Questo manoscritto descrive il regime strutturato di esercizi sviluppato per studiare gli effetti dell'esercizio sulla fisiopatologia dell'ipertensione polmonare e dell'insufficienza cardiaca ventricolare destra in un modello ovino.
Articolo metodologico
Questo manoscritto descrive il regime strutturato di esercizi sviluppato per studiare gli effetti dell'esercizio sulla fisiopatologia dell'ipertensione polmonare e dell'insufficienza cardiaca ventricolare destra in un modello ovino.
L'insufficienza cardiaca destra (RHF) è una causa significativa di morbilità e mortalità dovuta all'ipertensione polmonare (HP). Per comprendere meglio la fisiopatologia e le implicazioni dello stress indotto dall'esercizio, abbiamo implementato un regime di esercizio per caratterizzare ulteriormente questa malattia utilizzando il nostro modello ovano precedentemente sviluppato di ipertensione polmonare cronica con insufficienza ventricolare destra (PH-RVF). A tal fine, otto pecore incrociate del Dorset hanno seguito il modello PH-RVF tramite legatura dell'arteria polmonare sinistra (LPA) e occlusione progressiva dell'arteria polmonare principale (MPA) con un bracciale gonfiabile. Le linee di pressione del braccio e del ventricolo destro (RV) sono state tunnelate sottocutaneamente verso una porta per l'accesso. In otto settimane, ogni pecora ha seguito un regime settimanale di esercizi e un controllo delle cuffie (CC). Il regime di esercizi consisteva in velocità di lavoro e velocità di recupero per 10 minuti ciascuna. Durante l'esercizio, abbiamo avuto accesso a entrambi i porti per trasducere la pressione del bracaccio, l'emodinamica e prelevare i gas ematici del RV. Al termine dell'esercizio, il braccio PA è stato gonfiato di 150-200 mmHg per aumentare il carico di postcarico del RV. Un CC e una gasometria per RV sono stati eseguiti pochi giorni dopo l'inflazione per confermare la pressione del bracciale e garantire il risarcimento. Nel corso di otto settimane, la SvsO 2 è rimasta relativamente stabile all'intensità massima della settimana 1 contro settimana 8: 62,7 ± 4,5% contro 69,8 ± 4,0%, nonostante l'aumento della RVSP dalla settimana 1 alla settimana 8: 78 ± 8 mmHg contro 96 ± 8 mmHg. Inoltre, la distanza percorsa è aumentata dalla prima alla settimana 8: 1390 ± 297 m contro 1834 ± 189 m, nonostante la pressione della cuffia PA alla settimana 8 fosse aumentata a 777 ± 98 mmHg. Ciò suggerisce che, nonostante l'aumento del carico di postcarica del RV, l'esercizio può aiutare una risposta adattativa e una compensazione all'esercizio nell'ambito della PH-RVF. Questo regime di esercizi fornisce informazioni innovative sugli effetti dell'esercizio fisico nella PH-RVF e consente studi complessi della fisiologia dell'esercizio in un modello animale di grandi dimensioni della PH-RVF.
L'ipertensione polmonare (HP) è una malattia complessa che causa una vasta gamma di sintomi. I sintomi possono essere lievi, come dispnea e intolleranza all'esercizio, fino a gravi, come declino respiratorio e insufficienza palese del ventricolo destro (RVF)1. Con l'aumento del postcarico cardiaco destro, il ventricolo destro (RV) inizia a dilatarsi, causando disfunzione sistolica e riduzione della frazione di eiezione. Questa discrepanza tra domanda e output cardiaco rende intollerabili le attività quotidiane e l'esercizio fisico, portando a un declino sia fisico che mentale. In precedenza, l'esercizio fisico nell'ambiente dell'ipertensione polmonare era consideratodannoso 2. Recentemente, molti studi hanno dimostrato che un programma di riabilitazione polmonare con esercizio fisico potrebbe ridurre la dispnea e migliorare la qualità della vita complessiva sia fisicamente che mentalmente 2,3,4. Tuttavia, lo studio dell'esercizio fisico nei pazienti con HP è stato limitato a coloro con malattia stabile a causa di una possibile scompensazione cardiopolmonare.
La rapida decompensazione è una complicazione temuta della PH-RVF. Alcune persone con HP possono avere un periodo di compensazione adeguata e presentare solo sintomi lievi, con la decompensazione che si verifica lentamente nel corso di mesi o anni. Altri, purtroppo, possono avere un pH più grave e possono decompensarsi rapidamente con qualsiasi tipo di sforzo. L'esercizio può aggravare la malattia e causare un rapido collasso cardiopolmonare a causa di un ciclo di aumento della domanda metabolica del RV, riduzione della frazione di espulsione e ischemia persistente del RV. Questa è una complicanza molto seria perché i pazienti che sviluppano una RVF scompensata necessitano di ricovero ospedaliero e hanno tassi di mortalità fino al 40%. L'HP può colpire persone di qualsiasi età, con la maggior parte dei casi che si sviluppano da malattie cardiache sinistre (Gruppo 2) e polmonari (Gruppo 3). In rari casi la PH può svilupparsi da cause idiopatiche ed è più comune nelle femmine nel quarto decennio di vita (Gruppo 1)6. Sebbene la progressione della malattia possa essere mitigata con una gestione medica, non esiste una cura farmacologica definitiva. Una volta raggiunto la RVF in fase terminale, l'unico trattamento definitivo è il trapianto polmonare ocuore-polmone 7.
A causa della morbilità e mortalità della PH e della successiva RVF, abbiamo precedentemente creato un modello clinicamente rilevante di PH-RVF nelle pecore per sviluppare nuoveterapie 8. In questo modello, abbiamo legato l'arteria polmonare sinistra (LPA) e posizionato un bracciale gonfiabile che fungeva da occcludente vascolare attorno all'arteria polmonare principale (MPA). Nel corso di 8 settimane, abbiamo aumentato la pressione all'interno di questo bracciale per diminuire il flusso attraverso l'arteria polmonare principale, aumentare il carico residuo del RV e indurre il rimodellamento del RV. Questo modello è stato ulteriormente sviluppato incorporando un regime di esercizi per studiare meglio l'interazione tra PH ed esercizio fisico. Questo protocollo è unico perché cattura in tempo reale cambiamenti nei parametri emodinamici come la pressione sistolica del ventricolo destro (RVSP) e la frequenza cardiaca (FC). Il sangue RV è stato utilizzato come surrogato per il sangue venoso misto per analizzare i cambiamenti inS vO2 e confrontare l'estrazione di ossigeno a velocità di esercizio variabili. Il regime di esercizio fisico e i metodi di acquisizione dati sono descritti di seguito come risorsa per i ricercatori per approfondire una migliore comprensione della complessa fisiopatologia della PH-RVF.
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Il Comitato per la Cura e l'Uso Istituzionale degli Animali del Vanderbilt University Medical Center ha approvato il seguente protocollo. Le procedure descritte sono state condotte in conformità con la Guida per la Cura e l'Uso degli Animali da Laboratorio del Consiglio Nazionale per la Ricercadegli Stati Uniti 9. Tutte le pecore erano specie incrociate Dorset, femmine, pesavano tra 55 e 65 kg e avevano un'età compresa tra 1 e 2 anni. Vedi la Figura 1 per la timeline completa del regime e il protocollo delle sessioni di esercizio.
1. Acclimatazione al tapis roulant
2. Modello chirurgico per avviare il modello PH-RVF
3. Recupero post-operatorio
4. Preparazione per la sessione di esercizio e il controllo delle manette
5. Accesso al porto
6. Routine di esercizi
7. Disconnessione dalle porte
8. Controllo delle manette
9. Completare l'intero regime
10. Terminare la sessione di esercizi in anticipo
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Tutti i dati sono rappresentati come medium±SEM. Nel corso di otto settimane, la SvsO 2 è rimasta relativamente stabile alla velocità massima sul tapis roulant alla settimana 1 rispetto all'ottava: 62,7 ± 4,5% contro 69,8 ± 4,0% (Figura 5A), nonostante l'RVSP sia aumentata dalla settimana 1 alla settimana 8: 78 ± 8 mmHg contro 96 ± 8 mmHg (Figura 5B). La distanza percorsa durante l'esercizio è aumentata dal...
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Il modello PH-RVF presentato per le pecore è stato aggiornato rispetto alla versione precedente combinandolo con una piattaforma di esercizio su tapis roulant per studiare l'interazione tra esercizio e sviluppo dellamalattia 8. Poiché ogni animale può rispondere in modo diverso al gonfiamento delle polsine, per un condizionamento fisico costante tra gli animali, le velocità del tapis roulant durante una sessione di esercizio sono state regolate includendo velocità...
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Gli autori non hanno conflitti di interesse da divulgare.
Questo lavoro è stato finanziato dalle seguenti istituzioni e premi: National Institutes of Health R01HL171577, National Institute of General Medical Sciences della sovvenzione NIH T32 GM007347, sovvenzione dei National Institutes of Health T32 HL160508, Vanderbilt Faculty Research Scholar Award, American Heart Association Second Century Early Faculty Independence Award 24SCEFIA1255079, Vanderbilt University Medical Center Cardiothoracic Research Fund, Centro Medico della Vanderbilt University Fondo Sig.ra Shelley F. Kleiner e Dr. Fredric Kleiner, Centro Medico della Vanderbilt University Fondo di Ricerca Signora Dorothy Thomas e Fondo Memoriale per Trapianti Polmonari David M. Livingston del Vanderbilt University Medical Center. Inoltre, questo lavoro non sarebbe stato possibile senza il Programma di Cura e Uso degli Animali dell'Università di Vanderbilt e il personale del Laboratorio S.R. Light: Jamie Adcock, Susan Fultz, Azia Tanks ed Eiman Barsoum per il supporto tecnico.
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| 0.9% Normal Saline, 1000 mL | Baxter Healthcare Corp | 0338-0049-04 | Medicazione, PH Cronico |
| 16 mm Heavy Duty Occluder with actuating tubing | Access Technologies | OC-16HD | Monouso, PH Cronico |
| 70% isopropyl alcohol prep pads | Medline | MDS090670 | Monouso, PH Cronico |
| Aluminum Lamb and Goat Treadmill | Livestock Performance Products | DC314 | Attrezzatura |
| Bags, Infusion: Nonsterile Novaplus Infusion Bag, 500 mL | Medline | TCV4005H | Monouso, PH Cronico |
| Blue Clave | Medline | BOPC1000 | Monouso, PH Cronico |
| Cathflo Activase (alteplase) 2 mg | Cathflo | NDC 50242004164 | Medicazione, PH Cronico |
| Computer | Dell | Lattitude 7400 | Attrezzatura |
| Data acquisition hardware | ADInstruments | PowerLab 16/30 | Attrezzatura |
| EPOC Point-of-care blood gas analyzer | Siemens Healthineers | Siemens-Epoc-R | Attrezzatura |
| Flow Meter | Transonic | https://www.transonic.com/tubing-flow-meters-manufacturers | |
| Gauze Sponges: Sterile X-ray Compatible Gauze Sponges, 16-Ply, 4” × 4” | Medline | PRM21430LFH | Monouso, PH Cronico |
| GEM 7000 with iQM3 | Werfen | 6000228442 | Attrezzatura |
| Heparin | Fresenius Kabi | 63323-540-31 | Medicazione, PH Cronico |
| Hospira Primary IV Sets, 80” | Patterson Veterinary | 07-835-0123 | Monouso, PH Cronico |
| Hypertonic saline 3% | Baxter Healthcare Corp. | 0338-0054-03 | Medicazione, PH Cronico |
| Hypodermic Needle with Bevel and Regular Wall, 20 G × 1” | Medline | B-D305175Z | Monouso, PH Cronico |
| Interface Cable, Edwards LifeScience Transducer to ADInstruments Bridge Amplifier | Fogg System | 0395-2434 | Attrezzatura |
| Labchart software | ADInstruments | Labchart 8 | Attrezzatura |
| Needles: Hypodermic Needle with Regular Bevel, Sterile, 18 G × 1.5” | Medline | B-D305185Z | Monouso, PH Cronico |
| Octal Bridge Amplifier | ADInstruments | FE228 | Attrezzatura |
| Port-A-Cath Huber Needle, Straight, 22 G × 1-1/2” | Medline | AAKM21200724 | Monouso, PH Cronico |
| Sheep Halter | Weaver Livestock | 35-7840-S20 | Attrezzatura |
| Sterile Leur-Lock Syringe, 1 mL | Fisher Scientific | BD309628 | Monouso, PH Cronico |
| Sterile Luer-Lock Syringe, 10 mL | Medline | SYR110010Z | Monouso, PH Cronico |
| Sterile Luer-Lock Syringe, 3 mL | Medline | SYR103010Z | Monouso, PH Cronico |
| Sterile Luer-Lock Syringe, 5 mL | Medline | SYR105010Z | Monouso, PH Cronico |
| Sterile Water | Fresenius Kabi | 918550 | Medicazione |
| Stopcock: 3-Way Stopcock with Handle in OFF Position, Rotating Adaptor Male Collar Fitting, 45 PSI | Medline | DYNJSC301 | Monouso, PH Cronico |
| Transducer clip | Edwards LifeScience | TCLIP05 | Attrezzatura |
| Transonic Perivascular Flow Probe (PAU Series) | ADInstruments | https://www.adinstruments.com/products/perivascular-flowprobes | |
| Transport Cage/ Large Animal Caging | Ancare | ANAT305660SS | Attrezzatura |
| Trigger Aneroid Gauge (Sphygmomanometer) | Patterson Veterinary | 07-815-0464 | Attrezzatura |
| TruWave Disposable Pressure Transducer Kits by Edwards Lifesciences | Medline | VSYPX260 | Monouso, PH Cronico |
| Tubing: Pressure Monitoring Tubing with Fixed Male Luer Lock and Female Fitting, Low Pressure, 72” L | Medline | DYNJPMTBG72MF | Monouso, PH Cronico |
| Umbilical Tape, Cotton, 3-Strand, 1/8 x 36" | Medline | DYNJPMTBG72MF | Monouso, PH Cronico |
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