalueringer hos intensivpasienter.
Store dyremodeller er ideelle for å utføre prekliniske studier med fokus på forholdet mellom invasive hemodynamiske parametere og ikke-invasive parametere. Den store hvite grisanatomien er nær mennesker. Følgelig er de fleste ekkokardiografiske parametere beskrevet hos mennesker kvantifiserbare hos griser. Det finnes noen mindre variasjoner mellom menneske- og grisehjerte som må tas i betraktning for ekkokardiografiske studier. Griser presenterer en konstitusjonell dextrocardia og en litt moturs rotasjon av hjerteaksen. Som et resultat blir den apikale 4-kammervisningen en apikal 5-kammervisning og det akustiske vinduet ligger under xiphoid-tillegget. I tillegg er parasternal lange og korte aksevisninger akustiske vinduer plassert på høyre side av brystbenet.
Her beskriver vi en ny metode for å indusere ARHF i en stor dyremodell av kronisk tromboembolisk PH og for å gjenopprette hemodynamisk ved hjelp av dobutamin. Vi rapporterer også RV iskemiske lesjoner til stede i modellen innen 2-3 timer etter hemodynamisk restaurering med dobutamin. Videre beskriver vi hvordan man skaffer seg RV PV-løkker og ekkokardiografiske BOBILparametere ved hver tilstand som gir innsikt i de dynamiske endringene i RV-morfologi og funksjon. Ettersom den store dyremodellen av kronisk tromboembolisk PH og PV-sløyfemetodene tidligere ble beskrevet6, vil disse seksjonene bli kort beskrevet. Vi rapporterte også resultater av ekkokardiografiske evalueringer som anses som potensielt vanskelige i porcinemodeller. Vi vil forklare metodene for å oppnå gjentatt ekkokardiografisk i modellen.
Modellen for ARHF på kronisk PH rapportert i denne studien kan brukes til å sammenligne ulike terapeutiske strategier. Metodene for RV fenotyping kan brukes i andre store dyremodeller som etterligner klinisk relevante situasjoner som akutt lungeemboli7, RV myokardinfarkt8, akutt respiratorisk nødsyndrom9 eller høyre hjertesvikt forbundet med venstre ventrikulær svikt10 eller venstre ventrikulær mekanisk sirkulasjonsstøtte11.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Studien fulgte prinsippene for laboratoriedyrpleie i henhold til National Society for Medical Research og ble godkjent av den lokale etikkkomiteen for dyreforsøk ved Hospital Marie Lannelongue.
1. Kronisk tromboembolisk PH
- Induser kronisk tromboembolisk PH som tidligere beskrevet6,12.
- Kort sagt, induser en modell av kronisk trombo-embolisk PH i rundt 20 kg store hvite griser (sus scrofa). Utfør en ligatur av venstre lungearterie ligation gjennom en venstre thoracotomy i uke 0 (lukket perikardium); og utfør ukentlig en embolisering av høyre nedre lobe lungearterie (0,2 ml til 0,4 ml per uke) med en blandet løsning sammensatt med 1 ml bløtvevslim inkludert N-butyl-2-cyanoacrylat og 2 ml lipidkontrastfargestoff (lipiodol) i 5 uker.
- Utfør en xyphoïdectomy på uke 0 på tidspunktet for venstre lungearterie ligation for å forbedre ekkokardiografi gjennomførbarhet. For å gjøre dette, utfør et 4 cm langsgående snitt foran xiphoid-prosessen. Fjern fremmedfiendtlige prosessen ved hjelp av en diatermmikniv. Lukk den subkutane planen og huden med en løpende sutur.
- Utfør en ekstra høyre nedre lobe lungeemboli i uke 10 ved å bruke den samme protokollen som er forklart ovenfor (trinn 1.2).
- Utfør ARHF-induksjonsmodellen (avsnitt 6) 6 uker etter siste høyre nedre lobe-embolisering (uke 16) for å unngå akutte høyre hjerteskader indusert av akutte lungeemboli.
MERK: Annen stor dyremodell av høyre hjertesvikt kan brukes, eller andre patologiske tilstander kan induseres i den kronisk-tromboemboliske PH-modellen.
2. Plassering av dyreposisjonering og kateter
- Utfør generell anestesi som tidligere beskrevet6.
- Kort sagt, la dyret faste i 12 timer. Utfør deretter en intramuskulær injeksjon av ketaminhydroklorid (30 mg/kg) for premedikasjon. Utfør en intravenøs bolus av fentanyl (0,005 mg/kg), Propofol (2 mg/kg) og cisastracurium (0,3 mg/kg) intravenøst gjennom en ørevene og intuber ikke-selektivt grisen med en 7 fransk sonde.
- Opprettholde generell anestesi med inhalert 2% isofluran, kontinuerlig infusjon av fentanyl (0,004 mg/kg) og propofol (3 mg/kg).
- Etter generell anestesiinduksjon, plasser grisen på ryggen med forbenene i en litt spredt posisjon for å tillate parasternal ekkokardiografisk oppkjøp (avsnitt 3).
- Plasser enhetens elektroder på armer og ben (ekkokardiograf, arbeidsstasjon for hemodynamiske oppkjøp) før plasseringen av de sterile feltene.
- Plasser en 8-fransk kappe i jugularvenen ved hjelp av Seldinger-metoden13.
- Innfør et 18 G (1,3 mm x 48 mm) IV-kateter i jugularvenen.
- Utfør en perkutan punktering på midtlinjen ved 2 cm over manubriumet med en 45° orientering.
- Etter å ha fått en venøs refluks, sett en ledetråd inn i kateteret (0,035 tommer / 0,089 mm, 180 cm, vinklet).
- Kontroller riktig plassering av ledetråden i den overlegne vena cava med fluoroskopi og kast den 8-franske hylsen på ledetråden inn i den overlegne vena cava.
MERK: Ledetråden er riktig plassert når den går gjennom den dårligere vena cava langs høyre kant av ryggraden.
- Innfør et 18 G (1,3 mm x 48 mm) IV-kateter i jugularvenen.
- Utfør en oppdeling av de riktige lårkarene for å introdusere et væskefylt kateter i høyre lårarterie for kontinuerlig systemisk trykkovervåking og et ballongdilasjonskateter i den dårligere vena cava gjennom lårbenet som følger.
- Utfør et 4 cm tverrsnitt ved lysken.
- Plasser en Beckman retraktor og del den fremre ansiktet av lårbenet og lårarterien ved hjelp av en Debackey tang og Metzenbaum saks.
- Plasser et 20 G kateter i lårarterien under direkte visuell kontroll og koble det til en engangstransduser med et væskefylt kateter for å oppnå kontinuerlig systemisk blodtrykksovervåking.
MERK: Gjennomsnittlig blodtrykk bør være kontinuerlig over 60 mmHg. - Bruk et 18 G kateter for å sette inn en ledetråd (0,035 tommer / 0,089 mm, 180 cm, vinklet) i lårbenet gjennom den dårligere vena cava under fluoroskopisk kontroll.
- Sett inn et ballongdilasjonskateter på ledetråden gjennom den dårligere vena cava på intraperikardalt nivå under fluoroskopisk kontroll.
- Utfør den fluoroskopiske kontrollen med en C-arm ved hjelp av en anteroposterior visning. Plasser ballongens synlige markører rett over membrannivået under fluoroskopisk kontroll. Fjern ledetråden når ballongen er plassert.
- Sy en veske med en 5,0 polypropylen monofilament sutur rundt venøs dilatasjonsballongkateter for å unngå blødning fra lårbenet.
3. Ekkokardiografi
- Utfør ekkokardiografien rett etter dyreposisjoneringen og kateterets plassering (avsnitt 2) hos dyr som fortsatt er under generell anestesi og mekanisk ventilasjon.
- Skaff deg hver ekkokardiografisk visning i cine loop-format i minst 3 hjertesykluser under sluttutløpende apné.
- Få alle visninger i 2-dimensjon og Tissue Doppler moduser.
- Skaff deg den apikale 5-kammervisningen under xiphoid-prosessen.
- Skaff deg de parasternale korte og lange akseutsiktene på høyre side av brystbenet.
- Få valvulær strømning ved hjelp av kontinuerlige og pulserende Doppler-moduser.
- Skaff Tissue Doppler signaler av lateral tricuspid annulus og lateral og septal mitral annulus.
MERK: Bruk de nyeste retningslinjene for ekkokardiografisk vurdering hos mennesker for ekkokardiografiske oppkjøp og tolkninger14.
4. Høyre hjertekateterisering
- Utfør riktig hjertekateterisering etter hjerteekkoet (avsnitt 3) og før oppkjøp av trykkvolumsløyfe (avsnitt 5)
- Koble Swan-Ganz-kateteret til engangstransduseren.
- Introduser Swan-Ganz-kateteret i den jugulære 8-franske hylsen som tidligere ble satt inn i jugularvenen (avsnitt 2.4) og få gjennomsnittlig høyre atrie-, høyre ventrikulære og lungearterietrykk. Plasser kateteret under fluoroskopi om nødvendig.
MERK: Kontroller at væskefylte katetre er godt renset med saltvann og fjern luftbobler for å unngå trykksignaldemping. - Etter å ha plassert Swan-Ganz-kateteret i lungearterien, mål hjerteutgangen med termodilusjonsmetoden som forklart av produsentens instruksjoner; måle samtidig pulsen for beregning av slagvolum.
- Sørg for at saltvannsvann er ved 4 °C for å unngå overestimering av hjerteutgangen.
- Koble engangstransduseren til PV-loop arbeidsstasjonen for live oppkjøp av trykk avledet fra væskefylte katetre.
5. Oppkjøp av trykkvolumsløyfe ved hjelp av konduktivansmetoden
MERK: Denne delen er tidligere publisert15.
- Introduser ledningskateteret i høyre ventrikel under fluoroskopisk kontroll.
- Kontroller kvalitetssignalet ved hjelp av " live" oppkjøp av trykkvolumløkker.
- Aktiver tilstrekkelige elektroder for å oppnå optimalt signal (dvs. mot klokken PV-løkker med fysiologisk form).
- Følg opp arbeidsflyttrinnene for trykk- og volumkalibrering i henhold til produsentens instruksjon (blodledningsevne, parallelt volum, kalibrering av slagvolum = alfakalibrering).
MERK: Stryk eksternt med Swan-Ganz-kateteret kan gjentas for hver tilstand; mens de andre kalibreringstrinnene bare kan utføres én gang. - Anskaffe PV-loop familier i stabile tilstander og under akutt preload reduksjon (dvs. akutt okklusjon av dårligere vena cava) under slutten-expiratory apné.
- Utfør minst 3 oppkjøp per tilstand (jevn + IVC-okklusjon).
6. Induksjon av akutt høyre hjertesvikt ved volum og trykkoverbelastning (figur 1).
- Induser volumoverbelastning ved hjelp av en 3-trinns saltvannsinfusjon (rundt 2 timer).
- Start den første infusjonen av 15 ml/kg saltvann med en fristrømsinfusjonseffekt.
- Utfør målingene (høyre hjertekateterisme, PV-løkker og ekkokardiografisk) 5 min etter hemodynamisk stabilisering etter slutten av hver infusjon.
- Start den andre voluminfusjonen på 15 ml/kg umiddelbart etter slutten av målingene.
- Start den tredje voluminfusjonen på 30 ml/kg saltvann umiddelbart etter slutten av målingene.
FORSIKTIG: Volumbelastning kan indusere hemodynamisk kompromiss eller lungeødem avhengig av dyremodellen som brukes. I denne modellen avslørte volumbelastning en adaptiv respons preget av økende hjerteutgang, stabilt høyre atrietrykk og bevart ventriculo-arteriell kobling.
MERK: Volumbelastningen kan stoppes ved dårlig åndedretts- eller hemodynamisk toleranse.
- Induser trykkoverbelastning med iterativ lungeemboli.
- Sett inn et 5 fransk angiografisk kateter gjennom jugularhylsen i høyre nedre lobe lungearterie under fluoroskopisk kontroll.
- Embolize høyre nedre lobe lungearterie med en bolus på 0,15 ml av en blandet løsning sammensatt med 1 ml bløtvevslim inkludert N-butyl-2-cyanoacrylat og 2 ml lipidisk kontrastfarge. Vask kateteret med 10 ml saltvann.
- Evaluer den hemodynamiske responsen 2 minutter etter emboliseringen ved hjelp av det systemiske trykket og lungearterietrykket.
- Gjenta embolismer på 0,15 ml hvert 2. minutt til hemodynamisk kompromiss (dvs. systolisk systemisk trykk <90 mmHg eller systolisk lungetrykk over systolisk systemisk trykkforhold >0,9).
FORSIKTIG: Lungeemboli kan indusere alvorlig hemodynamisk kompromiss, noen ganger irreversibel, noe som fører til umiddelbar død. Før du starter emboliseringstrinnet, vær klar til å starte hemodynamisk støtte (dobutaminprotokoll eller epinefrin i tilfelle sirkulasjonsstans). Vær klar til å starte PV-løkker og ekkokardiografisk overvåking. Siden dette trinnet kan være forbundet med alvorlig hemodynamisk kompromiss, kan høyre hjertekateterisering ved hjelp av Swan-Ganz-kateteret unngås for å starte dobutaminstøtte tidligere.
7. Indusere restaurering av den systemiske hemodynamiske med dobutamin
- Etter å ha nådd hemodynamisk kompromiss og utført PV-løkker og ekkokardiografiske oppkjøp, start dobutamininfusjon ved 2,5 μg/kg/min.
MERK: Andre legemidler eller behandlinger kan startes på dette tidspunktet. - Vent 10 til 15 min for hemodynamisk stabilisering.
- Utfør høyre hjertekateterisering, PV-løkker og ekkokardiografiske oppkjøp.
- Øk dosen av dobutamininfusjon til 5 μg/kg/min.
- Vent 15 min for hemodynamisk stabilisering og gjentatte oppkjøp.
- Gjenta høyre hjertekateterisering, PV-løkker og ekkokardiografiske oppkjøp.
- Øk dosen av dobutamininfusjon til 7,5 μg/kg/min.
MERK: Andre doser, legemidler eller behandlinger kan initieres.
8. Eutanasi og hjertevev høsting
- På slutten av protokollen, utfør en median sternotomi ved hjelp av en oscillerende sag.
- Åpne perikardiet og injiser en dødelig løsning av kaliumklorid (0,2 g/kg).
- Høst hjertet; velg prøver av høyre og venstre ventrikulære frimurer for patologiske og molekylære evalueringer.
MERK: Metodene for de patologiske evalueringene av høyre ventrikel og for statistikken ble tidligere rapportert5.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Mulighet
Vi beskriver resultatene av 9 påfølgende prosedyrer for ARHF-induksjon i en stor CTEPH-modell for dyr som tidligere er rapportert5. Varigheten av protokollen var rundt 6 timer å fullføre, inkludert anestesiinduksjon, installasjon, vaskulær tilgang / kateterplasseringer, induksjon av volum / trykkoverbelastning og hemodynamisk restaurering, datainnsamlinger og eutanasi. Hver hemodynamiske tilstand krever rundt 40 minutter for å oppnå induksjon av tilstanden, hemodynamisk stabilisering og datainnsamling.
Protokollen ble oppnådd hos 7 av 9 dyr, som representerer læringskurven. Tre ekstra protokoller ble oppnådd etter disse beskrevne (ikke publisert). Årsaken til de to protokollfeilene var induksjonen av en irreversibel hemodynamisk svikt etter lungeembolifasen.
PV-løkker ble ikke anskaffet hos 1 av 7 dyr på tidspunktet for hemodynamisk kompromiss på grunn av nødvendigheten av å gi rask systemisk hemodynamisk restaurering med en epinefrinbolus etter riktig hjertekateterisme og hjerteekko. I dette tilfellet ble dobutamin startet umiddelbart etter restaurering av den systemiske hemodynamiske med epinefrin.
Effekter av volum- og trykkoverbelastning på hemodynamikk og RV-funksjon
Akutt volumbelastning induserte ikke ARHF, men fremhevet heller den adaptive fenotypen til den kroniske PH-modellen. Ved volumbelastning økte hjerteeffekten uten økning i høyre atrietrykk, mens den ventriculo-arterielle koblingen holdt seg stabil (figur 2).
Hemodynamiske kompromisskriterier ble oppnådd etter 1 embolus i 1 dyr, 2 emboli hos 2 dyr, 3 emboli hos 5 dyr og 4 emboli i 1 dyr. To dyr døde umiddelbart etter PE (1 dyr med 1 embolus og 1 dyr med 4 emboli). I et annet dyr krevde alvorlig hypotensjon en epinefrinbolus og umiddelbar start av dobutamin før PV-loop og ekkokardiografiske datainnsamlinger. De to dødsfallene som skjedde umiddelbart etter akutt lungeemboli var forbundet med akutt trombose i høyre hjertehule (som illustrert i figur 3).
Hemodynamisk kompromiss var forbundet med en betydelig reduksjon i hjerteutgang, slagvolum og ventriculo-arteriell kobling (Ees/ea), mens RV-kontraktiliteten holdt seg stabil (figur 2); det var en todelt økning i høyre atrietrykk og gjennomsnittlig lungearterietrykk.
Dobutamineffekt på ARHF
Dobutamin gjenopprettet hjerteutgang, slagvolum og ventriculo-arteriell kobling innenfor normalområdet (figur 2).
Ekkokardiografi
Ekkokardiografi var mulig å gi kvantifisering av dynamiske endringer i bobilstørrelse og funksjon under protokollen (figur 4). Ekkokardiografiske parametere ble ikke vurdert hos 1 dyr med alvorlig hemodynamisk kompromiss etter lungeemboli som krevde en epinefrinbolus og umiddelbar start av dobutamin.
RV PV-løkker
Trykkvolumsløyfeanalyse tillot dynamisk kvantifisering av RV endesystolisk elastans og ventriculo-arteriell kobling (figur 2 og figur 5).
Høyre ventrikulære iskemiske lesjoner
Etter hematein-, eosin- og safranfarging observerte vi RV-iskemiske lesjoner i subendokardielle og i de subepikardiale lagene i rv-friveggen (figur 6). De iskemiske lesjonene var preget av klynger av hypereosinofile kardiomyocytter med picnotic kjerne.
Figur 1: Protokollsammendrag. PH, pulmonal hypertensjon; VL1, volumbelastning med 15 ml/kg saltvann; VL2, 15 ml/kg saltvann; VL3, 30 ml/kg saltvann; ARHF, akutt høyre hjertesvikt; PE, lungeemboli. *systemisk systolisk trykk <90 mmHg eller systolisk lunge-/systemisk trykkforhold >0,9. Dette tallet er endret fra5. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: Individuelle dynamiske endringer i hemodynamisk og trykkvolumsløyfe. MPAP, gjennomsnittlig lungearterietrykk; MAP, gjennomsnittlig arterielt trykk; RAP, riktig atrietrykk; PULS, hjertefrekvens; SV, strekvolum; CO, hjerteutgang; Ees; høyre ventrikulær endesystolisk elastans; Ea, arteriell elastans. Plott er median og interquartile område. *P<0,05 sammenlignet med baseline; sammenligninger ble utført ved hjelp av Wilcoxon matched-pairs signerte rangeringstester med GraphPad Prism 6. Dette tallet er endret fra5. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3: Eksempel på årsak til protokollsvikt: akutt høyre hjertetrombose (pil) etter lungeemboli ansvarlig for irreversibel hemodynamisk kompromiss, umiddelbar død og protokollsvikt. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 4: Representative ekkokardiografiske vinduer og resultater. (A) Posisjon for oppkjøp av A5C-visningen (Apical 5-chamber). (B) Posisjon for oppkjøp av parasternal kortakse (PSSAX) visning. (C) Dynamiske ekkokardiografiske evalueringer av A5C- og PSSAX-visningene under de ulike trinnene i protokollen. VL, volum lasting; PE, lungeemboli; Dobu 2,5, dobutamin 2,5 μg/kg/min; Dobu 7,5, dobutamin 7,5 μg/kg/min. *høyre ventrikel; ** venstre ventrikel. Dette tallet er endret fra5. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 5: Representative dynamiske RV multibeat trykkvolum sløyfer. PH, pulmonal hypertensjon; PE, lungeemboli; Ees, endesystolisk elastans (svart linje merket *); Ea, arteriell elastans (svart linje merket **); Ees/Ea, ventriculo-arteriell kobling. Dette tallet er endret fra5. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 6: Representative RV iskemiske lesjoner i subendokardiet og i sub-epikardilagene. (B) Subendokardielle iskemiske lesjoner; (C) Forstørrelse av en kant av en subepikardikortisk iskemisk lesjon med normale kjerner (1), intracytoplasmatisk vakuolisering (2) og pyknotiske kjerner (3). (D) individuelt antall subendokardiske og subepikardiske iskemiske lesjoner i 2 cm lange prøver av RV frivegg fra dyr med akutt høyre hjertesvikt (ARHF) på kronisk lungehypertensjon (PH), dyr med kronisk PH og sunne kontroller; plott er medianer. Sammenligninger ble utført ved hjelp av Mann-Whitney test med GraphPad Prism 6. *P<0,05. Dette tallet er endret fra5. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vi beskriver en metode for å modellere store patofysiologiske trekk ved ARHF på kronisk PH i en stor dyremodell, inkludert volum- og trykkoverbelastning og hemodynamisk restaurering med dobutamin. Vi rapporterte også hvordan man skaffer hemodynamiske data og bildedata for å fenotype de dynamiske endringene i høyre ventrikel ved hver tilstand som er opprettet under protokollen. Disse metodene kan gi bakgrunnsdata for å bygge opp fremtidige forskningsprotokoller innen ARHF, spesielt når det gjelder væskehåndtering og inotrop støtte.
Å fremkalle hemodynamisk kompromiss var et kritisk skritt i modellen på grunn av risikoen for dyrets uventede og umiddelbare død. Derfor anbefaler vi å indusere progressiv lungeemboli med små embolusvolumer. På tidspunktet for lungeemboli bør etterforskerne være klare til umiddelbart å starte datainnsamlinger og hemodynamisk støtte. Etter vår erfaring var vi i stand til å realisere PV-loop-oppkjøpene og ekkokardiografien før vi startet dobutamin hos 6 av 7 dyr der protokollen ble fullført.
Det kritiske trinnet for å fenotype riktig ventrikel er å oppnå omfattende hemodynamiske, PV-sløyfe- og ekkokardiografiske data. Høyre hjertekateterisering gjør det mulig å estimere hjerteutgang og slagvolumendringer for hver tilstand. Endringer i hjerteutgang og slagvolum kan evalueres videre med ekkokardiografi. Denne multimodale analysen av hjerteutgang og slagvolum endrer bedre den eksterne volumkalibreringen av PV-løkkene. Det er viktig at absolutte verdier og endringshastigheter for parametere for PV-løkker kan kvantifiseres mer presist ved å inkludere hjerte- og slagvolumendringer med eksterne metoder utført for hver situasjon.
Vi observerte at volumbelastning ikke induserte hemodynamisk kompromiss, men avslørte heller den adaptive fenotypen til PH-modellen da vi observerte en økning i hjerteutgang, slagvolum og systemisk trykk med bevart ventriculo-arteriell kobling. Derfor, i vår modell, ga innledende volumbelastning betingelsene for å observere et stort fall i hjerteutgang og slagvolum etter akutt lungeemboli, og dermed øke følsomheten til modellen. Fremtidige studier bør bestemme effekten av volumbelastning eller væsketømming på tidspunktet for hemodynamisk kompromiss.
Vår protokoll har flere begrensninger. Denne protokollen ble ikke bygget for å analysere årsaken til ødem, men det kan representere et interessant forskningsområde. En annen grense for protokollen er tidsforbruket og ferdighetene som kreves for å utføre alle trinnene. Volumbelastningsfasen kan forkortes eller fjernes fra protokollen, men dette kan føre til en lavere reduksjon i absoluttverdien av hjerteutgangen og slagvolumet etter akutte lungeemboli. Ferdighetene som kreves for å utføre protokollen krever samarbeid mellom flere etterforskere for å plassere kateteret under fluoroskopi, utføre ekkokardiografien og analysere i sanntid PV-loopkvaliteten. Vi erkjenner at vi ikke utførte tredimensjonale evalueringer av bobilvolumene. Vi tar sikte på å utvikle 3-dimensjonale evalueringer av bobilvolumer, da det kan gi mer presisjon i RV-volumkalibrering for RV PV-loop-evalueringer. Et av de første trinnene vil være å evaluere gjennomførbarheten av metoden. Videre krever vår protokoll spesifikke fasiliteter som operasjonsrom og fluoroskopi for invasive bobilevalueringer.
Så vidt vi vet har vi beskrevet den første dyremodellen til ARHF med kronisk PH. Tidligere studier rapporterte dynamiske endringer i høyre ventrikel med dobutamin og levosimendan etter akutt lungearterie innsnevring7. I vår gruppe kvantifiserte vi også bobilreservatet ved hjelp av dobutamininfusjon ved kronisk PH uten hemodynamisk kompromiss15. Multibeat PV-løkker regnes som gullstandardmetoden for å kvantifisere endesystolisk elastans, som representerer ventrikulær kontraktilitet uavhengig av lasteforhold16. RV-elastans (Ees=end systolisk elastans) absolutte verdier bør tolkes med forsiktighet, da det er flere metodiske grenser. Hovedgrensene er definisjonen av endesystolisk punkt og presisjonen til volumkalibrering med eksterne metoder (termodilusjon og ekkokardiografi)17. Forholdet mellom endesystolisk elastans over arteriell elastans (Ea =endesystolisk trykk over takvolumforholdet), kjent som forholdet mellom ventriculo-arteriell kobling (Ees/Ea), reduserer feilene på grunn av ekstern volumkalibrering. Den ventriculo-arterielle koblingen er av stor interesse for feltet pulmonal hypertensjon som det fanger tilpasning av RV kontraktilitet til økt etterbelastning. Metoder som måler bobiltilpasning til etterlast har fått stor interesse de siste årene fordi den har bedre fenotyping av pasienter med PH18,19,20.
Våre metoder ga verdier av ventriculo-arteriell kobling (dvs. Ees/Ea) i samsvar med tidligere publiserte verdier21 og med RV-funksjonsestimering ved hjelp av ekkokardiografi. I denne protokollen viser vi at akutt vena cava okklusjon er trygt når det utføres i sammenheng med hemodynamisk kompromiss. Videre var RV-ekkokardiografisk evaluering i den store dyremodellen komplementær fra RV-ekkokardiografisk evaluering i små dyremodeller, da den tillot å kvantifisere forskjellige RV-funksjonsparametere sammenlignet med tidligere rapporterte musmodeller med RV-ombygging22.
Metodene beskrevet i denne studien kan brukes til ulike forskningsprotokoller med sikte på å ta opp sentrale spørsmål innen ARHF. For det første kan disse metodene brukes til å utføre forskningsprotokoller som tar sikte på å sammenligne ulike behandlingsstrategier i sammenheng med ARHF på kronisk PH. For det andre kan iterativ og samtidig PV-loop og ekkokardiografisk evaluering tillate å validere ekkokardiografiske indekser i ulike situasjoner av klinisk interesse.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Dette arbeidet støttes av et offentlig tilskudd overvåket av Det franske nasjonale forskningsbyrået (ANR) som en del av Investissements d'Avenir Program (referanse: 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).
