Summary
הפרוטוקול הנוכחי מתאר מודל ניסוי גדול של פעילות גופנית בבעלי חיים כדי להעריך את היכולת התפקודית של מערכת הלב וכלי הדם להערכת היעילות של טיפולים חדשים בסביבה הפרה-קלינית. זה דומה למבחן תרגיל קליני.
Abstract
למרות ההתקדמות בטיפולים, מחלות לב וכלי דם הן עדיין אחד הגורמים הגדולים ביותר לתמותה ותחלואה בעולם. אנגיוגנזה טיפולית מבוססת ריפוי גנטי היא גישה מבטיחה לטיפול בחולים עם תסמינים משמעותיים, למרות טיפול תרופתי אופטימלי ופרוצדורות פולשניות. עם זאת, טכניקות מבטיחות רבות לטיפול גנטי קרדיווסקולרי לא הצליחו להשיג את הציפיות בניסויים קליניים. הסבר אחד הוא חוסר התאמה בין נקודות קצה פרה-קליניות וקליניות המשמשות למדידת יעילות. במודלים של בעלי חיים, הדגש היה בדרך כלל על נקודות קצה קלות לכימות, כגון מספר ושטח כלי הדם הנימים המחושבים מקטעים היסטולוגיים. מלבד תמותה ותחלואה, נקודות הקצה בניסויים קליניים הן סובייקטיביות, כגון סבילות לפעילות גופנית ואיכות חיים. עם זאת, נקודות הקצה הפרה-קליניות והקליניות מודדות ככל הנראה היבטים שונים של הטיפול היישומי. עם זאת, שני סוגי נקודות הקצה נדרשים לפיתוח גישות טיפוליות מוצלחות. במרפאות, המטרה העיקרית היא תמיד להקל על הסימפטומים של החולים ולשפר את הפרוגנוזה ואיכות החיים שלהם. כדי להשיג נתוני ניבוי טובים יותר ממחקרים פרה-קליניים, יש להתאים טוב יותר את מדידות נקודות הקצה לאלה שבמחקרים קליניים. כאן, אנו מציגים פרוטוקול לבדיקת אימון הליכון רלוונטית מבחינה קלינית בחזירים. מחקר זה נועד: (1) לספק בדיקת פעילות גופנית אמינה בחזירים שניתן להשתמש בה כדי להעריך את הבטיחות והיעילות התפקודית של ריפוי גנטי וטיפולים חדשניים אחרים, ו-(2) להתאים טוב יותר את נקודות הקצה בין מחקרים פרה-קליניים וקליניים.
Introduction
מחלות לב וכלי דם כרוניות הן גורמים משמעותיים לתמותה ותחלואה ברחבי העולם 1,2. למרות שהטיפולים הנוכחיים יעילים עבור רוב החולים, רבים עדיין אינם יכולים להפיק תועלת מהטיפולים הנוכחיים בגלל, למשל, מחלות כרוניות מפושטות או תחלואה נלווית. בנוסף, בחלק מהחולים, הסימפטומים הלבביים אינם משוחררים על ידי הטיפולים הזמינים, ומחלת הלב וכלי הדם שלהם מתקדמת למרות הטיפול הרפואי האופטימלי3. לכן, יש צורך ברור לפתח אפשרויות טיפול חדשניות למחלות לב וכלי דם קשות.
במהלך השנים האחרונות התגלו מסלולים מולקולריים חדשים ודרכים לתמרן מטרות אלה, מה שהופך ריפוי גנטי, תרפיה תאית וטיפולים חדשניים אחרים לאופציה מציאותית לטיפול במחלות לב וכלי דם חמורות4. עם זאת, לאחר תוצאות פרה-קליניות מבטיחות, יישומים קרדיווסקולריים רבים לא הצליחו לעמוד בציפיות בניסויים קליניים. למרות היעילות הירודה בניסויים קליניים, מספר ניסויים ביססו פרופילי בטיחות טובים של טיפולים חדשניים 5,6,7,8,9. לפיכך, הבאת טיפולים קרדיווסקולריים חדשים לחולים תדרוש גישות משופרות ומודלים פרה-קליניים טובים יותר, הגדרות מחקר ונקודות קצה במחקרים פרה-קליניים שיכולים לחזות יעילות קלינית.
במודלים של בעלי חיים, הדגש היה בדרך כלל על נקודות קצה קלות לכימות, כגון מספר ושטח כלי הדם הנימיים המחושבים מקטעים היסטולוגיים או פרמטרים מהדמיית החדר השמאלי במנוחה ותחת לחץ פרמקולוגי. בניסויים קליניים, נקודות קצה רבות היו סובייקטיביות יותר, כגון סבילות לפעילות גופנית או הקלה בסימפטומים4. לפיכך, סביר להניח כי נקודות הקצה במחקרים פרה-קליניים ובניסויים קליניים מודדות היבטים שונים של הטיפול היישומי. לדוגמה, עלייה בכמות כלי הדם לא תמיד מתואמת עם זילוח טוב יותר, תפקוד הלב או סבילות לפעילות גופנית. עם זאת, שני סוגי נקודות הקצה נדרשים כדי לפתח גישות טיפוליות מוצלחות10. ובכל זאת, המטרה העיקרית היא תמיד להקל על הסימפטומים ולשפר את הפרוגנוזה ואיכות החיים של המטופל. כדי להשיג זאת, יש להתאים טוב יותר את מדידות נקודות הקצה בין מחקרים פרה-קליניים וקליניים4.
כושר לב-ריאה משקף את היכולת של מערכות הדם והנשימה לספק חמצן במהלך פעילות גופנית ממושכת, ובכך הוא מכמת את היכולת התפקודית של הפרט. יכולת תפקודית היא סמן פרוגנוסטי מרכזי מכיוון שהיא מנבא עצמאי חזק לסיכון לתמותה קרדיווסקולרית ותמותה מכל הסיבות11. שיפורים בכושר הלב-ריאה קשורים לסיכון מופחת לתמותה12. בדיקות פעילות גופנית מתאימות להערכת ביצועים אירוביים ותגובות טיפול במחלות לב וכלי דם. בהתאם לזמינות, הבדיקות מבוצעות על ארגומטר אופניים או הליכון. בדרך כלל משתמשים בעלייה הדרגתית בעומס העבודה לדקה, ונמנעים עליות פתאומיות; זה מוביל לתגובה פיזיולוגית ליניארית. המשתנים החשובים ביותר במבחני האימון כוללים את זמן האימון הכולל, מקבילות מטבוליות (METs) שהושגו, קצב הלב ושינויים בקו אלקטרוקרדיוגרמה (ECG) בין קומפלקס QRS (גלי Q, R ו- S) וגל T (קטע ST). למבחני מאמץ קליניים יש עלויות נמוכות והם נגישים בקלות13. מסיבות אלה, בדיקות מתח, כגון מבחן הליכה של 6 דקות, היו בשימוש נרחב במרפאות ויש להשתמש בהם גם בהערכה פרה-קלינית של טיפולים חדשים.
למיטב ידיעתנו, אין מודלים מתוארים היטב של בעלי חיים גדולים להערכת היעילות התפקודית של ריפוי גנטי או טיפולים חדשניים אחרים. לכן, מבחן התרגיל הרלוונטי מבחינה קלינית מספק פרספקטיבה מצוינת להערכת היעילות של טיפולים חדשים אלה בסביבה הפרה-קלינית.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
כל הניסויים מאושרים על ידי המועצה לניסויים בבעלי חיים של אוניברסיטת מזרח פינלנד. פרוטוקול זה מתאר בדיקת אימון הליכון רלוונטית מבחינה קלינית עבור חזירים כדי להעריך את הבטיחות והיעילות של טיפולים חדשניים למחלות לב. נקבות חזירי בית במשקל 25-80 ק"ג שימשו במחקר הנוכחי. בעלי החיים התקבלו ממקור מסחרי (ראו טבלת חומרים).
1. הגדרת מסלול הריצה
- הגדירו את מסלול הריצה כך שבעלי חיים יוכלו לנוע בכיוון אחד בלבד. השתמש בשערים ובפתחים כדי למנוע מבעלי החיים לנוע לאחור. תוכנית הרצפה של מסלול הריצה מוצגת באיור 1, ודוגמה למסלול ריצה נמצאת באיור 2.
- ודאו שלהליכון (ראו טבלת חומרים) יש מספיק מקום כדי לאפשר שינויים בשיפוע.
- ודאו שלהליכון יש רוחב מתכוונן כדי למנוע מבעל החיים להסתובב במהלך הריצה.
- השתמשו בפלסטיק שקוף כדי ליצור את הקיר הקדמי של ההליכון. זה מונע מהחיה לברוח מההליכון, אבל עדיין מאפשר לחיה לראות דרך הקיר.
הערה: חיוני שבעלי החיים יוכלו לראות דרך הקיר הקדמי, מכיוון שהניסיון שלנו מצביע על כך שלחזירים יש יותר מוטיבציה לרוץ אם הם רואים את חבריהם החזירים בצד השני של הקיר. - הניחו צג אק"ג ודפיברילטור (ראו טבלת חומרים) ליד ההליכון.
הערה: הפרעות קצב קטלניות עלולות להתרחש במהלך מבחן המאמץ, במיוחד אם לחזיר יש איסכמיה שריר הלב14,15,16. - ודאו שמסלול הריצה כולל נקודת מים שבה בעלי החיים יכולים לשתות ולהתקרר לאחר הריצה.
2. תקופת ההסתגלות של החזירים לפני הבדיקה
- שכן את החיות במשך שבועיים לפני תחילת הניסויים.
- במהלך השבוע הראשון של ההתאקלמות, יש לוודא שבעלי החיים מתרגלים למפעיליהם ולסביבת המגורים החדשה, למעט מסלול הריצה.
- במהלך השבוע השני של תקופת ההתאקלמות, יש לוודא שבעלי החיים מתרגלים למסלול הריצה.
- התחילו להתרגל כדי שהחיות יכירו את מסלול הריצה. ראשית, השאירו את כל השערים פתוחים, כך שבעלי החיים יוכלו ללכת בחופשיות על המסלול ולחקור את הסביבה.
- כאשר בעלי החיים מכירים טוב יותר את המסלול, הפעילו את ההליכון ותנו לבעל החיים לרוץ לפרקי זמן קצרים בכל פעם, כגון 7 דקות. יש להאריך את אורך זמני הריצה מדי יום.
הערה: זכרו לתגמל את בעלי החיים במהלך תקופת ההתאקלמות. לדוגמה, החזירים תוגמלו בפופקורן ללא מלח במחקר הנוכחי.
3. מבחן התרגיל
הערה: חזירים צריכים להיות בצום לפחות 2 שעות לפני מבחן התרגיל או לתת רק מנה זעירה של מזון לפני הריצה.
- הפעילו את ההליכון והגדירו את השיפוע ל-5%-10%.
- ברגע שהחיה נמצאת על ההליכון, הפעל את ההליכון במהירות התחלה של 2 קמ"ש.
- הגדל את המהירות ב -0.5 קמ"ש כל 60 שניות עד שמגיעים ל -5 קמ"ש. זמן הריצה הכולל הוא 15 דקות.
- במקרה שבעל החיים אינו יכול לרוץ כל הזמן במהירות המרבית, בצע את השלבים הבאים.
- אם החזיר אינו רץ מהר כמו מהירות נבחרת, לדחוף אותו בעדינות מאחור, כמו זה עשוי לתת לחיה את התחושה שהיא צריכה לרוץ מהר יותר מבלי להאט.
- נסה לדחוף בעדינות את החיה מקסימום שלוש פעמים; לאחר מכן, האט את המהירות ב -0.5 קמ"ש בכל פעם עד שהחזיר יכול להתמודד עם המהירות. אין להאט אל מתחת ל-2 קמ"ש.
- אם בעל החיים מסרב לרוץ אפילו במהירות איטית, כבו את ההליכון ועצרו את הבדיקה.
4. ניטור אק"ג במהלך בדיקת התרגיל
- מקמו אלקטרודות אק"ג (ראו טבלת חומרים) במקומות אנטומיים בעלי תנועה מינימלית במהלך הריצה, כגון עצם השכמה או החזה.
הערה: השתמש באלקטרודות אק"ג המיועדות לבדיקות פעילות גופנית כדי להשיג הידבקות טובה יותר לעור. זכרו לגלח את השיער מהאזור שבו יוצבו אלקטרודות האק"ג. - רשום את שינויי הדופק במהלך הריצה.
הערה: הניסיון שלנו מצביע על כך שניתוחי מקטעי ST הם לעתים קרובות מסובכים בגלל תנועה וממצאים אחרים. ניטור קצב יכול להיעשות גם באמצעות מקליט לולאה מושתל או קוצב לב.
5. איסוף נתונים
- תעד את מרחק הריצה, הזמן הכולל והמהירות בכל פעם שהמהירות משתנה.
הערה: הליכונים מודרניים עשויים לאסוף נתונים רבים אחרים, ולכן חיוני להכיר את מדריך ההליכון כדי לנצל את מלוא הפוטנציאל של הציוד. - שימו לב לשינויים אפשריים בהתנהגות בעלי החיים, כגון צליעה.
הערה: במידת הצורך, פנה לווטרינר וודא כי בעל החיים מקבל משככי כאבים הדרושים. הסר את החיה מתרגילים עתידיים עד שהיא מתאוששת לחלוטין.
6. טיפול פוסט-פרוצדורלי
- ודא שלבעל החיים יש גישה לנקודת המים.
- לתגמל את החיה, למשל, עם פינוקים או צעצועים.
- עקוב אחר בעל החיים במשך 30 דקות לאחר הריצה עבור תופעות לוואי אפשריות.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
צריך ניסיון בעבודה עם בעלי חיים גדולים כדי להצליח עם פרוטוקול זה. חוקרים צריכים להיות מסוגלים להעריך אם בעל חיים מפסיק לרוץ בגלל עייפות או חוסר מוטיבציה. רישום המהירות והמרחק עשוי לעזור להעריך זאת, מאחר שבדרך כלל, חיות חסרות מוטיבציה מפסיקות לרוץ לחלוטין, בעוד שחיות עייפות ממשיכות לרוץ אחרי שהן מאטות את המהירות (איור 3). במידת הצורך, ניתן לחזור על הפרוטוקול למחרת אם התוצאות נראות לא אמינות.
ציר זמן מייצג עבור בעלי חיים שטופלו בנגיף אדנו (AAV) מוצג באיור 4. ציר הזמן עשוי להשתנות בהתאם להגדרת המחקר, במיוחד לגבי נקודת הזמן להקרבה. שימו לב לתקופת ההתאקלמות בעת תכנון הניסויים.
ניתן להשוות את התוצאות למדידות אחרות של מבנה איברים ותפקוד, כגון אקו לב, כדי לראות כיצד סבילות לפעילות גופנית קשורה למדידות אחרות אלה. לדוגמה, השינוי במרחק הריצה מתואם עם השינוי במקטע הפליטה. עם מקטע פליטה נמוך, חיה לא יכולה לרוץ במלוא המהירות לאורך כל מבחן האימון (איור 5). המשתנים המנותחים עשויים להשתנות בהתאם להגדרות המחקר. פרוטוקול זה מאפשר השוואה של מרחק ריצה כולל, שונות מהירות, METs, שונות דופק והפרעות קצב.
האק"ג נרשם במהלך מבחן האימון (איור 6). ניתוח קטע ST קשה בגלל ממצאים. שינויים במרווחי הדופק ניתנים למדידה מהאק"ג במהלך מבחן האימון.
איור 1: תוכנית הרצפה של מסלול הריצה. המקום לבעלי חיים שאינם רצים מסומן ב-(A). חיה אחת בכל פעם מובלת להליכון [אזור (C)] דרך מסדרון (B). השער בין אזורים (A) ו-(B) סגור כדי להבטיח שרק חיה אחת בכל פעם הולכת למסלול הריצה והחיות האחרות נשארות באזור (A). חיוני שחיות אחרות יישארו באזור (A), מאחר שהחיה על ההליכון יכולה לראות את החיות האחרות באזור (A), מה שמניע אותן לרוץ. השער בין ההליכון לאזור (B) סגור כדי להבטיח שבעל החיים לא יוכל לסגת מההליכון. ההליכון מופעל מאזור (D), ובעל החיים מוחזר לאזור (A) עד אזור (D) לאחר הריצה. במקרה הנוכחי, נקודת מים שבה בעלי חיים יכולים לשתות ולהתקרר לאחר הריצה מותקנת באזור (A). סמלים: חצים שחורים מציינים את כיוון הסיבוב, ורבע עיגול מציין שערים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: תמונות מייצגות של מסלול הריצה . (A) חשיבותו של מסלול זמין אחד בלבד לבעלי החיים. (B) הליכון, שאמור להיות בעל רוחב מתכוונן כדי למנוע מבעלי חיים להסתובב במהלך הריצה. (ג) חלל סגור המיועד לבעל חיים נוסף בנוסף לבעל החיים הפועל. לבעלי חיים יש יותר מוטיבציה לרוץ כשהם רואים חבר מהמין שלהם. (D) דוגמה לנקודת מים לבעלי החיים שבה החיות יכולות להתקרר ולשתות אחרי מבחן המאמץ. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: מרחק ריצה ומהירות . (A) נתונים מייצגים ממרחקי הריצה הכוללים של ארבעה חזירים בריאים. מרחק הריצה הכולל הממוצע של חיות הניסוי היה 970 מ', וסטיית התקן של המרחקים הכוללים הייתה 80 מ'. (B) נתונים על שונות מהירות בין חזירים. המהירות מואטת במרווחים של 0.5 קמ"ש עד שהחזיר יכול להתמודד עם המהירות. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: ציר זמן מייצג. שימו לב שנקודות הזמן עשויות להשתנות בין המחקרים. עם זאת, ראוי לציין כי בעלי חיים צריכים להגיע למרכז חיות המעבדה 3 שבועות לפני תחילת הניסוי בשל תקופת ההתאקלמות. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: מתאם מרחק הריצה עם השינוי במקטע הפליטה. קורלציה בין השינוי במרחק הריצה לשינוי במקטע הפליטה. מקטע הפליטה במנוחה נמדד בשיטת Biplane Simpon. השינוי במקטע הפליטה מקו הבסיס נמצא בקורלציה עם השינוי במרחק הריצה של חזירים עם אי ספיקת לב הנגרמת על ידי קוצב לב, עם r = 0.2831, p = 0.0284 ו- R2 = 0.0801. למרות r ו-R2 נמוכים, השינוי באחוז שבר פליטת החדר השמאלי (LVEF%) נוטה להשפיע על מרחקי הריצה. חשוב לציין כי מספר גורמים משפיעים על המשתנים הנמדדים ומשפיעים על התוצאות. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 6: קלטות א.ק.ג מייצגות של חזיר בריא. לוח האק"ג העליון מציג אק"ג 3 דקות לאחר תחילת מבחן התרגיל. רצועת האק"ג התחתונה מציגה אק"ג לאחר ריצה של 10 דקות. ניתן להשתמש באק"ג כדי להעריך את ההבדלים בקצב הלב של חיות הניסוי. קצב הלב של לוח האק"ג העליון הוא 176 פעימות לדקה, וברצועת האק"ג התחתונה הוא 250 פעימות לדקה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
ניסוי גדול זה בהתעמלות בבעלי חיים מחקה את הבדיקה המשמשת במרפאות, ומצמצם את הפער בנקודות הקצה בין המחקרים הפרה-קליניים לבין הניסויים הקליניים. זה יכול להיות מיושם כדי להעריך את היעילות של טיפולים חדשים עבור מחלות לב וכלי דם חמורות, כגון טרשת עורקים obliterans, אי ספיקת לב, ומחלות לב איסכמי. נקודות הזמן המיושמות בפרוטוקול זה עשויות להשתנות בהתאם לטיפול הנבדק. פרוטוקול זה עבר סטנדרטיזציה בהתבסס על ניסיון רב של עבודה עם בעלי חיים גדולים וניתן להשתמש בו כדי להעריך את הבטיחות והיעילות של טיפול גנטי קרדיווסקולרי וגישות טיפוליות חדשניות אחרות.
לב החזיר ומערכת הלב וכלי הדם דומים לפיזיולוגיה, לאנטומיה ולתפקוד של האדם. לכן, חזירים שימשו לעתים קרובות כדי למדל מנגנונים של מחלות לב וכלי דם והליכים טיפוליים17. זמן המעקב במחקרי החזירים שלנו היה עד 12 חודשים18; עם זאת, הטיפול בבעלי החיים הופך מאתגר יותר ויותר ככל שהם גדלים במהלך תקופות המעקב הארוכות.
שיטה זו מורכבת משלבים קריטיים שונים, החיוניים להצלחת הבדיקה ואינם ניתנים לתיקון לאחריה. ראשית, לחזירים יש הבדלים אינדיבידואליים במוטיבציה שלהם לרוץ. חשוב לעודד בעלי חיים לרוץ ולשמור על מוטיבציה מספקת במהלך המבחן. זה מבטיח שכל נקודות הזמן ניתנות להשוואה. שמירה על מוטיבציה של חזירים לרוץ דורשת ידע ספציפי של המאפיינים ההתנהגותיים האישיים שלהם. בעלי החיים חייבים להתאקלם בסביבת ההליכון והניסוי לפני מבחן האימון. חזירים לומדים ללכת על ההליכון, והביצועים המוצלחים שלהם מתוגמלים. דרך נוספת להגביר את מוטיבציה הריצה שלהם היא לשמור חיות ניסוי אחרות בשדה הראייה של הרץ.
חשוב להימנע מפגמים אנטומיים טיפוסיים, כגון בעיות רגליים שונות. הפגמים האנטומיים הנפוצים ביותר הם מחלות פרסה, עיוותים מולדים בגפיים ובעיות הנגרמות על ידי תאונות, כגון חתכים, פציעות עצם השכמה, שברים ופצעים. אלה נובעים בעיקר מבתי גידול, תאונות, גורמים תורשתיים וסטיות בהאכלה19. חולשה ברגליים מובילה להליכה לא מתואמת, מה שהופך את ההשתתפות במבחני פעילות גופנית לבלתי אפשרית. כמו כן, אם חולשת הרגליים מופיעה במהלך המחקר, יש להוציא את בעל החיים מהבדיקה. ניתן להימנע מבעיות רגליים על ידי בחירת חזירים עם מבני רגליים שלמים. במהלך המחקר, ניתן למנוע פציעות רגליים על ידי קיום תנאים טובים בחזירון. יש להימנע ממשטחים קשים וקורוזיביים, ולשמור על היגיינה כללית. חזירים חייבים להיות מוזנים במתינות, כך שהם לא עולים במשקל מהר מדי, שכן זה מאמץ את רגליהם. בנוסף, חזירים חייבים להיות ממוקמים במכלאות שלהם בזהירות כדי למנוע תאונות, והם צריכים להיות מספיק גירויים, כגון צעצועים, כך הלעיסה שלהם אינו מכוון חזירים אחרים.
במהלך מבחן התרגיל, האק"ג נרשם עם אק"ג 3 מוליכים או מקליט לולאה מושתלת. זה לא מדויק כמו אק"ג 12 עופרת, אבל עדיין יכול להעריך משתנים מרובים, כגון הפרעות קצב וקצב הלב. מספר סוגים של שגיאות והפרעות יכולים לזייף אק"ג. לדוגמה, אלקטרודות המחוברות בצורה שגויה, מגע לקוי בין העור לאלקטרודות והתכווצויות שרירי השלד עלולים לגרום לשגיאות. האלקטרודות חייבות להישאר במקומן לאורך כל הבדיקה. זה מאתגר מכיוון שהעור מתחמם ומזיע במהלך הריצה. ניתן לשפר את המגע בין העור לאלקטרודות על ידי גילוח שיער, חיטוי והסרת תאי עור מתים. כמו כן, תנועת השרירים גורמת לממצאים המשפיעים על א.ק.ג.13. זה יכול לאתגר את הפרשנות של קטעי ST. בנוסף, מוליכי אק"ג יכולים להפריע לריצה. עם זאת, ניתן להפחית בעיות אלה על ידי הקשה חזקה על מוליכי האק"ג על העור. ניתן לרשום אק"ג גם אצל מקליט לולאה מושתל או קוצב לב. שימוש במקליט לולאה מושתל פותר בעיות רבות שיש לשימוש בא.ק.ג 3 עופרת. עם זאת, התקנת מקליט הלולאה המושתל היא פעולה פולשנית עם סיכונים, כגון זיהומים.
החוקרים חייבים לצפות בהתנהגות בעלי החיים לאורך כל הבדיקה כדי להבטיח את הבטיחות הכוללת של ההליך. לדוגמה, תשישות, עייפות קשה, בחילות, אובדן הכרה, קוצר נשימה חמור או עור ציאנוטי הם סיבות לסיום מבחן התרגיל. כמו כן, החוקרים חייבים להבחין בשינויים באק"ג, כגון הפרעות קצב. עם זאת, עם כוח אדם מאומן היטב ומספיק ניסיון בעבודה עם בעלי חיים גדולים, פרוטוקול הפעילות הגופנית הנוכחי יכול לשמש באופן שגרתי במחקרים פרה-קליניים כדי להפיק נתונים רלוונטיים מבחינה קלינית שאמורים להפוך את המעבר הקליני של גישות טיפוליות חדשות למוצלח יותר לגבי היתרונות הקליניים למטופלים.
פול ועמיתיו פרסמו הנחיות לפעילות גופנית של בעלי חיים ופרוטוקולי אימון למחקרים קרדיווסקולריים. בפרוטוקולים אלה, חזירים מתאמנים על הליכון במשך כ-30 דקות לאחר החימום. במהלך 30 דקות אלה, טווח דופק היעד של חיות הניסוי הוא 65%-75% מהדופק המרבי. קצב הלב משתנה על ידי שינוי המהירות או השיפוע של ההליכון. לפרוטוקול של פול ועמיתיו ולמבחן התרגיל בן 15 הדקות המוצגים בכתב יד זה יש קווי דמיון רבים, כגון תקופת ההתאקלמות, דרישות ההליכון, משקלן של חיות ניסוי נבחרות וחיזוק חיובי על ידי תגמול בעל החיים לאחר התרגיל. בשני הפרוטוקולים, חיות הניסוי יכולות להגדיל את קיבולת ההליכון, מה שמגביל את זמן המעקב.
ההבדל העיקרי בין הפרוטוקול המתואר על ידי פול ואחרים לבין מבחן התרגיל המוצג בכתב יד זה הוא מטרת הבדיקה. הפרוטוקול המתואר על ידי פול ועמיתיו נועד לעורר התאמות אימון קלאסיות שצוינו בבני אדם. לכן, הוא מתמקד בפעילות גופנית בעצימות בינונית, בעוד ששיטת הבדיקה של 15 דקות שואפת לעשות מאמץ כמעט מקסימלי כדי להעריך טוב יותר את הכושר הלב-ריאה. זה מושג כאשר רמת הסובייקטיבי של מאמץ הוא כ 90% של קצב הלב המרבי13. מבחן תרגיל של 15 דקות מחקה את המבחן המשמש במרפאות על ידי עלייה הדרגתית ברמת המאמץ עד שהיא קרובה למקסימום. בשל ההבדל במטרות הפרוטוקולים, תדירות הפעילות הגופנית של חיות הניסוי שונה. פול ועמיתיו מתארים כי חזירים יכולים לרוץ עד ארבע פעמים בשבוע כדי להשיג הסתגלות קרדיווסקולרית טובה יותר הנגרמת על ידי פעילות גופנית. מבחן האימון בן 15 הדקות מעריך את היעילות התפקודית של ריפוי גנטי וטיפולים חדשניים אחרים, ולכן התדירות הנדרשת נמוכה משמעותית ותלויה בדרישות הטיפול. דוגמה לדרישות אלה תוארה באיור 4.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים מצהירים כי אין ניגודי עניינים.
Acknowledgments
המחבר רוצה להודות למינה טורונן, רייקה ונליינן, הייקי קארהונן ואינקרי ניימי מהמרכז הלאומי לחיות מעבדה על עזרתם בעבודה עם בעלי חיים. מחקר זה נתמך על ידי האקדמיה הפינית, ERC ומענק CardioReGenix EU Horizon.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Defibrillator | Zoll M series | TO9K116790 | All portable defribrillators will work |
| Defibrillator pads | Philips | M3713A | All pads work, as long as the pads are compatible with the defibrillator |
| ECG electrodes | Several providers | Prefer ECG electrodes designed for exercise tests | |
| Loop recorder | Abbott Oy | DM3500 | Optional for rhythm monitoring |
| Patient monitor | Schiller Argus LCM Plus | 7,80,05,935 | All portable ecg monitors will work |
| Pigs | Emolandia Oy | ||
| Treadmill | NordicTrack | All treadmills with adjustable incline and speed are suitable for the exercise test. The treadmill should be as long and wide as possible. | |
| Ultrasound system | Philips EPIQ 7 ultrasound | ||
| Various building materials | Several providers | For building fences, ramps and gates according to the Figure 1 and Figure 2 | |
| Various treats for the animals |
References
- Virani, S., et al. Heart disease and stroke statistics-2020 update: A report from the American Heart Association. Circulation. 141 (9), e139 (2020).
- Townsend, N., et al.
- Knuuti, J., et al. 2019 ESC Guidelines for the diagnosis and management of chronic coronary syndromes: The Task Force for the diagnosis and management of chronic coronary syndromes of the European Society of Cardiology (ESC). European Heart Journal. 41 (3), 407-477 (2020).
- Ylä-Herttuala, S., Baker, A. H. Cardiovascular gene therapy: past, present, and future. Molecular Therapy. 25 (5), 1096-1106 (2017).
- Hedman, M., et al. Eight-year safety follow-up of coronary artery disease patients after local intracoronary VEGF gene transfer. Gene Therapy. 16 (5), 629-634 (2009).
- Rosengart, T. K., et al. Long-term follow-up of a phase 1 trial of angiogenic gene therapy using direct intramyocardial administration of an adenoviral vector expression the VEGF121 cDNA for the treatment of diffuse coronary artery disease. Human Gene Therapy. 24 (2), 203-208 (2013).
- Muona, K., Mäkinen, K., Hedman, M., Manninen, H., Ylä-Herttuala, S. 10-year safety follow-up in patients with local VEGF gene transfer to ischemic lower limb. Gene Therapy. 19 (4), 392-395 (2012).
- Leikas, A. J., et al. Long-term safety and efficacy of intramyocardial adenovirus-mediated VEGF-DΔNΔC gene therapy eight-year follow-up of phase I KAT301 study. Gene Therapy. 29 (5), 289-293 (2022).
- Telukuntla, K. S., Suncion, V. Y., Schulman, U. H., Hare, J. M. The advancing field of cell-based therapy: insights and lessons from clinical trials. Journal of the American Heart Association. 2 (5), e000338 (2013).
- Ylä-Herttuala, S., Bridges, C., Katz, M. G., Korpisalo, P. Angiogenic gene therapy in cardiovascular diseases: dream or vision. European Heart Journal. 38 (18), 1365-1371 (2017).
- Lähteenvuo, J., Ylä-Herttuala, S. Advances and challenges in cardiovascular gene therapy. Human Gene Therapy. 28 (11), 1024-1032 (2017).
- Ross, R., et al. Importance of assessing cardiorespiratory fitness in clinical practice: a case for fitness as a clinical vital sign: a scientific statement from the American Heart Association. Circulation. 134 (24), e653-e699 (2016).
- Sietsema, K. E., Stringer, W. W., Sue, D. Y., Ward, S. Wasserman & Whipp's Principles of Exercise Testing and Interpretation. 6th. , Wolters Kluwer. Philadelphia. (2021).
- Darmadi, M. A., et al. Exercise-induced sustained ventricular tachycardia without structural heart disease: a case report. The American Journal of Case Reports. 21, e928242 (2020).
- Casella, G., Pavesi, P. C., Sangiorgio, P., Rubboli, A., Bracchetti, D. Exercise-induced ventricular arrhythmias in patients with healed myocardial infarction. International Journal of Cardiology. 40 (3), 229-235 (1993).
- Gimeno, J. R., et al. Exercise-induced ventricular arrhythmias and risk of sudden cardiac death in patients with hypertrophic cardiomyopathy. European Heart Journal. 30 (21), 2599-2605 (2009).
- Lelovas, P. P., Kostomitsopoulos, N. G., Xanthos, T. T. A comparative anatomic and physiologic overview of the porcine heart. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 53 (5), 432-438 (2014).
- Korpela, H., et al. AAV2-VEGF-B gene therapy failed to induce angiogenesis in ischemic porcine myocardium due to inflammatory responses. Gene Therapy. 29 (10-11), 643-652 (2022).
- Swindle, M. M. Swine in the Laboratory: Surgery, Anesthesia, Imaging, and Experimental Techniques. 2nd edition. , CRC Press. Taylor & Francis Group. (2007).
- Poole, D. C., et al. Guidelines for animal exercise and training protocols for cardiovascular studies. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 318 (5), H1100-H1138 (2020).
