Summary
يصف البروتوكول الحالي نموذج اختبار تمرين حيواني كبير لتقييم القدرة الوظيفية لنظام القلب والأوعية الدموية لتقييم كفاءة العلاجات الجديدة في الإعداد قبل السريري. إنه مشابه لاختبار التمرين السريري.
Abstract
على الرغم من التقدم في العلاجات ، لا تزال أمراض القلب والأوعية الدموية واحدة من أكبر أسباب الوفيات والمراضة في جميع أنحاء العالم. يعد تكوين الأوعية العلاجية القائم على العلاج الجيني نهجا واعدا لعلاج المرضى الذين يعانون من أعراض كبيرة ، على الرغم من العلاج الدوائي الأمثل والإجراءات الغازية. ومع ذلك ، فشلت العديد من تقنيات العلاج الجيني القلبي الوعائي الواعدة في تحقيق التوقعات في التجارب السريرية. أحد التفسيرات هو عدم التطابق بين نقاط النهاية قبل السريرية والسريرية المستخدمة لقياس الفعالية. في النماذج الحيوانية ، كان التركيز عادة على نقاط النهاية القابلة للقياس الكمي بسهولة ، مثل عدد ومساحة الأوعية الشعرية المحسوبة من الأقسام النسيجية. بصرف النظر عن الوفيات والمراضة ، فإن نقاط النهاية في التجارب السريرية ذاتية ، مثل تحمل التمرين ونوعية الحياة. ومع ذلك ، من المحتمل أن تقيس نقاط النهاية قبل السريرية والسريرية جوانب مختلفة من العلاج المطبق. ومع ذلك ، فإن كلا النوعين من نقاط النهاية مطلوبان لتطوير مناهج علاجية ناجحة. في العيادات ، الهدف الرئيسي هو دائما تخفيف أعراض المرضى وتحسين تشخيصهم ونوعية حياتهم. لتحقيق بيانات تنبؤية أفضل من الدراسات قبل السريرية ، يجب أن تكون قياسات نقطة النهاية مطابقة بشكل أفضل لتلك الموجودة في الدراسات السريرية. هنا ، نقدم بروتوكولا لاختبار تمرين جهاز المشي ذي الصلة سريريا في الخنازير. تهدف هذه الدراسة إلى: (1) توفير اختبار تمرين موثوق به في الخنازير يمكن استخدامه لتقييم السلامة والفعالية الوظيفية للعلاج الجيني والعلاجات الجديدة الأخرى ، و (2) مطابقة نقاط النهاية بشكل أفضل بين الدراسات قبل السريرية والسريرية.
Introduction
أمراض القلب والأوعية الدموية المزمنة هي أسباب مهمة للوفيات والمراضة في جميع أنحاء العالم 1,2. على الرغم من أن العلاجات الحالية فعالة بالنسبة لغالبية المرضى ، إلا أن الكثيرين لا يزالون غير قادرين على الاستفادة من العلاجات الحالية بسبب ، على سبيل المثال ، الأمراض المزمنة المنتشرة أو الأمراض المصاحبة. بالإضافة إلى ذلك ، في بعض المرضى ، لا يتم تخفيف أعراض القلب من خلال العلاجات المتاحة ، وتتطور أمراض القلب والأوعية الدموية على الرغم من العلاج الطبي الأمثل3. وبالتالي ، هناك حاجة واضحة لتطوير خيارات علاجية جديدة لأمراض القلب والأوعية الدموية الحادة.
خلال السنوات العديدة الماضية ، تم اكتشاف مسارات جزيئية جديدة وطرق للتلاعب بهذه الأهداف ، مما يجعل العلاج الجيني والعلاج بالخلايا والعلاجات الجديدة الأخرى خيارا واقعيا لعلاج أمراض القلب والأوعية الدموية الشديدة4. ومع ذلك ، بعد نتائج واعدة قبل السريرية ، فشلت العديد من تطبيقات القلب والأوعية الدموية في تلبية التوقعات في التجارب السريرية. على الرغم من ضعف الفعالية في التجارب السريرية ، فقد أنشأت العديد من التجارب ملفات تعريف سلامة جيدة للعلاجات الجديدة5،6،7،8،9. وبالتالي ، فإن تقديم علاجات جديدة للقلب والأوعية الدموية للمرضى سيتطلب مناهج محسنة ونماذج أفضل قبل السريرية ، وإعدادات الدراسة ، ونقاط النهاية في الدراسات قبل السريرية التي يمكن أن تتنبأ بالفعالية السريرية.
في النماذج الحيوانية ، كان التركيز عادة على نقاط النهاية القابلة للقياس الكمي بسهولة ، مثل عدد ومساحة الأوعية الشعرية المحسوبة من الأقسام النسيجية أو المعلمات من تصوير البطين الأيسر أثناء الراحة وتحت الضغط الدوائي. في التجارب السريرية ، كانت العديد من نقاط النهاية أكثر ذاتية ، مثل تحمل التمرين أو تخفيف الأعراض4. وبالتالي ، فمن المحتمل أن تقيس نقاط النهاية في الدراسات قبل السريرية والتجارب السريرية جوانب مختلفة من العلاج المطبق. على سبيل المثال ، لا ترتبط الزيادة في كمية الأوعية الدموية دائما بتحسين التروية أو وظيفة القلب أو تحمل التمرين. ومع ذلك ، فإن كلا النوعين من نقاط النهاية مطلوبان لتطوير مناهج علاجية ناجحة10. ومع ذلك ، فإن الهدف الرئيسي هو دائما تخفيف الأعراض وتحسين تشخيص المريض ونوعية الحياة. لتحقيق ذلك ، يجب مطابقة قياسات نقطة النهاية بشكل أفضل بين الدراسات قبل السريريةوالسريرية 4.
تعكس اللياقة القلبية التنفسية قدرة الجهاز الدوري والجهاز التنفسي على توفير الأكسجين أثناء النشاط البدني المستمر ، وبالتالي فهي تحدد القدرة الوظيفية للفرد. القدرة الوظيفية هي علامة تنبؤية رئيسية لأنها مؤشر مستقل قوي لخطر الوفيات القلبية الوعائية وجميع الأسباب11. ترتبط التحسينات في اللياقة القلبية التنفسية بانخفاض خطر الوفاة12. اختبارات التمرين مناسبة لتقييم الأداء الهوائي واستجابات العلاج في أمراض القلب والأوعية الدموية. اعتمادا على التوافر ، يتم إجراء الاختبارات على مقياس جهد الدراجة أو جهاز المشي. عادة ما يتم استخدام زيادة تدريجية في عبء العمل في الدقيقة ، ويتم تجنب الزيادات المفاجئة ؛ هذا يؤدي إلى استجابة فسيولوجية خطية. تشمل أهم المتغيرات في اختبارات التمرين إجمالي وقت التمرين ، والمكافئات الأيضية (METs) التي تم تحقيقها ، ومعدل ضربات القلب ، والتغيرات على خط مخطط كهربية القلب (ECG) بين مجمع QRS (موجات Q و R و S) وموجة T (مقطع ST). اختبارات الإجهاد السريرية لها تكاليف منخفضة ويمكن الوصول إليها بسهولة13. لهذه الأسباب ، تم استخدام اختبارات الإجهاد ، مثل اختبار المشي لمدة 6 دقائق ، على نطاق واسع في العيادات ويجب استخدامها أيضا في التقييم قبل السريري للعلاجات الجديدة.
على حد علمنا ، لا توجد نماذج حيوانية كبيرة موصوفة جيدا لتقييم الفعالية الوظيفية للعلاج الجيني أو العلاجات الجديدة الأخرى. لذلك ، يوفر اختبار التمرين ذي الصلة سريريا منظورا ممتازا لتقييم كفاءة هذه العلاجات الجديدة في الإعداد قبل السريري.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
تمت الموافقة على جميع التجارب من قبل مجلس التجارب على الحيوانات بجامعة شرق فنلندا. يصف هذا البروتوكول اختبار تمرين جهاز المشي ذي الصلة سريريا للخنازير لتقييم سلامة وفعالية العلاجات الجديدة لأمراض القلب. تم استخدام إناث الخنازير المنزلية التي تزن 25-80 كجم في هذه الدراسة. تم الحصول على الحيوانات من مصدر تجاري (انظر جدول المواد).
1. إعداد مسار الجري
- قم بإعداد مسار الجري بحيث يمكن للحيوانات التحرك في اتجاه واحد فقط. استخدم البوابات والبوابات لمنع الحيوانات من العودة. يظهر مخطط الأرضية لمسار الجري في الشكل 1 ، ومثال على مسار الجري في الشكل 2.
- تأكد من أن جهاز المشي (انظر جدول المواد) به مساحة كافية للسماح بتغييرات الانحدار.
- تأكد من أن جهاز المشي له عرض قابل للتعديل لمنع الحيوان من الدوران أثناء الجري.
- استخدم البلاستيك الشفاف لعمل الجدار الأمامي لجهاز المشي. هذا يمنع الحيوان من الهروب من جهاز المشي ، لكنه لا يزال يسمح للحيوان بالرؤية من خلال الجدار.
ملاحظة: من الضروري أن تتمكن الحيوانات من الرؤية من خلال الجدار الأمامي ، حيث تشير تجربتنا إلى أن الخنازير تكون أكثر تحفيزا للركض إذا رأت زملائها الخنازير على الجانب الآخر من الجدار. - ضع جهاز مراقبة تخطيط كهربية القلب ومزيل الرجفان (انظر جدول المواد) بجوار جهاز المشي.
ملاحظة: قد يحدث عدم انتظام ضربات القلب المميت أثناء اختبار الإجهاد ، خاصة إذا كان الخنزير يعاني من نقص تروية عضلة القلب14،15،16. - تأكد من أن مضمار الجري يتضمن نقطة مياه حيث يمكن للحيوانات أن تشرب وتبرد بعد الجري.
2. فترة تأقلم الخنازير قبل الاختبار
- منزل الحيوانات لمدة 2 أسابيع قبل بدء التجارب.
- خلال الأسبوع 1st من التأقلم ، تأكد من أن الحيوانات تعتاد على معالجيها وبيئة السكن الجديدة ، باستثناء مسار الجري.
- خلال الأسبوع 2 من فترة التأقلم ، تأكد من اعتياد الحيوانات على مضمار الجري.
- ابدأ في التعود حتى تتعرف الحيوانات على مسار الجري. أولا ، أبق جميع البوابات مفتوحة ، حتى تتمكن الحيوانات من المشي بحرية على المسار واستكشاف البيئة.
- عندما تكون الحيوانات أكثر دراية بالمسار ، قم بتشغيل جهاز المشي واترك الحيوان يركض لفترات قصيرة في كل مرة ، مثل 7 دقائق. يجب تمديد طول أوقات التشغيل يوميا.
ملاحظة: تذكر أن تكافئ الحيوانات خلال فترة التأقلم. على سبيل المثال ، تمت مكافأة الخنازير بالفشار غير المملح في الدراسة الحالية.
3. اختبار التمرين
ملاحظة: يجب صيام الخنازير قبل 2 ساعة على الأقل من اختبار التمرين أو إعطائها جزءا صغيرا فقط من الطعام قبل الجري.
- قم بتشغيل جهاز المشي واضبط المنحدر على 5٪ -10٪.
- بمجرد أن يكون الحيوان على جهاز المشي ، ابدأ تشغيل جهاز المشي بسرعة تبدأ من 2 كم / ساعة.
- قم بزيادة السرعة بمقدار 0.5 كم / ساعة كل 60 ثانية حتى يتم الوصول إلى 5 كم / ساعة. إجمالي وقت التشغيل هو 15 دقيقة.
- في حالة عدم تمكن الحيوان من الجري طوال الوقت بأقصى سرعة ، قم بتنفيذ الخطوات أدناه.
- إذا كان الخنزير لا يعمل بسرعة السرعة المحددة ، ادفعه برفق من الخلف ، لأن هذا قد يعطي الحيوان الشعور بأنه يحتاج إلى الجري بشكل أسرع دون إبطاء.
- حاول دفع الحيوان بلطف ثلاث مرات كحد أقصى ؛ بعد ذلك ، أبطئ السرعة بمقدار 0.5 كم / ساعة في المرة الواحدة حتى يتمكن الخنزير من التعامل مع السرعة. لا تبطئ إلى أقل من 2 كم / ساعة.
- إذا رفض الحيوان الركض حتى بسرعة بطيئة ، فقم بإيقاف تشغيل جهاز المشي وإيقاف الاختبار.
4. مراقبة تخطيط القلب أثناء اختبار التمرين
- ضع أقطاب تخطيط القلب (انظر جدول المواد) في المواقع التشريحية التي لديها الحد الأدنى من الحركة أثناء الجري ، مثل الكتف أو الصدر.
ملاحظة: استخدم أقطاب ECG المصممة لاختبارات التمرين لتحقيق التصاق أفضل بالجلد. تذكر أن تحلق الشعر من المنطقة التي سيتم وضع أقطاب ECG فيها. - سجل تغيرات معدل ضربات القلب أثناء الجري.
ملاحظة: تشير تجربتنا إلى أن تحليلات مقطع ST غالبا ما تكون معقدة بسبب الحركة والتحف الأخرى. يمكن أيضا إجراء مراقبة الإيقاع باستخدام مسجل حلقة قابل للزرع أو جهاز تنظيم ضربات القلب.
5. جمع البيانات
- سجل مسافة التشغيل والوقت الإجمالي والسرعة في كل مرة يتم فيها تغيير السرعة.
ملاحظة: قد تجمع أجهزة المشي الحديثة الكثير من البيانات الأخرى ، لذلك من الضروري أن تتعرف على دليل جهاز المشي للاستفادة من الإمكانات الكاملة للمعدات. - لاحظ التغييرات المحتملة في سلوك الحيوان ، مثل العرج.
ملاحظة: إذا لزم الأمر ، اتصل بالطبيب البيطري وتأكد من أن الحيوان يتلقى التسكين اللازم. إزالة الحيوان من التمارين المستقبلية حتى يتعافى تماما.
6. رعاية ما بعد الإجراء
- تأكد من وصول الحيوان إلى نقطة المياه.
- كافئ الحيوان ، على سبيل المثال ، بالمكافآت أو الألعاب.
- راقب الحيوان لمدة 30 دقيقة بعد الجري بحثا عن الآثار الضارة المحتملة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
يجب أن يكون لدى المرء خبرة في العمل مع الحيوانات الكبيرة للنجاح مع هذا البروتوكول. يحتاج الباحثون إلى أن يكونوا قادرين على تقييم ما إذا كان الحيوان يتوقف عن الجري بسبب التعب أو نقص الحافز. قد يساعد تسجيل السرعة والمسافة في تقييم ذلك ، حيث عادة ما تتوقف الحيوانات التي تفتقر إلى الدافع عن الجري تماما ، بينما تستمر الحيوانات المنهكة في الجري بعد إبطاء السرعة (الشكل 3). إذا لزم الأمر ، يمكن تكرار البروتوكول في اليوم التالي إذا بدت النتائج غير موثوقة.
يوضح الشكل 4 جدولا زمنيا تمثيليا للحيوانات المعالجة بالفيروس الغدي (AAV). قد يختلف الجدول الزمني اعتمادا على إعداد الدراسة ، خاصة فيما يتعلق بالنقطة الزمنية للتضحية. لاحظ فترة التأقلم عند التخطيط للتجارب.
يمكن مقارنة النتائج بقياسات بنية الأعضاء ووظائفها الأخرى ، مثل صدى القلب ، لمعرفة كيفية ارتباط تحمل التمرين بهذه القياسات الأخرى. على سبيل المثال ، يرتبط التغيير في مسافة الجري بالتغير في الكسر القذفي. مع جزء طرد منخفض ، لا يمكن للحيوان الجري بأقصى سرعة طوال اختبار التمرين (الشكل 5). قد تختلف المتغيرات التي تم تحليلها اعتمادا على إعدادات الدراسة. يتيح هذا البروتوكول مقارنة إجمالي مسافة الجري ، واختلاف السرعة ، و METs ، وتغير معدل ضربات القلب ، وعدم انتظام ضربات القلب.
يتم تسجيل تخطيط القلب أثناء اختبار التمرين (الشكل 6). تحليل مقطع ST صعب بسبب القطع الأثرية. يمكن قياس التغيرات في فترات معدل ضربات القلب من مخطط كهربية القلب طوال اختبار التمرين.
الشكل 1: مخطط أرضية مضمار الجري. يتم تمييز مكان الحيوانات التي لا تعمل بعلامة (أ). يتم توجيه واحد في كل مرة إلى جهاز المشي [المنطقة (ج)] عبر ممر (ب). يتم إغلاق البوابة بين المنطقتين (أ) و (ب) لضمان ذهاب واحد فقط في كل مرة إلى مضمار الجري وبقاء الحيوانات الأخرى في المنطقة (أ). من الضروري أن تبقى الحيوانات الأخرى في المنطقة (أ) ، حيث يمكن للحيوان الموجود على جهاز المشي رؤية الحيوانات الأخرى في المنطقة (أ) ، مما يحفزها على الركض. يتم إغلاق البوابة بين جهاز المشي والمنطقة (B) لضمان عدم تمكن الحيوان من التراجع عن جهاز المشي. يتم تشغيل جهاز المشي من المنطقة (D) ، ويتم إرجاع الحيوان إلى المنطقة (A) عبر المنطقة (D) بعد الجري. في الحالة الحالية ، يتم تثبيت نقطة مياه حيث يمكن للحيوانات أن تشرب وتبرد بعد الجري في المنطقة (أ). الرموز: تشير الأسهم السوداء إلى اتجاه الدوران ، وتشير الدوائر الربعية إلى البوابات. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: صور تمثيلية لمضمار الجري. أ: أهمية طريق واحد فقط متاح للحيوانات. (ب) جهاز المشي، الذي يجب أن يكون عرضه قابلا للتعديل لمنع الحيوانات من الدوران أثناء الجري. (ج) مساحة مغلقة مخصصة لحيوان آخر بالإضافة إلى الحيوان الجاري. تكون الحيوانات أكثر تحفيزا للركض عندما ترى عضوا من جنسها. د: مثال على نقطة ماء للحيوانات حيث يمكن للحيوانات أن تبرد وتشرب بعد اختبار الإجهاد. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: مسافة الجري وسرعته. أ: بيانات تمثيلية من إجمالي مسافات الجري لأربعة خنازير سليمة. كان متوسط مسافة الجري الكلية لحيوانات الاختبار 970 م ، وكان الانحراف المعياري للمسافات الكلية 80 م. (ب) بيانات عن اختلاف السرعة بين الخنازير. يتم إبطاء السرعة بفواصل زمنية 0.5 كم / ساعة حتى يتمكن الخنزير من التعامل مع السرعة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: الجدول الزمني التمثيلي. لاحظ أن النقاط الزمنية قد تختلف بين الدراسات. ومع ذلك ، من الجدير بالذكر أن الحيوانات يجب أن تصل إلى مركز المختبر قبل 3 أسابيع من بدء التجربة بسبب فترة التأقلم. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: ارتباط مسافة الجري بالتغير في الكسر القذفي. ارتباط التغير في مسافة الجري بالتغير في الكسر القذفي. تم قياس الكسر القذفي في حالة الراحة بواسطة طريقة سيمبون ذات السطحين. يرتبط التغير في الكسر القذفي من خط الأساس بالتغير في مسافة الجري للخنازير المصابة بقصور القلب الناجم عن جهاز تنظيم ضربات القلب ، مع r = 0.2831 ، p = 0.0284 ، و R2 = 0.0801. على الرغم من انخفاض r و R2 ، فإن التغيير في نسبة الكسر القذفي للبطين الأيسر (LVEF٪) يميل إلى التأثير على مسافات الجري. من المهم ملاحظة أن هناك عدة عوامل تؤثر على المتغيرات المقاسة ، مما يؤثر على النتائج. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6: أشرطة ECG التمثيلية لخنزير سليم. تظهر لوحة ECG العلوية تخطيط كهربية القلب بعد 3 دقائق من بداية اختبار التمرين. يظهر شريط ECG السفلي مخطط كهربية القلب بعد الجري لمدة 10 دقائق. يمكن استخدام ECG لتقييم الاختلافات في معدل ضربات القلب لحيوانات الاختبار. يبلغ معدل ضربات القلب للوحة ECG العلوية 176 نبضة في الدقيقة ، وفي شريط ECG السفلي هو 250 نبضة في الدقيقة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
يحاكي اختبار التمارين الحيوانية الكبير هذا الاختبار المستخدم في العيادات ، مما يقلل الفجوة في نقاط النهاية بين الدراسات قبل السريرية والتجارب السريرية. يمكن تطبيقه لتقييم فعالية العلاجات الجديدة لأمراض القلب والأوعية الدموية الحادة ، مثل طمس تصلب الشرايين ، وفشل القلب ، وأمراض القلب الإقفارية. قد تختلف النقاط الزمنية المطبقة في هذا البروتوكول اعتمادا على العلاج الذي تم اختباره. تم توحيد هذا البروتوكول بناء على خبرة طويلة في العمل مع الحيوانات الكبيرة ويمكن استخدامه لتقييم سلامة وفعالية العلاج الجيني للقلب والأوعية الدموية والأساليب العلاجية الجديدة الأخرى.
يشبه قلب الخنزير ونظام القلب والأوعية الدموية علم وظائف الأعضاء البشرية والتشريح والوظيفة. لذلك ، غالبا ما تستخدم الخنازير لنمذجة آليات أمراض القلب والأوعية الدموية والإجراءات العلاجية17. كان وقت المتابعة في دراسات الخنازير لدينا يصل إلى 12 شهرا18 ؛ ومع ذلك ، يصبح التعامل مع الحيوانات أمرا صعبا بشكل متزايد مع نموها خلال فترات المتابعة الطويلة.
تتكون هذه الطريقة من خطوات حاسمة مختلفة ، وهي ضرورية لنجاح الاختبار ومن المستحيل تصحيحها بعد ذلك. أولا ، الخنازير لديها اختلافات فردية في دوافعها الجارية. من الضروري تحفيز الحيوانات على الجري والحفاظ على الدافع الكافي طوال الاختبار. هذا يضمن أن جميع النقاط الزمنية قابلة للمقارنة. يتطلب الحفاظ على دافع تشغيل الخنازير معرفة محددة بخصائصها السلوكية الفردية. يجب أن تتأقلم الحيوانات مع جهاز المشي وبيئة الاختبار قبل اختبار التمرين. يتم تعليم الخنازير للذهاب على حلقة مفرغة ، ويكافأ أدائهم الناجح. هناك طريقة أخرى لزيادة دوافعهم للجري وهي الاحتفاظ بحيوانات الاختبار الأخرى في مجال رؤية العداء.
من المهم تجنب العيوب التشريحية النموذجية ، مثل مشاكل الساق المختلفة. العيوب التشريحية الأكثر شيوعا هي أمراض الحافر وتشوهات الأطراف الخلقية والمشاكل الناجمة عن الحوادث ، مثل التمزقات وإصابات الكتف والكسور والجروح. ويرجع ذلك في الغالب إلى الموائل والحوادث والعوامل الوراثية والانحرافات في التغذية19. يؤدي ضعف الساقين إلى المشي غير المنسق ، مما يجعل حضور اختبارات التمرين مستحيلا. أيضا ، إذا ظهر ضعف الساق أثناء الدراسة ، يجب استبعاد الحيوان من الاختبار. يمكن تجنب مشاكل الساق عن طريق اختيار الخنازير ذات هياكل الساق السليمة. أثناء البحث ، يمكن الوقاية من إصابات الساق من خلال وجود ظروف جيدة في الخنزير. يجب تجنب الأسطح الصلبة المسببة للتآكل ، ويجب الحفاظ على النظافة العامة. يجب تغذية الخنازير بشكل معتدل حتى لا تكتسب وزنا بسرعة كبيرة ، لأن هذا يجهد أرجلها. بالإضافة إلى ذلك ، يجب وضع الخنازير في أقلامها بعناية لتجنب الحوادث ، ويجب أن يكون لديها محفزات كافية ، مثل الألعاب ، بحيث لا يتم توجيه مضغها إلى الخنازير الأخرى.
أثناء اختبار التمرين ، تم تسجيل مخطط كهربية القلب باستخدام 3 خيوط ECG أو مسجل حلقة قابل للزرع. إنه ليس دقيقا مثل مخطط كهربية القلب المكون من 12 رصاصا ، ولكن لا يزال بإمكانه تقييم متغيرات متعددة ، مثل عدم انتظام ضربات القلب ومعدل ضربات القلب. يمكن أن تؤدي عدة أنواع من الأخطاء والاضطرابات إلى تزوير تخطيط القلب. على سبيل المثال ، يمكن أن تتسبب الأقطاب الكهربائية المتصلة بشكل غير صحيح ، وضعف الاتصال بين الجلد والأقطاب الكهربائية ، وتقلصات العضلات الهيكلية في حدوث أخطاء. يجب أن تظل الأقطاب الكهربائية ثابتة في مكانها طوال الاختبار. هذا يمثل تحديا حيث يسخن الجلد ويتعرق أثناء الجري. يمكن تحسين التلامس بين الجلد والأقطاب الكهربائية عن طريق حلق الشعر وتطهير وإزالة خلايا الجلد الميتة. أيضا ، تسبب حركة العضلات القطع الأثرية التي تؤثر على ECGs13. هذا يمكن أن يتحدى تفسير شرائح ST. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تتداخل خيوط ECG مع الجري. ومع ذلك ، يمكن تقليل هذه المشكلات عن طريق النقر على خيوط تخطيط القلب بقوة على الجلد. يمكن أيضا تسجيل تخطيط القلب باستخدام مسجل حلقة قابل للزرع أو جهاز تنظيم ضربات القلب. يؤدي استخدام مسجل حلقة قابل للزرع إلى حل العديد من المشكلات التي يعاني منها استخدام تخطيط القلب المكون من 3 خيوط. ومع ذلك ، فإن تثبيت مسجل الحلقة القابل للزرع هو عملية غازية تنطوي على مخاطر ، مثل العدوى.
يجب على الباحثين مراقبة سلوك الحيوان طوال الاختبار لضمان السلامة العامة للإجراء. على سبيل المثال ، الإرهاق أو التعب الشديد أو الغثيان أو فقدان الوعي أو ضيق التنفس الشديد أو الجلد المزرق هي أسباب لإنهاء اختبار التمرين. أيضا ، يجب على الباحثين مراقبة التغيرات في تخطيط القلب ، مثل عدم انتظام ضربات القلب. ومع ذلك ، مع وجود موظفين مدربين تدريبا جيدا وخبرة كافية في العمل مع الحيوانات الكبيرة ، يمكن استخدام بروتوكول التمرين الحالي بشكل روتيني في الدراسات قبل السريرية لإنتاج بيانات ذات صلة سريريا من شأنها أن تجعل الانتقال السريري للنهج العلاجية الجديدة أكثر نجاحا فيما يتعلق بالفوائد السريرية للمرضى.
نشر Poole et al.20 إرشادات لممارسة الحيوانات وبروتوكولات التدريب لدراسات القلب والأوعية الدموية. في هذه البروتوكولات ، تمارس الخنازير على جهاز المشي لمدة 30 دقيقة تقريبا بعد الإحماء. خلال هذه ال 30 دقيقة ، تكون منطقة معدل ضربات القلب المستهدفة لحيوانات الاختبار هي 65٪ -75٪ من الحد الأقصى لمعدل ضربات القلب. يتم تعديل معدل ضربات القلب إما عن طريق تغيير سرعة أو ميل جهاز المشي. بروتوكول Poole et al. واختبار التمرين لمدة 15 دقيقة المقدم في هذه المخطوطة لهما أوجه تشابه متعددة ، مثل فترة التأقلم ، ومتطلبات جهاز المشي ، ووزن الاختبار المختارة ، والتعزيز الإيجابي من خلال مكافأة الحيوان بعد التمرين. في كلا البروتوكولين ، يمكن لحيوانات الاختبار أن تتجاوز قدرة جهاز المشي ، مما يحد من وقت المتابعة.
الفرق الرئيسي بين البروتوكول الذي وصفه بول وآخرون واختبار التمرين المقدم في هذه المخطوطة هو الغرض من الاختبار. تم تصميم البروتوكول الذي وصفه بول وآخرون لاستنباط تعديلات التدريب الكلاسيكية التي لوحظت في البشر. لذلك ، فإنه يركز على التمارين متوسطة الشدة ، في حين أن طريقة اختبار التمرين لمدة 15 دقيقة تهدف إلى بذل جهد شبه أقصى لتقييم اللياقة القلبية التنفسية بشكل أفضل. يتم تحقيق ذلك عندما يكون المستوى الشخصي للجهد حوالي 90٪ من الحد الأقصى لمعدل ضربات القلب13. يحاكي اختبار التمرين لمدة 15 دقيقة الاختبار المستخدم في العيادات عن طريق زيادة مستوى الجهد تدريجيا حتى يقترب من الحد الأقصى. بسبب الاختلاف في أهداف البروتوكولات ، يختلف تواتر ممارسة الاختبار. يصف بول وآخرون أن الخنازير يمكن أن تصل إلى أربع مرات في الأسبوع لتحقيق تكيفات أفضل للقلب والأوعية الدموية الناجمة عن ممارسة الرياضة. يقيم اختبار التمرين لمدة 15 دقيقة الفعالية الوظيفية للعلاج الجيني والعلاجات الجديدة الأخرى ، وهذا هو السبب في أن التردد المطلوب أقل بكثير ويعتمد على متطلبات العلاج. تم وصف مثال على هذه المتطلبات في الشكل 4.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
يعلن أصحاب البلاغ عدم وجود تضارب في المصالح.
Acknowledgments
يود المؤلف أن يشكر مينا تورونين وريكا فينالاينن وهيكي كارهونين وإنكيري نيمي من المركز الوطني لحيوانات المختبر على مساعدتهم في العمل الحيواني. هذه الدراسة مدعومة من الأكاديمية الفنلندية و ERC ومنحة CardioReGenix EU Horizon.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Defibrillator | Zoll M series | TO9K116790 | All portable defribrillators will work |
| Defibrillator pads | Philips | M3713A | All pads work, as long as the pads are compatible with the defibrillator |
| ECG electrodes | Several providers | Prefer ECG electrodes designed for exercise tests | |
| Loop recorder | Abbott Oy | DM3500 | Optional for rhythm monitoring |
| Patient monitor | Schiller Argus LCM Plus | 7,80,05,935 | All portable ecg monitors will work |
| Pigs | Emolandia Oy | ||
| Treadmill | NordicTrack | All treadmills with adjustable incline and speed are suitable for the exercise test. The treadmill should be as long and wide as possible. | |
| Ultrasound system | Philips EPIQ 7 ultrasound | ||
| Various building materials | Several providers | For building fences, ramps and gates according to the Figure 1 and Figure 2 | |
| Various treats for the animals |
References
- Virani, S., et al. Heart disease and stroke statistics-2020 update: A report from the American Heart Association. Circulation. 141 (9), e139 (2020).
- Townsend, N., et al.
- Knuuti, J., et al. 2019 ESC Guidelines for the diagnosis and management of chronic coronary syndromes: The Task Force for the diagnosis and management of chronic coronary syndromes of the European Society of Cardiology (ESC). European Heart Journal. 41 (3), 407-477 (2020).
- Ylä-Herttuala, S., Baker, A. H. Cardiovascular gene therapy: past, present, and future. Molecular Therapy. 25 (5), 1096-1106 (2017).
- Hedman, M., et al. Eight-year safety follow-up of coronary artery disease patients after local intracoronary VEGF gene transfer. Gene Therapy. 16 (5), 629-634 (2009).
- Rosengart, T. K., et al. Long-term follow-up of a phase 1 trial of angiogenic gene therapy using direct intramyocardial administration of an adenoviral vector expression the VEGF121 cDNA for the treatment of diffuse coronary artery disease. Human Gene Therapy. 24 (2), 203-208 (2013).
- Muona, K., Mäkinen, K., Hedman, M., Manninen, H., Ylä-Herttuala, S. 10-year safety follow-up in patients with local VEGF gene transfer to ischemic lower limb. Gene Therapy. 19 (4), 392-395 (2012).
- Leikas, A. J., et al. Long-term safety and efficacy of intramyocardial adenovirus-mediated VEGF-DΔNΔC gene therapy eight-year follow-up of phase I KAT301 study. Gene Therapy. 29 (5), 289-293 (2022).
- Telukuntla, K. S., Suncion, V. Y., Schulman, U. H., Hare, J. M. The advancing field of cell-based therapy: insights and lessons from clinical trials. Journal of the American Heart Association. 2 (5), e000338 (2013).
- Ylä-Herttuala, S., Bridges, C., Katz, M. G., Korpisalo, P. Angiogenic gene therapy in cardiovascular diseases: dream or vision. European Heart Journal. 38 (18), 1365-1371 (2017).
- Lähteenvuo, J., Ylä-Herttuala, S. Advances and challenges in cardiovascular gene therapy. Human Gene Therapy. 28 (11), 1024-1032 (2017).
- Ross, R., et al. Importance of assessing cardiorespiratory fitness in clinical practice: a case for fitness as a clinical vital sign: a scientific statement from the American Heart Association. Circulation. 134 (24), e653-e699 (2016).
- Sietsema, K. E., Stringer, W. W., Sue, D. Y., Ward, S. Wasserman & Whipp's Principles of Exercise Testing and Interpretation. 6th. , Wolters Kluwer. Philadelphia. (2021).
- Darmadi, M. A., et al. Exercise-induced sustained ventricular tachycardia without structural heart disease: a case report. The American Journal of Case Reports. 21, e928242 (2020).
- Casella, G., Pavesi, P. C., Sangiorgio, P., Rubboli, A., Bracchetti, D. Exercise-induced ventricular arrhythmias in patients with healed myocardial infarction. International Journal of Cardiology. 40 (3), 229-235 (1993).
- Gimeno, J. R., et al. Exercise-induced ventricular arrhythmias and risk of sudden cardiac death in patients with hypertrophic cardiomyopathy. European Heart Journal. 30 (21), 2599-2605 (2009).
- 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).
- Korpela, H., et al. AAV2-VEGF-B gene therapy failed to induce angiogenesis in ischemic porcine myocardium due to inflammatory responses. Gene Therapy. 29 (10-11), 643-652 (2022).
- Swindle, M. M. Swine in the Laboratory: Surgery, Anesthesia, Imaging, and Experimental Techniques. 2nd edition. , CRC Press. Taylor & Francis Group. (2007).
- Poole, D. C., et al. Guidelines for animal exercise and training protocols for cardiovascular studies. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 318 (5), H1100-H1138 (2020).
