Articolo metodologico

Modello ovino cronico di insufficienza ventricolare destra e rigurgito funzionale tricuspide

DOI:

10.3791/64529

⸱

17 marzo 2023

 ,  ,  ,  ,  , 
1Division of Cardiothoracic Surgery, Spectrum Health, 2Clinical Department of Cardiac Surgery, Clinical District Hospital no 2, Faculty of Medicine, University of Rzeszow, 3Research Department, Meijer Heart and Vascular Institute at Spectrum Health, 4Department of Urology, Stanford University School of Medicine

In questo articolo

Sommario

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

L'insufficienza ventricolare destra e il rigurgito tricuspide funzionale sono associati a cardiopatia del lato sinistro e ipertensione polmonare, che contribuiscono in modo significativo alla morbilità e alla mortalità nei pazienti. Stabilire un modello ovino cronico per studiare l'insufficienza ventricolare destra e il rigurgito funzionale della tricuspide aiuterà a comprenderne i meccanismi, la progressione e i possibili trattamenti.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

La fisiopatologia del grave rigurgito funzionale tricuspide (FTR) associata a disfunzione ventricolare destra è poco conosciuta, portando a risultati clinici non ottimali. Abbiamo deciso di stabilire un modello ovino cronico di FTR e insufficienza cardiaca destra per studiare i meccanismi di FTR. Venti pecore maschi adulti (6-12 mesi, 62 ± 7 kg) sono state sottoposte a toracotomia sinistra ed ecocardiografia basale. Una banda dell'arteria polmonare (PAB) è stata posizionata e cinturata attorno all'arteria polmonare principale (PA) per almeno raddoppiare la pressione dell'arteria polmonare sistolica (SPAP), inducendo sovraccarico di pressione ventricolare destra (RV) e segni di dilatazione RV. PAB ha aumentato acutamente lo SPAP da 21 ± 2 mmHg a 62 ± 2 mmHg. Gli animali sono stati seguiti per 8 settimane, i sintomi di insufficienza cardiaca sono stati trattati con diuretici e l'ecocardiografia di sorveglianza è stata utilizzata per valutare la raccolta di liquido pleurico e addominale. Tre animali sono morti durante il periodo di follow-up a causa di ictus, emorragia e insufficienza cardiaca acuta. Dopo 2 mesi, sono stati eseguiti una sternotomia mediana e un'ecocardiografia epicardica. Dei 17 animali sopravvissuti, 3 hanno sviluppato un lieve rigurgito tricuspide, 3 hanno sviluppato un moderato rigurgito tricuspide e 11 hanno sviluppato un grave rigurgito tricuspide. Otto settimane di bendaggio dell'arteria polmonare hanno portato a un modello ovino cronico stabile di disfunzione ventricolare destra e FTR significativo. Questa grande piattaforma animale può essere utilizzata per studiare ulteriormente le basi strutturali e molecolari del fallimento del RV e del rigurgito funzionale della tricuspide.

Introduzione

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

L'insufficienza ventricolare destra (RVF) è riconosciuta come un fattore importante che contribuisce alla morbilità e alla mortalità dei pazienti cardiaci. Le cause più comuni di RVF sono la cardiopatia sinistra e l'ipertensione polmonare1. Durante la progressione della RVF, il rigurgito tricuspide funzionale (FTR) può insorgere come conseguenza della disfunzione ventricolare destra (RV), della dilatazione anulare e del rimodellamento subvalvolare. La FTR da moderata a grave è un predittore indipendente di mortalità 2,3 e si stima che l'80%-90% dei casi di rigurgito tricuspide siano funzionali in natura4. La stessa FTR può promuovere il rimodellamento ventricolare avverso influenzando il postcarico o il precarico5. La valvola tricuspide è stata storicamente considerata la valvola dimenticata6 e si riteneva che il trattamento della cardiopatia del lato sinistro avrebbe risolto la patologia RV associata e FTR7. Dati recenti hanno dimostrato che questa è una strategia errata e le attuali linee guida cliniche sostengono un approccio molto più aggressivo alla FTR4. Tuttavia, la fisiopatologia della FTR grave associata a disfunzione ventricolare destra è ancora poco conosciuta, portando a risultati clinici non ottimali8. I modelli animali di grandi dimensioni attualmente disponibili di RVF si basano su pressione, volume o sovraccarico misto. Abbiamo precedentemente descritto un grande modello animale di RVF e TR, ma solo in un ambiente acuto9.

L'attuale studio si concentra su un modello ovino cronico di bendaggio dell'arteria polmonare (PAB) per aumentare il postcarico RV (sovraccarico di pressione) e indurre disfunzione RV e FTR. Il modello di postcarico è affidabile e riproducibile rispetto ai modelli di ipertensione polmonare, in cui i cambiamenti nella microvascolarizzazione sono meno prevedibili e più probabili10. L'obiettivo dello studio era quello di sviluppare un modello animale cronico di grandi dimensioni di RVF e FTR che imitasse più accuratamente il sovraccarico di pressione RV nei pazienti con cardiopatia del lato sinistro e ipertensione polmonare. L'istituzione di tale modello consentirebbe studi approfonditi sulla fisiopatologia del rimodellamento ventricolare e valvolare associato a disfunzione RV e insufficienza tricuspide. Il modello ovino è stato scelto sulla base del nostro precedente lavoro sulla valvola mitrale e della letteratura pubblicata a sostegno delle somiglianze anatomiche e fisiologiche tra cuori umani e ovini11,12,13.

Per questo studio, 20 pecore adulte (62 ± 7 kg) sono state sottoposte a toracotomia sinistra e bendaggio dell'arteria polmonare principale (PAB) per raddoppiare almeno la pressione dell'arteria polmonare sistolica (SPAP), inducendo così un sovraccarico di pressione RV. Gli animali sono stati seguiti per 8 settimane e i sintomi di insufficienza cardiaca sono stati trattati con diuretici quando clinicamente evidenti. L'ecocardiografia di sorveglianza è stata eseguita periodicamente per valutare la funzione RV e la competenza valvolare. Dopo il completamento del protocollo sperimentale per lo sviluppo del modello (8 settimane), gli animali sono stati riportati in sala operatoria per la sternotomia mediana e l'impianto di cristalli sonomicrometrici sulle strutture epicardiche e intracardiache. Questa procedura è stata eseguita utilizzando bypass cardiopolmonare con il battito cardiaco e con controllo bicaval. Non ci sono stati problemi nello svezzamento degli animali dal bypass cardiopolmonare o nell'acquisizione dei dati sonomicrometrici in un ambiente emodinamico stabile allo stato stazionario senza la necessità di inotropi per il supporto cardiaco destro. Prevediamo di eseguire l'annuloplastica ad anello tricuspide e altre procedure del cuore destro nel prossimo futuro utilizzando un approccio toracotomia destra sia negli esperimenti terminali che in quelli di sopravvivenza. L'esperienza attuale ci porta a credere che sarà possibile svezzare gli animali dal bypass cardiopolmonare senza difficoltà e che la sopravvivenza a lungo termine è fattibile. Come tale, riteniamo che il modello consentirà l'esecuzione di procedure cardiache clinicamente pertinenti. Di seguito una descrizione dei passaggi (perioperatori e operativi) eseguiti per l'esecuzione del protocollo sperimentale ovino.

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Protocollo

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Il protocollo è stato approvato dal Michigan State University Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) (protocollo 2020-035, approvato il 27/07/2020). Per questo studio sono stati utilizzati 20 ovini maschi adulti di peso compreso tra 62 ± 7 kg.

1. Fasi preoperatorie

  1. Digiunare l'animale 12 ore prima dell'intervento chirurgico (durante la notte).
  2. Posizionare l'animale su una sedia da pecora (Figura 1) e prepararsi per l'incannulamento della vena giugulare destra usando una guaina introduttrice lunga 11 Fr (lunghezza della guaina = 10 cm).
  3. Rasarsi con tosatrici lungo il sito di posizionamento IV, l'aspetto anteriore destro del collo di circa 10-15 cm lateralmente dalla linea mediana per la vena giugulare destra.
  4. Ruota la testa dell'animale a sinistra in modo che gli aspetti anteriori e laterali del collo siano esposti. Localizzare il corso della vena giugulare. Per facilitare questo, comprimere la parte inferiore del collo per distendere la vena.
  5. Pulire con clorexidina e scrub a base di alcol e anestetizzare localmente con lidocaina all'1%.
  6. Canulare la vena giugulare nel terzo medio-superiore del collo, come descritto.
    1. Tagliare la pelle sopra la vena con una lama numero 11 perpendicolare alla vena.
    2. Cannulare con un angiocatetere da 14 G; quando è in posizione (il sangue esce dall'ago o il sangue viene macchiato), rimuovere l'ago, lasciare il catetere, passare il filo guida, rimuovere il catetere, posizionare la guaina 11 Fr e fissarla.
    3. Garantire la pervietà e il corretto posizionamento della cannula prelevando il sangue rosso scuro ed eseguendo un lavaggio salino per confermare il flusso e l'assenza di gonfiore nel sito di inserimento.
  7. Iniziare l'induzione di propofol a 1,0-1,5 mg/kg per via endovenosa (IV).
  8. Intubare con un tubo endotracheale numero 9 (ET) utilizzando un laringoscopio con una lama numero 5. Per questo, una persona dovrebbe fissare le mascelle e la lingua, mentre l'altra persona identifica la trachea, inserisce il tubo ET e gonfia il bracciale di tenuta. Confermare il corretto posizionamento mediante i suoni respiratori bilaterali e la condensa sul tubo ET.
  9. Somministrare per via endovenosa la buprenorfina analgesica a 0,01 mg/kg e utilizzare 240 mg di gentamicina e 1 g di cefazolina per la profilassi antibiotica.
  10. Trasferire l'animale dalla sedia della pecora su un tavolo chirurgico e posizionarlo sul lato destro.

2. Fasi chirurgiche

  1. Ventilare a 15 ml/kg (12-18 respiri/min), con flusso di ossigeno a 4 L/min e isoflurano al 2,5%-4,0%. Confermare la corretta anestesia per assicurarsi che il soggetto sia a livello chirurgico (fase 3) controllando il tono della mascella e la rotazione degli occhi.
  2. Lubrificare entrambi gli occhi applicando unguento oftalmico e inserire un tubo gastrico per garantire l'evacuazione di gas e cibo. Collegare l'elettrocardiogramma (ECG), il pulsossimetro (SpO 2), il capnografo (ETCO2) e i monitor della temperatura corporea. Attaccare gli elettrocateteri degli arti ECG (I, II, III) alla pelle tramite clip a coccodrillo, il sensore SpO 2 alla guancia dell'animale e il tubo ETCO2 al tubo endotracheale e far passare la sonda di temperatura attraverso la narice nel rinofaringe.
  3. Preparare il campo operativo. Rasare il torace anteriore sinistro, pulire con clorexidina e scrub a base di alcol e coprire con tende sterili.
  4. Fare una pelle lunga 10 cm e un'incisione sottocutanea a livello del quarto spazio intercostale.
  5. Confermare lo spazio intercostale corretto identificando l'ingresso toracico e contando gli spazi intercostali verso il basso. Successivamente, continuare l'incisione al centro e lungo il quarto spazio intercostale.
  6. Dividere i muscoli intercostali, aprire la cavità toracica e allargare le costole con un mini-toracotomia in stile Finochietto. Durante l'esecuzione della toracotomia, fare attenzione a non ferire l'arteria mammaria interna sinistra (LIMA) al bordo sternale dell'incisione e il polmone al bordo superiore.
  7. Eseguire l'ecocardiografia epicardica basale per valutare la funzione biventricolare e la competenza valvolare. L'insorgenza di viste non standard può essere dovuta alla mini-toracotomia focalizzata sulla valvola tricuspide (TV), sulla funzione ventricolare destra e sinistra e sul flusso dell'arteria polmonare.
  8. Identificare il LIMA sul bordo sternale dell'incisione, rimuovere i tessuti adiacenti intorno ad esso e prepararsi a stabilire una linea arteriosa per il monitoraggio della pressione.
  9. Posizionare due suture di seta 4-0 intorno all'arteria, con una prossimale e una distale al sito di incannulamento (utilizzato per fissare il catetere arterioso).
  10. Utilizzare clip in titanio con un applicatore a clip per agganciare la distà LIMA al sito di incannulamento pianificato per prevenire il sanguinamento del riflusso durante l'incannulamento.
  11. Fare un'incisione perpendicolare che è metà della circonferenza del catetere nel LIMA con una lama numero 11.
  12. Inserire un angiocatetere da 18 G e collegarlo al modulo della linea arteriosa. Quando viene raggiunta una pressione di circa 120/80 mmHg, fissare il catetere in posizione utilizzando le due suture di seta 4-0 posizionate in precedenza.
  13. Eseguire la pericardiotomia partendo dal livello dei seni dell'arteria polmonare e andando 4-5 cm lateralmente lungo l'arteria polmonare principale (MPA), facendo attenzione a non ferire il nervo frenico sinistro.
  14. Applicare da quattro a cinque punti di retrazione sul pericardio aperto per creare un pozzo pericardico, in quanto ciò facilita l'esposizione e la dissezione tra il tronco polmonare e l'aorta.
  15. Sezionare l'MPA dall'aorta ascendente (AA) a circa 2-3 cm dalla sua origine usando una pinza smussata ad angolo retto, iniziando dal livello dell'appendice atriale sinistra e lavorando verso l'AA. Per separare completamente l'MPA dall'AA, utilizzare elettrocauterizzazione o forbici per rimuovere il tessuto connettivo tra le due strutture.
  16. Passare un nastro ombelicale attorno all'MPA con un morsetto smussato ad angolo retto. Stabilire una linea di pressione MPA posizionando una sutura 5-0 monofilamento a 1 cm distale dai seni MPA.
  17. Inserire un angiocatetere da 20 G e collegarlo a una linea di monitoraggio. Assicurarsi che vengano raggiunte corrette le letture dell'MPA e della linea arteriosa prima di bloccare il nastro ombelicale; Le pressioni arteriose e polmonari possono variare, ma devono essere paragonabili ai valori del paziente umano.
  18. Tenere entrambe le estremità del nastro ombelicale e agganciarle insieme per ridurre il lume dell'MPA.
  19. Stringere progressivamente la fascia con l'applicazione successiva di un applicatore a clip, con ogni clip posizionata sotto la clip precedente fino a quando la pressione sanguigna sistemica inizia a diminuire costantemente (Figura 2). A questo punto, rimuovere l'ultima clip posizionata per stabilizzare la pressione arteriosa sistemica.
  20. Quando si raggiungono il massimo cinching e condizioni emodinamiche stabili, fissare il nastro ombelicale all'avventizia dell'MPA utilizzando una sutura monofilamento 5-0 per evitare la migrazione distale.
  21. Eseguire l'ecocardiografia post-banding per valutare la funzione biventricolare e la competenza valvolare, come nella fase 2.7. Rimuovere la linea di pressione MPA e la linea arteriosa e garantire una buona emostasi controllando eventuali emorragie provenienti dall'area in cui sono state posizionate la fascia e le linee arteriose.
  22. Posizionare un tubo toracico nel torace sinistro, con il sito di ingresso uno spazio intercostale sotto l'incisione iniziale. Chiudere le costole con due suture Vicryl taglia 2 e chiudere la ferita con suture continue a tre strati: Vicryl 2-0 per i muscoli e i tessuti sottocutanei e Prolene 3-0 per la pelle.
  23. Quando non si vedono segni di sanguinamento, rimuovere il tubo toracico prima di svezzare l'animale dal ventilatore.
  24. Svezzare l'animale dal ventilatore, estubare, spostarlo in una singola gabbia e seguirlo da vicino per almeno 1 ora. Lasciare la linea IV centrale in posizione e fissarla usando una benda liberamente applicata intorno al collo.
    NOTA: L'analgesia endovenosa postoperatoria è stata mantenuta con buprenorfina (0,05 mg/kg) e Flunixin (1,2 mg/kg) per 3 giorni dopo l'intervento.

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Risultati

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dopo il completamento del protocollo sperimentale per lo sviluppo del modello (quasi 8 settimane), gli animali sono stati riportati in sala operatoria per la sternotomia mediana e l'impianto di cristalli sonomicrometrici sulle strutture epicardiche e intracardiache. Questa procedura è stata eseguita utilizzando bypass cardiopolmonare con il battito cardiaco e con controllo bicaval, come descritto dal nostro gruppo in dettaglio in precedenza9. Non ci sono stati problemi nello svezzamento degli anim...

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Discussione

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In questo modello, 8 settimane di bendaggio dell'arteria polmonare hanno determinato un modello ovino cronico stabile di disfunzione ventricolare destra e, nella maggior parte dei casi, una significativa FTR. I punti di forza del modello PAB cronico presentato includono la regolazione precisa del postcarico durante la procedura, sebbene la sua influenza sulle risposte RV possa differire. Il modello è adatto per valutare vari gradi di insufficienza RV o FTR, con la gravità modulata dal grado di costrizione dell'arteria po...

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Dichiarazioni

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gli autori non hanno conflitti di interesse da rivelare.

Ringraziamenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Lo studio è stato finanziato da una sovvenzione interna del Meijer Heart and Vascular Institute di Spectrum Health.

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Macchina per anestesia Dräger Narkomed MRI-2Dräger4116091-001
angiocatheterBDBD38226814GAx8.25cm
BD ChloraPrep Scrub Teal Applicatore da 26 ml con una soluzione
Lama #11Bard-Parker371111
Buprenorfina HIKMA
cefazolina 1,0 gHikma0143-9924-90
Diprivan 200mg/20ml63323-0269-29FRESENIUS KABI
Generatore elettrochirurgico Valleylab Force FXValleylabCF5L44233A
Gentamicina solfato 40 mg / mLFresenius406365
i-Stat Analizzatore di sangue MN 300Abbott
Lidocaina HCl 1%Pfizer243243
Clip di legatura aperta Applicatori Horizon MediumTeleflex237061
PERMAHAND Sutura in setaPERMA HANDSA 63H
Pinnacle Introduttore guainaTerrumoRSS102lunghezza guaina 10cm
Prolene 3-0ETHICON8684H
Clip in titanio NastroTeleflex2200
EthiconEFA 1165
VICRYL 2 rivestito non tinto 1X54" TP-1ETHICONJ 880T
Vicryl 2-0ETHICONJ269H
sterile ombelicale medio

Riferimenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Haddad, F., Hunt, S. A., Rosenthal, D. N., Murphy, D. J. Right ventricular function in cardiovascular disease, part I: Anatomy, physiology, aging, and functional Assessment of the right ventricle. Circulation. 117 (11), 1436-1448 (2008).
  2. Taramasso, M., et al. The growing clinical importance of secondary tricuspid regurgitation. Journal of the American College of Cardiology. 59 (8), 703-710 (2012).
  3. Mangieri, A., et al. Mechanism and implications of the tricuspid regurgitation: From the pathophysiology to the current and future therapeutic options. Circulation: Cardiovascular Interventions. 10 (7), 005043(2017).
  4. Otto, C. M., et al. 2020 ACC/AHA Guideline for the Management of Patients With Valvular Heart Disease: Executive summary: A report of the American College of Cardiology/American Heart Association Joint Committee on Clinical Practice Guidelines. Circulation. 143 (5), 35-71 (2021).
  5. Vonk-Noordegraaf, A., et al. Right heart adaptation to pulmonary arterial hypertension: physiology and pathobiology. Journal of the American College of Cardiology. 62, 22-33 (2013).
  6. Yoganathan, A., et al. Tricuspid valve diseases: Interventions on the forgotten heart valve. Journal of Cardiac Surgery. 36 (1), 219-228 (2021).
  7. Vachiéry, J. L., et al. Pulmonary hypertension due to left heart diseases. Journal of the American College of Cardiology. 62, 25 Suppl 100-108 (2013).
  8. Chin, K. M., Coghlan, G. Characterizing the right ventricle: Advancing our knowledge. American Journal of Cardiology. 110, 6 Suppl 3-8 (2012).
  9. Malinowski, M., et al. Large animal model of acute right ventricular failure with functional tricuspid regurgitation. International Journal of Cardiology. 264, 124-129 (2018).
  10. Borgdorff, M. A., Dickinson, M. G., Berger, R. M., Bartelds, B. Right ventricular failure due to chronic pressure load: What have we learned in animal models since the NIH working group statement. Heart Failure Review. 20 (4), 475-491 (2015).
  11. Andersen, A., et al. Animal models of right heart failure. Cardiovascular Diagnosis and Therapy. 10 (5), 1561-1579 (2020).
  12. Dixon, J. A., Spinale, F. G. Large animal models of heart failure: A critical link in the translation of basic science to clinical practice. Circulation: Heart Failure. 2 (3), 262-271 (2009).
  13. Miyagi, C., et al. Large animal models of heart failure with preserved ejection fraction. Heart Failure Review. 27 (2), 595-608 (2022).
  14. Sato, H., et al. Large animal model of chronic pulmonary hypertension. American Society for Artificial Internal Organs Journal. 54 (4), 396-400 (2008).
  15. Bogaard, H. J., et al. Chronic pulmonary artery pressure elevation is insufficient to explain right heart failure. Circulation. 120 (20), 1951-1960 (2009).
  16. Xie, X. J., et al. Tricuspid leaflet resection in an open beating heart for the creation of a canine tricuspid regurgitation model. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 22 (2), 149-154 (2016).
  17. Hoppe, H., et al. Percutaneous technique for creation of tricuspid regurgitation in an ovine model. Journal of Vascular and Interventional Radiology. 18, 133-136 (2007).
  18. Malinowski, M., et al. Large animal model of functional tricuspid regurgitation in pacing induced end-stage heart failure. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 24 (6), 905-910 (2017).
  19. Ukita, R., et al. A large animal model for pulmonary hypertension and right ventricular failure: Left pulmonary artery ligation and progressive main pulmonary artery banding in sheep. Journal of Visualized Experiments. (173), e62694(2021).
  20. Dufva, M. J., et al. Pulmonary arterial banding in mice may be a suitable model for studies on ventricular mechanics in pediatric pulmonary arterial hypertension. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 23 (1), 66(2021).
  21. Verbelen, T., et al. Mechanical support of the pressure overloaded right ventricle: An acute feasibility study comparing low and high flow support. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 309 (4), 615-624 (2015).

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Ristampe e permessi

Richiedi il permesso di riutilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE

Richiedi permesso

Tag

Modello di cuore ovinocostrizione dell arteria polmonareecocardiografia epicardicainsufficienza cardiaca destrameccanismi di rigurgito tricuspidalerimodellamento ventricolaremodello di sovraccarico pressoriomodello animale di grandi dimensioni

Articoli correlati