Summary
Nous présentons un protocole pour induire et phénotyper une insuffisance cardiaque droite aiguë dans un grand modèle animal avec hypertension pulmonaire chronique. Ce modèle peut être utilisé pour tester des interventions thérapeutiques, pour développer des mesures du cœur droit ou pour améliorer la compréhension de la physiopathologie de l’insuffisance cardiaque droite aiguë.
Abstract
Le développement de l’insuffisance cardiaque droite aiguë (ARHF) dans le contexte de l’hypertension pulmonaire chronique (HTP) est associé à de mauvais résultats à court terme. Le phénotypage morphologique et fonctionnel du ventricule droit revêt une importance particulière dans le contexte du compromis hémodynamique chez les patients atteints d’ARHF. Ici, nous décrivons une méthode pour induire l’ARHF dans un modèle animal de grande taille de pH chronique décrit précédemment, et pour phénotyper, dynamiquement, la fonction ventriculaire droite en utilisant la méthode de référence (c.-à-d. les boucles PV pression-volume) et avec une méthode clinique non invasive disponible (c.-à-d. échocardiographie). L’HTP chronique est d’abord induite chez les porcs par ligature de l’artère pulmonaire gauche et embolie du lobe inférieur droit avec de la colle biologique une fois par semaine pendant 5 semaines. Après 16 semaines, l’ARHF est induite par une charge volumique successive à l’aide d’une solution saline suivie d’une embolie pulmonaire itérative jusqu’à ce que le rapport entre la pression pulmonaire systolique et la pression systémique atteigne 0,9 ou jusqu’à ce que la pression systémique systolique diminue en dessous de 90 mmHg. L’hémodynamique est restaurée avec une perfusion de dobutamine (de 2,5 μg/kg/min à 7,5 μg/kg/min). Des boucles PV et une échocardiographie sont effectuées pour chaque condition. Chaque condition nécessite environ 40 minutes pour l’induction, la stabilisation hémodynamique et l’acquisition de données. Sur 9 animaux, 2 sont morts immédiatement après une embolie pulmonaire et 7 ont terminé le protocole, qui illustre la courbe d’apprentissage du modèle. Le modèle a induit une augmentation de 3 fois de la pression artérielle pulmonaire moyenne. L’analyse de la boucle PV a montré que le couplage ventriculo-artériel était préservé après la charge volumique, diminuait après une embolie pulmonaire aiguë et était restauré avec de la dobutamine. Les acquisitions échocardiographiques ont permis de quantifier les paramètres ventriculaires droits de morphologie et de fonction avec une bonne qualité. Nous avons identifié des lésions ischémiques ventriculaires droites dans le modèle. Le modèle peut être utilisé pour comparer différents traitements ou pour valider des paramètres non invasifs de la morphologie et de la fonction ventriculaire droite dans le contexte de l’ARHF.
Introduction
L’insuffisance cardiaque droite aiguë (ARHF) a récemment été définie comme un syndrome à évolution rapide avec congestion systémique résultant d’une altération du remplissage ventriculaire droit (RV) et / ou d’une réduction du débit rv1. L’ARHF peut survenir dans plusieurs conditions telles que l’insuffisance cardiaque du côté gauche, l’embolie pulmonaire aiguë, l’infarctus aigu du myocarde ou l’hypertension pulmonaire (HTP). Dans le cas de l’HTP, l’apparition de la FHA est associée à un risque de 40 % de mortalité à court terme ou de transplantation pulmonaire urgente2,3,4. Ici, nous décrivons comment créer un grand modèle animal d’ARHF dans le cadre de l’hypertension pulmonaire chronique et comment évaluer le ventricule droit en utilisant l’échocardiographie et les boucles pression-volume.
Les caractéristiques physiopathologiques de l’ARHF comprennent une surcharge de pression RV, une surcharge volumique, une diminution de la production RV, une augmentation de la pression veineuse centrale et / ou une diminution de la pression systémique. Dans l’HTP chronique, il y a une augmentation initiale de la contractilité du VR permettant de préserver le débit cardiaque malgré l’augmentation de la résistance vasculaire pulmonaire. Par conséquent, dans le contexte de l’ARHF sur l’HTP chronique, le ventricule droit peut générer des pressions presque isosystémiques, en particulier sous support inotrope. Pris ensemble, l’ARHF sur le pH chronique et la restauration hémodynamique avec des inotropes conduisent au développement de lésions ischémiques aiguës de RV, comme récemment décrit dans notre grand modèle animal5. L’augmentation des inotropes crée une demande énergétique accrue qui peut développer davantage de lésions ischémiques et finalement conduire au développement d’un dysfonctionnement des organes terminaux et à de mauvais résultats cliniques. Cependant, il n’y a pas de consensus sur la façon de gérer les patients atteints d’ARHF sur PH, principalement en ce qui concerne la gestion des fluides, les inotropes et le rôle du soutien circulatoire extra-corporel. Par conséquent, un grand modèle animal d’insuffisance cardiaque aiguë droite peut aider à fournir des données précliniques sur la prise en charge clinique de l’ARHF.
Comme première étape pour quantifier la réponse au traitement, des méthodes simples et reproductibles pour phénotyper le ventricule droit sont nécessaires. À ce jour, il n’y a pas de consensus sur la façon d’améliorer le phénotypage de la morphologie et de la fonction du VR des patients atteints d’ARHF. La méthode de référence pour évaluer la contractilité rv (c.-à-d. la capacité intrinsèque à se contracter) et le couplage ventriculo-artériel (c.-à-d. la contractilité normalisée par la postcharge ventriculaire; un indice d’adaptation ventriculaire) est l’analyse des boucles pression-volume (PV). Cette méthode est deux fois invasive car elle nécessite un cathétérisme cardiaque droit et une réduction transitoire de la précharge RV à l’aide d’un ballonnet inséré dans la veine cave inférieure. Dans la pratique clinique, des méthodes non invasives et reproductibles pour évaluer le ventricule droit sont nécessaires. La résonance magnétique cardiaque (CMR) est considérée comme la référence en matière d’évaluation non invasive du ventricule droit. Chez les patients atteints d’ARHF sous HTP chronique qui sont pris en charge en unité de soins intensifs (USI), l’utilisation de la CMR peut être limitée en raison de l’état hémodynamique instable du patient; de plus, les évaluations CMR répétées, plusieurs fois par jour, y compris la nuit, peuvent être limitées en raison de son coût et de sa disponibilité limitée. Inversement, l’échocardiographie permet des évaluations non invasives, reproductibles et peu coûteuses de la morphologie et de la fonction du VR chez les patients en soins intensifs.
Les grands modèles animaux sont idéaux pour effectuer des études précliniques axées sur la relation entre les paramètres hémodynamiques invasifs et les paramètres non invasifs. La grande anatomie du cochon blanc est proche de celle des humains. Par conséquent, la plupart des paramètres échocardiographiques décrits chez l’homme sont quantifiables chez le porc. Il existe quelques variations mineures entre le cœur humain et le cœur de porc qui doivent être prises en compte pour les études échocardiographiques. Les porcs présentent une dextrocardie constitutionnelle et une rotation légèrement dans le sens inverse des aiguilles d’une montre de l’axe du cœur. En conséquence, la vue apicale à 4 chambres devient une vue apicale à 5 chambres et la fenêtre acoustique est située sous l’appendice xiphoïde. De plus, les fenêtres acoustiques parasternales à long et court axes sont situées sur le côté droit du sternum.
Nous décrivons ici une nouvelle méthode pour induire l’ARHF dans un grand modèle animal d’HTP thromboembolique chronique et pour restaurer l’hémodynamique à l’aide de la dobutamine. Nous signalons également des lésions ischémiques rv présentes dans le modèle dans les 2 à 3 heures suivant la restauration hémodynamique avec la dobutamine. De plus, nous décrivons comment acquérir des boucles PV et des paramètres échocardiographiques RV à chaque condition, ce qui donne un aperçu des changements dynamiques dans la morphologie et la fonction du VR. Comme le grand modèle animal de PH thromboembolique chronique et les méthodes de boucle PV ont été décrits précédemment6, ces sections seront brièvement décrites. En outre, nous avons rapporté les résultats d’évaluations échocardiographiques qui sont jugés potentiellement difficiles dans les modèles porcins. Nous expliquerons les méthodes pour obtenir une échocardiographie répétée dans le modèle.
Le modèle d’ARHF sur l’HTP chronique rapporté dans cette étude peut être utilisé pour comparer différentes stratégies thérapeutiques. Les méthodes de phénotypage rv peuvent être utilisées dans d’autres grands modèles animaux imitant des situations cliniquement pertinentes telles que l’embolie pulmonaire aiguë7, l’infarctus du myocarde RV8, le syndrome de détresse respiratoire aiguë9 ou l’insuffisance cardiaque droite associée à une insuffisance ventriculaire gauche10 ou un soutien circulatoire mécanique ventriculaire gauche11.
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Protocol
L’étude était conforme aux principes de soins aux animaux de laboratoire selon la Société nationale de recherche médicale et a été approuvée par le comité d’éthique local pour l’expérimentation animale à l’hôpital Marie Lannelongue.
1. HTP thromboembolique chronique
- Induire une HTP thromboembolique chronique telle que décrite précédemment6,12.
- En bref, induire un modèle de pH thrombo-embolique chronique chez environ 20 kg de gros porcs blancs (sus scrofa). Effectuer une ligature de la ligature de l’artère pulmonaire gauche par une thoracotomie gauche à la semaine 0 (péricarde fermé); et effectuer chaque semaine une embolisation de l’artère pulmonaire du lobe inférieur droit (0,2 mL à 0,4 mL par semaine) avec une solution mélangée composée de 1 mL de colle des tissus mous comprenant du N-butyl-2-cyanoacrylate et 2 mL de colorant de contraste lipidique (lipiodol) pendant 5 semaines.
- Effectuer une xyphoïdectomie à la semaine 0 au moment de la ligature de l’artère pulmonaire gauche pour améliorer la faisabilité de l’échocardiographie. Pour ce faire, effectuez une incision longitudinale de 4 cm devant le processus xiphoïde. Retirez le processus xyphoïde à l’aide d’un couteau à diathermie. Fermez le plan sous-cutané et la peau avec une suture courante.
- Effectuer une embolie pulmonaire supplémentaire du lobe inférieur droit à la semaine 10 en utilisant le même protocole expliqué ci-dessus (étape 1.2).
- Effectuer le modèle d’induction de l’ARHF (rubrique 6) 6 semaines après la dernière embolisation du lobe inférieur droit (semaine 16) afin d’éviter les lésions aiguës du cœur droit induites par les embolies pulmonaires aiguës.
REMARQUE: D’autres grands modèles animaux d’insuffisance cardiaque droite peuvent être utilisés, ou d’autres conditions pathologiques peuvent être induites dans le modèle d’HTP thromboembolique chronique.
2. Positionnement des animaux et placement des cathéters
- Effectuer une anesthésie générale comme décrit précédemment6.
- Brièvement, laissez l’animal jeûner pendant 12 h. Effectuez ensuite une injection intramusculaire de chlorhydrate de kétamine (30 mg/kg) pour la prémédication. Effectuer un bolus intraveineux de fentanyl (0,005 mg/kg), de propofol (2 mg/kg) et de cisatracurium (0,3 mg/kg) par voie intraveineuse à travers une veine de l’oreille et intuber de manière non sélective le porc avec une sonde de 7 Français.
- Maintenir l’anesthésie générale avec de l’isoflurane inhalé à 2 %, une perfusion continue de fentanyl (0,004 mg/kg) et de propofol (3 mg/kg).
- Après induction de l’anesthésie générale, positionner le porc sur son dos avec ses pattes antérieures dans une position légèrement écartée pour permettre l’acquisition échocardiographique parastrénale (section 3).
- Placer les électrodes de l’appareil sur les bras et les jambes (échocardiographe, poste de travail pour les acquisitions hémodynamiques) avant le placement des champs stériles.
- Placez une gaine de 8 Français dans la veine jugulaire en utilisant la méthode Seldinger13.
- Introduire un cathéter IV de 18 G (1,3 mm x 48 mm) dans la veine jugulaire.
- Effectuer une ponction percutanée sur la ligne médiane à 2 cm au-dessus du manubrium avec une orientation de 45°.
- Après avoir obtenu un reflux veineux, insérez un fil guide dans le cathéter (0,035 pouce / 0,089 mm, 180 cm, incliné).
- Vérifiez l’emplacement correct du fil guide dans la veine cave supérieure par fluoroscopie et jetez la gaine de 8 Français sur le fil guide dans la veine cave supérieure.
REMARQUE: Le fil guide est correctement placé lorsqu’il traverse la veine cave inférieure le long du bord droit de la colonne vertébrale.
- Introduire un cathéter IV de 18 G (1,3 mm x 48 mm) dans la veine jugulaire.
- Effectuer une division des vaisseaux fémoraux droits pour introduire un cathéter rempli de liquide dans l’artère fémorale droite pour une surveillance continue de la pression systémique et un cathéter de dilatation par ballonnet dans la veine cave inférieure à travers la veine fémorale comme suit.
- Effectuer une incision transversale de 4 cm au niveau de l’aine.
- Placez un rétracteur Beckman et divisez la face antérieure de la veine fémorale et de l’artère fémorale à l’aide d’une pince Debackey et de ciseaux Metzenbaum.
- Placez un cathéter de 20 G dans l’artère fémorale sous contrôle visuel direct et connectez-le à un transducteur jetable avec un cathéter rempli de liquide pour obtenir une surveillance continue de la pression artérielle systémique.
REMARQUE: La pression artérielle moyenne doit être continuellement supérieure à 60 mmHg. - Utilisez un cathéter de 18 G pour insérer un fil guide (0,035 pouce / 0,089 mm, 180 cm, incliné) dans la veine fémorale à travers la veine cave inférieure sous contrôle fluoroscopique.
- Insérez un cathéter de dilatation par ballonnet sur le fil guide à travers la veine cave inférieure au niveau intrapéricardique sous contrôle fluoroscopique.
- Effectuez le contrôle fluoroscopique avec un arceau à l’aide d’une vue antéropostérieure. Placez les marqueurs visibles du ballon immédiatement au-dessus du niveau du diaphragme sous contrôle fluoroscopique. Retirez le fil de guidage lorsque le ballon est placé.
- Coudre un sac à main avec une suture monofilament de polypropylène 5.0 autour du cathéter à ballonnet de dilatation veineuse pour éviter les saignements de la veine fémorale.
3. Échocardiographie
- Effectuer l’échocardiographie juste après le positionnement de l’animal et la mise en place du cathéter (section 2) chez les animaux encore sous anesthésie générale et ventilation mécanique.
- Acquérir chaque vue échocardiographique au format boucle cinétique pendant au moins 3 cycles cardiaques pendant l’apnée expiratoire finale.
- Acquérez toutes les vues en modes Doppler 2 dimensions et Tissu.
- Acquérir la vue apicale à 5 chambres sous le processus xiphoïde.
- Acquérir les vues parasternales à axe court et long sur le côté droit du sternum.
- Acquérir un flux valvulaire en utilisant les modes Doppler continu et pulsé.
- Acquérir les signaux Doppler tissulaires de l’anneau tricuspide latéral et de l’anneau mitral latéral et septal.
REMARQUE : Utilisez les dernières lignes directrices pour l’évaluation échocardiographique chez l’homme pour les acquisitions et les interprétations échocardiographiques14.
4. Cathétérisme cardiaque droit
- Effectuer le cathétérisme cardiaque droit après l’écho cardiaque (section 3) et avant les acquisitions de la boucle pression-volume (section 5)
- Reliez le cathéter Swan-Ganz au transducteur jetable.
- Introduire le cathéter Swan-Ganz dans la gaine jugulaire 8-Français préalablement insérée dans la veine jugulaire (section 2.4) et acquérir les pressions moyennes auriculaires droites, ventriculaires droites et pulmonaires. Placez le cathéter sous fluoroscopie si nécessaire.
REMARQUE: Vérifiez que les cathéters remplis de liquide sont bien purgés avec une solution saline et éliminez les bulles d’air pour éviter l’amortissement du signal de pression. - Après avoir placé le cathéter Swan-Ganz dans l’artère pulmonaire, mesurez le débit cardiaque avec la méthode de thermodilution comme expliqué par les instructions du fabricant; mesurer simultanément la fréquence cardiaque pour le calcul du volume de l’AVC.
- Assurez-vous que la solution saline est à 4 °C pour éviter une surestimation du débit cardiaque.
- Connectez le transducteur jetable au poste de travail en boucle PV pour les acquisitions en direct des pressions dérivées des cathéters remplis de fluide.
5. Acquisition de boucle de volume de pression à l’aide de la méthode de conductance
REMARQUE : Cette section a déjà été publiée15.
- Introduire le cathéter de conductance dans le ventricule droit sous contrôle fluoroscopique.
- Vérifiez le signal de qualité à l’aide de l’acquisition « en direct » de boucles pression-volume.
- Activez des électrodes adéquates pour obtenir un signal optimal (c.-à-d. boucles PV dans le sens inverse des aiguilles d’une montre avec une forme physiologique).
- Suivre les étapes d’étalonnage de la pression et du volume du flux de travail selon les instructions du fabricant (conductivité sanguine, volume parallèle, étalonnage du volume de course = étalonnage alpha).
REMARQUE: L’AVC externe avec le cathéter Swan-Ganz peut être répété pour chaque condition; alors que les autres étapes d’étalonnage ne peuvent être effectuées qu’une seule fois. - Acquérir des familles de boucles PV à l’état d’équilibre et pendant la réduction aiguë de la précharge (c.-à-d. occlusion aiguë de la veine cave inférieure) pendant l’apnée expiratoire finale.
- Effectuer au moins 3 acquisitions par condition (stable + occlusion IVC).
6. Induction de l’insuffisance cardiaque droite aiguë par surcharge de volume et de pression (Figure 1).
- Induire une surcharge volumique à l’aide d’une perfusion saline en 3 étapes (environ 2 h).
- Commencer la première perfusion de 15 mL/kg de solution saline avec une sortie de perfusion à écoulement libre.
- Effectuer les mesures (cathétérisme cardiaque droit, boucles PV et échocardiographie) 5 min après stabilisation hémodynamique après la fin de chaque perfusion.
- Commencez la deuxième perfusion en volume de 15 mL/kg immédiatement après la fin des mesures.
- Commencer la troisième perfusion en volume de 30 mL/kg de solution saline immédiatement après la fin des mesures.
ATTENTION : La charge volumique peut induire un compromis hémodynamique ou un œdème pulmonaire selon le modèle animal utilisé. Dans ce modèle, la charge volumique a révélé une réponse adaptative caractérisée par une augmentation du débit cardiaque, une pression auriculaire droite stable et un couplage ventriculo-artériel préservé.
REMARQUE: La charge volumique peut être arrêtée en cas de mauvaise tolérance respiratoire ou hémodynamique.
- Induire une surcharge de pression avec embolie pulmonaire itérative.
- Insérez un cathéter angiographique de 5 Français à travers la gaine jugulaire dans l’artère pulmonaire du lobe inférieur droit sous contrôle fluoroscopique.
- Embolier l’artère pulmonaire du lobe inférieur droit avec un bolus de 0,15 mL d’une solution mélangée composée de 1 mL de colle pour tissus mous comprenant du N-butyl-2-cyanoacrylate et 2 mL de colorant de contraste lipidique. Laver le cathéter avec 10 mL de solution saline.
- Évaluer la réponse hémodynamique 2 minutes après l’embolisation en utilisant la pression systémique et la pression artérielle pulmonaire.
- Répétez les embolies de 0,15 mL toutes les 2 minutes jusqu’à obtention d’un compromis hémodynamique (c.-à-d. pression systémique systolique <90 mmHg ou pression pulmonaire systolique sur rapport de pression systémique systolique >0,9).
ATTENTION : L’embolie pulmonaire peut induire un compromis hémodynamique grave, parfois irréversible, entraînant la mort immédiate. Avant de commencer l’étape d’embolisation, soyez prêt à commencer le soutien hémodynamique (protocole dobutamine ou épinéphrine en cas d’arrêt circulatoire). Soyez prêt à démarrer les boucles PV et la surveillance échocardiographique. Comme cette étape peut être associée à un compromis hémodynamique grave, le cathétérisme cardiaque droit à l’aide du cathéter Swan-Ganz peut être évité afin de commencer le soutien de la dobutamine plus tôt.
7. Induire la restauration de l’hémodynamique systémique avec la dobutamine
- Après avoir atteint un compromis hémodynamique et effectué des boucles PV et des acquisitions échocardiographiques, commencez la perfusion de dobutamine à 2,5 μg / kg / min.
REMARQUE: D’autres médicaments ou traitements peuvent être commencés à ce stade. - Attendez 10 à 15 min pour la stabilisation hémodynamique.
- Effectuer un cathétérisme cardiaque droit, des boucles PV et des acquisitions échocardiographiques.
- Augmenter la dose de perfusion de dobutamine à 5 μg/kg/min.
- Attendez 15 min pour la stabilisation hémodynamique et les acquisitions répétées.
- Répétez le cathétérisme cardiaque droit, les boucles PV et les acquisitions échocardiographiques.
- Augmenter la dose de perfusion de dobutamine à 7,5 μg/kg/min.
REMARQUE: D’autres doses, médicaments ou traitements peuvent être initiés.
8. Euthanasie et prélèvement de tissus cardiaques
- À la fin du protocole, effectuez une sternotomie médiane à l’aide d’une scie oscillante.
- Ouvrez le péricarde et injectez une solution létale de chlorure de potassium (0,2 g/kg).
- Récoltez le cœur; sélectionner des échantillons des parois libres ventriculaires droite et gauche pour des évaluations pathologiques et moléculaires.
NOTE: Les méthodes pour les évaluations pathologiques du ventricule droit et pour les statistiques ont été précédemment rapportées5.
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Representative Results
Faisabilité
Nous décrivons les résultats de 9 procédures consécutives d’induction de l’ARHF dans un modèle CTEPH de gros animaux précédemment rapporté5. La durée du protocole était d’environ 6 heures, y compris l’induction de l’anesthésie, l’installation, l’accès vasculaire / la mise en place de cathéters, l’induction de la surcharge volume / pression et la restauration hémodynamique, les acquisitions de données et l’euthanasie. Chaque condition hémodynamique nécessite environ 40 minutes pour obtenir l’induction de la condition, la stabilisation hémodynamique et l’acquisition de données.
Le protocole a été réalisé chez 7 animaux sur 9, ce qui représente la courbe d’apprentissage. Trois protocoles supplémentaires ont été réalisés avec succès après ceux-ci décrits (non publiés). La cause des 2 échecs du protocole était l’induction d’une insuffisance hémodynamique irréversible après la phase d’embolie pulmonaire.
Les boucles PV n’ont pas été acquises chez 1 animal sur 7 au moment du compromis hémodynamique en raison de la nécessité de fournir une restauration hémodynamique systémique rapide avec un bolus d’épinéphrine après le cathétérisme cardiaque droit et l’écho cardiaque. Dans ce cas, la dobutamine a été commencée immédiatement après la restauration de l’hémodynamique systémique avec de l’épinéphrine.
Effets de la surcharge de volume et de pression sur l’hémodynamique et la fonction RV
La charge volumique aiguë n’a pas induit d’ARHF, mais a plutôt mis en évidence le phénotype adaptatif du modèle de PH chronique. Avec la charge volumique, le débit cardiaque augmentait sans augmentation de la pression auriculaire droite, tandis que le couplage ventriculo-artériel restait stable (Figure 2).
Les critères de compromis hémodynamique ont été atteints après 1 embole chez 1 animal, 2 emboles chez 2 animaux, 3 emboles chez 5 animaux et 4 emboles chez 1 animal. Deux animaux sont morts immédiatement après l’EP (1 animal avec 1 embole et 1 animal avec 4 emboles). Chez un autre animal, une hypotension sévère nécessitait un bolus d’épinéphrine et un début immédiat de la dobutamine avant l’acquisition de données PV-loop et échocardiographiques. Les 2 décès survenant immédiatement après une embolie pulmonaire aiguë étaient associés à une thrombose aiguë des cavités cardiaques droites (comme illustré à la figure 3).
Le compromis hémodynamique était associé à une diminution significative du débit cardiaque, du volume de l’AVC et du couplage ventriculo-artériel (Ees/ea), tandis que la contractilité du VR restait stable (Figure 2); il y avait une augmentation de deux fois de la pression auriculaire droite et de la pression artérielle pulmonaire moyenne.
Effet de la dobutamine sur l’ARHF
La dobutamine a rétabli un débit cardiaque, un volume d’AVC et un couplage ventriculo-artériel dans la plage normale (Figure 2).
Échocardiographie
L’échocardiographie était réalisable en fournissant une quantification des changements dynamiques dans la taille et la fonction du VR au cours du protocole (Figure 4). Les paramètres échocardiographiques n’ont pas été évalués chez 1 animal présentant un compromis hémodynamique sévère après une embolie pulmonaire nécessitant un bolus d’épinéphrine et un début immédiat de la dobutamine.
Boucles PV pour VR
L’analyse de la boucle volumique de pression a permis la quantification dynamique de l’élastance systolique terminale du RV et du couplage ventriculo-artériel (Figure 2 et Figure 5).
Lésions ischémiques ventriculaires droites
Après coloration à l’hématéine, à l’éosine et au safran, nous avons observé des lésions ischémiques du RV dans les couches sous-endocardiques et sous-épicardiques de la paroi libre du VR (Figure 6). Les lésions ischémiques ont été caractérisées par des grappes de cardiomyocytes hyperéosinophiles avec noyau picnotique.
Figure 1 : Résumé du protocole. PH, hypertension pulmonaire; VL1, chargement volumique avec 15 mL/kg de solution saline; VL2, 15 mL/kg de solution saline; VL3, 30 mL/kg de solution saline; ARHF, insuffisance cardiaque droite aiguë; EP, embolie pulmonaire. *pression systolique systémique <90 mmHg ou rapport pressions pulmonaires/systémiques systoliques >0,9. Ce chiffre a été modifié à partir de5. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Changements dynamiques individuels hémodynamiques et de la boucle pression-volume. MPAP, pression artérielle pulmonaire moyenne; MAP, pression artérielle moyenne; RAP, pression auriculaire droite; HR, fréquence cardiaque; SV, volume de course; CO, débit cardiaque; Ees; élastance systolique terminale ventriculaire droite; Ea, élastance artérielle. Les graphiques sont médians et interquartiles. *P<0,05 par rapport au niveau de référence; des comparaisons ont été effectuées à l’aide de tests de rang signés par paires appariées Wilcoxon avec GraphPad Prism 6. Ce chiffre a été modifié à partir de5. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : Exemple de cause d’échec du protocole : thrombose aiguë du cœur droit (flèche) après embolie pulmonaire responsable d’un compromission hémodynamique irréversible, d’un décès immédiat et d’une défaillance du protocole. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : Fenêtres échocardiographiques représentatives et résultats. (A) Position pour l’acquisition de la vue apicale à 5 chambres (A5C). (B) Position pour l’acquisition de la vue parasternale à axe court (PSSAX). (C) Évaluations échocardiographiques dynamiques des vues A5C et PSSAX au cours des différentes étapes du protocole. VL, chargement de volume; EP, embolie pulmonaire; Dobu 2,5, dobutamine 2,5 μg/kg/min; Dobu 7,5, dobutamine 7,5 μg/kg/min. *ventricule droit; **ventricule gauche. Ce chiffre a été modifié à partir de5. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 5 : Boucles dynamiques multibeats-volume représentatives du VR. PH, hypertension pulmonaire; EP, embolie pulmonaire; Ees, élastance systolique terminale (ligne noire étiquetée *); Ea, élastance artérielle (ligne noire étiquetée **); Ees/Ea, couplage ventriculo-artériel. Ce chiffre a été modifié à partir de5. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 6: Lésions ischémiques représentatives du RV dans le sous-endocarde et dans les couches sous-épicardiques. (A) Lésion ischémique sous-épicardique; B) Lésions ischémiques sous-endocardiques; (C) Grossissement d’une bordure d’une lésion ischémique sous-épicardique avec des noyaux normaux (1), vacuolisation intracytoplasmique (2) et noyaux pyknotiques (3). (D) nombre individuel de lésions ischémiques sous-endocardiques et sous-épicardiques dans des échantillons de paroi libre de RV de 2 cm de longueur provenant d’animaux atteints d’insuffisance cardiaque droite aiguë (ARHF) sur l’hypertension pulmonaire chronique (HTP), d’animaux atteints d’HTP chronique et de témoins sains; les graphiques sont des médianes. Les comparaisons ont été effectuées à l’aide du test mann-whitney avec GraphPad Prism 6. *P<0,05. Ce chiffre a été modifié à partir de5. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
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Discussion
Nous décrivons une méthode pour modéliser les principales caractéristiques physiopathologiques de l’ARHF sur le pH chronique dans un grand modèle animal, y compris la surcharge de volume et de pression et la restauration hémodynamique avec de la dobutamine. Nous avons également expliqué comment acquérir des données hémodynamiques et d’imagerie pour phénotyper les changements dynamiques du ventricule droit à chaque condition créée au cours du protocole. Ces méthodes peuvent fournir des données de base pour construire de futurs protocoles de recherche dans le domaine de l’ARHF, en particulier en ce qui concerne la gestion des fluides et le support inotrope.
L’induction d’un compromis hémodynamique était une étape critique dans le modèle en raison du risque de mort inattendue et immédiate de l’animal. Par conséquent, nous recommandons d’induire une embolie pulmonaire progressive avec de petits volumes d’embolie. Au moment de l’embolie pulmonaire, les chercheurs doivent être prêts à commencer immédiatement les acquisitions de données et le soutien hémodynamique. D’après notre expérience, nous avons pu réaliser les acquisitions de la boucle PV et l’échocardiographie avant de commencer la dobutamine chez 6 des 7 animaux chez lesquels le protocole a été complété.
L’étape critique pour phénotyper le ventricule droit est d’obtenir des données hémodynamiques, PV et échocardiographiques complètes. Le cathétérisme cardiaque droit permet d’estimer le débit cardiaque et les changements de volume de l’AVC pour chaque condition. Les changements dans le débit cardiaque et le volume de l’AVC peuvent être évalués plus en détail par échocardiographie. Cette analyse multimodale du débit cardiaque et du volume de l’AVC modifie mieux l’étalonnage du volume externe des boucles PV. Il est important de noter que les valeurs absolues et les taux de modification des paramètres de la boucle PV peuvent être quantifiés plus précisément en incluant les changements de débit cardiaque et de volume d’AVC avec des méthodes externes effectuées pour chaque situation.
Nous avons observé que la charge volumique n’induisait pas de compromis hémodynamique, mais révélait plutôt le phénotype adaptatif du modèle PH, car nous avons observé une augmentation du débit cardiaque, du volume de l’AVC et de la pression systémique avec un couplage ventriculo-artériel préservé. Par conséquent, dans notre modèle, la charge volumique initiale a fourni les conditions pour observer une baisse importante du débit cardiaque et du volume de l’AVC après une embolie pulmonaire aiguë, augmentant ainsi la sensibilité du modèle. Les études futures devraient déterminer l’effet de la charge volumique ou de l’épuisement des fluides au moment du compromis hémodynamique.
Notre protocole comporte plusieurs limites. Ce protocole n’a pas été construit pour analyser la cause de l’œdème, mais il peut représenter un domaine de recherche intéressant. Une autre limite du protocole est la consommation de temps et les compétences requises pour effectuer toutes les étapes. La phase de charge volumique peut être raccourcie ou retirée du protocole, mais cela peut entraîner une diminution plus faible de la valeur absolue du débit cardiaque et du volume de l’AVC après des embolies pulmonaires aiguës. Les compétences requises pour exécuter le protocole nécessitent la collaboration de plusieurs chercheurs pour placer le cathéter sous fluoroscopie, effectuer l’échocardiographie et analyser en temps réel la qualité de la boucle PV. Nous reconnaissons que nous n’avons pas effectué d’évaluations en 3 dimensions des volumes de VR. Nous visons à développer des évaluations en 3 dimensions des volumes de VR, car cela peut fournir plus de précision dans l’étalonnage du volume de VR pour les évaluations de boucle PV de VR. L’une des premières étapes serait d’évaluer la faisabilité de la méthode. De plus, notre protocole nécessite des installations spécifiques telles qu’une salle d’opération et une fluoroscopie pour les évaluations invasives du VR.
À notre connaissance, nous avons décrit le premier modèle animal d’ARHF avec PH chronique. Des études antérieures ont rapporté des changements dynamiques du ventricule droit avec la dobutamine et le lévosimendan après une constriction aiguë de l’artère pulmonaire7. Dans notre groupe, nous avons également quantifié la réserve de RV en utilisant la perfusion de dobutamine dans l’HTP chronique sans compromis hémodynamique15. Les boucles PV multibeat sont considérées comme la méthode de référence pour quantifier l’élastance systolique finale, qui représente la contractilité ventriculaire indépendamment des conditions de charge16. Les valeurs absolues de l’élastance RV (Ees=élastance systolique terminale) doivent être interprétées avec prudence car il existe plusieurs limites méthodologiques. Les principales limites sont la définition du point systolique final et la précision de l’étalonnage du volume avec des méthodes externes (thermodilution et échocardiographie)17. Le rapport entre l’élastance systolique terminale et l’élastance artérielle (Ea = rapport de pression systolique finale sur le rapport de volume de course), connu sous le nom de rapport de couplage ventriculo-artériel (Ees / Ea), réduit les erreurs dues à l’étalonnage du volume externe. Le couplage ventriculo-artériel est d’un intérêt majeur dans le domaine de l’hypertension pulmonaire car il capture l’adaptation de la contractilité du RV à une post-charge accrue. Les méthodes mesurant l’adaptation du VR à la post-charge ont suscité un intérêt majeur ces dernières années car elles ont un meilleur phénotypage des patients atteints de PH18,19,20.
Nos méthodes ont fourni des valeurs de couplage ventriculo-artériel (c.-à-d. Ees/Ea) conformes aux valeurs publiées précédemment21 et à l’estimation de la fonction RV à l’aide de l’échocardiographie. Dans ce protocole, nous montrons que l’occlusion aiguë de la veine cave est sans danger lorsqu’elle est effectuée dans le contexte d’un compromis hémodynamique. De plus, l’évaluation échocardiographique du VR dans le modèle de gros animaux était complémentaire de l’évaluation échocardiographique de VR dans des modèles de petits animaux, car elle permettait de quantifier différents paramètres de fonction de VR par rapport aux modèles de souris précédemment rapportés avec remodelage de RV22.
Les méthodes décrites dans cette étude peuvent être utilisées pour différents protocoles de recherche visant à répondre à des questions clés dans le domaine de l’ARHF. Premièrement, ces méthodes peuvent être utilisées pour réaliser des protocoles de recherche visant à comparer différentes stratégies de traitement dans le contexte de l’ARHF sur l’HTP chronique. Deuxièmement, l’évaluation itérative et simultanée de la boucle PV et de l’échocardiographie peut permettre de valider des indices échocardiographiques dans différentes situations d’intérêt clinique.
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Disclosures
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Acknowledgments
Ces travaux sont soutenus par une subvention publique supervisée par l’Agence nationale de la recherche (ANR) Français dans le cadre du programme Investissements d’Avenir (référence : ANR-15RHUS0002).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Radiofocus Introducer II | Terumo | RS+B80K10MQ | catheter sheath |
| Equalizer, Occlusion Ballon Catheter | Boston Scientific | M001171080 | ballon for inferior vena cava occlusion |
| Guidewire | Terumo | GR3506 | 0.035; angled |
| Vigilance monitor | Edwards | VGS2V | Swan-Ganz associated monitor |
| Swan-Ganz | Edwards | 131F7 | Swan-Ganz catheter 7 F; usable lenghth 110 cm |
| Echocardiograph; Model: Vivid 9 | General Electrics | GAD000810 and H45561FG | Echocardiograph |
| Probe for echo, M5S-D | General Electrics | M5S-D | Cardiac ultrasound transducer |
| MPVS-ultra Foundation system | Millar | PL3516B49 | Pressure-volume loop unit; includes a powerLab16/35, MPVS-Ultra PV Unit, bioamp and bridge amp and cables |
| Ventricath 507 | Millar | VENTRI-CATH-507 | conductance catheter |
| Lipiodol ultra-fluid | Guerbet | 306 216-0 | lipidic contrast dye |
| BD Insyte Autoguard | Becton, Dickinson and Company | 381847 | IV catheter |
| Arcadic Varic | Siemens | A91SC-21000-1T-1-7700 | C-arm |
| Prolene 5.0 | Ethicon | F1830 | polypropilene monofil |
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