方法論記事

肺動脈バンディングを用いた右側心臓リモデリングと不整脈のラットモデル

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DOI：

10.3791/67001

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2024年8月30日

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1Montreal Heart Institute, 2Department of Pharmacology and Physiology, Université de Montréal, 3Department of Medicine, Faculty of Medicine, Université de Montréal

この記事について

サマリー

右心不全(RHF)は、右側の心臓の拡張と肥大を特徴とし、心室および心房の機能不全を引き起こします。RHFに関連する心肺疾患は、心不整脈のリスクの増加を伴います。この記事では、心室および心房性不整脈形成の亢進に関連する肺動脈バンディング誘発性RHFの標準化されたモデルについて説明します。

要約

慢性閉塞性肺疾患や肺動脈性肺高血圧症(PAH)などの臨床症状は、慢性的な右心室圧過負荷や進行性右心不全(RHF)につながる可能性があります。RHF は、RV と右心房 (RA) に影響を与える異常な心筋機能に関連する右側心肥大と拡張によって特定できます。私たちは最近、重度のRHFが心房の炎症、心房線維症、および心房不整脈(CA)の最も一般的なタイプである心房細動(AF)のリスクの増加を伴うことを示しました。最近の研究では、RVおよびRAの炎症が、AFを含むCAの不整脈形成に重要な役割を果たしていることが示されています。しかし、RHFにおけるCAおよびAFの発症における炎症の影響については、十分に説明されていません。

RHFの実験モデルは、右側心筋の炎症とCAとの関連をよりよく理解するために必要です。モノクロタリン(MCT)誘発性肺高血圧症(PH)のラットモデルは、RHFを誘発することが十分に確立されています。しかし、MCTは重度の肺毒性と肺の炎症を引き起こします。したがって、MCT誘発性RHFは、その後の心筋炎症がRHF自体に由来するのか、それとも損傷した肺から分泌される循環炎症シグナルに由来するのかを区別するのに役立ちません。

この記事では、肺動脈幹バンディング(PAB)を含む機械的方法を使用して、右側の心不整脈を誘発しました。PAB は、肺動脈幹の永久縫合を 3 週間行うことで構成されます。このようなアプローチでは、右側の圧力過負荷が増加します。PAB 後の D21 では、縫合糸により、肥大、拡張、および炎症を起こした RV と RA が生じます。PAB 誘発性 RHF は、心房細動を含む心室性および心房性不整脈に対する脆弱性も伴います。

概要

右心不全(RHF)は、右心室(RV)および心房(RA)の肥大と拡張を特徴とし、肺動脈(PA)の狭窄による慢性的なRV圧力過負荷に反応して右側心不全を引き起こします1。したがって、PAの狭窄を誘発する条件は、RHF 1,2,3,4のリスク増加の原因となる可能性があります。臨床データから、RHFがPA高血圧症(PAH)患者の入院の主な原因(56%)であることが明らかになりました2。臨床研究では、血栓塞栓性肺高血圧症(PH)や特発性PAHなどのPAHの原因とは無関係に、患者はRHFにしばしば影響を受け、上室性頻脈性不整脈や心房細動(AF)2,5,6などの心不整脈を発症しやすくなることが示されています。

PAHとRHFとの関連をよりよく理解するために、モノクロタリン(MCT)の単回投与モデルを含む動物実験を使用して、重度の肺炎症とRHF7,8を誘発しています。最近、MCT誘発性RHFがRA炎症およびAF9と関連していることが観察されました。しかし、MCT誘発性肺炎症および循環サイトカインの重要性のために、MCT誘発性RA炎症がRHFのみの結果であるかどうかを説明することは困難であった9。したがって、RHF 誘発性心不整脈の新しいモデルが必要でした RA 炎症状態を研究するために。

PAトランクバンディング(PAB)実験モデルは、閉塞性PA疾患を模倣し、心臓の右側に影響を与える関連する病理学的心臓リモデリングを研究するために、さまざまな動物種で使用されてきました10。PAB は、RV 過負荷 10,11,12,13,14,15,16 を模倣したさまざまな研究で、右 RV の機能不全と失敗を誘発する効果的な方法として報告されています。技術的には、PABはPA体幹に永久縫合糸を留置することであり、PA体幹の直径10の機械的減少を引き起こす。PABは、RV10への圧力過負荷を増加させます。まず、RV後負荷の急激な増加に対する代償的適応として、RV腔が拡張し、慢性的なRV肥大10,13を引き起こします。RVの拡張と肥大は三尖弁に影響を及ぼし、三尖弁は漏れやすくなります13。より正確には、RVの顕著な拡張と高いRV後負荷の組み合わせは、RVとRA13,17の間に位置する三尖弁輪を伸ばす効果があります。弁の不完全な閉塞により、収縮期にRVから排出される血液の一部は、RA腔17に向けられます。三尖弁の漏出は心エコー検査で観察でき、三尖弁逆流と呼ばれます17。その後、RAは不適切に高血圧になり、RAの拡張と肥大の増加に寄与します13。慢性的なRVおよびRAリモデリングは、RVおよびRA線維症および機能の喪失につながる局所的な心筋炎症反応を伴います9,13。心臓線維症は、収縮性が低く、心室細動やAFなどの心不整脈の発症に関与する伝導ブロックおよび再突入回路を誘発しやすい低電圧ゾーンの発達を特徴としています18,19。

この論文の独創性は、PAB 誘発性の右側心臓リモデリングの標準化された方法を利用して、PAB 後 3 週間で心不整脈の誘発性を誘発および研究することにあります。この外科的アプローチの主な利点は、i) PA体幹径の減少に対する直接的な制御、および ii) 肺の炎症を回避してRHFに焦点を当てた 心筋不整脈、AFを含む心不整脈を研究するための炎症。

ここで説明するアプローチには、PAB を作成するための精密な顕微手術、RV 後負荷の増加の評価、PAB 誘発性心筋の構造的および機能的リモデリングを観察するための心エコー検査、および AF を含む心不整脈に対する脆弱性を評価するための電気生理学的研究が含まれます。

プロトコル

以下に説明するすべての手順は、モントリオール心臓研究所の倫理委員会(プロトコル番号:2021-2938-2021-47-01および2024-3412-2024-48-01)によって承認され、カナダ動物管理評議会(CCAC)のガイドラインに厳密に従いました。6〜8週齢の雄のWistarラット(225〜275 g)を手順に使用しました。すべての動物はモントリオール心臓研究所の動物管理施設に収容され、水と食物に無料でアクセスできました。

1. 術前準備

  1. 手術前に、121°Cから134°Cの温度で15〜30psiの高圧飽和蒸気のオートクレーブを使用して、すべての手術器具と材料を滅菌し、その後25分間の乾燥サイクルを行います。
  2. 手術に必要な量の薬をすべて準備します。ブプレノルフィン (0.05 mg/kg) とケトプロフェン (5 mg/kg) を手術の 30 分前に皮下注射し、手術後 6 時間 (ブプレノルフィン) と 24 時間後に繰り返す (ブプレノルフィンとケトプロフェン) を含むマルチモーダル鎮痛アプローチを使用します。さらに、切開部位で局所鎮痛を行います(リドカイン5 mg / mL)。.
  3. 手術前にベースラインの経胸壁心エコー検査を実行します (ステップ 6.1-6.13 の経胸壁心エコー検査の詳細な手順を参照) PA の直径を決定し、リードとして使用される適切なゲージ針を選択します PAB 中に予想される PA 直径の 60% の減少を生成します。
    注:この論文では、225〜275gの雄Wistarラットを使用し、19Gの針の利用は、PA直径のそのような60%の減少を生成するために適切でした。
  4. リードとして使用する19Gの針(またはステップ1.3で決定された適切な口径)を準備します(下記を参照:ステップ4.18および4.19)最適なPA体幹狭窄を取得し、ラットの心臓の深刻なリモデリングを引き起こします。.鉗子を使用して、19Gを90〜110°に曲げます(図1A)。
    注:19 Gを曲げると、i)PAトランクの近くに配置され、ii)手順中に結紮を適用することが容易になります。19 Gは、PAの直径を1.0 mm(体重225-275 gのラットで60 %減少)に縮小するために縫合糸を取り付けるリード線として使用されます。これにより、3週間で深刻なRVリモデリングの原因となる大幅なRV圧力過負荷が誘発されます。

2.麻酔の導入と動物の準備

注:分析は、6〜8週齢の雄のWistarラット(225〜275 g)で行われました。.次の手順のすべてのステップで加熱パッドを使用して、動物の体温を約37°Cに保ちます。 直腸プローブを適用して体温を監視します。

  1. イソフルラン3%と100%酸素2〜3 L / minを連続吸入して動物に麻酔をかけます。
  2. 角膜を乾燥から保護するために、目の潤滑ジェルを塗布します。
  3. つま先のピンチ反射を使用して麻酔のレベルを確認します。

3. 挿管

注:挿管は、前述のように行われました20。

  1. 動物を仰臥位で傾斜した挿管ステーションに移します。糸のループを使用してラットを上切歯で保持し、体を45°の吊り下げ位置に維持して、喉の視覚化を改善します。
  2. 柔軟な光源を首の表面に向け、咽頭喉頭蓋領域を透過照らします。
  3. 綿棒を使用して舌を伸ばし、湾曲した計量ヘラを舌圧子として上顎で安定させます。
  4. 気管と声帯を視覚化します。
  5. 16Gの血管カテーテルを使用して挿管を行います。カテーテルを気管チューブとして使用し、斜めの先端の針を鈍くしてイントロデューサーとして使用します。
  6. イントロデューサー(斜め先端針)に取り付けられた気管内チューブ(16G血管カテーテル)を気管に進め、位置が決まったらイントロデューサーを取り外します(図1B)。
  7. 通常の呼吸パターン(体重225gのラットで約80呼吸/分、体重275gのラットで約70呼吸/分)と、カニューレのハブのフランジに置いたときに金属ヘラ(または小さな鏡)の表面にミストが存在することを確認して、チューブの正しい位置を確認します。
  8. 正しく挿管されたら、動物を恒温性発熱パッドを介して仰臥位の手術ステーションに迅速に移します。
  9. ラットの体重に応じて、人工呼吸器の一回換気量と潮汐量を調整します。約225〜275 gのラットは、人工呼吸器を使用して2.0〜2.5 mLの一回換気量と70〜80回の呼吸/分を受け取ります。.
  10. 気管内チューブを人工呼吸器に接続して、機械換気を開始します。人工呼吸器の流出先端を水シリンダーに入れます。各呼吸後に流出から出てくる気泡は、挿管が成功したことを示しています。
  11. 安定した呼吸が確立されたら、気管内チューブをサージカルテープで固定し、直腸プローブを尾に沿って固定して体温を監視します。

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図1:PABの顕微手術の準備に必要な主要な器具 (A)PAB後のPA体幹の直径1mmを得るためのリードとして使用される修正された19G針。(B)ラットの気管内ツールの使用または挿管の成功。 1. ヘラは、麻酔をかけたラットの舌圧子として使用され、気管を露出させます。 2. 16Gカテーテルは、スタイラスの先端を鈍らせた後、気管内チューブとして機能します。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

4. PAB手術(図2)

注:すべての手順は、厳格な無菌手術技術に従って実行する必要があります。

  1. クリッパーと脱毛クリームを使用して胸部の左側を剃り、2%クロルヘキシジンと70%アルコールスクラブ(3回繰り返す)を塗布して皮膚を準備します。
  2. 前肢を医療用テープで開いた位置に固定し、呼吸に影響を与えないように手足を伸ばしすぎないように注意してください。
  3. 右後肢を少し下に引っ張り、尻尾に沿って固定します。
  4. 左後肢を伸ばして内転させ、動物の右側に固定してわずかに右側の位置を生成し、胸の左側を露出させます。
  5. このステップでは、手術の残りの部分に滅菌手袋を使用してください。
  6. 動物に滅菌ドレープを配置し、剣状突起の約2 cm上から開始し、ラットの左前肢の基部に向かって斜めに向け、胸部の左側に2〜3 cmの皮膚切開を行います。
  7. 皮膚の下で、続いて胸筋(小胸筋と大胸筋)を分離し、丸い先端のはさみを使用して鈍い解剖によってそれらを脇に移動します。磁気リトラクターを使用して筋肉を保持し、その下にある胸郭を適切に視覚化できるようにします。
  8. 水シリンダーからアウトフローチューブ(人工呼吸器に接続されている)を取り外して、肺を膨らませます(手順3.10を参照)。水から流出チューブを取り外すと、肺への圧力が低下し、ローブの脱膨張が発生します。
  9. 湾曲した解剖鉗子を使用して左側開胸術を行います。3番目 と4番目の 肋骨の間にある筋肉の鎖骨中央線に小さな穴を開けます。
  10. 湾曲した鉗子を開口部に導入し、2本の肋骨の間の筋肉の左内壁に沿ってスライドさせて、左胸壁をわずかに持ち上げ、筋肉を切断しながら肺に触れないようにします。
  11. 導入した鉗子を目安に、虹彩ハサミで肋骨まで約1cmの縦方向に切開します。左胸壁を持ち上げたまま、はさみを慎重に操作して、真下の左肺葉を傷つけないようにします。
  12. 丸い先端のはさみを使用して、肋間切開を動物の左側に1〜2cmに拡大します。
  13. 傷口を開いたままにするために、リトラクターを肋骨の下に再配置します。
  14. 胸腺の下部と肺の左葉の一部を観察します。
  15. 胸腺と肺をこのレベルで脇に押しのけます、これらの臓器が占めるかなりのスペースを考慮して。鉗子による鈍的解剖を使用して胸腺葉を分離し、濡れたガーゼを使用して左側に肺を保持します。次に、心臓の上部、左心房(LA)、肺幹、大動脈弓を露出させます。
  16. この領域の心臓を覆っている心膜の薄い層を、付着している脂肪組織とともに慎重に鈍く解剖して、大動脈と肺幹がまだ付着している部分を見つけるのを助けます。心膜の解剖を最小限に抑え、胸膜に触れないようにします。
  17. 湾曲した鉗子を、LA付属器と肺幹の間の空間、血管の可視部分の中央に閉じた位置に挿入して、血管の反対側に到達します(図2A)。
    注意:血管の破裂や出血のリスクを防ぐために、心臓の大動脈基部に近づきすぎないようにしてください。
  18. 鉗子の先端が結膜を通って肺幹に向かって見えるようにします。2番目の鉗子を使用して先端を解剖し、メンブレンを慎重に突き刺して小さな開口部を作ります。次に、肺幹の下に配置された湾曲した鉗子をわずかに開いて、5-0シルクスレッドをつかみます。鉗子を引っ込めて、糸を肺幹の一方の側からもう一方の側に持ってきます(図2B、C)。
  19. 肺動脈幹の狭窄を行います。まず、動脈の近くで5-0シルクの緩いダブルノットを練習します。19Gの針を血管に沿って糸の下に挿入します。この最初の結び目をきつく締め、19 Gを取り外す前に2番目の単純な結び目で固定します(図2D)。
    注意: 肺動脈幹の完全な閉塞の持続時間を最小限に抑えるために、迅速かつ慎重に作業してください。
  20. 最後の簡単な結び目を実行し、結び目から約0.5〜1cmのところに残りの5-0シルク糸を切ります(図2D)。
  21. 胸腺葉の位置を変え、胸部リトラクターを取り外します。
  22. 人工呼吸器の流出を2秒間つまんで、肺を再度膨らませます。
  23. 合成吸収性5-0縫合糸でクロスステッチパターンを実行して、胸郭を閉じます。
  24. 創傷領域に0.9%生理食塩水を数滴塗布し、胸壁の両側を圧迫して気泡を取り除き、胸部陰圧を再確立します。
  25. 胸筋の位置を変え、滅菌ガーゼで残りの生理食塩水を拭き取ります。
  26. 注射器を使用して、傷の表面と周辺領域にリドカインのスプラッシュブロックを塗布します。
  27. 針付きの合成吸収性5-0縫合糸を使用して、連続した皮下パターンで皮膚を閉じます。
    注:偽のラットは、ステップ4.18と4.19なしで同じ手順を受けます。

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図2:PABの手順と5.0シルク縫合糸と金属クリップの検証。 PAトランクの段階的な単離と結紮の写真、(A)PAトランクの露出と単離、(B)PAトランクの周りの縫合糸(5.0シルク)の位置、(C)PA(PAB)の結紮(リードとして19G針を使用)を示しています。(D)PABに続く心臓の動きとPAルートおよびRV過負荷の検証。(E)シルク縫合糸と金属クリップで行われたPABの比較。(F)PABの絹縫合糸の選択の検証により、PA体幹の周囲に1mmのより再現性のある直径を作り出すこと。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

5. 術後の回復

  1. 酸素の流れのみでラットを機械的換気下に維持しながら、イソフルランを取り外してください。.ラットを右側または腹側に向け、呼吸を促進します。
  2. 0.9%生理食塩水を背側頸部に皮下注射して、体液の回復を促進します(麻酔の10 mL / kg / hとして計算)。
  3. 自律呼吸が確認されたら、気管内チューブをスムーズに取り外します。
  4. ラットが自分で動き始めるのを観察し、動物を加熱パッドから新しい滅菌ケージに移して回復させます。水とウェットフードを 自由自在に提供します。
  5. 術後期間(4〜6時間)には、ケージを加熱パッド(ケージの半分)の上に置いて、体温を維持し、動物を綿密に監視します。
  6. 痛み、呼吸困難、または異常な行動の兆候を迅速に管理してください。
  7. 術後ケアでは、手術の6時間後に、0.05 mg / kgブプレノルフィンの2回目の投与を注射します。.翌日、手術の24時間後に、0.05 mg / kgブプレノルフィンの3回目の投与と5 mg / kgケトプロフェンの2回目の投与を注射します。.
  8. ラットが完全に健康に回復するまで監視します。

6. 経胸壁心エコー検査

注:この論文は、ラットが経胸壁心エコー検査を受けた手術後21日目に得られたデータを示しています。ただし、研究目的と研究デザインの要件に応じて、研究者はPAB経胸壁心エコー検査の前後に他の時点を定義できます。

  1. 手術前にベースラインの経胸壁心エコー検査を実施して、PA 直径を決定し、PAB 中に予想される PA 直径の 60% の減少を生成するためのリードとして使用される適切なゲージ針を選択します。
    注:この研究では、225〜275gの雄Wistarラットを使用し、19Gの針の利用は、PA直径のそのような60%の減少を生成するために適切でした。
  2. ラットの体重を量り、継続的に吸入したイソフルラン(3%および2 L / min O2)で麻酔します。.
  3. 12Sセクター/マルチエレメントプローブ(4.5-11.5 MHz)と画像取得システムを使用して、各動物に経胸壁心エコー検査を行います。
  4. 12Sプローブを大動脈弁のレベルに配置することにより、2次元(2D)胸骨傍短軸ビューでカラーマッピングを使用します。エコーマシンのカラードップラーボタンをクリックして、肺幹の肺動脈バンディング(PAB)領域を横切る血流パターンを視覚化します。
  5. 2D胸骨傍短軸ビューのカラーマッピングによって導かれてPABを横切ることにより、連続波ドップラー(CW)を実行し、ピーク速度(cm / s)や平均圧力勾配(mmHg)など、PAB領域を横切る血流の特性を記録します。ドップラー曲線を取得するには、肺動脈バンディングのレベルでサンプル量を調整します。
  6. 12Sプローブを心臓の頂点の高さに配置して2Dアピカル4チャンバービューを適用し、手術後のRAとRVの拡大を実証し、ミリメートル(mm)で表される心収縮末期(RAD)のRA水平寸法を決定します。
  7. 2D アピカル 4 チャンバー ビューでカラー マッピングを適用し、エコー マシンでシネループを取得することにより、PAB による三尖弁逆流を明らかにします。
  8. 三尖弁輪とRV側壁の合部を交差させることにより、頂端4チャンバービューで Mモード 心エコー検査を行い、mmで表される三尖弁輪面収縮期エクスカーション(TAPSE)を研究します。
  9. 三尖弁輪と RV 側壁の合流点のレベルで頂端 4 チャンバー ビューで組織 ドップラー イメージング (TDI) を使用して、RV 収縮期パフォーマンスを評価するためのセンチメートル/秒 (cm/s) で表される RV 側壁収縮性 (Sr) を測定します。
  10. パルス波ドップラーを使用して拡張期経三尖弁流(TTF)を頂端4チャンバービューで記録し、初期充填(E)波のピーク速度、心房充填(A)波、TTFのE / Aの比率など、RV拡張期特性を研究します。
  11. 大動脈弁のレベルで胸骨傍長軸図で M モード 心エコー検査を行い、心拡張期末の RV 流出路 (RVOT、ミリメートルで表される) と心収縮期末の左心房寸法 (LAD、ミリメートルで表される) を測定します。
  12. 乳頭筋のレベルで胸骨傍短軸図で 2D M モード 心エコー検査を行い、収縮末期および拡張期の LV 寸法 (LVD および LVDd) を評価します。拡張末期のLV前壁の厚さ(LVAWd)は、すべてミリメートルで表されます。
  13. 短軸傍胸骨ビューで 2D M モードを実行し、LV フラクショナル短縮 (LVFS、パーセントで表される) と LV 駆出率 (LVEF、パーセントで表される) を決定します。

7. 電気生理学的研究(図3)

  1. in vivo 経食道電気生理学的研究 (EPS) のための in vivo 心エコー検査後にラットを麻酔下で維持します。
  2. 心電図電極をラットの皮下(左前肢付近に1枚、右後肢付近に1枚、左後肢付近に1枚)に挿入します。
  3. 極間距離が4mmの5F-四極カテーテルを食道に静かに導入します(図3A)。
  4. 表面心電図で心房収縮を表すP波が経食道カテーテルの心電図で得られたP波と一致するタイミングを正確に判断することにより、RAに近い経食道カテーテルの位置を調整します(図3A、B)。
  5. 各動物の刺激閾値を決定します。このしきい値は、刺激装置が心拍数に直接影響を与える最小電圧です。
  6. 12回の刺激バーストを3セット実行し、各刺激バーストが50Hzで3秒間続き、その後2秒間の静止(1分/セット)のプロトコルに従って、しきい値電圧の4倍に相当する電圧バーストを印加することにより、AFの脆弱性を評価します。各セットの間に、ラットは1分間の休息期間9,13,21を持っていました。
  7. 各バースト後に、AFや心房粗動などの心タキアリュアリズムの発生を特定し、定量化します。
    注:AFは、不規則で超高速の心房拍動(>800 bpm)として定義されます。心房粗動は、P波の不在または規則的に連続するR-R間隔間の複数のP波の規則的なパターンの存在に関連する規則的だが急速な心房リズムとして定義されます。1秒以上続く不整脈エピソードのみが考慮されます。.
  8. 2つの連続した刺激の間の休息期間内に洞調律が自然に回復しない場合は、次の刺激のセットを停止することにより、AFまたは心房粗動の進行中のエピソードを中断することを避けてください。.

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図3:安静時の心拍の図と in vivo 電気生理学的研究のための経食道カテーテルの適切な位置 (A)P波、PR間隔、QRS群、QT間隔、およびR-R間隔を示す安静時の2つの連続した心拍の代表的な心電図。(B)心臓(1)の縦断面と食道(2)の概略図で、四極カテーテル(3)が導入されて心房心電図を刺激し、獲得します。(C)表面心電図(上側トレース)からの心房信号(赤線)がカテーテル心電図(下側トレース)の心房信号と一致する場合の経食道カテーテルの好ましい位置を示す代表的な心電図信号。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

8. 心電図解析

注:ECGの記録と刺激は、ECG取得ソフトウェアを使用して行われました。解析は、ECG解析ソフトウェアを用いて行いました(図3A)。

  1. 心房収縮に対応するP波の持続時間をミリ秒(ms)で測定します。
  2. 房室(AV)結節を通る電気伝導の持続時間に対応するPR間隔(ミリ秒で表される)を決定します。
  3. 心室脱分極に対応する QRS 群 (ミリ秒単位) の持続時間を報告します。
  4. 心室脱分極と再分極の合計時間を反映する QT 間隔 (ミリ秒で表される) を評価しました。
  5. RR間隔(ミリ秒単位)を定量化し、2つの連続した心拍間の時間を示し、心拍数を決定します。

9. 組織学的解析

  1. PAB 後 21 日目にイソフルラン麻酔 (5%、2 L/min O2) 下での放血によりラットを安楽死させます。
  2. RAとLAを分離して、RHFおよび心不整脈に関連するかどうかの心房組織学的リモデリングを分析します。
  3. 切除したばかりの心臓の横断面を頂点から 5 mm のところで行い、RHF および心不整脈に関連するかどうかの心室リモデリングを評価します。
  4. 心筋サンプルをホルマリンで固定し、Massonのトリクローム溶液22 で組織スライドを染色して、PAB後のD21での心室壁の厚さと拡張および心房線維症を定量化します。

10. 統計分析

  1. Shapiro-Wilk 検定によって分布の正規性を評価します。スチューデントのt検定を使用して正規分布データを比較します。
  2. データがノンパラメトリック分布の場合は、マンホイットニー検定を実行します。フィッシャーの正確確率検定を使用して、AF誘導性などのカテゴリ変数を分析します。
  3. 結果を平均 ± 標準誤差を平均値 (S.E.M.) として表します。両側のP値が0.05<統計的に有意な差を考慮します。

結果

手術中のPA体幹の適切な結紮の視覚的確認
PAB処置中、縫合糸の良好な位置決めの指標は、血圧の即時増加とRVとRVとの接合部でのPA体幹の根元の迅速な拡張です。縫合糸は、3週間にわたって一定かつ恒久的な圧力過負荷を確保するために動かしてはなりません。この研究では、5-0 Silkの使用が金属製のクリップよりも安定していることが確認されました(図2E、F)。5-0 Silkは、特定の研究デザインで必要な場合、縫合糸を取り外す可能性も可能にします。

この研究で得られた重要な観察結果は、金属クリップの適用により、19Gリードの周りの自由直径がランダムな形状になり、これがばらつきの重要な原因となっているということでした。この研究では、1mmの安定した直径が必要でした。さらに、金属製のクリップを取り外すと、PA体幹が裂けることがよくあり、これは、正常圧の回復を評価するために縫合糸を取り外す必要がある研究デザインでは受け入れられません(図2E、F)。

PAB誘発性右側心室圧過負荷の確認と測定(図4 および 図5)
PAB後の圧力上昇の理想的な確認は、前述のように静脈内および心臓内カテーテルによる圧力の血行動態測定です9。心臓の長期保存と非侵襲的アプローチを必要とするプロトコルの場合、上記の心エコー法は、CWドップラーを使用して縫合糸周囲の血流速度と圧力勾配の増加を評価するのに役立ちました(図4A、C)。この非侵襲的な方法により、結紮の視覚化と、PABによる動脈径の狭窄によって引き起こされる血流の混乱さえ可能にしました(図4B、C)。これは、PAB 後の D21 で得られた心エコー検査データを示していますが、この方法を適用する研究者は、特定の調査および研究目的の要件に応じて、PAB 前後のさまざまな時点でこのような非侵襲的な経胸壁心エコー検査を実行できます。

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図4:PAB後のPA体幹結紮の評価。 2D傍胸骨短軸ビューの継続波ドップラーを使用して、偽ラットと比較してPABのPAトランクを横切る流れパターンを視覚化しました。(A)RVからPA体幹を通って排出される血流速度の偽ラット(左パネル)とPABラット(右パネル)の測定。(B)偽のPAトランク(左パネル)とPABラット(右パネル)のカラーフローマッピング。通常はRVから排出され、層流で心臓から遠ざかる血液は青色で、固定RV流出閉塞によるPAB後の乱流血流は赤色と黄色で現れます。PA体幹の部分的な結紮は、シルク縫合糸の不透明度により、右側のパネルで認識できます。(C)PAB後のD21での偽物と比較したPABのPAピーク速度(cm/s)をcm/sで表したもの。(D)PAB後のD21での偽物と比較した、PABのmmHgで表される圧力のPA平均勾配の定量化。(統計分析:データは、Shapiro-Wilk検定によって評価されたとおりに正規分布しました。データの比較は、学生のt検定を使用して実行されました。n = グループあたり 6 匹のラット。結果は平均±S.E.M.)で表されます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

心臓の右側では、PABは、PAB後のD21の心エコー検査で観察されたように、RVの厚さの増加と心筋機能不全を伴うRA拡張によって確認された重度のRHFを誘発しました。RV機能に関しては、RV収縮期血圧はPABラットで偽と比較して有意に上昇し、in vivo心エコー検査でもPABでは偽と比較して収縮率(Sr)が減少したことが明らかになりました(図5A-C)。偽ラットと比較して、拡張末期のRV寸法(RVDd)と拡張末期のRV前壁の厚さ(RVAWd)は有意に増加しました。これらの心エコー検査の観察は、安楽死とPABラットの心臓横断面の組織学的分析と偽と比較した後に確認されました(図5D)。後負荷の上昇に応答してRVの体積容量が増加すると、心室中隔がLVに向かって押し出され、LVの相対的な圧縮が発生しました(図5A、D)。

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図5:PAB後のD21でのPAB誘発性右心室リモデリングの確認 (A)4つの心室の2D頂端4チャンバービューは、PABラット(右パネル)と偽(左パネル)の比較でRAとRVの拡張を強調しています。組織ドップラーイメージングは、(B)PABラットのmmHgで表される収縮期血圧の定量化と偽ラットの比較、および(C)PABラットのcm/sで表されるRV側壁収縮性(Sr)の測定に使用されました。(D)偽物(左パネル)とPABラット(右パネル)の心臓横断部の組織学的画像により、PABが偽物と比較してRVの有意な拡大を誘発したことが確認されました。スケールバー:5 mm(統計分析:データは、Shapiro-Wilk検定によって評価されたとおりに正規分布しました。データの比較は、学生のt検定を使用して実行されました。n = グループあたり 6 匹のラット。結果は平均±S.E.M.)で表されます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

PAB誘発性右側心房拡張と三尖弁逆流の評価(図6)
PAB後のD21で実施された in vivo 心エコー検査では、PABによって心臓の右側に圧力が一定に増加するため、LADは変化しなかったがRADは有意に増加したことが確認されました(図5A、 図6A、B)。PAB による持続的な右側圧力過負荷は、三尖弁輪の変形を伴いました。PAB による三尖弁の機能不全は、PAB 後の D21 で実施された in vivo 心エコー検査によって、収縮期の RA への血液漏出を特徴とする三尖弁逆流の観察によって評価されました (図 6C-E)。

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図6:PAB後のD21でのRAおよび三尖弁のPAB誘発リモデリングの評価(A)2D頂端4チャンバービューで測定された偽ラットおよびPABラットの収縮末期(RAD)でのRA寸法の定量化。(B)偽ラットおよびPABラットにおける収縮末期(LAD)でのLA次元の定量化。(C) 2D 頂端 4 チャンバー ビューでのカラー マッピングを記録し、偽 (左パネル) の三尖弁の正常な閉鎖を観察しました PAB 誘発性右翼弁輪の伸張と変形に応答して、RV から PAB ラット (右パネル) への血液漏出を特徴とする三尖弁逆流。(D)頂端4チャンバービューのMモード心エコー検査は、PABラットの三尖弁輪面収縮期エクスカーション(TAPSE)の定量化に使用されました。(E)パルス波ドップラーは、PABラットの三尖弁輪移動速度の定量化に使用されました。(統計分析:データは、Shapiro-Wilk検定によって評価されたとおりに正規分布しました。データの比較は、スチューデントのt検定で行われました。n = グループあたり 6 匹のラット。結果は平均±S.E.M.)で表されます。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

PAB誘発性心不整脈形成の評価(図7 および 図8)
AB誘発性心臓リモデリングは、PAB後のD21の電気生理学的分析によって観察できました。R-R間隔、P波持続時間、QT間隔などのECGパラメータは、PABラットで偽ラットと比較して有意に増加しました(図3A)。これらの変化により、心拍数、心房伝導、および心室収縮性がPABの影響を受けていることが明らかになりました(図7)。

さらに、PABラットは、シャムと比較して、電気刺激に反応してAFを含む心不整脈に対して有意に脆弱でした(図8)。

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図7:心電図分析。 (A)R-R間隔、(B)P波持続時間、(C)P-Rセグメント、(D)QRS群、(E)QT間隔などのECGパラメータ(ms単位)を測定しました。(統計分析:データは、Shapiro-Wilk検定によって評価されたとおりに正規分布しました。比較はスチューデントのT検定によって行われました。各ポイントは個々の動物を表します。n = グループあたり 6 匹のラット。結果は平均± S.E.M.)で表されます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

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図8:AFを含むPAB誘発性心不整脈。 (A)電気生理学的研究中に偽ラット(上パネル)およびPABラット(下パネル)で観察された代表的な表面心電図は、洞調律(SR)、3秒間のバーストペーシング(刺激)、およびそれに続くAFまたは/およびSRの回復を示しています。(B)AFおよび心房粗動(AFl)を含む心房性頻脈性不整脈に対するPAB誘発性脆弱性の定量化。(C)誘導性偽ラットおよびPABラットにおけるAFの持続時間。(統計分析:(B)フィッシャーの正確なテキスト。(C) nは偽物では短すぎて比較検定を実行できなかった。n = グループあたり 6 匹のラット。結果は平均±S.E.M.)で表されます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

死亡率(図9)
D0 での縫合糸の配置は、手術後の D3 までの数分間で、PAB の死亡率が 30% であるのに対し、偽ラットの死亡率は 0% でした。手術後最初の3日間生存したラットは、最終実験の日(D21)まで生存しました。D21後、PABラットの死亡率は、右側リモデリングとRHFの重症度により、PABラットで有意に増加しました(60%対偽0%)。

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図9:死亡率。 D0とD3、D4とD21の間、および手術後のD21後の偽ラットとPABラットの死亡率はパーセント(%)で表されます。. この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

ディスカッション

PABの正常なパフォーマンスは、このプロトコルの最も重要な部分です。大動脈とPA体幹を適切に区別することが重要です。PAの分離は、処置中の裂傷、出血、死亡を避けるために細心の注意を払って行う必要があります。19Gリードの周りの縫合糸の適用は、リードの存在によるPAの「完全な閉塞」が長すぎるのを避けるために、迅速に行い、その後すぐにリードを取り外す必要があります。

調査の要件に従って、5-0 SilkはPAB10,13を実行するために金属クリップよりも安定していると判断しました。さらに、5-0 Silkは取り外しを可能にしましたが、クリップはPAを引き裂くリスクを引き起こしました。PABを実施する研究者は、研究目的10に従って縫合材料(シルク、金属、プラスチッククリップ)の選択を適応させる必要があります。

この研究では、PAB(遊離直径1 mmを残す)に続いて、PABの3週間後にin vivo分析が行われました。21日後、右側の心臓リモデリングの重症度により、動物間で死亡率が増加しました10,13,23(図9)。このプロトコルは、3週間での不整脈誘発性心臓リモデリングの調査のために設計および適応されました。このモデルを再現する研究者は、19Gとは異なるリード線を使用して直径を適応させること、および/または安楽死23までのPAB後のリモデリングの期間を延長または短縮することを検討できる。

単回投与の MCT 注射は、重度の PAH および RHF 8,9 を誘発する認められた方法です。しかし、MCT誘発性肺毒性の重要性により、この方法は、RHF誘発性CA9における炎症の影響を研究することを目的とした私たちの特定の状況には関連しませんでした。この研究の特定の研究仮説では、肺に由来する炎症シグナル伝達を避けるために、肺損傷を伴わずに PA を増加させる方法を使用する必要がありました。したがって、PAB戦略は、私たちの文脈では最良の選択肢でした13。

この方法は、さまざまな研究分野での応用を見つけることができます。心臓病学では、PABプロトコルは、右側心肥大、心不整脈形成、および弁膜症(PA狭窄、三尖弁機能不全)の研究に有用であり得る24,25,26。老化に関する研究では、PABプロトコルは、加齢性心機能障害の悪化におけるRHFの影響を評価するのに役立ちます27。呼吸器科では、PABプロトコルを使用して、肺内機能に対するPA体幹狭窄の影響を研究することができます28。他の手段の中でも、PABは、脳機能および神経変性疾患に対する長期にわたるPAB誘発性RHFの役割を評価するためにも有用であり得る29。全体として、心臓関連疾患における心臓の炎症と線維症の影響は大きな懸念事項です30。心臓の線維症と炎症のPABモデルは、心臓の炎症に関連するメカニズムと潜在的な介入戦略をテストする可能性を評価するための興味深い標準化された再現性のあるアプローチを提供します31,32。

研究したモデルの特異性によっては、研究者は、記事で提示された19Gとは異なるゲージ針を使用して、この論文で説明されているものよりも他のレベルのRHF重症度を誘発することを好む場合があります。したがって、20Gまたは21Gを使用してリード径が小さい場合、PA体幹の閉塞により、縫合後数分以内に体重225〜275gのラットが100%死亡したことに注意することが重要です。

PAB誘導性RHFは、ラットのAFを含むCAを誘導および研究するための再現性のある効率的な方法です。狭いPAB(直径1mm)によって引き起こされる心房および心室リモデリングは、心筋の炎症と線維症を特徴としており、RHF関連の心室および心房の不整脈形成を調査するための興味深いアプローチを提供します。

開示事項

著者は何も開示していません。

謝辞

著者らは、経胸壁心エコー検査の技術的性能についてColombe Roy氏、YanFen Shi氏、Sandra Querry氏、Josiane Deslandes氏に感謝し、PAB法の標準化における予備的な技術支援を提供してくれたNathalie L'Heureux氏に感謝しています。モントリオール心臓研究所の動物ケア施設のメンバーに感謝しています。

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
0.9%ナトリウム塩素注射USB(100 ml) バクスターJB1302P 薬(鎮痛剤および抗炎症剤)の希釈に使用され、手術後に動物を再水和するための生理食塩水シリンジを準備する
19 G x 1 1/2 PrecisionGlide ニードルBD305187ニードルは、肺幹の部分的な狭窄のためにスペーサーとして使用するために修正(曲げられ、鈍く)
2インチ x 2インチ 不織布非滅菌リトメガーゼスポンジ、 4プライAMD-RitmedA2101-CHガーゼスポンジは、傷口から血液を吸収したり、臓器(胸腺など)を優しく脇に押したりするために使用されます。
4インチ x 4インチ 不織布 非滅菌リトメド ガーゼ スポンジ、4 プライ (x200)AMD-RitmedA2100-CHガーゼ スポンジは、傷口から血液を吸収したり、臓器 (例: 胸腺) を脇にそっと押したりするために使用されます。
5-0 Vicryl Violet Suture RB-1 1/2 Circle Needle 17mm 27"EthiconJ303H筋肉や皮膚の傷の閉鎖に使用されるテーパーポイント針付きの合成吸収性滅菌外科用縫合糸です。
アナフェン(100 mg/mL)Merial Canada, Inc.1938126非ステロイド性抗炎症薬、鎮痛薬、解熱薬として投与されたケトプロフェンの希釈注射液。.
オートクリップ システムFST12020-00皮膚の傷を閉じるために使用することができます。クリップアプライヤー、巻き取りクリップ(9mm)、クリップリムーバーが含まれています。
デュモン#5/45鉗子FST11251-35デュモクセル鉗子、先端が45°Cに角度が付けられています。肺幹に配置されたスペーサーの周りの結び目を締めるために使用します。
ファインハサミ - シャープFST14060-10肋間筋の切開と縫合糸の切断に特化したステンレス製の虹彩はさみ。
フォラン (イソフルラン) 100 mLバクスター カナダBAXCA2L9100PAB 手術中にげっ歯類に使用される吸入麻酔薬。
IVカテーテル 16 G x 1.77 " (ストレート)BD Insyte381257金属製のスタイレットを鈍くした気管内チューブとして使用するカテーテルです。
ライト LED 130 F - DrMachEickemeyerM130300LED壁掛けライト。
磁気固定具引き込みシステム:ベースプレートFST18200-50関連する固定具が取り付けられている金属プレート。加熱プレートの周りに配置されます。
磁気固定具の引き込みシステム:エラストマー(2 mロール)FST18200-07リトラクターを固定具に取り付けるために使用されます。
磁気固定具引き込みシステム: 固定具FST18200-02ベースプレートに配置できる可動アンカー。
磁気固定具の引き込みシステム: リトラクターFST18200-11望ましい開始の外科傷を維持することを可能にするリトラクター
Metzenbaumはさみ (曲がった)FST14017-14ステンレス鋼の鈍いはさみは、皮膚と筋肉の鈍い解剖に使用されます。
マイクロアドソン鉗子FST11018-12皮膚やその他の組織をつかむために使用されるステンレス鋼の鋸歯状の鉗子。
オスターゴールデンA5 2スピードクリッパーオスタープロフェッショナル34264416949ペットグルーミングクリッパーで、手術野の準備に使用されます。大型動物に使用することを前提としているため、ネズミには注意が必要です。
げっ歯類の加熱プレートまたは加温システムカスタムメイドのN/Aプレートは、直腸プローブによって検出された温度と目標温度を表示するLEDスクリーンを備えたユニットに接続されています。
げっ歯類の人工呼吸器 モデル683ハーバード装置74240-2小さな実験動物(最大5kg)に使用される機械式人工呼吸器。
セレーション付きセムケン鉗子(湾曲)FST11009-13組織解剖に使用されるステンレス製鉗子。
セレーション付きセムケン鉗子(ストレート)FST11008-13組織解剖に使用されるステンレス製鉗子。
シルキーフレッシュ脱毛クリームヴィート62200825036シェービング後の手術部位の準備に使用される脱毛製品。
ソルプレップ 3M103.262% クロルヘキシジンと 70% アルコール 225 mL で着色したボトル入り消毒液。
ステンレス製のヘラ 195 mmヒースロー・サイエンティフィック・HS15907ヘラ ラット挿管時の舌圧子として使用されます。
実体顕微鏡システム SZ61TRオリンパス88-126双眼鏡とカメラを内蔵した顕微鏡で、動画撮影が可能です。
滅菌塩化ナトリウム0.9%灌漑ボトル(60mL)生理食塩水H2O25-6048SA-Lは、手術中ずっと傷口を湿らせておくために使用されます。
外科用ハサミ - シャープ ブラント (ストレート)FST14001-12最初の皮膚切開を行うために使用されるステンレス鋼のハサミ。
縫合糸 5-0 シルク ノーニードルヘンリー・シャイン102-6344肺幹の収縮に使用される絹糸
シスタン軟膏アルコン2444062手術中の目の乾燥による灼熱感や刺激を一時的に緩和するアイズ潤滑剤。
SZ2-STU2 実体顕微鏡スタンドオリンパスN1198900 ベースに取り付けられたアームは、顕微鏡ヘッドに大きな動きの自由度を提供します。
組織鉗子 - 1X2 歯FST11021-15組織(皮膚や筋肉)をつかみ、保持し、操作することを可能にするステンレス製の鉗子。
トランスポアサージカルテープ3M1527-1ラットの前肢と後肢を固定するために使用される医療用テープです。
Vetbond Tissue Adhesive (3 mL)3M1469SB皮膚に少量塗布できる外科用接着剤 皮下縫合糸の補完物として使用できます。
獣医学 複数回投与 (0.3 mg/mL) 10 mLセバ カナダ2342510鎮痛薬として投与されたブプレノルフィンの希釈注射液。
獣医用麻酔蒸発器 Tec 4Dispomed34001 Isoイソフルランの気化と0°ndashでの濃度を可能にします。5%です。
ための溶液 されます

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