Summary
Tillförlitlig och noggrann effektvariabeln är nyckeln för översättning av prekliniska terapier i klinisk behandling. Den nuvarande papper beskriver hur man bedömer tre kliniskt relevanta primära utfalls parametrar för hjärtprestanda och skador i en gris akut hjärtinfarkt modell.
Introduction
Hjärtsvikt med reducerad ejektionsfraktion (HFrEF) svarar för omkring 50% av alla hjärtsvikt fall drabbar uppskattningsvis 1-2% av befolkningen i västvärlden en. Dess vanligaste orsaken är akut hjärtinfarkt (AMI). Som akut dödlighet efter AMI har minskat kraftigt på grund av ökad medvetenhet och förbättrade behandlingsalternativ, har tyngdpunkten förskjutits mot sin kroniska följdsjukdomar; den mest framträdande är HFrEF 2,3. Tillsammans med ökande vårdkostnader 4, den växande epidemi av hjärtsvikt betonar behovet av nya diagnoser och behandlingar, som kan studeras i en mycket translationella grismodell av negativ ombyggnad efter AMI som tidigare beskrivits 5.
Både bestämningsfaktorer (t.ex. infarktstorlek) och funktionella bedömningar (t.ex. ekokardiografi) av negativ ombyggnad används ofta för undersökning av effekten av nya läkemedel, vilket indikerar behovet av reliable och relativt billiga metoder. Syftet med det nuvarande pappers är att tillgodose det behovet genom att införa viktiga och tillförlitliga utfallsmått vid undersökning av effekten i en grismodell av akut hjärtinfarkt. Dessa inkluderar infarktstorleken (IS) i förhållande till riskområdet (AAR), 3D-transesofageal ekokardiografi (3D-TEE) och detaljerad tillträde baserade tryck volym (PV) loop förvärv.
Infarktstorlek är den viktigaste faktorn för negativa ombyggnad och överlevnad efter AMI 6. Även tid reperfusion av ischemisk myokardium kan rädda reversibelt skadade hjärtmuskelceller och begränsa infarktstorleken, reperfusion själv orsakar ytterligare skada genom generering av oxidativ stress och en oproportionerligt inflammatoriskt svar (ischemi-reperfusionsskada (IRI)) 7. Därför har IRI identifierats som en lovande terapeutiskt mål. Förmågan hos nya behandlingar för att minska infarktstorleken kvantifieras genom att bedöma infarktstorlek i förhållandetill området som löper risk (AAR). AAR kvantifiering är obligatoriskt att korrigera för interindividuell variabilitet i koronaranatomin djurmodeller, som en större AAR leder till en större absolut infarktstorleken. Eftersom infarktstorlek är direkt relaterad till hjärtprestanda och hjärtkontraktilitet, kan variationer i AAR påverka studera effektmått oberoende av behandlingsmetoder 8.
Tredimensionell transesofageal ekokardiografi (3D-TEE) är en säker, pålitlig och, viktigast av allt, kliniskt tillämplig billig metod för att mäta hjärtfunktionen icke-invasivt. Medan transtorakal ekokardiografi (TTE) bilder är begränsade till 2D parasternal lång- och kortaxel vyer hos svin 9, kan 3D-TEE användas för att få hela tre-dimensionella bilder av vänster kammare. Därför kräver inte det matematiska approximationer av vänster kammare (LV) volymer som den modifierade Simpsons regel 10. Den senare understiger korrrekt uppskatta LV volymer efter LV ombyggnad på grund av bristande cylindriska geometri 11. Dessutom är 3D-TEE föredra framför epikardiella ekokardiografi eftersom det inte kräver kirurgiska ingrepp, som har observerats att utöva hjärtskyddande effekter i den nuvarande modellen 12. Även om användningen av 2D-TEE för bedömning av hjärtmuskelfunktion har beskrivits tidigare 13,14, begränsningar i kammargeometrin liknar de som observerats i 2D-TTE och beror på omfattningen av LV ombyggnad. Därför desto större infarkt (och därmed högre sannolikheten för hjärtsvikt), desto mer sannolikt mätningar 2D blir bristfällig av felaktiga geometriska antaganden och högre behovet av 3D-tekniker.
Icke desto mindre är de flesta avbildningsmetoder begränsas i sin förmåga att bedöma inneboende funktionella egenskaperna hos myokardiet. PV loopar tillhandahålla sådan relevant ytterligare information och förvärvet är därförbeskrivs i detalj nedan.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alla djurförsök har godkänts av den etiska kommittén djurförsöks av University Medical Center Utrecht (Utrecht, Nederländerna) och överensstämmer med den "Guide för skötsel och användning av försöksdjur".
OBS: Protokollet för att utföra en sluten kista ballong ocklusion är inte en del av den aktuella manuskriptet och beskrivs i detalj på annat håll 5. Kort sagt, svin - är (60 70 kg) utsattes för 75 min transluminal ballong tilltäppning av mittdelen av den vänstra främre nedåtgående artär (LAD).
Båda kan tredimensionell transesofageal ekokardiografi (3D-TEE) och tryck volym (PV) mätningar sling utföras vid baslinjen, kort- och långsiktig uppföljning. Observera att dessa mätningar vara otillförlitliga under de första timmarna efter hjärtinfarkt på grund av täta arytmier i denna fas. Infarktstorleken (IS) och området-at-risk (AAR) mätningar är preferably utvärderas vid korttidsuppföljning (24-72 timmar) 15,16, eftersom förändringar i mikrocirkulation och sekundär hjärtinfarkt ärr gallring kulminera i mindre tillförlitliga resultat. Infarktstorlek färgning utförs med användning av 2,3,5-trifenyltetrazoliumklorid (TTC) (FÖRSIKTIGHET, irriterande), vilket anses vara mycket reproducerbar och relativt billiga. TTC är ett vitt pulver som colorlessly upplöses i saltlösning. Vid kontakt med olika dehydrogenaser, konverteras till en tegelröd färg. Därigenom skiljer det mellan livskraftig (röd) och döda hjärtmuskelvävnaden (vit). För en översikt över både invasiva och icke-invasiva infarktstorleksbestämning, är läsarna riktade till en omfattande översyn om detta ämne 17.
Figur 1 visar tidslinjen, inklusive anestesi, kirurgisk förberedelse och primära utfallsmått som används i denna studie.
1. Läkemedel och anestesi
- Se till att djuret inte äter ellerdricka minst 5 timmar före ingreppet. Förbehandling, anestesi och postoperativ smärta behandlingsprotokoll har beskrivits i detalj på annat håll 5.
- Kort sagt, dagen före operation en buprenorfin patch (5 | j, g / h) appliceras på hud som är aktiv i sju dagar för att begränsa postoperativ smärta. På dagen för kirurgi, stillsam grisar genom intramuskulär injektion av 0,4 mg / kg midazolam, 10 mg / kg ketamin och 0,014 mg / kg atropin. Vänta på cirka 10 - 15 min. Infoga en 18 G kanyl i en av de öron vener och administrera 5 mg / kg natrium tiopental för att inducera anestesi.
- Intuberas grisen med hjälp av en endotrakealtub (storlek 8,5 för grisar på 60 - 70 kg). Om det är nödvändigt, utföra ballong ventilation (frekvens 12 / min) och transportera grisen till operationssalen.
- Vid ankomsten i operationssalen, börja mekanisk ventilation med positivt tryck med FiO 2 0,50, 10 ml / kg tidalvolym och en frekvens på 12 / min med användning av kontinuerligkapnografi inspelning.
- Starta balanserad anestesi genom kontinuerlig intravenös infusion av en kombination av midazolam (0,5 mg / kg / h), sufentanil (2,5 | j, g / kg / h) och pankuronium (0,1 mg / kg / h).
- Bekräfta anestesi genom att testa hornhinnans reflex och övervaka andningsmönster (t.ex. spontan andning i kombination med mekanisk ventilation indikerar ofullständig anestesi). Använd veterinär salva på ögonen för att förhindra torrhet medan djuret är under narkos.
2. 3D transesofageal ekokardiografi (TEE)
- För att möjliggöra övervakning hjärtfrekvens och datainsamling, anslut djuret till 5 leder EKG på ekokardiografi maskinen.
- Placera djuret i rätt sidoläge. Kontrollera att sonden är rak och flexibel vid spetsen genom att låsa upp manöverstycket.
- Öppna grisens mun och försiktigt in ekot sonden i matstrupen. Om det behövs, använd en laryngoskopet för videoanläggningsering. Var noga med att undvika att hamna i det normala anatomiska svalg påse, som liknar en zenkers divertikel 18.
- Sätt sonden för 50 - 60 cm (mått från spetsen av nos). Långsamt rotera sonden och böja huvudet till vänster anterolateralt läge för att visualisera hjärtat (figur 2A - B). Se till att alla väggar är tydligt synliga.
- Använd "3D full volym" alternativet på displayen av ekokardiografi maskinen för att visa två vinkelräta bilder av den vänstra kammaren som visas i figur 2C -. D Då maximera bredd sektor som förvärvas genom att välja "FV Opt Volume". Paus ventilation genom att tillfälligt stänga av mekanisk ventilation och tryck på "Acquire" för att få hela volymmätningar.
- Efter eko förvärvet, se till att spetsen är flexibel genom att låsa driftsstycket. Sedan sakta ut sonden från djuret.
OBS: Lämna inte the djur utan tillsyn tills den har återfått tillräcklig medvetenhet för att upprätthålla sternala VILA. Skicka inte tillbaka ett djur som har opererats för sällskap med andra djur tills återhämtat sig helt. - Utföra offline analys med validerad programvara som beskrivits tidigare 19.
3. tillträde baserade tryck-volym Loop Acquisition
- Förblötning de avkännande tips av 7 F tetra-polära admittansen kateter i 0,9% saltlösning (rumstemperatur till 37 ° C) under minst 20 min för att säkerställa korrekt hydrering och minimal baslinjetryck avdrift under experimentet 20.
- Administrera medicinering och anestesi som beskrivs i avsnitt 1.
- Utför kirurgisk förberedelse och få kärlaccess som beskrivits tidigare 5.
- Kort sagt, raka och rena halsen. Desinficera operationsområdet med jod 2% och täcka icke-sterila delar av svin med sterila operationsdukar.
- Göraen medial incision i halsen för att exponera karotidartären och inre halsvenen. Infoga en 8 F mantel in i karotidartären och en 9 F mantel i jugularvenen.
- Infoga en Swan-Ganz (SG) kateter genom 9 F manteln i halsvenen och kila fast den i en liten lungartären genom att blåsa upp ballongen vid spetsen av katetern. Efter adekvat placering i den perifera delen av lungan, tömma ballongen. Anslut SG till en extern hjärtminutvolym-enhet.
- Bifoga en 20 ml spruta innehållande 0,9% steril saltlösning till injektionsöppningen som ansluter till lumen med den mest proximala mynningen. Mäta hjärtminutvolymen genom snabb infusion av 5 ml 0,9% saltlösning (rumstemperatur) och erhålla hjärtfrekvenser för att beräkna slagvolymen (SV). Upprepa denna procedur tre gånger och beräkna medel SV.
OBS: Cardiac output är (automatiskt) beräknas med hjälp av Stewart-Hamilton termo ekvationen och är baserad på temperaturförändringar ilungartären vid infusion av rumstemperatur saltlösning 21. - Ta SG katetern. Infoga en 8 F Fogarty kateter genom 9f skidan i halsvenen och placera den i den nedre hålvenen.
- Kalibrera trycksignalen av PV slingkateter med hjälp av "Course" och "Fine" knappen, medan spetsen förblir i 0,9% saltlösning. Sedan in den uppmätta SV i systemet.
- För fram PV loop kateter genom 8 F manteln i halspulsådern och centrera spetsen i den vänstra ventrikeln (LV) under fluoroskopi.
- Välj den största korrekt monterad etapper genom att plotta rå konduktanssignalen mot trycksignalen. Se till att tryck ledningsförmåga slingor är av rektangel form. Fas signal förväntas visa en sinus spår med värden mellan 3 och 5 grader. Paus ventilation och utföra en baslinje skanning till konvertera konduktans till volym.
- Acceptera basdata fråntrycka på "Fortsätt" när signalerna är stabila (inga arytmier), är hjärtfrekvensen lika med EKG eller tryck härrör hjärtfrekvens och slut systoliska (ES) / slutdiastoliska (ED) ledningsförmåga är tillräckligt avkänns av systemet 20.
OBS: Det senare kan verifieras genom att plotta den råa konduktanssignalen mot trycksignalen och jämföra ES / ED konduktans värden som erhållits från baslinjen skanna till realtids konduktans. Om något av ovanstående krav inte uppfylls, upprepa proceduren.
- Acceptera basdata fråntrycka på "Fortsätt" när signalerna är stabila (inga arytmier), är hjärtfrekvensen lika med EKG eller tryck härrör hjärtfrekvens och slut systoliska (ES) / slutdiastoliska (ED) ledningsförmåga är tillräckligt avkänns av systemet 20.
- Förvärva grundläggande tryckvolymslingor genom att spela in 10 - 12 på varandra följande slag under apné genom att pausa ventilation.
- Blås upp Fogarty katetern under fluoroskopisk vägledning för att minska preload och spela 10 - 12 på varandra följande slag som beskrivits ovan. Se till att det systoliska blodtrycket förblir> 60 mmHg och inga arytmier störa mätningarna.
- Ta bort Fogarty och PV loop katetrar. Hålla inspelning arteriell pressure före och under avlägsnandet av PV loop kateter för att göra det möjligt att korrigera för tryckdrift (dvs ex vivo före och efter förfarande baslinjetryck skillnad).
OBS: Låt inte djuret utan uppsikt tills den har återfått tillräcklig medvetenhet för att upprätthålla sternala VILA. Skicka inte tillbaka ett djur som har opererats för sällskap med andra djur tills återhämtat sig helt. - Utföra offline analys av geometriska mätningar och funktionella parametrar med validerade programvara 22.
4. riskområdet (AAR) och infarktstorleken (IS) Kvantifiering
- Lös 1,00 g Evans blue (VARNING 23, giftig) i 50 ml 0,9% koksaltlösning, fyller två 50 ml luerlock sprutor med 20 ml och 30 ml av 2% Evans blå lösning respektive och hålla rumstemperatur.
OBS: Arbeta i ett dragskåp och bär en ansiktsmask för att begränsa exponering för farliga damm och använda handskar och skyddsglasögon för att förhindra kontakt frOm hud och ögon. - Ta liknande försiktighetsåtgärder, lösa ett% 2,3,5-trifenyl-tetrazoliumchloride (TTC) (OBS, irriterande) i 37 ° C 0,9% saltlösning och hålla vid 37 ° C.
- Kirurgiskt förbereda djur för att få kärl tillgång till båda halspulsådrorna. Utföra en sternotomi att tillåta direkt visualisering av effekten av in vivo-Evans blue infusion 5.
- Sätt en 7 F och en 8 F införingshylsa i respektive halspulsådern. Alternativt sätter båda inför hylsor i en enda halspulsådern eller använda någon av de lårbensartärerna för en av de båda styrkatetrar.
- Ansluta två vanliga Y-kontakter till en 7 F JL4 och en 8 F JL4 vägledande kateter respektive. För en lårbens tillvägagångssätt använder en JR4 för den högra kransartären (RCA) och en JL4 för vänster huvudkransartären (LCMA). Ansluta ytterligare en tre-vägskran med 10 cm förlängning till båda Y-kopplingar.
- Administrera 100 IU / kg heparin. Positionera 8 F JL4 leds catheter i öppningen hos LMCA via en av två införmantlar.
- Med hjälp av en 0,014 "ledaren, avancera en krans dilatationskateter genom LCMA katetern och placera ballongen på den plats där koronar ocklusion utfördes under MI induktion. Blås inte ännu.
- Placera den andra 8 F JL4 styrkateter i öppningen hos RCA via den andra införingshylsan.
- Utför en koronarangiografi (CAG) genom infusion kontrastmedel under fluoroskopi för att bekräfta korrekt placering av både styrkatetrar och ballong i kranskärlen med hjälp anteroposterior och Lao 30 graders utsikt.
- Fäst de två 50 ml sprutor innehållande 30 ml (LCMA) och 20 ml (RCA) 2% Evans blå till respektive tre-vägs kranar fästa vid Y-kontakterna på styrkatetrar.
- Blåsa upp ballongen och bekräfta ocklusion av kransartären genom CAG. Först när ballongen helt blockerar passage av alla kontrastmedel, injicera Evans blå dye genom båda styrkatetrar (5 ml / s) medan ballongen blåses upp.
- Direkt efter slutförandet av Evans blue infusion, inducera ventrikelflimmer genom att placera en 9 V batteri på den icke-infarkt del av hjärtat.
- Incise caval ven att minska trycket och se till att en sugenhet är tillgänglig för att möjliggöra dränering av blod.
- Tömma ballongen, dra ihop med både styrkatetrar och explantera hjärtat genom att dissekera omgivande membran. En tvären genom de stora fartyg (dvs, aorta, lungartären / vener) möjliggör fullständig explantation. Snabbt tvätta bort blod och överflödigt färgämne på den yttre ytan och i de hjärt kaviteter med användning 0,9% saltlösning.
- Noggrant dissekera den vänstra kammaren och göra nedskärningar i 5 lika 10 mm tjocka sektioner från apex att basera, i ett plan parallellt med den atrioventrikulära (AV) spår.
- Fotografera båda sidor av alla fem skivor separat under omgivningens ljusförhållanden,som en möjlig Evans blue washout kan förekomma i det efterföljande steget. För kalibrering, se till att en linjal är närvarande i bilden.
- Inkubera i 10 min i 1% TTC-lösning vid 37 ° C, svarvning sektionerna runt efter 5 min för lika färgning.
- Återigen, fotografera båda sidorna av alla fem skivor separat under omgivande ljusförhållanden och se till att en linjal visualiseras i bilden för kalibrering.
- Väg alla skivor. Använda programvara som lämpar sig för analyserna 5. Vid användning av ImageJ (version 1.47), klicka på "Rak linje" -knappen. Nu, dra en rak linje med ett känt avstånd med hjälp av linjalen i bilden (t.ex. 5 cm). Klicka på "Analysera" -> "Set skala" och ange avståndet i rutan "Kända avstånd". Detta förfarande gör det möjligt för kalibrering av avståndet i pixlar till SI-enheter för längd.
- Genom att använda knappen "Polygon val" väljer den totala areal som motsvarar LV hjärtmuskeln i detta imålder, klicka på "Analysera" -> "Measure" för att förvärva mätningar. Utför denna procedur för båda sidor av varje skiva av hjärtmuskeln, och den genomsnittliga per skiva.
- Multiplicera med vikten av den del i proportion till den totala vikten av alla fem skivor och i genomsnitt dessa mätningar för alla skivor.
- Utföra liknande mätningar för riskområdet (AAR) och infarktstorleken (IS). Divide IS / AAR, AAR / LV och IS / LV och multiplicera med 100% för att erhålla respektive utfallsmått 5.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
3D transesofageal ekokardiografi
3D transesofageal ekokardiografi (3D-TEE) kan användas för bedömning av global hjärtfunktion. Efter AMI skiljer global hjärtfunktion från friska utgångsvärden. Framför allt lämnade ejektionsfraktion (LVEF) minskar från 59 ± 4% till 37 ± 6% efter en vecka av reperfusion (n = 10) (GPJ van Hout, 2015). En ökning av slutsystoliska volymen (51 ± 7 till 82 ± 13 ml) och minskning i slagvolymen (74 ± 11 till 47 ± 8 ml) observeras även, under det slutdiastoliska volymen inte skiljer mellan båda tidpunkterna (125 ± 14 till 129 ± 13 ml). Bilderna en vecka efter hjärtinfarkt (ischemi-reperfusion) visas i figur 3. I vår omfattande erfarenhet, vi har inte stött på några komplikationer relaterade till TEE.
t "fo: keep-together.within-sida =" 1 "> tillträde baserade tryck-volym LoopsTryck-volym (PV) slingor kan användas både för att utvärdera global hjärtfunktion och specifika inneboende myokardiala muskelegenskaper. Utfall mätningar av den förra kan lätt beräknas från graferna i figur 4A och inkluderar EDV (nedre högra hörnet), ESV (övre vänstra hörnet) och LVEF ((EDV - ESV) / EDV x 100%). Både ESV och EDV ger viktig information om vänsterkammargeometri och LVEF är en viktig åtgärd för att bestämma vänsterkammarpumpfunktion. En tidigare studie jämfördes tillträde baserade PV slingor till guld-standard hjärt magnetisk resonanstomografi (CMRI) i en grismodell av AMI 24. Efter åtta veckor, mätningar PV slingskattas kraftigt både ESV och EDV. När det gäller LVEF var dock ingen signifikant skillnad mellan PV slingor och CMRI. Dessutom har både techker visade en ganska god korrelation av EDV och LVEF.
För inneboende hjärtfunktionen kan olika mätningar härledas från PV loopar, såsom slut systoliska och slutdiastoliska tryck-volym förhållande (ESPVR, EDPVR) 25. Representativa bilder PV slinga med reduktion förspänning och några exempel på systoliskt och diastoliskt funktionella parametrar visas i figur 4B. Den ESPVR lutningen minskar, vilket indikerar minskad kontraktilitet. Ytterligare värdefulla funktionella parametrar som kan härledas från PV slingor presenteras i tabell 1.
Infarktstorlek / riskområdet Kvantifiering
Hos kvinnliga Dalland lantrassvin (6 månader; 60-70 kg), ocklusion av den vänstra främre nedåtgående artären (LAD) som är direkt distala till den första septal och första diagonala grenen during 75 minuter leder till ett riskområde (AAR) av 22 ± 2% av den vänstra kammaren (LV) (n = 5) (GHJM Ellenbroek, 2015). Infarktstorlek utgör 16 ± 2% av den vänstra ventrikeln och 73 ± 7% av AAR. Denna ganska stor IS / AAR har valts så patienter med större infarktstorleken är mer benägna att utveckla hjärtsvikt än patienter med mindre infarktstorleken. Hos svin kan den största terapeutiska fördelar därför uppnås vid tillämpning 75 minuters ischemi. Dessutom, på grund av större infarktstorlek, hjärtfunktionen försämras med tiden vilket gör det möjligt för funktionell förbättring också. När en kortare index ischemi tillämpas, är hjärtinfarkt storlek lägre och funktion är endast lindrigt nedsatt, vilket möjliggör endast ett mycket litet fönster av funktionell förbättring. Figur 5 visar ett representativt exempel på en TTC och Evans blå färgning som gör klart identifiering av de 3 områden: 1) avlägsna hjärtmuskeln, 2) AAR, och 3) infarkthjärtmuskeln <./ P>
Figur 1. Tidslinje av den experimentella protokollet. Denna tidslinje ger en översikt av de viktigaste experimentella steg i den använda gris AMI modell. Adekvat induktion av anestesi krävs före varje mätning. Tidsindikationer kan observeras under varje förfarande. Infarktstorlek är företrädesvis utvärderas efter 24 - 72 timmar. 3D-TEE och PV loop datainsamling kan utföras vid baslinjen och vid kort- och långsiktig uppföljning. De första timmarna efter AMI, arytmier är vanliga och kan i hög grad påverka hjärt hemodynamiken och därför förhindra tillförlitlig datainsamling. AMI: akut hjärtinfarkt; 3D-TEE: tredimensionell transesofageal ekokardiografi; PV loop. Tryck volym loop Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2. Placering och Förvärv av 3D TEE bilder. Anteroposterior (A) och mediolateral (B) röntgenbilder av 3D-TEE sonden positionering i matstrupen. Bildtagning följer på korrekt visualisering av vänster förmak, vänster kammare och aorta (C) och en vinkelrät bild av både vänster förmak och vänster kammare (D). 3D-TEE. Tredimensionell transesofageal ekokardiografi Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3. full volym 3D-TEE Bilder från vänster kammare. (A, B). En förstorad exempel (C) i flera tvärsnittsbilder (D) i vänster kammare visas i den nedre halvan panelen. 3D-TEE. Tredimensionell transesofageal ekokardiografi Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4. Tryck volym Loop bilder vid baslinjen och efter hjärtinfarkt. Representativa PV loop bilder under apné (dvs.., Pausa ventilation) vid baseline (blå) och åtta veckor efter AMI(röd) (A). kan observeras ökningar i EDV och ESV och en minskning i SV, vilket tyder på en minskning av LVEF (%). Bilder PV slinga med förspänning minskning används för att bedöma inneboende hjärtfunktionsparametrar (B). Jämfört med baslinjen, visar infarkthjärtmuskeln en minskning i kontraktilitet som härrör från ESPVR (raka blå och röda linjer). PV loop: tryck volym loop; AMI: akut hjärtinfarkt; EDV: enddiastolisk volym; SV: slagvolym; LVEF: vänsterkammarejektionsfraktion; ESPVR. Slut systoliska trycket volymförhållande Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5. infarktstorlek och Area-at-risk Färgning. Representativ bild av infarktstorlek och området-at-risk färgning of den vänstra ventrikeln efter akut hjärtinfarkt (75 minuter) och efterföljande reperfusion i tre dagar. kan observeras (Hemorragisk) infarktvävnad i ljus brun och grå-vit, medan gränszonen färgas rött. Omgivande blåfärgade områdena indikerar fjärrhjärtmuskeln. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
| Volym parametrar | tryckparametrar | Lastoberoende parametrar | Andra | |||
| Systolisk | diastoliskt | Systolisk | diastoliskt | Systolisk | diastoliskt | Andra |
| ESV | EDV | ESP | EDP | ESPVR | EDPVR | HR |
| dP / dT | dP / dT | E es | PRSW | SW | ||
| derivat | τ (tau) | ESV100 | PRSW | |||
| LVEF, SV, CO | PHT | Ea | dP / dV | |||
Tabell 1. Värdefulla funktionella parametrar som kan härledas från tryck-volym loopar. Kategoriseras i volym, tryck och belastningsoberoende parametrar, beskriver denna tabell de vanligaste (systoliskt och diastoliskt) parametrar som härrör från PV loopar. PV loopar: tryck volymloopar; ESV: end-slagvolym; EDV: enddiastolisk volym; LVEF: vänsterkammarejektionsfraktion; SV: slagvolym; CO: hjärtminutvolym; ESP: slut systoliskt blodtryck; dP / dT: derivat av tryck; τ (tau): Isovolumetrisk relaxationstid konstant; PHT: tryck halvtid; ESPVR: slut systoliskt tryck-volymförhållande; E ES: slut systoliska elastans; ESV100: end-slagvolym korrigerat för tryck (100 mm Hg); Ea: arteriell elasticiteten; EDPVR: slutdiastoliska tryck-volymförhållande; PRSW: förspänning rekryter stroke arbete; HR: hjärtfrekvens; SW: stroke arbete; dP / dV: EDPVR lutning (kammarstyvhet).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Hjärt ombyggnad är till stor del beroende på hjärtinfarkt storlek och kvaliteten på hjärtinfarkt reparera 6,26. För att bedöma den förra på ett standardiserat sätt, tillhandahåller föreliggande manuskript en elegant metod för in vivo infusion av Evans blå i kombination med ex vivo TTC färgning, som har validerats och används flitigt 8,16,27,28. Denna metod gör det möjligt för kvantifiering av riskområdet (AAR) och infarktstorleken i förhållande till AAR 16. Den nuvarande strategin minskar risken för färgspridning i AAR, infarkt region eller - med felställningar - papillär muskel, eftersom det inte kräver myocardial punktering. Dessutom finns det inget behov av extern ligering av kransartären, som kan vara inexakt, felaktig och ibland skada hjärtmuskeln. En alternativ metod, som kombinerar kateterbaserad Evans blue infusion i LV och tvärklämning av aorta ascendens 29 </ Sup>, är icke önskvärt av olika skäl. Kläm täpper till vänster kammare styrande kateter, hämmar Evans blå infusion i LV. Dessutom kan kompression och dragkrafter leda till LCMA kateter och intrakoronar ballong felställningar och felaktiga AAR mätningar. Eftersom ballongen ocklusion av LAD kräver styrande katetem positionering i LCMA, är krans fyllning från LV begränsad, vilket förhindrar Evans blå post från LV in i kransartären.
Men även om överlägsna myokardial punktering och tvärklämning av aorta ascendens, den teknik som presenteras i detta manuskript kräver vissa försiktighetsåtgärder. Fullständig tilltäppning av (en av) kranskärlen genom ett hindrande styrkateter måste förhindras. Detta kan kontrolleras genom att övervaka wash-out hastigheter och tryck, och kan vanligen undvikas genom att något dra tillbaka styrkatetern från den koronarostium. Om oundvikligt, förkorta tiden guiding kateter är placerad i kransartären så mycket som möjligt genom framställning av andra delar av protokollet. Dessutom, se till att ballongen täpper helt målkärlet före Evans blå infusion.
När Evans blue infusionen är avslutad, inducerar VF och incisionsfilm den caval venen för att frigöra blodtryck före ballong deflation och katetern dras tillbaka för att förhindra Evans blue diffusion in AAR. Försiktighet bör vidtas för att försiktigt men bestämt positionera styrkatetern i koronarostium, vilket möjliggör diffusion av Evans-blått i både LAD och LCx. Dessutom bör Evans blå infusionshastigheter inte vara för hög, eftersom begränsat flöde i kransartärerna kan leda till Evans blue wash-out in i den systemiska cirkulationen. Även selektivt infunderas i kranskärlen, Evans blå diffusion i den systemiska cirkulationen kan inte helt förhindras. Därför histologisk analys av andra icke-hjärtvävnad (t.ex. spleen, kan njurarna) fortfarande vara problematiskt. Samtidig TTC co-infusion i AAR har beskrivits tidigare, men är inte önskvärt i vår mening, eftersom TTC inte når den del av AAR hindras av ballongen. Dessutom tidigare analyser visar att TTC kan reagera med resterande intravasal blod i infarktområdet och överlappar med den röda färgen i den icke-infarkt AAR 30. Framtida tillämpningar av denna teknik skulle kunna vara att bevara icke-hjärtvävnader genom att hindra blodflödet in i den systemiska cirkulationen. Detta skulle kunna uppnås genom ballong obstruktion av den nedåtgående torakala aortan genom en femoral tillvägagångssätt.
Ekokardiografi hittills förblir en hörnsten för hjärtundersökning funktion i både klinisk vård och olika djurmodeller i kardiovaskulär forskning. Men på grund av bröst form av lantrassvin, är begränsad till två-dimensionella lång- och kortaxel utsikt över LV 9 transtorakal ekokardiografi (TTE). Därför hjärt VOLUmig och LVEF måste uppskattas genom matematiska approximationer såsom den modifierade Simpsons regel som förutsätter en cylindrisk vänsterkammar morfologi 10. Som ett resultat av LV ombyggnad efter MI dock hjärt dimensioner förändras. Därför kan denna geometriska antagande inte göras, vilket minskar noggrannheten och tillförlitligheten i sådana mätningar 31.
Detta problem kan lösas genom att använda 3D-ekokardiografi för att erhålla 3D-bilder av den kompletta vänstra ventrikeln. Hos svin, LVEF bedömning epikardiella 3D ekokardiografi visar utmärkt korrelation med guldstandard CMRI 24,32. Detta förutsätter dock operation före AMI induktion för baslinjemätningar. Oavsett vilken metod, det vill säga öppna kista vs. subxiphoidal tillvägagångssätt har invasiv kirurgi för epikardiella ekokardiografi visat sig vara hjärt 12,33,34. Samtidig adhesioner hindra resternotomy, vilket gör epikardiell echocardiography önskvärt för baslinjemätningar i en sluten kista AMI model.To undvika dessa nackdelar, kan 3D-bilder av hjärtat erhållas genom 3D-transesofageal ekokardiografi (3D-TEE). Denna teknik är bärbar, allmänt tillgängliga och möjliggör seriella mätningar och visualisering av hela vänsterkammarvolym. Dessutom är det tillförlitliga, relativt billig och säker.
Observera att det är viktigt att försiktigt in TEE sonden i munnen och matstrupen, eftersom hamna i zenkers divertikel och tillämpa för mycket tryck kan leda till matstrupen bristning. Eftersom den anatomiska förhållandet mellan mage och hjärta skiljer sig från människa, 3D-TEE hos grisar inte tillåter regionala mätningar (t.ex. stam, vävnadsdoppler) och är begränsat till volymmätningar. I de data som presenteras i manuskriptet, var ingen ökning av EDV 7 dagar efter AMI observeras. En längre uppföljningsperioden behövs för att i stor utsträckning driva adverse ombyggnad, vilket leder till en ökad EDV på flera veckor uppföljning 11.
I motsats till konventionell ekokardiografi, loopar tillträde baserade PV måttligt överskatta LV volymer, både vid baslinjen 35 och efter 8 veckors uppföljning 24. Ändå har ganska goda korrelationer och hög grad av överenskommelse med CMRI påträffats. Även PV mätningar sling flera veckor efter AMI är mindre exakt jämfört med baslinjen, LV dimensioner och derivat härav (LVEF) är användbara för den globala bedömning av hjärtfunktionen 35.
Dessutom PV slingor ger specifik information om inneboende hjärt egenskaper, såsom ESPVR. Eftersom regionala funktionella mätningar i TTE och TEE är begränsade och epikardiella ekokardiografi är önskvärt vid baslinjen, PV slingor ger en elegant och säker teknik för bedömning av inneboende hjärtmuskelfunktion. Både nedgången i ESPVR backen och de typiska shift i V 0 kan användas för att jämföra olika terapeutika. Dessa klassiska funktioner valideras i ex vivo hund hjärta lider av pan-ischemi. Därför, i regionala ischemi modeller, som AMI-modeller, dessa särdrag är inte alltid närvarande, som kan tillskrivas många faktorer, av vilka kammar ombyggnad och regional ischemi är de viktigaste 25,36,37.
Tillräcklig datainsamling, är det viktigt att se till att inga arytmier förekommer vid konvertering konduktans till volym och vid förvärv PV slingor. Om arytmier förekommer, flytta PV loop katetern så att den inte irriterar hjärtmuskeln. Administrationen av antiarytmika (t.ex. 150-300 mg amiodaron) kan också hjälpa. Observera dock att PV slinga förvärv inom flera timmar efter akut hjärtinfarkt är inte tillförlitlig på grund av täta arytmier (t.ex. prematura ventrikulära komplex, bigemini). </ P>
Något framåt eller dra tillbaka PV sling kateter i LV eller muskelväggen kan också bidra till att förbättra formen på PV slingor. När du har ändrat PV slingkateter positionering, alltid dubbelkolla att den största korrekt monterad segmentet väljs.
Sammanfattningsvis, introducerar nuvarande pappers tre metoder för hjärtundersökning i en tidigare beskriven gris AMI modell med extra värde för utvärdering av nya läkemedel för att minska bördan av den pågående hjärtsvikt epidemi.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3-dimensional Transesophageal Echocardiography | |||
| iE33 ultrasound device | Philips | - | |
| X7-2t transducer | Philips | - | |
| Aquasonic® 100 ultrasound transmission gel | Parker Laboratories Inc. | 01-34 | Alternative product can be used |
| Battery handle type C (laryngoscope handle) | Riester | 12303 | |
| Ri-Standard Miller blade MIL 4 (laryngoscope blade) | Riester | 12225 | |
| Qlab 10.0 (3DQ Advanced) analysis software | Philips | - | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Pressure-volume loop acquisition | |||
| Cardiac defibrillator | Philips | ||
| 0.9% Saline | Braun | ||
| 8 F Percutaneous Sheath Introducer Set | Arrow | CP-08803 | Alternative product can be used |
| 9 F Radifocus® Introducer II Standard Kit | Terumo | RS*A90K10SQ | Alternative product can be used |
| 8 F Fogarty catheter | Edward Life Sciences | 62080814F | Alternative product can be used |
| 7 F Criticath™ SP5107H TD catheter (Swan-Ganz) | Becton Dickinson (BD) | 680078 | Alternative product can be used |
| Ultraview SL Patient Monitor and Invasive Command Module (external cardiac output device) | Spacelabs Healthcare | 91387 | Alternative product can be used |
| ADVantage system™ | Transonic SciSense | - | |
| 7 F Tetra-polar admittance catheter (7.0 VSL Pigtail / no lumen) | Transonic SciSense | - | |
| Multi-channel acquisition system (Iworx 404) | Iworx | - | |
| Labscribe V2.0 analysis software | Iworx | - | Alternative product can be used |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Infarct size / area-at-risk quantification | |||
| Diathermy | - | Alternative product can be used | |
| Lebsch knife | - | Alternative product can be used | |
| Hammer | - | Alternative product can be used | |
| Bone marrow wax | Syneture | Alternative product can be used | |
| Klinkenberg scissors | - | Alternative product can be used | |
| Retractor | - | Alternative product can be used | |
| Surgical scissors | - | ||
| 7 F Percutaneous Sheath Introducer Set | Arrow | CP-08703 | Alternative product can be used |
| 8 F Percutaneous Sheath Introducer Set | Arrow | CP-08803 | Alternative product can be used |
| 7 F JL4 guiding catheter | Boston Scientific | H749 34357-662 | Alternative product can be used |
| 8 F JL4 guiding catheter | Boston Scientific | H749 34358-662 | Alternative product can be used |
| COPILOT Bleedback Control Valves | Abbott Vascular | 1003331 | Alternative product can be used |
| BD Connecta™ | Franklin Lakes | 394995 | Alternative product can be used |
| Contrast agent | Telebrix | ||
| Persuader 9 Steerable Guidewire 9 (0.014", 180 cm, straight tip), hydrophilic coating | Medtronic Inc. | 9PSDR180HS | Alternative product can be used |
| SAPPHIRE™ Coronary Dilatation Catheter (PTCA balloon suitable for the size of the particular coronary artery (2.75 - 3.25 mm)) | OrbusNeich | 103-3015 | Alternative product can be used |
| Evans Blue | Sigma-Aldrich | E2129-100G | Toxic. Alternative product can be used |
| 2,3,5-triphenyl-tetrazolium chloride (TTC) | Sigma-Aldrich | T8877-100G | Irritant. Alternative product can be used |
| 9 V Battery | - | - | |
| Ruler | - | - | |
| Photocamera | Sony | - | |
| ImageJ | National Institutes of Health | - | Alternative product can be used |
References
- Mosterd, A., Hoes, A. W. Clinical epidemiology of heart failure. Heart. 93 (9), 1137-1146 (2007).
- Nichols, M., et al. European Cardiovascular Disease Statistics. , Brussels. (2012).
- Krumholz, H. M., et al. Reduction in Acute Myocardial Infarction Mortality in the United States. JAMA. 302 (7), 767-773 (2010).
- Go, A. S., et al. Heart disease and stroke statistics - 2013 update: A Report from the American Heart Association. Circulation. 127 (1), (2013).
- Koudstaal, S., et al. Myocardial infarction and functional outcome assessment in pigs. J. Vis. Exp. (86), e51269 (2014).
- Chareonthaitawee, P., Christian, T. F., Hirose, K., Gibbons, R. J., Rumberger, J. A. Relation of initial infarct size to extent of left ventricular remodeling in the year after acute myocardial infarction. J. Am. Coll. Cardiol. 25 (3), 567-573 (1995).
- Yellon, D. M., Hausenloy, D. J. Myocardial reperfusion injury. N. Engl. J. Med. 357 (11), 1221-1235 (2007).
- Suzuki, Y., Lyons, J. K., Yeung, A. C., Ikeno, F. In vivo porcine model of reperfused myocardial infarction: In situ double staining to measure precise infarct area/area at risk. Catheter Cardiovasc. Interv. 71 (1), 100-107 (2008).
- Weidemann, F., et al. Myocardial function defined by strain rate and strain during alterations in inotropic states and heart rate. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 283 (2), H792-H799 (2002).
- Mercier, J. C., et al. Two-dimensional echocardiographic assessment of left ventricular volumes and ejection fraction in children. Circulation. 65 (5), 962-969 (1982).
- De Jong, R., et al. Cardiac Function in a Long-Term Follow-Up Study of Moderate and Severe Porcine Model of Chronic Myocardial Infarction. Biomed. Res. Int. 2015, 1-11 (2015).
- Van Hout, G. P. J., et al. Invasive surgery reduces infarct size and preserves cardiac function in a porcine model of myocardial infarction. J. Cell. Mol. Med. , 2655-2663 (2015).
- Meybohm, P., et al. Assessment of left ventricular systolic function during acute myocardial ischemia: A comparison of transpulmonary thermodilution and transesophageal echocardiography. Minerva Anestesiol. 77 (2), 132-141 (2011).
- Gruenewald, M., et al. Visual evaluation of left ventricular performance predicts volume responsiveness early after resuscitation from cardiac arrest. Resuscitation. 82 (12), 1553-1557 (2011).
- Bolli, R., Becker, L., Gross, G., Mentzer, R., Balshaw, D., Lathrop, D. A. Myocardial protection at a crossroads: The need for translation into clinical therapy. Circ. Res. 95 (2), 125-134 (2004).
- Timmers, L., et al. Exenatide reduces infarct size and improves cardiac function in a porcine model of ischemia and reperfusion injury. J. Am. Coll. Cardiol. 53 (6), 501-510 (2009).
- Csonka, C., et al. Measurement of myocardial infarct size in preclinical studies. J. Pharmacol. Toxicol. Methods. 61 (2), 163-170 (2010).
- Law, R., Katzka, D. A., Baron, T. H. Zenker's Diverticulum. Clin. Gastroenterol. Hepatol. 12 (11), 1773-1782 (2014).
- Philips Healthcare. QLAB 10.0 Quick Card: 3DQ and 3DQ Adv measurements guide. , (2013).
- Transonic. ADV500 Pressure-Volume Measurement System Use and Care Manual, version 5. , (2006).
- Schramm, W. Is the cardiac output obtained from a Swan-Ganz catheter always zero? J. Clin. Monit. Comput. 22 (6), 431-433 (2008).
- iWorx. LabScribe 3: Software Manual for Pressure-Volume Analyses. , (2014).
- Hueper, W. C., Ichniowski, C. T. Toxicopathologic studies on the dye T-1824. Arch. Surg. 48 (1), 17-26 (1944).
- Van Hout, G. P. J., et al. Admittance-based pressure-volume loops versus gold standard cardiac magnetic resonance imaging in a porcine model of myocardial infarction. Physiol. Rep. 2 (4), 1-9 (2014).
- Burkhoff, D., Mirsky, I., Suga, H. Assessment of systolic and diastolic ventricular properties via pressure-volume analysis: a guide for clinical, translational, and basic researchers. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. Heart Circ. Physiol. 289 (2), H501-H512 (2005).
- Frangogiannis, N. G. The inflammatory response in myocardial injury, repair, and remodelling. Nat. Rev. Cardiol. 11 (5), 255-265 (2014).
- Fishbein, M., et al. Early phase acute myocardial infarct size quantification: validation of the triphenyl tetrazolium chloride tissue enzyme staining technique. Am. Heart. J. 101 (5), 593-600 (1981).
- Arslan, F., et al. Treatment with OPN-305, a humanized anti-toll-like receptor-2 antibody, reduces myocardial ischemia/reperfusion injury in pigs. Circ. Cardiovasc. Interv. 5 (2), 279-287 (2012).
- Meyns, B., Stolinski, J., Leunens, V., Verbeken, E., Flameng, W. Left ventricular support by Catheter-Mountedaxial flow pump reduces infarct size. J. Am. Coll. Cardiol. 41 (7), 1087-1095 (2003).
- Khalil, P. N., et al. Histochemical assessment of early myocardial infarction using 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride in blood-perfused porcine hearts. J. Pharmacol. Toxicol. Methods. 54 (3), 307-312 (2006).
- Gardner, B. I., Bingham, S. E., Allen, M. R., Blatter, D. D., Anderson, J. L. Cardiac magnetic resonance versus transthoracic echocardiography for the assessment of cardiac volumes and regional function after myocardial infarction: an intrasubject comparison using simultaneous intrasubject recordings. Cardiovasc. Ultrasound. 7, 38 (2009).
- Santos-Gallego, C., et al. 3D-Echocardiography Demonstrates Excellent Correlation With Cardiac Magnetic Resonance for Assessment of Left Ventricular Function and Volumes in a Model of Myocardial Infarction. J. Am. Coll. Cardiol. 59 (13), E1564 (2012).
- Keith Jones,, W,, et al. Peripheral nociception associated with surgical incision elicits remote nonischemic cardioprotection via neurogenic activation of protein kinase C signaling. Circulation. 120, Suppl 1. S1-S9 (2009).
- Gross, G. J., Baker, J. E., Moore, J., Falck, J. R., Nithipatikom, K. Abdominal Surgical Incision Induces Remote Preconditioning of Trauma (RPCT) via Activation of Bradykinin Receptors (BK2R) and the Cytochrome P450 Epoxygenase Pathway in Canine Hearts. Cardiovasc. Drugs Ther. 25 (6), 517-522 (2011).
- Van Hout, G. P. J., de Jong, R., Vrijenhoek, J. E. P., Timmers, L., Duckers, H. J., Hoefer, I. E. Admittance-based pressure-volume loop measurements in a porcine model of chronic myocardial infarction. Exp. Physiol. 98 (11), 1565-1575 (2013).
- Sunagawa, K., Maughan, W. L., Burkhoff, D., Sagawa, K. Left ventricular interaction with arterial load studied in isolated canine ventricle. Am. J. Physiol. 245 (5 Pt 1), H773-H780 (1983).
- Steendijk, P., Baan, J., Der Velde, E. T. V. an, Baan, J. Effects of critical coronary stenosis on global systolic left ventricular function quantified by pressure-volume relations during dobutamine stress in the canine heart. J. Am. Coll. Cardiol. 32 (3), 816-826 (1998).
