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Artigo de método

Um novo modelo de coração de leitão carregado de volume e pressão do ventrículo direito para o estudo da função da válvula tricúspide.

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DOI:

10.3791/61251

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28 de julho de 2020

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1Division of Pediatric Cardiology, Department of Pediatrics, University of Alberta, 2Department of Surgery, University of Alberta, 3Department of Laboratory Medicine and Pathology, University of Alberta, 4Department of Biomedical Engineering, University of Alberta, 5Department of Civil Engineering, University of Calgary, 6Faculty of Kinesiology, University of Calgary

Neste artigo

Resumo

Um novo modelo de coração de leitões de recuperação com sobrecarga combinada de pressão e volume no ventrículo direito é descrito para o estudo da função da valva tricúspide.

Resumo

As condições cardíacas nas quais a válvula tricúspide (VC) enfrenta aumento de volume ou estressores de pressão estão associadas à insuficiência valvar prematura. Faltam estudos mecanísticos para melhorar nossa compreensão da fisiopatologia subjacente responsável pelo desenvolvimento da falha prematura do TV. Devido à incapacidade de realizar esses estudos em humanos, é necessário um modelo animal. Neste manuscrito, descrevemos os protocolos para um novo modelo de coração de leitões infantis de recuperação crônica para o estudo de mudanças no VC quando colocado sob estresse combinado de volume e pressão. Nesse modelo, a carga volêmica do ventrículo direito e do VC é obtida por meio da ruptura da válvula pulmonar. Em seguida, a carga de pressão é realizada através da colocação de uma banda de artéria pulmonar. O sucesso deste modelo é avaliado em quatro semanas após a cirurgia de intervenção por meio de ecocardiografia, medição da pressão intracardíaca e exame patológico das amostras cardíacas.

Introdução

A TV normal funciona em um ambiente de baixo volume e pressão de estresse. No entanto, existem doenças cardíacas pediátricas e adultas em que o VC é congenitamente malformado ou a fisiologia cardíaca é tal que o ventrículo direito e o VC são desafiados pelo aumento do estresse de volume (pré-carga) e/ou pressão (pós-carga), como tetralogia de Fallot, anomalia de Ebstein, transposição congênita corrigida das grandes artérias, pacientes com transposição das grandes artérias após um procedimento de troca atrial, hipertensão pulmonar idiopática e síndrome do coração esquerdo hipoplásico. Nessas condições cardíacas, o VC é propenso à falência valvar prematura, o que aumenta a morbidade e a mortalidade 1,2,3,4,5. Embora se possa supor que a falha prematura do VC nessas lesões cardíacas possa estar relacionada ao fato de o VC estar sujeito a estressores de volume e/ou pressão aumentados, a etiologia exata é desconhecida. Pesquisas na última década demonstraram que a valva mitral, a outra valva atrioventricular, é capaz de provocar mudanças estruturais em resposta a estressores 6,7,8. No entanto, a literatura atual carece de estudos mecanicistas que avaliem a adaptação da TV aos estressores. Esse aspecto pode ser em parte devido à falta de um modelo de coração animal adequado que permita tais estudos.

Na literatura, existem modelos que individualmente carregam o volume ou a pressão do ventrículo direito. No entanto, a combinação de pressão crônica e carga de volume do ventrículo direito tem sido mais difícil de alcançar. Existem modelos animais na literatura que usam a colocação de uma banda de artéria pulmonar para carregar a pressão do ventrículo direito, bem como criar um defeito do septo atrial para carregar o volume do ventrículo direito9. Essa técnica não foi capaz de atingir o objetivo de pressão crônica simultânea e carga de volume do ventrículo direito, pois a presença de uma banda de artéria pulmonar apertada pode resultar em um shunt da direita para a esquerda através do defeito do septo atrial. Isso faz com que o defeito do septo atrial não forneça mais uma carga de volume para o ventrículo direito. Um shunt septal atrial da direita para a esquerda resultará em um animal cianótico10. Para superar essa complicação, o modelo requer a exclusão de animais com defeitos do septo atrial naturalmente existentes.

Outros modelos utilizaram a cirurgia paliativa híbrida estágio I para síndrome do coração esquerdo hipoplásico em leitões11. Este é um modelo de recuperação que permite a carga combinada de pressão e volume do ventrículo direito. No entanto, o procedimento requer stents expansíveis por balão caros que podem ser financeiramente proibitivos. Os estudos de Zeltser et al.12 e Lambert et al.13 envolvem o corte da via de saída do ventrículo direito e da valva pulmonar e, em seguida, a costura de um adesivo de politetrafluoretileno por cima, mimetizando a técnica de reparo da tetralogia de Fallot transanular, para aumentar a carga do ventrículo direito. Em seguida, a carga de pressão do ventrículo direito é alcançada através da colocação de uma banda de artéria pulmonar. Este modelo pode ser tecnicamente desafiador e é desfavorecido por deixar uma cicatriz de ventriculotomia na via de saída do ventrículo direito, o que pode influenciar a função do VD e, portanto, a função do TV.

Este estudo descreve um modelo inovador de coração de leitão de recuperação crônica que provoca aumento combinado de pressão e estresse de volume no ventrículo direito sem ventriculotomia. Este modelo permitirá estudos mecanísticos de mudanças adaptativas de TV para aumento crônico simultâneo de estressores de pressão e volume.

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Protocolo

O protocolo e os procedimentos deste manuscrito foram desenvolvidos sob a supervisão de um veterinário e realizados de acordo com as diretrizes do Conselho Canadense de Cuidados com Animais e o guia para o cuidado e uso de animais de laboratório. O protocolo foi aprovado pelo comitê institucional de cuidados com animais da Universidade de Alberta. Todos os indivíduos envolvidos nos procedimentos do manuscrito receberam treinamento adequado em biossegurança.

1. Preparação pré-procedimento, anestesia e acesso

  1. Critérios de inclusão e exclusão de animais.
    1. Critério de inclusão: Utilizar leitões mestiços Duroc fêmeas e machos entre quatro a cinco semanas de idade para este modelo. Os leitões dessa idade têm uma maturidade humana equivalente aos bebês entre quatro e seis meses de idade.
    2. Critérios de exclusão: Excluir leitões com comunicação interatrial e/ou persistência do canal arterial (avaliada por ecocardiografia), malformação cardíaca ou extracardíaca, ou onde havia suspeita de doença infecciosa.
  2. Transfira os leitões para o alojamento pelo menos cinco a sete dias antes da cirurgia para aclimatação.
  3. Um dia antes da cirurgia, examine o leitão para garantir a aptidão para a cirurgia e ausência de sinais de doença, como tosse, vômito, diarreia, palidez, fraqueza, letargia ou lesões na pele.
  4. Leitões rápidos de ração sólida por pelo menos três horas antes da cirurgia, permitindo o acesso à água até o momento da cirurgia.
  5. Transfira o leitão para a sala de procedimentos cirúrgicos.
  6. Administre pré-medicação processual de atropina (0,04 mg / kg), midazolam (0,2 mg / kg) e cetamina (2 mg / kg) por meio de uma injeção intramuscular. Além disso, administre uma preparação de liberação lenta de buprenorfina (0,01 mg / kg) por via subcutânea para analgesia perioperatória.
  7. Na mesa de operação, coloque uma manta de água de recirculação e ajuste a temperatura da água inicialmente em aproximadamente 40 °C. Ajuste a temperatura da manta de água para manter a temperatura corporal central entre 38,0 e 39,5 °C no leitão.
  8. Quando a mandíbula estiver totalmente relaxada, borrife a laringe com lidocaína a 1%. Realize a intubação endotraqueal padrão com monitoramento portátil do oxímetro de pulso.
  9. Verifique, conecte e garanta o funcionamento adequado do equipamento de monitoramento: oxímetro de pulso, capnógrafo, cabos de telemetria de ECG e sonda de temperatura.
  10. Dê ao leitão isoflurano inalado (2-5%) para anestesia durante o procedimento cirúrgico, ajustado dependendo da profundidade da anestesia. Monitore a profundidade da anestesia por meio da avaliação da frequência cardíaca, frequência respiratória e padrão respiratório, saturação de oxigênio, pálpebra e reflexo de retirada.
  11. Use as seguintes configurações iniciais do ventilador: PEEP de 4 cmH2O, volume corrente entre 8-10 mL/kg e uma relação inspiratória/expiratória de 1:1. A frequência do ventilador varia entre 26-36/min, ajustada para atingir pCO2 entre 35-42 mmHg em uma gasometria arterial analisada usando um analisador de gases sanguíneos no local de atendimento.
  12. Coloque o leitão em decúbito dorsal. Aplique pomada oftálmica estéril em ambos os olhos para lubrificação durante o procedimento.
  13. Raspe o cabelo sobre o local da cirurgia. Usando gaze estéril e esfoliante desinfetante (iodopovidona 7,5%), desinfete o tórax em um movimento circular de dentro para fora três vezes. Limpe o excesso de solução de esfoliante com gaze estéril. Usando técnica asséptica, drapeje os locais cirúrgicos (pescoço e lado esquerdo do tórax) e a área circundante.
  14. Usando uma técnica de Seldinger modificada, coloque cateteres centrais na artéria carótida (cateter de lúmen único francês 3.5 ou cateter IV de calibre 24) e na veia jugular interna (cateter de duplo ou triplo lúmen francês de cinco ou seis) para monitoramento da pressão, coleta de sangue e acesso venoso durante o procedimento para administração de medicamentos.
  15. Administre uma dose intravenosa de cefazolina (30 mg / kg) para profilaxia perioperatória de sepse e ranitidina (1 mg / kg) para profilaxia de úlcera de estresse. Inicie o fluido de manutenção intravenosa (D5WNS) através do cateter venoso central.

2. Ruptura do biótomo das cúspides da válvula pulmonar

  1. Após a confirmação do plano cirúrgico, realizar toracotomia esquerda no terceiro espaço intercostal para garantir exposição adequada para visualização da artéria pulmonar principal.
  2. Usando gel estéril e uma manga, realize estudo ecocardiográfico epicárdico através da toracotomia esquerda para avaliar a presença de defeito do septo atrial, persistência do canal arterial e, em seguida, varra as válvulas pulmonar e tricúspide para avaliar anormalidades congênitas.
  3. Através da incisão da toracotomia esquerda, coloque suturas em bolsa na artéria pulmonar principal (APM) e prenda a uma armadilha.
  4. Usando um introdutor de agulha, perfure o MPA no meio das suturas do cordão da bolsa e avance um fio. Sobre o fio, avance uma bainha de cateter flangeada de sete franceses personalizada através da incisão do MPA. Ancore firmemente o cateter na superfície do MPA enrolando suturas de cordão de bolsa ao redor do flange do cateter, e a armadilha pode ser apertada (Figura 1).
  5. Introduza um biótomo na bainha e avance sob orientação ecocardiográfica epicárdica para a válvula pulmonar.
  6. Sob visualização ecocardiográfica epicárdica direta, use o biótomo para fixar mordidas nas cúspides da válvula pulmonar. Retirar o biótomo resulta em rupturas da cúspide e romper a válvula pulmonar.
    1. Repita esse processo conforme necessário para obter regurgitação pulmonar moderada a grave. Isso é avaliado usando interrogatório Doppler de onda de pulso nas artérias pulmonares ramificadas. Nosso objetivo é alcançar uma razão integral de tempo de velocidade reversa para direta (VTI) entre 0,6 e 0,7 no momento do procedimento. Quando estiver satisfeito, retire o bioptome.
  7. Durante o procedimento, administre infusões intravenosas de epinefrina (0,05 - 0,15 μg/kg/min) e/ou norepinefrina (0,05 - 0,15 μg/kg/min) conforme necessário para manter a pressão arterial normal durante o procedimento (pressão arterial sistêmica média entre 60 – 80 mmHg).

3. Colocação da banda da artéria pulmonar

  1. Insira um cateter umbilical de cinco French de lúmen único através da bainha previamente colocada e avance-o para o ventrículo direito (VD) para monitoramento da pressão do VD durante a colocação de uma banda da artéria pulmonar.
  2. Tecer seda ou uma sutura sintética trançada não absorvível no meio de uma faixa de silastic para reforço e resistência. Enrole esta banda de silastic ao redor do MPA entre a válvula pulmonar e proximal ao local da punção do cateter.
  3. Por meio da medição direta da pressão do VD, aperte a banda da artéria pulmonar e ajuste usando um clipe vascular para atingir ≥60% da pressão sistólica sistêmica do VD. Assim que a pressão desejada for atingida, amarre suturas para prender a banda da artéria pulmonar.
  4. Avance o cateter umbilical através da banda da artéria pulmonar e no MPA distal para um gradiente da banda da artéria pulmonar para trás. Remova o cateter umbilical e a bainha.
  5. Amarre a sutura em bolsa para fechar o local da punção do MPA (Figura 2).
  6. Feche a incisão da toracotomia esquerda em três camadas usando suturas inabsorvíveis para a primeira camada e, em seguida, suturas absorvíveis para fechar as camadas musculares. Aplique grampos de pele para fechar a camada de pele.
  7. Infiltre ao redor da incisão na pele com Bupivacaína (0,5%, dose máxima de 2 mg / kg) para analgesia local. Administre uma dose intravenosa única de meloxicam (0,2 mg/kg) para analgesia pós-operatória, além da buprenorfina subcutânea de liberação lenta administrada anteriormente.
  8. Remova as linhas centrais arteriais e venosas e amarre os vasos para garantir a hemostasia.
  9. Aplique creme Hibitane (clorexidina a 1%) nas incisões e prenda um curativo para cobrir a incisão.
  10. Desligue o isoflurano inalado. Uma vez que o leitão esteja respirando por conta própria com mecanismos adequados de proteção das vias aéreas, extube com monitoramento e cuidados de recuperação pós-operatória.
  11. Para profilaxia da infecção incisional, dê um curso empírico de cinco dias de cefalexina oral 30 mg / kg BID ao leitão.

4. Avaliação ecocardiográfica

  1. Avalie qualitativamente a regurgitação pulmonar por Doppler colorido e grau de 0 a 4 [0 = nenhum, 1 = trivial (jato estreito único), 2 = leve (jato único ligeiramente mais largo com comprimento do jato < 10 mm, relação entre a largura do jato proximal e a via de saída do VD < 0,25), 3 = moderado (jatos únicos ou múltiplos com a relação entre a largura do jato proximal combinada e a relação entre a via de saída do VD entre 0,25 e 0,65), e 4 = grave (jato largo com largura do jato proximal para a relação entre a via de saída do VD > 0,65)].
    1. No grupo intervenção, semiquantificar a regurgitação pulmonar medindo a razão integral de tempo de velocidade reversa para direta (VTI) usando Doppler de onda de pulso no ramo da artéria pulmonar (Figura 3).
    2. Classifique qualitativamente a gravidade da regurgitação tricúspide de 0 a 4 por meio da avaliação do Doppler colorido [0 = nenhuma, 1 = trivial (jato estreito único), 2 = leve (vários jatos estreitos), 3 = moderada (jato largo atingindo a porção média do átrio direito) e 4 = grave (jato largo atingindo a parede posterior do átrio direito)]. Tanto o sistema de graduação da insuficiência pulmonar quanto a da valva tricúspide estão de acordo com as diretrizes atuais 14,15,16,17,18,19.
  2. Avalie a função sistólica do ventrículo direito usando a alteração da área fracionária do ventrículo direito (VD FAC), que foi medida traçando a área delimitada pelas bordas endocárdicas do ventrículo direito no final da diástole e no final da sístole na visão apical de quatro câmaras. Calcule o VD FAC como a diferença entre as duas áreas, expressa como uma porcentagem da área diastólica final do VD. Um valor de RVFAC < 35% representa função sistólica anormal do VD20.

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Resultados

Para validação do modelo, dez leitões (5 machos e 5 fêmeas) submetidos à toracotomia esquerda com ruptura da valva pulmonar e colocação de banda da artéria pulmonar (grupo intervenção, IP) foram comparados com dez leitões controle pareados por idade e sexo submetidos à toracotomia esquerda (grupo controle, PC). No início do estudo, antes da intervenção, todos os leitões tinham nenhuma ou trivial regurgitação pulmonar com geometria e função normais do ventrículo direito. Havia um leitão no grupo controle com insuficiência...

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Discussão

Durante o desenvolvimento deste novo modelo de coração, várias considerações impactaram o design final do modelo.

Idade dos leitões e exposição cirúrgica
Antes da formulação do modelo atual de leitão, a equipe trabalhou em cadáveres de leitões com idades entre uma e seis semanas com o objetivo de determinar a faixa etária em que a instrumentação e a exposição do procedimento são adequadas. Como o procedimento cirúrgico exigia orientação eco...

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Divulgações

Os autores não têm divulgações.

Agradecimentos

Este trabalho de pesquisa foi apoiado por meio de generosos subsídios fornecidos pela Stollery Children's Hospital Foundation por meio do Women and Children's Hospital Research Institute.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Drogas
1% spray de lidocaínaWDDC103365Lidodan 30 mL
de injeção de atropina sódicaWDDC/Rafter 8 Produtos0,5 mg/mL
de bupivacaínaWDDC/Sterimax5 mg/mL
de injeção de liberação lenta de buprenorfina HClChiron Compounding Pharmacy1 mg/mL
buprenorfina regularWDDC/Champion Alstoe121378Vetergesic 0,3 mg/mL
cefazolinaWDDC/Fresenius Kabi1020161 g/frasco
cápsula de cefalexinaWDDC/NovopharmNovo-Lexin 250 mg/cápsula
epinefrinaWDDCAdrenalina (1:1000) 1 mg/mL
de comprimido de furosemidaWDDC/NovopharmComprimido de 10 mg
Iodo Scrub / SprayCardinal HealthKF22422Betadine marca
cetamina cloridrato injeçãoWDDC / Vetoquinol131771Narketan 100 mg / mL
midazolamWDDC / Sandoz1011005 mg / mL
norepinefrinaWDDC1 mg / mL
pentobarbital sódicoWDDC / Bimeda-MTC127189Euthanyl 240 mg / mL
injeção de ranitidinaWDDC25 mg / mL
comprimido de ranitidinaSanis300 mg comprimido
Esponja de esfoliação cirúrgicaStevens333-3774794% CHG Sabonete cirúrgico escova
Equipamento< / forte>
24G cateter peripehral IVBDInsyte-N
Cateter venoso central de lúmen duplo 5FrSetaCS-1450220cm
Cateteres de vaso umbilical de lúmen único 5FrCovidien / Kendall8888160333Argyle 15 polegadas
6 "Afastador torácicoRRSMRI
6Fr cateter venoso central de lúmen triploSetaJR-42063-HPHNM20cm
7Fr bainha de cateter com flangeDr. Coe
RRSMRI
Aestiva/5 VentiladorGE Datex Ohmeda
Fórceps atraumáticaTeleflex351865
biótomoDr. Coe laboratórioMansfield Biópsia Fórceps
Hemostático CurvoRRSMRI
Hemostáticode mosquito curvoPinça RRSMRI
Debakey (Longa)Teleflex351804
Pinça Debakey (Estreita)Teleflex351802
Pinça Debakey (Rg)Teleflex351800
Tampa da sonda de ecoCivco
EndotracheotubeStevens180-112082055Rusch Murphy Eye Low Press.
Tesoura de molaFisher ScientificNC0127560
analisador de gases sanguíneos iSTAT 1Abbott LaboratoriesMN:300-G
iSTAT CG4+ cartuchosAbbott Laboratories03P85-50
Kelly HemostatFine Science Tools1301914
pinça KocherRRSMRI
Grande Retratordo Exército/MarinhaRRSMRI
LaringoscópioMACO CE Miller # 4 LâminaLA6226-4Macolaryngoscope.com
Aplicador de clipe de liga LEthiconLC430
Aplicador de clipe de liga MEthiconLX210
Aplicador de clipe de liga SEthiconLX110
Ponta de sucção de metalRRSMRI
Tesoura Metzenbaum (Lg)RRSMRI
Tesoura Metzenbaum (Md)RRSMRI
Mixter - longo/médio largoRRSMRI
Mixter - longo/estreitoRRSMRI
Mixter - longo/largoRRSMRI
Mixter - curto/estreitoRRSMRI
Agulha Driver 10"RRSMRI
6 "RRSMRI
Chave de agulha 7"RRSMRI
Philips iE33 Máquina de ecocardiografiaPhilipsX7 e S12 Sondas
tubulação de linha de pressão e torneira de 3 viasDr. Freed lab
Pinça de dente de ratoRRSMRI
silastic cobertura reforçadaBioplexusSH-21001-0406" x 8" x .040" Gloss
Small Army / Navy RetractorRRSMRI
Straight hemostatRRSMRI
Straight mosquito hemostatRRSMRI
Suturas: 4-0 e 5-0 sintético, sutura não absorvível, seda 2-0Dr. Freed lab
Towel torniqueteRRSMRI
Dr. Freed laboratório
afastador Weitlaner (Md)RRSMRI
afastador Weitlaner (Sm)RRSMRI
Zoll R Series Monitor DesfibriladorZoll tecnologias
fórceps Adson projetado sob medidaChave de agulha Philips X7 e S12 vascular

Referências

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