豚の長期心血管運動テストのためのカテーテルの外科的配置
2016年2月9日
ここでは、覚醒状態の豚、安静時、および段階的なトレッドミル運動中の心肺機能を評価するためのプロトコルを提示します。慢性的な器具は、心臓抑制性麻酔薬の影響を受けずに血行動態測定を繰り返すことができます。
この手術の全体的な目標は、心血管疾患の有無にかかわらず、警戒動物の心肺負荷試験中に血行動態測定を可能にするために、動物を慢性的に器具化することです。この方法は、メタボリックシンドロームが左心室機能や灌流にどのような影響を与えるか、駆出率が維持された心不全の発症に寄与するなど、心血管分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。この技術の2つの重要な利点は、覚醒した動物から血行動態測定と血液サンプルが取得され、安静時や運動などの心血管ストレス時にこの技術を実行できることです。
この技術の意味は、肺の微小血管機能、ならびに右心室機能と灌流を疾患の導入後に明確に定義された段階で測定できるため、肺高血圧症の早期診断にまで及ぶ可能性があります。この手法の視覚的なデモンストレーションは不可欠です。この血管の血管痙攣のため、冠状動脈の周囲にフロープローブを配置する方法を学ぶことは困難です。
また、開胸術に対してこの血管の位置により、大動脈の周囲にフロープローブを配置することは困難です。手順を実演するのは、当研究室の技術者であるAnnemarie Verzijlです。動物を手術のために準備した後、肩甲骨の左下角に1センチメートルの尾側から始まり、左腋窩まで下向きに切開して、皮膚を切開します。
切開後、ジアテルミーを使用して皮膚の血管を焼灼します。次に、ジアテルミーの切断法を用いて、鋸筋と大胸筋を切断します。ジアテルミーを引き続き使用して、筋肉層の血管を焼灼します。
次に、鈍的解剖を使用して、4番目の左肋間腔の肋間筋を慎重に分割します。蚊帳クランプを使用してこれを終了します。次に、内臓胸膜と頭頂胸膜で覆われている左肺の肋骨表面を露出させます。
次に、胸膜の両方の層を慎重に突き刺し、それらを引き裂いて開いて胸膜腔に入ります。胸部リトラクターを使用して、傷口と肋骨の端を分離し、組織を力強く押し離すことにより、露出を改善します。心臓と大きな血管を露出させるには、左肺を尾側に押し、濡れたガーゼで所定の位置にくさびで留めます。
手術のこの部分は、下行胸部大動脈を囲む約2平方センチメートルの結合組織を切除するための鈍的解剖から始めます。次に、非吸収性のUSP 3-0編組シルク縫合糸を使用して、大動脈壁に3針の巾着縫合糸を配置します。次に、ステンレス鋼の16ゲージ針で縫合糸を通して大動脈血管壁を貫通します。
針に続いて、液体で満たされたカテーテルの先端を大動脈に挿入します。次に、巾着の紐の縫合糸をしっかりと引っ張って結びます。カテーテルを固定するには、余分な縫合糸をリングの上のカテーテルの周りに3回巻き付けて結び、挿入部位に約1センチの頭蓋骨に新しいステッチを追加します。
次に、液体で満たされたカテーテルを、コンピューターに接続された校正済みの圧力トランスデューサーに接続します。したがって、後続のステップで平均動脈圧を監視します。次に、横隔神経を損傷することなく、交差した切り傷で心膜を開きます。
カットの下で、肺動脈を特定し、それを尾側にそっと引っ張ることにより、ファラボフ開創器で上行大動脈と大動脈弓を露出させます。大動脈を露出させた状態で、Metzenbaumハサミを使用して、上行大動脈と肺動脈の間の結合組織に1センチメートルの切り込みを入れます。次に、フロープローブを取り付けます。
まず、縫合リードを使用して血管の周りに輪ゴムを取り付けます。次に、フロープローブ測定装置を輪ゴムに取り付けます。第三に、フロープローブをコンピューターに接続し、第四に、心拍出量信号をチェックして、プローブが適切に配置されていることを確認します。
次のステップは、左前下行冠状動脈の近位部分を露出させて解剖することです。まず、鉗子で組織を持ち上げます。次に、Metzenbaumはさみを使用して、ティッシュに小さな切り込み
を入れます。次に、綿棒を使用して動脈から組織を慎重に取り除きます。また、冠状動脈が完全に解剖されるように、その下に小さなまっすぐな角度の蚊クランプを通します。冠状動脈の血管痙攣が発生した場合は、10%リドカンをスプレーして血管を弛緩させます。
同じ手法を使用して、肺動脈、右心室、左心室、および左心房に液体で満たされたカテーテルを配置します。これで、すべてのカテーテルがコンピューターに接続されました。次に、冠状静脈カテーテルに接続された縫合糸を使用して、前心室間冠状静脈と平行にステッチを作成します。
縫合後、冠状静脈カテーテルの20ゲージ針で静脈を穿刺し、カテーテルのカニューレを静脈内に挿入します。次に、既存のステッチでカテーテルを固定します。針を取り外し、延長線に接続します。
次に、以前に解剖した左前下行冠状動脈の周囲に冠状動脈フロープローブを配置します。プローブを配置した状態で、コンピューターで冠状動脈の流れの信号を確認し、フロープローブが正しく配置されていることを確認します。冠状動脈血流信号の形状は、ここに示されているものと似ている必要があります。
手術のこのフェーズは、最初の切開部と平行に、尾側に約8センチメートルの1.5センチの切開を行うことから始めます。次に、大きく湾曲した蚊クランプを使用して、胸膜腔からのドレーンを第6肋間腔を通ってこの切開部まで皮下的に導きます。ドレンを吸引装置に接続して、胸部から残っている液体を取り除きます。
次に、大きく湾曲した蚊クランプを使用して、フロープローブを左3番目の肋間腔と肋骨の上の筋肉に個別にトンネルします。液体で満たされたカテーテルを 3 番目または 5 番目の左肋間腔に通します。まず、液体で満たされたカテーテルをクランプします。
次に、ピアス領域を最小限に抑えるために、三方活栓を取り外します。そして第三に、肋間筋を突き刺します。次に、フロープローブと液体充填カテーテルを非吸収性のUSP 2-0編組シルクで固定します。
肋間筋に巾着縫合糸を使用します。このサトレは、負の胸腔内圧を回復した後の空気漏れも防ぎます。次に、左に約2センチ、脊柱と平行に皮膚を3回切開します。
これらの3つの切開部を長さ3センチ、互いに3センチ離します。次に、吻側切開部位から背中の切開部まで、左広背筋の下にトロカールを突き刺します。次に、トロカールを使用して、フロープローブと液体カテーテルを後ろにトンネルします。
トンネリングが完了したら、液体で満たされたカテーテルに活栓を置き、clを取り外しますamp.血栓と気泡を取り除くために、血液を採取します。次に、液体で満たされたカテーテルに1, 000単位/ミリリットルでヘパリンを充填し、冠状静脈カテーテルを5, 000単位/ミリリットルでヘパリンで充填します。
第4肋間腔の肋骨を2つの別々の場所で一緒に引っ張って胸部を閉じます。非吸収性のUSP6編組ポリエステルを使用してください。次に、鋸筋と大胸筋をランニングステッチで閉じます。
非吸収性のUSP 2-0編組シルクを使用して、ランニング皮下縫合糸で皮膚を閉じます。次に、カテーテル間の背側の切開部を縫います。まず、結び目を直接皮膚に結び、切開部を閉じます。
次に、皮膚から約1センチメートルのところに別の結び目でカテーテルを縫合糸に固定します。フロープローブをポリグラクチン縫合糸で縫合し、フロープローブのワイヤーが縫合糸で切断されないようにします。次に、胸膜腔内の陰圧を回復させるために、インクションの頭蓋側に圧力をかけながらドレーンを慎重に取り外します。
次に、巾着縫合糸で切開部を閉じ、傷口をワセリンで塞いで手術を完了します。動物の回復方法とトレッドミル実験の実施方法に関するテキストプロトコルに従ってください。豚に時速5kmまで移動させる運動をすると、心拍出量が2倍になりました。
体内酸素消費量が3倍になることが観察されました。これは、心拍出量の増加とヘモグロビン濃度の増加、および体内酸素抽出の増加によるものでした。これは主に、一回生量がわずかに増加した心拍数の増加によって達成されました。
一回拍出量の増加は、左心室圧の 1 次導関数の最大値の増加と、左心室の弛緩速度の増加、および左心室の充満圧である左心房圧の増加によって証明されるように、左心室収縮性の増加によって促進されました。全身性血管コンダクタンスの増加と全身性血管抵抗の減少によって証明されるように、全身性血管拡張が発生しました。これにより、心拍出量の増加にほぼ完全に対応し、平均大動脈圧はわずかに上昇しました。
他のいくつかのパラメータのさらなる解釈は、テキストプロトコルで提供されています。このビデオを見れば、その後の心血管実験で血行動態測定を行うために動物を慢性的に計測する方法を十分に理解できるはずです。
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概要
本記事では、覚醒状態の豚において、安静時および段階的なトレッドミル運動時の心肺機能を評価するためのプロトコルを紹介します。この手法により、麻酔薬の影響を受けることなく、繰り返し血行動態の測定を行うことが可能になります。
研究の主要構成要素
科学分野
- 心血管生理学
- 心肺機能
- 研究における動物モデル
背景
- 慢性的な器具装着により、覚醒した動物での血行動態測定が可能になります。
- この手法は、心血管疾患やメタボリックシンドロームの研究に応用できます。
- 左室機能および灌流の理解に役立ちます。
- この手法を習得するには、視覚的な実演が不可欠です。
研究の目的
- 覚醒状態の豚における心肺負荷試験を評価すること。
- 心機能に対するメタボリックシンドロームの影響を調査すること。
- 肺高血圧症の早期診断を促進すること。
使用した手法
- 血行動態測定のためのブタへの慢性的デバイス装着。
- 安静時および運動時の評価。
- 覚醒動物からの血液サンプルの採取。
- 冠動脈周囲へのフロープローブの使用。
主な結果
- 覚醒状態の豚における血行動態パラメータの測定に成功したこと。
- 心血管ストレス中の変化をモニタリングできる能力。
- メタボリックシンドロームと心機能との関係に関する知見。
- 肺高血圧症の早期発見の可能性。
結論
- この手法は、心肺機能に関する貴重な知見を提供します。
- これにより、心血管疾患を制御された条件下で研究することが可能になります。
- さらなる研究により、心不全のメカニズムへの理解を深めることができます。
よくある質問
業界における実用的な重要性
ブタへの慢性的な計器装着により、覚醒状態で繰り返し血行動態の測定が可能となり、わずかな心血管系の変化を隠蔽してしまう麻酔による交絡因子を排除できます。このアプローチは、安静時および運動負荷時の連続的なデータを提供することで、メタボリックシンドロームや駆出率が保持された心不全の前臨床評価を可能にします。本手法は、縦断的な心血管研究における統計学的パワーを高め、動物使用数を削減します。
バイオファーマ研究開発における戦略的応用
初期探索およびターゲットバリデーション
- 科学的価値：疾患関連の豚モデルにおいて、心拍出量、冠血流量、および心腔内圧を測定することで、治療仮説の検証を可能にする。
- 運用的価値：覚醒状態での血行動態を通じて、メタボリックシンドロームおよび肺高血圧に関与するターゲットの機能的検証を提供する。
- 予測的価値：段階的な運動負荷下での血行動態反応とターゲット調節を関連付けることで、前臨床段階でのリスク軽減を支援する。
スクリーニングおよびアッセイの開発
- 科学的価値：制御された運動条件下での血行動態および採血アッセイに向けて、検証済みの生物学的システムを準備します。
- 運用的価値：慢性的に留置されたカテーテルおよびプローブを介して、研究グループ間の圧力および流量測定を標準化します。
- 拡張性：疾患の進行や治療経過に伴う反復測定を可能にし、縦断的なスクリーニングキャンペーンをサポートします。
トランスレーショナル・前臨床研究
- 科学的価値： 血行動態パラメータとメタボリックシンドロームの進行を相関させることで、トランスレーショナルなバイオマーカー探索に合致する。
- 運用上の価値： 同一動物において反復的な評価を可能にすることで、探索から前臨床検証までの継続性を確保する。
- リスク軽減： 探索パイプラインの早期に心血管系の潜在的リスクを明らかにすることで、Go/No-go判断の根拠となる。
パイプラインおよびワークフローの統合
この手法は、ターゲット検証から前臨床安全性評価に至るディスカバリーの連続的なプロセスに適合しており、特に心血管疾患および代謝性疾患のプログラムにおいて有用です。
- 探索生物学：覚醒して運動中の豚における血行動態の表現型解析を可能にすることで、心血管系ターゲットの仮説検証を支援します。
- スクリーニング：再現性のある圧力、血流、および採血出力を備えたアッセイ準備済みシステムを提供し、化合物の評価に活用します。
- 分析：用量反応およびターゲットエンゲージメント分析を容易にする、定量的な血行動態および血液ガスの測定値を生成します。
- トランスレーショナルリサーチ：疾患モデル化における心肺機能の連続的なモニタリングを通じて、メカニズム的な知見を前臨床段階の連続性に結びつけます。
- 企業内での再利用：複数のプロジェクトおよび適応症にわたる慢性の心血管研究のための、再利用可能な外科的プラットフォームを確立します。
運用および企業への影響
- 科学的価値：心血管標的のバリデーションにおける機序的な曖昧さを排除することで、予測の信頼性を向上させる。
- 運用の価値：急性期の外科的な個体差を排除する慢性インプラントを用いることで、再現性と標準化を強化する。
- 戦略的価値：動物数の削減と個体差の低減により、縦断的研究を可能にし、資本効率を向上させる。
- ポートフォリオへの影響：疾患モデルにおいて早期に血行動態の安全性シグナルを提供することで、リスク調整に基づいた研究の推進を支援する。
実施上の考慮事項
- 豚における血管外科手術、カテーテル挿入、および血流プローブ設置の専門知識が必要です。
- 圧力トランスデューサー、流量計、コンピューターデータ収集システム、およびヘパリン処理液による管理が必要です。
- 生理学グループと病理学グループ間での手術プロトコル、カテーテルのラベル付け、およびデータの同期に関するチームを横断した標準化が求められます。
- 血管へのアクセスに影響を与える、豚の系統、年齢、および疾患モデルの違いに応じた適応上の検討事項が含まれます。
- 手術後の回復時間、カテーテルの開通性維持、およびトレッドミル順化のためのトレーニング要件などの実用的な制限事項が含まれます。
