Artykuł metodologiczny

Zawał mięśnia sercowego i ocena wyników funkcjonalnych u świń

31.8K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/51269

⸱

25 kwietnia 2014

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Cardiology, Division Heart and Lungs, University Medical Center Utrecht, 2Interuniversity Cardiology Institute of the Netherlands

* These authors contributed equally

W tym artykule

Informacja o sprostowaniu

Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice

Podsumowanie

Ten protokół opisuje model zawału mięśnia sercowego (MI) świni za pomocą 90-minutowej zamkniętej klatki piersiowej zamknięcia balonu wieńcowego lewej tętnicy zstępującej przedniej (LAD), po której następuje reperfuzja. Ponadto przedstawiono również protokół dla kilku parametrów końcowych, takich jak czynność serca, hemodynamika, opór mikronaczyniowy i wielkość zawału.

Streszczenie

Wprowadzenie nowo odkrytych terapii sercowo-naczyniowych do pierwszych badań klinicznych na ludziach zależy od ściśle regulowanej etycznej i prawnej mapy drogowej. Jednym z ważnych warunków wstępnych jest dobre zrozumienie wszystkich aspektów bezpieczeństwa i skuteczności uzyskanych w dużym modelu zwierzęcym, które prawidłowo odzwierciedlają ludzki scenariusz zawału mięśnia sercowego (MI). Świnie są szeroko stosowane w tym zakresie, ponieważ ich wielkość serca, hemodynamika i anatomia naczyń wieńcowych są zbliżone do ludzkich. W tym miejscu przedstawiamy skuteczny protokół stosowania modelu zawału serca świni przy użyciu zamknięcia balonu wieńcowego lewej tętnicy zstępującej przedniej (LAD) w zamkniętej klatce piersiowej, a następnie reperfuzji. Podejście to opiera się na 90 minutowym niedokrwieniu mięśnia sercowego, indukującym zawał dużej lewej komory ściany przedniej, przegrody i dolnej przegrody. Ponadto przedstawiamy protokoły dla różnych pomiarów wyników, które dostarczają szerokiego zakresu informacji o sercu, takich jak skurczowa i rozkurczowa funkcja serca, hemodynamika, prędkość przepływu wieńcowego, opór mikronaczyniowy i rozmiar zawału. Protokół ten można łatwo dostosować do specyficznych wymagań badania w zakresie walidacji nowych kardioregeneracyjnych leków biologicznych na różnych etapach (tj. bezpośrednio po ostrym uszkodzeniu niedokrwiennym, w warunkach podostrych lub nawet w przewlekłym zawale mięśnia sercowego po zakończeniu tworzenia blizny). Model ten stanowi zatem użyteczne narzędzie translacyjne do badania zawału mięśnia sercowego, późniejszej niekorzystnej przebudowy oraz potencjału nowych środków kardioregeneracyjnych.

Wprowadzenie

Ostry zawał mięśnia sercowego (AMI) i jego długoterminowe następstwa, takie jak przewlekła niewydolność serca (CHF), mają ogromny wpływ na rokowania i jakość życia pacjentów, nie mówiąc już o wysokich kosztach nałożonych na nasze dostępne zasoby opieki zdrowotnej1. Częstość występowania CHF w świecie zachodnim szacuje się na 1-2%, z czego ~60% przypadków jest konsekwencją AMI jako głównej przyczyny2. W samych Stanach Zjednoczonych około 5,7 miliona pacjentów cierpi na CHF, co odpowiada za około 30 miliardów dolarów rocznych kosztów opieki zdrowotnej w 2008 roku, przy przewidywanym trzykrotnym wzroście kosztów do 97 miliardów dolarów rocznie w 2030roku. Podsumowując, liczby te stanowią silny argument za opracowaniem nowych metod leczenia kardioregeneracyjnego, które, w celu szybkiego przełożenia, opierają się na powtarzalnym i wiarygodnym modelu zawału mięśnia sercowego u dużych zwierząt, który dokładnie naśladuje scenariusz u ludzi.

Świnie (Sus scrofa) są coraz częściej wykorzystywane w badaniach sercowo-naczyniowych do badań farmakologicznych i toksykologicznych3. Jedną z cech odpowiedzialnych za ten sukces jako narzędzia badań translacyjnych jest ich podobieństwo w funkcji i anatomii serca do ludzkiego serca4,5. Na przykład stosunek masy serca do masy ciała świni, wielkość serca i rozkład anatomii tętnic wieńcowych okazały się niezwykle podobne do człowieka4. Ponadto stwierdzono, że metabolizm kardiomiocytów, właściwości elektrofizjologiczne i odpowiedź na uraz niedokrwienny, taki jak AMI, wykazują wysoki poziom zgodności z sytuacją ludzką6,7. Ostatecznie, aby spełnić wyżej opisane kryteria, potrzebny jest ustandaryzowany protokół MI, który wytwarza solidny i zrównoważony wskaźnik MI do testowania badanych nowych leków (IND). Tutaj przedstawiamy taki ustandaryzowany model, który wykorzystuje 90-minutową zamknięcie balonu wieńcowego lewej tętnicy zstępującej przedniej (LAD), a następnie reperfuzję, tworząc w ten sposób powtarzalny zawał mięśnia sercowego obejmujący ściany przednio-wierzchołkowe, przegrodowe i dolnoprzegrodowe lewej komory.

Protokół

Wszystkie eksperymenty in vivo zostały przeprowadzone zgodnie z Przewodnikiem do Opieki i Użytkowania Zwierząt Laboratoryjnych przygotowanym przez Instytut Zasobów Zwierząt Laboratoryjnych. Eksperymenty zostały zatwierdzone przez lokalny Komitet Doświadczalny na Zwierzętach.

1. Leki, znieczulenie, dostęp żylny i intubacja

  1. Leki i znieczulenie
    1. Premedykacja
      1. Należy rozpocząć podawanie amiodaronu w dawce 150 mg/kg mc. 10 dni przed zabiegiem chirurgicznym, aby zapobiec zaburzeniom rytmu serca. Amiodaron należy kontynuować w dawce 100 mg/kg od dnia zabiegu do 28 dnia. Zmniejsz dawkę do 50 mg/kg mc. w 29. dniu i kontynuuj do końca badania.
      2. Należy rozpocząć terapię przeciwpłytkową, klopidogrel w dawce 1 mg/kg od 3. dnia przed zabiegiem chirurgicznym i 4,5 mg/kg kwasu acetylosalicylowego na 1 dzień przed zabiegiem. Kontynuuj leczenie klopidogrelem w dawce 1 mg/kg mc. na dobę i kwasem acetylosalicylowym w dawce 80 mg/dobę.
      3. Rozpocznij leczenie przeciwbólowe 1 dzień przed zabiegiem za pomocą plastra z fentanylem, 25 μg/godz. dla świń o wadze ~70 kg. Kontynuuj stosowanie plastrów z fentanylem przez 24 godziny po operacji, aby zapewnić odpowiednie leki przeciwbólowe. Ponadto codziennie monitoruj oznaki domniemanego dyskomfortu (tj. zachowanie, oddychanie, chód, mobilność itp.), aby zwiększyć ilość leków przeciwbólowych.
      4. Pościć zwierzę przez 12 godzin, utrzymuj nieograniczony dostęp do wody.
    2. znieczulenie
      1. Aby zapobiec niepotrzebnemu stresowi i dyskomfortowi, należy uspokoić świnię w jej stajni poprzez domięśniowe wstrzyknięcie mieszaniny midazolamu 0,4 mg/kg, ketaminy 10 mg/kg i atropiny 0,014 mg/kg.
      2. Uzyskaj dostęp żylny poprzez kaniulację żyły ucha za pomocą kaniuli 18 G i.v. Wywołać znieczulenie przez dożylne podanie 5 mg/kg tiopentalu sodu i podać 1 000/100 mg amoksycyliny/kwasu klawulanowego w celu zapobieżenia zakażeniom. Świnia otrzyma 1000/100 mg amoksycyliny/kwasu klawulanowego następnego dnia po operacji jako antybiotyk.
      3. Zaintubować świnię za pomocą rurki dotchawiczej (rozmiar 8,5 dla świń o wadze ~70 kg). W razie potrzeby należy przeprowadzić wentylację balonową z częstotliwością 12/min i przetransportować świnię na salę operacyjną.
      4. Po przybyciu na salę operacyjną należy natychmiast uruchomić mechaniczną wentylację nadciśnieniową z FiO2 0,50, objętością oddechową 10 ml/kg i częstotliwością 12/min przy kontynuacji kapnografii.
      5. Znieczulenie zrównoważone należy rozpocząć od kontynuacji infuzji dożylnej kombinacji midazolamu w dawce 0,5 mg/kg mc./godz., sufentanylu w dawce 2,5 μg/kg mc./godz. i bromku pankuronium w dawce 0,1 mg/kg mc./godz. Podczas całej operacji należy stale monitorować EKG, ciśnienie tętnicze krwi, temperaturę i kapnografię, aby zmierzyć głębokość znieczulenia. Na przykład, jeśli występuje częstoskurcz zatokowy, sprawdź, czy leki przeciwbólowe i/lub znieczulenie są odpowiednie.
      6. Poinfuzję dożylną amiodaronu w 500 ml venofundin 6%.
      7. Monitoruj rytm serca za pomocą 5-odprowadzeniowego EKG.
      8. Ogol i oczyść okolice szyi i kończyn tylnych.
      9. Włóż cewnik Foleya.

2. Echokardiografia przezklatkowa

  1. Umieść zwierzę w odpowiedniej pozycji bocznej. U świń rasy landrace, takich jak świnie Dalland, można uzyskać tylko widoki przymostkowe (długa i krótka oś). Ze względu na kształt klatki piersiowej uzyskanie widoku wierzchołkowego nie jest możliwe.
  2. Orientacja i uzyskanie przymostkowego widoku długiej osi w 2D (tryb B). Określ wymiary LV na końcu rozkurczu i na końcu skurczu w trybie M.
  3. Obróć sondę echa o 90° zgodnie z ruchem wskazówek zegara, zachowując jej pozycję przymostkową, aby uzyskać widoki krótkiej osi LV na poziomie zastawki mitralnej, mięśnia brodawkowatego i wierzchołka. Widok krótkiej osi mięśnia brodawkowatego i wierzchołka może wymagać umieszczenia sondy echo o jedną lub dwie przestrzenie międzyżebrowe niżej w stosunku do pozycji krótkiej osi zastawki mitralnej.

3. Przygotowanie chirurgiczne i dostęp naczyniowy

  1. Zdezynfekuj obszary operacyjne jodem 2% i użyj sterylnych obłożeń chirurgicznych, aby przykryć niesterylne części świni.
  2. Wykonaj przyśrodkowe nacięcie na szyi. Przejdź przez linea alba, aby zminimalizować uszkodzenie mięśni i tępo zbliż się do tętnicy szyjnej i żyły szyjnej wewnętrznej obok tchawicy.
  3. Ostrożnie odizoluj tętnicę szyjną i żyłę szyjną wewnętrzną. Upewnij się, że nerw błędny nie jest uszkodzony. Umieść szwy Vicryl 2-0 wokół obu naczyń, aby uzyskać kontrolę nad naczyniami. Uzyskaj dostęp tętniczy poprzez kaniulację tętnicy szyjnej wewnętrznej za pomocą osłonki 8F przy użyciu techniki Seldingera. Przymocuj osłonkę do tętnicy, upewnij się, że tętnica nie jest całkowicie zamknięta przez szew. Dostęp żylny można uzyskać poprzez kaniulację żyły szyjnej osłonką 9F, również przy użyciu techniki Seldingera. Przed zabezpieczeniem pochewki upewnij się, że żyła jest podwiązana. Alternatywnie tętnica udowa może być również używana do dostępu tętniczego.
  4. Podać 100 j.m./kg heparyny natychmiast po wprowadzeniu osłonek w celu zahamowania tworzenia się skrzepliny.
  5. Aby uzyskać stabilny i stały pomiar ciśnienia tętniczego, należy kanulować jedną z mniejszych tętnic w jednej z kończyn tylnych, wykonując małe nacięcie nad tętnicą. Tętnica znajduje się tuż pod skórą, pulsacje można wyczuć przez skórę. Odizoluj tętnicę od otaczającej ją tkanki. Umieść 2 szwy Vicryl 2-0 wokół naczynia, 1 proksymalne i 1 dystalne. Podwiązać dystalną stronę i wprowadzić kaniulę dożylną 18 G i mocno połączyć ciśnienie.

4. Inwazyjna analiza pętli objętości ciśnienia

  1. Wprowadzić cewnik Swanna-Ganza (SG) przez wcześniej umieszczoną osłonkę w żyle szyjnej wewnętrznej.
  2. Podłącz urządzenie do rzutu serca do części SG, która kończy się w bliższym świetle.
  3. Wstrzyknąć 5 ml 0,9% soli fizjologicznej do bliższego światła SG i zmierzyć pojemność minutową serca; powtórzyć to trzy razy i uśrednić wskaźniki.
  4. Skalibruj instalację fotowoltaiczną, korzystając z wcześniej wyznaczonej pojemności minutowej serca.
  5. Wprowadzić cewnik konduktancyjny 7F przez tętnicę szyjną do lewej komory pod kontrolą fluoroskopową.
  6. Wybierz największy segment obecny w lewej komorze do pomiarów objętości i wykonaj skanowanie linii bazowej na bezdechu.
  7. Po zakończeniu kalibracji głośności nagraj 10-15 uderzeń na bezdechu.
  8. Usunąć SG i umieścić cewnik balonowy w żyle dolnej przepony na poziomie przepony pod kontrolą fluoroskopową.
  9. Wykonaj redukcję napięcia wstępnego, nadmuchując balon na bezdechu i zapisz odpowiednie pętle PV.

5. Pomiar ciśnienia i przepływu wewnątrzwieńcowego

  1. Rozcieńczyć nitroglicerynę w stężeniu 100 μg/ml i rozcieńczyć adenozynę w stężeniu 30 μg/ml.
  2. Umieść cewnik prowadzący 8F w ujściu lewej tętnicy wieńcowej.
  3. Umieść połączony przewód ciśnieniowo-przepływowy w proksymalnej części lewej tętnicy wieńcowej.
  4. Podaj 200 μg nitrogliceryny downętrzowo i znormalizuj ciśnienie dystalne (Pd), mierzone drutem, z ciśnieniem tętniczym.
  5. Umieść drut w środkowej części lewej przedniej tętnicy zstępującej (LAD).
  6. Rozpocznij pomiar ciśnienia i przepływu w linii podstawowej. Wywołaj przekrwienie, podając domięśniowo 60 μg adenozyny, przepłukać 2 ml soli fizjologicznej i zmierzyć ciśnienie i przepływ przekrwienia. Poczekaj, aż przepływ zostanie przywrócony do wartości punktu odniesienia. Powtórz pomiar dwukrotnie.
  7. Wlej kolejne 200 μg nitrogliceryny downętrznie i powtórz kroki 1,6 i 1,7 dla lewej obwodowej tętnicy wieńcowej.

6. Indukcja MI

  1. Umieścić cewnik do defibrylacji wewnątrzsercowej w prawej komorze za pomocą osłonki żylnej. Elektrody dystalne powinny znajdować się w wierzchołku komory, elektrody proksymalne w przedsionku i/lub żyle głównej górnej. Podłącz cewnik do defibrylatora i ustaw go na 50 J.
  2. Zmierz średnicę LAD dystalnie od drugiej przekątnej (D2) w AP i LAO view 30°.
  3. Wybierz balon do angioplastyki o średnicy zgodnej ze średnicą dystalnego LAD od D2 (ryc. 1).
  4. Umieścić prowadnik przez cewnik prowadzący dystalnie w LAD.
  5. Przesuń cewnik balonowy przez prowadnik. Umieść balon dystalnie od D2.
  6. Podawać 30 IE/kg heparyny.
  7. Napompuj balon, aż ciśnienie będzie odpowiadało odpowiedniej średnicy LAD.
  8. Sprawdź całkowitą okluzję LAD za pomocą angiografii (ryc. 1).
  9. Przykryj sterylne pole robocze i ranę na szyi sterylnymi ściereczkami. Uwolnij klatkę piersiową od jakiegokolwiek pokrycia, aby była dostępna do uciskania klatki piersiowej lub defibrylacji przezklatkowej.
  10. Sprawdź ciśnienie w balonie przez następne 90 minut i przywróć ciśnienie w razie potrzeby.
  11. W przypadku migotania komór:
    1. Natychmiast rozpocznij uciskanie klatki piersiowej z częstotliwością 100/min.
    2. Podawać dożylnie 300 mg amiodaronu w szybkim bolusie (~1 min).
    3. Rozpocznij defibrylację wewnątrzsercową, daj wstrząsy 50 J.
    4. Po 5 nieudanych wstrząsach wznów uciskanie klatki piersiowej. Zamień defibrylację wewnątrzsercową na defibrylację przezklatkową i wstrząs za pomocą 150 J. W przypadku nieudanego wstrząsu zmień na 200 J.
    5. W razie potrzeby należy podać kolejną dawkę 150 mg amiodaronu i (lub) 1 mg adrenaliny. W razie potrzeby powtórz adrenalinę dwa razy w odstępach 3-5 minut.
    6. Kontynuuj uciskanie klatki piersiowej, przeplatane defibrylacją przezklatkową

Zakończenie zabiegu chirurgicznego (dla długoterminowej obserwacji)

  1. Po 90 minutach sprawdź za pomocą angiografii, czy LAD jest nadal całkowicie zamknięty
    2. .
  2. Podać kolejne 30 IE/kg heparyny i opróżnić balon. Sprawdź reperfuzję. Wyjmij opróżniony balon z cewnikiem prowadzącym z osłonki tętnicy szyjnej.
  3. Ostrożnie usunąć osłonkę tętnicy i natychmiast zacisnąć tętnicę szyjną za pomocą zacisku zespolenia (ryc. 1). Użyj ciągłych szwów (6-0 prolenu), aby zamknąć tętnicę szyjną. Zdejmij zacisk i sprawdź, czy nie ma wycieków.
  4. Wyjmij cewnik do defibrylacji wewnętrznej i usuń osłonkę z żyły szyjnej wewnętrznej. Podwiązywać proksymalnie od wejścia pochewki.
  5. Zamknij tkankę podskórną i skórę szyi w dwóch warstwach za pomocą 2-0 Vicryl.

7. Rezonans magnetyczny serca

  1. Ułóż zwierzę na stole do rezonansu magnetycznego głową do przodu w pozycji leżącej w ciągłym znieczuleniu.
  2. Umieść dedykowaną cewkę sercową z szykiem fazowanym na klatce piersiowej zwierzęcia.
  3. Do planowania obrazów należy uzyskać obrazy zwiadowcze w widokach krótkich osi i dwóch komór długich.
  4. Uzyskaj bramkowaną EKG wolną precesję w stanie ustalonym (SSFP) o krótkiej osi (od wierzchołka do podstawy LV) i widoki długiej osi z dwiema komorami.
  5. Późne wzmocnienie gadolinu (LGE) można uzyskać za pomocą techniki odzyskiwania inwersji 3D-turbo-gradient-echo-15 minut po podwójnej dawce dożylnego wstrzyknięcia bolusa środka kontrastowego na bazie gadolinu.
  6. Wykonuj analizy parametrów funkcjonalnych w trybie offline za pomocą zwalidowanego oprogramowania. Oceń frakcję wyrzutową lewej komory (LVEF), masę lewej komory, końcową objętość rozkurczową, końcową objętość skurczową, objętość wyrzutową, pojemność minutową serca i masę bliznowatą.

8. Koniec badania i rozmiar zawału

  1. Pod koniec badania postępuj zgodnie z protokołami 1-5 i 7, aby uzyskać pomiary kontrolne.
  2. Wykonaj środkowe nacięcie o długości 30-40 cm od momentu tuż poniżej wcięcia nadmostkowego do punktu tuż poniżej wyrostka mieczykowatego. Przejdź przez linea alba w dół do mostka. Rozłup mieczykowaty i ostrożnie użyj nożyczek Klinkenberga, aby oddzielić tylny mostek od osierdzia. Po użyciu nożyczek tępo kontynuuj dalszą separację. Wykonać sternotomię, np. za pomocą młotka i noża Lebscha. Krwawienie ze szpiku kostnego jest zminimalizowane przez wcieranie wosku kostnego w szpik. Otwórz klatkę piersiową za pomocą zwijacza mostka.
  3. Wejdź do 3. przestrzeni opłucnej i zlokalizuj żyłę główną dolną w śródpiersiu.
  4. Humanitarnie poddaj zwierzę eutanazji, przecinając dolną żyłę główną w głębokim znieczuleniu. Usuń krew za pomocą urządzenia ssącego. Umieść baterię 9 V na wierzchołku, aby wywołać migotanie komór.
  5. Po wycięciu serca przeciąć prawą i lewą komorę na pięć plasterków od podstawy do wierzchołka i inkubować w 1% chlorku trifenylotetrazolu rozpuszczonym w 0,9% soli fizjologicznej w temperaturze 37 °C przez 15 minut. Następnie umyj plastry w 0,9% soli fizjologicznej i sfotografuj plastry z obu stron.

Wyniki

Śmiertelność i wielkość zawału

W naszym ośrodku, spośród 32 świń (samice rasy Dalland Landrace, w wieku 6 miesięcy, masa ciała ~70 kg), które poddano temu protokołowi MI, pięć osobników (15,6%) padło z powodu opornego migotania komór podczas niedokrwienia. Protokół ten powoduje powstanie obszaru zawału obejmującego około 10-15% lewej komory, zlokalizowanego w ścianach przednio-przegrodowej, przegrodowej i dolno-przegrodowej (Rysunek 2A). Jeśli wymagana jest seryjna nieinwazyjna ocena wielkości zawału, do monitorowania w czasie nieżywotnego obszaru zawału można wykorzystać późne wzmocnienie gadolinowe (LGE) w CMR (Rysunek 2B).

Funkcja i przebudowa serca

Cztery tygodnie po zawale mięśnia sercowego (MI) globalne i regionalne parametry odzwierciedlające funkcję serca powinny być obniżone w porównaniu do zdrowych wartości wyjściowych. W szczególności frakcja wyrzutowa lewej komory (LVEF) powinna spaść do około ~35-45% cztery tygodnie po MI. Oprócz globalnej funkcji skurczowej można zmierzyć kilka parametrów odzwierciedlających niekorzystne przebudowy po MI, takich jak morfologia i średnice lewej komory (LV) z wykorzystaniem CMR i echokardiografii (Rysunki 3A i 3B). Cztery tygodnie po MI można spodziewać się zwiększenia objętości końcowodniowej (EDV) jako oznaki niekorzystnej przebudowy (Rysunki 3A i 3B).

Parametry przepływu i ciśnienia w tętnicach wieńcowych

Angiogeneza i tworzenie nowych naczyń włosowatych są często uznawane za istotne cele terapeutyczne w chorobie niedokrwiennej serca8. Ocenę oporu mikronaczyniowego można przeprowadzić pośrednio na podstawie połączonego pomiaru ciśnienia wewnątrzwieńcowego i prędkości przepływu. Reprezentatywne pomiary ciśnienia i prędkości przepływu w warunkach prawidłowych oraz przy maksymalnej hiperemii przedstawiono na Rysunku 4. Cztery tygodnie po MI opór mikronaczyniowy w stanie hiperemii powinien być zwiększony w tętnicy wieńcowej związanej z zawałem (LAD) w porównaniu z sytuacją wyjściową8.

Narzędzia chirurgiczne i procedura angioplastyki; obejmuje obrazy rentgenowskie interwencji w tętnicy wieńcowej.
Rysunek 1. Model MI oparty na okluzji balonowej LAD. (A) Standardowy sprzęt chirurgiczny zawierający: 1) klamry do ręczników; 2) kleszczyki typu mosquito; 3) pęsety anatomiczne; 4) okrągły pojemnik; 5) igłotrzymacze (cienki i gruby); 6) nożyczki Klinkenberga; 7) nożyczki preparacyjne (proste i zakrzywione); 9) pęsety (De-Bakey, cienka i gruba); 10) zacisk do węża; 11) klemę do anastomozy; 12) gazy; 13) ołówek elektrochirurgiczny; 14) uchwyt do skalpela; 15) ssak Dreesmana; 16) retraktor; 17) uchwyty do lamp. (B) Fluoroskopowy widok lewy przednio-skośny (LAO) LAD i LCX. (C) Po uwidocznieniu drugiej gałęzi diagonalnej, należy ustawić dwa markery radioprzepuszczalne (patrz wstawka, czarne groty strzałek) balonu tuż za D2 w kierunku dystalnym. Należy napompować balon i upewnić się za pomocą wstrzyknięcia kontrastu, że przepływ krwi w tętnicy wieńcowej został skutecznie zablokowany (patrz gwiazdka). W prawej komorze widoczny jest elektroda kardiowertera-defibrylatora (patrz biały grot strzałki). LAD oznacza lewą przednią zstępującą tętnicę; LCX oznacza lewą tętnicę okalającą; LAO oznacza widok lewy przednio-skośny; AP oznacza widok przednio-tylny; D1 oznacza pierwszą gałąź diagonalną; D2 oznacza drugą gałąź diagonalną. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększony obraz.

Rezonans magnetyczny serca przedstawiający strukturę komór serca; diagram z opisami; widoki w osi krótkiej i długiej.
Rycina 2. Wielkość zawału po MI. (A) 90 min okluzji balonowej LAD prowadzi do rozległego uszkodzenia mięśnia sercowego i powstania blizny (kolor biały), uwidocznionej za pomocą barwienia TTC w kontroli po 1 miesiącu. (B) Schematyczny rozkład zawału pokazuje, że obszar zawału znajduje się w segmentach przednim, przednio-przegrodowym i dolno-przegrodowym serca. (C,D) Obrazy CMR z późnym wzmocnieniem gadolinowym w osi krótkiej i długiej pokazują rozległą bliznę po zawale (biały sygnał, patrz czarne groty strzałek) zlokalizowaną w segmentach przednim, przednio-przegrodowym i dolno-przegrodowym serca. LGE-CMR oznacza rezonans magnetyczny serca z późnym wzmocnieniem gadolinowym. Pasek skali oznacza 3 cm. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większy obraz.

Rezonans magnetyczny serca i echokardiografia obrazujące funkcję serca, analizę EDV/ESV oraz LVIDd/LVIDs.
Rycina 3. Ocena funkcji serca w modelach niedokrwiennego zawału mięśnia sercowego (MI). (A) Reprezentatywne obrazy cine-loop CMR w końcowym rozkurczu i końcowym skurczu, wykazujące upośledzenie czynnościowe segmentów blizny po zawale. (B) Obraz M-Mode w przekroju długiej osi przymostkowej 2D w echokardiografii, wykazujący rozszerzenie LV (wzrost LVIDd) miesiąc po MI, a także upośledzenie czynnościowe (brak pogrubienia przegrody). EDV oznacza objętość końcoworozkurczową; ESV oznacza objętość końcowoskurczową; LVIDd oznacza wewnętrzną średnicę lewej komory w rozkurczu, a LVIDs oznacza wewnętrzną średnicę lewej komory w skurczu. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększony obraz.

Wykres rezerwy przepływu wieńcowego przed i po zawale; obejmuje fazy podstawową i hiperemiczną.
Rycina 4. Parametry pochodne ciśnienia wewnątrzwieńcowego i prędkości przepływu. Rejestry ciśnienia wewnątrzwieńcowego i prędkości przepływu z użyciem Combowire przedstawiające (A) wartości referencyjne przed MI z wysoką odpowiedzią na hiperemię (czarny grot strzałki). (B) 1 miesiąc po MI, tętnica związana z zawałem (LAD) wykazuje zmniejszoną odpowiedź hiperemiczną w prędkości przepływu wieńcowego (czarne groty strzałek). W rezultacie parametry pochodne ciśnienia i prędkości przepływu (HMR) lub rezerwa prędkości przepływu (CFR) są zmniejszone w porównaniu z wartością podstawową. bAPV oznacza podstawową średnią prędkość szczytową; pAPV oznacza szczytową średnią prędkość szczytową; CFR oznacza rezerwę przepływu wieńcowego; HMR oznacza hiperemiczną oporność mikro naczyniową. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększony obraz.

Oś czasu procesu leczenia serca; schemat INF dla AMI/IVR; okluzja balonowa tętnicy wieńcowej.
Rysunek 5. Przegląd różnych schematów badań. (A) Schemat wielu możliwych projektów badań w celu walidacji badanych nowych leków (IND) w różnych stadiach MI z wykorzystaniem tego modelu MI LAD u świń. W zależności od wybranej fazy MI poddawanej badaniu, analiza funkcjonalna może zostać przeprowadzona bezpośrednio przed przydzieleniem leczenia jako wartość bazowa oraz ocena obszaru zagrożonego. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększony obraz.

Dyskusja

Wewnątrzwieńcowa niedrożność balonu LAD zapewnia powtarzalny i spójny przedkliniczny model zawału serca u świń, który można wykorzystać do zbadania bezpieczeństwa i skuteczności nowych terapii sercowo-naczyniowych, które ściśle naśladują sytuację u ludzi. Jak pokazano na rycinie 5, przedstawiony model zawału niedokrwienia/reperfuzji stanowi platformę, którą można dodatkowo dostosować do badania różnych faz przebudowy MI i post-MI, podczas gdy początkowe uszkodzenie niedokrwienia/reperfuzji jest identyczne dla obu.

Powodzenie opisanego tutaj protokołu zależy od niedokrwienia mięśnia sercowego jako najbardziej krytycznej fazy protokołu. Prawidłowe ułożenie balonu dystalnie do drugiej ukośnej gałęzi LAD ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia odpowiedniej wielkości zawału przy jednoczesnym zapewnieniu wysokiej przeżywalności. W oparciu o ten model MI zaobserwowano ~15% śmiertelność, podczas gdy rozległe środkowe i wierzchołkowe odcinki ścian przednich, przegrodowych i dolnych zostały zawałowane, jak widać na barwieniu CMR i TTC (ryc. 2A i 2B). Czas trwania niedokrwienia można dostosować do pożądanej wielkości zawału. Chociaż w tym protokole użyliśmy świń rasy Landrace, świnie miniaturowe (tj. miniświnki z Getyngi) zwykle wymagają dłuższego czasu trwania niedokrwienia mięśnia sercowego (np. 150 minut okluzji).

Analiza wyników w przedklinicznych i klinicznych badaniach zawału mięśnia sercowego często opiera się na LVEF. Chociaż niższy LVEF jest ściśle związany ze zwiększonym ryzykiem śmiertelności z przyczyn sercowo-naczyniowych, pozostaje on zależny od parametrów hemodynamicznych, takich jak obciążenie wstępne9. Prawdopodobnie, biorąc pod uwagę, że średnio tylko 10-15% lewej komory jest zawałowa, kilka ograniczeń koncepcyjnych i praktycznych jest związanych z tym, że LVEF jest globalną miarą funkcji skurczowej lewej komory, a nie odzwierciedla lokalnej poprawy10. W związku z tym proponowane miary wyników zastosowane w tym modelu rzucają światło na różne aspekty zawału mięśnia sercowego i remodelingu po zawale mięśnia sercowego, zapewniając tym samym badaczom środki do dokładnej oceny skuteczności nowych terapii na wielu poziomach.

Aby zoptymalizować translację z modeli przedklinicznych do praktyki klinicznej, wybieramy duże świnie zamiast miniświnek. Pomiary hemodynamiczne, dawki leków i urządzenia chirurgiczne można łatwo wymieniać z praktyką kliniczną. W porównaniu ze świniami miniaturowymi, duże świnie przybierają na wadze stosunkowo dużo. Może to powodować problemy w długoterminowej obserwacji, w odniesieniu do porównywalności wyników seryjnych. Samice świń rasy Dalland Landrace ważą około 70 kg w wieku 6 miesięcy. Aby zapobiec obfitemu przyrostowi masy ciała w okresie obserwacji, zwierzęta są trzymane na ograniczonej diecie. Świnie otrzymują 750 g niskokalorycznej karmy przygotowywanej na zamówienie (zawierającej: białko 15,6%, tłuszcz 2,0%, błonnik 14,8%, popiół 8,8%, wapń 0,9%, fosfor 0,57%, magnez 0,29% i potas 0,18%) dwa razy dziennie i przybierają na wadze około 10 kg w ciągu 4 tygodni.

McCall i współpracownicy opublikowali wcześniej podobny protokół dla zawału mięśnia sercowego u świń11. Protokół ten w znacznym stopniu się pokrywa, co podkreśla preferencję dla LAD, a nie dla lewej tętnicy obwodowej (LCX) lub prawej tętnicy wieńcowej (RCA). Z naszego doświadczenia wynika, że wielkość zawału całej lewej komory przy użyciu LCX jest mniejsza, podczas gdy zawałowi RCA towarzyszy większe prawdopodobieństwo wystąpienia niepożądanych zaburzeń przewodzenia (tj. dysfunkcja węzła zatokowego, dysfunkcja węzła przedsionkowo-komorowego). Jedna różnica między tymi dwoma protokołami dotyczy stosowania zwiększonego farmakologicznego hamowania płytek krwi w tym protokole, ponieważ zaobserwowaliśmy wyższe wskaźniki braku reflow w oparciu o tworzenie skrzepliny w wyniku 90 minut hemostazy w niedrożnej tętnicy wieńcowej. Obserwacja ta jest zgodna ze znaną nadkrzepliwością obserwowaną u świń12. Chociaż McCall zaproponował użycie pojedynczej, wysokodawkowej dawki heparyny, protokół ten opiera się na stosowaniu heparyny w wielu niższych dawkach rozłożonych podczas operacji, aby zminimalizować powikłania zakrzepowe.

Podsumowując, przedstawiamy model zawału mięśnia sercowego u świń, który umożliwia naukowcom wykorzystanie skutecznego, powtarzalnego, a przede wszystkim praktycznego modelu choroby człowieka na dużych zwierzętach do badania nowych środków terapeutycznych, co stanowi niezbędny krok w kierunku pierwszego badania klinicznego z udziałem ludzi.

Oświadczenia

Prace te były wspierane przez HGG Group BV (SK), "Wijnand M. Pon Stichting" (SC, SK). Badania te stanowią część projektu P1.04 SMARTCARE Instytutu Materiałów Biomedycznych, współfinansowanego przez holenderskie Ministerstwo Gospodarki, Rolnictwa i Innowacji (SJL, JG). Wszyscy autorzy stwierdzili, że nie mają żadnych powiązań do ujawnienia.

Podziękowania

Cees Verlaan, Joyce Visser, Merel Schurink i Grace Croft są uprzejmie wdzięczni za doskonałą pomoc techniczną przy eksperymentach na zwierzętach.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
0,9% sól fizjologicznaBraun
6-0 ProleneEthicon
Kwas acetylosalicylowyRatiopharm80 mg
AdenozynaApotheek UMCU3 mg/ml
System pętli fotowoltaicznej AdVantageTransonic Science
AmiodaroneCordarone I.V. (Sanofi)
Amiodaron HCl (PCH)
Amoksycylina/clavulaanzuurSandoz500/50 mg
AtropinasiarczanPCH0,5 mg/ml
Syneturawosku do szpiku kostnego
Defibrylator sercaPhilips
ClopidogrelApothecon B.V.Klopidrogel 75A
Środek kontrastowyTelebrix
Rurka dotchawiczaCovidien
Plaster z fentanylemDurogesic (Janssen-Cilag)25 μ g/hr
Cewnik Fogarty'egoEdwards Life Sciences
GadoliniumGadovist
GuidewireAbbott
HeparinLeo
I.V. kaniulaAbbocath (Hospira Venisystems)
Jod Jodiumtictuur 2% (Eurovet)
KetaminaNarketan 10 Vé tochinol
MidazolamActavis5 mg/ml
NitroglicerynaPohl Boskamp1 mg/ml
Bromek2 mg/ml
Osłonka naczyniowa Seldinger 8FArrow
Sufentanyl Sufentanyl-Hameln50 μ g/ml
Cewnik Swanna-GanzaKrytyka ref 680078 (Argon)
SynoluxPfizer250 mg
Cewnik tetrapolarnyTransonic Science
ThiopentalInresa0,5 g
Chlorek trifenylotetrazoluMerck
VenofundinBraun
Vicryl 2-0Ethicon
Wulkan System ComboMapWulkan
pankuronium

Bibliografia

  1. Roger, V. L., et al. Heart disease and stroke statistics-2012 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 125 (1), (2012).
  2. Mosterd, A., Hoes, A. W. Clinical epidemiology of heart failure. Heart. 93 (9), 1137-1146 (1136).
  3. vander Spoel, T. I. G., et al. Human relevance of pre-clinical studies in stem cell therapy: systematic review and meta-analysis of large animal models of ischaemic heart disease. Cardiovasc. Res. 91 (4), 649-658 (2011).
  4. Crick, S., Sheppard, M., Ho, S., Gebstein, L., Anderson, R. Anatomy of the pig heart : comparisons with normal human cardiac structure. J. Anat. 193 (1), 105-119 (1998).
  5. Stubhan, M., et al. Evaluation of cardiovascular and ECG parameters in the normal, freely moving Göttingen Minipig. J. Pharmacol. Toxicol. Methods. 57 (3), 202-211 (2008).
  6. Heusch, G., Skyschally, A., Schulz, R. The in-situ pig heart with regional ischemia/reperfusion - ready for translation. J. Mol. Cell Cardiol. 50 (6), 951-963 (2011).
  7. Skyschally, A., van Caster, P., Iliodromitis, E. K., Schulz, R., Kremastinos, D. T., Heusch, G. Ischemic postconditioning: experimental models and protocol algorithms. Basic Res Cardiol. 104 (5), 469-483 (2009).
  8. Iekushi, K., Seeger, F., Assmus, B., Zeiher, A. M., Dimmeler, S. Regulation of cardiac microRNAs by bone marrow mononuclear cell therapy in myocardial infarction. Circulation. 125 (14), 1765-1773 (2012).
  9. Sijbesma, R. P., et al. Reversible polymers formed from self-complementary monomers using quadruple hydrogen bonding. Science. 278 (5343), 1601-1604 (1997).
  10. van Slochteren, F. J., et al. Advanced measurement techniques of regional myocardial function to assess the effects of cardiac regenerative therapy in different models of ischaemic cardiomyopathy. Eur. Heart J. Cardiovasc. Imaging. 13 (10), 808-818 (2012).
  11. McCall, F. C., et al. Myocardial infarction and intramyocardial injection models in swine. Nature Protoc. 8 (7), 1479-1496 (2012).
  12. Roussi, J., Andre, P., et al. Platelet functions and haemostasis parameters in pigs: absence of side effects of a procedure of general anaesthesia. Thromb Res. 81 (3), 297-305 (1996).

Przedruki i uprawnienia

Sprostowanie


Formal Correction: Erratum: Myocardial Infarction and Functional Outcome Assessment in Pigs
Posted by JoVE Editors on 9/01/2014. Citeable Link.

A correction was made to Myocardial Infarction and Functional Outcome Assessment in Pigs. An author's middle initial was omitted at publication.

The author's name was updated from:

Sanne Jansen of Lorkeers

to:

Sanne J. Jansen of Lorkeers

Tagi

Model świńskilewa przednia tętnica wieńcowabalonowa okluzja tętnicy wieńcowejocena funkcji sercaanaliza echokardiograficznapętle ciśnienia-objętościprędkość przepływu wieńcowegopomiar wielkości zawałuopór mikronaczyniowy
Zawał mięśnia sercowego i ocena wyników funkcjonalnych u świń
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.