Summary
Mevcut protokol, inen aort daralması kullanılarak korunmuş ejeksiyon fraksiyonu ile kalp yetmezliğinin minipig modelini oluşturmak için adım adım bir prosedürü açıklamaktadır. Bu hastalık modelinin kardiyak morfolojisini, histolojisini ve fonksiyonunu değerlendirme yöntemleri de sunulmaktadır.
Abstract
Dünya çapında kalp yetmezliği (KY) vakalarının yarısından fazlası korunmuş ejeksiyon fraksiyonu (HFpEF) olan kalp yetmezliği olarak sınıflandırılmaktadır. HFpEF'in temel mekanizmalarını araştırmak ve potansiyel terapötik hedefleri belirlemek için büyük hayvan modelleri sınırlıdır. Bu çalışma, HFpEF'in büyük bir hayvan modelini oluşturmak için Tibet minipiglerinde inen aort daralmasının (DAC) cerrahi prosedürünün ayrıntılı bir tanımını sağlar. Bu model, sol ventrikülde kronik basınç yüklenmesini indüklemek için inen aortun hassas bir şekilde kontrollü bir daralmasını kullandı. Kalpteki morfolojik ve fonksiyonel değişiklikleri değerlendirmek için ekokardiyografi kullanıldı. 12 haftalık DAC stresinden sonra, ventriküler septum hipertrofikti, ancak sol ventrikülün genişlemesi ile birlikte arka duvarın kalınlığı önemli ölçüde azaldı. Bununla birlikte, model kalplerinin LV ejeksiyon fraksiyonu, 12 haftalık süre boyunca %>50'de tutuldu. Ayrıca, DAC modeli fibroz, inflamasyon ve kardiyomiyosit hipertrofisi dahil olmak üzere kardiyak hasar gösterdi. Kalp yetersizliği belirteç düzeyleri DAC grubunda anlamlı olarak yüksekti. Minipiglerde DAC'nin neden olduğu bu HFpEF, bu hastalığın moleküler mekanizmalarını araştırmak ve klinik öncesi testler için güçlü bir araçtır.
Introduction
Korunmuş ejeksiyon fraksiyonlu kalp yetmezliği (HFpEF), kalp yetmezliği vakalarının yarısından fazlasını oluşturur ve dünya çapında bir halk sağlığı sorunu haline gelmiştir1. Klinik gözlemler, HFpEF'in birkaç kritik özelliğini göstermiştir: (1) artmış sistolik sertliğin eşlik ettiği ventriküler diyastolik disfonksiyon, (2) bozulmuş egzersiz performansı ile istirahatte normal ejeksiyon fraksiyonu ve (3) kardiyak yeniden şekillenme2. Önerilen mekanizmalar arasında hormonal düzensizlik, sistemik mikrovasküler inflamasyon, metabolik bozukluklar ve sarkomerik ve hücre dışı matriks proteinlerindeki anormallikleryer almaktadır 3. Bununla birlikte, deneysel çalışmalar, azaltılmış ejeksiyon fraksiyonu (HFrEF) ile kalp yetmezliğinin bu değişikliklere neden olduğunu göstermiştir. Klinik çalışmalar, HFpEF 4,5'te HFrEF tedavisi için anjiyotensin reseptör inhibitörlerinin ve ilaçlarının terapötik etkilerini araştırmıştır. Bununla birlikte, HFpEF için benzersiz terapötik yaklaşımlara ihtiyaç vardır. Klinik semptomların anlaşılmasıyla karşılaştırıldığında, HFpEF'in patolojisi, biyokimyası ve moleküler biyolojisindeki değişiklikler tam olarak tanımlanmamıştır.
HFpEF'in hayvan modelleri, mekanizmaları, tanısal belirteçleri ve terapötik yaklaşımları keşfetmek için geliştirilmiştir. Domuzlar, köpekler, sıçanlar ve fareler dahil olmak üzere laboratuvar hayvanları HFpEF geliştirebilir ve hipertansiyon, diabetes mellitus ve yaşlanma gibi çeşitli risk faktörleri indüksiyon faktörleri olarak seçilmiştir 6,7. Örneğin, deoksikortikosteron asetat tek başına veya yüksek yağ/şeker diyeti ile birlikte domuzlarda HFpEF'i indükler 8,9. Ventriküler basınç aşırı yüklenmesi, büyük ve küçük hayvan modellerinde HFpEF geliştirmek için kullanılan başka bir tekniktir10. Ek olarak, Avrupa Kardiyoloji Derneği kılavuzlarında, Amerikan Kardiyoloji Koleji Vakfı / Amerikan Kalp Derneği11, Japon Dolaşım Derneği / Japon Kalp Yetmezliği Derneği12'de görüldüğü gibi, HFpEF'i tanımlamak için spesifik EF kesme değerleri son yıllarda kıtalar arasında benimsenmiştir. Bu nedenle, daha önce oluşturulmuş birçok model, klinik kriterlerin benimsenmesi durumunda HFpEF çalışmaları için uygun hale gelebilir. Örneğin, Youselfi ve ark. genetiği değiştirilmiş bir fare suşu olan Col4a3-/-'nin etkili bir HFpEF modeli olduğunu iddia etti. Bu suş, diyastolik disfonksiyon, mitokondriyal disfonksiyon ve kardiyak yeniden şekillenme gibi tipik HFpEF kardiyak semptomları geliştirdi13. Önceki bir çalışma, metabolik bir bozukluk, fibroz ve miyokardda azalmış aktomiyosin MgATPaz ile karakterize edilen yaşlı maymunlarda14 orta aralıkta bir EF ile kardiyak yeniden şekillenmeyi indüklemek için yüksek enerjili bir diyet kullandı. Fare transvers aort daralması (TAK), hipertansiyona bağlı ventriküler kardiyomiyopatiyi taklit etmek için en yaygın kullanılan modellerden biridir. Sol ventrikül, artmış EF ile konsantrik hipertrofiden azalmış EF15,16 ile dilate yeniden şekillenmeye ilerler. Bu iki tipik aşama arasındaki geçiş fenotipleri, aort daralma tekniğinin HFpEF'i incelemek için kullanılabileceğini düşündürmektedir.
Bir domuz HFpEF modelinin patolojik özellikleri, hücresel sinyalizasyonu ve mRNA profilleri daha önce yayınlanmıştı17. Burada, bu modeli kurmak için adım adım bir protokol ve bu modelin fenotiplerini değerlendirmek için yaklaşımlar sunulmaktadır. Prosedür Şekil 1'de gösterilmiştir. Kısaca cerrahi plan, baş araştırmacı, cerrahlar, laboratuvar teknisyenleri ve hayvan bakım personeli tarafından ortaklaşa yapılmıştır. Minipigler, biyokimyasal testler ve ekokardiyografi dahil olmak üzere sağlık muayenelerine tabi tutuldu. Ameliyat sonrası antiinflamatuar ve analjezik işlemler uygulandı. Fenotiplerin değerlendirilmesinde ekokardiyografi, histolojik inceleme ve biyobelirteçler kullanıldı.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Tüm hayvan çalışmaları, Guangdong Laboratuvar Hayvanları İzleme Enstitüsü'nün Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi tarafından onaylanmıştır (onay no. IACUC2017009). Tüm hayvan deneyleri, Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Kılavuzu'na (8th Ed., 2011, The National Academies, ABD) uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Hayvanlar, Guangdong Laboratuvar Hayvanları İzleme Enstitüsü'nde AAALAC tarafından akredite edilmiş bir tesiste barındırıldı (lisans no. SYXK (YUE) 2016-0122, Çin). HFpEF modelini geliştirmek için altı erkek Tibet minipigi (sahte grup ve DAC grubu için n = 3, 25-30 kg ağırlığında) kullanıldı.
1. Hayvan ve enstrüman hazırlama
- Ameliyattan önce hayvanları 14 gün boyunca tesise alıştırın.
- Ameliyattan önce biyokimyasal testler ve ekokardiyografi dahil olmak üzere sağlık muayeneleri yapın. T/CALAS85-2020 Laboratuvar hayvanları - Büyük laboratuvar hayvanlarının kalbi, karaciğeri, böbreği ve beyni gibi ana organların sağlık değerlendirmesi için yönergeler (Çin Laboratuvar Hayvanları Bilimleri Derneği, Çin) uyarınca yapısında (ventriküler dilatasyon veya hipertrofi) ve işlevinde (EF %<50) kardiyak anormallikleri olan hayvanları hariç tutun.
- Ameliyat günü beslenmeyerek hayvanları anesteziden önce 12 saatten fazla aç bırakın.
- Ameliyathaneyi ve cihazları hazırlayın (Şekil 2). Anestezi ventilatör istasyonunu, veteriner ve hasta monitörlerini, veteriner ultrason sistemini, aspiratörü ve diğer cerrahi cihazları kontrol edin. Makas, forseps, ekartör, neşter sapı, aspiratör başlığı, cerrahi iğneler vb. otoklavlayın (bkz.
2. Sedasyon, trakeal entübasyon ve ven kanülasyonu
- Hayvanları tartın ve anestezik ilaçları hesaplayın. Minipigleri 1 mg / kg zoletil enjeksiyonu (enjeksiyon için tiletamin ve zolazepam) ve 0.5 mg / kg ksilazin hidroklorür enjeksiyonu ile sakinleştirin (bkz.
- Minipigleri kısıtlayın ve ameliyat masasında sağ lateral yaslanmış pozisyona yerleştirin. Hayvanların vücut ısısını korumak için ısıtma sistemini açın.
- Ekokardiyografi yapın (adım 5) ve 2 mL kan örneği alın.
- Minipigleri bir veteriner anestezi ventilatör istasyonuna bağlı bir endotrakeal tüp ile entübe edin (Şekil 3A) (bkz.
- Ventilasyonu 8 mL / kg tidal hacimde ve 30 nefes / dk'da başlatın. Cerrahi işlem sırasında hayvanları% 1.5 -% 2.5 izofluran ile koruyun.
- Bir kulak damarından (genellikle marjinal kulak damarı, Şekil 3B) periferik intravenöz kateter (26 G) (Malzeme Tablosuna bakınız) kullanarak intravenöz kanülasyon oluşturun.
- Hayvanı bir veteriner monitörüne bağlayın.
3. Cerrahi prosedür
- Sol torasik bölgeyi tıraş edin. Cildi kürek kemiğinden diyaframa aseptik olarak hazırlamak için %0.7 iyot ve %75 alkol uygulayın (Şekil 3C).
- Ameliyat alanının üzerine steril örtüler yerleştirin.
- Genel anesteziyi sürdürmek için intravenöz enjeksiyon ile propofol (5 mg / kg) (Malzeme Tablosuna bakınız) uygulayın.
- Elektrokoter ile cilt insizyonundan önce 4. interkostal boşluk boyunca insizyonu (~ 15 cm uzunluğunda) işaretleyin.
- Kas ve bağ dokusunun koter ve künt diseksiyonunun bir kombinasyonunu kullanarak göğsü açın. Ameliyat sırasında kanı almak için aspiratör kullanın.
- Kaburgaları açmak için bir kaburga ekartörü kullanın (Şekil 3D).
- Torasik inen aort segmentini bulun ve daralma bölgesini belirleyin (Şekil 3E). Segmentin etrafında iki kez dolaşmak için iki adet 3-0 cerrahi dikiş kullanın (Şekil 3F). Dikişlerin dokuya zarar vermesini önlemek için dikiş ile aort arasına üç kat tıbbi gazlı bez yerleştirin.
- Daralma derecesini belirlemek için basınç ölçüm birimlerini ayarlayın (Şekil 3F-H).
NOT: Ünite, damar duvarını delen bir kateter, bağlantı tüpü, basınç dönüştürücü ve bir hasta monitörü içerir. - İstenilen daralma derecesini elde etmek için inen aort segmentini çevreleyen cerrahi dikişi kademeli olarak sıkın. Basınç okumalarının 20 dakika stabilize olmasına izin verin ve cerrahi düğümleri kalıcı olarak sıkın.
- Göğüs boşluğundaki havayı ve fazla sıvıları boşaltmak için bir drenaj göğüs tüpü kullanın.
- Göğüs duvarını katmanlar halinde kapatın, kaburgaları ve bölünmüş kasları emilebilir dikişlerle yeniden yaklaştırın.
- Herhangi bir kanama olup olmadığını kontrol edin ve iyi bir hemostaz olduğundan emin olun.
- Ameliyat sonrası ameliyat bölgesine bir şişe benzilpenisilin (800.000 ünite) ( Malzeme Tablosuna bakınız) uygulayın.
- Hayvanın göz kırpma ve uzuv hareketinin varlığını izleyin. Ventilatörü ayırın ancak endotrakeal tüpü bırakın. Spontan solunumun varlığını izleyin.
- Hayvanı barınma odasına geri koyun ve otomatik olarak uyanmaya bırakın.
4. Ameliyat sonrası bakım
- 1 hafta boyunca her gün benzilpenisilin uygulayın (20.000 U / kg).
- 1 hafta boyunca günde 1 mg / kg fluniksin meglumin ( Malzeme Tablosuna bakınız) uygulayın.
NOT: Opioid ve NSAID analjezikler ameliyat sırasında ve sonrasında uygulanmalıdır.
5. Transtorasik ekokardiyografi
- Hayvanı 1 mg / kg zoletil ile sakinleştirin.
- Hayvanı kanvas kapaklı mobil bir emniyet ünitesine yerleştirin.
NOT: Mobil emniyet ünitesi (Malzeme Tablosuna bakın), hayvanın ön ayaklarını ve arka bacaklarını uzatmak için tasarlanmış dört açıklığa sahiptir. - Hayvanın sol göğsünü tıraş edin.
- Apikal nabzı hissetmek için parmaklarınızı göğsün sol ortasına yerleştirin. Ultrasonik jeli çevreye uygulayın.
- Ultrason sisteminin faz dizisi dönüştürücüsünü (3-8 Hz) üçüncü interkostal boşluğa yerleştirin. Dönüştürücüyü ön veya arka yöne doğru hareket ettirin ve çentik açısını ayarlayın.
- Atriyumları, ventrikülleri ve aortu tanımlayın. B modu ve M modu parasternal uzun eksenli görüntüleri kaydedin.
NOT: B modu görüntüsü, sol ventrikülün papiller kas seviyesindeki enine kesitini temsil eder ve M modu görüntüsü, sol ventrikülün zaman içindeki hareketini gösterir. - Parasternal kısa eksen görünümünü elde etmek için dönüştürücü kafasını saat yönünde 90° çevirin. Sol ventrikülü, sağ ventrikülü ve papiller kası tanımlayın. B modu ve M modu görüntülerini kaydedin.
- Kardiyak yapıyı ve işlevi değerlendirmek için ultrason sistemi üreticisi tarafından sağlanan iş istasyonunu kullanın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Ekokardiyografi
Kardiyak yapı ve fonksiyon 0, 2, 4, 6, 8, 10 ve 12. haftalarda değerlendirildi. Parasternal kısa eksen görünümünün B modu ve M modu kayıtları Şekil 4A'da gösterilmektedir. Ekokardiyografik ölçümler ventriküler septum kalınlığı (VST), arka duvar kalınlığı (PWT) ve sol ventrikül iç boyutu (LVID) idi. Diyastol sonundaki VST, DAC kalplerinde artarken, diyastol sonundaki PWT, gözlem süresi boyunca arttı ve daha sonra azaldı, bu da DAC minipiglerinin sol ventrikülünde hipertrofik yeniden şekillenmenin mevcut olduğunu düşündürdü. Diyastol sonundaki LVID 4. ve 6. haftalarda azaldı ve 8. haftadan sonra kademeli olarak arttı, bu da ventriküllerin dilatasyondan önce konsantrik hipertrofi geçirdiğini düşündürdü (Şekil 4D). Model kalplerin LVEF'i 12 haftalık dönemde %>50'de tutuldu (Şekil 4E).
Morfoloji ve kalp yetmezliği belirteci
12. haftadan sonra, kalpler daha önce tarif edildiği gibihasat edildi 17. Sahte kalplerinkilerle karşılaştırıldığında, DAC kalplerinde genişleme gözlendi (Şekil 5A). Kardiyak troponin I'in (cTnI) serum konsantrasyonu, üreticinin talimatlarını takiben 0, 4, 8 ve 12. haftalarda enzime bağlı bir immünosorbent test kiti kullanılarak belirlendi (bkz. Optik yoğunluk, bir mikroplaka okuyucu kullanılarak 450 nm'de ölçüldü. Kalp yetmezliği belirteci cTnI, DAC grubunda 4, 8 ve 12. haftalarda, karşılık gelen zaman noktalarında sahte gruba göre anlamlı olarak daha yüksekti (Şekil 5B).
Histolojik muayene
Sol ve sağ ventriküllerin serbest duvarlarından, ventriküler septumdan, sol ve sağ atriyumdan, mitral kapaktan ve aorttan dokular toplandı ve %4'lük paraformaldehit ile tespit edildi. Dokular gömüldü, kesitlere ayrıldı ve önceki rapor17'yi takiben hematoksilen ve eozin (H & E) çözeltisi ile boyandı. Hipertrofik kardiyomiyositler, fibrozis, inflamatuar hücreler, piknotik çekirdekler ve diğer yapılar ışık mikroskobu ile tanımlandı. Atriyum, ventriküler septum ve ventriküllerdeki kardiyomiyositler piknozlu hipertrofi gösterdi (Şekil 6A). Mitral kapakta kas tabakalarında azalma (Şekil 6B), aortta vasküler endotelyal hiperplazi izlendi (Şekil 6C). Ayrıca, DAC, minidomuzların miyokardında yaygın fibrozide indükledi (Şekil 7A), sol ventriküller, sağ atriyum ve aort duvarlarında inflamatuar hücrelerin infiltrasyonu ile birlikte (Şekil 7B).
Şekil 1: Deneysel tasarım. Deney planı, baş araştırmacı, cerrahlar, laboratuvar teknisyenleri ve hayvan bakım personeli tarafından işbirliği içinde yapıldı. Minipigler, biyokimyasal testler ve ekokardiyografi dahil olmak üzere sağlık muayenelerine tabi tutuldu. Ameliyatı takiben antiinflamatuar ve analjezik işlemler uygulandı. Ekokardiyografi, histolojik inceleme ve biyobelirteç testi ile kalp yetersizliği fenotipleri değerlendirildi. Her biri n = 3 olan hayvan sayısı, sahte ve DAC grupları içindi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2. Cerrahi cihazlar. DAC ameliyatı için gerekli cihazlar (A) arasında aspiratör (a), ameliyat masası (b), Veteriner monitörü (c), LED ameliyat lambaları (d) ve anestezi ventilatör istasyonu (e) bulunmaktadır. Ameliyat öncesi ve sonrası hayvan kalplerinin yapısını ve fonksiyonunu değerlendirmek için veteriner ultrason sistemi kullanıldı (B). Cerrahi aletler arasında bir laringoskop (C) ve çeşitli forsepsler, neşter sapları ve makas (D) vardı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Cerrahi prosedür. Sedasyondan sonra hayvan endotrakeal tüp (A) ile entübe edildi ve kulak damarı (B) yoluyla intravenöz kanülasyon sağlandı. Ameliyat bölgesi hayvanın sol göğsündeydi (C). İnen aort (D,E) pozlandıktan sonra, konstriksiyon bölgesi (SB) ve basınç monitörizasyonu için invaziv bölgeler (SA, SC) belirlendi (F,G) ve aort basıncı hasta monitörü (H) kullanılarak ölçüldü. Bir karikatür, daraltma stratejisine genel bakışı gösterir (I). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Transtorasik ekokardiyografi değerlendirmesi. 0. haftadan 12. haftaya kadar aşırı basınç kalplerinin temsili B modu ve M modu görüntüleri (A) 'da görüntülenir. 4 saniye boyunca kaydedilen M modu görüntüleri gösterilir. Pembe ölçek çubuğu, 1 s'lik rekor uzunluğu gösterir.DAC kalplerinde (B) diyastol sonundaki ventriküler septum kalınlığı (VST) artmıştır. Buna karşılık, diyastol sonundaki arka duvar kalınlığı (PWT), gözlem süresi (C) sırasında kademeli olarak arttı ve azaldı. Diyastol sonundaki sol ventrikül iç boyutu (LVID) 4. ve 6. haftalarda azaldı ve 8. haftadan sonra kademeli olarak arttı (D). Model kalplerin LVEF'i 12 haftalık dönemde (E) %>50'de tutuldu. Her biri n = 3 olan hayvan sayısı, sahte ve DAC grupları içindi. Gruplar arasındaki farklılıkları belirlemek için eşlenmemiş t-testi kullanıldı. *P < 0,05'e karşı. sahte grup. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 5: Kalp morfolojisi ve serum cTnI. Kalbin büyüklüğü arttı (A). Kalp yetmezliği belirteci cTnI, DAC grubunda 4, 8 ve 12. haftalarda, karşılık gelen zaman noktalarında (B) sahte gruba göre anlamlı olarak daha yüksekti. Her biri n = 3 olan hayvan sayısı, sahte ve DAC grupları içindi. Gruplar arasındaki farklılıkları belirlemek için eşlenmemiş t-testi kullanıldı. *P < 0,05'e karşı. sahte grup. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 6: Miyokard, mitral kapak ve aort duvarının histolojisi. Deneyin sonunda kalp dokusunu incelemek için H & E boyaması kullanıldı. Atriyum, ventriküler septum ve ventriküllerdeki kardiyomiyositler hipertrofi gösterdi (yeşil oklar; A), piroz eşliğinde (sarı oklar; A). Mitral kapakta kas tabakaları azaldı (mavi oklar; B). Aortta vasküler endotelyal hiperplazi gözlendi (mavi çizgiler içindeki alan; C). Kırmızı yıldızlar: incelenen dokular; L. ventrikül, sol ventrikül; R. ventrikül, sağ ventrikül; L. atriyum, sol atriyum; R. atriyum, sağ atriyum. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 7: DAC kalplerinde fibroz ve inflamasyon. Histolojik incelemede DAC minipiglerinde yaygın miyokardiyal fibroz saptandı. Sol ventrikülde fibrotik bir alan görüntülendi (sarı yıldız işaretleri ve oklar; A). Sol ventriküllerde, sağ atriyumda ve aort duvarlarında inflamatuar hücrelerin infiltrasyonu gözlendi (yeşil renkli yıldızlar; B). Kırmızı yıldızlar: incelenen dokular; mavi oklar, eozinofiller; L. ventrikül, sol ventrikül; R. atriyum, sağ atriyum. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu çalışma, Tibet minipigleri için bir HFpEF modeli geliştirmek için DAC tekniklerini kullandı. Burada sedasyon, trakeal entübasyon, ven kanülasyonu, cerrahi prosedür ve ameliyat sonrası bakım dahil olmak üzere adım adım bir hayvan ve alet hazırlama protokolü sunulmaktadır. Ekokardiyografik B-mod ve M-mod kalp görüntüleri için kayıt teknikleri de sunulmaktadır. DAC'den sonra, kalpte 4. ve 6. haftalarda sol ventrikül hipertrofisi ve 8. haftadan sonra dilatasyon uygulandı. LVEF 12 haftalık süre boyunca korunmuştur. DAC kalplerinde fibrozis ve inflamasyon gözlendi.
Açık göğüs operasyonu ve aort daralması kombinasyonu, büyük ve küçük hayvanlarda kalp yetmezliği modelleri geliştirmek için kullanılmıştır. Örneğin, kemirgen aort daralmasına bağlı hipertansiyon 1950'lerin başlarında bildirilmiştir18. Domuzlarda çıkan aortun daralması, 2-4 haftalık domuzlarda hafif sol ventrikül hipertrofisine neden oldu. Asendan aortun yerini belirlemek için operasyon bölgesi ile ilgili olarak, birkaç çalışma üçüncü interkostal boşluğu 19,20 seçerken, başka bir çalışma lateral torakotomiiçin dördüncü interkostal boşluğu seçti21. İnen aorttaki daralmanın yetişkin Tibet minidomuzlarında pratik olduğu bulundu. İnen aort segmenti dördüncü interkostal boşluğun hemen altında yer aldı ve çok az bağ dokusu ile çevriliydi.
Daralma derecesi, HFpEF'in temel özelliklerini indüklemek için çok önemli olabilir. Melleby ve ark. daha küçük bir halka boyutunun hipertrofiyi hızlandırdığını, daha büyük halka boyutlarının ise artan aort daralması olan farelerde 8-20 hafta boyunca EF'nin korunmasına yol açtığını bildirmiştir22. Massie ve ark. ventriküler hipertrofiyi indüklemek için domuzlarda açık göğüs cerrahisi için 20 mmHg'lik bir basınç gradyanı belirledi21. Charles ve ark. dişi Yorkshire-Landrace domuzlarında HFpEF üretmek için aşamalı manşet şişirmeyi benimsemiştir23. Bu çalışmada, 12 hafta boyunca inen aorttaki basınçta% 20'lik bir artış HFpEF'e yol açtı. Araştırmacılar ayrıca dişi Ossabaw domuzlarında HFpEF'i indüklemek için aort daralma tekniklerini deoksikortikosteron asetat veya Batı diyeti ile birleştirdiler10,24. Daralma dereceleri tipik olarak bir mikro manometre kateteri veya ekokardiyografi kullanılarak ölçülen basınçla tahmin edilir. Aort basıncını ölçmek için bir alet modifiye edilmişti. İnen aorttaki basıncı kaydetmek için hasta monitörüne bağlı tek kullanımlık kan basıncı transdüserlerine sahip bir kateter kullanıldı.
Önceki çalışmamız, minipiglerde HFpEF kalplerinin tipik parasternal uzun eksenli görüntülerinisundu 17; Burada, temsili parasternal kısa eksenli görüntüler eklenir. Daha önceki sonuçlarla tutarlı olarak, minipig DAC modeli, 12 haftalık gözlem süresi boyunca kardiyak yeniden şekillenme, konsantrik hipertrofi ve dilatasyonun iki farklı aşamasını sergiledi. Bu fenotipler HFpEF'in klinik semptomları ile tutarlıdır. Bu çalışmada HFpEF modelindeki yeni histolojik bulgular da ortaya konmuştur. Atriyum, ventriküler septum ve ventriküllerde kardiyomiyosit hipertrofisi bulunur. Ayrıca sol ventrikül, sağ atriyum ve aort duvarında ciddi inflamatuar hücre infiltrasyonu elde edilir. Bu, DAC miyokard17'de interlökinler -6 ve -1β, NFκB ve sitokin üretiminin yukarı regülasyonunu gösteren önceki bulguları tamamlar. HFpEF domuzun mitral kapağında kas tabakası kayboldu, bu da mitral kapaktaki anormalliklerin kardiyak disfonksiyona katkıda bulunduğunu düşündürdü.
Aseptik bir cerrahi prosedür oluşturmak, başarılı ve stabil domuz modelleri elde etmek için kritik öneme sahiptir. Domuzlarda aort daralması ameliyatı, kemirgenlerdekinden daha fazla operatör gerektirir. Genellikle iki cerrah, bir anestezi uzmanı, iki ameliyathane hemşiresinden oluşan deneyimli bir cerrahi ekip gerektirir. Bu roller veteriner hekimler, insan cerrahlar ve/veya iyi eğitimli teknisyenler tarafından alınabilir. Bir aort daralma prosedürünü tamamlamak için yaklaşık 30 dakika süren bir kemirgen ameliyatı ile karşılaştırıldığında, domuzlarda benzer bir prosedürün tamamlanması 3 saatten fazla sürebilir. Uygulamada, büyük hayvan cerrahisi için yetersiz tesisler ve kalifiye personel, domuz cerrahi modellerinin uygulanmasını sınırlamaktadır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.
Acknowledgments
Bu çalışma Guangdong Bilim ve Teknoloji Programı (2008A08003, 2016A020216019, 2019A030317014), Guangzhou Bilim ve Teknoloji Programı (201804010206), Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (31672376, 81941002) ve Guangdong Eyaleti Laboratuvar Hayvanları Anahtar Laboratuvarı (2017B030314171) tarafından desteklenmiştir.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Absorbable surgical suture | Putong Jinhua Medical Co. Ltd, China | 4-0 | |
| Aesthesia ventilator station | Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Co., Ltd, China | WATO EX-35vet | |
| Aspirator | Shanghai Baojia Medical Apparatus Co., Ltd, China | YX930D | |
| Benzylpenicillin | Sichuan Pharmaceutical. INC, China | H5021738 | |
| Disposal endotracheal tube with cuff | Shenzhen Verybio Co., Ltd, China | 20 cm, ID 0.9 | |
| Disposal transducer | Guangdong Baihe Medical Technology Co., Ltd, China | ||
| Dissection blade | Shanghai Medical Instruments (Group) Co., Ltd, China | ||
| Electrocautery | Shanghai Hutong Medical Instruments (Group) Co., Ltd, China | GD350-B | |
| Enzyme-linked immunosorbent assay ELISA kit | Cusabio Biotech Co., Ltd, China | CSB-E08594r | |
| Eosin | Sigma-Aldrich Corp. | E4009 | |
| Flunixin meglumine | Shanghai Tongren Pharmaceutical Co., Ltd., China | Shouyaozi(2012)-090242103 | |
| Forceps | Shanghai Medical Instruments (Group) Co., Ltd.,China | ||
| Hematoxylin | Sigma-Aldrich Corp. | H3136 | |
| Isoflurane | RWD Life Science Co., Ltd, China | Veteasy for animals | |
| Laryngoscope | Taixing Simeite Medical Apparatus and Instruments Limited Co., Ltd, China | For adults | |
| LED surgical lights | Mingtai Medical Group, China | ZF700 | |
| Microplate reader | Thermo Fisher Scientific, USA | Multiskan FC | |
| Microscope | Leica, Germany | DM2500 | |
| Mobile restraint unit | Customized | N/A | A mobile restraint unit, made by metal frame and wheels, with a canvas cover |
| Oxygen | Local suppliers, Guangzhou, China | ||
| Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich Corp. | V900894 | |
| Patient monitor | Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Company, China | Beneview T5 | |
| Peripheral Intravenous (IV) Catheter | Shenzhen Yima Pet Industry Development Co., Ltd., China | 26G X 16 mm | |
| Propofol | Guangdong Jiabo Phamaceutical Co., Ltd. | H20051842 | |
| Rib retractor | Shanghai Medical Instruments (Group) Co., Ltd.,China | ||
| Ruler | Deli Manufacturing Company, China | ||
| Scalpel handles | Shanghai Medical Instruments (Group) Co., Ltd.,China | ||
| Scissors (g) | Shanghai Medical Instruments (Group) Co., Ltd.,China | ||
| Suture | Medtronic-Coviden Corp. | 3-0, 4-0 | |
| Ultrasonic gel | Tianjin Xiyuansi Production Institute, China | TM-100 | |
| Veterinary monitor | Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Company, China | ePM12M Vet | |
| Veterinary ultrasound system | Esatoe, Italy | MyLab30 | Equiped with phased array transducer (3-8 Hz) |
| Xylazine hydrochloride injection | Shenda Animal Phamarceutical Co., Ltd., China | Shouyaozi(2016)-07003 | |
| Zoletil injection | Virbac, France | Zoletil 50 | Tiletamine and zolazepam for injection |
References
- Dunlay, S. M., Roger, V. L., Redfield, M. M. Epidemiology of heart failure with preserved ejection fraction. Nature Reviews Cardiology. 14 (10), 591-602 (2017).
- Redfield, M. M. Heart failure with preserved ejection fraction. New England Journal of Medicine. 375 (19), 1868-1877 (2016).
- Lam, C. S. P., Voors, A. A., de Boer, R. A., Solomon, S. D., van Veldhuisen, D. J. Heart failure with preserved ejection fraction: From mechanisms to therapies. European Heart Journal. 39 (30), 2780-2792 (2018).
- Solomon, S. D., et al. Angiotensin receptor neprilysin inhibition in heart failure with preserved ejection fraction: Rationale and design of the PARAGON-HF trial. JACC-Heart Failure. 5 (7), 471-482 (2017).
- Cunningham, J. W., et al. Effect of sacubitril/valsartan on biomarkers of extracellular matrix regulation in patients with HFpEF. Journal of the American College of Cardiology. 76 (5), 503-514 (2020).
- Conceição, G., Heinonen, I., Lourenço, A. P., Duncker, D. J., Falcão-Pires, I. Animal models of heart failure with preserved ejection fraction. Netherlands Heart Journal. 24 (4), 275-286 (2016).
- Noll, N. A., Lal, H., Merryman, W. D. Mouse models of heart failure with preserved or reduced ejection fraction. American Journal of Pathology. 190 (8), 1596-1608 (2020).
- Schwarzl, M., et al. A porcine model of hypertensive cardiomyopathy: Implications for heart failure with preserved ejection fraction. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 309 (9), 1407-1418 (2015).
- Reiter, U., et al. Early-stage heart failure with preserved ejection fraction in the pig: A cardiovascular magnetic resonance study. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 18 (1), 63 (2016).
- Silva, K. A. S., et al. Tissue-specific small heat shock protein 20 activation is not associated with traditional autophagy markers in Ossabaw swine with cardiometabolic heart failure. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 319 (5), 1036-1043 (2020).
- Ponikowski, P., et al. 2016 ESC Guidelines for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure: The Task Force for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure of the European Society of Cardiology (ESC)Developed with the special contribution of the Heart Failure Association (HFA) of the ESC. European Heart Journal. 37 (27), 2129-2200 (2016).
- Tsutsui, H., et al. JCS 2017/JHFS 2017 guideline on diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure - Digest version. Circulation Journal. 83 (10), 2084-2184 (2019).
- Yousefi, K., Dunkley, J. C., Shehadeh, L. A. A preclinical model for phenogroup 3 HFpEF. Aging (Albany NY). 11 (13), 4305-4307 (2019).
- Zheng, S., et al. Aged monkeys fed a high-fat/high-sugar diet recapitulate metabolic disorders and cardiac contractile dysfunction. Journal of Cardiovascular Translational Research. 14 (5), 799-815 (2021).
- Shirakabe, A., et al. Drp1-dependent mitochondrial autophagy plays a protective role against pressure overload-induced mitochondrial dysfunction and heart failure. Circulation. 133 (13), 1249-1263 (2016).
- Zhabyeyev, P., et al. Pressure-overload-induced heart failure induces a selective reduction in glucose oxidation at physiological afterload. Cardiovascular Research. 97 (4), 676-685 (2013).
- Tan, W., et al. A porcine model of heart failure with preserved ejection fraction induced by chronic pressure overload characterized by cardiac fibrosis and remodeling. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 8, 677727 (2021).
- Beznak, M. Changes in heart weight and blood pressure following aortic constriction in rats. Canadian Journal of Biochemistry and Physiology. 33 (6), 995-1002 (1955).
- Bikou, O., Miyashita, S., Ishikawa, K. Pig model of increased cardiac afterload induced by ascending aortic banding. Methods in Molecular Biology. 1816, 337-342 (2018).
- Hiemstra, J. A., et al. Chronic low-intensity exercise attenuates cardiomyocyte contractile dysfunction and impaired adrenergic responsiveness in aortic-banded mini-swine. Journal of Applied Physiology. 124 (4), 1034-1044 (2018).
- Massie, B. M., et al. Myocardial high-energy phosphate and substrate metabolism in swine with moderate left ventricular hypertrophy. Circulation. 91 (6), 1814-1823 (1995).
- Melleby, A. O., et al. A novel method for high precision aortic constriction that allows for generation of specific cardiac phenotypes in mice. Cardiovascular Research. 114 (12), 1680-1690 (2018).
- Charles, C. J., et al. A porcine model of heart failure with preserved ejection fraction: magnetic resonance imaging and metabolic energetics. ESC Heart Failure. 7 (1), 92-102 (2020).
- Olver, T. D., et al. Western, diet-fed, aortic-banded ossabaw swine: A Preclinical model of cardio-metabolic heart failure. JACC Basic to Translational Science. 4 (3), 404-421 (2019).
