La colocación quirúrgica de catéteres de larga duración cardiovascular prueba de esfuerzo en los cerdos
9 de febrero de 2016
Aquí presentamos un protocolo para evaluar la función cardiopulmonar en cerdos despiertos, en reposo y durante el ejercicio en cinta rodante. La instrumentación crónica permite realizar mediciones hemodinámicas repetidas sin la influencia de agentes anestésicos cardiodepresivos.
El objetivo general de esta cirugía es instrumentar crónicamente a los animales para permitir mediciones hemodinámicas durante las pruebas de esfuerzo cardiopulmonar en animales alerta con y sin enfermedad cardiovascular. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo cardiovascular, como por ejemplo cómo el síndrome metabólico afecta a la función ventricular izquierda y a la perfusión, contribuyendo así al desarrollo de insuficiencia cardíaca con fracción de eyección conservada. Dos ventajas clave de esta técnica son que las mediciones hemodinámicas y las muestras de sangre se obtienen de animales despiertos y la técnica se puede realizar en reposo y durante el estrés cardiovascular como el ejercicio.
Las implicaciones de esta técnica pueden extenderse hacia el diagnóstico precoz de la hipertensión pulmonar, ya que la función microvascular pulmonar, así como la función y perfusión del ventrículo derecho pueden medirse en estadios bien definidos tras la introducción de la enfermedad. La demostración visual de esta técnica es esencial. Es difícil aprender a colocar una sonda de flujo alrededor de una arteria coronaria debido al vasoespasmo de este vaso.
Además, la colocación de la sonda de flujo alrededor de la aorta es difícil debido a la ubicación de este vaso con respecto a la toracotomía. La demostración del procedimiento correrá a cargo de Annemarie Verzijl, técnica de nuestro laboratorio. Después de preparar al animal para la cirugía, haga una incisión en la piel, comenzando un centímetro caudal hasta el ángulo inferior izquierdo de la escápula y corte hacia abajo hasta la axila izquierda.
Después de la incisión, use diatermia para cauterizar los vasos sanguíneos de la piel. A continuación, utilizando la modalidad de corte de la diatermia, corte a través del músculo serrato y el músculo pectoral mayor. Continúe usando la diatermia para cauterizar los vasos sanguíneos en la capa muscular.
Ahora, usando una disección roma, divida cuidadosamente el músculo intercostal del 4º espacio intercostal izquierdo. Termine esto con una pinza para mosquitos. A continuación, exponer la superficie costal del pulmón izquierdo, que está cubierta por la pleura visceral y parietal.
A continuación, ingrese a la cavidad pleural perforando cuidadosamente ambas capas de la pleura y abriéndolas. Mejore la exposición con un retractor torácico separando los bordes de la herida y las costillas y luego separando con fuerza los tejidos. Para exponer el corazón y los grandes vasos, empuje el pulmón izquierdo caudalmente y colóquelo en su lugar con una gasa húmeda.
Comience esta parte de la cirugía con una disección roma para extirpar aproximadamente 2 centímetros cuadrados de tejido conectivo que rodea la aorta torácica descendente. A continuación, coloque una sutura de cuerda de bolsa de tres puntos en la pared aórtica con una sutura de seda trenzada USP 3-0 no absorbible. A continuación, penetre en la pared del vaso aórtico a través de la sutura con una aguja de acero inoxidable de calibre 16.
Después de la aguja, inserte la punta del catéter lleno de líquido en la aorta. A continuación, tira de la sutura de la cuerda del bolso firmemente y átala. Para asegurar el catéter, enrolle el exceso de sutura alrededor del catéter por encima del anillo tres veces, átelo y agregue una nueva sutura craneal de aproximadamente 1 centímetro a su sitio de inserción.
Ahora conecte el catéter lleno de líquido al transductor de presión calibrado conectado a una computadora. Por lo tanto, controle la presión arterial media durante los pasos siguientes. A continuación, sin dañar el nervio frénico, abra el pericardio con una incisión cruzada.
Debajo de la incisión, exponga la aorta ascendente y el arco aórtico con un retractor de Farabeuf identificando la arteria pulmonar y tirando suavemente de ella caudalmente. Con la aorta expuesta, haga un corte de 1 centímetro en el tejido conectivo entre la aorta ascendente y la arteria pulmonar con unas tijeras de Metzenbaum. Ahora conecte la sonda de flujo.
Primero, coloque la banda elástica alrededor del vaso mediante el uso de un cable de sutura. Y en segundo lugar, conecte el dispositivo de medición de la sonda de flujo a la banda elástica. En tercer lugar, conecte la sonda de flujo a la computadora y, en cuarto lugar, verifique la señal de salida cardíaca para confirmar que la sonda está colocada correctamente.
El siguiente paso es exponer y diseccionar la parte proximal de la arteria coronaria descendente anterior izquierda. Primero, levante el tejido con pinzas. Y luego, con unas tijeras Metzenbaum, haz un pequeño corte en el tejido.
Luego, retire con cuidado los tejidos de la arteria con un hisopo de algodón. Y para asegurarse de que la arteria coronaria esté completamente diseccionada, pase una pequeña pinza para mosquitos en ángulo recto por debajo. Cuando se produce vasoespasmo de la arteria coronaria, rocíe con 10% de limocano para relajar el vaso.
Con la misma técnica, coloque catéteres llenos de líquido en la arteria pulmonar, el ventrículo derecho, el ventrículo izquierdo y la aurícula izquierda. Todos los catéteres ahora deben estar conectados a la computadora. A continuación, se hace una sutura paralela a la vena coronaria interventricular anterior con una sutura conectada al catéter venoso coronario.
Después de la sutura, perfore la vena con la aguja de calibre 20 del catéter venoso coronario e inserte la cánula del catéter por vía intravenosa. A continuación, fije el catéter con la sutura existente. Retire la aguja y conéctela a la línea de extensión.
Ahora coloque una sonda de flujo coronario alrededor de la arteria coronaria descendente anterior izquierda previamente disecada. Con la sonda colocada, verifique la señal del flujo coronario en la computadora para confirmar que la sonda de flujo está colocada correctamente. La forma de la señal de flujo coronario debe ser similar a la que se muestra aquí.
Comience esta fase de la cirugía haciendo una incisión de 1,5 centímetros, unos 8 centímetros caudal y paralela a la primera incisión. Luego, con una pinza antimosquitos grande y curvada, conduzca subcutáneamente el drenaje desde la cavidad pleural a través del 6º espacio intercostal hasta esta incisión. Conecte el drenaje al dispositivo de succión para eliminar el líquido restante del tórax.
A continuación, utilice una pinza antimosquitos grande y curvada para tunelizar las sondas de flujo individualmente a través del 3er espacio intercostal izquierdo y el músculo por encima de la costilla. Tunelice los catéteres llenos de líquido a través del 3er o el 5to espacio intercostal izquierdo. En primer lugar, sujete los catéteres llenos de líquido.
A continuación, retire la llave de paso de tres vías para minimizar el área de perforación. Y en tercer lugar, perforar el músculo intercostal. Ahora, fije las sondas de flujo y los catéteres llenos de líquido con seda trenzada USP 2-0 no absorbible.
Use una sutura de cuerda de bolsa en el músculo intercostal. Este sutur también evitará la fuga de aire después de restablecer la presión intratorácica negativa. A continuación, haz tres incisiones en la piel a unos 2 centímetros a la izquierda y paralelas a la columna vertebral.
Haga estas tres incisiones de 3 centímetros de largo y 3 centímetros de distancia entre sí. Ahora perfore un trócar debajo del músculo dorsal ancho izquierdo desde el sitio de la incisión rostral hasta las incisiones en la espalda. Luego, usando el trócar, tunelice las sondas de flujo y los catéteres de líquido hacia la parte posterior.
Una vez que se complete el tunelización, coloque las llaves de paso en los catéteres llenos de líquido y retire la pinza. Extrae un poco de sangre para eliminar los coágulos y las burbujas de aire. A continuación, llene los catéteres llenos de líquido con heparina a 1.000 unidades por mililitro y llene los catéteres venosos coronarios con heparina a 5.000 unidades por mililitro.
Cierre el tórax juntando las costillas del 4º espacio intercostal en dos sitios separados. Utilice poliéster trenzado USP 6 no absorbible. A continuación, cierra el músculo serrato y el músculo pectoral mayor con el punto corrido.
Cierre la piel con la sutura subcuticular corrida utilizando seda trenzada USP 2-0 no absorbible. A continuación, sutura las incisiones en el lado dorsal entre los catéteres. Primero, haz un nudo directamente sobre la piel para cerrar la incisión.
A continuación, fije los catéteres a la sutura con otro nudo a aproximadamente 1 centímetro de la piel. Suturar las sondas de flujo con sutura de poliglactina para que el alambre de la sonda de flujo no sea cortado por la sutura. A continuación, retire con cuidado el drenaje mientras aplica presión en el lado craneal de la incisión para restablecer la presión negativa en la cavidad pleural.
Ahora complete la cirugía cerrando la incisión con una sutura de cuerda de bolsa y sellando la herida con vaselina. Siga el protocolo de texto sobre cómo recuperar al animal y cómo realizar el experimento en la cinta de correr. Entrenar a los cerdos para que se movieran hasta 5 kilómetros por hora resultó en una duplicación del gasto cardíaco.
Se observó una triplicación del consumo de oxígeno corporal. Esto se debió al aumento del gasto cardíaco junto con un aumento en la concentración de hemoglobina y un aumento en la extracción de oxígeno corporal. Esto se logró principalmente mediante un aumento de la frecuencia cardíaca con un pequeño aumento en el volumen sistólico.
El aumento del volumen sistólico se vio facilitado por un aumento de la contractilidad del ventrículo izquierdo, evidenciado por un aumento del máximo de la 1ª derivada de la presión ventricular izquierda, junto con un aumento de la tasa de relajación del ventrículo izquierdo y un aumento de la presión auricular izquierda, que es la presión de llenado del ventrículo izquierdo. Se produjo vasodilatación sistémica, como lo demuestra un aumento de la conductancia vascular sistémica y una disminución de la resistencia vascular sistémica. Esto acomodó el aumento del gasto cardíaco casi por completo, de modo que la presión aórtica media aumentó solo ligeramente.
En el protocolo de texto se proporcionan interpretaciones adicionales de varios otros parámetros. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo instrumentar crónicamente a los animales para realizar mediciones hemodinámicas en experimentos cardiovasculares posteriores.
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Descripción general
Este artículo presenta un protocolo para evaluar la función cardiorrespiratoria en cerdos despiertos, tanto en reposo como durante ejercicio progresivo en cinta rodante. El método permite realizar mediciones hemodinámicas repetidas sin la influencia de agentes anestésicos.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Fisiología cardiovascular
- Función cardiorrespiratoria
- Modelos animales en la investigación
Antecedentes
- La instrumentación crónica permite mediciones hemodinámicas en animales despiertos.
- Esta técnica puede aplicarse para estudiar enfermedades cardiovasculares y el síndrome metabólico.
- Contribuye a comprender la función ventricular izquierda y la perfusión.
- La demostración visual es fundamental para aprender la técnica.
Objetivo del estudio
- Evaluar la prueba de esfuerzo cardiorrespiratorio en cerdos despiertos.
- Investigar los efectos del síndrome metabólico sobre la función cardíaca.
- Facilitar el diagnóstico precoz de la hipertensión pulmonar.
Métodos Utilizados
- Instrumentación crónica de cerdos para mediciones hemodinámicas.
- Evaluación durante condiciones de reposo y ejercicio.
- Recolección de muestras de sangre de animales despiertos.
- Uso de una sonda de flujo alrededor de la arteria coronaria.
Resultados principales
- Medición exitosa de parámetros hemodinámicos en cerdos despiertos.
- Capacidad para monitorear cambios durante el estrés cardiovascular.
- Conocimientos sobre la relación entre el síndrome metabólico y la función cardíaca.
- Potencial para la detección temprana de hipertensión pulmonar.
Conclusiones
- Esta técnica proporciona información valiosa sobre la función cardiorrespiratoria.
- Permite estudiar la enfermedad cardiovascular de manera controlada.
- Investigaciones futuras pueden mejorar la comprensión de los mecanismos de la insuficiencia cardíaca.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
La instrumentación crónica de cerdos permite mediciones hemodinámicas repetidas en animales despiertos, eliminando factores de confusión anestésicos que enmascaran cambios cardiovasculares sutiles. Este enfoque facilita la evaluación preclínica del síndrome metabólico y de la insuficiencia cardíaca con fracción de eyección preservada, al proporcionar datos seriados en reposo y durante estrés por ejercicio. El método aumenta el poder estadístico y reduce el uso de animales en estudios cardiovasculares longitudinales.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite la evaluación de hipótesis terapéuticas mediante la medición del gasto cardíaco, el flujo coronario y las presiones en las cámaras cardíacas en modelos de cerdo relevantes para la enfermedad.
- Valor operativo: Proporciona validación funcional de dianas implicadas en el síndrome metabólico y la hipertensión pulmonar mediante la hemodinámica en estado de vigilia.
- Valor predictivo: Apoya la reducción de riesgos en fase preclínica al vincular la modulación de dianas con respuestas hemodinámicas bajo estrés por ejercicio progresivo.
Desarrollo de Cribado y Ensayos
- Valor científico: Prepara sistemas biológicos validados para ensayos hemodinámicos y de muestreo sanguíneo bajo condiciones controladas de ejercicio.
- Valor operativo: Estandariza mediciones de presión y flujo entre grupos de estudio mediante catéteres y sondas implantados de forma crónica.
- Escalabilidad: Permite mediciones repetidas durante la progresión de enfermedades o tratamientos, apoyando campañas de cribado longitudinal.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Valor científico: Se alinea con el descubrimiento traslacional de biomarcadores al correlacionar parámetros hemodinámicos con la progresión del síndrome metabólico.
- Valor operativo: Asegura la continuidad desde el descubrimiento hasta la validación preclínica al permitir evaluaciones repetidas en el mismo animal.
- Reducción de riesgos: Orienta las decisiones de avance o interrupción del proyecto al revelar tempranamente riesgos cardiovasculares en la fase de descubrimiento.
Integración de la Línea de Producción y Flujo de Trabajo
El método se integra en el continuo de descubrimiento desde la validación del blanco hasta la evaluación preclínica de seguridad, particularmente para programas de enfermedades cardiovasculares y metabólicas.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la comprobación de hipótesis sobre dianas cardiovasculares mediante la fenotipificación hemodinámica en cerdos despiertos y en ejercicio.
- Selección: Ofrece sistemas listos para ensayos con salidas reproducibles de presión, flujo y muestreo sanguíneo para la evaluación de compuestos.
- Análisis: Genera mediciones cuantitativas hemodinámicas y de gases sanguíneos que facilitan el análisis de respuesta a la dosis y de la interacción con la diana.
- Investigación Traducional: Conecta hallazgos mecanicistas con la continuidad preclínica mediante el monitoreo seriado de la función cardiopulmonar durante la modelización de enfermedades.
- Reutilización Empresarial: Establece una plataforma quirúrgica reutilizable para estudios cardiovasculares crónicos en múltiples proyectos e indicaciones.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva al reducir la ambigüedad mecanicista en la validación de objetivos cardiovasculares.
- Valor operativo: Mejora la reproducibilidad y la estandarización mediante implantes crónicos que eliminan la variabilidad quirúrgica aguda.
- Valor estratégico: Mejora la eficiencia del capital al permitir estudios longitudinales con menos animales y menor variabilidad.
- Impacto en la cartera: Apoya el avance ajustado al riesgo al proporcionar señales tempranas de seguridad hemodinámica en modelos de enfermedad.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en cirugía vascular, cateterización y colocación de sondas de flujo en cerdos.
- Necesita transductores de presión, medidores de flujo, sistemas informáticos de adquisición y manejo de fluidos heparinizados.
- Exige la estandarización conjunta entre equipos de los protocolos quirúrgicos, etiquetado de catéteres y sincronización de datos entre grupos de fisiología y patología.
- Incluye consideraciones de adaptación para distintas cepas, edades y modelos de enfermedad en cerdos que afectan la accesibilidad vascular.
- Comprende limitaciones prácticas como el tiempo de recuperación quirúrgica, el mantenimiento de la permeabilidad de los catéteres y los requisitos de entrenamiento para la aclimatación a la cinta rodante.
