方法論記事

アメロイド収縮を使用して豚の慢性心筋虚血モデル

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DOI:

10.3791/56190

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2017年10月9日

 ,  ,  ,  ,  , 
1Animal Surgery and Resources Core, National Heart, Lung, and Blood Institute, National Institutes of Health

* These authors contributed equally

この記事について

サマリー

このプロトコルの目的は、豚モデルで冠動脈の周り遅れて収縮デバイス (アメロイド収縮) の配置を示すことです。このデバイスは、新しい画像診断法と治療の新しい方法を学ぶです心臓の虚血領域を作成します。

要約

心血管疾患には、アメリカ合衆国における死亡率の一番の原因が残っています。これらの疾患の治療に多くの方法がありますが、各治療をテストする方法、体内モデルが必要があります。豚は心血管疾患の最もよく使われる大型動物モデルの一つです。その心は人間の解剖学および機能で似ています。アメロイド配置手法では、心筋梗塞の研究に多くの有用なアプリケーションは、心臓の虚血領域を作成します。このモデルは、外科研究、医薬品の研究、イメージング技術、細胞治療に使用されています。

心臓の虚血領域を誘導するいくつかの方法があります。その長所と短所、それぞれありますが、アメロイド収縮の配置が最も広く使用されている手法です。アメロイドを使用する主な利点は、その有病率既存研究では、様々 なサイズの解剖学を収容して収縮するため容器のサイズで、その利用、手術は比較的簡単な手順および術後監視維持するために外部のデバイスがないので、ごくわずかです。このペーパーでは、アメロイド収縮の配置の適切な技術の詳細な概要を提供します。

概要

冠動脈疾患 (CAD)、心筋虚血につながる世界4前後約 1 米1,2で死亡して起因する医療費、死、障害の主要な原因は、します。,3,4,5,6CAD から苦しんでいる患者の 3 分の 1 ほどが時代、貧しい人々 の健康、または最適ではない解剖学4,のためのこれらの治療法の対象外である経皮的と外科的治療には多くの進歩をされているが、。5,6,7. 画像診断や治療の新しい方法を評価するために適切な動物モデルの開発が重要です。

ときに病気の動物モデルの開発、誘導障害は人間8,9の障害の解剖学的・生理学的特性を精密にエミュレートする必要があります。豚は心血管の研究の最も広く使われて大規模な動物の一つであります。豚の心臓は、サイズ、解剖学と生理学の3,6面で人間の心に最も密接に似ています。人間の心と同様に、ブタの心臓の心筋には豊富な側副血行6は持っていません。このため、豚の心臓も、急性冠閉塞は容認しないが、それは漸進的な冠動脈閉塞を耐えることができます。慢性心筋虚血、慢性心筋梗塞と心不全5,6,9,10,モデルとして使用ことができる場合は冠動脈が閉塞ゆっくり11,12,13。 慢性心筋虚血は、ステント留置や油圧オクルーダ、固定狭窄オクルーダ アメロイド収縮の配置を誘起すること。様々 な出版物6,9,13で詳細に記載されているこれらのすべてのメソッドの長所と短所がありますが、最も一般的に使用されるメソッドはアメロイド配置5、 6,10,11。

アメロイド収縮は、カゼインの材料ステンレス鋼、プラスチック、またはチタン リング内鉄骨で構成されます。徐々 に絞り込む内部ルーメンを引き起こす周囲の流体をカゼイン素材が吸収し、遅い狭窄を模倣 (通常、動脈左前下行枝冠 (LAD) または、左冠動脈回旋枝 (LCX)) 動脈の周囲に配置、一度、動脈を行い最後ににおけるはオクルー ジョン9,13,14に。この手順を単独で慢性心筋虚血や梗塞を開発し、新しいイメージング技術8を評価するために有用されている心臓の左心室の領域の他のメソッドの結果と組み合わせて使用 10、15治療7,16,17,18手術19,20。

プロトコル

ここで説明している手順国立心臓、肺、血液研究所動物愛護および国立衛生研究所利用委員会によって承認され、の公衆衛生サービス ポリシーに記載されているポリシーに準拠思いやりのあるケアと実験動物の動物福祉法とケアのためのガイドの使用および実験動物の使用

。

注: この手術の目的は、重篤な冠動脈疾患患者に臨床的に関連する治療法の開発に使用することができます慢性の心筋虚血の動物モデルを生成します。これは 生体外 モデルを使用して実行できない

。

1 です動物

  1. 男性ヨークシャー豚重さ 12 〜 15 キロの間を使用して、
。

2. pre-surgical プロシージャ

  1. アモキシシリンとクラブラン酸カリウム 15 mg/kg を手術前に 24 h を始めて、1 日 2 回経口使用予防的抗生物質のため
    。 注: この経口抗生物質が手術豚はそれを飲み込むことを確認し、また、薬へのアレルギー反応に対して手術後がないことを確認する前に開始します
    2. 。
  2. 食品と手術前に 12 h 豚から水を差し控える
    3. 。
  3. 手術の日、麻酔のケタミン (33 mg/kg)、ミダゾラム (0.5 - 0.75 mg/kg)、およびアトロピン (0.01 mg/kg) の筋肉 (IM) を与えられたのカクテルが豚
    4. 。
  4. は耳静脈内 20 G の静脈内投与 (IV) カテーテルを置き 7.0 Fr 気管内チューブと動物を挿管します
    。 注: IV カテーテルとブタのサイズに応じて気管内チューブのサイズを調整します
    5. 。
  5. 臍に肩と脊柱に腹部正中線から豚の左側の毛 (ひげ) を削除します
    6. 。
  6. 予防的抗生物質を投与する (ピペラシリンとタゾバクタム: 100 mg/kg IV) 薬を痛みと (ブプレノルフィン持続リリース: 0.2 mg/kg 皮下 (SC) やフェンタニル経皮パッチ 25 50 μ g/h).
    注: IV 抗生物質を投与動物手術前 12 時間絶食し、今回の間に前述のように経口抗生物質が届かないので
    7. 。
  7. は手術室に豚を輸送、気管内チューブを気道ガスを監視する副流センサーを搭載した麻酔器に接続します。機械的に換気開始点として 10 mL/kg の一回換気量を使用して豚と 30 cm H 2 o. セット分 (bpm) あたり 10-20 呼吸間呼吸の気道圧を超える、呼気終末 CO 2 (を保つために必要に応じて調整28 と 35 mm hg 維持イソフルラン (1-3%) と (2-5%) セボフルラン麻酔の間 PetCO 2) レベル
    8. 。
  8. は、オペレーティング テーブルの上に豚の右側を配置します。体温 (BT)、心電図 (ECG)、パルス酸素濃度計 (スポ 2) 等 を監視するためすべての必要なプローブを添付
  9. 2% クロルヘキシジン、70% アルコールで交互ボディス クラブ 3 経由で手術部位を準備 (において、外側に移動してセンターで始まる円運動).
  10. 無菌 21 を使用して手術部位をドレープします
    11. 。

3。手術

  1. 左開胸により心を公開します。
    1. 皮膚切開を 4 番目 に平行になるよう、5 番目 の肋間スペース約 8-9 cm 長さ号 10 メス刃を使用しています
      2. 。
    2. はリブロース筋肉デカールバサミ Metzenbaum、ブラウン アドソン鑷子のペアを使用して広背筋と前鋸をカットします。必要に応じて止血を維持するために電気焼灼器を使用します
      3. 。
    3. は、4 番目 と 4 番目 の肋骨の前方の面に沿って Metzenbaum はさみ切断と 5 番目 のリブの間の胸腔内肋間筋を入力します。誤って肺の損傷のチャンスを減らすためには、胸腔内に入る直前に息を吐くのこのベンチレーターを切る。胸腔内が破られて、一度オンに戻すベンチレーター
      4. 。
    4. 心を公開する離れて、肋骨を広げるため小さな Finochietto リトラクターを使用します
      5. 。
  2. 使用 Debakey 鉗子をつかみ、心膜を持ち上げます。ポッツはさみを使って、心膜、心膜のスペースを入力する空気の小さい穴を作る。LAD と LCX の動脈の接合点ポッツ ハサミで切開を続ける
    3. 。
  3. 使用バブコック鉗子左心耳を撤回します。LCX 動脈の前にまたは近位端の周囲の組織から 1 st の鈍縁枝を解剖 Debakey と小さな直角鉗子を使用します
    4. 。
  4. は、切り裂かれた LCX 動脈、各端に 1 つ下 2 つの容器のループを配置します。サイズ 3.0 mm アメロイド収縮を持つ小さな直角鉗子、収縮の開口部を通して LCX 動脈をゆっくりとガイド船ループを持ち上げます。開口部を向いているので、ゆっくり括約筋を回転させます。容器ループを削除します。 図 1 を参照してください
    。 注: 適切な動脈解離は、よじれを防ぐために不可欠です。個々 の動物に適切なサイズの収縮を選択します。適切なサイズの収縮が密接にせず最初船船を取り囲みます。アメロイド constrictors サイズ 2.5-3.5 ミリメートル 12 〜 15 キロの重量を量る国内の豚が必要です。船舶のアメロイド収縮の場所は虚血領域のサイズに依存します
    5. 。
  5. 心膜を再近似し、4-0 ポリプロピレン縫合糸で閉じる
    6. 。
  6. 12 Fr の胸腔チューブまたはそれと同等を閉鎖、一般に 2 つの肋間開胸術サイトに後方の層の間を終了終了と胸膜腔に挿入することで呼吸器の負圧を再確立します
    。 注: は、肋骨を閉じる前に無気肺を観察します。30 mmhg の圧力まで手動で肺を膨らませる過少膨張の兆候が認められた場合
    7. 。
  7. は、肋間神経の層、皮下層の 2-0 ポリプロピレン縫合糸と真皮層の 3-0 ポリプロピレン縫合糸鋸と筋膜層のポリプロピレン縫合糸 0 1 ポリプロピレン縫合糸を使用して、胸を閉じます。ホチキス止めや皮膚を縫合します
    8. 。
  8. 胸管の端に 3 ウェイ ストップ コックを接続および否定的なシールを達成するまで、40-60 cc 注射器で胸に空気を避難させます。すべてのエアコンの取り外しを容易にするその胸骨または反対側に動物をロールバックします。胸は、負圧を維持して、一度胸管を外し、出口部を縫合します。切開することができます数日間包帯をされる動物は単独で手術後建物される場合
    9. 。

4。術後

  1. 閉鎖、0.25% ブピバカインで開胸術サイトの両側に沿って切開に潜入します
    2. 。
  2. 人工呼吸器を動物を引き離すし、麻酔をオフに。動物は独自に呼吸したら気管内チューブを削除し、嚥下します
    3. 。 (目を覚まし、胸骨)、それは完全に回復するまで、
  3. は動物を監視します。異常はないはず、不整脈心電図、BT は 38.7-39.8 ° C をする必要がありますまたは SpO 2 は 95-100% にする必要があります、呼吸数は 32 58 bpm をする必要があります
    4. 。
  4. 管理アミオダロン (100 mg、1 日 2 回経口投与)、血栓症や不整脈を防ぐためにクロピドグレル硫酸水素 (75 mg、1 日 1 回経口投与)。アモキシシリンとクラブラン酸カリウム 15 mg/kg 1 日 2 回経口投与を続行します。10 日後の操作。術後の痛みは、ブプレノルフィン SR (持続的なリリース) で制御 0.2 mg/kg。SQ 3 日おき。ブプレノルフィンの SR は一度カルプロフェン 4.4 mg/kg で補うことができ、(2.2 mg/kg) PO または IM 入札します
    5. 。
  5. 動物の寝具と採材をすべてを保つ ' 住宅地切開は完全に治癒するまで s
    6. 。

結果

2 年間で私たちの施設でアメロイド配置手術から得られたデータを分析した後生存率 80% であることがわかった。12-15 の kg の重量を量る 25 ヨークシャー豚の手順を行った。25 豚の 20 は、フォロー アップのプロシージャ、繊維し、直後に閉じる、2 を重症心不全や肺水腫を安楽死させ、1 いたフォロー アップ レントゲン中麻酔死死亡した 2 に生き残った。剖検では、プロシージャの 24 時間以内に死亡した動物の左心室の梗塞領域を明らかにしました。それは疑いがあるが、アメロイドの内腔からねじれて、アメロイドの存在のために動脈がまだ開いていたこと確認できませんでした。心不全のため安楽死された動物から得られる ameroids を調べた。18 日に内腔の総閉鎖があった。

存続の動物によって磁気共鳴イメージ投射 (MRI) 28 日ポスト アメロイド配置で心臓機能と虚血領域のサイズを測定するをイメージしました。図 2と図 3は、それぞれ鉄骨チタン アメロイドと豚とプラスチック包まれたアメロイドと豚から得られる MRI 画像を示します。イメージング後、細胞の注入または偽の手順, 開胸術を行った。動物は、うち 16 週間ポスト アメロイド配置限り続いていた。

figure-results-1
図 1: アメロイド配置手順中に心臓のブタの画像。(A)の若者、LCX、鈍角縁動脈 (OM) を示す豚の心臓のイメージ。(B)アメロイド配置の前に切り裂かれた LCX 動脈の画像です。(C)上向きまたは中心部からアメロイドの開口周り、LCX アメロイドの適切な配置のイメージ。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

figure-results-2
図 2: チタンのブタ心臓の MRI 画像固めてアメロイド。LCX 動脈にチタン鉄骨アメロイド収縮の留置後 4 週間を取られる豚の心臓の MRI 画像です。チタンで作成された成果物への矢印。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

figure-results-3
図 3: プラスチック製のと豚の心臓の MRI 画像固めてアメロイド。LCX 動脈上プラスチック包まれたアメロイド収縮の留置後 4 週間を取られる豚の心臓の MRI 画像です。矢印はアメロイド収縮。アーティファクトは認められなかった。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

ディスカッション

アメロイド constrictors は慢性心筋虚血、慢性の心筋梗塞や心不全5,6,7,9,10の動物モデルを作成する広く使用されています。,11,12,13,15,16,17,18,19,22. 科学文献のアメロイド使用の有病率により研究者と自分の仕事の結果をより正確に比較するため、これらのモデルは、ステント、油圧改善や固定狭窄改善を使用して作成できますが、以前研究5,6,7,9,10、11,12,13,を公開15,16,17,18,19,22. アメロイド収縮を使用してのもう一つの利点は、プロシージャは比較的簡単です、合理的な手術技能を持つユーザーが正常に実行できる専用計測器は必要ありません。その他の上記の方法は大きい技術的なスキルを必要として、油圧の遮蔽の場合外部デバイス6,13による強烈な術後監視が必要です。

アメロイド収縮を使用しての主な制限は、オクルー ジョン9,13の率の変動です。一般に、アメロイド収縮を使用してほとんどの研究は、完全閉塞が発生する23,24まで最初の 2 週間で最高とし、徐々 に先細りする狭窄率を発見しました。アメロイド内腔の閉鎖率を直接測定前のヴィヴォ研究は、内腔の直径の最大の減少が最初の 2 週間で発生し、25,26がその後低下を確認しました。ただし、これらの同じ研究はグルコースとタンパク質濃度を取り巻く率およびアメロイド閉鎖、それにより生体内での条件のほとんどの場合、変動の示唆の完全性影響を与えることを示しているもアメロイドの閉塞率25,26です。他の研究者は、機械的外傷、炎症、線維化、および血栓形成アメロイド配置プロシージャ自体によって引き起こされるこの変動5,6,25 に貢献するかもしれないことを示唆しています。.後者のシナリオはほとんど早死にと本研究では, 心の障害の理由です。それは容器のよじれを防ぐためにアメロイドの両側に繊細、かつ十分なの動脈解離を行うための重要性を十分に強調することはできません。

アメロイド収縮の適切な配置は心の治療に十分な大きさの虚血領域を開発する重要なほど大規模な死になります。ヨークシャー豚で最適に動作する最初の鈍縁枝が表示される前に、LCX のアメロイド収縮筋を配置すること。他の報告、これは左心室の6の 25-30% 程度の虚血領域になりました。本研究で調査されていた特定の治療には不十分だった虚血性の地区結果、アメロイドの配置も低い。

手術中に発生する不整脈はまれです。研究の終わりまで経口アミオダロン術後の管理と、アメロイドは遮断し、2 〜 3 週間後操作中に不整脈を防ぐことができます。また、ばんと医療スタッフは肺浮腫/心不全の初期兆候になることができるこの期間中任意の咳の注意で特に警戒する必要があります。

長年にわたってアメロイド収縮のデザインに改善されました。Ameroids は、現在外科医はオクルード容器の直径に一致するアメロイドを選択するを許可する多くのサイズで利用可能。アメロイドの外側のリングはステンレス鋼、チタン、またはプラスチックで利用できます。MRI を使用して影響を受ける心を評価するとき、これは特に重要です。すべての金属は、MRI 画像でアイテムになります。チタン ameroids は、一方プラスチック葉なしすべてのステンレス鋼よりも加工品が少なくなります。チタン アメロイドとプラスチック アメロイドの違いを示す MRI 画像はそれぞれ図 2と図 3のとおりです。図2 心臓の右側にあるアーティファクトは被覆、アメロイド チタン リングによって引き起こされます。最近まで、プラスチック アメロイドに封じ込めリングだったあまりにもかさばる容器を屈曲することがなく冠動脈の周囲に配置します。本研究で用いたアメロイド収縮 (材料の表を参照) は金属の ameroids と同じ外径より合理化されたバージョン。

開示事項

著者はある利益相反を開示します。

謝辞

学内資金このプロジェクトのことは、学内研究部門、国立心臓、肺、血液研究所、国立衛生研究所によって提供されました。博士ジェームス ・ ホーキンス、博士ロバート ・ ホイト、獣医のリソースの NIH の部門および NIH における胸部外科研究プログラムのスタッフを確認したいと思います。

材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
麻酔:ケタミントニー、INC用量:25mg / kg、IM
麻酔:ミダゾラムアプリ医薬品用量:0.75mg / kg、IM
麻酔:イソフルランバクスター用量:1-3%、INH
抗生物質:アモキシシリンおよびクラブラン酸カリウムWGクリティカルケア用量:15mg / kg、IV
抗生物質:ピペラシリンおよびタゾバクタムフレゼニウスKabl用量:100mg / kg、PO
鎮痛剤:ブプレノルフィン(徐放性)Zoo Pharm10mg / mlボトル、用量:0.2mg / kg
SC鎮痛剤:フェンタニルパッチマイラン用量:25-50mcg / hr、TD
鎮痛剤:ブピビカイン0.25%ホスピーラ鎮痛剤の切開部位でSCを与える
70%HumcoNDC0395-4202-28手術部位のスクラビング用
クロルヘキシジンスクラブ 2%Vet 手術部位のスクラビング用510083
Datex-Ohmeda Aestiva /5 麻酔器GE ヘルスケア ウィスコンシン州マディソン。
小児麻酔回路Westmed7-8901www.westmedinc.com
ウォーターブランケットシンシナティ サブゼロブランケット 2
心電図メドトロニクス - PhysiocontrolLifePak 20
酸素飽和度モニターGE ヘルスケア マディソン ウィスコンシン州。
温度プロ-ブヘルスケア、ウィスコンシン州マディソン。
電気焼灼ユニットValley LabsForce 2Cut-30 Coag-40
気管内チューブハドソンRCIHUD510312ハドソンブランド - 動物に適したサイズ
静脈内カテーテル、サイズ 20ゲージサンタクルーズバイオテクノロジー株式会社SC-360097液体および薬物投与
乳酸リンガーズソリューションホスピーラNDC 0409-7953-03
マクロIVドリップセット15滴/ mlホスピーラ12672-28
手術用ガウンキンバリークラーク90142
ユーティリティドレープバリークラーク89731
の開腹ドレープメドラインDYNJP3004
滅菌手術用手袋ディナルヘルス(忠誠)22537-570サイズ7-適切なサイズを使用してください外科医
ニードルマット - 滅菌済みMedlineNC30MBR
Cautery pencilMedlineESPB 2000
サクションチューブMedlineDYND50251
サクションチップ;YankauerMedlineDYND50130
Suction cannisterCardinal Health (Allegiance)65651-220
アメロイドコンストリクターサイズ 2.5mm -3.5mmResearch Instruments SW, Inc.760-764-9411種類:ステンレス鋼、チタン、またはプラスチック
3方向ストップコックCardinal Health(Allegiance)455991胸部チューブ用
胃管-18 FrCardinal Health(Allegiance)DC4418胸部チューブ
60ccシリンジCardinal Health(Allegiance)SY35060LL胸部チューブ
3ccシリンジCardinal Health(Allegiance)SY35003LL術後鎮痛注射用
スキンステープラー-35Wエチコン 内視鏡手術PMW 35皮膚閉鎖
メスブレード-サイズ#10Cardinal Health(Allegiance)32295-010
シリコン血管ループ1 PakAspen Surgical011001PBX、アメロイド
1(ポリプロピレン)テーパーEthiconBB #8425HClose Ribs
2-0(ポリプロピレン)テーパーEthiconSH#8523筋肉の層を閉じる
4-0 (ポリプロピレン) テーパーEthiconBB #8581Hclose pericardium
20 ゲージ針Cardinal Health (Allegiance)81-200219術後鎮痛注射
抗菌ドレープ3M6640EZ
Finochietto リブ リトラクター - 幼児サイズタラ50-8057
ポッツ・スミスはさみロボズRS-6043
バブコック鉗子RobozRS-8022
Pean止血鉗子湾曲Codman30-4565
ハンドル #7Codman11-5534
Brown Adson 鉗子RobozRS-5231
Debakey鉗子RobozRS-7562
メイヨーハサミRobozRS-6870SC
メッツェンバウム解剖ハサミコッドマン36-5011
メッツェンバウム解剖ハサミコッドマン36-5016
メイヨー・ヘガー針ホルダーコッドマン36-2017
ライダー針ホルダーコッドマン36-3012
ケリー止血鉗子ロボズRS-7130
レイノルズ止血鉗子RobozRS-7211
Weitlander retractorRobozRS-8612
ヨークシャーの家畜豚
パアルコール1 GEキン大人カー用 用 ミニはメス

参考文献

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