Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Medicine

Ökad lungartären pulserande flöde förbättrar hypoxisk pulmonell hypertension i Smågrisar

doi: 10.3791/52571 Published: May 11, 2015

Abstract

Pulmonell arteriell hypertension (PAH) är en sjukdom som drabbar distala lungartärerna (PA). Dessa artärer är deformerade, vilket leder till höger kammarsvikt. Nuvarande behandlingar är begränsade. Fysiologiskt är pulserande blodflöde till skada för kärl. Som svar på ihållande pulserande stress, fartyg släpper kväveoxid (NO) för att inducera vasodilation för självförsvar. Baserat på denna observation, utvecklat denna studie ett protokoll för att bedöma om en artificiell lungpulserande blodflödet kan ge upphov till en NO-beroende minskning av lungartärtryck. En grupp av smågrisar exponerades för kronisk hypoxi för tre veckor och jämfördes med en kontrollgrupp av smågrisar. En gång i veckan, smågrisarna genomgick ekokardiografi att bedöma PAH svårighetsgrad. Vid slutet av hypoxiexponering ades smågrisarna utsattes för en pulserande protokoll med användning av en pulserande kateter. Efter att bedövas och förbereds för operation, halsvenen av smågris isolerades och catheter infördes genom högra förmaket, den högra ventrikeln och lungartären under radioscopic kontroll. Lungartärtryck (PAP) mättes före (T0), omedelbart efter (T1) och 30 min efter (T2) den pulserande protokollet. Det visades att denna pulserande protokollet är en säker och effektiv metod för att inducera en signifikant minskning av medel-PAP via en NO-beroende mekanism. Dessa uppgifter öppnar upp nya möjligheter för klinisk behandling av PAH.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Pulmonell arteriell hypertension är en livshotande sjukdom som påverkar lungkärlen. Det råder enighet i det område som en obalans mellan en ökning av kärlsammandragande medel (endotelin, serotonin) och en minskning av vasodilatorer (NO, prostacyklin) bidrar till utvecklingen av PAH. Med tiden utvecklas denna pro-sammandragande fenotyp i en komplex pro-proliferativ och anti-apoptotiska fenotypen, bidra till utvecklingen av kärlskador 1.

Långvarig exponering för kärlsammandragande medel leder till en betydande och ihållande ökning av [Ca2 +] i i lungartären glatta muskelceller, vilket gör att aktivering av flera kalciumreglerade transkriptionsfaktorer, såsom NFAT 2-4, främja PASMC spridning och motståndskraft mot en apoptos fenotyp 5. Denna fenotyp leder till lungkärlskador, vilket bidrar till en ökning av både PA tryck och lung resistance, vilket i slutändan leder till dödlig höger hjärtsvikt 6.

För närvarande finns ingen behandling tillgänglig som vänder PAH även om det finns flera som förbättrar patienternas livskvalitet 7. Bland dessa behandlingar, har effektiviteten av inhalerad NO behandling visats men på grund av dess korta halveringstid är det svårt att använda i klinisk praxis. Av denna anledning har mer stabila och hållbara behandlingar föredragits, såsom prostacyklin analoger, eller endotelin-receptorblockerare 7. Att utveckla bättre behandlingar, är det nödvändigt att förbättra och utöka kunskapen om patofysiologi PAH.

Pulsatilitet är ett välkänt stimulans aktiverande skjuvspänning framkallad vasodilatation, som skyddar den icke-elastiska distala artären från högtrycksflödesskador 8,9. I en modell av PAH sekundärt till aortopulmonary kirurgisk växling, Nour et al visat intrapulmonell skjuvning str.ess-medierad endotelfunktion förstärkning 10. Flera studier har visat att NO, prostacyklin och ET-1-expression är nära regleras av förändringar i pulserande flöde. I själva verket ökar en måttlig ökning av pulserande flöde eNOS aktivitet och prostacyklin nivåer, vilka båda reduceras i PAH. Pulserande flöde modulering troligen inblandad i etiologin av PAH och artificiellt öka det är ett attraktivt och nya sätt att öka NO och prostacyklin produktion inom lungkretsloppet.

Den aktuella studien är att bedöma effekterna av en 10 min pulserande flöde med hjälp av en nyutvecklad pulserande kateter på hemodynamiska mätningar i en pulmonell hypertension (PH) modell hos smågrisar i vilken hypoxi har inducerats. Det har antagits att öka lungartären pulsatilitet inducerar vasorelaxation av lungartärerna, och därmed minska lungartärtryck.

Höger hjärta kattheterization (RHC) är en viktig klinisk intervention för diagnos och uppföljning av PAH-patienter. I själva verket är det säkraste sättet att diagnostisera PAH och tillåter läkare att bedöma vaskulär reaktivitet 11,12 samt sjukdomsprogress. I själva verket varje PAH patienten genomgår RHC flera gånger. Den aktuella studien i stora djur syftar till att visa effekt och säkerhet av pulserande katetrar att bedöma och behandla PAH under en vanlig RHC förfarande. Eftersom pulserande katetrar finns redan och RHC är rutinmässigt i PAH-patienter, ger denna studie all information som krävs för att kunna genomföra kliniska prövningar snabbt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

OBS: Denna studie godkänts av etikkommitté nummer CEEA34.PB.103.12.

1. Användning av Smågrisar som en djurmodell

  1. Utför i två grupper (n = 6 i varje grupp), matchade med avseende på kön, ålder (15 ± 3 månader) och vikt (30 ± 10 kg) (kontrollgrupp och kronisk hypoxi (CH) -grupp). House CH-grupp i 3 veckor i en hypobaric kammare (0,4 atm), och huset kontrollgruppen i regelbunden normobaric (1 atm) villkor.
  2. Använd en hypobaric kammare bestående av en plexiglaslåda med en två kvadratmeter fotavtryck och en höjd av 1,6 meter, såsom visas i fig 1.
  3. Kontinuerligt övervaka och upprätthålla en temperatur av 18 ° C och ett tryck av 0,4 atm. Se till att ventilationen är tillräcklig av en vakuumpump, som möjliggör en förnyelse lufthastighet på 8 m 3 per timme.
  4. Placera två djur i kammaren av lämplig kullen. Varje 48 timmar tillbaka trycket i rutan till normobaric villkor för hälftenen timme att rengöra lådan, i närvaro av de två djuren, med boxen hålls closedto hindra dem att fly. Denna metod att inducera pulmonell hypertension har i stor utsträckning godkänts 13.
  5. Anestetisering av djuren
    1. Söva smågrisarna med en initial intravenös injektion av tiopentalnatrium (10 mg / kg) och upprätthålla anestesi genom kontinuerlig inhalation av isofluran (1,5 till 3,5%). Applicera två droppar karbopolgel i smågrisar ögon för att förhindra hornhinnan torrhet.
    2. Placera djuren i den vänstra laterala positionen dekubitus med sina framben bundna i en böjd position för att exponera bröstet. Rengör huden med tvål och vatten och sedan raka använda en elektrisk rakapparat för att ta bort något hår som kan hindra penetrering av ultraljud genom bröstkorgen.
  6. Ekokardiogram
  7. Övervaka utvecklingen av PAH i längdled och icke-invasivt genom ekokardiografi. Utför ett eko varje vecka med hjälp av en 3 MHz omvandlare. Record ett elektrokardiogram genom att placera 3 elektroder på höger och vänster tassar och på höger sida av bröstkorgen.
  8. Spela tvådimensionell och M-mode bilddata i tre olika incidenter (längsgående, mindre axel och apikal) med en-Doppler sond. Håll sonden i höger hand och mellan de fjärde och femte vänster interkostal utrymmen. Förflytta sonden långsamt upp och ner, rotera den till höger och vänster till dess att en god bildupplösning erhålls för de olika hjärtstrukturer (dvs. septum). Den akustiska fönster skiljer sig något från ett djur till ett annat beroende på läget av hjärtat i bröstet.
  9. Spela in EKG samtidigt för vart och ett av dessa incidenter och under minst 10 hjärtcykler för att off-line analys. Slutdiastole definieras som den punkt i hjärtcykeln som sammanfaller med uppkomsten av Q-våg på EKG. End systole sammanfaller med uppkomsten av T-vågen.
  10. Mät mitral och trikuspidalventilen blodflödet genom enPical visa Doppler ultraljud. Placera-dopplersonden vid spetsen av manubrium sterni; provtagningszonen ligger precis ovanför ventilen för att spela blodflödet passerar ventilen.
  11. Anteckna blodhastigheten under hjärtcykeln genom Doppler flowmetry att erhålla hastigheten-tidsintegralen av blodflödet genom mitral och trikuspidalisklaffar och aorta- och lung ventiler. Använd video graphics array av echograph att lagra bilder på en bildhastighet på 25 per sekund för att få fasta bilder eller sekvensbilder tillhandahålls av echograph.
  12. Mät mått och yta av hjärt hålrum med hjälp av mätinstrument och konturerna av de ytor som föreslagits av programmet integreras i echograph i enlighet med internationella rekommendationer 14.
  13. Mät den fria väggtjocklek höger kammare under diastole och systole av TM (tids rörelse) inspelning i lillaxeln incidens 14.
  14. Measäker lungartären rotdiameter vid spetsen av de pulmonella ventilerna på lillaxeln vyn 14.
  15. Mät septum och den bakre väggen av den vänstra ventrikeln under diastole i TM-rörelse på den längsgående vy i början av Q-vågor på EKG och i systol vid spetsen av T-vågen i EKG 14.
  16. Mät vänsterkammar slutdiastoliska diametrar (LVEDD) och vänsterkammarslut systoliskt diameter (LVESD). Beräkna fraktionerad förkortning (FS) med formeln FS (%) = (LVEDD-LVESD) / LVEDD. Mät diametern på aorta och ytarean av de högra och vänstra förmaket.
  17. Från hastighets tidsintegralen av mitral och trikuspidal blodflöden, mäta följande: maximiamplituden av E och en våg, retardation halvtid av E våg, flöde varaktighet, hastighetstidsindex 14.
  18. Från Doppler mätningar av lungartären, mäta följande: maximal hastighet, uppstigning halvtid,flöde varaktighet och dess integral 14.
  19. Bedöm vänsterkammarvolymen med Simpson 15-metoden.
  20. Lagra data för varje smågris i en databas för efterföljande statistisk analys på hela gruppen.

2. Höger hjärtkateterisering

  1. Djurpreparering
    1. Innan pulserande kateter placering är gris placeras i en hypobaric kammaren under 3 veckor för att framkalla pulmonell hypertension.
    2. Snabb djuren under 24 h före operation (24 h för fast mat, 8 till 12 h under vatten).
    3. 24 timmar före RHC, har en välutbildad veterinären utföra en pre-anestesi klinisk undersökning för att bedöma slemhinnor färg, kapillär påfyllning tid, global lung- och hjärtfunktioner med ett stetoskop och kroppstemperatur med hjälp av en rektal termometer.
    4. Administrera injektioner av Midazolam (intramuskulär, 0,5 mg / kg) och morfin-hydroklorid (intramuskulär, 0,1 mg / kg) 15 till 30 min före induktion of anestesi. Ytterligare doser av morfin-hydroklorid (0,05 till 0,5 mg / kg, intramuskulärt) under induktion var 4 till 6 timmar.
    5. Administrera tiopentalnatrium (10 mg / kg, intravenöst) via en initial bolusinjektion av 5 mg / kg därefter genom partiell injektion tills det var effektivt. Följ den här med väska och mask ventilation tills endotrakeal intubation.
    6. Smågris intubation
      1. Smörj röret med pramocaine gel. Sätt en metall penna i röret för att stelna och underlätta intubering processen.
      2. Tryck på ögonlocket för att säkerställa djup anestesi. Utför intubation genom direkt visualisering av struphuvudet, med hjälp av en laryngoskop att höja tungan och undvika skador på stämbandet. Pumpa röret ballongen för att förhindra uppstötningar relaterade frågor.
    7. Styr andningsfrekvensen vid 10-12 andetag per minut; nuvarande volym av 7-10 ml / kg, insufflationstrycket av 25 till 30 cm H2O och en inandningsfasen i 2 sek med ett positivt end-utandningstryck av 5 cm H2O
    8. Söva djuret med isofluran i 100% syre (induktions 3-5% med syre flöde av 2 till 3 l / min, upprätthållande av 1,5-2,5% syreflöde vid en l / min). Applicera karbopolgel på hornhinnan som i steg 1.5.1.
    9. Sätt i en hepariniserad kateter i svansöronartären (5 ml 0,9% saltlösning spetsade med 5000 IE / ml heparin) via subkutan infusion med grön kanyl fixerad på plats med en sutur stygn.
    10. Ingjuta lakterad Ringers lösning (10-20 ml / kg / h).
    11. Placera djuret på en något lutande undersökningsbrits. Håll huvudet lutar något nedåt för att främja salivflödet.
  2. Övervakning
    1. Varje 5 minuter, kontrollera och registrera följande värden på enskilda anestesi fallrapport: slemhinnor färg och kapillär påfyllning tid, underkäken muskeltonus och ögongloben läge, mios / mydriasis, ögonlocksreflexer.
    2. Kontinuerligt övervaka hjärtat och respiratory hastighet, pulsoximetri, kroppstemperatur och elektrokardiogram. Sätt en arteriell inför i lårbensartären. Sätt i en stor kaliber 10 cm lång kateter, i lårbensartären och övervaka systemiskt blodtryck.
  3. Inrättande av den pulserande katetern
    OBS: Denna medicinska anordning består av två katetrar placerade sida vid sida och sammansvetsade. Den distala delen av den första en är ansluten till en vanlig ballong med en diameter på 20 mm och en maximal volymkapacitet av 5 ml. Den andra kateter möjliggör införing av en tråd för att underlätta positionering i lungartären. Enheten är 750 mm lång med en inre mätare på 0,035 och en ytterdiameter av 12 Fr.
    1. För experimenten, utföra pulse med en liten Harvard 683 djur ventilator, som tillämpar en aktiv vakuum till ballongen under deflation och positivt tryck under inflationen, med en volym på 2,5 ml för varje puls. Använd helium som drivgas för bollenoon pumpa in för att förhindra gas emboli.
    2. Spela ytan elektrokardiografiska kurvor kontinuerligt för att dokumentera eventuella störningar i hjärtrytmen under protokollet. I den vänstra lårbensartären, anslut en sensoranordning för en 20 gauge kateter, kopplad till en hemodynamiska övervakningssystem.
  4. Höger hjärtkateterisering
    1. Tvätta och raka halsen av djuret. Rengör huden med en kutan antiseptisk lösning (Betadine skrubba) med användning av en gasbinda kompress. För att avgränsa operationsområdet, placera sterila draperier runt höger halsvenen mellan höger axel och manubrium sterni.
    2. Gör en 4 cm längsgående snitt med steril sax halvvägs mellan höger axel och manubrium sterni.
    3. Försiktigt bort huden och muskellager med pincett. Sedan försiktigt bort bindväv som omger venen över en längd av ca 5 cm. Kläm fast bortre sidan för att förhindra blödning. Placera en tråd bindemedel runt proximal sida för att kunna styra venen öppningen efter hemi sektion.
    4. Med hjälp av en särskild liten mycket skarp mejsel, skär venen i hälften på tvären. Se till att kanterna på snittet är snyggt. Med hjälp av tunna skum, höja ena kanten av snittet och tryck försiktigt katetern i den proximala sidan av venen. Kontroll blödning med tråd bindemedel.
    5. Införa katetern i halsvenen och successivt driva igenom den övre hålvenen, höger förmak, höger kammare och slutligen lungartären.
    6. Spela trycket över 10 stabila hjärtcykler, på varje hjärtkammaren och lungpulsådern (T0). Mät hjärt blodflöde tre gånger med 1 minuters intervall.
    7. Placera ballongkatetem i lungartären enligt radioscopic kontroll. Blåsa upp och tömma ballongen (pulse) med 1 cm 3 av helium. Fortsätt pulsa under 10 min. Spela tryck över 10 stabila hjärtcykler, i varje hjärtkammaren och lung artery och mäta hjärt blodflödet efter 10 min (T1).
    8. Mät hjärt blodflödet åter 30 min efter pulsatiliteten protokollet (T2).

3. Ingen mätning

  1. Anslut en Douglas påsen till den utandade andnings gasutloppsrör tills den är helt fylld. Placera den över i-rör av en NO alkoholmätaren.
  2. Långsamt och ständigt tvinga utandningsluften i analysatorn genom att komprimera det elastiska Douglas påsen. Mät påsen utflöde genom flödesmätaren för analysatorn att upprätthålla ett konstant flöde.

4. Histologi Mätningar

  1. Under narkos, injicera 30 ml Dolethal (injicerbar lösning för dödshjälp) i den pulserande kateter placerad i hjärtat.
  2. Omedelbart efter avlivning, öppna kistan genom att såga manubrium längdled, något flytta hjärtat och håll höger lunga. Sedan använda dissekera sax, skär två 2 eller 3 cm 3 prover från middle lob av lungan.
  3. Snap frysa ett prov i flytande kväve och lagrades vid -80 ° C. Fäst andra provet i 3,7% paraformaldehyd under 24 timmar och sedan bädda i paraffin för efterföljande histologiska analys.
  4. Genomför histologi mätningar som tidigare beskrivits 16. Mät PA väggtjocklek enligt följande: 2 mätningar / artär i 10 artärer / smågris och 6 smågrisar / grupp.
  5. Utför statistisk analys. Värden uttrycktes som faldig förändring ± SEM.
    1. Att jämföra två sätt, använda en oparade Students t-test. För att jämföra fler än två medel, använda en envägs ANOVA följt av en Dunn test. Ett p <0,05 ansågs vara statistiskt signifikant (*).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Ökad lungartären pulserande flöde Förbättrar inducerad kronisk hypoxisk pulmonell hypertension i Smågrisar

Före exponera djuren till en ökning av pulserande flöde, var ultraljud användes icke-invasivt för att kontrollera att de smågrisar hade utvecklat pulmonell hypertension. Såsom visas i fig 2, tre veckor av kronisk hypoxi inducerade utvecklingen av pulmonell hypertension hos smågrisar, som kännetecknas av en signifikant minskning av lungartären accelerationstid (doppler) och en ökning av RV hypertrofi (M-läge). Under RHC, invasiva mätningar av både höger kammar systoliska trycket (RVSP) och menar PA tryck bekräftade närvaron av pulmonell hypertension hos kroniska hypoxi smågrisar kontra kontrollgrisar (värden T0) (Figur 3). Diastoliska trycket i den högra ventrikeln var -3 ± 1 mmHg i kontrollgruppen och -2 ± 1 i PAH-gruppen och förmak var -4 ± 2 mmHg i EACh grupp. Den systemiska trycket var 106 ± 13 vs 95 ± 18 mmHg i kontrollgruppen vs PAH-gruppen. Pulmonell hypertension bekräftades också genom kvantifiering av kärlremodellering på histologiska skivor. För att bedöma den troliga terapeutiska effekten av pulserande flöde på pulmonell hypertension, var ett pulserande kateter som används för att generera en artificiell pulserande pulmonell flöde under 10 min. Såsom visas i fig 3 en ökning av pulserande flöde under 10 minuter inducerade en signifikant minskning av både RVSP och medelvärdet PA tryck (T1-värden) jämfört med baslinje (T0-värden). Eftersom hjärtminutvolymen inte ändrades, pulsatilitet reducerade den vaskulära lungartärmotståndet genom 26 ± 3% i kontrollgruppen och av 41 ± 4% i PAH-gruppen. För att säkerställa att minskningen av PA trycket upprätthölls under tiden, djur där rätten katetern inte genererar ytterligare pulserande flöde stannade på plats för ytterligare 30 minuter. Som visas (T2 värden), både RVSPoch medel PA tryck fortsatte att minska jämfört med baslinjen (T0 värden). Det bör noteras att system vaskulära parametrar som inte påverkades av generering av pulserande flöde i lungartären och att varken systemtryck eller hjärtminutvolym förändrats avsevärt.

Utandad NO mättes under 6 kroniskt hypoxiska smågrisar (T0) och 40 min efter alstringen av den konstgjorda pulserande flöde (T2). Denna preliminära resultat, som måste bekräftas - visade en signifikant (p <0,001) ökning av utandad NO från 2 ± 1 ppm till 22 ± 8 ppm.

Slutligen, den pulserande flödet visade inga signifikanta effekter på cirkulerande ET-1 och 5-HT nivåer, vilket tyder på att minskningen i PA trycket berodde främst på en ökning av NO-generation.

Figur 1
Figur 1: Diagram i protokollet. (A) Diagram över hypoxisk rutan med den utrustning som behövs. (B) Tidslinje av experimentet. Ekokardiograferna utfördes varje vecka under 3 veckor före, under och efter hypoxi. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 2
Figur 2: ekokardiografi Resultat Typisk analys mäts icke-invasivt.. (A) Under de 3 veckor (W1, W2, W3) av kronisk hypoxi exponering (0,4 atmosfärer), ändringar i hjärtfrekvensen observerades som höger ventrikelhypertrofi successivt ökat (B). Dessutom, lungartären accelerationstid (Paat) mätningar (C) visade att Paat minskat betydligt i PAH piglETS såsom PAH fortskred, medan inga ändringar inträffade i kontrollgruppen. En ANOVA statistisk analys anpassad till det ringa antalet berörda utfördes djur (* p <0,05, ** p <0,005; *** p <0,001). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3
Figur 3:. Pulmonell Trycket Omvänd Efter pulserande Kateter Exponering (A) Smågrisar exponerades för pulserande kateterisering under 10 min. Genomsnittliga pulmonella artärtrycket (PAPcm H2O) utvärderades före (T0), omedelbart efter (T1), och 30 min efter pulsering (T2). Varje gång, var det uppmätta trycket över 10 stabila hjärtcykler för att få ett representativt värde för resultatet. (B) Vaskulära REMOD Eling kvantifierades och ökades i PAH smågrisar jämfört med kontroll smågrisar. En ANOVA statistisk analys anpassad till det ringa antalet berörda utfördes djur (* p <0,05, ** p <0,005; *** p <0,001).

Figur 4
Figur 4: pulserande katetrar inte Ändra hemodynamiska parametrar Den system systoliska trycket (A) och hjärtminutvolym (B) utvärderades i PAH och kontroll smågrisar före, under och efter pulserande protokollet.. Ingen signifikant skillnad observerades mellan grupperna och de olika tider. (C) Systoliskt pulmonella trycken mättes (mm Hg) genom att höger kateterisering vid T0, T1 och T2. En ANOVA statistisk analys anpassad till det ringa antalet berörda utfördes djur (* p <0,05, ** p <0,005; *** p <0,001).ww.jove.com/files/ftp_upload/52571/52571fig4large.jpg "target =" _ blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

För första gången har det visat sig att förändringar i lungpulserande flöde är ett kausalt samband med utvecklingen av PAH sekundärt till kronisk hypoxisk exponering. Denna translationella metod ger belägg för att framkalla en konstgjord ökning av lungpulserande flöde med hjälp av en särskilt utformad kateter förbättrar pulmonell hypertension, troligen genom att öka NO generation.

Dessa resultat är inte bara original, de är också av stort terapeutiskt intresse, vilket visar att endogen NO-produktion kan stimuleras mekaniskt och säkert inom lungkretsloppet utan att påverka systemfunktioner. Studien designen uppfyller de senaste prekliniska forskningsrekommendationer i pulmonell hypertension, som nyligen har rekommenderat tester på stora djur innan nya metoder antas i kliniker. Den translationella potentialen hos dessa fynd är mycket hög.

Emellertid den patofysiologiskamekanismen för PAH är inte unik. Klassificering av PAH skiljer mellan fem olika grupper. Grupp tre är representativa för medial hypertrofi sekundärt till kronisk hypoxi. Även om det kan ingå i denna grupp blir modellen inte är helt representerar mänskliga PAH. Human PAH sekundär till kronisk hypoxi är främst kopplad till kronisk bronkit där skador i luftrören och lung parenkymet framkalla perifera lung-till-system shuntar. Dessa shuntar inducerar hypoxemi via en mekanism skiljer sig från den som används i modellen. Här är modellen närmare till liv på hög höjd än lungsjukdomar. Men hjärt hemodynamiken i modellen är nära dem hos människa: samma puls, samma hjärtminutvolym och samma lung tryck.

En tidigare studie av Nour et al. Visade koronar 17 och lungkretsloppet 10 vasodilatation sekundärt till pulsering. Deras modell av PAH var en aortopulmonary shunt. Aortopulmonary sjakter öka blodflödet i lungartären. Det är vår uppfattning att placera en ballong i lungartären skapar ett hinder för höger kammare utstötning som kan störa minskningen av lungtrycket observerats i deras experiment. Det är av den anledningen som en modell av PAH valdes som inte påverkar hjärtminutvolym. Istället hjärt blodflödet förblir konstant genom hela experimentet.

Dessutom, deras experimentella betingelser är helt annorlunda eftersom bröstet av djuret öppnas kirurgiskt under applicering av pulsatilitet, som ändrar normal ventilation och lungkretsloppet. Det är därför svårt att jämföra de två experimenten.

Mekanismen genom vilken pulsatilitet minskar PAH har inte visats. Studien genomfördes av Nour visade en ökning av e-NOS, medan vi visat en ökning av utandad NO. Dessa två slutsatser är starkt tyder på en roll plaYed av NO i mekanismen minskning av PAH. Men andra mediatorer kan vara inblandade 18. Det skulle vara bra att göra ytterligare studier för att undersöka biomarkörer som är involverade i pulse-inducerad vasodilatation.

Ingen leverans har rapporterats vara till nytta för PAH-patienter 19-21. Men ingen har en mycket kort halveringstid och dess användning för att behandla patienter innebär därför en komplicerad procedur. Dessutom måste frisättningen av NO sekundärt till pulserande flöde som skall mera tydligt. Ökningen av eNOS och systemisk kärlvidgning observerades i studien utförd av Nour men inte i studien tyder på att det är nödvändigt att genomföra ytterligare studier som undersöker NO-frisättning inducerad av pulsatilitet och dess roll i kärlvidgning. Detta är en annan anledning till varför NO-terapi ännu inte används i klinisk praxis.

Högerhjärta kateterisering är ett standardförfarande som används för att bedöma allvarlighetsgraden av tillståndet och att övervaka patient behandling 16,18. Det skulle vara fullt möjligt att använda pulserande katetrar i stället för vanliga katetrar. Detta skulle inte kräva några ytterligare förfaranden och kan användas för att bedöma svårighetsgraden av PAH samt att behandla patienter och förbättra deras tillstånd. En annan fördel med denna teknik är att den har få, om några, toxiska effekter. Eftersom dessa enheter inducerar NO generation via en fysiologisk process, är det osannolikt någon skadlig interaktion med andra behandlingar. Följaktligen skulle pulserande katetrar snabbt och säkert användas till patienter som kräver fortsatt behandling.

Även roman, resultaten av denna studie bekräftar tidigare iakttagelser i vänster hjärtsviktspatienter som utvecklat sekundär pulmonell hypertension. Faktum är att patienter med pulmonell hypertension i samband med kronisk hjärtsvikt har en betydande risk för sjuklighet och död efter hjärttransplantationer. Torre-Amione et al. 22 observerade thpå patienter som fick ett pulserande vänsterkammarhjälpanordning hade en signifikant minskning av pulmonell tryck, så att de kan kvalificera sig för hjärttransplantationer. Även om det inte utforskas i studien, kan NO-frisättning förmodligen förklara förbättringen av lungtrycket, som i denna studie. Denna studie inte bara bekräftar tidigare resultat men föreslår att användningen av pulserande katetrar också bör undersökas i vänster hjärtsviktspatienter som utvecklar sekundär pulmonell hypertension av hög klinisk betydelse.

Trots att mycket lovande, har denna studie flera begränsningar. För det första har effekten av denna enhet endast testats med en modell av pulmonell hypertension. För närvarande finns det mycket få stora djur pulmonell hypertension modeller 23. Det är viktigt att utveckla nya modeller. Mot bakgrund av resultaten från Torre-Amione et al. 22 om sekundär pulmonell hypertension, en pulmonell hypertension modell associerad med vänster hjärtsvikt skulle vara av stort terapeutiskt intresse. Effekten av pulserande katetrar på NO-frisättning uppskattades genom mätning av utandad NO och inte direkt via NO cirkulerar i PA. Ozkan et al., 24 har visat att utandad NO är en bra indikator på mängden NO i PA-cirkulationen. I själva verket i sin studie, visade de att utandad NO minskat i PAH-patienter jämfört med kontroller och att stimulera NO generation i PA med hjälp av epoprostenol återspeglades i utandad NO. Detta innebär att utandad NO-mätning är en giltig metod för att uppskatta NO-nivåer som cirkulerar i PA. Denna studie mätte även PA tryck över 30 minuter, men de långsiktiga effekterna (veckor, månader och år) har inte studerats. Dela denna teknik gör det möjligt för andra lag för att testa olika protokoll (dvs kombinationer med andra behandlingar), analysera fördelarna och kanske upptäcka biverkningar. Framför allt är förhoppningen att denna studie kan leda tillsnabb och säker användning av enheten i PAH-patienter mänskliga.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Drugs for anesthesia
sodium thiopental, THIOPENTAL SODIUM Abbott, France 0000071-73-8 powder
3 place Gustave Eiffe 94518 RUNGIS CEDEX.
 isoflurane, FORANE Abbott, France 05260-05 glass bottle 250 ml
3 place Gustave Eiffe 94518 RUNGIS CEDEX.
midazolam, Hypnovel Accord Healthcare  Vidal injectable ampoules 1mg/ml
45 Rue du Faubourg de Roubaix 59000 Lille France
pramocaine,TRONOTHANE 1%  Laboratoires LISAPHARM Vidal Gel appl locale T/30g
3, rue Scheffer. 75016 Paris.
morphine chlohydrate Lavoisier CMD Lavoisier Laboratoires CHAIX et DU MARAIS Vidal injectable ampoules 
7, rue Labie -75017 Paris - France
Acrylates Copolymer-Carbopol® Aqua SF-1 Polymer Lubrizol gel appl local
Elysées La Défense 19 le Parvis 92073 Paris la défense
Material 
Ventilateur Harvard 683 Harvard apparatus Harvard apparatus DRIM 75 rue des Anglais - 78700 Conflans Ste Honorine   
Echographe Voluson E8 with a 3.5 MHz probe General Electric GEHealthcare DRIM 75 rue des Anglais - 78700 Conflans Ste Honorine   
Pulsatil Catheter Cardio inovating system Cardio innovative systems, 33 rue Vivienne, Paris, France 75002
NO breath Analyseur Respur Respur 26 rue Felix Rouget 95490 Vaureal France

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Malenfant, S., et al. Signal transduction in the development of pulmonary arterial hypertension. Pulm Circ. 3, (2), 278-293 (2013).
  2. Paulin, R., et al. Signal transducers and activators of transcription-3/pim1 axis plays a critical role in the pathogenesis of human pulmonary arterial hypertension. Circulation. 123, (11), 1205-1215 (2011).
  3. Courboulin, A., et al. Role for miR-204 in human pulmonary arterial hypertension. J Exp Med. 208, (3), 535-548 (2011).
  4. Bonnet, S., et al. The nuclear factor of activated T cells in pulmonary arterial hypertension can be therapeutically targeted. Proc Natl Acad Sci U S A. 104, (27), 11418-11423 (2007).
  5. Meloche, J., et al. Role for DNA damage signaling in pulmonary arterial hypertension. Circulation. 129, (7), 786-797 (2014).
  6. Humbert, M., et al. Cellular and molecular pathobiology of pulmonary arterial hypertension. J Am Coll Cardiol. 43, (12 Suppl S), 13S-24S (2014).
  7. Archer, S. L., Michelakis, E. D. An evidence-based approach to the management of pulmonary arterial hypertension. Curr Opin Cardiol. 21, (4), 385-392 (2006).
  8. Li, M., Scott, D. E., Shandas, R., Stenmark, K. R., Tan, W. High pulsatility flow induces adhesion molecule and cytokine mRNA expression in distal pulmonary artery endothelial cells. Ann Biomed Eng. 37, (6), 1082-1092 (2009).
  9. Li, M., Stenmark, K. R., Shandas, R., Tan, W. Effects of pathological flow on pulmonary artery endothelial production of vasoactive mediators and growth factors. J Vasc Res. 46, (6), 561-571 (2009).
  10. Nour, S., et al. Intrapulmonary shear stress enhancement: a new therapeutic approach in pulmonary arterial hypertension. Pediatr Cardiol. 33, (8), 1332-1342 (2012).
  11. Barst, R. J., et al. Diagnosis and differential assessment of pulmonary arterial hypertension. J Am Coll Cardiol. 43, (12 Suppl S), 40S-47S (2004).
  12. Galie, N., et al. Guidelines on diagnosis and treatment of pulmonary arterial hypertension. The Task Force on Diagnosis and Treatment of Pulmonary Arterial Hypertension of the European Society of Cardiology. Eur Heart J. 25, (24), 2243-2278 (2004).
  13. Naeije, R., Dewachter, L. Animal models of pulmonary arterial hypertension. Rev Mal Respir. 24, (4 pt 1), 481-496 (2007).
  14. Via, G., et al. International evidence-based recommendations for focused cardiac ultrasound. J Am Soc Echocardiogr. 27, (7), e681-e683 (2014).
  15. Folland, E. D., et al. Assessment of left ventricular ejection fraction and volumes by real-time, two-dimensional echocardiography. A comparison of cineangiographic and radionuclide techniques. Circulation. 60, (4), 760-766 (1979).
  16. Meloche, J., et al. Critical role for the advanced glycation end-products receptor in pulmonary arterial hypertension etiology. J Am Heart Assoc. 2, (1), e005157 (2013).
  17. Nour, S., et al. Intrapulmonary shear stress enhancement: a new therapeutic approach in acute myocardial ischemia. Int J Cardiol. 168, 4199-4208 (2013).
  18. Barrier, M., et al. Today's and tomorrow's imaging and circulating biomarkers for pulmonary arterial hypertension. Cell Mol Life Sci. 69, (17), 2805-2831 (2012).
  19. Budev, M. M., Arroliga, A. C., Jennings, C. A. Diagnosis and evaluation of pulmonary hypertension. Cleve Clin J Med. 70, Suppl 1. S9-S17 (2003).
  20. Barst, R. J., Channick, R., Ivy, D., Goldstein, B. Clinical perspectives with long-term pulsed inhaled nitric oxide for the treatment of pulmonary arterial hypertension. Pulm Circ. 2, (2), 139-147 (2012).
  21. Pepke-Zaba, J., Higenbottam, T. W., Dinh-Xuan, A. T., Stone, D., Wallwork, J. Inhaled nitric oxide as a cause of selective pulmonary vasodilatation in pulmonary hypertension. Lancet. 338, (8776), 1173-1174 (1991).
  22. Zapol, W. M., Rimar, S., Gillis, N., Marletta, M., Bosken, C. H. Nitric oxide and the lung. Am J Respir Crit Care Med. 149, (5), 1375-1380 (1994).
  23. Stenmark, K. R., Meyrick, B., Galie, N., Mooi, W. J., McMurtry, I. F. Animal models of pulmonary arterial hypertension: the hope for etiological discovery and pharmacological cure. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 297, (6), L1013-L1032 (2009).
  24. Torre-Amione, G., et al. Reversal of secondary pulmonary hypertension by axial and pulsatile mechanical circulatory support. J Heart Lung Transplant. 29, (2), 195-200 (2010).
Ökad lungartären pulserande flöde förbättrar hypoxisk pulmonell hypertension i Smågrisar
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Courboulin, A., Kang, C., Baillard, O., Bonnet, S., Bonnet, P. Increasing Pulmonary Artery Pulsatile Flow Improves Hypoxic Pulmonary Hypertension in Piglets. J. Vis. Exp. (99), e52571, doi:10.3791/52571 (2015).More

Courboulin, A., Kang, C., Baillard, O., Bonnet, S., Bonnet, P. Increasing Pulmonary Artery Pulsatile Flow Improves Hypoxic Pulmonary Hypertension in Piglets. J. Vis. Exp. (99), e52571, doi:10.3791/52571 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter