Methodenartikel

Chronisch schapenmodel van rechterventrikelfalen en functionele tricuspidalisregurgitatie

DOI:

10.3791/64529

17 maart 2023

In dit artikel

Samenvatting

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Rechterventrikelfalen en functionele tricuspidalisregurgitatie zijn geassocieerd met linkszijdige hartaandoeningen en pulmonale hypertensie, die aanzienlijk bijdragen aan morbiditeit en mortaliteit bij patiënten. Het opzetten van een chronisch schapenmodel om rechterventrikelfalen en functionele tricuspidalisregurgitatie te bestuderen, zal helpen bij het begrijpen van hun mechanismen, progressie en mogelijke behandelingen.

Samenvatting

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De pathofysiologie van ernstige functionele tricuspidalisregurgitatie (FTR) geassocieerd met rechterventrikeldisfunctie is slecht begrepen, wat leidt tot suboptimale klinische resultaten. We wilden een chronisch schapenmodel van FTR en rechterhartfalen opzetten om de mechanismen van FTR te onderzoeken. Twintig volwassen mannelijke schapen (6-12 maanden oud, 62 ± 7 kg) ondergingen een linker thoracotomie en baseline echocardiografie. Een longslagaderband (PAB) werd geplaatst en rond de hoofdlongslagader (PA) geknoopt om ten minste de systolische pulmonale slagaderdruk (SPAP) te verdubbelen, waardoor overbelasting van de rechterventrikeldruk (RV) en tekenen van RV-dilatatie werden geïnduceerd. PAB verhoogde de SPAP acuut van 21 ± 2 mmHg naar 62 ± 2 mmHg. De dieren werden gedurende 8 weken gevolgd, symptomen van hartfalen werden behandeld met diuretica en surveillance-echocardiografie werd gebruikt om te beoordelen op pleurale en abdominale vochtverzameling. Drie dieren stierven tijdens de follow-upperiode als gevolg van een beroerte, bloeding en acuut hartfalen. Na 2 maanden werden een mediane sternotomie en epicardiale echocardiografie uitgevoerd. Van de overlevende 17 dieren ontwikkelden 3 milde tricuspidalisregurgitatie, 3 ontwikkelden matige tricuspidalisregurgitatie en 11 ontwikkelden ernstige tricuspidalisregurgitatie. Acht weken pulmonale arteriebanding resulteerden in een stabiel chronisch schapenmodel van rechterventrikeldisfunctie en significante FTR. Dit grote dierenplatform kan worden gebruikt om de structurele en moleculaire basis van RV-falen en functionele tricuspidalisregurgitatie verder te onderzoeken.

Inleiding

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Rechterventrikelfalen (RVF) wordt erkend als een belangrijke factor die bijdraagt aan de morbiditeit en mortaliteit van hartpatiënten. De meest voorkomende oorzaken van RVF zijn linkszijdige hartaandoeningen en pulmonale hypertensie1. Tijdens de progressie van RVF kan functionele tricuspidalisregurgitatie (FTR) optreden als gevolg van rechterventrikeldisfunctie (RV), ringvormige dilatatie en subvalvulaire remodellering. Matige tot ernstige FTR is een onafhankelijke voorspeller van mortaliteit2,3, en naar schatting is 80%-90% van de gevallen van tricuspidalisregurgitatie functioneel van aard4. FTR zelf kan nadelige ventriculaire remodellering bevorderen door nabelasting of preloadte beïnvloeden 5. De tricuspidalisklep is historisch beschouwd als de vergeten klep6, en er werd aangenomen dat de behandeling van linkszijdige hartaandoeningen de bijbehorende RV-pathologie en FTR7 zou oplossen. Recente gegevens hebben aangetoond dat dit een foutieve strategie is en de huidige klinische richtlijnen pleiten voor een veel agressievere benadering van FTR4. De pathofysiologie van ernstige FTR geassocieerd met rechterventrikeldisfunctie is echter nog steeds slecht begrepen, wat leidt tot suboptimale klinische resultaten8. De momenteel beschikbare grote diermodellen van RVF zijn gebaseerd op druk, volume of gemengde overbelasting. We hebben eerder een groot diermodel van RVF en TR beschreven, maar alleen in een acute setting9.

De huidige studie richt zich op een chronisch schapenmodel van pulmonale arteriebanding (PAB) om RV-afterload (drukoverbelasting) te verhogen en RV-disfunctie en FTR te induceren. Het afterloadmodel is betrouwbaar en reproduceerbaar in vergelijking met pulmonale hypertensiemodellen, waarin veranderingen in microvasculatuur minder voorspelbaar en waarschijnlijkerzijn 10. Het doel van de studie was om een chronisch groot diermodel van RVF en FTR te ontwikkelen dat rv-drukoverbelasting het meest nauwkeurig zou nabootsen bij patiënten met linkszijdige hartaandoeningen en pulmonale hypertensie. De vaststelling van een dergelijk model zou diepgaande studies mogelijk maken naar de pathofysiologie van de ventriculaire en valvulaire remodellering geassocieerd met RV-disfunctie en tricuspidalisinsufficiëntie. Het schapenmodel werd gekozen op basis van ons eerdere werk aan de mitralisklep en de gepubliceerde literatuur die de anatomische en fysiologische overeenkomsten tussen menselijke en schapenharten ondersteunt11,12,13.

Voor deze studie ondergingen 20 volwassen schapen (62 ± 7 kg) een linker thoracotomie en hoofdlongslagaderbanding (PAB) om ten minste de systolische pulmonale slagaderdruk (SPAP) te verdubbelen, waardoor RV-drukoverbelasting werd geïnduceerd. De dieren werden gedurende 8 weken gevolgd en de symptomen van hartfalen werden behandeld met diuretica wanneer dit klinisch duidelijk was. Surveillance echocardiografie werd periodiek uitgevoerd om de RV-functie en valvulaire competentie te beoordelen. Na de voltooiing van het experimentele protocol voor modelontwikkeling (8 weken), werden de dieren teruggebracht naar de operatiekamer voor mediane sternotomie en de implantatie van sonomicometriekristallen op de epicardiale en intra-cardiale structuren. Deze procedure werd uitgevoerd met behulp van cardiopulmonale bypass met het kloppende hart en met bicavale controle. Er waren geen problemen bij het spenen van de dieren van de cardiopulmonale bypass of het verkrijgen van de sonomimetriegegevens in een stabiele steady-state hemodynamische omgeving zonder de noodzaak van inotropen voor ondersteuning van het rechterhart. We verwachten in de nabije toekomst tricuspidalisring annuloplastiek en andere rechterhartprocedures uit te voeren met behulp van een rechter thoracotomiebenadering in zowel terminale als overlevingsexperimenten. De huidige ervaring doet ons geloven dat het mogelijk zal zijn om de dieren zonder problemen uit de cardiopulmonale bypass te spenen en dat overleving op lange termijn haalbaar is. Als zodanig geloven we dat het model de uitvoering van klinisch relevante cardiale procedures mogelijk zal maken. Hieronder vindt u een beschrijving van de stappen (perioperatief en operatief) die zijn uitgevoerd voor het uitvoeren van het experimentele protocol voor schapen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het protocol is goedgekeurd door de Michigan State University Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) (Protocol 2020-035, goedgekeurd op 27-7-2020). Voor deze studie werden 20 volwassen mannelijke schapen met een gewicht van 62 ± 7 kg gebruikt.

1. Preoperatieve stappen

  1. Vast het dier 12 uur voor de operatie ('s nachts).
  2. Plaats het dier in een schapenstoel (figuur 1) en bereid je voor op de juiste halsadercannulatie met behulp van een lange 11 Fr-inbrengmantel (schedelengte = 10 cm).
  3. Scheer met tondeuses langs de IV-plaatsingsplaats - het rechter voorste aspect van de nek ongeveer 10-15 cm lateraal van de middellijn voor de rechter halsader.
  4. Draai het hoofd van het dier naar links, zodat de rechter voorste en laterale aspecten van de nek worden blootgesteld. Lokaliseer de halsadercursus. Om dit te vergemakkelijken, drukt u de onderkant van de nek samen om de ader op te zwellen.
  5. Reinig met chloorhexidine en scrub op alcoholbasis en verdoof lokaal met 1% lidocaïne.
  6. Canuleer de halsader in het midden tot bovenste derde deel van de nek, zoals beschreven.
    1. Snijd de huid boven de ader met een nummer 11 mes loodrecht op de ader.
    2. Cannuleer met een angiocatheter van 14 G; wanneer op zijn plaats (er komt bloed uit de naald of er wordt bloed gevlekt), verwijdert u de naald, verlaat u de katheter, passeert u de geleidingsdraad, verwijdert u de katheter, plaatst u de 11 Fr-schede en zet u deze vast.
    3. Zorg voor de doorgankelijkheid en de juiste plaatsing van de canule door donkerrood bloed op te zuigen en een zoutoplossingspoeling uit te voeren om de stroom en afwezigheid van zwelling op de inbrengplaats te bevestigen.
  7. Start de inductie van propofol bij 1,0-1,5 mg / kg intraveneus (IV).
  8. Intubate met een nummer 9 endotracheale (ET) buis met behulp van een laryngoscoop met een nummer 5 mes. Hiervoor moet de ene persoon de kaken en tong vastzetten, terwijl de andere persoon de luchtpijp identificeert, de ET-buis inbrengt en de afdichtingsmanchet opblaast. Bevestig de juiste plaatsing door de bilaterale ademgeluiden en condensatie op de ET-buis.
  9. Dien intraveneus het pijnstillende buprenorfine toe met 0,01 mg/kg en gebruik 240 mg gentamicine en 1 g cefazoline voor antibiotische profylaxe.
  10. Breng het dier van de schapenstoel over op een operatietafel en plaats het op zijn rechterkant.

2. Stappen van de operatie

  1. Ventileer bij 15 ml/kg (12-18 ademhalingen/min), met zuurstofstroom bij 4 l/min en isofluraan bij 2,5%-4,0%. Bevestig de juiste anesthesie om ervoor te zorgen dat het onderwerp zich op chirurgisch niveau bevindt (stadium 3) door de kaaktint en oogrotatie te controleren.
  2. Smeer beide ogen door oogheelkundige oinment aan te brengen en een maagsonde in te brengen om gas- en voedselafvoer te garanderen. Sluit het elektrocardiogram (ECG), de pulsoximeter (SpO 2), de capnograaf (ETCO2) en de lichaamstemperatuurmonitoren aan. Bevestig de ECG-ledemaatkabels (I, II, III) aan de huid via krokodillenklemmen, de SpO 2-sensor aan de wang van het dier en de ETCO2-buis aan de endotracheale buis en breng de temperatuursonde door het neusgat in de nasopharynx.
  3. Bereid het operatieveld voor. Scheer de linker voorste borst, reinig met chloorhexidine en scrub op alcoholbasis en bedek met steriele gordijnen.
  4. Maak een 10 cm lange huid en onderhuidse incisie ter hoogte van de vierde intercostale ruimte.
  5. Bevestig de juiste intercostale ruimte door de thoracale inlaat te identificeren en de intercostale ruimten naar beneden te tellen. Ga vervolgens verder met de incisie in het midden en langs de vierde intercostale ruimte.
  6. Verdeel de intercostale spieren, open de borstholte en spreid de ribben met een mini-thoracotomie Finochietto-stijl retractor. Zorg er tijdens het uitvoeren van de thoracotomie voor dat u de linker interne borstslagader (LIMA) aan de sternale rand van de incisie en de long aan de bovenste rand niet verwondt.
  7. Voer baseline epicardiale echocardiografie uit om de biventriculaire functie en valvulaire competentie te beoordelen. Het optreden van niet-standaard weergaven kan te wijten zijn aan de mini-thoracotomie gericht op de tricuspidalisklep (TV), rechter- en linkerventrikelfunctie en longslagaderstroom.
  8. Identificeer de LIMA aan de sternale rand van de incisie, verwijder de aangrenzende weefsels eromheen en bereid u voor op het opzetten van een arteriële lijn voor drukbewaking.
  9. Plaats twee 4-0 zijden hechtingen rond de slagader, met één proximaal en één distaal naar de cannulatieplaats (gebruikt om de arteriële katheter vast te zetten).
  10. Gebruik titanium clips met een clip-applier om de LIMA distaal op de geplande cannulatieplaats te knippen om terugstroombloedingen tijdens cannulatie te voorkomen.
  11. Maak een loodrechte incisie die de helft is van de omtrek van de katheter in de LIMA met een nummer 11-mes.
  12. Plaats een angiokatheter van 18 G en bevestig deze aan de arteriële lijnmodule. Wanneer een druk van ongeveer 120/80mmHg is bereikt, zet u de katheter op zijn plaats met behulp van de twee 4-0 zijden hechtingen die eerder zijn geplaatst.
  13. Voer pericardiotomie uit vanaf het niveau van de sinussen van de longslagader en ga 4-5 cm lateraal langs de hoofdlongslagader (MPA), waarbij u ervoor zorgt dat de linker nervus phrenicus niet wordt verwond.
  14. Breng vier tot vijf intreksteken aan op het geopende hartzakje om een pericardiale put te creëren, omdat dit de blootstelling en dissectie tussen de longstam en de aorta vergemakkelijkt.
  15. Ontleed de MPA van opgaande aorta (AA) op ongeveer 2-3 cm van zijn oorsprong met behulp van een stompe haakse tang, beginnend ter hoogte van het linker atriale aanhangsel en werkend naar de AA. Om de MPA volledig van de AA te scheiden, gebruikt u elektrocauterie of een schaar om het bindweefsel tussen de twee structuren te verwijderen.
  16. Breng een navelstrengtape rond de MPA met een stompe haakse klem. Stel een MPA-drukleiding vast door een 5-0 monofilament purse-string hechtdraad 1 cm distaal van de MPA-sinussen te plaatsen.
  17. Plaats een angiokatheter van 20 G en sluit deze aan op een bewakingslijn. Zorg ervoor dat de juiste MPA- en arteriële lijnmetingen worden bereikt voordat de navelstrengband wordt gebruikt; De arteriële en pulmonale druk kan variëren, maar moet vergelijkbaar zijn met de waarden van de menselijke patiënt.
  18. Houd beide uiteinden van de navelstreng vast en klem ze aan elkaar om het lumen van de MPA te verminderen.
  19. Span de band geleidelijk aan met de opeenvolgende toepassing van een clipapplier, waarbij elke clip onder de vorige clip wordt geplaatst totdat de systemische bloeddruk gestaag begint te dalen (figuur 2). Verwijder op dit punt de laatst geplaatste clip om de systemische bloeddruk te stabiliseren.
  20. Wanneer maximale cinching en stabiele hemodynamische omstandigheden worden bereikt, bevestigt u de navelstrengband aan de adventitia van de MPA met behulp van een 5-0 monofilament-hechtdraad om distale migratie te voorkomen.
  21. Voer post-banding echocardiografie uit om de biventriculaire functie en valvulaire competentie te beoordelen, zoals in stap 2.7. Verwijder de MPA-drukleiding en arteriële lijn en zorg voor een goede hemostase door te controleren op bloedingen afkomstig van het gebied waar de band en arteriële lijnen zijn geplaatst.
  22. Plaats een borstbuis in de linker thorax, met de ingangsplaats één intercostale ruimte onder de initiële incisie. Sluit de ribben met twee Vicryl maat 2 hechtingen en sluit de wond met drielaagse continue hechtingen: Vicryl 2-0 voor de spier- en onderhuidse weefsels en Prolene 3-0 voor de huid.
  23. Wanneer er geen tekenen van bloeding worden gezien, verwijdert u de borstbuis voordat u het dier van de beademingsmachine spenen.
  24. Spenen het dier uit de ventilator, extubate, verplaats het naar een enkele kooi en volg het minstens 1 uur op de voet. Laat de centrale infuuslijn op zijn plaats en zet deze vast met een losjes aangebracht verband rond de nek.
    OPMERKING: Postoperatieve intraveneuze analgesie werd gehandhaafd met buprenorfine (0,05 mg/kg) en flunixine (1,2 mg/kg) gedurende 3 dagen na de operatie.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Na de voltooiing van het experimentele protocol voor modelontwikkeling (bijna 8 weken), werden de dieren teruggebracht naar de operatiekamer voor mediane sternotomie en de implantatie van sonomiometriekristallen op de epicardiale en intra-cardiale structuren. Deze procedure werd uitgevoerd met behulp van cardiopulmonale bypass met het kloppende hart en met bicavale controle, zoals eerder door onze groep in detail beschreven9. Er waren geen problemen bij het spenen van de dieren van de cardiopulmon...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In dit model resulteerde 8 weken longslagaderbanding in een stabiel chronisch schapenmodel van rechterventrikeldisfunctie en, in de meeste gevallen, significante FTR. De sterke punten van het gepresenteerde chronische PAB-model zijn de precieze aanpassing van de nabelasting tijdens de procedure, hoewel de invloed ervan op RV-responsen kan verschillen. Het model is geschikt voor het evalueren van verschillende gradaties van RV-falen of FTR, waarbij de ernst wordt gemoduleerd door de mate van longslagadervernauwing. Bovend...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben geen belangenconflicten bekend te maken.

Dankbetuigingen

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het onderzoek werd gefinancierd met een interne subsidie van het Meijer Hart- en Vaatinstituut van Spectrum Health.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Anesthesia Machine Drager Narkomed MRI-2Drager4116091-001
angiocatheterBDBD38226814GAx8.25cm
BD ChloraPrep Scrub Teal 26 ml applicator met een steriele oplossing
Mes #11Bard-Parker371111
Buprenorfine HIKMA
cefazolin 1,0gHikma0143-9924-90
Diprivan 200mg/20ml63323-0269-29FRESENIUS KABI
Elektrochirurgisch generator Valleylab Force FXValleylabCF5L44233A
Gentamicinesulfaat 40 mg / mLFresenius406365
i-Stat Bloedanalyzer MN 300Abbott
Lidocaine HCl 1%Pfizer243243
Open ligaturendklemmen Horizon MediumTeleflex237061
PERMAHAND Zijde SutuurPERMA HANDSA 63H
Pinnacle IntroducerschedeTerrumoRSS102schedelengte 10cm
Prolene 3-0ETHICON8684H
Titanium Clips MediumTeleflex2200
NavelsnoerEthiconEFA 1165
VICRYL 2 gecoat ongekleurd 1X54" TP-1ETHICONJ 880T
Vicryl 2-0ETHICONJ269H

Referenties

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Haddad, F., Hunt, S. A., Rosenthal, D. N., Murphy, D. J. Right ventricular function in cardiovascular disease, part I: Anatomy, physiology, aging, and functional Assessment of the right ventricle. Circulation. 117 (11), 1436-1448 (2008).
  2. Taramasso, M., et al. The growing clinical importance of secondary tricuspid regurgitation. Journal of the American College of Cardiology. 59 (8), 703-710 (2012).
  3. Mangieri, A., et al. Mechanism and implications of the tricuspid regurgitation: From the pathophysiology to the current and future therapeutic options. Circulation: Cardiovascular Interventions. 10 (7), 005043(2017).
  4. Otto, C. M., et al. 2020 ACC/AHA Guideline for the Management of Patients With Valvular Heart Disease: Executive summary: A report of the American College of Cardiology/American Heart Association Joint Committee on Clinical Practice Guidelines. Circulation. 143 (5), 35-71 (2021).
  5. Vonk-Noordegraaf, A., et al. Right heart adaptation to pulmonary arterial hypertension: physiology and pathobiology. Journal of the American College of Cardiology. 62, 22-33 (2013).
  6. Yoganathan, A., et al. Tricuspid valve diseases: Interventions on the forgotten heart valve. Journal of Cardiac Surgery. 36 (1), 219-228 (2021).
  7. Vachiéry, J. L., et al. Pulmonary hypertension due to left heart diseases. Journal of the American College of Cardiology. 62, 25 Suppl 100-108 (2013).
  8. Chin, K. M., Coghlan, G. Characterizing the right ventricle: Advancing our knowledge. American Journal of Cardiology. 110, 6 Suppl 3-8 (2012).
  9. Malinowski, M., et al. Large animal model of acute right ventricular failure with functional tricuspid regurgitation. International Journal of Cardiology. 264, 124-129 (2018).
  10. Borgdorff, M. A., Dickinson, M. G., Berger, R. M., Bartelds, B. Right ventricular failure due to chronic pressure load: What have we learned in animal models since the NIH working group statement. Heart Failure Review. 20 (4), 475-491 (2015).
  11. Andersen, A., et al. Animal models of right heart failure. Cardiovascular Diagnosis and Therapy. 10 (5), 1561-1579 (2020).
  12. 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).
  13. Miyagi, C., et al. Large animal models of heart failure with preserved ejection fraction. Heart Failure Review. 27 (2), 595-608 (2022).
  14. Sato, H., et al. Large animal model of chronic pulmonary hypertension. American Society for Artificial Internal Organs Journal. 54 (4), 396-400 (2008).
  15. Bogaard, H. J., et al. Chronic pulmonary artery pressure elevation is insufficient to explain right heart failure. Circulation. 120 (20), 1951-1960 (2009).
  16. Xie, X. J., et al. Tricuspid leaflet resection in an open beating heart for the creation of a canine tricuspid regurgitation model. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 22 (2), 149-154 (2016).
  17. Hoppe, H., et al. Percutaneous technique for creation of tricuspid regurgitation in an ovine model. Journal of Vascular and Interventional Radiology. 18, 133-136 (2007).
  18. Malinowski, M., et al. Large animal model of functional tricuspid regurgitation in pacing induced end-stage heart failure. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 24 (6), 905-910 (2017).
  19. Ukita, R., et al. A large animal model for pulmonary hypertension and right ventricular failure: Left pulmonary artery ligation and progressive main pulmonary artery banding in sheep. Journal of Visualized Experiments. (173), e62694(2021).
  20. Dufva, M. J., et al. Pulmonary arterial banding in mice may be a suitable model for studies on ventricular mechanics in pediatric pulmonary arterial hypertension. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 23 (1), 66(2021).
  21. Verbelen, T., et al. Mechanical support of the pressure overloaded right ventricle: An acute feasibility study comparing low and high flow support. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 309 (4), 615-624 (2015).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Schapenhartmodelbanding van de longslagaderepicardiale echocardiografierechterhartfalenmechanismen van tricuspidalisinsuffici ntieventriculaire remodelleringdrukoverbelastingsmodelgroot diermodel

Gerelateerde artikelen