Summary
Dit protocol beschrijft een minimaal invasieve chirurgische ingreep voor het opstijgen van aortabanden bij varkens.
Abstract
Grote diermodellen van hartfalen spelen een essentiële rol bij de ontwikkeling van nieuwe therapeutische interventies vanwege hun grootte en fysiologische overeenkomsten met mensen. Er zijn inspanningen geleverd om een model te creëren van door drukoverbelasting geïnduceerd hartfalen en stijgende aortabanden terwijl het nog steeds supra-coronair is en geen perfecte nabootsing is van aortastenose bij mensen, die sterk lijkt op de menselijke conditie.
Het doel van deze studie is om een minimaal invasieve benadering te demonstreren om overbelasting van de linkerventrikeldruk te induceren door een aortaband te plaatsen, nauwkeurig gekalibreerd met percutaan geïntroduceerde high-fidelity druksensoren. Deze methode vertegenwoordigt een verfijning van de chirurgische ingreep (3V's), wat resulteert in homogene transstenotische gradiënten en verminderde variabiliteit binnen de groep. Bovendien maakt het een snel en rustig herstel van dieren mogelijk, wat leidt tot minimale sterftecijfers. Gedurende het hele onderzoek werden de dieren tot 2 maanden na de operatie gevolgd, waarbij gebruik werd gemaakt van transthoracale echocardiografie en druk-volumelusanalyse. Indien gewenst kunnen echter langere follow-upperioden worden bereikt. Dit grote diermodel blijkt waardevol voor het testen van nieuwe geneesmiddelen, met name die gericht zijn op hypertrofie en de structurele en functionele veranderingen die gepaard gaan met overbelasting van de linkerventrikeldruk.
Introduction
Hartfalen (HF) is een levensbedreigende ziekte die wereldwijd miljoenen mensen treft en grote sociale en economische gevolgenheeft1. Een van de belangrijkste etiologieën is aortaklepziekte of aortastenose (AS). Aortastenose komt vaker voor op hoge leeftijd en is de op één na meest voorkomende kleplaesie in de Verenigde Staten. De sterfte als gevolg van AS-gerelateerde is ook in Europa toegenomen, met name in landen die geen toegang hebben tot recente interventieprocedures2. Gezien de complexiteit van HF en de schaarste aan therapeutische innovaties, is er een dringende behoefte aan betrouwbare diermodellen die de menselijke conditie kunnen nabootsen en het testen van nieuwe interventies kunnen vergemakkelijken3. Hoewel er meer knaagdiermodellen zijn dan grote diermodellen, biedt de laatste verschillende voordelen vanwege hun grootte en fysiologische overeenkomsten, waardoor het testen van medicijndoses en medische hulpmiddelen voor menselijk gebruik mogelijk is.
Het doel van deze methode is om een reproduceerbaar model van oplopende aortabanden (AAB) vast te stellen dat toepasbaar is op de meeste grote diersoorten die in biomedisch onderzoek worden gebruikt. In deze studie wordt de procedure gedemonstreerd bij varkens met behulp van een minimaal invasieve benadering, waarbij de 3V-principes worden nageleefd (vervanging, vermindering en verfijning4). Deze aanpak zorgt voor het creëren van een nauwkeurige drukgradiënt, wat resulteert in een hoge reproduceerbaarheid (waardoor het aantal benodigde dieren mogelijk wordt verminderd). Bovendien minimaliseert de kleine chirurgische incisie (2-3 cm) chirurgische belediging, waardoor het welzijn van het dier wordt verbeterd in vergelijking met agressievere benaderingen zoals sternotomie en grotere thoracotomieën5 (verfijning). Bovendien zou het verstrekken van een videodemonstratie van de methode, samen met gedetailleerde beschrijvingen in de literatuur, de behoefte aan dieren die uitsluitend voor trainingsdoeleinden (vervanging) worden gebruikt, mogelijk kunnen verminderen, waardoor het gebruik van dieren verder wordt verminderd. Dit model kan worden aangepast voor verschillende varkensstammen/rassen met verschillende groeisnelheden en induceert aanhoudende drukoverbelasting, wat leidt tot significante hypertrofie na 1 of 2 maanden follow-up.
De huidige methoden maken gebruik van vaste stenose6, zonder rekening te houden met de variabiliteit van de grootte van het dier, of berekenen de gradiënt met behulp van met vloeistof gevulde drukmetingen7, die minder betrouwbaar zijn dan high-fidelity druksensoren en gevoelig zijn voor signaaldemping8. Een andere benadering maakt gebruik van een enkele drukmeting distaal van de stenose5. Het kalibreren van de stenose door middel van gelijktijdige proximale en distale druksignalen met behulp van percutaan toegediende high-fidelity druksensoren vertegenwoordigt echter een substantiële optimalisatie van het protocol, wat resulteert in een verbeterde groepshomogeniteit. Door deze methode visueel te demonstreren, zouden andere onderzoekers deze zonder noemenswaardige obstakels moeten kunnen repliceren, waardoor de beschikbaarheid van dit model toeneemt en de toepassing van de 3V-principes wordt bevorderd.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
De dierproeven werden uitgevoerd in het laboratorium voor experimentele chirurgie van de Universiteit van Porto, Cardiovascular Research and Development Centre (UnIC, Porto, Portugal). De institutionele commissie voor dierethiek keurde de studie goed in overeenstemming met de Nationale Autoriteit voor Diergezondheid (Direcção-Geral de Alimentação e Veterinária, DGAV, Ref: 2021-07-30 011706 0421/000/000/2021). De onderzoekers hadden ofwel een vergunning (FELASA-equivalente Laboratory Animal Sciences-autorisatie) of waren cardiothoracale chirurgen of anesthesiologen. De dieren die in dit werk werden gebruikt, waren reuen met een Landras x Pietrain-achtergrond en werden verkregen van een fokker met een vergunning van DGAV (PTAH03). Het uitgangsgewicht van de dieren was 20-25 kg, wat een maximale follow-up van 2 maanden mogelijk maakte (70-80 kg, figuur 1). Langere volgperioden komen in het gedrang door de aanzienlijke groei van de dieren, die onze infrastructuur niet aankon.
1. Anesthesie en bewaking van vitale functies
- Zet het geselecteerde dier 's nachts vast met water ad libitum.
- Weeg het bewuste dier (laat het op een dierenweegschaal lopen), of gebruik een schatting op basis van aankomstgewicht en verwachte groeisnelheid.
- Bereid een cocktail van ketamine (15 mg/kg), midazolam (0,5 mg/kg) en azaperon (4 mg/kg) in een Luerlock-spuit van 20 ml die is aangesloten op een verlengsnoer (100 cm), gevolgd door een naald van 21 g (zie materiaaltabel). Zorg ervoor dat u voldoende verdoving heeft om rekening te houden met het dode volume van de injectieslang.
- Isoleer het varken in een rustige en veilige omgeving (meestal een lege dierenverzorgingsruimte, indien mogelijk) en verdoven het dier door middel van een intramusculaire injectie in de nek- of achterpootspier (volgens institutioneel protocol). Zorg ervoor dat het dier zich op een rustige en donkere plaats bevindt en zorg ervoor dat het zichzelf niet kan verwonden terwijl het zijn ligvermogen verliest, wat 10-15 minuten duurt.
OPMERKING: Het gebruik van een verlengsnoer voorkomt dat het dier in bedwang moet worden gehouden. - Zodra het dier ligt, plaatst u het verdoofde dier op een brancard en vervoert u het dier naar de operatiekamer (meet het gewicht van het dier op dit punt als bewust wegen geen optie was).
- Plaats het dier in een rechter of linker laterale decubitus, afhankelijk van het oor dat moet worden gecanuleerd. Reinig het oor meerdere keren met chloorhexidine en alcohol in een cirkelvormige beweging. Kanaal vervolgens de marginale oorader met behulp van een intraveneuze katheter van 20 G en zet deze vast met niet-geweven lijm (zie Materiaaltabel). Sluit de IV-katheter aan op een 3-poorts kraanspruitstuk dat vooraf is gespoeld met zoutoplossing.
OPMERKING: Als alternatief maakt een infuuspomp, in vergelijking met een standaard infuuslijn (druppellijn), een nauwkeurige aanpassing van het debiet (2 ml/kg/h) mogelijk. - Breng een pleister voor transdermaal gebruik van fentanyl (50 μg/uur) (zie Materiaaltabel) in het contralaterale oor.
- Plaats het dier op een radiotransparante operatietafel, in dorsale ligging, op een verwarmende matras en zet het op zijn plaats vast (riemen waarmee de poten aan de operatietafel zijn bevestigd).
- Sluit een propofol-perfusieleiding aan op het 3-poorts afsluitverdeelstuk. Het onderhoud van de anesthesie wordt verzorgd door propofol toegediend via een spuit van 50 ml die is gemonteerd op een perfusiepomp van de spuit (zie Materiaaltabel) met een snelheid van 10-20 mg/kg/uur.
- Dien een bolus van propofol (4 mg/kg) en fentanyl (10 μg/kg) toe (zie Materiaaltabel) om apneu te induceren en intubatie mogelijk te maken.
OPMERKING: Het dier zal vanaf dit moment in apneu verkeren en er moet mechanische ventilatie tot stand worden gebracht. Voordat u verder gaat, moet u ervoor zorgen dat de zuurstofbron beschikbaar is en dat het ventilatorapparaat (zie Materiaaltabel) is gekalibreerd en klaar is voor ventilatie. - Nadat u zich hebt vergewist van het verlies van reactiviteit, en waarbij één gebruiker de bek van het varken openhoudt en tegelijkertijd de tong naar buiten trekt, gebruikt u een laryngoscoop met een Miller-mes nummer 4 (zie Materiaaltabel) om de epiglottis te identificeren en voorzichtig te mobiliseren, zodat u zicht krijgt op de stembanden. Breng de endotracheale tube rechtstreeks in of schuif eerst een bougie en de endotracheale tube eroverheen. Sommige atraumatische intestinale pincetten kunnen helpen bij het mobiliseren van het zachte gehemelte en het verkrijgen van toegang tot de epiglottis.
- Blaas de manchet van de endotracheale tube op en sluit deze aan op het anesthesieapparaat/beademingsapparaat. Stel de beademingsparameters in op 8-10 ml/kg ademvolume, ademhalingsfrequentie van 15-25 ademhalingen per minuut en 5 cm H2O PEEP (positieve eind-expiratoire druk). Pas de beademingsparameters aan om de CO2 aan het einde van het getij tussen 35 en 45 mmHg te houden.
- Plaats de SpO2-sensor op de tong of het oor (waar het beste signaal wordt verkregen), plaats de slokdarmtemperatuursonde en bevestig de ECG-elektroden (zie Materiaaltabel).
- Breng steriele oogheelkundige smeerzalf aan om hoornvliesbeschadiging te voorkomen.
2. Arteriële canulatie
- Nadat u hebt gezorgd voor een goede anesthesiediepte door de afwezigheid van ooglidreflex en een constante hartslag en bloeddruk, reinigt en desinfecteert u de liesstreek grondig met chloorhexidine en alcohol in een cirkelvormige beweging. Bedek het dier met steriele gordijnen met een rooster (zie Materiaaltabel), met het gat in het gebied van de dijbeenslagader (eerder bevestigd door palpatie of echografie). Dien cefazoline (25 mg/kg) toe als antibioticaprofylaxe.
- Als de procedure betrekking heeft op het terughalen van dieren (aortabanden), gebruik dan vanaf dit punt de aseptische techniek.
OPMERKING: Een strikte aseptische techniek is niet vereist als het een terminale procedure is (PV Loop-analyse). Het is echter voordelig om steriel te werken om infectie te voorkomen die de hemodynamische metingen zou kunnen beïnvloeden. - Identificeer de prikplaats en infiltreer het gebied met subcutaan 1% lidocaïne.
- Identificeer de gemeenschappelijke dijbeenslagader met behulp van de vasculaire sonde (zie Tabel met materialen) en bevestig de positie van de ultrasone marker en de juiste diepte.
OPMERKING: Punctie van de dijbeenslagader kan worden uitgevoerd met behulp van een korte as, een lange as of een combinatie van beide technieken, waarbij in bepaalde systemen gebruik wordt gemaakt van een bi-plane-modaliteit. Ons team hanteert echter vaker de korte-as-aanpak. - Bereid de inbrenghuls voor (zie Materiaaltabel) door de introducer en dilatator te spoelen met gehepariniseerde zoutoplossing voordat u deze in elkaar zet. Zorg ervoor dat de 3-weg kraan in de poort aan de inbrengzijde in de uit-stand staat in de richting van het dier om bloedverlies te voorkomen bij het verwijderen van de dilatator.
- Steek een arteriële naald (bij voorkeur een echogene naald, zie Tabel met materialen) in de dijbeenslagader terwijl u het traject bewaakt met behulp van echografie. Zodra het arteriële lumen is bereikt, wat kan worden bevestigd door pulserend arterieel bloed dat de naaldnaaf verlaat, steekt u een J-tip voerdraad in de slagader. De juiste introductie van de voerdraad kan worden bevestigd met echografie.
- Verwijder de naald, houd druk op de prikplaats om extra bloedingen te voorkomen en breng de introducer + dilatator (maat 6 Fr, 10 cm lengte) in de slagader. Verwijder de dilatator en bevestig de positie van de introducer door uit de zijpoort te zuigen en achtereenvolgens te spoelen met steriele zoutoplossing.
- Sluit een arteriële drukleiding aan op de zijpoort van de femorale slagaderintroducer voor bloeddrukmeting. Zorg ervoor dat de hoogte van de druktransducer zich ter hoogte van de rechter boezems bevindt en dat de atmosferische druk nul is.
- Bedek de introducer met een steriel laken tot de linkerventrikelkatheterisatie.
3. Oplopende aortaband (voorbereiding)
- Pas de positie van het dier aan op een lichte rechter laterale decubitus en til de linker voorpoot op.
- Lokaliseer de positie van de aorta ascendens met behulp van de cardiale ultrasone transducer (zie Materiaaltabel) en markeer de incisieplaats voordat u de borstkas van het dier grondig desinfecteert met chloorhexidine en alcohol in een cirkelvormige beweging.
- Bedek het dier met steriele gordijnen.
- Dien een fentanylbolus (10 μg/kg) toe om voldoende analgesie te garanderen. Om de diepte van anesthesie en analgesie te bevestigen, moet u letten op het ontbreken van ooglidreflexen en geen veranderingen in hartslag of bloeddruk bij het maken van de eerste incisie.
- Maak een huidincisie van 2-3 cm ter hoogte van de 3/4eintercostale ruimte en ontleed de onderliggende fascia en spierlagen totdat de intercostale ruimte is bereikt.
- Betreed de thorax met een botte schaar terwijl het dier in geforceerde uitademing is zonder PEEP om beschadiging van de long te voorkomen.
- Vergroot de incisie om de oprolmessen te kunnen plaatsen tot maximaal 3 cm.
- Trek de ribben in en visualiseer de onderliggende structuren. Als de incisie op de juiste plaats wordt gemaakt, moet de longslagader goed zichtbaar zijn. De aorta bevindt zich daarachter.
- Open met behulp van een minimaal invasieve hartchirurgische pincet en schaar het hartzakje en trek de linkerboezems en eventueel longweefsel dat het zicht op de aorta bedekt terug met een nat steriel gaasje.
OPMERKING: Vermijd het te veel manipuleren van de linkerboezems, omdat dit zal leiden tot boezemfibrilleren. Als dat gebeurt en niet spontaan verdwijnt, pas dan elektrische cardioversie toe. - Scheid de aorta voorzichtig van de longslagader totdat de transversale pericardiale sinus is bereikt. Dit is het kanaal waar het banderolleermateriaal doorheen gaat.
OPMERKING: Voor het banderen van de aorta ascendens kunnen verschillende materialen worden gebruikt, afhankelijk van de grootte van het dier en de follow-upperiode. Voor dieren met een beperkte groei en/of een korte follow-upperiode kan een nylon kabelbinder worden gebruikt (goedkopere optie), terwijl voor sneller groeiende dieren en/of een langere follow-upperiode een vasculaire prothesen kunnen worden gebruikt die zijn bevestigd met titanium clips (duurdere optie), waarbij internalisatie van de band wordt vermeden (in detail besproken in de onderstaande paragrafen) (zie Materiaaltabel). - Optie 1 (nylon kabelbinder):
- Knip een segment van ~10 cm steriele plastic slang af met een lumen dat klein genoeg is om goed in de punt van de nylon band te passen.
NOTITIE: De steriele slang en nylon band zijn vooraf gesteriliseerd door ethyleenoxidesterilisatie of onderdompeling in formaldehyde gedurende ten minste 24 uur. - Gebruik een 90° gebogen pincet om de plastic slang (die dient als een atraumatische geleider voor de nylon band) rond de aorta te leiden, via het eerder gecreëerde pad, van de ruimte tussen de aorta en de longslagader (proximaal) naar de ruimte tussen de aorta en de rechter boezems (distaal). Palpatie met de vinger kan helpen om de pincet door het juiste pad te leiden.
- Zorg ervoor dat u de longslagader of de rechterboezem niet te veel belast, omdat dit kan leiden tot hemodynamische instabiliteit. Besteed tijdens deze stap veel aandacht aan vitale functies om langdurige perioden van systemische hypotensie te voorkomen.
- Zodra de plastic geleider aan de distale kant te zien is, pakt u deze vast met een weefselpincet en trekt u deze voorzichtig rond de aorta, waarbij u de nylon band meeneemt. Verbind de twee uiteinden van de nylon band zonder de aorta te vernauwen.
- Knip een segment van ~10 cm steriele plastic slang af met een lumen dat klein genoeg is om goed in de punt van de nylon band te passen.
- Optie 2 (ePTFE-transplantaat)
- Snijd een ~10 cm steriele ePTFE graft van een 5 mm 40 cm lange graft.
- Gebruik een 90° gebogen pincet om het transplantaat vast te pakken en rond de aorta te halen. Zie de stappen 3.11.2 en 3.11.3.
- Plaats een radiopake marker (zie Materiaaltabel) in het banderolleergebied om aortakatheterisatie te vergemakkelijken.
- Bedek de tussenribruimte met nat gaas en steriele gordijnen.
4. Katheterisatie van de linkerventrikel (LV)/aorta
- Heparine toedienen (200 U.kg-1).
OPMERKING: Endovasculaire procedures worden in verband gebracht met een risico op stolselvorming en distale embolisatie, terwijl toediening van heparine zou leiden tot overmatig bloeden tijdens de chirurgische toegang tot de aorta. Daarom wordt LV/aorta-katheterisatie uitgevoerd nadat de aorta is geopend en de band is aangebracht. - Sluit een adapter voor een dubbele hemostaseklep of een stervormig hemostaseventiel aan op een 6 Fr MP1-geleidekatheter (zie Materiaaltabel) en spoel met gehepariniseerde zoutoplossing. Laad de geleidekatheter voor met een voerdraad van 260 cm 0,035 inch J-tip. Introduceer deze assemblage door de femorale arteriële schede.
NOTITIE: Er kan een risico op bloeding bestaan bij het verplaatsen van twee high-fidelity druksensoren (HFPS) door een standaard cross-cut hemostaseklep. Een alternatieve aanpak zou het gebruik van twee afzonderlijke geleidekatheters kunnen zijn, maar hiervoor is een tweede arteriële toegangsplaats nodig. Om zowel het bloedingsprobleem als de behoefte aan extra toegangsplaatsen aan te pakken, kan men kiezen voor een hemostaseklep met twee poorten of een stervormige hemostaseklep. Deze alternatieven lossen het bloedingsprobleem op en elimineren de noodzaak voor extra toegangspunten. Zodra de geleidekatheter door de arteriële huls is gebracht, is het belangrijk op te merken dat de zijpoort van de huls geen bloeddrukmeting mogelijk maakt. Om de bloeddruk te meten, is het noodzakelijk om in plaats daarvan de arteriële lijn aan te sluiten op de zijpoort van de hemostaseklepadapter van de geleidekatheter. - Schuif de voerdraad naar voren en leid de katheter onder fluoroscopische begeleiding in de aorta ascendensie. Wanneer de aortaklep is geïdentificeerd, kruist u deze voorzichtig met de voerdraad en brengt u de geleidekatheter in de LV. Gebruik indien nodig contrast om de anatomische positionering te vergemakkelijken. Controleer de druksporen om de LV-positionering te bevestigen.
- Verwijder de voerdraad terwijl u de geleidekatheter in de LV laat zitten. Spoel de katheter na het opzuigen door en zorg ervoor dat er geen luchtbellen in de katheter aanwezig zijn.
- Schuif een reeds gekalibreerde HFPS, via een van de poorten van de dubbele hemostaseklep, in de LV. Een markering met een steriele pen kan op het katheterlichaam worden geplaatst om te weten wanneer deze uit de tip van de geleidekatheter komt. Als alternatief is de bevestiging van een duidelijk ventrikeldruksignaal een teken van het verlaten van de geleidekatheter (signaalinterferentie wordt waargenomen terwijl de HFPS zich in de geleidekatheter bevindt).
- Schuif een tweede HFPS door de andere poort van de dubbele hemostaseklep en in de LV.
- Trek de geleidekatheter distaal terug in de opgaande aorta naar de radiopake marker die op de bandingplaats is geplaatst, terwijl u een van de HFPS in de LV laat. Bevestig de positie van de katheter met behulp van druksporen.
NOTITIE: De HFPS moet voor gebruik worden aangesloten op het registratiesysteem en ten minste 30 minuten in steriele zoutoplossing worden geplaatst om de druksensor in evenwicht te brengen. Voordat u de HFPS in de geleidekatheter inbrengt, moet u ervoor zorgen dat de druk op nul staat door de sensor op het oppervlak van de steriele zoutoplossing te plaatsen. - Bedek de vasculaire toegangsplaats met een steriel laken en ga naar de thorax om de aorta te vernauwen.
5. Opgaande aortabanden (vernauwing)
- Trek lichtjes aan de nylon band (optie 1) of het ePTFE-transplantaat (optie 2) om ervoor te zorgen dat de HFPS goed is gepositioneerd - de LV-druk moet stijgen, terwijl de aortadruk distaal van de band (radiopake marker) niet mag toenemen.
- Als de positionering van de katheter onjuist is, pas dan de positie van de HFPS aan om ervoor te zorgen dat de proximale en distale druk op de vernauwingsplaats duidelijk wordt geregistreerd.
- Optie 1: sluit de nylon band totdat deze strak om de aorta zit.
- Sluit de nylon band met één klik tegelijk terwijl u de druk nauwlettend in de gaten houdt. Laat na elke klik de druk stabiliseren.
- Sluit de nylon band geleidelijk totdat de gewenste drukgradiënt is bereikt. Het doel is een gradiënt van ongeveer 100 mmHg, waarbij ervoor wordt gezorgd dat de einddiastolische druk van de linkerventrikel niet hoger is dan 25 mmHg.
NOTITIE: Als de bereikte helling iets minder dan 100 mmHg is (d.w.z. tussen 90-95 mmHg), trek de nylon band dan niet verder aan. Het is van cruciaal belang om in deze situatie niet te strak aan te draaien. Als de nylonband echter per ongeluk te strak wordt aangespannen tijdens de procedure of na stabilisatie, kan men bottensnijders gebruiken (zie Materiaaltabel) om de nylonband door te knippen en vervolgens de vorige procedures (stap 3.11 en stap 5.3) herhalen om opnieuw af te stellen en de juiste drukgradiënt te bereiken. - Plaats een stuk steriele plastic slang op het uiteinde van de nylon band om onbedoelde schade aan de omliggende structuren te voorkomen.
- Optie 2: benader de ePTFE-uiteinden en vernauw de band met een 45°-pincet, terwijl u de druk bewaakt om de relatieve locatie van de vernauwing te schatten.
- Plaats een titanium hemoclip op de positie van de pincet (het vastklemmen van de twee uiteinden van het ePTFE-transplantaat zal er een markering op achterlaten, die dient om de hemoclip-positie te begeleiden).
- Controleer de drukgradiënt. Als de gradiënt optimaal is, bevestig dan de vorige hemoclip-positie door een tweede hemoclip direct boven de vorige te plaatsen (dit zal de vernauwing niet vergroten, maar zal distale verschuiving van de clip voorkomen).
- Als het verloop niet voldoende is, plaats dan een extra clip onder de vorige clip (waarbij de aorta verder wordt ingeperkt). Doe dit totdat het verloop optimaal is. Als het verloop te groot is, gebruikt u de clipapplier om de clip te verwijderen en plaatst u een andere meer distaal.
- Knip de uiteinden van het ePTFE-transplantaat af om te voorkomen dat er te veel transplantaatmateriaal in de borst zit en hecht het transplantaat aan de proximale zijde van de aorta met een 5.0-hechting (zie Materiaaltabel) om distale beweging van het transplantaat te voorkomen.
- Wacht 15 minuten na het plaatsen van de banderol om de druk te stabiliseren en te bepalen of de gradiënt optimaal blijft of dat decompensatie en acuut falen zullen optreden. Als hypotensie optreedt zonder spontane verdwijning, is het zeer waarschijnlijk dat de LV decompenseert en dat verlichting van de strepen vereist is.
- Sluit het hartzakje met een 3-0 PDS II-hechting (zie Materiaaltabel).
- Plaats een thoraxdrain en sluit deze aan op een chirurgische aspirator. Verhoog PEEP tot 10 cmH2O om te beginnen met het rekruteren van longen die atelectase hebben geleden.
- Sluit de borstwand in lagen met een 3-0 PDS II-hechting.
- Sluit de laatste spiersteek tijdens het verwijderen van de thoraxdrain en stop de ventilatie aan het einde van de expiratie met hoge druk (handmatig ingesteld op 20-30 cmH2O).
- Hervat de normale beademing en sluit de huid met een 3-0 PDS II-hechting met een intradermaal patroon na het spoelen van de operatiewond met jodium-povidon.
- Verwijder de Mikro-katheters (zie Tabel met materialen) en controleer de oppervlaktedruk om rekening te houden met drukdrift tijdens de procedure.
- Verwijder de geleidekatheter.
- Verwijder de inbrenghuls en pas handmatige compressie toe om de arteriotomie te sluiten. Pas compressie toe op de toegangsplaats gedurende ten minste 10 minuten. Beoordeel de plaats op hemostase door langzaam de druk weg te nemen en de afwezigheid van bloedingen of hematoomvorming te bevestigen.
- Plaats indien nodig een steek op de prikplaats met behulp van een resorbeerbare hechtdraad.
OPMERKING: Indien nodig kan op dit moment een snel transthoracaal echocardiogram helpen bepalen of de hartfunctie goed is en een schatting van de aortadrukgradiënt mogelijk maken. Hoewel het niet nodig is (omdat de drukgradiënt werd gemeten met high-fidelity druksensoren), kan een van echo afgeleide gradiënt worden gebruikt om het model te vergelijken met klinische gegevens. Houd er rekening mee dat als gevolg van de operatie de beeldkwaliteit in het gedrang komt. - Stop de anesthesie en extubie het dier zodra spontane beademing wordt gedetecteerd. Koppel het dier los van de beademingsmachine en zorg ervoor dat de juiste luchtstroom door de endotracheale tube wordt gevoeld en dat de perifere oxygenatie niet in het gedrang komt.
- Extuberen en eventueel een Guedel plaatsen.
- Verwijder de perifere veneuze katheter.
- Houd het dier gedurende ten minste 15 minuten in de gaten terwijl u het ECG/de hartslag en de perifere oxygenatie bewaakt.
- Als het dier stabiel is, breng het dan naar een schoon herstelhok met verhoogde omgevingstemperatuur. Gebruik een draagbaar apparaat voor vitale functies (zie Materiaaltabel) om de hartslag en verzadiging continu te controleren totdat het dier weer bij bewustzijn komt.
- Volg de dieren gedurende de gewenste periode en voer transthoracale echocardiografie of druk-volumelusanalyse uit om de hartfunctie te bepalen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Tijdens de eerste ontwikkeling van het model was het sterftecijfer ongeveer 30%, waarbij dieren stierven aan acuut hartfalen na banding en chirurgische complicaties. Nadat het model was vastgesteld, kwamen chirurgische complicaties echter minder vaak voor en daalde het sterftecijfer tot ongeveer 15%. De twee sterfgevallen die plaatsvonden, waren te wijten aan aortaruptuur tijdens dissectie.
Het gebruik van high-fidelity druksensoren maakt het mogelijk om druksignalen van hoge kwaliteit te verkrijgen (Figuur 2), waardoor real-time en nauwkeurige kalibratie van de stenose mogelijk is. Dit zorgt ervoor dat alle geopereerde dieren een vergelijkbare mate van overbelasting van de linkerventrikeldruk ervaren, waardoor de variabiliteit binnen de groep wordt verminderd. Bovendien heeft de katheter zelf een schacht van 2.3 F, die een minimale impact heeft op de obstructie van de doorstroming in vergelijking met grotere met vloeistof gevulde katheters. Na een initiële investering kunnen de katheters meerdere keren worden hergebruikt en als sterilisatie nodig is, kan ethyleenoxide worden gebruikt (meestal beschikbaar door samenwerking met chirurgische afdelingen in het ziekenhuis).
De transstenotische gradiënt kan in real-time worden berekend door de software, die het drukverschil meet tussen de linker hartkamer (proximale druk) en de distale aorta (distale druk). Een paar minuten stabilisatie tussen elke vernauwingsstap zorgt ervoor dat de linker hartkamer de tijd heeft om zich aan te passen. Na het bepalen van de gewenste vernauwingsgraad moet een stabilisatieperiode van 15 minuten worden toegepast om ervoor te zorgen dat de banderolleergraad stabiel blijft en het dier wordt gecompenseerd (Figuur 2A).
Deze benadering is superieur aan andere methodologieën die de transstenotische gradiënt niet in real-time meten en zowel de homogeniteit missen van een vergelijkbare gradiënt tussen alle dieren (respectievelijk 92,3 ± 2,3 mmHg, gemiddelde en standaardfout van het gemiddelde voor 7 geopereerde dieren) als nauwgezette monitoring van de linkerventrikeldruk. Bovendien vermijdt deze aanpak de moeilijkheden die gepaard gaan met het uitvoeren van transthoracale echocardiografie bij varkens, met name bij bepaalde rassen zoals het Vietnamese hangbuikzwijn, dat een aanzienlijk vooruitstekend borstbeen heeft.
Transthoracale echocardiografie kan aortabanden bevestigen, zowel onmiddellijk na de operatie als tijdens follow-uptijdstippen (Figuur 3). De banding-operatie resulteert in een significante stenose van de aorta met turbulente stroming, die kwalitatief kan worden geëvalueerd of gekwantificeerd met behulp van continue golfdoppler. Figuur 2 toont representatieve beelden van follow-up echocardiografie na 2 maanden, die significante aortastenose (bovenste rij) en linkerventrikel concentrische hypertrofie (middelste en onderste rij) laat zien. Twee maanden na het banden ontwikkelen de dieren significante cardiale hypertrofie. De macroscopische evaluatie onthulde grotere harten en een dikkere linkerventrikelwand (Figuur 4). De follow-upperiode van twee maanden werd bepaald op basis van de groeisnelheid van de gebruikte dieren, aangezien een langere follow-upperiode zou resulteren in dieren die te groot zouden zijn om door onze infrastructuren te worden gehanteerd.
Figuur 1: Schema's van het aortabandingprotocol. Na ontvangst van 20-25 kg mannelijke varkens worden de dieren onderworpen aan een quarantaineperiode van 1 week. Op de dag van de procedure worden de dieren verdoofd, worden de LV en aorta gekatheteriseerd en worden high-fidelity druksensoren geplaatst, gevolgd door aortabanden en dierherstel. De hele procedure duurt, eenmaal onder de knie, ongeveer 2 uur. Twee maanden na de operatie worden de dieren onderworpen aan een terminale evaluatie, inclusief het verzamelen van monsters en het meten van fysiologische variabelen. AB-aortabanding, Ao-aorta, LV-linkerventrikel, PV-druk-volume, RHC-rechterhartkatheterisatie, US-echografie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Drukmetingen tijdens het banden van de aorta. (A) Representatieve sporen van LV en aortadruk (distaal van de banding) tijdens het banderen van de aorta. Zoom in op LV en aortadruk voor (B) en na (C) vernauwing, en laat de gradiëntvorming zien (verschil tussen piek systolische LV en aortadruk). (D) Pull-off van de ventriculaire druksensor, overgaand van de aorta proximaal naar de banding naar de aorta distaal van de banding. AP-arteriële druk, LVP-linkerventrikeldruk, MC-high-fidelity druksensor. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Transthoracale echocardiografie. Follow-up 2 maanden na de operatie toont significante stenose van de aorta (zwarte pijl, bovenste rij). LV-hypertrofie is duidelijk, zowel in 2D (witte pijlen, middelste rij), als in M-modus, die ook concentrische hypertrofie vertoont (witte pijlen, onderste rij). De verticale balk komt overeen met 3 cm en 2D PSAX-beelden zijn gemaakt op een diepte van 15 cm. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 4: Post-mortem macroscopische analyse van het hart. Aortabanden leiden tot cardiomegalie, met duidelijke hypertrofie van de LV-wand. Hartplakken zijn basis, middenholte en top van links naar rechts. Pericardiale verklevingen zijn overal in het epicardium te zien. Schaalbalken staan voor 1 cm (bovenste rij) en 4 cm (onderste rij). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
In de afgelopen jaren hebben verschillende onderzoeken chirurgische aortabanden gebruikt als model voor overbelasting van de linkerventrikeldruk en hartfalen (aflopendvan 9 naar de stijgende aorta10), waardoor onderzoekers verschillende fenotypes kunnen verkrijgen die zijn afgestemd op hun specifieke behoeften. Hoewel het gebruik van dergelijke modellen kostbare apparatuur en gespecialiseerde kennis vereist, is de informatie die ze bieden van onschatbare waarde. Varkens dienen, vanwege hun grootte en gelijkenis met het menselijk hart, als een ideaal model11, dat ethische acceptatie krijgt als orgaandonoren voor xenotransplantatie.
De belangrijkste kritische stap in deze methode is de dissectie van de aorta en de plaatsing van het banderolleermateriaal (nylonkabel of ePTFE-transplantaat) eromheen. Tijdens deze stap kunnen verschillende complicaties optreden, waaronder scheuring of scheuring van de omliggende structuren of de aorta zelf. Het beheersen van dergelijke complicaties kan worden bereikt door een achtervolgingskoord of een matrashechting met pledgets op het gat te plaatsen als het bloeden onder controle kan worden gehouden om de wond goed te visualiseren. Het wordt sterk aanbevolen om de procedure te laten uitvoeren door een cardiothoracaal chirurg, wat de complicaties en sterftecijfers aanzienlijk vermindert.
Een andere cruciale stap is de vernauwing van de aorta, die in opeenvolgende stappen moet worden gedaan met stabilisatieperioden ertussen. Het is van cruciaal belang om veel aandacht te besteden aan systemische perifere druk, aangezien aanhoudende significante hypotensie (gemiddelde arteriële druk lager dan 60 mmHg) het gevolg kan zijn van het onvermogen van de LV om met de huidige stenose om te gaan. Als het niet wordt opgelost, vooral wanneer de ventriculaire druk ook begint te dalen, zal acuut hartfalen leiden tot het verlies van het dier. Het verwijderen van de nylonkabel of titaniumclip is noodzakelijk wanneer hypotensie niet spontaan verdwijnt.
De belangrijkste beperking van dit model, en van veel aortabandmodellen, is echter de locatie van de band ten opzichte van de coronaire ostia. Plaatsing van supra-coronaire banden bootst aortastenose niet volledig na en kan leiden tot verhoogde bloeddruk in de coronaire circulatie, wat beschermend kan zijn12. Beperkt bewijs suggereert dat er geen verschillen zijn tussen subcoronaire en supracoronaire aortabanden bij varkens13, wat aangeeft dat de verhoogde complicaties die gepaard gaan met subcoronaire banding-chirurgie mogelijk niet de moeite waard zijn.
Afhankelijk van de gebruikte diersoort en de follow-uptijd, kan het internaliseren van de band een probleem worden. Hoewel het voornamelijk wordt beschreven bij knaagdieren14, is het ook waargenomen in de longslagader van varkens15. Het gebruik van ePTFE-transplantaatsegmenten vergroot het contactoppervlak aanzienlijk en elimineert het optreden van bandinternalisatie. ePTFE-transplantaten zijn echter duurder, en bij het gebruik van langzaam groeiende rassen, zoals het Vietnamese hangbuikzwijn, is het internaliseren van de band geen probleem bij het gebruik van nylon kabelbinders. Onderzoekers moeten hun aanpak kiezen op basis van het gebruikte dierras.
Voor snelgroeiende rassen kan follow-up op lange termijn een uitdaging zijn vanwege de grootte van de dieren (beschikbaarheid van infrastructuur en apparatuur die groot genoeg is om dieren van > 100 kg) te verwerken en onbetaalbare onderhoudskosten.
Een andere beperking van dit model, evenals van alle modellen die toegang tot de pericardiale ruimte vereisen, is de aanwezigheid van significante pericardiale verklevingen na de operatie. Onze ervaring leert geen verschil tussen het wel of niet sluiten van de pericardiale incisie na het plaatsen van de band. Hoewel het de functie niet beïnvloedt, wordt het ontleden van het hart en het identificeren van verschillende structuren tijdrovender, en het epicardium zal waarschijnlijk beschadigd raken als het hartzakje volledig wordt gescheiden.
Deze minimaal invasieve methode vertegenwoordigt een aanzienlijke verfijning van de typische chirurgische ingreep, wat leidt tot een rustig en sneller herstel. Het gebruik van twee high-fidelity katheters voor gelijktijdige drukmeting en real-time gradiëntmeting verbetert de nauwkeurigheid van de procedure en de reproduceerbaarheid van het model aanzienlijk, wat leidt tot een vermindering van het aantal benodigde dieren. Het model kan worden toegepast op de studie van nieuwe therapeutische interventies of apparaten gericht op linkerventrikelhypertrofie, evenals op de bepaling van nieuwe pathofysiologische mechanismen die verband houden met overbelasting van de linkerventrikeldruk.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Dit werk werd ondersteund en gefinancierd in het kader van het QREN-project 2013/30196, de "la Caixa" Banking Foundation, het Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT)-project, LCF/PR/HP17/52190002. JS en EB werden ondersteund door het onderzoeks- en innovatieprogramma Horizon 2020 van de Europese Unie in het kader van de Marie Skłodowska-Curie-subsidieovereenkomst nr. 813716. PdCM werd ondersteund door de Stichting Life Sciences Health (LSH)-TKI project MEDIATOR (LSHM 21016).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3-0 PDS II suture | Ethicon | Z683G | Aorta banding |
| 5-0 prolene | Ethicon | 7472H | Aorta banding |
| ACUSON NX2 Ultrasound System | Siemens | (240)11284381 | Vascular Access and Echocardiography |
| Arterial Extension 200 cm | PMH | 303.0666 | Anesthesia Maintenance |
| Atlan A300 Ventilator | Draeger | 8621300 | Ventilation |
| Bone cutters | Fehling | AMP 367.00 | Aorta banding |
| Cefazolin 1000 mg | Labesfal | 100063 | Antibiotic |
| Chlorhexidine 4% Wash Solution | AGA | 19110008 | Cleaning |
| Doyen Intestinal Forceps | Aesculap | EA121R | Intubation |
| Echogenic Introducer Needle | Teleflex | AN-04318 | Vascular Access |
| Endotracheal tube | Intersurgical | 8040070 | Intubation |
| ePTFE vascular graft (5 mm x 40 cm) | GORE-TEX | S0504 | Aorta banding |
| Extension line 100 cm | PMH | 303.0394 | Anesthesia Induction |
| F.O. Laryngoscope | Luxamed | E1.317.012 | Intubation |
| F.O. Miller Blade 4 204 x 17 mm | Luxamed | 3 | Intubation |
| Fenestrated Sterile Drape | Bastos Viegas | 4882-256 | Aseptic Technique |
| Fentanyl 0.5 mg/10 mL | B.Braun | 5758883 | Anesthesia / Analgesia |
| Guidewire 260 cm J-tip | B.Braun | J3 FC-FS 260-035 | Left Ventricle catheterization |
| Infusomat Space Infusion Pump | B.Braun | 24101800 | Fluids / Drug administration |
| Intercostal retractor | Fehling Surgical | MRP-1 | Thoracotomy |
| Introcan Certo IV Catheter 20G | B.Braun | 4251326 | Fluids / Drug administration |
| Isotonic Saline Solution 0.9% | B.Braun | 5/44929/1/0918 | Fluids / Drug administration |
| Ketamidor 100 mg/mL | Richter pharma | 1121908AB | Anesthesia Induction |
| L10-5v Linear Transducer | Siemens | 11284481 | Vascular Access |
| Midazolam 15 mg/3 mL | Labesfal | PLB762-POR/2 | Anesthesia Induction |
| Mikro-cath | Millar | 63405(1) | Pressure recording |
| MP1 guide catheter 6 Fr | Cordis | 67027000 | Left Ventricle catheterization |
| Needle Holder | Fehling Surgical | ZYY-5 | Aorta banding |
| Non-woven adhesive | Bastos Viegas | 442-002 | Fluids / Drug administration |
| P4-2 Phased Array Transducer | Siemens | 11284467 | Echocardiography |
| Perfusor Compact Syringe Perfusion Pump | B.Braun | 8717030 | Fluids / Drug administration |
| Pressure Signal Conditioner | ADinstruments | PCU-2000 | Pressure recording |
| Propofol Lipuro 2% | B.Braun | 357410 | Anesthesia Maintenance |
| Radifocus Introducer II Standard Kit B - Introducer Sheath | Terumo | RS+B60K10MQ | Vascular Access |
| Radiopaque marker | Scanlan | 1001-83 | Aorta banding |
| Scissors | Fehling Surgical | Thoracotomy | |
| Skinprep (Chlorhexidine 2% / 70% Isopropyl alcohol) | Vygon | SKPC015ES | Disinfection |
| Stopcock manifold (3 ports) | PMH | 310.0489 | Fluids / Drug administration |
| Straight forceps | Fehling Surgical | ZYY-1 | Thoracotomy |
| Stresnil 40 mg/mL | ecuphar | 572184.2 | Anesthesia Induction |
| Syringe Luer Lock 20 cc | Omnifix B.Braun | 4617207V | Anesthesia Induction |
| Syringe Luer Lock 50 cc | Omnifix B.Braun | 4617509F | Anesthesia Maintenance |
| Transdermal fentanyl Patch 50 mcg/h | Mylan | 5022153 | Analgesia |
| Ultravist | Bayer | KT0B019 | Angiography |
| Universal Hemostasis Valve Adapter | Merit Medical | UHVA08 | Left Ventricle catheterization |
| Velcro Limb Immobilizer | PMH | SU-211 | Animal stabilization |
| Venofix A, 21 G | B.Braun | 4056337 | Anesthesia Induction |
| Vista 120S Patient Monitor | Draeger | MS32997 | Monitoring |
| Weck titanium clip | Teleflex | 523760 | Aorta banding |
| Weck titanium clip applier | Teleflex | 523166 | Aorta banding |
| Zhiem Vision | Iberdata | N/A | Fluoroscopy |
References
- Savarese, G., et al. Global burden of heart failure: a comprehensive and updated review of epidemiology. Cardiovascular Research. 118 (17), 3272-3287 (2023).
- Hartley, A., et al. Trends in mortality from aortic stenosis in Europe: 2000-2017. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 8, 748137 (2021).
- Silva, K. A. S., Emter, C. A. Large Animal models of heart failure: a translational bridge to clinical success. Journal of the American College of Cardiology: Basic to Translational Science. 5 (8), 840-856 (2020).
- Brink, C. B., Lewis, D. I. The 12 Rs framework as a comprehensive, unifying construct for principles guiding animal research ethics. Animals (Basel). 13 (7), 1128 (2023).
- Choy, J. S., Zhang, Z. D., Pitsillides, K., Sosa, M., Kassab, G. S. Longitudinal hemodynamic measurements in swine heart failure using a fully implantable telemetry system. PLoS One. 9 (8), 103331 (2014).
- Ishikawa, K., et al. Increased stiffness is the major early abnormality in a pig model of severe aortic stenosis and predisposes to congestive heart failure in the absence of systolic dysfunction. Journal of the American Heart Association. 4 (5), 001925 (2015).
- Emter, C. A., Baines, C. P. Low-intensity aerobic interval training attenuates pathological left ventricular remodeling and mitochondrial dysfunction in aortic-banded miniature swine. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 299 (5), H1348-H1356 (2010).
- Brito, J., Raposo, L., Teles, R. C. Invasive assessment of aortic stenosis in contemporary practice. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 9, 1007139 (2022).
- Tan, W., et al. A Porcine model of heart failure with preserved ejection fraction induced by chronic pressure overload characterized by cardiac fibrosis and remodeling. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 8, 677727 (2021).
- Bikou, O., Miyashita, S., Ishikawa, K. Pig model of increased cardiac afterload induced by ascending aortic banding. Methods in Molecular Biology. 1816, 337-342 (2018).
- 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).
- Tian, L., et al. Supra-coronary aortic banding improves right ventricular function in experimental pulmonary arterial hypertension in rats by increasing systolic right coronary artery perfusion. Acta Physiologica (Oxf). 229 (4), 13483 (2020).
- Sorensen, M., Hasenkam, J. M., Jensen, H., Sloth, E. Subcoronary versus supracoronary aortic stenosis. An experimental evaluation. Journal of Cardiothoracic Surgery. 6, 100 (2011).
- Lygate, C. A., et al. Serial high resolution 3D-MRI after aortic banding in mice: band internalization is a source of variability in the hypertrophic response. Basic Research in Cardiology. 101 (1), 8-16 (2006).
- Jalal, Z., et al. Unexpected Internalization of a Pulmonary Artery Band in a Porcine Model of Tetralogy of Fallot. World Journal for Pediatric and Congenital Heart Surgery. 8 (1), 48-54 (2017).
