Методическая статья

Хроническая модель правожелудочковой недостаточности у овец и функциональная трикуспидальная регургитация

DOI:

10.3791/64529

⸱

17 марта 2023 г.

 ,  ,  ,  ,  , 
1Division of Cardiothoracic Surgery, Spectrum Health, 2Clinical Department of Cardiac Surgery, Clinical District Hospital no 2, Faculty of Medicine, University of Rzeszow, 3Research Department, Meijer Heart and Vascular Institute at Spectrum Health, 4Department of Urology, Stanford University School of Medicine

В этой статье

Краткое содержание

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

Правожелудочковая недостаточность и функциональная трикуспидальная регургитация связаны с левосторонней болезнью сердца и легочной гипертензией, которые вносят значительный вклад в заболеваемость и смертность пациентов. Создание модели хронической овцы для изучения правожелудочковой недостаточности и функциональной трикуспидальной регургитации поможет понять их механизмы, прогрессирование и возможные методы лечения.

Аннотация

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

Патофизиология тяжелой функциональной трикуспидальной регургитации (ФТР), связанной с дисфункцией правого желудочка, плохо изучена, что приводит к неоптимальным клиническим результатам. Мы намеревались создать хроническую модель FTR и правой сердечной недостаточности у овец для изучения механизмов FTR. Двадцати взрослым овцам-самцам (6-12 месяцев, 62 ± 7 кг) была выполнена левая торакотомия и исходная эхокардиография. Бандаж легочной артерии (PAB) был помещен и сжат вокруг главной легочной артерии (PA), чтобы, по крайней мере, удвоить систолическое давление в легочной артерии (SPAP), вызывая перегрузку правого желудочка (RV) давлением и признаки дилатации RV. PAB резко увеличил SPAP с 21 ± 2 мм рт.ст. до 62 ± 2 мм рт.ст. За животными наблюдали в течение 8 недель, симптомы сердечной недостаточности лечили диуретиками, а для оценки сбора плевральной и брюшной жидкости использовалась контрольная эхокардиография. Три животных умерли в течение периода наблюдения из-за инсульта, кровоизлияния и острой сердечной недостаточности. Через 2 месяца была выполнена срединная стернотомия и эпикардиальная эхокардиография. Из выживших 17 животных у 3 развилась легкая трикуспидальная регургитация, у 3 развилась умеренная трикуспидальная регургитация, а у 11 развилась тяжелая трикуспидальная регургитация. Восемь недель бандажирования легочной артерии привели к стабильной хронической модели дисфункции правого желудочка у овец и значительному FTR. Эта крупная животная платформа может быть использована для дальнейшего исследования структурных и молекулярных основ отказа RV и функциональной трикуспидальной регургитации.

Введение

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

Правожелудочковая недостаточность (ЛРВ) признана важным фактором, способствующим заболеваемости и смертности кардиологических больных. Наиболее частыми причинами ЛРВ являются левосторонняя болезнь сердца и легочная гипертензия1. Во время прогрессирования ЛРВ функциональная трикуспидальная регургитация (ФТР) может возникнуть как следствие дисфункции правого желудочка (ПЖ), кольцевой дилатации и подклапанного ремоделирования. Умеренная и тяжелая ФТР является независимым предиктором смертности2,3, и, по оценкам, 80-90% случаев трикуспидальной регургитации носят функциональный характер4. Сам по себе FTR может способствовать неблагоприятному ремоделированию желудочков, влияя либо на постнагрузку, либо на преднагрузку5. Трехстворчатый клапан исторически считался забытым клапаном6, и считалось, что лечение левосторонней болезни сердца устранит связанную с ней патологию ПЖ и FTR7. Последние данные показали, что это ошибочная стратегия, и текущие клинические рекомендации пропагандируют гораздо более агрессивный подход к FTR4. Однако патофизиология тяжелой ФТР, связанной с дисфункцией правого желудочка, до сих пор плохо изучена, что приводит к неоптимальным клиническим результатам8. Доступные в настоящее время модели RVF на крупных животных основаны на давлении, объеме или смешанной перегрузке. Ранее мы описали модель ЛРВ и ТР на крупных животных, но только в острой обстановке9.

Настоящее исследование сосредоточено на хронической модели бандажирования легочной артерии (PAB) у овец для увеличения постнагрузки RV (перегрузки давлением) и индуцирования дисфункции RV и FTR. Модель постнагрузки надежна и воспроизводима по сравнению с моделями легочной гипертензии, в которых изменения микроциркуляторного русла менее предсказуемы и более вероятны10. Цель исследования состояла в том, чтобы разработать хроническую модель ЛРВ и ЛТР у крупных животных, которая наиболее точно имитировала бы перегрузку давлением ПЖ у пациентов с левосторонней болезнью сердца и легочной гипертензией. Создание такой модели позволило бы провести углубленные исследования патофизиологии ремоделирования желудочков и клапанов, связанного с дисфункцией ПЖ и трикуспидальной недостаточностью. Модель овец была выбрана на основе нашей предыдущей работы по митральному клапану и опубликованной литературы, подтверждающей анатомическое и физиологическое сходство между сердцами человека и овец11,12,13.

Для этого исследования 20 взрослых овец (62 ± 7 кг) подверглись левой торакотомии и бандажированию магистральной легочной артерии (PAB), чтобы, по крайней мере, удвоить систолическое давление в легочной артерии (SPAP), тем самым вызывая перегрузку давлением RV. За животными наблюдали в течение 8 недель, а симптомы сердечной недостаточности лечили диуретиками, когда они были клинически очевидны. Периодически проводилась контрольная эхокардиография для оценки функции ПЖ и клапанной компетентности. После завершения экспериментального протокола разработки модели (8 недель) животные были возвращены в операционную для срединной стернотомии и имплантации кристаллов сономикрометрии на эпикардиальные и внутрисердечные структуры. Эта процедура была выполнена с использованием искусственного кровообращения с сердцебиением и с бикавальным контролем. Не было никаких проблем с отъемом животных от сердечно-легочного шунтирования или получением данных сономикрометрии в стабильной стационарной гемодинамической среде без необходимости инотропов для поддержки правых отделов сердца. Мы ожидаем выполнения аннулопластики трикуспидального кольца и других процедур на правых отделах сердца в ближайшем будущем с использованием подхода правой торакотомии как в терминальных, так и в экспериментах на выживание. Текущий опыт заставляет нас полагать, что можно будет без труда отучить животных от сердечно-легочного шунтирования и что долгосрочное выживание возможно. Таким образом, мы считаем, что модель позволит выполнять клинически значимые кардиологические процедуры. Ниже приведено описание этапов (периоперационных и оперативных), выполняемых для проведения протокола эксперимента на овцах.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

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

Протокол был одобрен Институциональным комитетом по уходу за животными и их использованию (IACUC) Мичиганского государственного университета (протокол 2020-035, утвержден 27.07.2020). Для этого исследования использовали 20 взрослых овец-самцов весом 62 ± 7 кг.

1. Предоперационные этапы

  1. Постите животное за 12 ч до операции (на ночь).
  2. Поместите животное в кресло для овец (рис. 1) и подготовьтесь к канюляции правой яремной вены, используя длинную оболочку интродьюсера 11 Fr (длина оболочки = 10 см).
  3. Бритье машинками для стрижки вдоль места внутривенного вливания - правая передняя часть шеи примерно в 10-15 см латерально от средней линии для правой яремной вены.
  4. Поверните голову животного влево так, чтобы обнажились правая передняя и боковая стороны шеи. Локализуют ход яремной вены. Чтобы облегчить это, сожмите нижнюю часть шеи, чтобы растянуть вену.
  5. Очистите хлоргексидином и скрабом на спиртовой основе и обезболите местно 1% лидокаином.
  6. Канюлировать яремную вену в средней и верхней трети шеи, как описано.
    1. Разрежьте кожу над веной лезвием под номером 11 перпендикулярно вене.
    2. Канюлят с ангиокатетером 14G; когда на месте (кровь выходит из иглы или кровь пятна), извлеките иглу, оставьте катетер, пропустите проводник, извлеките катетер, поместите оболочку 11 Fr и закрепите ее.
    3. Обеспечьте проходимость и правильное размещение канюли, взяв темно-красную кровь и выполнив промывку физиологическим раствором, чтобы подтвердить поток и отсутствие отека в месте введения.
  7. Начните индукцию пропофола с 1,0-1,5 мг/кг внутривенно (в/в).
  8. Интубация эндотрахеальной (ЭТ) трубкой No 9 с помощью ларингоскопа с лезвием No 5. Для этого один человек должен закрепить челюсти и язык, в то время как другой человек идентифицирует трахею, вставляет трубку ET и надувает уплотнительную манжету. Подтвердите правильное размещение двусторонними звуками дыхания и конденсацией на трубке ET.
  9. Вводят внутривенно анальгетик бупренорфин в дозе 0,01 мг/кг и используют 240 мг гентамицина и 1 г цефазолина для антибиотикопрофилактики.
  10. Перенесите животное из овечьи кресла на хирургический стол и положите его на правый бок.

2. Этапы операции

  1. Вентиляция легких при 15 мл/кг (12-18 вдохов/мин), с потоком кислорода при 4 л/мин и изофлураном при 2,5-4,0%. Подтвердите надлежащую анестезию, чтобы убедиться, что субъект находится на хирургическом уровне (этап 3), проверив тонус челюсти и вращение глаз.
  2. Смажьте оба глаза, нанеся офтальмологическую мазь, и вставьте желудочный зонд, чтобы обеспечить эвакуацию газов и пищи. Подключите электрокардиограмму (ЭКГ), пульсоксиметр (SpO2), капнограф (ETCO2) и мониторы температуры тела. Прикрепите отведения конечностей ЭКГ (I, II, III) к коже с помощью зажимов типа «крокодил», датчик SpO 2 — к щеке животного, а трубку ETCO2 — к эндотрахеальной трубке и пропустите датчик температуры через ноздрю в носоглотку.
  3. Подготовьте операционное поле. Побрейте левую переднюю грудную клетку, очистите хлоргексидином и спиртосодержащим скрабом и накройте стерильными простынями.
  4. Делают кожу длиной 10 см и подкожный разрез на уровне четвертого межреберья.
  5. Подтвердите правильность межреберья, определив грудное отверстие и подсчитав межреберные промежутки вниз. В последующем продолжайте разрез по центру и по четвертому межреберью.
  6. Разделите межреберные мышцы, откройте грудную полость и раздвиньте ребра с помощью мини-торакотомии в стиле ретрактора в стиле Финокьетто. При выполнении торакотомии следите за тем, чтобы не повредить левую внутреннюю грудную артерию (LIMA) на грудинной границе разреза и легкое на верхней границе.
  7. Выполните базовую эпикардиальную эхокардиографию для оценки бивентрикулярной функции и клапанной компетентности. Возникновение нестандартных видов может быть связано с мини-торакотомией, сосредоточенной на трехстворчатом клапане (ТВ), функции правого и левого желудочков и кровотоке легочной артерии.
  8. Определите LIMA на грудинной границе разреза, удалите прилегающие ткани вокруг него и подготовьтесь к установлению артериальной линии для мониторинга давления.
  9. Наложите два шелковых шва 4-0 вокруг артерии, один проксимальный, а другой дистальнее места канюляции (используется для фиксации артериального катетера).
  10. Используйте титановые зажимы с аппликатором зажима, чтобы закрепить дистальный отдел LIMA к запланированному месту канюляции, чтобы предотвратить кровотечение обратного потока во время канюляции.
  11. Сделайте перпендикулярный разрез на половину окружности катетера в LIMA с лезвием No 11.
  12. Вставьте ангиокатетер 18 G и прикрепите его к модулю артериальной линии. При достижении давления около 120/80 мм рт.ст. закрепите катетер на месте с помощью двух шелковых швов, наложенных ранее.
  13. Выполняйте перикардиотомию, начиная с уровня пазух легочной артерии и продвигаясь на 4-5 см латерально вдоль главной легочной артерии (МПА), стараясь не травмировать левый диафрагмальный нерв.
  14. Наложите четыре-пять ретракционных швов на открытый перикард, чтобы создать отверстие перикарда, так как это облегчает обнажение и рассечение между легочным стволом и аортой.
  15. Рассекайте МПА от восходящей аорты (АА) примерно в 2-3 см от ее начала с помощью тупых прямоугольных щипцов, начиная с уровня ушка левого предсердия и двигаясь к АА. Чтобы полностью отделить МПА от АА, используйте электрокоагуляцию или ножницы для удаления соединительной ткани между двумя структурами.
  16. Проведите пуповинной лентой вокруг МПА тупым прямоугольным зажимом. Установите линию давления MPA, поместив монофиламентный кисетный шов 5-0 на расстоянии 1 см от пазух MPA.
  17. Вставьте ангиокатетер 20 G и подключите его к линии мониторинга. Убедитесь, что достигнуты правильные показания МПА и артериальной линии до считывания пупочной ленты; Артериальное и легочное давление может варьироваться, но должно быть сопоставимо со значениями у пациента.
  18. Возьмитесь за оба конца пупочной ленты и скрепите их вместе, чтобы уменьшить просвет МПА.
  19. Постепенно затягивайте бандаж с последовательным применением зажима-аппликатора, при этом каждый зажим помещается ниже предыдущего зажима до тех пор, пока системное артериальное давление не начнет неуклонно снижаться (рис. 2). На этом этапе снимите последний размещенный зажим, чтобы стабилизировать системное артериальное давление.
  20. При достижении максимального уплотнения и стабильных условий гемодинамики закрепите пуповинную ленту на адвентиции МПА с помощью монофиламентного шва 5-0, чтобы избежать дистальной миграции.
  21. Выполните постбандажную эхокардиографию для оценки бивентрикулярной функции и клапанной компетентности, как показано на шаге 2.7. Удалите линию давления МПА и артериальную линию и обеспечьте хороший гемостаз, проверив наличие кровотечения из области, где были помещены бандаж и артериальные линии.
  22. Поместите плевральную дренажную трубку в левую грудную клетку с местом входа на одно межреберье ниже первоначального разреза. Закройте ребра двумя швами Vicryl размера 2, а рану закройте трехслойными непрерывными швами: Vicryl 2-0 для мышц и подкожных тканей и Prolene 3-0 для кожи.
  23. Если никаких признаков кровотечения не видно, удалите плевральную трубку перед отлучением животного от аппарата искусственной вентиляции легких.
  24. Отучите животное от аппарата искусственной вентиляции легких, экстубируете, переместите его в одну клетку и внимательно следите за ним не менее 1 ч. Оставьте центральную капельницу на месте и закрепите ее с помощью неплотно наложенной повязки на шее.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Послеоперационная внутривенная анальгезия поддерживалась бупренорфином (0,05 мг/кг) и флуниксином (1,2 мг/кг) в течение 3 дней после операции.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

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

После завершения экспериментального протокола разработки модели (почти 8 недель) животные были возвращены в операционную для срединной стернотомии и имплантации кристаллов сономикрометрии на эпикардиальные и внутрисердечные структуры. Эта процедура была выполнена с использованием искусственного кровообращения с сердцебиением и с бикавальным контролем, как подробно описано нашей группой ранее9. Не было проблем с отъемом животных от сердечно-легочного шунтирования или получением данных сономикрометр...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

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

В этой модели 8 недель бандажирования легочной артерии привели к стабильной хронической модели дисфункции правого желудочка у овец и, в большинстве случаев, к значительному FTR. К сильным сторонам представленной модели хронического ПАБ относится точная корректировка постнагрузки во время процедуры, хотя ее влияние на реакцию ПЖ может различаться. Модель подходит для оценки различной степени недостаточности ПЖ или FTR, при этом тяжесть модулируется степенью сужения легочной артерии. Более того, применение фиксированного и...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

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

У авторов нет конфликтов интересов, которые необходимо раскрывать.

Благодарности

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

Исследование финансировалось за счет внутреннего гранта Института сердца и сосудов Мейера в Spectrum Health.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Аппарат для анестезии Drager Narkomed MRI-2Drager4116091-001
ангиокатетерBDBD38226814GAx8,25см
BD ChloraPrep Scrub Teal 26 мл аппликатор со стерильным раствором
Лезвие #11Bard-Parker371111
Бупренорфин HIKMA
цефазолин 1,0гHikma0143-9924-90
Диприван 200мг/20мл63323-0269-29FRESENIUS KABI
Электрохирургический генератор Valleylab Force FXValleylabCF5L44233A
Гентамицина сульфат 40 мг/млFresenius406365
i-Stat Анализатор крови MN 300Abbott
Лидокаин гидрохлорид 1%Pfizer243243
Открытые лигирующие клипсы Horizon MediumTeleflex237061
PERMAHAND Шелковый шовный материалPERMA HANDSA 63H
Pinnacle Интродьюсер ТубусTerrumoRSS102длина оболочки 10 см
Prolene 3-0ETHICON8684H
Титановые зажимы СреднийTeleflex2200
Пуповинная лентаEthiconEFA 1165
VICRYL 2 с покрытием неокрашенная 1X54" TP-1ETHICONJ 880T
Vicryl 2-0ETHICONJ269H

Ссылки

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

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи