Summary

Quantificazione della compliance e della distensibilità della vena cava inferiore in un modello ovino in vivo mediante angiografia 3D

Published: April 26, 2024
doi:

Summary

Questo protocollo consente la quantificazione in vivo della compliance venosa e della distensibilità utilizzando il cateterismo e l’angiografia 3D come procedura di sopravvivenza, consentendo una varietà di potenziali applicazioni.

Abstract

Gli innesti vascolari sintetici superano alcune sfide di allotrapianti, autotrapianti e xenotrapianti, ma sono spesso più rigidi e meno cedevoli rispetto al vaso nativo in cui vengono impiantati. La corrispondenza della conformità con il vaso nativo sta emergendo come una proprietà chiave per il successo dell’innesto. L’attuale gold standard per la valutazione della conformità delle navi prevede l’escissione delle navi e i test meccanici biassiali ex vivo . Abbiamo sviluppato un metodo in vivo per valutare la compliance venosa e la distensibilità che riflette meglio la fisiologia naturale e prende in considerazione l’impatto di una variazione di pressione causata dal flusso sanguigno e da eventuali cambiamenti morfologici presenti.

Questo metodo è concepito come una procedura di sopravvivenza, che facilita gli studi longitudinali e riduce potenzialmente la necessità di utilizzo da parte degli animali. Il nostro metodo prevede l’iniezione di un bolo salino da 20 ml/kg nel sistema vascolare venoso, seguito dall’acquisizione di angiogrammi 3D pre e post bolo per osservare le alterazioni indotte dal bolo, in concomitanza con le misurazioni della pressione intravascolare nelle regioni target. Siamo quindi in grado di misurare la circonferenza e l’area della sezione trasversale del vaso prima e dopo il bolo.

Con questi dati e la pressione intravascolare, siamo in grado di calcolare la compliance e la distensibilità con specifiche equazioni. Questo metodo è stato utilizzato per confrontare la compliance e la distensibilità della vena cava inferiore nelle pecore autoctone non operate con il condotto delle pecore impiantate con un innesto di politetrafluoroetilene espanso (PTFE) a lungo termine. Il vaso nativo è risultato essere più cedevole e distensibile rispetto all’innesto di PTFE in tutte le posizioni misurate. Concludiamo che questo metodo fornisce in modo sicuro misurazioni in vivo della compliance e della distensibilità delle vene.

Introduction

I pazienti con anomalie cardiache critiche richiedono un intervento di chirurgia ricostruttiva. La maggior parte delle operazioni ricostruttive richiede l’uso di materiali protesici, compresi gli innesti vascolari. I potenziali condotti per colmare questo spazio includono materiali sintetici o biologici. Inizialmente, gli omotrapianti erano usati come condotto di Fontan, ma da allora sono stati abbandonati a causa di un’alta incidenza di calcificazioni e incidenti di fase acuta1. Attualmente vengono utilizzati innesti vascolari sintetici derivati da polimeri inorganici. Rimane il problema che questi innesti sono meno cedevoli del vaso nativo in cui vengono impiantati e presentano complicanze a lungo termine, come stenosi, occlusione e calcificazione 1,2,3,4,5.

La struttura degli innesti vascolari sintetici si presta alla resistenza meccanica alla trazione, portando alla loro compliance invariabilmente inferiore rispetto al tessuto nativo2. La compliance vascolare, che definisce la variazione di volume del recipiente rispetto a una variazione di pressione, funge da indicatore della reattività di un recipiente ai carichi meccanici. La differenza tra il materiale dell’innesto e le proprietà dei vasi nativi crea una discrepanza di conformità, che ha dimostrato di interrompere i modelli di flusso sanguigno, con conseguente area di ricircolo e separazione del flusso 2,6,7,8,9. Questo fenomeno altera lo sforzo di taglio sulla parete endoteliale e induce iperplasia intimale 2,7,8,9. Tali risposte possono portare a complicanze correlate al trapianto, che richiedono la sostituzione del trapianto o un nuovo intervento6.

Poiché la compliance vascolare assume un ruolo chiave nel determinare i risultati del trapianto, la misurazione accurata di questa proprietà è essenziale. L’attuale gold standard per la misurazione della compliance vascolare è il test meccanico biassiale tubolare ex vivo . Questo metodo prevede l’asportazione di un innesto o di un vaso di interesse, il collegamento a tubi di lattice e la pressurizzazione per valutare il comportamento di allungamento dello stress circonferenziale a varie pressioni. La conformità è determinata confrontando la pressione con una misurazione del diametro interno10. Tuttavia, i metodi ex vivo presentano alcuni svantaggi. Quando si valuta la funzionalità degli innesti impiantati con il metodo ex vivo , è necessario sacrificare gli animali ed espiantare gli innesti, rendendo impossibile condurre esami prolungati. Pertanto, abbiamo sviluppato un protocollo di misurazione della conformità in vivo .

Il nostro gruppo si concentra sullo sviluppo di innesti vascolari di ingegneria tissutale (TEVG) da utilizzare nella chirurgia Fontan per migliorare la sindrome del cuore sinistro ipoplasico (HLHS) con difetto cardiaco congenito. I recenti sviluppi nel campo della cardiochirurgia congenita hanno migliorato gli esiti postoperatori, portando a un’aspettativa di vita più lunga. Ciò rende sempre più cruciali le proprietà a lungo termine e il successo del condotto vascolare impiantato. Attualmente, non esiste un modello animale di HLHS, quindi valutiamo i nostri innesti in un modello di innesto accelerato di vena cava inferiore (IVC) di grandi dimensioni. Sebbene questo modello non tenti di creare il flusso della circolazione di Fontan, ricapitola efficacemente le condizioni emodinamiche uniche. Il nostro recente utilizzo di questo protocollo in vivo ha dimostrato differenze significative nella compliance dell’innesto tra i nostri innesti TEVG e gli innesti convenzionali in politetrafluoroetilene espanso (PTFE)11. Poiché questo studio precedente non si è concentrato sulla metodologia, abbiamo condotto ulteriori esperimenti che descrivono in dettaglio questo nuovo metodo in vivo .

Abbiamo impiantato l’innesto sintetico attualmente in uso come standard di cura, composto da politetrafluoroetilene espanso (PTFE), negli animali di studio delle pecore del Dorset e lo abbiamo confrontato con l’IVC nativo negli animali di controllo naïve chirurgicamente. Questo protocollo è stato eseguito sul gruppo PTFE 5-7 anni dopo l’impianto di un condotto in PTFE e su animali di controllo non operati di varie età. Pertanto, nelle sezioni successive che descrivono il protocollo e i risultati rappresentativi, ci riferiremo occasionalmente alla regione di interesse come, ad esempio, la regione centrale dell’innesto (midgraft) dell’innesto di interposizione IVC.

Questo protocollo ci permette di analizzare la conformità in vivo del condotto in PTFE, noto per essere non conforme a lungo termine, con la vena nativa. Abbiamo scelto di confrontare il materiale clinico standard, il PTFE, con la vena nativa non operata. Abbiamo scelto un punto temporale a lungo termine perché è noto che il condotto in PTFE rimane non conforme ed è incline a calcificarsi, riducendo ulteriormente la sua conformità11. Abbiamo scelto di condurre tutti i confronti in vivo poiché i cambiamenti emodinamici sistemici si riflettono accuratamente nelle misurazioni ottenute attraverso metodi in vivo. Da questo confronto, abbiamo scoperto che questo protocollo è in grado di confermare la non conformità del PTFE e ottenere misure di conformità venosa in vivo in modo sicuro e riproducibile. Questo metodo è stato implementato con successo in uno studio pubblicato per dimostrare differenze statisticamente significative tra i condotti in PTFE e gli innesti vascolari di ingegneria tissutale (TEVG) in vivo11.

L’obiettivo generale di questo protocollo è calcolare la conformità e la distensibilità dell’IVC toracico in un modello animale di grandi dimensioni ovino utilizzando misurazioni in vivo da una procedura di sopravvivenza. A tal fine, abbiamo visualizzato e misurato i cambiamenti nella circonferenza e nell’area della sezione trasversale dell’IVC toracico in un bolo fluido. Abbiamo misurato simultaneamente la variazione intravascolare della pressione e abbiamo utilizzato queste misurazioni per calcolare la compliance e la distensibilità. L’utilizzo dell’imaging angiografico 3D ci offre molteplici vantaggi, tra cui la possibilità di regolare la visualizzazione dell’immagine dopo l’acquisizione per garantire che le nostre misurazioni vengano effettuate da una sezione trasversale della vena, oltre a consentirci di misurare più posizioni lungo il vaso. Le tre aree di interesse in questo studio erano la regione dell’innesto medio, nonché i due siti di anastomosi adiacenti dell’innesto di PTFE e le aree comparabili nell’IVC nativo. Conducendo esperimenti in vivo, si hanno vantaggi nel valutare la funzionalità degli innesti all’interno del flusso di sangue effettivo e circondati da tessuti e organi. Si ritiene che le misurazioni ottenute con questo metodo riflettano l’effettiva funzionalità degli innesti in un organismo vivente.

Il protocollo è suddiviso in sei sezioni principali, tra cui la preparazione pre-procedura delle pecore, il cateterismo, la raccolta dei dati pre-bolo di base, la raccolta dei dati dello studio, il recupero degli animali e l’analisi dei dati. Nella sezione relativa alla preparazione degli animali, discutiamo della sedazione, dell’avvio dell’anestesia e del posizionamento delle apparecchiature di monitoraggio utilizzate durante la procedura di cateterizzazione. Nella seconda sezione, spieghiamo il processo di posizionamento delle due guaine del catetere necessarie per l’acquisizione dei dati. Per questo protocollo, entrambe le guaine vengono posizionate nella vena giugulare interna destra (IJV) per consentire l’introduzione di due cateteri multitraccia nel vaso. Uno sarà posizionato nella regione di interesse per registrare la variazione di pressione e l’altro sarà posizionato più in basso nella vena per l’iniezione di contrasto. Una volta posizionati i cateteri, viene eseguito un angiografo 3D pre-bolo di base per il confronto. La raccolta dei dati dello studio inizia con la preparazione del bolo salino in un sistema di sacca pressurizzata per la somministrazione, fornendo al bolo salino la registrazione delle pressioni intravascolari e l’esecuzione dell’angiografo 3D post bolo. Descriviamo quindi il processo per facilitare il recupero delle pecore dopo il protocollo. Infine, discutiamo il metodo per ottenere le immagini corrette e le misure della sezione trasversale per l’analisi e il confronto statistico.

Protocol

Il protocollo di studio è stato approvato dall’Institutional Animal Care and Use Committee del Nationwide Children’s Hospital Abigail Wexner Research Institute (AR22-0004). Tutti gli animali hanno ricevuto cure umanitarie in conformità con la Guida per la cura e l’uso degli animali da laboratorio, pubblicata dal National Institutes of Health. 1. Preparazione degli animali Chiedi a un team veterinario di valutare le pecore 1 settimana prima del cateterismo, incluso …

Representative Results

Abbiamo eseguito con successo questa procedura con oltre 25 pecore. È importante sottolineare che non ci sono stati casi di morbilità e mortalità correlati a questa procedura. Tutte le pecore hanno mostrato recuperi senza complicazioni. Questi risultati rappresentativi sono stati presi da tre pecore impiantate con innesti di PTFE e tre pecore autoctone non operate. La Figura 5 fornisce le misurazioni della pressione intravascolare effettuate da entrambi i gruppi di animali in studio duran…

Discussion

La compliance e la distensibilità sono proprietà chiave per la funzione dei vasi sanguigni, che fungono da indicatori di potenziali complicanze e interventi. Quantificare e confrontare con precisione le variazioni di questi parametri è importante per valutare l’efficacia del trapianto. Il nostro metodo in vivo supera i limiti dell’analisi ex vivo e mantiene risultati comparabili. Confrontando i nostri dati in vivo con i dati ex vivo presentati da Blum et al., entrambi i metodi dimos…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Questo lavoro è stato supportato da R01 HL163065 e W81XWH1810518. Estendiamo il nostro apprezzamento al personale dedicato del Nucleo di Ricerca Animale. Desideriamo anche esprimere la nostra gratitudine a Carmen Arsuaga per la sua inestimabile competenza e la sua cura vigile durante lo studio.

Materials

0.035" x 260 cm Rosen Curved Wire Guide Cook Medical G01253 Guide for holding placement swapping caths (Multi-track, IVUS, etc)
0.035"x 150 cm Glidewire Terumo GR3507 Guide for JR cath
0.9% Sodium Chloride Saline Baxter Healthcare Corporation NCH pharmacy For diluting norepinpherine, pressure monitoring
10.0 Endotracheal tube Coviden 86117 To secure airway
16 G IV catheter BD 382259 To administer fluids and anesthetic drugs
22 G IV catheter BD 381423 For invasive blood pressure
5Fr x .35" JR2.5 Cook Medical  G05035 Guide for rosen wire
70% isopropyl alcohol Aspen Vet 11795782 Topical cleaning solution
7Fr x 100 cm Multi-track B. Braun 615001 Collecting pressure, Administering contrast to specific intravascular location
9Fr Introducer sheath Terumo RSS901 Access catheter through skin into vessel for wires to pass through
ACT cartridge Abbot Diagnostics 03P86-25 Activated Clotting Time
Angiographic syringe w/ filling spike Guerbet 900103S For contrast injector
Bag decanter Advance Medical Designs, LLC 10-102 Punctures saline bag to pour and fill sterile bowl with saline
Butorphanol Zoetis NCH pharmacy Sedation drug: Concentration 10 mg/mL, Dosage 0.1 mg/kg
Cath Research Pack Cardinal Health SAN33RTCH6 Cath pack with misc. supplies
Cetacaine Cetylite 220 Topical anesthetic spray
Chloraprep BD 930825 Topical cleaning solution
Chlorhexidine 2% solution Vedco INC VINV-CLOR-SOLN Topical cleaning solution
Conform stretch bandage Coviden 2232 Neck wrap to prevent bleeding
Connection tubing Deroyal 77-301713 Connects t-port to fluid/drug lines
Diazepam Hospira Pharmaceuticals NCH pharmacy Sedation drug: Concentration 5 mg/mL, Dosage 0.5 mg/kg
EKG monitoring dots 3M 2570
Fluid administration set Alaris 2420-0007
Fluid warming set Carefusion 50056
Hemcon Patch Tricol Biomedical 1102 Patch for hemostasis
Heparin Hospira, Inc NCH pharmacy Angicoagulant: 1,000 USP units/mL
Infinix-i INFX-8000C Toshiba Medical Systems 2B308-124EN*E Interventional angiography system
Invasive pressure transducer Medline 23DBB538 For invasive blood pressure
Isoflurane Baxter Healthcare Corporation NCH pharmacy Anesthetic used in prep room
Ketamine Hospira Pharmaceuticals NCH pharmacy Sedation drug: Concentration 100 mg/mL, Dosage 4 mg/kg
Lubricating Jelly MedLine MDS0322273Z ET tube lubricant
Micropuncture Introducer Set Cook Medical G47945 Access through skin into vessel
Needle & syringes Cardinal Health 309604 For sedation
Norepinpherine Bitartrate Injection, USP Baxter Healthcare Corporation NCH pharmacy 1 mg/mL
Optiray 320 Liebel-Flarsheim Company, LLC NCH pharmacy Contrast 
Optixcare Aventix OPX-4252 Corneal lubricant
OsiriX MD Pixmeo SARL DICOM Viewer and Analysis software
Pressure infusor bag Carefusion 64-10029 To maintain invasive blood pressure
Propofol Fresenius Kabi NCH pharmacy Anesthetic drug: Concentration 10 mg/mL, Dosage 20-45 mg·kg-1·h-1
Silk suture 3-0 Ethicon C013D To secure IV catheter 
SoftCarry Stretcher Four Flags Over Aspen SSTR-4
Stomach tube Jorgensen Lab, INC J0348R To release gastric juices and gas and prevent bloat
T-port Medline DYNDTN0001 Connects to IV catheter
Urine drainage bag Coviden 3512 Connects to stomach tube to collect gastric juices
Warming blanket Jorgensen Lab, INC J1034B

Riferimenti

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Citazione di questo articolo
Villarreal, D. J., Watanabe, T., Nelson, K., Morrison, A., Heuer, E. D., Ulziibayar, A., Kelly, J. M., Breuer, C. K. Quantifying Inferior Vena Cava Compliance and Distensibility in an In Vivo Ovine Model Using 3D Angiography. J. Vis. Exp. (206), e66724, doi:10.3791/66724 (2024).

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