Waiting
Login-Verarbeitung ...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Genetics

Test da sforzo per la valutazione dell'efficacia funzionale del sistema cardiovascolare suino

Published: May 12, 2023 doi: 10.3791/65233
* These authors contributed equally

Summary

Il presente protocollo descrive un modello di test da sforzo su animali di grandi dimensioni per valutare la capacità funzionale del sistema cardiovascolare per valutare l'efficacia di nuove terapie in ambito preclinico. È paragonabile a un test da sforzo clinico.

Abstract

Nonostante i progressi nei trattamenti, le malattie cardiovascolari sono ancora una delle maggiori cause di mortalità e morbilità in tutto il mondo. L'angiogenesi terapeutica basata sulla terapia genica è un approccio promettente per il trattamento di pazienti con sintomi significativi, nonostante la terapia farmacologica ottimale e le procedure invasive. Tuttavia, molte promettenti tecniche di terapia genica cardiovascolare non sono riuscite a soddisfare le aspettative negli studi clinici. Una spiegazione è una mancata corrispondenza tra endpoint preclinici e clinici utilizzati per misurare l'efficacia. Nei modelli animali, l'enfasi è stata solitamente posta su endpoint facilmente quantificabili, come il numero e l'area dei vasi capillari calcolati dalle sezioni istologiche. Oltre alla mortalità e alla morbilità, gli endpoint negli studi clinici sono soggettivi, come la tolleranza all'esercizio e la qualità della vita. Tuttavia, gli endpoint preclinici e clinici probabilmente misurano diversi aspetti della terapia applicata. Tuttavia, entrambi i tipi di endpoint sono necessari per sviluppare approcci terapeutici di successo. Nelle cliniche, l'obiettivo principale è sempre quello di alleviare i sintomi dei pazienti e migliorare la loro prognosi e la qualità della vita. Per ottenere migliori dati predittivi dagli studi preclinici, le misurazioni degli endpoint devono essere meglio abbinate a quelle degli studi clinici. Qui, introduciamo un protocollo per un test da sforzo sul tapis roulant clinicamente rilevante nei suini. Questo studio mira a: (1) fornire un test da sforzo affidabile nei suini che possa essere utilizzato per valutare la sicurezza e l'efficacia funzionale della terapia genica e di altre nuove terapie e (2) abbinare meglio gli endpoint tra studi preclinici e clinici.

Introduction

Le malattie cardiovascolari croniche sono cause significative di mortalità e morbilità in tutto il mondo 1,2. Sebbene i trattamenti attuali siano efficaci per la maggior parte dei pazienti, molti non possono ancora beneficiare delle attuali terapie a causa, ad esempio, di malattie croniche diffuse o comorbilità. Inoltre, in alcuni pazienti, i sintomi cardiaci non sono alleviati dai trattamenti disponibili e la loro malattia cardiovascolare progredisce nonostante la terapia medica ottimale3. Pertanto, vi è una chiara necessità di sviluppare nuove opzioni di trattamento per gravi malattie cardiovascolari.

Negli ultimi anni sono stati scoperti nuovi percorsi molecolari e modi per manipolare questi obiettivi, rendendo la terapia genica, la terapia cellulare e altre nuove terapie un'opzione realistica per il trattamento di gravi malattie cardiovascolari4. Tuttavia, dopo risultati preclinici promettenti, molte applicazioni cardiovascolari non sono riuscite a soddisfare le aspettative negli studi clinici. Nonostante la scarsa efficacia negli studi clinici, diversi studi hanno stabilito buoni profili di sicurezza delle nuove terapie 5,6,7,8,9. Pertanto, portare nuove terapie cardiovascolari ai pazienti richiederà approcci migliori e migliori modelli preclinici, impostazioni di studio ed endpoint negli studi preclinici in grado di prevedere l'efficacia clinica.

Nei modelli animali, l'enfasi è stata solitamente posta su endpoint facilmente quantificabili, come il numero e l'area dei vasi capillari calcolati dalle sezioni istologiche o dai parametri dell'imaging del ventricolo sinistro a riposo e sotto stress farmacologico. Negli studi clinici, molti endpoint sono stati più soggettivi, come la tolleranza all'esercizio o il sollievo dai sintomi4. Pertanto, è probabile che gli endpoint negli studi preclinici e negli studi clinici misurino diversi aspetti della terapia applicata. Ad esempio, un aumento della quantità di vasi sanguigni non è sempre correlato a una migliore perfusione, funzione cardiaca o tolleranza all'esercizio. Tuttavia, entrambi i tipi di endpoint sono necessari per sviluppare approcci terapeutici di successo10. Tuttavia, l'obiettivo principale è sempre quello di alleviare i sintomi e migliorare la prognosi e la qualità della vita del paziente. Per raggiungere questo obiettivo, le misurazioni degli endpoint devono essere meglio abbinate tra studi preclinici e clinici4.

L'idoneità cardiorespiratoria riflette la capacità dei sistemi circolatorio e respiratorio di fornire ossigeno durante l'attività fisica sostenuta e quindi quantifica la capacità funzionale di un individuo. La capacità funzionale è un marcatore prognostico chiave in quanto è un forte predittore indipendente per il rischio di mortalità cardiovascolare e per tutte le cause11. I miglioramenti nell'idoneità cardiorespiratoria sono associati a un ridotto rischio di mortalità12. I test da sforzo sono adatti per valutare le prestazioni aerobiche e le risposte al trattamento nelle malattie cardiovascolari. A seconda della disponibilità, i test vengono eseguiti su un cicloergometro o un tapis roulant. Di solito viene utilizzato un aumento graduale del carico di lavoro al minuto e si evitano aumenti bruschi; Questo porta ad una risposta fisiologica lineare. Le variabili più importanti nei test da sforzo includono il tempo di esercizio totale, gli equivalenti metabolici (MET) raggiunti, la frequenza cardiaca e i cambiamenti su una linea di elettrocardiogramma (ECG) tra il complesso QRS (onde Q, R e S) e l'onda T (segmento ST). Gli stress test clinici hanno costi bassi e sono facilmente accessibili13. Per questi motivi, gli stress test, come il test di 6 minuti di camminata, sono stati ampiamente utilizzati nelle cliniche e dovrebbero essere utilizzati anche nella valutazione preclinica di nuove terapie.

Per quanto ne sappiamo, non esistono modelli animali di grandi dimensioni ben descritti per valutare l'efficacia funzionale della terapia genica o di altre nuove terapie. Pertanto, il test da sforzo clinicamente rilevante fornisce una prospettiva eccellente per valutare l'efficacia di queste nuove terapie in ambito preclinico.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Tutti gli esperimenti sono approvati dall'Animal Experiment Board dell'Università della Finlandia orientale. Questo protocollo descrive un test da sforzo sul tapis roulant clinicamente rilevante per suini per valutare la sicurezza e l'efficacia di nuove terapie per le malattie cardiache. Per il presente studio sono stati utilizzati suini domestici femmina del peso di 25-80 kg. Gli animali sono stati ottenuti da una fonte commerciale (vedi Tabella dei materiali).

1. Impostazione della pista di atletica

  1. Imposta la pista da corsa in modo che gli animali possano muoversi solo in una direzione. Usa cancelli e portelli per impedire agli animali di tornare indietro. La planimetria della pista da corsa è mostrata nella Figura 1 e un esempio di pista da corsa è nella Figura 2.
  2. Assicurarsi che il tapis roulant (vedere la tabella dei materiali) abbia spazio sufficiente per consentire i cambi di pendenza.
  3. Assicurati che il tapis roulant abbia una larghezza regolabile per evitare che l'animale si giri durante la corsa.
  4. Utilizzare plastica trasparente per realizzare la parete frontale del tapis roulant. Ciò impedisce all'animale di scappare dal tapis roulant, ma consente comunque all'animale di vedere attraverso il muro.
    NOTA: È essenziale che gli animali possano vedere attraverso la parete frontale, poiché la nostra esperienza suggerisce che i maiali sono più motivati a correre se vedono i loro compagni maiali dall'altra parte del muro.
  5. Posizionare un monitor ECG e un defibrillatore (vedere la tabella dei materiali) accanto al tapis roulant.
    NOTA: Durante lo stress test possono verificarsi aritmie fatali, specialmente se il maiale ha ischemia miocardica14,15,16.
  6. Assicurati che la pista da corsa includa un punto d'acqua dove gli animali possano bere e rinfrescarsi dopo la corsa.

2. Periodo di acclimatazione dei suini prima della prova

  1. Ospitare gli animali per 2 settimane prima di iniziare gli esperimenti.
  2. Durante la 1a settimana di acclimatazione, assicurarsi che gli animali si abituino ai loro conduttori e al nuovo ambiente di stabulazione, esclusa la pista da corsa.
  3. Durante la 2a settimana del periodo di acclimatazione, assicurarsi che gli animali si abituino alla pista da corsa.
  4. Inizia ad abituarti in modo che gli animali familiarizzino con la pista da corsa. In primo luogo, tieni tutti i cancelli aperti, in modo che gli animali possano camminare liberamente sulla pista ed esplorare l'ambiente.
  5. Quando gli animali hanno più familiarità con la pista, accendi il tapis roulant e lascia correre l'animale per brevi periodi alla volta, ad esempio 7 minuti. La durata dei tempi di esecuzione deve essere prolungata quotidianamente.
    NOTA: Ricordati di premiare gli animali durante il periodo di acclimatazione. Ad esempio, i maiali sono stati ricompensati con popcorn non salati nel presente studio.

3. Il test da sforzo

NOTA: I maiali devono essere digiunati almeno 2 ore prima del test da sforzo o somministrati solo una piccola porzione di cibo prima della corsa.

  1. Accendere il tapis roulant e impostare l'inclinazione al 5% -10%.
  2. Non appena l'animale è sul tapis roulant, avviare il tapis roulant con una velocità iniziale di 2 km / h.
  3. Aumentare la velocità di 0,5 km/h ogni 60 s fino a raggiungere i 5 km/h. Il tempo di esecuzione totale è di 15 min.
  4. Nel caso in cui l'animale non possa correre tutto il tempo alla massima velocità, eseguire i passaggi seguenti.
    1. Se il maiale non corre veloce come una velocità selezionata, spingilo delicatamente dal retro, poiché ciò potrebbe dare all'animale la sensazione che abbia bisogno di correre più velocemente senza rallentare.
    2. Prova a spingere delicatamente l'animale per un massimo di tre volte; Successivamente, rallenta la velocità di 0,5 km / h alla volta fino a quando il maiale non è in grado di gestire la velocità. Non rallentare al di sotto dei 2 km/h.
    3. Se l'animale si rifiuta di correre anche a bassa velocità, spegnere il tapis roulant e interrompere il test.

4. Monitoraggio ECG durante il test da sforzo

  1. Posizionare gli elettrodi ECG (vedi Tabella dei materiali) in posizioni anatomiche che hanno un movimento minimo durante la corsa, come scapole o torace.
    NOTA: Utilizzare elettrodi ECG progettati per test da sforzo per ottenere una migliore adesione alla pelle. Ricordarsi di radersi i capelli dalla zona in cui verranno posizionati gli elettrodi ECG.
  2. Registrare le variazioni della frequenza cardiaca durante la corsa.
    NOTA: La nostra esperienza suggerisce che le analisi dei segmenti ST sono spesso complicate a causa del movimento e di altri artefatti. Il monitoraggio del ritmo può anche essere eseguito utilizzando un registratore di loop impiantabile o un pacemaker.

5. Raccolta dei dati

  1. Registra la distanza di corsa, il tempo totale e la velocità ogni volta che la velocità viene modificata.
    NOTA: I tapis roulant moderni possono raccogliere molti altri dati, quindi è essenziale familiarizzare con il manuale del tapis roulant per utilizzare tutto il potenziale dell'attrezzatura.
  2. Nota possibili cambiamenti nel comportamento animale, come zoppicare.
    NOTA: Se necessario, contattare un veterinario e assicurarsi che l'animale riceva l'analgesia necessaria. Rimuovere l'animale dagli esercizi futuri fino a quando non si riprende completamente.

6. Assistenza post-procedurale

  1. Assicurarsi che l'animale abbia accesso al punto d'acqua.
  2. Premia l'animale, ad esempio, con dolcetti o giocattoli.
  3. Monitorare l'animale per 30 minuti dopo la corsa per possibili effetti avversi.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Bisogna avere esperienza di lavoro con animali di grossa taglia per avere successo con questo protocollo. I ricercatori devono essere in grado di valutare se un animale smette di correre a causa della stanchezza o della mancanza di motivazione. Registrare la velocità e la distanza può aiutare a valutare questo, poiché di solito gli animali privi di motivazione smettono di correre totalmente, mentre gli animali affaticati continuano a correre dopo aver rallentato la velocità (Figura 3). Se necessario, il protocollo può essere ripetuto il giorno successivo se i risultati sembrano inaffidabili.

Una sequenza temporale rappresentativa per gli animali trattati con virus adeno-associati (AAV) è mostrata nella Figura 4. La tempistica può variare a seconda dell'impostazione dello studio, in particolare per quanto riguarda il timepoint di sacrificazione. Notare il periodo di acclimatazione quando si pianificano gli esperimenti.

I risultati possono essere confrontati con altre misurazioni della struttura e della funzione degli organi, come l'eco cardiaca, per vedere come la tolleranza all'esercizio si riferisce a queste altre misurazioni. Ad esempio, la variazione della distanza di corsa è correlata alla variazione della frazione di eiezione. Con una bassa frazione di eiezione, un animale non può correre a tutta velocità durante il test da sforzo (Figura 5). Le variabili analizzate possono differire a seconda delle impostazioni dello studio. Questo protocollo consente il confronto della distanza totale di corsa, della variazione di velocità, dei MET, della variazione della frequenza cardiaca e delle aritmie.

L'ECG viene registrato durante il test da sforzo (Figura 6). L'analisi del segmento ST è difficile a causa degli artefatti. I cambiamenti negli intervalli di frequenza cardiaca possono essere misurati dall'ECG durante il test da sforzo.

Figure 1
Figura 1: Planimetria della pista di corsa. Il posto per gli animali che non corrono è contrassegnato con (A). Un animale alla volta viene guidato al tapis roulant [zona (C)] attraverso un corridoio (B). Il cancello tra le zone (A) e (B) è chiuso per garantire che solo un animale alla volta vada alla pista di atletica e gli altri animali rimangano nella zona (A). È essenziale che gli altri animali rimangano nella zona (A), poiché l'animale sul tapis roulant può vedere gli altri animali nella zona (A), il che li motiva a correre. Il cancello tra il tapis roulant e la zona (B) è chiuso per garantire che l'animale non possa indietreggiare dal tapis roulant. Il tapis roulant viene azionato dalla zona (D) e l'animale viene riportato alla zona (A) attraverso la zona (D) dopo la corsa. Nel caso di specie, nella zona (A) è installato un punto d'acqua dove gli animali possono bere e rinfrescarsi dopo la corsa. Simboli: le frecce nere indicano la direzione di rotazione e i quarti di cerchio indicano le porte. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figure 2
Figura 2: Immagini rappresentative della pista da corsa . (A) L'importanza di un solo percorso disponibile per gli animali. (B) Il tapis roulant, che dovrebbe avere una larghezza regolabile per evitare che gli animali si girino durante la corsa. (C) Uno spazio chiuso destinato ad un altro animale oltre all'animale in esecuzione. Gli animali sono più motivati a correre quando vedono un membro della loro specie. (D) Un esempio di punto d'acqua per gli animali in cui gli animali possono rinfrescarsi e bere dopo la prova di stress. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figure 3
Figura 3: Distanza di corsa e velocità . (A) Dati rappresentativi delle distanze totali di corsa di quattro suini sani. La distanza media totale di corsa per gli animali da esperimento era di 970 m e la deviazione standard delle distanze totali era di 80 m. (B) Dati sulla variazione di velocità tra suini. La velocità viene rallentata di intervalli di 0,5 km/h fino a quando il maiale non è in grado di gestire la velocità. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figure 4
Figura 4: Sequenza temporale rappresentativa. Si noti che i punti temporali possono variare tra gli studi. Tuttavia, è da notare che gli animali dovrebbero arrivare al centro per animali da laboratorio 3 settimane prima di iniziare l'esperimento a causa del periodo di acclimatazione. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figure 5
Figura 5: Correlazione della distanza di percorrenza con la variazione della frazione di eiezione. Correlazione della variazione della distanza di percorrenza con la variazione della frazione di eiezione. La frazione di eiezione a riposo è stata misurata con il metodo Biplane Simpon. La variazione della frazione di eiezione rispetto al basale è correlata alla variazione della distanza di corsa dei suini con insufficienza cardiaca indotta da pacemaker, con r = 0,2831, p = 0,0284 e R2 = 0,0801. Nonostante i bassi r e r2, la variazione della percentuale della frazione di eiezione ventricolare sinistra (LVEF%) tende a influenzare le distanze di corsa. È importante notare che diversi fattori influenzano le variabili misurate, influenzando i risultati. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figure 6
Figura 6: Nastri ECG rappresentativi di un maiale sano. Il pannello ECG superiore mostra un ECG 3 minuti dopo l'inizio del test da sforzo. La striscia ECG inferiore mostra un ECG dopo aver eseguito per 10 minuti. L'ECG può essere utilizzato per valutare le differenze nella frequenza cardiaca degli animali da esperimento. La frequenza cardiaca del pannello ECG superiore è di 176 battiti al minuto e sulla striscia ECG inferiore è di 250 battiti al minuto. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Questo test da sforzo su animali di grandi dimensioni imita il test utilizzato nelle cliniche, riducendo il divario negli endpoint tra gli studi preclinici e gli studi clinici. Può essere applicato per valutare l'efficacia di nuovi trattamenti per gravi malattie cardiovascolari, come l'arteriosclerosi obliterante, l'insufficienza cardiaca e le cardiopatie ischemiche. I punti temporali applicati in questo protocollo possono variare a seconda del trattamento testato. Questo protocollo è stato standardizzato sulla base di una lunga esperienza di lavoro con animali di grandi dimensioni e può essere utilizzato per valutare la sicurezza e l'efficacia della terapia genica cardiovascolare e di altri nuovi approcci terapeutici.

Il cuore del maiale e il sistema cardiovascolare sono simili alla fisiologia, all'anatomia e alla funzione umana. Pertanto, i suini sono stati spesso utilizzati per modellare i meccanismi delle malattie cardiovascolari e le procedure terapeutiche17. Il tempo di follow-up nei nostri studi sui suini è stato fino a 12 mesi18; Tuttavia, la gestione degli animali diventa sempre più difficile man mano che crescono durante i lunghi periodi di follow-up.

Questo metodo consiste in vari passaggi critici, che sono essenziali per il successo del test e impossibili da correggere in seguito. In primo luogo, i maiali hanno differenze individuali nella loro motivazione di corsa. Motivare gli animali a correre e mantenere una motivazione sufficiente durante il test è essenziale. Ciò assicura che tutti i punti temporali siano comparabili. Mantenere la motivazione di corsa dei suini richiede una conoscenza specifica delle loro caratteristiche comportamentali individuali. Gli animali devono essere acclimatati al tapis roulant e all'ambiente di prova prima del test da sforzo. Ai maiali viene insegnato ad andare sul tapis roulant e le loro prestazioni di successo vengono premiate. Un altro modo per aumentare la loro motivazione alla corsa è quello di mantenere altri animali da test nel campo visivo del corridore.

Evitare i tipici difetti anatomici, come diversi problemi alle gambe, è importante. I difetti anatomici più comuni sono le malattie degli zoccoli, le deformità congenite degli arti e i problemi causati da incidenti, come lacerazioni, lesioni scapolari, fratture e ferite. Questi sono principalmente dovuti ad habitat, incidenti, fattori ereditari e aberrazioni nell'alimentazione19. Una debolezza alle gambe porta a camminare in modo scoordinato, rendendo impossibile partecipare ai test di esercizio. Inoltre, se durante lo studio compare debolezza delle gambe, l'animale deve essere escluso dal test. I problemi alle gambe possono essere evitati scegliendo maiali con strutture delle gambe intatte. Durante la ricerca, le lesioni alle gambe possono essere prevenute avendo buone condizioni nel porcile. Le superfici dure e corrosive devono essere evitate e l'igiene generale deve essere mantenuta. I maiali devono essere nutriti moderatamente in modo che non aumentino di peso troppo rapidamente, poiché questo affatica le gambe. Inoltre, i maiali devono essere collocati nei loro recinti con cura per evitare incidenti e dovrebbero avere abbastanza stimoli, come i giocattoli, in modo che la loro masticazione non sia diretta ad altri maiali.

Durante il test da sforzo, l'ECG è stato registrato con un ECG a 3 derivazioni o un registratore di loop impiantabile. Non è preciso come un ECG a 12 derivazioni, ma può comunque valutare più variabili, come aritmie e frequenza cardiaca. Diversi tipi di errori e disturbi possono falsificare gli ECG. Ad esempio, elettrodi collegati in modo errato, scarso contatto tra la pelle e gli elettrodi e contrazioni dei muscoli scheletrici possono causare errori. Gli elettrodi devono rimanere saldamente in posizione per tutta la durata della prova. Questo è impegnativo poiché la pelle si riscalda e suda durante la corsa. Il contatto tra la pelle e gli elettrodi può essere migliorato radendo i capelli, disinfettando e rimuovendo le cellule morte della pelle. Inoltre, il movimento dei muscoli provoca artefatti che influenzano gli ECG13. Ciò può mettere in discussione l'interpretazione dei segmenti ST. Inoltre, gli elettrocateteri ECG possono interferire con la corsa. Tuttavia, questi problemi possono essere ridotti toccando saldamente gli elettrocateteri ECG sulla pelle. Gli ECG possono anche essere registrati con un loop recorder impiantabile o un pacemaker. L'utilizzo di un loop recorder impiantabile risolve molti problemi che l'utilizzo dell'ECG a 3 derivazioni ha. Tuttavia, l'installazione del loop recorder impiantabile è un'operazione invasiva con rischi, come le infezioni.

I ricercatori devono osservare il comportamento degli animali durante tutto il test per garantire la sicurezza generale della procedura. Ad esempio, esaurimento, grave affaticamento, nausea, perdita di coscienza, grave dispnea o pelle cianotica sono motivi per terminare il test da sforzo. Inoltre, i ricercatori devono osservare i cambiamenti nell'ECG, come le aritmie. Tuttavia, con personale ben addestrato e sufficiente esperienza di lavoro con animali di grandi dimensioni, l'attuale protocollo di esercizio può essere utilizzato di routine negli studi preclinici per produrre dati clinicamente rilevanti che dovrebbero rendere la transizione clinica di nuovi approcci terapeutici più efficace per quanto riguarda i benefici clinici per i pazienti.

Poole et al.20 hanno pubblicato linee guida per l'esercizio fisico sugli animali e protocolli di allenamento per studi cardiovascolari. In questi protocolli, i maiali si esercitano su un tapis roulant per circa 30 minuti dopo il riscaldamento. Durante questi 30 minuti, la zona di frequenza cardiaca target per gli animali da esperimento è del 65% -75% della frequenza cardiaca massima. La frequenza cardiaca viene modificata modificando la velocità o l'inclinazione del tapis roulant. Il protocollo di Poole et al. e il test da sforzo di 15 minuti presentato in questo manoscritto hanno molteplici somiglianze, come il periodo di acclimatazione, i requisiti del tapis roulant, il peso degli animali da esperimento selezionati e il rinforzo positivo premiando l'animale dopo l'esercizio. In entrambi i protocolli, gli animali da esperimento possono superare la capacità del tapis roulant, limitando il tempo di follow-up.

La principale differenza tra il protocollo descritto da Poole et al. e il test da sforzo presentato in questo manoscritto è lo scopo del test. Il protocollo descritto da Poole et al. è progettato per suscitare adattamenti di allenamento classici osservati negli esseri umani. Pertanto, si concentra sull'esercizio di intensità moderata, mentre il metodo di test da sforzo di 15 minuti mira a fare uno sforzo quasi massimo per valutare meglio l'idoneità cardiorespiratoria. Ciò si ottiene quando il livello soggettivo di sforzo è circa il 90% della frequenza cardiaca massima13. Un test da sforzo di 15 minuti imita il test utilizzato nelle cliniche aumentando gradualmente il livello di sforzo fino a quando non è quasi massimo. A causa della differenza negli obiettivi dei protocolli, la frequenza di esercizio degli animali da esperimento differisce. Poole et al. descrivono che i maiali possono correre fino a quattro volte alla settimana per ottenere migliori adattamenti cardiovascolari causati dall'esercizio. Il test da sforzo di 15 minuti valuta l'efficacia funzionale della terapia genica e di altre nuove terapie, motivo per cui la frequenza richiesta è significativamente inferiore e dipende dalle esigenze del trattamento. Un esempio di questi requisiti è stato descritto nella Figura 4.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Gli autori non dichiarano conflitti di interesse.

Acknowledgments

L'autore desidera ringraziare Minna Törrönen, Riikka Venäläinen, Heikki Karhunen e Inkeri Niemi del National Laboratory Animal Center per la loro assistenza nel lavoro sugli animali. Questo studio è supportato dalla Finnish Academy, dal CER e dalla sovvenzione 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Virani, S., et al. Heart disease and stroke statistics-2020 update: A report from the American Heart Association. Circulation. 141 (9), e139 (2020).
  2. Townsend, N., et al. Epidemiology of cardiovascular disease in Europe. Nature Reviews Cardiology. 19 (2), 133-143 (2022).
  3. 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).
  4. Ylä-Herttuala, S., Baker, A. H. Cardiovascular gene therapy: past, present, and future. Molecular Therapy. 25 (5), 1096-1106 (2017).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Lähteenvuo, J., Ylä-Herttuala, S. Advances and challenges in cardiovascular gene therapy. Human Gene Therapy. 28 (11), 1024-1032 (2017).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Swindle, M. M. Swine in the Laboratory: Surgery, Anesthesia, Imaging, and Experimental Techniques. 2nd edition. , CRC Press. Taylor & Francis Group. (2007).
  20. 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).

Tags

Genetica Numero 195
Test da sforzo per la valutazione dell'efficacia funzionale del sistema cardiovascolare suino
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Määttä, A.,More

Määttä, A., Järveläinen, N., Lampela, J., Ylä-Herttuala, S. Exercise Test for Evaluation of the Functional Efficacy of the Pig Cardiovascular System. J. Vis. Exp. (195), e65233, doi:10.3791/65233 (2023).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter