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方法論記事

三尖弁機能の研究のための新しい右心室容積と圧力負荷子豚心臓モデル。

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DOI:

10.3791/61251

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2020年7月28日

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1Division of Pediatric Cardiology, Department of Pediatrics, University of Alberta, 2Department of Surgery, University of Alberta, 3Department of Laboratory Medicine and Pathology, University of Alberta, 4Department of Biomedical Engineering, University of Alberta, 5Department of Civil Engineering, University of Calgary, 6Faculty of Kinesiology, University of Calgary

この記事について

サマリー

三尖弁機能の研究のために、右心室に圧力と体積の過負荷が組み合わされた新しい回復子豚の心臓モデルについて説明します。

要約

三尖弁(TV)が体積の増加または圧力ストレッサーに直面している心臓の状態は、早期弁の故障に関連しています。早期のテレビ故障の発症に関与する根本的な病態生理学の理解を深めるためのメカニズム研究は不足しています。これらの研究をヒトで実施できないため、動物モデルが必要です。この原稿では、体積と圧力を組み合わせたストレス下に置かれたときのテレビの変化を研究するための、新しい慢性回復乳子豚の心臓モデルのプロトコルについて説明します。このモデルでは、右心室とテレビの体積負荷は、肺動脈弁の破壊によって達成されます。次に、肺動脈バンドの配置によって圧力負荷が達成されます。このモデルの成功は、介入手術後 4 週間で、心エコー検査、心臓内圧測定、および心臓標本の病理学的検査を通じて評価されます。

概要

通常のテレビは、少量で圧力ストレスのかかる環境でも機能します。ただし、テレビが先天的に奇形であるか、心臓生理機能が右心室とテレビが体積(前負荷)および/または圧力(後負荷)ストレスの増加によって挑戦されるような小児および成人の心臓病があります、ファロー四徴症、エブスタイン異常、大動脈の先天的に修正された転位、心房スイッチ手順後に大動脈の転位のある患者など、 特発性肺高血圧症および左心低形成症候群。これらの心臓病では、テレビは早期弁不全になりやすく、罹患率と死亡率が増加します1,2,3,4,5。これらの心臓病変における早期のテレビ障害は、テレビが体積および/または圧力ストレス要因の増加にさらされていることに関連している可能性があると仮定するかもしれませんが、正確な病因は不明です。過去10年間の研究は、僧帽弁、他の房室弁が、ストレッサー6,7,8に応答して構造変化を誘発することができることを実証しています。しかし、現在の文献には、ストレス要因に対するテレビの適応を評価するメカニズム研究が欠けています。この側面は、そのような研究を可能にする適切な動物の心臓モデルが不足していることが一因である可能性があります。

文献には、右心室に個別に体積または圧力が負荷をかけたモデルがあります。しかし、慢性的な圧力と右心室の体積負荷の組み合わせは、達成するのがより困難でした。文献には、肺動脈バンドの配置を使用して右心室に圧力負荷をかける動物モデルと、右心室に体積負荷をかけるために心房中隔欠損症を作成する動物モデルがあります9。この技術は、右心室の慢性的な圧力と体積負荷の目標を達成することができませんでした タイトな肺動脈バンドの存在により、心房中隔欠損症を横切る右から左へのシャントが発生する可能性があります。これにより、心房中隔欠損症は、右心室に体積負荷を提供しなくなります。心房中隔の右から左へのシャントは、チアノーゼ動物10をもたらします。この合併症を克服するために、モデルでは、自然に存在する心房中隔欠損を持つ動物を除外する必要があります。

他のモデルは、子豚の左心低形成症候群に対するハイブリッドステージI緩和手術を利用しています11。これは、右心室の圧力と体積の負荷を組み合わせられる回復モデルです。しかし、この手術には高価なバルーン拡張型ステントが必要であり、これは経済的に法外な負担となる可能性があります。Zeltser et al.12 と Lambert et al.13 による研究では、右心室流出路と肺動脈弁を切断し、ポリテトラフルオロエチレン パッチを縫い付けて、ファローの環状パッチ四徴症を模倣して、右心室にボリューム負荷をかける方法が含まれています。次に、右心室の圧力負荷は、肺動脈バンドの配置によって達成されます。このモデルは技術的に困難であり、右心室流出路に心室切開の傷跡を残すことで不利な点があり、RV機能、ひいてはTV機能に影響を与える可能性があります。

この研究では、心室切開術なしで右心室への圧力と体積のストレスの組み合わせの増加を引き出す革新的な慢性回復子豚の心臓モデルについて説明しています。このモデルにより、圧力と体積のストレッサーの同時慢性的な増加に対するテレビの適応変化のメカニズム研究が可能になります。

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プロトコル

この原稿のプロトコルと手順は、獣医師の監督の下で開発され、Canadian Council on Animal Careのガイドラインおよび実験動物のケアと使用に関するガイドに準拠して実施されました。このプロトコルは、アルバータ大学の施設内動物管理委員会によって承認されました。原稿の手続きに関与するすべての個人は、適切なバイオセーフティトレーニングを受けました。

1.処置前の準備、麻酔、アクセス

  1. 動物の包含基準と除外基準。
    1. 包含基準: このモデルには、生後 4 週から 5 週齢のデュロック交配子豚と雄の両方のデュロック交雑子豚を使用します。この年齢の子豚は、生後4か月から6か月の乳児に相当する人間の成熟度を持っています。
    2. 除外基準: 心房中隔欠損症および/または動脈管開存症 (心エコー検査によって評価)、心臓または心臓外の奇形、または感染症が疑われた子豚を除外します。
  2. 順応のために、手術の少なくとも5〜7日前に子豚を収容施設に移します。
  3. 手術の前日に子豚を診察して、手術への適合性と、咳、嘔吐、下痢、蒼白、脱力感、嗜眠、皮膚病変などの病気の兆候がないことを確認します。
  4. 手術前の少なくとも3時間、固形飼料から速い子豚を摂取し、手術時まで水にアクセスすることができます。
  5. 子豚を外科手術室に移します。
  6. アトロピン(0.04 mg / kg)、ミダゾラム(0.2 mg / kg)、ケタミン(2 mg / kg)の処置的前投薬を筋肉内注射で投与します。.また、周術期鎮痛のためにブプレノルフィン(0.01 mg / kg)の徐放性製剤を皮下投与します。.
  7. 手術台の上に再循環水ブランケットを置き、最初に水温を約40°Cに設定します。 子豚の深部体温を38.0〜39.5°Cに維持するために、ウォーターブランケットの温度を調整します。
  8. 顎が完全にリラックスしたら、喉頭に1%のリドカインをスプレーします。携帯型パルスオキシメータモニタリングで標準的な気管内挿管を行います。
  9. 監視装置の適切な機能を確認、取り付け、確認します:パルスオキシメータ、カプノグラフ、ECGテレメトリリード、温度プローブ。
  10. 外科的処置中に子豚に吸入イソフルラン(2〜5%)を麻酔薬として投与し、麻酔の深さに応じて調整します。心拍数、呼吸数、呼吸パターン、酸素飽和度、まぶた、離脱反射の評価を通じて、麻酔の深さを監視します。
  11. 次の初期人工呼吸器設定を使用します:PEEPは4 cmH2O、潮汐量は8〜10 mL / kg、吸気と呼気の比率は1:1です。人工呼吸器の速度は 26 〜 36 / 分の範囲であり、ポイントオブケア血液ガス分析装置を使用して分析された動脈血ガスで pCO2 が 35 〜 42 mmHg になるように調整されます。
  12. 子豚を仰臥位に置きます。滅菌眼科用軟膏を両眼に塗布して、処置中に潤滑します。
  13. 手術部位の毛を剃ります。滅菌ガーゼと消毒剤スクラブ(ポビドンヨード7.5%)を使用して、胸部を内側から外側に3回円を描くように消毒します。余分なスクラブ溶液を滅菌ガーゼで拭き取ります。無菌技術を使用して、手術部位(首と胸の左側)とその周辺をドレープします。
  14. 修正されたセルディンガー技術を使用して、頸動脈(3.5フレンチシングルルーメンカテーテルまたは24ゲージIVカテーテル)と内頸静脈(5つまたは6つのフレンチダブルまたはトリプルルーメンカテーテル)の両方に中心カテーテルを配置し、圧力モニタリング、採血、および投薬の手順中の静脈アクセスを行います。
  15. 周術期敗血症予防のためのセファゾリン(30 mg / kg)とストレス潰瘍予防のためのラニチジン(1 mg / kg)の静脈内投与を投与します。.中心静脈カテーテルを介して静脈内維持液(D5WNS)を開始します。

2. 肺動脈弁尖のバイオプトーム破壊

  1. 手術面の確認後、第 3 肋間腔で左開胸術を行い、主要な肺動脈を視覚化するための適切な露出を確保します。
  2. 滅菌ジェルとスリーブを使用して、左開胸術による心外膜心エコー検査を実施して、心房中隔欠損症、動脈管開存症の存在を評価し、次に肺弁と三尖弁をスイープして先天性異常を評価します。
  3. 左開胸切開を通して、主肺動脈(MPA)に巾着縫合糸を留置し、スネアに取り付けます。
  4. ニードルイントロデューサーを使用して、巾着縫合糸の中央でMPAに穴を開け、ワイヤーを進めます。ワイヤーを介して、カスタムデザインのフランジ付き7フレンチカテーテルシースをMPA切開部に送ります。巾着縫合糸をカテーテルフランジに巻き付けて、カテーテルをMPAの表面にしっかりと固定し、スネアを締めることができます(図1)。
  5. シースにバイオオプトームを導入し、心外膜心エコー法のガイダンスの下で肺動脈弁に進みます。.
  6. 直接心外膜心エコー図の視覚化の下で、バイオオプトームを使用して肺動脈弁尖の咬傷を固定します。バイオオプトームを抜くと、尖端断裂が生じ、肺動脈弁が破壊されます。
    1. 必要に応じてこのプロセスを繰り返して、中等度から重度の肺逆流を達成します。これは、枝肺動脈の脈波ドップラー尋問を使用して評価されます。手順の時点で、0.6〜0.7の逆速度と前進速度の時間積分(VTI)比を達成することを目指しています。満足したら、バイオオプトームを撤回します。
  7. 処置中は、処置中に正常な血圧を維持するために必要に応じて、エピネフリン(0.05〜0.15μg/kg/分)および/またはノルエピネフリン(0.05〜0.15μg/kg/分)の静脈内注入を投与します(平均全身動脈血圧60〜80mmHg)。

3. 肺動脈バンドの配置

  1. 以前に配置したシースにシングルルーメンの5フレンチアンビリカルカテーテルを挿入し、肺動脈バンドの配置中にRV圧力を監視するために右心室(RV)に進めます。
  2. シルクまたは合成の編組非吸収性縫合糸をシラスティックバンドの中央に織り込み、補強と強度を高めます。このシラスティックバンドを肺動脈弁とカテーテル穿刺部位の近位の間のMPAに巻き付けます。
  3. 直接RV圧力測定により、肺動脈バンドを締め、血管クリップを使用して調整し、≥60%の全身RV収縮期血圧を達成します。希望の圧力に達したら、縫合糸を結び、肺動脈バンドを固定します。
  4. 臍帯カテーテルを肺動脈バンドを横切って遠位MPAに進め、プルバック肺動脈バンドの勾配を作ります。アンビリカルカテーテルとシースを取り外します。
  5. 巾着縫合糸を結び、MPA穿刺部位を閉じます(図2)。
  6. 左開胸術の切開部を 3 層に閉じ、最初の層に非吸収性縫合糸を使用し、次に吸収性縫合糸を使用して筋肉層を閉じます。スキンステープルを貼ってスキンレイヤーを閉じます。
  7. 局所鎮痛のためにブピバカイン(0.5%、最大用量2 mg / kg)で皮膚切開部の周りに浸潤します。.以前に投与された皮下徐放性ブプレノルフィンに加えて、術後鎮痛のためにメロキシカム(0.2 mg / kg)の単回静脈内投与を投与します。.
  8. 動脈と静脈の両方の中心線を切除し、血管を結んで止血を確保します。
  9. 切開部にヒビタンクリーム(1%クロルヘキシジン)を塗布し、切開部を覆う包帯を固定します。
  10. 吸入したイソフルランをオフにします。.子豚が適切な気道保護メカニズムで自力で呼吸できるようになったら、術後の回復モニタリングとケアで抜管します。
  11. 切開感染の予防のために、子豚に経口セファレキシン30 mg / kg BIDの経験的な5日間のコースを与えます。.

4.心エコー評価

  1. カラードップラーと 0 から 4 のグレードで肺逆流を定性的に評価します [0 = なし、1 = 些細な (単一の狭いジェット)、2 = 軽度 (ジェットの長さが 10 mm、近位ジェット幅と RV 流出路の比率が <0.25 < 0.25)、3 = 中等度 (近位ジェット幅と RV 流出路の比率が 0.25 から 0.65 の単一または複数のジェット)、 4 = 重度 (近位ジェット幅と RV 流出路の比率 > 0.65) のワイド ジェット。
    1. 介入群では、枝状肺動脈のパルス波ドップラーを使用して逆速度から前進速度への時間積分(VTI)比を測定することにより、肺逆流を半定量化します(図3)。
    2. カラードップラー評価[0 = なし、1 = 軽度 (単一の狭いジェット)、2 = 軽度 (複数の狭いジェット)、3 = 中等度 (右心房の中央部に達する広いジェット)、4 = 重度 (右心房の後壁に達する広いジェット)]を通じて、三尖弁逆流の重症度を 0 から 4 に定性的に等級付けします。肺動脈弁逆流と三尖弁逆流の等級付けシステムはどちらも、現在のガイドライン14、15、16、17、18、19に準拠しています。
  2. 右心室分画面積変化 (RV FAC) を使用して、右心室収縮期機能を評価します。これは、頂端 4 室ビューで拡張末期および収縮期末の右心室の心内膜境界によって結合された領域を追跡することによって測定されました。RV FAC を 2 つの領域間の差として計算し、拡張末期 RV 領域のパーセンテージとして表します。RVFAC値<35%は、異常なRV収縮機能20を表す。

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結果

モデル検証のために、肺動脈弁破壊を伴う左開胸術を受けた子豚10頭(雄5頭、雌5頭)と肺動脈バンドの配置(介入群、IP)と、左開胸術を受けた年齢および性別一致の対照子豚10頭(対照群、CP)を比較した。ベースラインでは、介入前に、すべての子豚は、正常な右心室の形状と機能を伴う肺逆流がないか、軽微な肺逆流を持っていました。対照群には、軽度の三尖弁逆流を呈した子豚が1頭いました。残りのすべての子豚には、三尖弁逆流がまったくないか、または軽微な三尖弁逆流がありませんでした。開胸術後の対照群では、三尖弁または肺逆流に対する急性変化は認められなかった。介入後、介入群のすべての子豚は中等度から重度の肺逆流を起こし、1頭の子豚では三尖弁逆流が軽度から軽度に増加しました。右心室収縮機能は、両方のグループで正常でした。介入群では、介入手術の成功可能性や達成の容易さに関して、性別による差はなかった。

4 週間の回復期間の後、子豚は 2 回目の麻酔を受け、RV 圧の心臓内直接測定と、超音波システム上のマトリックス X-7 経胸壁トランスデューサを使用した三尖弁の 3 次元心エコー検査 (3DE) イメージ...

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ディスカッション

この新しい心臓モデルの開発中、最終的なモデル設計にはいくつかの考慮事項が影響しました。

子豚の年齢と外科的曝露
現在の子豚モデルを策定する前に、チームは1週齢から6週齢までの子豚の死体に取り組み、手続きの器具と曝露が適切な年齢範囲を決定することを目標としてきました。外科的処置には直接心エコー検査のガイダンスが必要だったため、子豚は心エコープローブを心外膜に配置できるように適切なサイズであり、処置機器を操作するための十分なスペースが必要でした。この研究から、左外側開胸術が手術のための主要な肺動脈への最良の曝露を提供したと判断しました。また、生後3〜4週齢の子豚は、外科的処置に適したサイズであることがわかった。子豚が飼育されたアルバータ大学豚研究技術センター(SRTC)の研究獣医師および同僚との話し合いにより、生後4週間の子豚は、子豚が一貫して雌豚から引き離され、自分で給餌された最も早い年齢であったため、外科的処置、回復、および暫定的な成長に最適な生存特性を持っていると判断されま...

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開示事項

著者は開示していません。

謝辞

この研究活動は、Stollery Children's Hospital FoundationがWomen and Children's Hospital Research Instituteを通じて提供した寛大な助成金によって支援されました。

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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
Drugs
1%リドカインスプレーWDDC103365リドダン30mL
アトロピンナトリウム注射WDDC / Rafter8製品0.5mg / mL
ピバカインWDDC /ステリマックス5mg / mL
プレノルフィンHCl徐放性注射カイロン調剤薬局1mg / mL
ブプレノルフィン レギュラーWDDC/チャンピオン アルスト121378 獣医学 0.3 mg/mL
セファゾリンWDDC/フレゼニウス カビ1020161 g/バイアル
セファレキシン カプセルWDDC/ノボレキシン 250 mg/カプセル
エピネフリンWDDCアドレナリン (1:1000) 1 mg/mL
フロセミド錠WDDC/ノボファーム10 mg 錠剤
ヨウ素スクラブ/スプレーCardinal HealthKF22422ベタジン ブランド
ケタミン塩酸塩注射WDDC/ベトキノール131771ナルケタン 100 mg/mL
ミダゾラムWDDC/サンド1011005 mg/mL
ノルエピネフリンWDDC1 mg/mL
ペントバルビタール ナトリウムWDDC/Bimeda-MTC127189エウタニル 240 mg/mL
ラニチジン注射WDDC25 mg/mL
ラニチジン錠Sanis300 mg 錠
サージカル スクラブ スポンジスティーブンス333-3774794% CHG サージカル ソープ スクラブ ブラシ
Equipment
24G ペフラール周囲 IV カテーテルBDInsyte-N
5Frダブルルーメン中心静脈カテーテルArrowCS-1450220cm
5Fr シングルルーメン臍帯血管カテーテルCovidien/Kendall8888160333アーガイル 15インチ
6インチ 胸部リトラクターRRSMRI
6Fr トリプルルーメン中心静脈カテーテルArrowJR-42063-HPHNM20cm
7Fr フランジ付きカテーテルシースDr. Coeカスタムデザイン
アドソン鉗子RRSMRI
Aestiva/5 人工呼吸器GE Datex Ohmeda
非外傷性鉗子テレフレックス351865
バイオオプトDr. Coe ラボマンスフィールド生検鉗子
湾曲止血器RRSMRI
湾曲した蚊止血剤RRSMRI
デバキー鉗子 (ロング)テレフレックス351804
デバキー鉗子 (ナロー)テレフレックス351802
デバキー鉗子 (RG)テレフレックス351800
エコープローブカバーCivco
気管内チューブスティーブンス180-112082055ラッシュ マーフィー アイ ロー プレス カフ
アイリススプリングはさみフィッシャーサイエンティフィックNC0127560
iSTAT 1血液ガス分析装置アボットラボラトリーズMN:300-G
iSTAT CG4+ カートリッジアボットラボラトリーズ03P85-50
ケリー ヘモスタットファインサイエンスツール1301914
コッチャー鉗子RRSMRI
大型陸軍/海軍リトラクターRRSMRI
喉頭鏡MACO CE Miller#4 ブレードLA6226-4Macolaryngoscope.com
リガクリップアプリケーター LエチコンLC430
リガクリップアプリケーター MエチコンLX210
リガクリップアプリケーター SエチコンLX110
メタルサクションチップRRSMRI
メッツェンバウムはさみ (LG)RRSMRI
メッツェンバウムはさみ (Md)RRSMRI
ミクスター - ロング/ミッドワイドRRSMRI
ミクスター - ロング/ナローRRSMRI
ミクスター - ロング/ワイドRRSMRI
ミクスター - ショート/ナローRRSMRI
ニードルドライバー 10"RRSMRI
ニードルドライバー6 "RRSMRI
ニードルドライバー7 "RRSMRI
フィリップスiE33心エコー検査機フィリップスX7およびS12プローブ
圧力ラインチューブと3ウェイストップコックフリードラボ
ラット歯鉗子RRSMRI
シラスティック強化シーツBioplexusSH-21001-0406" x 8" x .040" 光沢
小型陸軍/海軍 リトラクターRRSMRI
ストレート止血
RRSMRI
縫合糸: 4-0 および 5-0 合成、非吸収性縫合糸、2-0 シルクDr. Freed ラボ
タオルクランプRRSMRI
血管止血帯Dr. Freed lab
Weitlaner retractor (Md)RRSMRI
Weitlaner retractor (Sm)RRSMRI
Zoll R Series モニター除細動器Zoll technologies
ブブー ボファーム ノ博士 ストレート止血器 RRSMRI 器

参考文献

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