右室不全と機能性三尖弁逆流の慢性ヒツジモデル

サマリー

右心室不全と機能性三尖弁逆流は、左側の心臓病と肺高血圧症に関連しており、患者の罹患率と死亡率に大きく寄与しています。右心室不全と機能性三尖弁逆流を研究するための慢性ヒツジモデルを確立することは、それらのメカニズム、進行、および可能な治療法を理解するのに役立ちます。

要約

右心室機能障害に関連する重度の機能性三尖弁逆流(FTR)の病態生理は十分に理解されておらず、最適ではない臨床結果につながります。FTRのメカニズムを調べるために、FTRと右心不全の慢性ヒツジモデルの確立に着手しました。20匹の成体雄羊(6〜12ヶ月齢、62±7kg)が左開胸術とベースライン心エコー検査を受けた。肺動脈バンド(PAB)を配置し、主肺動脈(PA)の周りに固定して収縮期肺動脈圧(SPAP)を少なくとも2倍にし、右心室(RV)圧過負荷とRV拡張の兆候を誘発しました。PABは、SPAPを21 ± 2 mmHgから62 ± 2 mmHgに急激に増加させました。動物を8週間追跡し、心不全の症状を利尿薬で治療し、監視心エコー検査を使用して胸水および腹液の採取を評価しました。追跡期間中に3匹の動物が脳卒中、出血、急性心不全のために死亡した。2ヵ月後,胸骨正中切開術,心外エコー検査を施行した.生き残った17匹のうち、3匹が軽度の三尖弁逆流を発症し、3匹が中等度の三尖弁逆流を発症し、11匹が重度の三尖弁逆流を発症した。8週間の肺動脈バンディングの結果、右心室機能障害の安定した慢性ヒツジモデルと有意なFTRが得られました。この大型動物プラットフォームは、RV障害および機能的三尖弁逆流の構造的および分子的基盤をさらに調査するために使用できます。

概要

右心室不全(RVF)は、心臓病患者の罹患率と死亡率に寄与する重要な要因として認識されています。RVFの最も一般的な原因は、左側心臓病と肺高血圧症^です1。RVFの進行中に、右心室(RV)機能障害、環状拡張、および弁下リモデリングの結果として、機能的三尖弁逆流(FTR)が発生する可能性があります。中等度から重度のFTRは、死亡率の独立した予測因子^であり2,3、三尖弁逆流症例の80%〜90%が本質的に機能的であると推定されています⁴。FTR自体は、後負荷または前負荷のいずれかに影響を与えることにより、有害な心室リモデリングを促進する^{可能性があります5}。三尖弁は歴史的に忘れられた弁⁶と考えられており、左側心臓病の治療は関連するRV病理と^FTR7を解決すると信じられていました。最近のデータは、これが誤った戦略であることを示しており、現在の臨床ガイドラインは、FTR⁴へのはるかに積極的なアプローチを提唱しています。しかし、右心室機能障害に関連する重度のFTRの病態生理学はまだよく理解されておらず、最適ではない臨床結果につながります⁸。RVFの現在利用可能な大型動物モデルは、圧力、体積、または混合過負荷に基づいています。RVFとTRの大型動物モデルについては以前に説明しましたが、急性期のみでした⁹。

現在の研究は、肺動脈バンディング(PAB)の慢性ヒツジモデルに焦点を当てており、RVの後負荷(圧力過負荷)を増加させ、RV機能障害とFTRを誘発します。後負荷モデルは、微小血管系の変化が予測不可能であり、可能性が高い肺高血圧症モデルと比較して信頼性が高く再現性があります¹⁰。この研究の目的は、RVFとFTRの慢性大型動物モデルを開発することでした 左側心臓病と肺高血圧症の患者のRV圧力過負荷を最も正確に模倣します。このようなモデルの確立により、RV機能障害および三尖弁機能不全に関連する心室および弁膜リモデリングの病態生理学に関する詳細な研究が可能になります。ヒツジモデルは、僧帽弁に関する以前の研究と、ヒトとヒツジの心臓の解剖学的および生理学的類似性を支持する公開された文献に基づいて選択されました^11,12,13。

この研究では、20匹の成体ヒツジ(62 ± 7 kg)が左開胸術と主肺動脈バンディング(PAB)を受け、収縮期肺動脈圧(SPAP)を少なくとも2倍にし、RV圧過負荷を誘発しました。動物を8週間追跡し、心不全の症状は臨床的に明らかな場合は利尿薬で治療した。RV機能と弁膜能力を評価するために、監視心エコー検査を定期的に実施しました。モデル開発のための実験プロトコルの完了後(8週間)、動物は正中胸骨切開術と心外膜および心臓内構造へのソノマイクロメトリー結晶の移植のために手術室に戻されました。この手順は、心拍動を伴う心肺バイパスおよび両翼制御を用いて行われた。右心支持のための変力剤を必要とせずに、心肺バイパスから動物を引き離したり、安定した定常状態の血行動態環境でソノマイクロメトリーデータを取得したりすることに問題はなかった。近い将来、右開胸術を用いた三尖輪形成術などの右心手術を末期実験と生存実験の両方で実施する予定です。現在の経験から、心肺バイパス術から動物を難なく引き離すことが可能であり、長期生存が可能であると私たちは信じています。そのため、このモデルにより、臨床的に関連する心臓手術の実施が可能になると考えています。以下は、ヒツジ実験プロトコルを実施するために実行されるステップ(周術期および手術)の説明である。

プロトコル

このプロトコルは、ミシガン州立大学の施設動物管理および使用委員会(IACUC)によって承認されました(プロトコル2020-035、2020年7月27日に承認)。この研究では、体重62±7 kgの成体雄羊20頭を使用しました。

1.術前のステップ

1. 手術の12時間前(一晩)に動物を絶食させる。
2. 動物を羊の椅子に置き(図1)、長い11 Frイントロデューサーシース(シースの長さ= 10 cm)を使用して右頸静脈カニュレーションの準備をします。
3. IV配置部位に沿ってバリカンで剃ります-右頸静脈の正中線から約10〜15 cmの外側の首の右前方。
4. 動物の頭を左に回して、首の右側の前部と外側が露出するようにします。頸静脈コースをローカライズします。これを容易にするために、首の底を圧迫して静脈を変形させます。
5. クロルヘキシジンとアルコールベースのスクラブで洗浄し、1%リドカインで局所的に麻酔をかけます。
6. 説明されているように、首の中央から上3分の1の頸静脈をカニューレします。
   1. 静脈に垂直な番号11の刃で静脈の上の皮膚を切ります。
   2. 14Gの血管カテーテルでカニュレーションします。所定の位置にあるとき(針から血液が出ている、または血液が点在している)、針を外し、カテーテルを離れ、ガイドワイヤーを通過させ、カテーテルを取り外し、11 Frシースを配置して固定します。
   3. 暗赤色の血液を採取し、生理食塩水フラッシュを実行して、挿入部位の流れと腫れがないことを確認することにより、カニューレの開存性と適切な配置を確保します。
7. 1.0-1.5 mg / kgの静脈内(IV)でプロポフォールの誘導を開始します。.
8. 番号5ブレードを備えた喉頭鏡を使用して、番号9気管内(ET)チューブで挿管します。このためには、1人が顎と舌を固定し、もう1人が気管を識別し、ETチューブを挿入し、シーリングカフを膨らませる必要があります。ETチューブの両側の呼吸音と結露によって適切な配置を確認します。
9. 鎮痛薬ブプレノルフィンを0.01 mg / kgで静脈内投与し、抗生物質予防のために240 mgのゲンタマイシンと1 gのセファゾリンを使用します。.
10. 動物を羊の椅子から手術台に移し、右側に置きます。

2.手術の手順

1. 15 mL / kg(12〜18呼吸/分)で換気し、酸素流量は4 L /分、イソフルランは2.5%〜4.0%で換気します。.適切な麻酔を確認して、被験者が手術レベル(ステージ3)にあることを確認するために、顎のトーンと目の回転を確認します。
2. 眼科用注射をして両目を滑らかにし、胃管を挿入してガスと食物を確実に排出します。心電図(EKG)、パルスオキシメータ(SpO 2)、カプノグラフ(ETCO₂)、および体温モニターを接続します。心電図の四肢リード(I、II、III)をワニ口クリップを介して皮膚に、SpO 2センサーを動物の頬に、ETCO₂チューブを気管内チューブに取り付け、温度プローブを鼻孔から鼻咽頭に通します。
3. 手術フィールドを準備します。左前胸部を剃り、クロルヘキシジンとアルコールベースのスクラブできれいにし、滅菌ドレープで覆います。
4. 4番目の肋間腔のレベルで10 cmの長さの皮膚と皮下切開を行います。
5. 胸部入口を特定し、肋間腔を下向きに数えて、正しい肋間腔を確認します。その後、中央と4番目の肋間腔に沿って切開を続けます。
6. 肋間筋を分割し、胸腔を開き、ミニ開胸術フィノキエットスタイルのリトラクターで肋骨を広げます。開胸術を行う際には、切開の胸骨境界の左内乳動脈(LIMA)と上縁の肺を傷つけないように注意してください。
7. ベースライン心外膜エコー検査を実行して、両心室機能と弁膜能力を評価します。非標準ビューの発生は、三尖弁(TV)に焦点を当てたミニ開胸術、左右の心室機能、および肺動脈の流れが原因である可能性があります。
8. 切開部の胸骨境界にあるLIMAを特定し、その周囲の隣接する組織を取り除き、圧力モニタリング用の動脈ラインを確立する準備をします。
9. 動脈の周りに2本の4-0シルク縫合糸を配置し、1本はカニューレ挿入部位(動脈カテーテルを固定するために使用)の近位部ともう1本の遠位に配置します。
10. クリップアプライヤー付きのチタンクリップを使用して、LIMAの遠位部を計画されたカニュレーション部位にクリップし、カニューレ挿入中の逆流出血を防ぎます。
11. 11番のブレードを備えたLIMAのカテーテルの円周の半分である垂直切開を行います。
12. 18G血管カテーテルを挿入し、動脈ラインモジュールに取り付けます。約120 / 80mmHgの圧力に達したら、先ほど配置した2本の4-0シルク縫合糸を使用してカテーテルを所定の位置に固定します。
13. 左横隔神経を傷つけないように注意しながら、肺動脈洞のレベルから始めて主肺動脈(MPA)に沿って横方向に4〜5 cm進む心膜切開を行います。
14. 開いた心膜に4〜5回の収縮ステッチを適用して心膜ウェルを作成すると、肺幹と大動脈の間の露出と解離が容易になります。
15. MPAを、左心房付属器のレベルから始めてAAに向かって、鈍い直角鉗子を使用して、その起源から約2〜3 cmの上行大動脈(AA)から解剖します。MPAをAAから完全に分離するには、電気焼灼またははさみを使用して、2つの構造間の結合組織を除去します。
16. 鈍い直角クランプでMPAの周りにアンビリカルテープを通します。MPA副鼻腔から1cm離れた場所に5-0モノフィラメントの巾着縫合糸を配置して、MPA圧力ラインを確立します。
17. 20Gの血管カテーテルを挿入し、モニタリングラインに接続します。アンビリカルテープを締める前に、正しいMPAと動脈線の読み取り値が達成されていることを確認してください。動脈圧と肺圧は異なる場合がありますが、人間の患者の値に匹敵する必要があります。.
18. アンビリカルテープの両端を持ち、それらを一緒にクリップしてMPAの内腔を減らします。
19. 全身血圧が着実に低下し始めるまで、各クリップを前のクリップの下に配置して、クリップアプライヤーを連続して適用してバンドを徐々に締めます(図2)。この時点で、最後に配置したクリップを取り外して、全身血圧を安定させます。
20. 最大のクリンチングと安定した血行動態条件が達成されたら、遠位移動を避けるために、5-0モノフィラメント縫合糸を使用してMPAの外膜にアンビリカルテープを固定します。
21. ステップ2.7のように、バンディング後の心エコー検査を実行して、両心室機能と弁膜能力を評価します。MPAの圧力ラインと動脈ラインを取り外し、バンドと動脈ラインを配置した領域からの出血がないか確認して、良好な止血を確保します。
22. 胸部チューブを左胸部に配置し、最初の切開の下に入り口の肋間腔を1つ配置します。2つのビクリルサイズ2縫合糸で肋骨を閉じ、筋肉と皮下組織用のビクリル2-0と皮膚用のプロレン3-0の3層の連続縫合糸で創傷を閉じます。
23. 出血の兆候が見られない場合は、人工呼吸器から動物を引き離す前に胸部チューブを取り外します。
24. 動物を人工呼吸器から引き離し、抜管し、それを単一のケージに移動し、そして少なくとも1時間それを密接に追跡する。中央のIVラインをそのままにして、首に緩く適用された包帯を使用して固定します。
    注:術後の静脈内鎮痛は、術後3日間、ブプレノルフィン(0,05 mg / kg)とフルニキシン(1.2 mg / kg)で維持されました。

結果

モデル開発のための実験プロトコルの完了後(ほぼ8週間)、動物は胸骨正中切開術と心外膜および心臓内構造へのソノマイクロメトリー結晶の移植のために手術室に戻されました。この手順は、我々のグループが以前に詳細に説明したように、心拍動および両翼制御を伴う心肺バイパスを用いて行われた⁹。心肺バイパスから動物を引き離したり、安定した定常状態の血行動態環境でソノマイクロメトリーデータを取得したりするのに問題はなかった。

肺動脈バンディングは、SPAPを21 ± 2 mmHgから62 ± 9 mmHgに急激に増加させました(p = 0.001)。追跡期間中に3匹の動物が脳卒中、出血、急性心不全のために死亡した。生き残った17匹のうち、3匹が軽度のTRを発症し、3匹が中等度のTRを発症し、11匹が重度のTRを発症しました。追跡期間後の平均TRグレード(0-4;0=なしまたはトレース、1=軽度、2=中等度、3=中等度重度、4=重度)は0.8±0.4から3.2±1.2(p = 0.0001)に増加した。 ...

ディスカッション

このモデルでは、8週間の肺動脈バンディングにより、右心室機能障害の安定した慢性ヒツジモデルが得られ、ほとんどの場合、有意なFTRが得られました。提示された慢性PABモデルの長所には、RV応答への影響は異なる場合がありますが、手順中の正確な後負荷調整が含まれます。このモデルは、肺動脈狭窄の程度によって重症度が変調された、さまざまな程度のRV障害またはFTRを評価するのに適しています。さらに、肺高血圧症モデルとは異なり、メインPAのレベルで固定された安定した抵抗を適用すると、後負荷¹¹に対する肺血管床の変化の影響が排除されます。肺動脈塞栓術を伴う肺高血圧症のヒツジモデルは、RVF¹⁴を予測可能に誘導することが実証されていません。.しかしながら、正確なTRグレードは言うまでもなく、右心不全¹⁵の所望の程度(表現型)を達成するためにバンドを適切に締めることは困難であり得る。これは、すべての動物(62 ± 9 mmHg)で同様のピークPA圧力が達成されたため、研究に反映されていますが、TRまたはRHFのい...

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
麻酔器 Dräger Narkomed MRI-2	Dräger	4116091-001
血管カテーテル	BD	BD382268	14GAx8.25cm
BD ChloraPrep スクラブ ティール 26 ml アプリケーター 滅菌溶液
ブレード #11	バード パーカー	371111
ブプレノルフィン	HIKMA
セファゾリン 1.0g	Hikma	0143-9924-90
Diprivan 200mg/20ml	63323-0269-29	FRESENIUS KABI
電気外科用発電機 Valleylab Force FX	Valleylab	CF5L44233A
ゲンタマイシン硫酸塩 40 mg/mL	フレゼニウス	406365
i-Stat 血液分析装置 MN 300	アボット
リドカイン HCl 1%	ファイザー	243243
オープン ライゲーション クリップ アプライヤー ホライゾン ミディア	ム テレフレックス	237061
パーマハンド シルク縫合糸	パーマ ハンド	SA 63H
ピナクル イントロデューサー シース	テルモ	RSS102	シース 長さ 10cm
プロレン 3-0	エチコン	8684H
チタン クリップミディア	ムテレフレックス	2200
アンビリカルテープ	Ethicon	EFA 1165
VICRYL 2 コーティング未染色 1X54" TP-1	ETHICON	J 880T
Vicryl 2-0	ETHICON	J269H