Summary
Представлен протокол индуцирования и фенотипа острой правой сердечной недостаточности на крупной животной модели с хронической легочной гипертензией. Эта модель может быть использована для тестирования терапевтических вмешательств, для разработки показателей правого сердца или для улучшения понимания патофизиологии острой правой сердечной недостаточности.
Abstract
Развитие острой правой сердечной недостаточности (АРГФ) в условиях хронической легочной гипертензии (ЛГ) связано с плохими краткосрочными исходами. Морфологическое и функциональное фенотипирование правого желудочка имеет особое значение в контексте гемодинамического компромисса у пациентов с АРХЛ. Здесь мы описываем метод индуцирования ARHF в ранее описанной модели хронического PH крупного животного и фенотипа, динамически, функции правого желудочка с использованием метода золотого стандарта (т.е. давления-объемных PV-петель) и с неинвазивным клинически доступным методом (т.е. эхокардиографией). Хронический ЛГ впервые индуцируется у свиней перевязкой левой легочной артерии и эмболией правой нижней доли биологическим клеем один раз в неделю в течение 5 недель. Через 16 недель АРГФ индуцируется последовательной объемной нагрузкой с использованием физиологического раствора с последующей итеративной легочной эмболией до тех пор, пока отношение систолического легочного давления к системному давлению не достигнет 0,9 или пока систолическое системное давление не снизится ниже 90 мм рт.ст. Гемодинамику восстанавливают с помощью инфузии добутамина (от 2,5 мкг/кг/мин до 7,5 мкг/кг/мин). PV-петли и эхокардиография выполняются во время каждого состояния. Каждое состояние требует около 40 минут для индукции, гемодинамической стабилизации и сбора данных. Из 9 животных 2 умерли сразу после легочной эмболии и 7 завершили протокол, что иллюстрирует кривую обучения модели. Модель индуцировала 3-кратное увеличение среднего давления в легочной артерии. Анализ PV-петли показал, что вентрикуло-артериальная связь сохранялась после объемной нагрузки, уменьшалась после острой легочной эмболии и восстанавливалась с помощью добутамина. Эхокардиографические данные позволили качественно количественно оценить параметры морфологии и функции правого желудочка. Мы идентифицировали ишемические поражения правого желудочка в модели. Модель может быть использована для сравнения различных методов лечения или для подтверждения неинвазивных параметров морфологии и функции правого желудочка в контексте АРХФ.
Introduction
Острая правосердечная недостаточность (ARHF) недавно была определена как быстро прогрессирующий синдром с системным застоем в результате нарушения наполнения правого желудочка (RV) и / или снижения выхода потока RV1. ARHF может возникать при нескольких состояниях, таких как левосторонняя сердечная недостаточность, острая легочная эмболия, острый инфаркт миокарда или легочная гипертензия (PH). В случае PH начало ARHF связано с 40% риском краткосрочной смертности или срочной трансплантации легких2,3,4. Здесь мы расскажем, как создать большую животную модель ARHF в условиях хронической легочной гипертензии и как оценить правильный желудочек с помощью эхокардиографии и петель давления-объема.
Патофизиологические особенности ARHF включают перегрузку давления RV, объемную перегрузку, снижение выхода RV, повышение центрального венозного давления и / или снижение системного давления. При хроническом ЛГ наблюдается начальное увеличение сократимости RV, позволяющее сохранить сердечный выброс, несмотря на увеличение легочного сосудистого сопротивления. Поэтому в контексте АРХФ на хроническом PH правый желудочек может генерировать почти изосистемные давления, особенно при инотропной поддержке. Взятые вместе, ARHF на хроническом PH и гемодинамическое восстановление с инотропами приводят к развитию острых ишемических поражений RV, как недавно описано в нашей модели крупного животного5. Увеличение инотропов создает повышенную энергетическую потребность, которая может в дальнейшем развить ишемические поражения и, наконец, привести к развитию дисфункции конечного органа и плохим клиническим результатам. Тем не менее, нет единого мнения о том, как вести пациентов с АРГФ на лГ, в основном в отношении управления жидкостью, инотропов и роли внетелесной поддержки кровообращения. Следовательно, большая животная модель острой правой сердечной недостаточности может помочь предоставить доклинические данные о клиническом лечении АРХВ.
В качестве первого шага для количественной оценки ответа на терапию необходимы простые и воспроизводимые методы фенотипа правого желудочка. На сегодняшний день нет единого мнения о том, как улучшить фенотип морфологию RV и функцию пациентов с ARHF. Золотым стандартом метода оценки сократимости RV (т.е. внутренней способности к сокращению) и вентрикуло-артериальной связи (т.е. сократимости, нормируемой желудочковой после нагрузкой; индекс желудочковой адаптации) является анализ петель давления-объема (PV). Этот метод является дважды инвазивным, поскольку он требует катетеризации правого сердца и преходящего снижения предварительной нагрузки RV с использованием баллона, вставленного в нижнюю полую вену. В клинической практике необходимы неинвазивные и повторяемые методы оценки правильного желудочка. Сердечный магнитный резонанс (CMR) считается золотым стандартом для неинвазивной оценки правого желудочка. У пациентов с АРГФ на хронической ЛГ, которые лечатся в отделении интенсивной терапии (ОИТ), использование CMR может быть ограничено из-за нестабильного гемодинамического состояния пациента; кроме того, повторные оценки КДПГ несколько раз в день, в том числе ночью, могут быть ограничены из-за их стоимости и ограниченной доступности. И наоборот, эхокардиография позволяет проводить неинвазивные, воспроизводимые и недорогие оценки морфологии и функций RV у пациентов оИТ.
Модели на крупных животных идеально подходят для проведения доклинических исследований, посвященных взаимосвязи между инвазивными гемодинамическими параметрами и неинвазивными параметрами. Анатомия большой белой свиньи близка к человеческой. Следовательно, большинство эхокардиографических параметров, описанных у людей, поддаются количественной оценке у свиней. Существуют некоторые незначительные различия между сердцем человека и свиньи, которые необходимо учитывать при эхокардиографических исследованиях. У свиней наблюдается конституциональная декстрокардия и слегка против часовой стрелки вращение оси сердца. В результате апикальный 4-камерный вид становится апикальным 5-камерным видом, а акустическое окно расположено ниже мечевидного аппендикса. Кроме того, на правой стороне грудины расположены парастернальные окна с длинным и коротким видом на ось.
Здесь мы описываем новый метод индуцирования ARHF в большой животной модели хронической тромбоэмболической PH и восстановления гемодинамики с использованием добутамина. Мы также сообщаем об ишемических поражениях RV, присутствующих в модели в течение 2−3 часов после гемодинамического восстановления добутамином. Кроме того, мы описываем, как получить RV PV-петли и эхокардиографические параметры RV при каждом условии, предоставляя представление о динамических изменениях в морфологии и функции RV. Поскольку ранее были описаны модель хронического тромбоэмболического РН на крупных животных и методы PV-петли6, эти разделы будут кратко описаны. Кроме того, мы сообщили о результатах эхокардиографических оценок, которые считаются потенциально сложными в моделях свиней. Мы объясним методы достижения повторной эхокардиографии в модели.
Модель ARHF по хронической PH, о которой сообщалось в этом исследовании, может быть использована для сравнения различных терапевтических стратегий. Методы RV-фенотипирования могут быть использованы в других крупных животных моделях, имитирующих клинически значимые ситуации, такие как острая легочная эмболия7, инфаркт МИОКАРДА RV8, острый респираторный дистресс-синдром9 или правосердечная недостаточность, связанная с левожелудочковой недостаточностью10 или левожелудочковой механической поддержкой кровообращения11.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Исследование соответствовало принципам ухода за лабораторными животными в соответствии с Национальным обществом медицинских исследований и было одобрено местным этическим комитетом для экспериментов на животных в больнице Marie Lannelongue.
1. Хроническая тромбоэмболическая РН
- Индуцируют хроническую тромбоэмболическую РН, как описано ранее6,12.
- Вкратце, индуцируйте модель хронического тромбо-эмболического PH у крупных белых свиней весом около 20 кг (sus scrofa). Выполняют лигатуру перевязки левой легочной артерии через левую торакотомию на 0 неделе (закрытый перикард); и еженедельно проводить эмболизацию правой нижней доли легочной артерии (от 0,2 мл до 0,4 мл в неделю) смешанным раствором, состоящим из 1 мл клея мягких тканей, включая N-бутил-2-цианоакрилат и 2 мл липидного контрастного красителя (липиодола) в течение 5 недель.
- Выполните ксифоидэктомию на 0 неделе во время перевязки левой легочной артерии для улучшения возможности эхокардиографии. Для этого выполняют продольный разрез 4 см перед мечевидным отростком. Удалите клифозный процесс с помощью диатермического ножа. Закройте подкожный план и кожу бегущим швом.
- Выполните дополнительную тромбоэмболию легочной доли правой нижней доли на 10-й неделе, используя тот же протокол, который описан выше (шаг 1.2).
- Выполните модель индукции ARHF (раздел 6) через 6 недель после последней эмболизации правой нижней доли (неделя 16), чтобы избежать острых поражений правого сердца, вызванных острой легочной эмболией.
ПРИМЕЧАНИЕ: Может быть использована другая крупная животная модель правой сердечной недостаточности, или другие патологические состояния могут быть вызваны в модели хроническо-тромбоэмболического PH.
2. Позиционирование животных и размещение катетеров
- Выполняют общую анестезию, как описано ранее6.
- Вкратце, дайте животному поститься в течение 12 ч. Затем выполняют внутримышечную инъекцию кетамина гидрохлорида (30 мг/кг) для премедикации. Выполните внутривенное введение фентанила (0,005 мг/кг), пропофола (2 мг/кг) и цизатракурия (0,3 мг/кг) внутривенно через ушную вену и неселективно интубировать свинью с помощью 7 французских зондов.
- Поддерживать общую анестезию ингаляционным 2% изофлураном, непрерывной инфузией фентанила (0,004 мг/кг) и пропофола (3 мг/кг).
- После общей индукции анестезии расположите свинью на спине с передними ногами в слегка растопыренном положении, чтобы обеспечить парастернальное эхокардиографическое получение (раздел 3).
- Поместите электроды прибора на руки и ноги (эхокардиограф, рабочее место для гемодинамических приобретений) перед размещением стерильных полей.
- Поместите 8-французскую оболочку в яремную вену с помощью метода Зельдингера13.
- Введите катетер 18 G (1,3 мм x 48 мм) IV в яремную вену.
- Выполняют чрескожную пункцию на средней линии на 2 см выше манубриума с ориентацией 45°.
- После получения венозного рефлюкса вставьте в катетер направляющую проволоку (0,035 дюйма / 0,089 мм, 180 см, под углом).
- Проверьте правильность размещения направляющей проволоки в верхней полой вене с помощью рентгеноскопии и утилизируйте 8-французскую оболочку на направляющей проволоке в верхнюю полую вену.
ПРИМЕЧАНИЕ: Направляющая проволока правильно размещена, когда она проходит через нижнюю полую вену вдоль правой границы позвоночника.
- Введите катетер 18 G (1,3 мм x 48 мм) IV в яремную вену.
- Выполните деление правых бедренных сосудов, чтобы ввести заполненный жидкостью катетер в правую бедренную артерию для непрерывного системного мониторинга давления и баллонный катетер расширения в нижнюю полую вену через бедренную вену.
- Выполните поперечный разрез 4 см в паху.
- Поместите ретрактор Бекмана и разделите переднюю поверхность бедренной вены и бедренной артерии с помощью щипцов Debackey и ножниц Метценбаума.
- Поместите катетер 20 г в бедренную артерию под прямым визуальным контролем и подключите его к одноразовому датчику с заполненным жидкостью катетером для получения непрерывного системного мониторинга артериального давления.
ПРИМЕЧАНИЕ: Среднее артериальное давление должно быть постоянно выше 60 мм рт.ст. - Используйте катетер 18 G для вставки направляющей проволоки (0,035 дюйма / 0,089 мм, 180 см, под углом) в бедренную вену через нижнюю полую вену под флюороскопическим контролем.
- Вставьте баллонный дилатационный катетер на направляющую проволоку через нижнюю полую вену на внутриперикардиальном уровне под флюороскопическим контролем.
- Выполняйте флюороскопическое управление с помощью С-образного кронштейна с использованием переднезаднего вида. Поместите видимые маркеры баллона непосредственно над уровнем диафрагмы под флюороскопическим контролем. Снимите направляющую проволоку при установке воздушного шара.
- Пришейте кошелек с полипропиленовым монофиламентным швом 5,0 вокруг баллонного катетера для расширения вен, чтобы избежать кровотечения из бедренной вены.
3. Эхокардиография
- Выполните эхокардиографию сразу после позиционирования животного и установки катетера (раздел 2) у животных, все еще находящихся под общей анестезией и искусственной вентиляцией легких.
- Приобретайте каждый эхокардиографический вид в формате кинопетли в течение не менее 3 сердечных циклов во время апноэ в конце выдоха.
- Получайте все виды в 2-мерном и тканевом допплеровском режимах.
- Приобретите апикальный 5-камерный вид под мечевидным отростком.
- Приобретите виды парастернальной короткой и длинной оси с правой стороны грудины.
- Получение клапанного потока с помощью непрерывного и импульсного доплеровских режимов.
- Приобретайте тканевые допплеровские сигналы латерального трикуспидального кольца и латерального и септального митрального кольца.
ПРИМЕЧАНИЕ: Используйте последние рекомендации по эхокардиографической оценке у людей для эхокардиографических приобретений и интерпретаций14.
4. Катетеризация правого сердца
- Выполните катетеризацию правого сердца после сердечного эха (раздел 3) и до получения петли давления-объема (раздел 5)
- Подключите катетер Swan-Ganz к одноразовому преобразователю.
- Ввести катетер Лебедя-Ганца в яремную 8-французскую оболочку, предварительно вставленную в яремную вену (раздел 2.4), и получить среднее давление правого предсердия, правого желудочка и легочной артерии. Поместите катетер под рентгеноскопию, если это необходимо.
ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что заполненные жидкостью катетеры хорошо продуваются физиологическим раствором, и удалите пузырьки воздуха, чтобы избежать демпфирования сигнала давления. - После помещения катетера Swan-Ganz в легочную артерию измерьте сердечный выброс методом терморазбавления, как поясняется в инструкциях производителя; измерять одновременно частоту сердечных сокращений для расчета ударного объема.
- Убедитесь, что физиологический раствор находится при 4 °C, чтобы избежать переоценки сердечного выброса.
- Подключите одноразовый преобразователь к рабочей станции PV-контура для получения в реальном времени давлений, полученных от заполненных жидкостью катетеров.
5. Получение контура объема давления методом проводимости
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот раздел был ранее опубликован15.
- Вводят проводящий катетер в правый желудочек под флюороскопическим контролем.
- Проверьте качество сигнала, используя « в прямом эфире» получение контуров давления-объема.
- Активируйте адекватные электроды для получения оптимального сигнала (т.е. PV-петли против часовой стрелки с физиологической формой).
- Следите за этапами калибровки давления и объема рабочего процесса в соответствии с инструкцией производителя (проводимость крови, параллельный объем, калибровка ударного объема = альфа-калибровка).
ПРИМЕЧАНИЕ: Наружный инсульт с катетером Swan-Ganz может быть повторен для каждого состояния; в то время как другие этапы калибровки могут быть выполнены только один раз. - Приобретайте семейства PV-петли в установившихся состояниях и во время острого снижения преднагрузки (т.е. острой окклюзии нижней полой вены) во время апноэ с конечным выдохом.
- Выполните не менее 3 приобретений на каждое условие (устойчивый + окклюзия IVC).
6. Индукция острой правой сердечной недостаточности по объемной и напорной перегрузке (рисунок 1).
- Индуцируйте объемную перегрузку с помощью 3-ступенчатой инфузии физиологического раствора (около 2 ч).
- Начинают первую инфузию 15 мл/кг физиологического раствора со свободным инфузионным выходом.
- Выполняют измерения (катетеризм правого сердца, PV-петли и эхокардиографию) через 5 мин после стабилизации гемодинамики после окончания каждой инфузии.
- Начинайте вторую объемную инфузию 15 мл/кг сразу после окончания измерений.
- Начинают третью объемную инфузию 30 мл/кг физиологического раствора сразу после окончания измерений.
ВНИМАНИЕ: Объемная нагрузка может вызвать гемодинамический компромисс или отек легких в зависимости от используемой модели животного. В этой модели объемная нагрузка выявила адаптивную реакцию, характеризующуюся увеличением сердечного выброса, стабильным давлением в правом предсердии и сохраненной вентрикуло-артериальной связью.
ПРИМЕЧАНИЕ: Объемная нагрузка может быть прекращена в случае плохой дыхательной или гемодинамической толерантности.
- Индуцируют перегрузку давлением итеративной легочной эмболией.
- Вставьте 5 французских ангиографических катетеров через яремную оболочку в правую нижнюю долю легочной артерии под флюороскопическим контролем.
- Эмболизируют правую нижнюю долю легочной артерии болюсом 0,15 мл смешанного раствора, состоящего из 1 мл клея мягких тканей, включая N-бутил-2-цианоакрилат и 2 мл липидного контрастного красителя. Промойте катетер 10 мл физиологического раствора.
- Оценить гемодинамический ответ через 2 минуты после эмболизации с помощью системного давления и давления легочной артерии.
- Повторяйте эмболии по 0,15 мл каждые 2 минуты до получения гемодинамического компромисса (т.е. систолического системного давления <90 мм рт.ст. или систолического легочного давления над соотношением систолических системных давлений >0,9).
ОСТОРОЖНО: Легочная эмболия может вызвать серьезный гемодинамический компромисс, иногда необратимый, что приводит к немедленной смерти. Перед началом этапа эмболизации будьте готовы начать гемодинамическую поддержку (протокол добутамина или адреналин в случае остановки кровообращения). Будьте готовы к запуску PV-контуров и эхокардиографического мониторинга. Поскольку этот шаг может быть связан с серьезным гемодинамическим компромиссом, катетеризации правого сердца с использованием катетера Swan-Ganz можно избежать, чтобы быстрее начать поддержку добутамина.
7. Индуцировать восстановление системной гемодинамики добутамином
- После достижения гемодинамического компромисса и выполнения PV-циклов и эхокардиографических захватов начинают инфузию добутамина со скоростью 2,5 мкг/кг/мин.
ПРИМЕЧАНИЕ: Другие препараты или методы лечения могут быть начаты в этот момент времени. - Подождите 10-15 минут для стабилизации гемодинамики.
- Выполняют катетеризацию правого сердца, PV-петли и эхокардиографические захваты.
- Дозу инфузии добутамина увеличивают до 5 мкг/кг/мин.
- Подождите 15 мин для стабилизации гемодинамики и повторных приобретений.
- Повторите катетеризацию правого сердца, PV-петли и эхокардиографические приобретения.
- Дозу инфузии добутамина увеличивают до 7,5 мкг/кг/мин.
ПРИМЕЧАНИЕ: Могут быть начаты другие дозы, лекарства или методы лечения.
8. Эвтаназия и забор сердечной ткани
- В конце протокола выполните срединную стернотомию с помощью колеблющейся пилы.
- Вскрыть перикард и ввести летальный раствор калия хлорида (0,2 г/кг).
- Соберите сердце; отбор образцов свободных стенок правого и левого желудочка для патологических и молекулярных оценок.
ПРИМЕЧАНИЕ: Ранее сообщалось о методах патологических оценок правого желудочка и статистики5.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Осуществимость
Описаны результаты 9 последовательных процедур индукции АРХЛ в модели CTEPH крупного животного, о которой сообщалось ранее5. Продолжительность протокола составляла около 6 часов, включая индукцию анестезии, установку, сосудистый доступ / установку катетера, индукцию перегрузки объема / давления и гемодинамическое восстановление, сбор данных и эвтаназию. Каждое гемодинамическое состояние требует около 40 минут для достижения индукции состояния, гемодинамической стабилизации и сбора данных.
Протокол был достигнут у 7 из 9 животных, что представляет собой кривую обучения. Три дополнительных протокола были успешно достигнуты после того, как они были описаны (не опубликованы). Причиной 2 протокольных сбоев стала индукция необратимой гемодинамической недостаточности после фазы тромбоэмболии легочной артерии.
Фотоэлектрические петли не были приобретены у 1 из 7 животных в момент гемодинамического компромисса из-за необходимости обеспечить быстрое системное гемодинамическое восстановление с адреналиновым болюсом после катетеризма правого сердца и сердечного эха. При этом прием добутамина начинали сразу после восстановления системного гемодинамика адреналином.
Влияние перегрузки объема и давления на гемодинамику и функцию RV
Острая объемная нагрузка не индуцировала ARHF, а скорее подчеркивала адаптивный фенотип модели хронического PH. При объемной нагрузке сердечный выброс увеличивался без увеличения давления правого предсердия, в то время как вентрикуло-артериальная связь оставалась стабильной (рисунок 2).
Гемодинамические компромиссные критерии были достигнуты после 1 эмбола у 1 животного, 2 эмболов у 2 животных, 3 эмболов у 5 животных и 4 эмболов у 1 животного. Два животных умерли сразу после ПЭ (1 животное с 1 эмболом и 1 животное с 4 эмболами). У другого животного тяжелая гипотония требовала болюса адреналина и немедленного начала приема добутамина до получения PV-петли и эхокардиографических данных. 2 смертельных случая, произошедших сразу после острой легочной эмболии, были связаны с острым тромбозом полостей правого сердца (как показано на рисунке 3).
Гемодинамический компромисс был связан со значительным снижением сердечного выброса, ударного объема и вентрикуло-артериальной связи (Ees/ea), тогда как сократимость RV оставалась стабильной (рисунок 2); наблюдалось двукратное повышение давления правого предсердия и среднего давления легочной артерии.
Влияние добутамина на АРХЛ
Добутамин восстанавливал сердечный выброс, ударный объем и вентрикуло-артериальную связь в пределах нормального диапазона (рисунок 2).
Эхокардиография
Эхокардиография была осуществима, обеспечивая количественную оценку динамических изменений размера и функции RV во время протокола (рисунок 4). Эхокардиографические параметры не оценивались у 1 животного с тяжелым гемодинамическим компромиссом после легочной эмболии, требующей болюса адреналина и немедленного начала приема добутамина.
RV PV-петли
Анализ объемного контура давления позволил динамически количественно оценить конечную систолическую эластацию RV и вентрикуло-артериальную связь (рисунок 2 и рисунок 5).
Ишемические поражения правого желудочка
После окрашивания гематина, эозина и шафрана мы наблюдали ишемические поражения RV в субэндокардиальном и в субэпикардиальных слоях свободной стенки RV (рисунок 6). Ишемические поражения характеризовались скоплениями гиперэозинофильных кардиомиоцитов с пикнотическим ядром.
Рисунок 1: Сводка протокола. PH, легочная гипертензия; VL1, объемная загрузка 15 мл/кг физиологического раствора; VL2, 15 мл/кг физиологического раствора; VL3, 30 мл/кг физиологического раствора; АРХВ, острая правосторонняя сердечная недостаточность; ПЭ, тромбоэмболия легочной артерии. *системное систолическое давление <90 мм рт.ст. или соотношение систолического легочного/системного давления >0,9. Эта цифра была изменена с 5. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2: Индивидуальные гемодинамические и объемно-напорные динамические изменения петли. MPAP, среднее давление в легочной артерии; MAP, среднее артериальное давление; RAP, давление правого предсердия; ЧСС, частота сердечных сокращений; SV, объем хода; СО, сердечный выброс; Ээс; правожелудочковая конечно-систолическая эластанс; Эа, артериальная эластанс. Участки представляют собой срединный и межквартильный диапазон. *P<0,05 по сравнению с базовым уровнем; сравнения проводились с использованием сопоставленных пар Wilcoxon, подписанных ранговыми тестами с GraphPad Prism 6. Эта цифра была изменена с 5. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 3: Пример причины сбоя протокола: острый тромбоз правого сердца (стрелка) после легочной эмболии, ответственный за необратимый гемодинамический компромисс, немедленную смерть и протокольную недостаточность. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 4: Репрезентативные эхокардиографические окна и результаты. (A) Позиция для получения апикального 5-камерного (A5C) вида. (B) Положение для получения вида парастернальной короткой оси (PSSAX). (C) Динамические эхокардиографические оценки видов A5C и PSSAX на различных этапах протокола. ВЛ, объемная нагрузка; ПЭ, тромбоэмболия легочной артерии; Добу 2,5, добутамин 2,5 мкг/кг/мин; Добу 7,5, добутамин 7,5 мкг/кг/мин. *правый желудочек; **левый желудочек. Эта цифра была изменена с 5. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 5: Репрезентативные динамические многоколейные петли RV с давлением и объемом. PH, легочная гипертензия; ПЭ, тромбоэмболия легочной артерии; Ees, конечная систолическая эластанс (черная линия обозначена *); Ea, артериальная эластанс (черная линия с маркировкой **); Ees/Ea, вентрикуло-артериальная связь. Эта цифра была изменена с 5. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 6: Репрезентативные ишемические поражения RV в субэндокарде и в слоях субэпикарда. (A) Субэпикардиальное ишемическое поражение; B) субэндокардиальные ишемические поражения; (C) Увеличение границы ишемического поражения субэпикардиала нормальными ядрами (1), интрацитоплазматическая вакуолизация (2) и пикнотические ядра (3). (D) индивидуальное количество субэндокардических и субэпикардических ишемических поражений в образцах свободной стенки RV длиной 2 см от животных с острой правой сердечной недостаточностью (ARHF) по хронической легочной гипертензии (PH), животных с хроническим PH и здоровых контрольных групп; участки являются медианами. Сравнения проводились с использованием теста Манна-Уитни с GraphPad Prism 6. *П<0.05. Эта цифра была изменена с 5. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Описан метод моделирования основных патофизиологических особенностей АРГФ на хроническом ЛГ в модели крупного животного происхождения, включая перегрузку объема и давления и гемодинамическое восстановление добутамином. Мы также сообщили, как получить гемодинамические и визуальные данные для фенотипа динамических изменений правого желудочка при каждом состоянии, созданном во время протокола. Эти методы могут предоставить справочные данные для создания будущих протоколов исследований в области ARHF, особенно в отношении управления жидкостями и инотропной поддержки.
Индуцирование гемодинамического компромисса было критическим шагом в модели из-за риска неожиданной и немедленной смерти животного. Следовательно, мы рекомендуем индуцировать прогрессирующую легочную эмболию с небольшими объемами эмболии. Во время легочной эмболии исследователи должны быть готовы немедленно приступить к сбору данных и гемодинамической поддержке. По нашему опыту, мы смогли реализовать pv-петли и эхокардиографию до начала приема добутамина у 6 из 7 животных, у которых протокол был завершен.
Критическим шагом к фенотипу правого желудочка является получение комплексных гемодинамических, фотоэлектрических и эхокардиографических данных. Катетеризация правого сердца позволяет оценить изменения сердечного выброса и объема инсульта для каждого состояния. Изменения сердечного выброса и объема удара могут быть дополнительно оценены с помощью эхокардиографии. Этот мультимодальный анализ сердечного выброса и ударного объема лучше изменяет калибровку внешнего объема PV-петель. Важно отметить, что абсолютные значения и скорости изменения параметров PV-петли могут быть более точно количественно определены путем включения изменений сердечного выброса и объема инсульта в внешние методы, выполняемые для каждой ситуации.
Мы заметили, что объемная нагрузка не вызывает гемодинамического компромисса, а скорее раскрывает адаптивный фенотип модели PH, поскольку мы наблюдаем увеличение сердечного выброса, объема инсульта и системного давления с сохраненной вентрикуло-артериальной связью. Поэтому в нашей модели начальная объемная нагрузка обеспечивала условия для наблюдения значительного падения сердечного выброса и ударного объема после острой легочной эмболии, что увеличивало чувствительность модели. Будущие исследования должны определить влияние объемной нагрузки или истощения жидкости во время гемодинамического компромисса.
Наш протокол имеет несколько ограничений. Этот протокол не был построен для анализа причины отека, но он может представлять собой интересную область исследований. Другим ограничением протокола является затрата времени и навыков, необходимых для выполнения всех шагов. Фаза объемной нагрузки может быть сокращена или удалена из протокола, но это может привести к снижению абсолютного значения сердечного выброса и объема инсульта после острых легочных эмболий. Навыки, необходимые для выполнения протокола, требуют сотрудничества нескольких исследователей, чтобы поместить катетер под рентгеноскопию, выполнить эхокардиографию и проанализировать в режиме реального времени качество PV-петли. Мы признаем, что не проводили трехмерных оценок объемов RV. Мы стремимся разработать 3-мерные оценки объемов RV, поскольку это может обеспечить большую точность калибровки объема RV для оценки RV PV-loop. Одним из первых шагов будет оценка осуществимости метода. Кроме того, наш протокол требует специальных средств, таких как операционная и рентгеноскопия для инвазивных оценок RV.
Насколько нам известно, мы описали первую животную модель ARHF с хроническим PH. В предыдущих исследованиях сообщалось о динамических изменениях правого желудочка с добутамином и левосименданом после острого сужения легочной артерии7. В нашей группе мы также количественно оценили резерв RV с использованием инфузии добутамина при хроническом PH без гемодинамического компромисса15. Многоколейные PV-петли считаются золотым стандартом для количественной оценки конечной систолической эластансии, которая представляет сократимость желудочков независимо от условий нагрузки16. Абсолютные значения эластанса RV (Ees=end systolic elastance) следует интерпретировать с осторожностью, так как существует несколько методологических ограничений. Основными ограничениями являются определение конечной систолической точки и точность калибровки объема внешними методами (терморазбавление и эхокардиография)17. Отношение конечной систолической эластанции к артериальной эластанции (Ea = отношение конечного систолического давления к объему инсульта), известное как отношение вентрикуло-артериальной связи (Ees / Ea), уменьшает ошибки из-за калибровки внешнего объема. Вентрикуло-артериальная связь представляет большой интерес в области легочной гипертензии, поскольку она захватывает адаптацию сократимости RV к повышенной послегрузке. Методы измерения адаптации RV к перегрузке приобрели большой интерес в последние годы, потому что они лучше фенотипируют пациентов с PH18,19,20.
Наши методы обеспечили значения вентрикуло-артериальной связи (т.е. Ees/Ea), согласующиеся с ранее опубликованными значениями21 и с оценкой функции RV с помощью эхокардиографии. В этом протоколе мы показываем, что острая окклюзия полой вены безопасна при выполнении в контексте гемодинамического компромисса. Кроме того, эхокардиографическая оценка RV в модели крупного животного была комплементарной от эхокардиографической оценки RV в моделях мелких животных, поскольку она позволила количественно оценить различные параметры функции RV по сравнению с ранее сообщенными моделями мышей с ремоделированием RV22.
Методы, описанные в этом исследовании, могут быть использованы для различных исследовательских протоколов, направленных на решение ключевых вопросов в области ARHF. Во-первых, эти методы могут быть использованы для выполнения протоколов исследований, направленных на сравнение различных стратегий лечения в контексте АРХВ на хроническом ЛГ. Во-вторых, итеративная и одновременная PV-петля и эхокардиографическая оценка могут позволить валидировать эхокардиографические показатели в различных ситуациях, представляющих клинический интерес.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторам нечего раскрывать.
Acknowledgments
Эта работа поддерживается государственным грантом, контролируемым Французским национальным исследовательским агентством (ANR) в рамках программы Investissements d'Avenir (ссылка: ANR-15RHUS0002).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Radiofocus Introducer II | Terumo | RS+B80K10MQ | catheter sheath |
| Equalizer, Occlusion Ballon Catheter | Boston Scientific | M001171080 | ballon for inferior vena cava occlusion |
| Guidewire | Terumo | GR3506 | 0.035; angled |
| Vigilance monitor | Edwards | VGS2V | Swan-Ganz associated monitor |
| Swan-Ganz | Edwards | 131F7 | Swan-Ganz catheter 7 F; usable lenghth 110 cm |
| Echocardiograph; Model: Vivid 9 | General Electrics | GAD000810 and H45561FG | Echocardiograph |
| Probe for echo, M5S-D | General Electrics | M5S-D | Cardiac ultrasound transducer |
| MPVS-ultra Foundation system | Millar | PL3516B49 | Pressure-volume loop unit; includes a powerLab16/35, MPVS-Ultra PV Unit, bioamp and bridge amp and cables |
| Ventricath 507 | Millar | VENTRI-CATH-507 | conductance catheter |
| Lipiodol ultra-fluid | Guerbet | 306 216-0 | lipidic contrast dye |
| BD Insyte Autoguard | Becton, Dickinson and Company | 381847 | IV catheter |
| Arcadic Varic | Siemens | A91SC-21000-1T-1-7700 | C-arm |
| Prolene 5.0 | Ethicon | F1830 | polypropilene monofil |
References
- Harjola, V. P., et al. Contemporary management of acute right ventricular failure: a statement from the Heart Failure Association and the Working Group on Pulmonary Circulation and Right Ventricular Function of the European Society of Cardiology. European Journal of Heart Failure. 18 (3), 226-241 (2016).
- Haddad, F., et al. Characteristics and outcome after hospitalization for acute right heart failure in patients with pulmonary arterial hypertension. Circulation: Heart Failure. 4 (6), 692-699 (2011).
- Sztrymf, B., et al. Prognostic factors of acute heart failure in patients with pulmonary arterial hypertension. European Respiratory Journal. 35 (6), 1286-1293 (2010).
- Huynh, T. N., Weigt, S. S., Sugar, C. A., Shapiro, S., Kleerup, E. C. Prognostic factors and outcomes of patients with pulmonary hypertension admitted to the intensive care unit. Journal of Critical Care. 27 (6), 739 (2012).
- Boulate, D., et al. Early Development of Right Ventricular Ischemic Lesions in a Novel Large Animal Model of Acute Right Heart Failure in Chronic Thromboembolic Pulmonary Hypertension. Journal of Cardiac Failure. 23 (12), 876-886 (2017).
- Noly, P. E., et al. Chronic Thromboembolic Pulmonary Hypertension and Assessment of Right Ventricular Function in the Piglet. Journal of Visualized Experiments. (105), e53133 (2015).
- Kerbaul, F., et al. Effects of levosimendan versus dobutamine on pressure load-induced right ventricular failure. Critical Care Medicine. 34 (11), 2814-2819 (2006).
- Ratliff, N., Peter, R., Ramo, B., Somers, W., Morris, J. A model for the production of right ventricular infarction. The American journal of pathology. 58 (3), 471 (1970).
- Ballard-Croft, C., Wang, D., Sumpter, L. R., Zhou, X., Zwischenberger, J. B. Large-animal models of acute respiratory distress syndrome. The Annals of Thoracic Surgery. 93 (4), 1331-1339 (2012).
- Dixon, J. A., Spinale, F. G. Large animal models of heart failure: a critical link in the translation of basic science to clinical practice. Circulation: Heart Failure. 2 (3), 262-271 (2009).
- Letsou, G. V., et al. Improved left ventricular unloading and circulatory support with synchronized pulsatile left ventricular assistance compared with continuous-flow left ventricular assistance in an acute porcine left ventricular failure model. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 140 (5), 1181-1188 (2010).
- Mercier, O., et al. Piglet model of chronic pulmonary hypertension. Pulmonary Circulation. 3 (4), 908-915 (2013).
- Seldinger, S. I. Catheter replacement of the needle in percutaneous arteriography: a new technique. Acta Radiologica. (5), 368-376 (1953).
- Lang, R. M., et al. Recommendations for cardiac chamber quantification by echocardiography in adults: an update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging. European Heart Journal - Cardiovascular Imaging. 16 (3), 233-270 (2015).
- Guihaire, J., et al. Right ventricular reserve in a piglet model of chronic pulmonary hypertension. European Respiratory Journal. 45 (3), 709-717 (2015).
- Burkhoff, D. Pressure-volume loops in clinical research: a contemporary view. Journal of the American College of Cardiology. 62 (13), 1173-1176 (2013).
- Sagawa, K. The end-systolic pressure-volume relation of the ventricle: definition, modifications and clinical use. Circulation. 63 (6), 1223-1227 (1981).
- Amsallem, M., et al. Load Adaptability in Patients With Pulmonary Arterial Hypertension. The American Journal of Cardiology. 120 (5), 874-882 (2017).
- Dandel, M., Knosalla, C., Kemper, D., Stein, J., Hetzer, R. Assessment of right ventricular adaptability to loading conditions can improve the timing of listing to transplantation in patients with pulmonary arterial hypertension. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 34 (3), 319-328 (2015).
- Vanderpool, R. R., et al. RV-pulmonary arterial coupling predicts outcome in patients referred for pulmonary hypertension. Heart. 101 (1), 37-43 (2015).
- Boulate, D., et al. Pulmonary Hypertension. , Springer. 241-253 (2016).
- Cheng, H. W., et al. Assessment of right ventricular structure and function in mouse model of pulmonary artery constriction by transthoracic echocardiography. Journal of Visualized Experiments. (84), e51041 (2014).
