Prüfung der Wirksamkeit von pharmakologischen Wirkstoffen in einem Pericardial Ziel Delivery Model in der Schweine

Zusammenfassung

Wir haben ein Schweinemodell für die gezielte Verabreichung von pharmakologischen Wirkstoffen innerhalb des Perikardraums/der Perikardflüssigkeit entwickelt. Mit diesem Ansatz kann der relative Nutzen von verabreichten Mitteln bei induziertem Vorhofflimmern, relativen Refraktärperioden und/oder ischämischem Schutz untersucht werden.

Zusammenfassung

Bis heute verwendet, um viele pharmakologische Wirkstoffe Arrhythmien in offenen Herzen Fällen schaffen unerwünschte systemische Nebenwirkungen zu behandeln oder zu verhindern. Zum Beispiel verabreichte Antiarrhythmika kann intravenös Tropfen in systemischen Druck in der bereits kompromittiert Herzpatienten produzieren. Während am offenen Herzen Verfahren durchführen, werden Chirurgen häufig entweder einen kleinen Hafen erstellen oder eine pericardial Wiege für den Betrieb zu schaffen, geeignete Felder bilden. Dieser Zugang Erträge Möglichkeiten für Ziel pharmakologische Lieferung (antiarrhythmische oder ischämische Präkonditionierung Mittel) direkt an das Myokardgewebe ohne unerwünschte Nebenwirkungen.

Wir haben ein Schweinemodell für die Prüfung pharmakologische Mittel zur Zielfördermengen im Perikardflüssigkeit entwickelt. Während voll anästhesiert wurde jedes Tier mit einem Swan-Ganz-Katheter instrumentiert sowie linke und rechte Ventrikel Druck Katheter und Schrittmacherleitungen wurden in der rechten Herzohrs und der rechten Seite platziertVentrikel. Eine mediale Sternotomie wurde dann durchgeführt und ein pericardial Zugang Wiege wurde erstellt; ein Tauchschrittmacherleitung wurde in der linken Herzohrs und eine bipolare Schrittmacherleitung wurde in den linken Ventrikel platziert. Verwendung eines Programmierers und eines Herzabbildungssystem, die Refraktärzeit des atrioventrikulären Knoten (AVN), Vorhöfe und Kammern bestimmt. Zusätzlich wurde Vorhofflimmern (AF) Induktion erzeugt wurde beobachtet einen Grass-Stimulator und Zeit in AF verwendet. Diese Messungen wurden vor der Behandlung durchgeführt wird, sowie 30 min und 60 min nach dem perikardialen Behandlung. Weitere Zeitpunkte wurden für ausgewählte Studien aufgenommen. Das Herz wurde dann in einem Vierkammer-Arbeitsbetriebsart cardiopleged und reanimated. Druckmessungen und Funktion wurden 1 Stunde nach der Reanimation aufgezeichnet. Diese Behandlungsstrategie Modell erlaubt es uns, die Wirkung von pharmakologischen Wirkstoffen zu beachten, die das Auftreten von Herzrhythmusstörungen und / oder ischämische Schädigung kann sich verringern, während und after Operation am offenen Herzen.

Einleitung

Derzeit in offenen Herzen Verfahren, nutzen Kliniker antiarrhythmische und andere systemisch Behandlungsmittel. Doch kann dies für viele Patienten problematisch sein, insbesondere diejenigen, die bereits klinisch beeinträchtigt werden. Zum Beispiel kann die intravenöse Behandlung der systemischen Abfall des Blutdrucks oder Nierenfunktionsstörungen zur Folge haben; Ferner können sie Anästhesie Management-Themen und / oder anderen langfristigen Auswirkungen Seite erstellen.

Hier haben wir ein Modell für die Prüfung der Wirksamkeit der Verabreichung von pharmakologischen Wirkstoffen in den perikardialen Raum geschaffen. Zum Beispiel kann dieser Ansatz für die Prüfung Antiarrhythmika verwendet werden, studieren Verbindungen, die Herzfunktion und / oder die Förderung der Erholung des Herzmuskels nach chirurgischen Eingriffen erhöhen könnte. Es wurden an die Ziel Lieferung von Behandlungen in den Herzraum gegenüber der intravenösen Verabreichung beobachteten Vorteile haben: zum Beispiel unserem Labor gezeigt , dass lokalisierte Abgabe von antiarrhythmische Drogen, wie Metoprolol, ist Schutz gegen das Auftreten von Arrhythmien , während Verringerungen der Blutdruck ¹ minimiert wird . Diese Zielfördermengen-Strategie bietet auch die Möglichkeit für eine höhere Brenn Konzentrationen verabreicht, während systemische Konzentrationen zu minimieren. Zum Beispiel kann zur Folge haben hohe Konzentrationen intravenös geliefert von Fettsäuren in Hämolyse, aber pericardial Lieferung minimiert dieses Problem ^2.

Diese Studie Paradigma besteht aus drei Hauptziele , die Wirksamkeit von pericardial gelieferten Verbindungen zu bestimmen: 1) in situ Bestimmung der Refraktärzeiten des Vorhof ventrikulären Knoten, der Vorhöfe und Kammern, vor der Behandlung und 30 und 60 Minuten nach der Behandlung, 2) die relative in - situ - AF Belastung vor der Behandlung und 30 und 60 Minuten nach der Behandlung (zusätzlicher Zeitpunkten wurden oft hinzugefügt) 3) Funktionsanalyse des Herzens , nachdem es ³ inc reanimiert wurdehämodynamisches Monitoring Luding, Herzfrequenz, Herz Stoffwechsel (Laktat und Glukose) aus dem Koronarsinus abgetastet, Ejektionsfraktion (EF%) und ventrikuläre Wanddicke (cm) überwacht alle 10 Minuten nach der Reanimation Diese Behandlungsstrategie Modell uns erlaubt, die Auswirkungen zu beobachten pharmakologische Mittel, die das Auftreten von Herzrhythmusstörungen und / oder ischämische Schädigung, während und nach der Operation am offenen Herzen oder Transplantation kann abnehmen.

Protokoll

Dieses Protokoll wurde von der University of Minnesota Institutional Animal Care und Use Committee genehmigt.

Abbildung 1. Schematische Darstellung der Studie Paradigm Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

1. Chirurgische Vorbereitung des Swine

1. Verwalte 5-7mg / kg Tiletamin / zilazipam zu den Schweinen (70-80 kg) durch intramuskuläre Injektion. Legen Sie ein Ohr Venenkatheter und verwalten 5-7 mg / kg Methohexital über intravenösen Zugang. Intubate das Tier mit Endotrachealtubus und belüften.
2. Liefern Isofluran> 1,2% MAC in einer Mischung aus Hausluft und Sauerstoff, eine chirurgische Anästhesieebene zu halten. Achten Sie darauf, das Tier in einer tiefen Ebene der anesthesia vor Manipulationen durch die Abwesenheit von Backen tone Kontrolle und die Anästhesie über der minimalen alveolären Konzentration für Schweine zu halten. Anfängliche Narkosetiefe Kontrolle durch die Sicherstellung der Abwesenheit von Kiefer Ton durchgeführt wird und die Isofluran-Ebenen werden kontinuierlich während des gesamten Verfahrens (> 1,5 MAC) überwacht, um eine tiefe Ebene der Anästhesie zu gewährleisten.
3. Sorgfältig Zugriff auf das rechte äußere jugulare und A. carotis mit Kauter und stumpfe Präparation. Legen Sie eine 8,5F Swan-Ganz-Katheter in der äußeren Halsschlag und pumpen Sie den Ballon auf 1,5 cc. Dann durchlaufen durch den rechten Vorhof in die Ventrikel und durch die Pulmonalklappe auf der Lungenarterie, bis ein Keildruck spürbar wird.
4. Entleeren Sie den Ballon und lassen Sie den Katheter in dieser Position. Notieren Sie den Druck im rechten Vorhof und Lungenarteriendrucks, den Ballon mit. Außerdem notieren Sie die Keildruck oder Druck in der Lunge (oder, wenn die Lunge normal angesehen werden, dann ist auch die links eine AufnahmeProbedruck).
   HINWEIS: Dieser Katheter ermöglicht auch Abschätzungen der Herzleistung.
5. Platzieren Sie einen zusätzlichen 5.0F Ballondruck Katheter in der äußeren Halsschlag und in den rechten Ventrikel zur kontinuierlichen Aufzeichnung Druck.
6. Legen Sie einen 5.0F Ballondruck Katheter in der Arteria carotis, Prolaps durch die Aortenklappe und halten im linken Ventrikel. Spülen Sie alle Druck Katheter mit 20 Einheiten / ml heparanized Kochsalzlösung mit einem Druckwandler verbunden ist, und notieren Sie alle Druckdaten aus dem linken Ventrikel, rechten Ventrikel (und geschätzte Herzleistung), Lungenarteriendruck und Druck im rechten Vorhof.
7. Für Peripherieüberwachung, Zugriff auf einen Zweig der Arteria femoralis durch einen 18F Katheter für die Echtzeit-Blutdruck oder Blutgasüberwachung stellen. Record Herzfrequenz und der Temperatur während des Verfahrens.
8. Sorgfältig Zugriff auf die linke externe Hals mit Kauter und stumpfe Präparation. Legen Sie zwei 11.0F Hämostase Introducer in der jugular und sicher mit 0 Seidenfäden. Platzieren Sie lenkbaren Katheter in den Introducer.
9. Unter Durchleuchtungskontrolle führt Ort aktive Fixierung in der rechten Herzohrs und der Spitze des rechten Ventrikels.
   HINWEIS: Eine Fixierung Blei ist ein chirurgisch implantiert Draht, der das Herz auf einem implantierten Schrittmacher verbindet.
10. Connectanalyzer Kabel an den Leitungen und Test für die Erfassung einen Programmierer verwenden. Stellen Sie die Parameter auf 8V, 0,25 ms Dauer, und stellen Sie die Stimulationsfrequenz auf ein Minimum von 10 bpm höher ist als die Eigenfrequenz zu dieser Zeit. Nehmen Sie die relative Impedanz für jede Leitung.
11. Machen Sie eine mediale Inzision vom Xiphoidbasis bis nahe dem Einsetzen der sternocleidomastoid Muskeln. Verwenden Sie eine Sternumsäge den vorderen Vorsprung vom Brustbein (Brustbein) zu entfernen, die teilweise medial Dissektion des Brustbeins zu ermöglichen. Verwenden Sie eine Schere durch die verbleibenden Teile der sternal Knochenstruktur schneiden. Präparieren Sie die sternal-pericardial Bänder- und einfahren sternuMeter
12. Verwenden Sie stumpfe Präparation das Perikard von den pleuralen Auskleidungen zu trennen. Machen Sie einen medialen sagittalen Schnitt (3-5 cm) in den Herzbeutel und erzeugen an jeder Ecke eine pericardial Wiege mit vier quadratischen Knoten Nähten (rechts, links, obere und untere Seiten).
13. Legen Sie eine temporäre bipolare Leitung im apikalen Bereich des linken Ventrikels und legen Sie eine unipolare Sprung temporäre Schrittmacherleitung in die linke Herzohr.
14. Euthanasie wird durch Entfernung des Herzens unter tiefer Narkose durchgeführt.

2. Vorbereitung für elektrophysiologische Überwachung

1. Cardiac Mapping System.
   1. Wählen Sie eine AF-Studie in einem Herzkartierungssystem Schließen Sie die ventrikuläre epikardialen bipolaren Schrittmacherleitungen und die epikardiale Leitungen im Herzohr mit Krokodilklemmen an die entsprechenden Einstellungen in der Breakout-Box. Schließen Sie ein EKG und Boden-Pads an das System.
2. Oszilloskope und Grass-Stimulator.
   1. Schließen Sie diebipolare linksventrikuläre Stimulationsleitung und unipolare atriale Leitung in der Breakout-Box auf einem Grass-Stimulator, der mit einem Oszilloskop für die elektrische Prüfung verbunden ist.
3. Programmierte Elektrophysiologische Stimulation.
   1. Sichern Sie sich die rechten Vorhof führt und rechten Ventrikels führt in einem Schrittmacher Platzieren Sie den Programmiertelemetriekopf über dem Schrittmacher. Wählen Sie die Stimulationselektrode Stimulation (PES) Studie und die Parameter einstellen zu 8V; Entfernen Sie alle Patientenparameter. Stellen Sie die Stimulationsdauer auf 8 Impulse bei 400 ms (oder 300 ms).

3. In Situ - Studie

1. Refraktärzeit: Studie Paradigm.
   1. Bestimmen Sie die atriale effektive Refraktärzeit (AERP), Vorhof ventrikulären Knoten Refraktärzeit (AVNERP) und die ventrikuläre effektive Refraktärzeit (VERP) zu Beginn der Studie und bei 30 und 60 Minuten nach der pericardial Lieferung der Verbindung / Arzneimittel / Kontrolle der Behandlung; zusätzliche Zeitpunkte können als des hinzugefügt werdenired.
2. Refraktärzeit: Programmierer-Einstellungen.
   1. Burst induzieren die PES Studie Parameter auf 8 Schritte (400 ms oder 300 ms), gefolgt von einem Minimum von 300 msec ab zu gehen. Reduzieren Sie die Stimulation bis zum Ventrikel / Atrium (jeweils) nicht schrumpfen. Dies wird aus der Erfassung der Schrittmacherleitungen festgestellt; also die Bestimmung der relativen Refraktärperiode.

Abbildung 2. EnSiteSystem: AERP, AVNERP und VERP Bestimmung Bitte klicken Sie hier eine größere Version dieser Figur zu sehen.

3. Bestimmung der relativen AF Burden: Parameter.
   1. Sustain das Herz des Tieres in AF, nach 1 min, lassen Sie es bis zu 10 Minuten in AF bleiben. Dh bevor die Vorhöfe mit direktem Paddel bei 5 Joule schockierend AF zu beenden. ElICIT AF Induktion zu jedem Zeitpunkt bis zu 10 Mal. Beachten Sie, in dieser Studie. AF wird als erratische Rhythmus mit einer Abwesenheit der P-Welle definiert.
4. AF Burden: Grass-Stimulator und Oszilloskop-Einstellungen.
   1. Optimieren Sie die Parameter für die Grass-Stimulator 4 Hz mit einem 2 sec Pulsdauer zu liefern, nach links Herzohrs (LAA) über den Sprung Schrittmacherleitung; überprüfen dies durch eine Standard-Oszilloskop. einen einzelnen Impuls an die LAA liefern AF zu induzieren.

4. Herz Explantation und Reanimation (Transplantations-Modell)

1. Aortenwurzel Cannula.
   1. sezieren vorsichtig die pericardial Gewebe um die aufsteigende Aorta und entfernen Sie die pericardium.Suture zwei Punkte (2-3 cm Abstand) von 2,0 Ethibond Naht in die aufsteigende Aorta und verwalten 30.000 Einheiten Heparin intravenös.
   2. Legen Sie die Aortenwurzel Kanüle zwischen den Nahtstellen und der Aorta zu sichern. Mit dem Abgabesystem unter Druck gesetzt, zu entfernen ter Stilett-Kegel- und setzen eine Klammer auf die Kanüle nicht für die Strömung zu ermöglichen.
2. Cardioplegia Vorbereitung.
   1. Administrieren kalten St. Thomas Kardioplegie-Lösung in die aufsteigende Aorta unter einem Druck von 150 mm / hg über eine unter Druck stehende Tasche. Sichern einer Bewässerungs Katheter, der dem unter Druck stehenden Kardioplegie mit einem 3-Wege-Absperrhahn am distalen Ende angebracht ist. Sichern Sie den Absperrhahn an der Aortenwurzel Kanüle, lassen Sie einen stetigen Flush von Kardioplegie durch den Katheter und sichern der Aortenwurzel Kanüle.
3. Kreuz-Clamp.
   1. Klemmen Sie die untere Hohlvene mit einem atraumaticclamp 1-2 cm nur besser als die Membran. Klemmen Sie die aufsteigende Aorta mit atraumatischer abgewinkelte Lager 1-2 cm auf die aufsteigende Aorta überlegen der Aortenwurzel Kanüle.
4. Kreuz-Clamp / Cardioplegia.
   1. Entfernen Sie die Klammer aus der Aortenwurzel Kanüle und spülen Sie die Kardioplegie bei 150 mm / hg in Richtung der Aortenklappe, die Aortenklappe geschlossen und perfusing der Koronararterien.
   2. Klemmen Sie die obere Hohlvene und machen einen kleinen Schnitt in der Lungenarterie, um nicht über das Herz unter Druck setzen. Sobald das Herz gestoppt (asystolic), Verbrauchsteuern und entfernen das Herz aus der Brust und in ein Bad mit kaltem Krebs-Henseleit-Puffer (~ 3-8 ° C).
5. Reanimation.
   1. Kanülieren die großen Gefäße und bereiten das Herz Visible Herz Methoden verwendet (3). Sobald der perfundierten Herzen 37 ± 5 ° C erreicht hat, wiederherstellen eine native Sinusrhythmus von 34 J Schocks an die Ventrikel über epikardiale Elektroden-Patch zu liefern.

5. In - vitro - Studie Paradigm

1. Herzfunktion für 60 Minuten nach der Reanimation fortlaufend zu überwachen. Kontinuierlich überwacht Echokardiographie im 2D-Modus mit einer Kurzachsenansicht: eine LV Ansicht knapp unterhalb der Mitralklappe.
2. Berechnen ventrikuläre Wanddicke und Ejektionsfraktionen alle 10 Minuten nach der Reanimation (siehe unten).Nehmen Sie Proben aus dem Koronarsinus (1 cc) bei -5 min und alle 5 min in der Untersuchungsperiode.
3. Überwachung.
   1. Überwachen die Hämodynamik sowohl für den linken und rechten Ventrikel, einschließlich Drücke, Strömungen und Volumenänderungen.
4. Echokardiographie: Ejektionsfraktion.
   1. Legen Sie eine transthorakale Echo-Sonde direkt auf das Herz, eine Mitte papillär Kurzachsenansicht zu erfassen. Berechnen Sie die Ejektionsfraktion (EF%) in 4-Kammer-Arbeitsmodus alle 10 Minuten unter Verwendung der Gleichung: LV enddiastolisches Volume - LV endsystolischem Band X 100 / LV enddiastolisches Volumen
5. Echokardiographie: linksventrikulärer Wandstärke.
   1. Messen Sie ventrikuläre Wanddicke (cm) von einer Mitte papillär Kurzachsen Fenster in Intervallen von 10 min für eine Stunde nach der Reanimation. Messen Sie vier Ecken des linken Ventrikels einen Bildschirm Sätteln mit und die durchschnittliche nehmen.
6. Myocardial Stoffwechsel.
   1. Legen Sie eine steerable Katheters in den Koronarsinus (CS). Probe 1 cc von der CS 5 min vor der Reanimation und alle 5 Minuten nach der Reanimation für 1 Stunde. Testen Sie die Proben für Lactat und Glukosespiegel; andere Blutgase kann auch beurteilt werden.

Ergebnisse

Diese Ergebnisse sind charakteristisch für die Daten, die dieses Ziel Delivery-Modell von pharmakologischen Mitteln in der Schweine gesammelt werden können, verwendet. Diese Daten zeigten eine merkliche Zunahme in diesen Ventrikel effektiv Refraktärphasen (VERP) nach einer DHA Infusion in situ. Darüber hinaus stellt die Daten einen Anstieg der linksventrikuläre Druck von DHA im Vergleich zur Kontrolle in vitro. Der LV Druck in den DHA behandelten Herzen waren signifikant höher im Vergleich zur Kontroll...

Diskussion

Hier haben wir einen einzigartigen Ansatz gezeigt, für die Prüfung der potenziellen Wirksamkeit von Ziel gelieferten Verbindungen in die Perikardhöhle. Diese Studie Paradigma aktuellen Markt freigegeben pharmazeutischen Produkten oder experimentellen Verbindungen zu testen, verwendet werden, so dass direkte translationale Anwendungen auf verschiedene klinische Einstellungen bietet. Innerhalb dieser Behandlungsstrategie gibt es zwei wichtige klinische Anwendungen für Arzneimittel zur Perikardialraum liefern: 1) am offene...

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
SelectSecure 3830 Elektrode	Medtronic		Elektrode für Schrittmacher
C304 Ablenkbarer Katheter	Medtronic		Steerable Katheter zum Platzieren von Elektroden
SelectSecure 3830 Elektrode	Medtronic		Elektroden für aktive Fixationsschrittmacher
Grass S48 Stimulator			Elektrischer Stimulator
Premium 6500 Unipolares Pacing			Tauchschrittmacher für LAA
EnSite Cardiac Mapping			Elektrophysiologie-Kartierungssystem
CareLink Programer 2092	Medtronic		Programmierer für Schrittmacher
GEM II Herzschrittmacher	Der Herzschrittmacher von Medtronic		kann
DLP Aortenwurzelkanüle	Medtronic		Aortenwurzelkanüle für Transplantation
C-Bogen Fluoroskopie	Ziehm		Fluoroskopische Bildgebung
Oszilliskop	Tektronix
11F Hämostase-Einführhilfe	SafeSheath		Hämostase-Einführgeräte
Swan-Ganz Katheter 8.0F	ICU Medical		Thermischer Verdünnungskatheter
Venogramm-Ballon	Oscor		Drucküberwachung
Ultraview SL	Spacelabs		EKG und Blutdruck
s/5 Avance	General Electric		Anästhesiegerät
Atrial 6492 – Unipolares temporäres Atrial-Stimulations-Elektroden	Medtronic		temporäres Stimulations-Elektroden
VIVID i	Electric		2D-Elektrokardiographie-Gerät