Testare l'efficacia di agenti farmacologici in un pericardica target Delivery Model nel suina

Sommario

Abbiamo sviluppato un modello suino per la somministrazione mirata di agenti farmacologici all'interno dello spazio/fluido pericardico. Utilizzando questo approccio, è possibile studiare i benefici relativi degli agenti somministrati sulla fibrillazione atriale indotta, sui periodi refrattari relativi e/o sulla protezione ischemica.

Abstract

Fino ad oggi, molti agenti farmacologici usati per trattare o prevenire le aritmie nei casi a cuore aperto creare effetti collaterali sistemici indesiderati. Ad esempio, i farmaci antiaritmici somministrati per via endovenosa in grado di produrre gocce di pressione sistemica nel paziente cardiaco già compromesso. Durante l'esecuzione delle procedure a cuore aperto, i chirurghi spesso creare un piccolo porto o formare una culla pericardica per creare campi adatti per il funzionamento. Questo accesso produce opportunità per obiettivo la consegna farmacologica (agenti di precondizionamento antiaritmici o ischemiche) direttamente al tessuto miocardico senza effetti collaterali indesiderati.

Abbiamo sviluppato un modello di suini per testare agenti farmacologici per la consegna di destinazione all'interno del fluido pericardico. Mentre completamente anestetizzato, ogni animale è stato strumentato con un catetere di Swan-Ganz e cateteri pressione ventricolo sinistro e destro, e elettrocateteri di stimolazione sono stati collocati in appendice atriale destra e il dirittoventricolo. Un sternotomia mediana è stata poi eseguita e una culla accesso pericardico è stato creato; un cavo tuffo di stimolazione è stato posto in dell'atrio sinistro e un elettrocatetere bipolare è stato collocato nel ventricolo sinistro. Utilizzando un programmatore e un sistema di mappatura cardiaca, il periodo refrattario del nodo atrioventricolare (AVN), atri e ventricoli è stata determinata. Inoltre, la fibrillazione atriale (AF) induzione è stata prodotta utilizzando uno stimolatore Grass e tempo AF è stato osservato. Queste misurazioni sono state effettuate prima del trattamento, nonché 30 minuti e 60 minuti dopo il trattamento pericardico. Ulteriori punti di tempo sono stati aggiunti per gli studi selezionati. Il cuore è stato poi cardiopleged e rianimato in una modalità di lavoro di quattro camera. Le misure di pressione e la funzione sono stati registrati per 1 ora dopo la rianimazione. Questo modello strategia di trattamento ci ha permesso di osservare gli effetti di agenti farmacologici che possono diminuire l'incidenza di aritmie cardiache e / o danno ischemico, durante e AFter chirurgia a cuore aperto.

Introduzione

Attualmente in procedure a cuore aperto, i medici utilizzano agenti di trattamento antiaritmici e altre sistemica. Tuttavia, questo può essere problematico per molti pazienti, soprattutto quelli che sono già clinicamente compromessi. Ad esempio, i trattamenti per via endovenosa può causare cadute sistemici della pressione sanguigna o disfunzione renale; inoltre, possono creare problemi di gestione di anestesia e / o altri effetti collaterali a lungo termine.

Qui abbiamo creato un modello per testare l'efficacia di somministrazione di agenti farmacologici nello spazio pericardico. Ad esempio, questo approccio può essere utilizzato per testare farmaci antiaritmici, studiando composti che potrebbero aumentare la funzione cardiaca e / o promuovere il recupero del miocardio dopo procedure chirurgiche. Ci sono stati osservati benefici alla consegna bersaglio di trattamenti nello spazio pericardico contro somministrazione endovenosa: per esempio, il nostro laboratorio ha dimostrato che la consegna localizzata di antiarfarmaci ritmici, come metoprololo, è protettivo contro l'incidenza di aritmie minimizzando riduzioni della pressione sanguigna ^1. Questa strategia di fornitura di destinazione offre anche la possibilità per l'amministrazione di concentrazioni focali più elevate riducendo al minimo i livelli sistemici. Ad esempio, alti livelli di concentrazioni endovenosa forniti di acidi grassi possono provocare emolisi, ma la consegna pericardico minimizza questa preoccupazione ^2.

Questo studio paradigma consiste di tre obiettivi principali per determinare l'efficacia del pericardio consegnato composti: 1) nella determinazione del situ dei periodi refrattari del nodo ventricolare atriale, atri e ventricoli, prima del trattamento e post trattamento 30 e 60 min; 2) la relativa in situ onere AF prima del trattamento e 30 e 60 min dopo trattamento (timepoints supplementari sono stati spesso aggiunti) 3) analisi funzionale del cuore dopo che è stato rianimato ³ incLuding monitoraggio emodinamico, la frequenza cardiaca, il metabolismo del cuore (lattato e glucosio) campionata dal seno coronarico, frazione di eiezione (EF%) e lo spessore della parete ventricolare (cm) monitorato ogni 10 min dopo rianimazione Questo modello strategia di trattamento ci ha permesso di osservare gli effetti del agenti farmacologici che possono diminuire l'incidenza di aritmie cardiache e / o danno ischemico, durante e dopo l'intervento chirurgico a cuore aperto o al trapianto.

Protocollo

Questo protocollo è stato approvato dalla University of Minnesota Istituzionale cura degli animali e del Comitato uso.

Figura 1. Schema di studio paradigma Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

1. Preparazione chirurgica del suina

1. Somministrare 5-7mg / kg di tiletamina / zilazipam al suina (70-80 kg) mediante iniezione intramuscolare. Inserire un catetere venoso orecchio e amministrare 5-7 mg / kg methohexital tramite l'accesso per via endovenosa. Intubare l'animale con tubo endotracheale e ventilare.
2. Invia isoflurano> 1,2% MAC in una miscela di aria e ossigeno casa per mantenere un piano chirurgica di anestesia. Assicurarsi che l'animale è in un profondo piano di Anesthesia prima di eventuali manipolazioni controllando l'assenza di tono mascella e mantenendo le anestesia sopra la concentrazione minima alveolare per suini. controllo profondità dell'anestesia iniziale è condotta garantendo l'assenza di tono mascella e il livello isoflurano sono costantemente monitorati durante tutta la procedura (> 1,5 MAC) per garantire una profonda piano di anestesia.
3. accedere con attenzione il diritto giugulare e carotide esterna con cauterizzazione e la dissezione smussa. Posizionare un catetere di Swan-Ganz 8.5F nella giugulare esterna e gonfiare il palloncino a 1,5 cc. Poi attraversare attraverso l'atrio destro, nel ventricolo e attraverso la valvola polmonare verso il basso l'arteria polmonare fino a quando non si avverte una pressione di cuneo.
4. Sgonfiare il palloncino e lasciare il catetere in questa posizione. Registrare la pressione atriale destra e della pressione arteriosa polmonare con il palloncino. Inoltre, registrare la pressione cuneo o pressione nel polmone (o se i polmoni sono considerati normali, quindi anche registrare sinistra unpressione di prova).
   NOTA: Questo catetere consente anche stime della gittata cardiaca.
5. Inserire un ulteriore 5.0f pressione catetere a palloncino nella giugulare esterna e nel ventricolo destro di pressione continuamente record.
6. Inserire un 5.0f balloon pressione catetere in arteria carotide, prolasso attraverso la valvola aortica e mantenere nel ventricolo sinistro. Lavare tutti i cateteri a pressione con 20 unità / ml di soluzione fisiologica heparanized collegato ad un trasduttore di pressione, e registrare tutti i dati di pressione del ventricolo sinistro, ventricolo destro (e stima gittata cardiaca), la pressione arteriosa polmonare e la pressione atriale destra.
7. Per il monitoraggio periferico, accedere ad un ramo dell'arteria femorale posizionando un catetere 18F per la pressione sanguigna in tempo reale o monitoraggio dei gas del sangue. frequenza cardiaca Record e la temperatura durante il procedimento.
8. accedere con cautela la giugulare esterna sinistra con cauterizzazione e la dissezione smussa. Inserire due introduttori emostasi 11.0F nel jugular e sicuro con 0 punti di sutura in seta. Mettere cateteri orientabili nelle introduttori.
9. Sotto guida fluoroscopica, luogo di fissazione attiva conduce in appendice atriale destra e l'apice del ventricolo destro.
   NOTA: Un cavo di fissaggio è un filo impiantato chirurgicamente che collega il cuore ad un pacemaker impiantato.
10. cavi Connectanalyzer ai cavi e di prova per la cattura utilizzando un programmatore. Impostare i parametri per 8V, 0.25 la durata msec, e impostare la frequenza di stimolazione ad un minimo di 10 bpm superiore al tasso di intrinseca in quel momento. Registrare l'impedenza relativa per ogni piombo.
11. Effettuare una incisione chirurgica mediale dal processo xifoideo al vicino all'inserzione dei muscoli sternocleidomastoideo. Utilizzare una sega sternale per rimuovere la sporgenza anteriore dallo sterno (sterno) per consentire la dissezione mediale parziale sterno. Utilizzare un taglio tagliare le restanti porzioni della struttura ossea dello sterno. Sezionare il legamento sternale-pericardico e ritrarre il sternum.
12. Utilizzare smussa per separare il pericardio dai rivestimenti pleurico. Effettuare una incisione sagittale mediale (3-5 cm) nel pericardio e creare una culla pericardico con quattro punti di sutura nodo quadrato ad ogni angolo (destro, sinistro, superiore e inferiore siti).
13. Posizionare un elettrocatetere bipolare temporanea nella regione apicale del ventricolo sinistro e posizionare un unipolare tuffo piombo stimolazione temporanea in appendice atriale sinistra.
14. L'eutanasia si ottiene la rimozione del cuore sotto anestesia profonda.

2. Preparazione per il monitoraggio elettrofisiologico

1. Sistema di mappatura cardiaca.
   1. Selezionare uno studio AF in un sistema di mappatura cardiaca Collegare i ventricolari epicardici elettrocateteri di stimolazione bipolari e gli elettrocateteri epicardici in appendice atriale con morsetti a coccodrillo alle impostazioni appropriate nel breakout box. Collegare un elettrocardiogramma e di terra i rilievi al sistema.
2. Oscilloscopio e Grass stimolatore.
   1. Collegare ilbipolare di stimolazione ventricolare sinistra e atriale unipolare nella casella breakout ad uno stimolatore Grass che è collegato ad un oscilloscopio per la verifica elettrica.
3. Programmato elettrofisiologici stimolazione.
   1. Fissare i cavi atriale destra e porta ventricolo destro in un pacemaker Posizionare la testa programmatore telemetria sul pacemaker. Selezionare la stimolazione degli elettrodi di stimolazione (PES) di studio e di impostare i parametri per 8v; rimuovere tutti i parametri del paziente. Impostare la durata stimolazione impostato su 8 impulsi a 400 msec (o 300 msec).

3. In Situ Studio

1. Periodo refrattario: Studio paradigma.
   1. Determinare il periodo atriale efficace refrattario (AERP), il nodo del ventricolo atriale periodo refrattario (AVNERP) e il periodo refrattario effettivo ventricolare (VERP) al basale, e a 30 e 60 minuti dopo la consegna pericardico di composto / farmaco / trattamento di controllo; punti temporali addizionali possono essere aggiunti come desired.
2. Periodo refrattario: Impostazioni programmatore.
   1. Burst indurre il parametro studio PES a 8 passi (400 msec o 300 msec) seguito da un minimo di 300 msec stimolazione. Ridurre il ritmo fino a quando i ventricoli / Atrium (rispettivamente) non riescono a contrarsi. Questo si nota dal rilevamento dei conduttori di stimolazione; determinando così il periodo refrattario relativo.

Figura 2. EnSiteSystem: AERP, AVNERP e VERP Determinazione Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

3. Determinazione dei relativi AF Burden: Parametri.
   1. Sostenere il cuore dell'animale in AF, dopo 1 minuto, permettono di rimanere in AF per un massimo di 10 min. Per esempio, prima di scioccante gli atri con comandi diretti a 5 joule di interrompere AF. ElICIT induzione AF fino a 10 volte in ogni punto del tempo. Si noti, in questo studio. AF è definito come un ritmo irregolare con assenza dell'onda P.
4. AF Burden: Erba stimolatore e impostazioni dell'oscilloscopio.
   1. Ottimizzare i parametri per lo stimolatore Grass per fornire 4 Hz con una durata dell'impulso 2 sec per l'appendice atriale sinistra (LAA) tramite il cavo di tuffo stimolazione; verificare questo da un oscilloscopio standard. Fornire un singolo impulso alla LAA per indurre AF.

4. Cuore espianto e Rianimazione (trapianto Model)

1. Aortica Root cannula.
   1. sezionare con cura il tessuto pericardico intorno alla aorta ascendente e rimuovere i pericardium.Suture due punti (2-3 cm di distanza) di 2,0 sutura Ethibond in aorta ascendente e amministrare 30.000 unità di eparina per via endovenosa.
   2. Posizionare la cannula della radice aortica tra i punti di sutura e fissare l'aorta. Con il sistema di erogazione pressurizzato, rimuovere tegli mandrino a coppia conica e posizionare un morsetto sulla cannula non permettendo per il flusso.
2. Cardioplegia Preparazione.
   1. Somministrare fredda soluzione cardioplegia St. Thomas in aorta ascendente sotto una pressione di 150 mm / Hg tramite una sacca pressurizzata. Fissare un catetere di irrigazione che è collegato al cardioplegia pressurizzato con un 3-way rubinetto sull'estremità distale. Fissare il rubinetto alla cannula della radice aortica, rilasciare un filo costante di cardioplegia attraverso il catetere e fissare alla cannula della radice aortica.
3. Cross-morsetto.
   1. Bloccare la vena cava inferiore con una atraumaticclamp 1-2 cm appena superiori al diaframma. Bloccare l'aorta ascendente con atraumatica angolato campo di 1-2 cm sul aorta ascendente superiore alla cannula della radice aortica.
4. Cross-morsetto / cardioplegia.
   1. Rimuovere la fascetta dalla cannula della radice aortica e lavare la cardioplegia a 150 mm / Hg verso la valvola aortica, chiudendo la valvola aortica e perfusing coronarie.
   2. Fissare la vena cava superiore e fare una piccola incisione nell'arteria polmonare, in modo da non eccedere pressurizzare cuore. Una volta che il cuore si arresta (asystolic), accise e rimuovere il cuore dal petto e posto in un bagno di freddo tampone Krebs-Henseleit (~ 3-8 ° C).
5. Rianimazione.
   1. Cannulate grossi vasi e preparare il cuore utilizzando metodologie di cuore visibile (3). Una volta che il cuore perfuso raggiunge 37 ± 5 ° C, il ripristino di un ritmo sinusale nativa, offrendo 34 J shock ai ventricoli tramite elettrodi di patch epicardici.

5. studio in vitro Paradigma

1. il monitoraggio continuo della funzione cardiaca per 60 minuti dopo rianimazione. Continuamente monitorare ecocardiografia in modalità 2D con asse corto: una vista LV appena sotto la valvola mitrale.
2. Calcolare parete ventricolare spessore ed espulsione frazioni ogni 10 min dopo rianimazione (vedi sotto).Prendere campioni dal seno coronarico (1 cc) a -5 min ed ogni 5 minuti durante il periodo di valutazione.
3. Monitoraggio.
   1. Monitorare l'emodinamica per entrambi i ventricoli destro, tra cui pressioni, flussi e le variazioni di volume e sinistro.
4. Ecocardiografia: Frazione di eiezione.
   1. Posizionare una sonda transtoracica eco direttamente sul cuore, catturando un asse corto metà papillare. Calcolare la frazione di eiezione (EF%) in modalità di lavoro a 4 camere ogni 10 minuti con la seguente equazione: LV Fine diastolica Volume - LV Fine sistolica Volume X 100 Volume / LV Fine diastolica
5. Ecocardiografia: ventricolo sinistro spessore della parete.
   1. Misurare lo spessore della parete ventricolare (cm) da una finestra asse corto metà papillare a 10 min intervalli per una rianimazione dopo un'ora. Misurare quattro angoli del ventricolo sinistro utilizzando uno schermo pinze e fare la media.
6. Metabolismo miocardico.
   1. Posizionare un steeraCatetere ble nel seno coronarico (CS). Esempio 1 cc dal CS 5 minuti prima rianimazione e ogni 5 minuti dopo rianimazione per 1 ora. Testare i campioni per livelli di lattato e glucosio; altri gas del sangue possono anche essere valutati.

Risultati

Questi risultati sono caratteristici dei dati che possono essere raccolti utilizzando questo modello di distribuzione bersaglio di agenti farmacologici in suina. Questi dati hanno dimostrato notevoli aumenti in questi ventricolo efficaci periodi refrattari (Verp) a seguito di una infusione di DHA in situ. Inoltre, i dati stabilisce un aumento della pressione ventricolare sinistra di DHA rispetto al controllo in vitro. La pressione LV nei cuori DHA trattati erano significativamente più alti rispetto al ...

Discussione

Qui, abbiamo dimostrato un approccio unico per testare l'efficacia potenziale di composti consegnati bersaglio nello spazio pericardico. Questo paradigma studio può essere utilizzato per testare mercato attuale rilasciato prodotti farmaceutici o composti sperimentali, fornendo così applicazioni traslazionali scalo a varie situazioni cliniche. All'interno di questa strategia di trattamento ci sono due principali applicazioni cliniche per la distribuzione di prodotti farmaceutici allo spazio pericardico: 1) a cuor...

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Elettrocatetere SelectSecure 3830 Elettrocatetere	di stimolazione Medtronic
Catetere deflettibile C304	Medtronic		Catetere orientabile per il posizionamento degli elettrocateteri
SelectSecure 3830 elettrocatetere	Medtronic		per stimolazione di fissazione attiva
Grass S48 Stimolatore Stimolatore			elettrico
Stimolazione unipolare Premium 6500			Elettrocatetere di stimolazione a tuffo per LAA
EnSite Cardiac Mapping Sistema			di mappatura elettrofisiologica
CareLink Programer 2092	Programmatore Medtronic		per elettrocateteri
di stimolazione GEM II pacemaker	pacemaker	Medtronic
Cannula per radice aortica DLP Cannula per radice aortica	Medtronic		per trapianto
Fluoroscopia con arco a C	Ziehm		imaging fluoroscopico
Oscilliscopio	Tektronix
Introduttore di emostasi 11F	SafeSheath		Introduttori di emostasi
Catetere Swan-Ganz 8.0F	ICU Medical		catetere per diluizione termica
Palloncino venogramma	Oscor
Ultraview SL	Spacelabs		ECG e pressione sanguigna
s/5 Macchina		per anestesia
Elettrocatetere di stimolazione atriale temporaneo unipolare	Medtronic		elettrocatetere di stimolazione temporanea
Unità di	elettrocardiografia 2D	General Electric