Summary
We presenteren een protocol om een acuut rechterhartfalen te induceren en te fenotyperen in een groot diermodel met chronische pulmonale hypertensie. Dit model kan worden gebruikt om therapeutische interventies te testen, om rechterhartmetingen te ontwikkelen of om het begrip van pathofysiologie van acuut rechter hartfalen te verbeteren.
Abstract
De ontwikkeling van acuut rechterhartfalen (ARHF) in de context van chronische pulmonale hypertensie (PH) is geassocieerd met slechte kortetermijnresultaten. De morfologische en functionele fenotypering van de rechter ventrikel is van bijzonder belang in de context van hemodynamisch compromis bij patiënten met ARHF. Hier beschrijven we een methode om ARHF te induceren in een eerder beschreven groot diermodel van chronische PH, en om fenotype, dynamisch, rechterventrikelfunctie met behulp van de gouden standaardmethode (d.w.z. druk-volume PV-lussen) en met een niet-invasieve klinisch beschikbare methode (dwz echocardiografie). Chronische PH wordt voor het eerst geïnduceerd bij varkens door linker pulmonale arterieligatie en rechter onderste kwabembolie met biologische lijm eenmaal per week gedurende 5 weken. Na 16 weken wordt ARHF geïnduceerd door opeenvolgende volumebelasting met behulp van zoutoplossing gevolgd door iteratieve longembolie totdat de verhouding van de systolische pulmonale druk over systemische druk 0,9 bereikt of totdat de systolische systemische druk onder 90 mmHg daalt. De hemodynamiek wordt hersteld met dobutamine-infusie (van 2,5 μg/kg/min tot 7,5 μg/kg/min). PV-lussen en echocardiografie worden uitgevoerd tijdens elke aandoening. Elke aandoening vereist ongeveer 40 minuten voor inductie, hemodynamische stabilisatie en gegevensverzameling. Van de 9 dieren stierven er 2 onmiddellijk na longembolie en 7 voltooiden het protocol, dat de leercurve van het model illustreert. Het model veroorzaakte een 3-voudige toename van de gemiddelde pulmonale arteriedruk. De PV-lusanalyse toonde aan dat ventriculo-arteriële koppeling behouden bleef na volumebelasting, afnam na acute longembolie en werd hersteld met dobutamine. Echocardiografische acquisities maakten het mogelijk om de juiste ventriculaire parameters van morfologie en functie met goede kwaliteit te kwantificeren. We identificeerden rechterventrikel ischemische laesies in het model. Het model kan worden gebruikt om verschillende behandelingen te vergelijken of om niet-invasieve parameters van rechterventrikelmorfologie en -functie in de context van ARHF te valideren.
Introduction
Acuut rechterhartfalen (ARHF) is onlangs gedefinieerd als een snel progressief syndroom met systemische congestie als gevolg van verminderde rechterventrikelvulling (RV) en / of verminderde RV-stroomoutput1. ARHF kan optreden bij verschillende aandoeningen zoals linkszijdig hartfalen, acute longembolie, acuut myocardinfarct of pulmonale hypertensie (PH). In het geval van PH is het begin van ARHF geassocieerd met een risico van 40% op kortdurende mortaliteit of dringende longtransplantatie2,3,4. Hier beschrijven we hoe we een groot diermodel van ARHF kunnen maken in de setting van chronische pulmonale hypertensie en hoe de rechter ventrikel kan worden geëvalueerd met behulp van echocardiografie en druk-volumelussen.
Pathofysiologische kenmerken van ARHF omvatten RV-drukoverbelasting, volumeoverbelasting, een afname van de RV-output, een toename van de centrale veneuze druk en / of een afname van de systemische druk. Bij chronische PH is er een initiële toename van RV-contractiliteit waardoor de cardiale output behouden blijft ondanks de toename van pulmonale vasculaire weerstand. Daarom kan in de context van ARHF op chronische PH de rechter ventrikel bijna isosystemische druk genereren, vooral onder inotrope ondersteuning. Alles bij elkaar leiden ARHF op chronische PH en hemodynamisch herstel met inotropen tot de ontwikkeling van acute RV ischemische laesies, zoals onlangs beschreven in ons grote diermodel5. De toename van inotropen creëert een verhoogde energetische vraag die ischemische laesies verder kan ontwikkelen en uiteindelijk kan leiden tot de ontwikkeling van eindorgaandisfunctie en slechte klinische resultaten. Er is echter geen consensus over hoe patiënten met ARHF op PH moeten worden behandeld, voornamelijk met betrekking tot vloeistofbeheer, inotropen en de rol van extracorporale ondersteuning van de bloedsomloop. Bijgevolg kan een groot diermodel van acuut rechterhartfalen helpen om preklinische gegevens over klinisch ARHF-management te verstrekken.
Als eerste stap om de respons op therapie te kwantificeren, zijn eenvoudige en reproduceerbare methoden nodig om de juiste ventrikel te fenotyperen. Tot op heden is er geen consensus over hoe de RV-morfologie en functie van patiënten met ARHF beter kunnen worden gefenotypeerd. De gouden standaardmethode om RV-contractiliteit (d.w.z. intrinsieke capaciteit om samen te trekken) en ventriculo-arteriële koppeling (d.w.z. contractiliteit genormaliseerd door ventriculaire nabelasting; een index van ventriculaire aanpassing) te evalueren, is de analyse van druk-volume (PV) lussen. Deze methode is tweemaal invasief omdat het juiste hartkatheterisatie en een voorbijgaande vermindering van rv-voorspanning vereist met behulp van een ballon die in de inferieure vena cava wordt ingebracht. In de klinische praktijk zijn niet-invasieve en herhaalbare methoden nodig om de juiste ventrikel te evalueren. Cardiale magnetische resonantie (CMR) wordt beschouwd als de gouden standaard voor niet-invasieve evaluatie van de rechter ventrikel. Bij patiënten met ARHF op chronische PH die op de intensive care (ICU) worden behandeld, kan het gebruik van CMR beperkt zijn vanwege de onstabiele hemodynamische toestand van de patiënt; bovendien kunnen herhaalde CMR-evaluaties, meerdere keren per dag, ook 's nachts, beperkt zijn vanwege de kosten en beperkte beschikbaarheid. Omgekeerd maakt echocardiografie niet-invasieve, reproduceerbare en goedkope RV-morfologie en functie-evaluaties bij IC-patiënten mogelijk.
Grote diermodellen zijn ideaal om preklinische studies uit te voeren die zich richten op de relatie tussen invasieve hemodynamische parameters en niet-invasieve parameters. De anatomie van het grote witte varken staat dicht bij de mens. Bijgevolg zijn de meeste echocardiografische parameters die bij mensen worden beschreven, kwantificeerbaar bij varkens. Er bestaan enkele kleine variaties tussen menselijk hart en varkenshart waarmee rekening moet worden gehouden voor echocardiografische studies. Varkens vertonen een constitutionele dextrocardie en een enigszins tegen de klok in draaiende kracht van de hartas. Als gevolg hiervan wordt het apicale 4-kamerbeeld een apicale 5-kameraanzicht en bevindt het akoestische venster zich onder de xiphoid-appendix. Bovendien bevinden zich aan de rechterkant van het borstbeen aan de rechterkant van het borstbeen parasternale akoestische ramen met lange en korte as.
Hier beschrijven we een nieuwe methode om ARHF te induceren in een groot diermodel van chronische trombo-embolische PH en om hemodynamisch te herstellen met behulp van dobutamine. We rapporteren ook RV ischemische laesies aanwezig in het model binnen 2−3 uur na hemodynamisch herstel met dobutamine. Bovendien beschrijven we hoe RV PV-lussen en echocardiografische RV-parameters bij elke toestand kunnen worden verkregen en inzicht krijgen in de dynamische veranderingen in RV-morfologie en -functie. Zoals eerder het grote diermodel van chronische trombo-embolische PH en de PV-lusmethoden werden beschreven6, zullen deze secties kort worden beschreven. Ook rapporteerden we resultaten van echocardiografische evaluaties die als potentieel moeilijk worden beschouwd in varkensmodellen. We zullen de methoden uitleggen om herhaalde echocardiografische in het model te bereiken.
Het model van ARHF op chronische PH gerapporteerd in deze studie kan worden gebruikt om verschillende therapeutische strategieën te vergelijken. De methoden van RV-fenotypering kunnen worden gebruikt in andere grote diermodellen die klinisch relevante situaties nabootsen, zoals acute longembolie7, RV-myocardinfarct8, acuut respiratoir distress-syndroom9 of rechterhartfalen geassocieerd met linkerventrikelfalen10 of linkerventrikel mechanische bloedsomloopondersteuning11.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
De studie voldeed aan de principes van laboratoriumdierverzorging volgens de National Society for Medical Research en werd goedgekeurd door de lokale ethische commissie voor dierproeven in hospital Marie Lannelongue.
1. Chronische trombo-embolische PH
- Induceer chronische trombo-embolische PH zoals eerder beschreven6,12.
- In het kort, induceer een model van chronische trombo-embolische PH bij ongeveer 20 kg grote witte varkens (sus scrofa). Voer een ligatuur uit van de linker pulmonale arterieligatie via een linker thoracotomie in week 0 (gesloten pericard); en voer wekelijks een embolisatie uit van de rechter pulmonale slagader van de onderkwab (0,2 ml tot 0,4 ml per week) met een gemengde oplossing samengesteld met 1 ml zachte weefsellijm inclusief N-butyl-2-cyanoacrylaat en 2 ml lipidische contrastkleurstof (lipiodol) gedurende 5 weken.
- Voer een xyphoïdectomie uit in week 0 op het moment van ligatie van de linker pulmonale slagader om de haalbaarheid van echocardiografie te verbeteren. Om dit te doen, voert u een longitudinale incisie van 4 cm uit voor het xiphoid-proces. Verwijder het xyfusproces met een diathermiemes. Sluit het onderhuidse plan en de huid met een lopende hechting.
- Voer in week 10 een extra rechter onderkwablongembolie uit met behulp van hetzelfde protocol dat hierboven is uitgelegd (stap 1.2).
- Voer het ARHF-inductiemodel (sectie 6) 6 weken na de laatste rechter onderkwabembolie (week 16) uit om acute rechterhartlaesies veroorzaakt door acute longembolie te voorkomen.
OPMERKING: Andere grote diermodellen van rechterhartfalen kunnen worden gebruikt, of andere pathologische aandoeningen kunnen worden geïnduceerd in het chronisch-trombo-embolische PH-model.
2. Plaatsing van dieren en plaatsing van katheters
- Voer algemene anesthesie uit zoals eerder beschreven6.
- Laat het dier kort 12 uur vasten. Voer vervolgens een intramusculaire injectie van ketaminehydrochloride (30 mg / kg) uit voor premedicatie. Voer een intraveneuze bolus van fentanyl (0,005 mg / kg), Propofol (2 mg / kg) en cisatracurium (0, 3 mg / kg) intraveneus uit via een oorader en intubeer niet-selectief het varken met een 7 Franse sonde.
- Handhaaf algemene anesthesie met geïnhaleerde 2% isofluraan, continue infusie van fentanyl (0,004 mg / kg) en propofol (3 mg / kg).
- Plaats na algemene anesthesie-inductie het varken op zijn rug met zijn voorpoten in een licht gespreide positie om parasternale echocardiografische acquisitie mogelijk te maken (sectie 3).
- Plaats de elektroden van het apparaat op de armen en benen (echocardiograaf, werkstation voor hemodynamische acquisities) voorafgaand aan het plaatsen van de steriele velden.
- Plaats een 8-Franse schede in de halsader met behulp van de Seldinger-methode13.
- Breng een 18 G (1,3 mm x 48 mm) IV-katheter in de halsader.
- Voer een percutane punctie uit op de middelste lijn op 2 cm boven het manubrium met een oriëntatie van 45°.
- Na het verkrijgen van een veneuze reflux, steek een geleidedraad in de katheter (0,035 inch / 0,089 mm, 180 cm, schuin).
- Controleer de juiste plaatsing van de geleidedraad in de superieure vena cava met fluoroscopie en gooi de 8-Franse schede op de geleidedraad in de superieure vena cava.
OPMERKING: De geleidedraad wordt correct geplaatst wanneer deze door de inferieure vena cava langs de rechterrand van de wervelkolom gaat.
- Breng een 18 G (1,3 mm x 48 mm) IV-katheter in de halsader.
- Voer een verdeling van de rechter femorale vaten uit om een met vloeistof gevulde katheter in de rechter femorale slagader te brengen voor continue systemische drukbewaking en een ballonverwijdingskatheter in de inferieure vena cava via de femorale ader als volgt.
- Voer een transversale incisie van 4 cm uit in de lies.
- Plaats een Beckman retractor en verdeel het voorste gezicht van de dijbeenader en van de dijbeenslagader met behulp van een Debackey-tang en Een Metzenbaum-schaar.
- Plaats een katheter van 20 G in de dijbeenslagader onder directe visuele controle en sluit deze aan op een wegwerptransducer met een met vloeistof gevulde katheter om continue systemische bloeddrukmonitoring te verkrijgen.
OPMERKING: De gemiddelde bloeddruk moet continu boven 60 mmHg liggen. - Gebruik een katheter van 18 G om een geleidingsdraad (0,035 inch / 0,089 mm, 180 cm, schuin) in de dijbeenader in te brengen via de inferieure vena cava onder fluoroscopische controle.
- Plaats een ballonverwijdingskatheter op de geleidedraad door de inferieure vena cava op intrapericardiaal niveau onder fluoroscopische controle.
- Voer de fluoroscopische controle uit met een C-arm met behulp van een anteroposteriorweergave. Plaats de zichtbare markeringen van de ballon direct boven het membraanniveau onder fluoroscopische controle. Verwijder de geleidedraad wanneer de ballon wordt geplaatst.
- Naai een tas met een 5.0 polypropyleen monofilament hechting rond de veneuze verwijdingsballonkatheter om bloedingen uit de dijbeenader te voorkomen.
3. Echocardiografie
- Voer de echocardiografie uit direct na de positionering van het dier en de plaatsing van de katheter (sectie 2) bij dieren die nog steeds onder algemene anesthesie en mechanische beademing staan.
- Verkrijg elke echocardiografische weergave in cinelusformaat gedurende ten minste 3 hartcycli tijdens eind-expiratoire apneu.
- Verkrijg alle weergaven in 2-dimensies en Tissue Doppler-modi.
- Verkrijg de apicale 5-kamerweergave onder het xiphoid-proces.
- Verkrijg de parasternale korte en lange asaanzichten aan de rechterkant van het borstbeen.
- Verkrijg valvulaire stroom met behulp van continue en gepulseerde Doppler-modi.
- Verwerven weefsel doppler signalen van de laterale tricuspidalis annulus en laterale en septale mitralis annulus.
OPMERKING: Gebruik de nieuwste richtlijnen voor echocardiografische beoordeling bij mensen voor echocardiografische acquisities en interpretaties14.
4. Rechter hartkatheterisatie
- Voer de juiste hartkatheterisatie uit na de hartecho (sectie 3) en voorafgaand aan de druk-volumelusacquisitie (sectie 5)
- Koppel de Swan-Ganz katheter aan de wegwerptransducer.
- Breng de Swan-Ganz-katheter in de jugulaire 8-Franse schede die eerder in de halsader is ingebracht (rubriek 2.4) en verkrijg de gemiddelde rechte atriale, rechterventrikel- en longslagaderdruk. Plaats de katheter indien nodig onder fluoroscopie.
OPMERKING: Controleer of met vloeistof gevulde katheters goed zijn gezuiverd met zoutoplossing en verwijder luchtbellen om druksignaaldemping te voorkomen. - Na het plaatsen van de Swan-Ganz-katheter in de longslagader, meet u de cardiale output met de thermoverdunningsmethode zoals uitgelegd in de instructies van de fabrikant; meet tegelijkertijd de hartslag voor de berekening van het slagvolume.
- Zorg ervoor dat de zoutoplossing op 4 °C staat om overschatting van de cardiale output te voorkomen.
- Sluit de wegwerpomvormer aan op het PV-luswerkstation voor live-acquisitie van druk afkomstig van met vloeistof gevulde katheters.
5. Acquisitie van drukvolumelussen met behulp van de geleidingsmethode
OPMERKING: Deze sectie is eerder gepubliceerd15.
- Breng de geleidingskatheter in de rechter ventrikel onder fluoroscopische controle.
- Controleer het kwaliteitssignaal met behulp van " in live" acquisitie van druk-volume lussen.
- Activeer voldoende elektroden om een optimaal signaal te verkrijgen (d.w.z. PV-lussen tegen de klok in met fysiologische vorm).
- Volg de druk- en volumekalibratiestappen van de workflow op volgens de instructies van de fabrikant (bloedgeleiding, parallel volume, slagvolumekalibratie = alfakalibratie).
OPMERKING: Een uitwendige beroerte met de Swan-Ganz-katheter kan voor elke aandoening worden herhaald; terwijl de andere kalibratiestappen slechts één keer kunnen worden uitgevoerd. - Verwerven van PV-lusfamilies in stabiele toestanden en tijdens acute preloadreductie (d.w.z. acute occlusie van de inferieure vena cava) tijdens eind-expiratoire apneu.
- Voer minstens 3 acquisities per conditie uit (steady + IVC occlusie).
6. Inductie van acuut rechterhartfalen door volume en drukoverbelasting (figuur 1).
- Induceer volumeoverbelasting met behulp van een 3-staps zoutoplossinginfusie (ongeveer 2 uur).
- Start de eerste infusie van 15 ml/kg zoutoplossing met een vrije-stroom infusie-uitgang.
- Voer de metingen uit (rechter hartkatheterisme, PV-lussen en echocardiografisch) 5 min na hemodynamische stabilisatie na het einde van elke infusie.
- Start de tweede volume-infusie van 15 ml/kg onmiddellijk na het einde van de metingen.
- Start de derde volume-infusie van 30 ml/kg zoutoplossing onmiddellijk na het einde van de metingen.
LET OP: Volumebelasting kan hemodynamisch compromis of longoedeem veroorzaken, afhankelijk van het gebruikte diermodel. In dit model onthulde volumebelasting een adaptieve respons die wordt gekenmerkt door toenemende cardiale output, stabiele rechter atriumdruk en behouden ventriculo-arteriële koppeling.
OPMERKING: Volumebelasting kan worden gestopt in geval van slechte ademhalings- of hemodynamische tolerantie.
- Induceer drukoverbelasting met iteratieve longembolie.
- Breng een 5 Franse angiografische katheter door de halsmantel in de rechter pulmonale slagader van de onderkwab onder fluoroscopische controle.
- Emboliseer de rechter onderstekwab longslagader met een bolus van 0,15 ml van een gemengde oplossing samengesteld met 1 ml zachte weefsellijm inclusief N-butyl-2-cyanoacrylaat en 2 ml lipide contrastkleurstof. Was de katheter uit met 10 ml zoutoplossing.
- Evalueer de hemodynamische respons 2 minuten na de embolisatie met behulp van de systemische druk en pulmonale arteriedruk.
- Herhaal embolie van 0,15 ml elke 2 minuten totdat hemodynamisch compromis wordt verkregen (d.w.z. systolische systemische druk <90 mmHg of systolische pulmonale druk over systolische systemische drukverhouding >0,9).
LET OP: Longembolie kan ernstige hemodynamische compromissen veroorzaken, soms onomkeerbaar, wat leidt tot onmiddellijke dood. Voordat u begint met de embolisatiestap, moet u klaar zijn om hemodynamische ondersteuning te starten (dobutamineprotocol of epinefrine in geval van circulatiestilstand). Wees klaar om PV-loops en echocardiografische monitoring te starten. Omdat deze stap gepaard kan gaan met ernstige hemodynamische compromissen, kan katheterisatie van het rechterhart met behulp van de Swan-Ganz-katheter worden vermeden om eerder met dobutamineondersteuning te beginnen.
7. Induceer herstel van de systemische hemodynamiek met dobutamine
- Na het bereiken van hemodynamische compromissen en het uitvoeren van PV-lussen en echocardiografische acquisities, start dobutamine-infusie bij 2,5 μg / kg / min.
OPMERKING: Andere geneesmiddelen of behandelingen kunnen op dit moment worden gestart. - Wacht 10 tot 15 minuten voor hemodynamische stabilisatie.
- Voer rechter hartkatheterisatie, PV-lussen en echocardiografische acquisities uit.
- Verhoog de dosis dobutamine-infusie tot 5 μg/kg/min.
- Wacht 15 minuten op hemodynamische stabilisatie en herhaalde acquisities.
- Herhaal rechter hartkatheterisatie, PV-lussen en echocardiografische acquisities.
- Verhoog de dosis dobutamine-infusie tot 7,5 μg/kg/min.
OPMERKING: Andere doses, medicijnen of behandelingen kunnen worden gestart.
8. Euthanasie en het oogsten van hartweefsel
- Voer aan het einde van het protocol een mediane sternotomie uit met behulp van een oscillerende zaag.
- Open het hartzakje en injecteer een dodelijke oplossing van kaliumchloride (0,2 g/kg).
- Oogst het hart; selecteer monsters van de rechter- en linkerventrikelvrije wanden voor pathologische en moleculaire evaluaties.
OPMERKING: De methoden voor de pathologische evaluaties van de rechter ventrikel en voor de statistieken werden eerder gerapporteerd5.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Haalbaarheid
We beschrijven de resultaten van 9 opeenvolgende procedures van ARHF-inductie in een eerder gerapporteerd CTEPH-model bij grote dieren5. De duur van het protocol was ongeveer 6 uur om te voltooien, inclusief anesthesie-inductie, installatie, vasculaire toegang / katheterplaatsingen, inductie van volume / drukoverbelasting en hemodynamisch herstel, gegevensverzamelingen en euthanasie. Elke hemodynamische aandoening heeft ongeveer 40 minuten nodig om inductie van de aandoening, hemodynamische stabilisatie en gegevensverzamelingen te bereiken.
Het protocol werd bij 7 van de 9 dieren bereikt, wat de leercurve vertegenwoordigt. Drie aanvullende protocollen zijn met succes bereikt nadat deze zijn beschreven (niet gepubliceerd). De oorzaak van de 2 protocolfouten was de inductie van een onomkeerbaar hemodynamisch falen na de longemboliefase.
PV-lussen werden niet verkregen bij 1 op de 7 dieren op het moment van hemodynamisch compromis vanwege de noodzaak om snel systemisch hemodynamisch herstel te bieden met een epinefrine bolus na het rechter hartkatheterisme en de hartecho. In dit geval werd dobutamine onmiddellijk na het herstel van de systemische hemodynamiek met epinefrine gestart.
Effecten van volume- en drukoverbelasting op hemodynamiek en RV-functie
Acute volumebelasting induceerde geen ARHF, maar benadrukte eerder het adaptieve fenotype van het chronische PH-model. Met volumebelasting nam de cardiale output toe zonder toename van de rechter atriumdruk, terwijl de ventriculo-arteriële koppeling stabiel bleef (figuur 2).
Hemodynamische compromiscriteria werden bereikt na 1 embolus bij 1 dier, 2 emboli bij 2 dieren, 3 emboli bij 5 dieren en 4 emboli bij 1 dier. Twee dieren stierven direct na PE (1 dier met 1 embolus en 1 dier met 4 emboli). Bij een ander dier vereiste ernstige hypotensie een epinefrinebolus en onmiddellijke start van dobutamine voorafgaand aan PV-lus- en echocardiografische gegevensverzamelingen. De 2 sterfgevallen die onmiddellijk na acute longembolie optraden, waren geassocieerd met acute trombose van de rechter hartholten (zoals geïllustreerd in figuur 3).
Hemodynamisch compromis was geassocieerd met een significante afname van de cardiale output, het slagvolume en de ventriculo-arteriële koppeling (Ees/ea), terwijl de RV-contractiliteit stabiel bleef (figuur 2); er was een tweevoudige toename van de rechter boezemdruk en de gemiddelde pulmonale arteriedruk.
Dobutamine effect op ARHF
Dobutamine herstelde een cardiale output, beroertevolume en ventriculo-arteriële koppeling binnen normaal bereik (figuur 2).
Echocardiografie
Echocardiografie was haalbaar voor kwantificering van dynamische veranderingen in RV-grootte en -functie tijdens het protocol (figuur 4). Echocardiografische parameters werden niet beoordeeld bij 1 dier met een ernstig hemodynamisch compromis na longembolie waarvoor een epinefrinebolus en onmiddellijke start van dobutamine nodig was.
RV PV-lussen
Drukvolumelusanalyse maakte dynamische kwantificering van RV-eind-systolische elastantie en ventriculo-arteriële koppeling mogelijk (figuur 2 en figuur 5).
Rechterventrikel ischemische laesies
Na hemateïne, eosine en saffraankleuring zagen we RV ischemische laesies in de subendocardiale en in de subepicardiale lagen van de RV-vrije wand (figuur 6). De ischemische laesies werden gekenmerkt door clusters van hypereosinofiele cardiomyocyten met picnotische kern.
Figuur 1: Samenvatting van het protocol. PH, pulmonale hypertensie; VL1, volumebelasting met 15 ml/kg zoutoplossing; VL2, 15 ml/kg zoutoplossing; VL3, 30 ml/kg zoutoplossing; ARHF, acuut rechterhartfalen; PE, longembolie. *Systemische systolische druk <90 mmHg of systolische pulmonale/systemische drukverhouding >0,9. Dit cijfer is gewijzigd van5. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Individuele hemodynamische en druk-volume lus dynamische veranderingen. MPAP, gemiddelde pulmonale arteriedruk; MAP, gemiddelde arteriële druk; RAP, juiste boezemdruk; HR, hartslag; SV, slagvolume; CO, cardiale output; Ees; rechterventrikeleind-systolische elastantie; Ea, arteriële elastaanbaarheid. Percelen zijn mediaan en interkwartiel bereik. *P<0,05 in vergelijking met baseline; vergelijkingen werden uitgevoerd met behulp van Wilcoxon matched-pairs ondertekende rangtests met GraphPad Prism 6. Dit cijfer is gewijzigd van5. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Voorbeeld van oorzaak van protocolfalen: acute rechterharttrombose (pijl) na longembolie verantwoordelijk voor onomkeerbaar hemodynamisch compromis, onmiddellijke dood en protocolfalen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: Representatieve echocardiografische vensters en resultaten. (A) Positie voor de verwerving van de apicale 5-kamer (A5C) weergave. (B) Positie voor de verwerving van de parasternale korte as (PSSAX) weergave. (C) Dynamische echocardiografische evaluaties van de A5C- en de PSSAX-weergaven tijdens de verschillende stappen van het protocol. VL, volumebelasting; PE, longembolie; Dobu 2,5, dobutamine 2,5 μg/kg/min; Dobu 7,5, dobutamine 7,5 μg/kg/min. *rechter ventrikel; **linker ventrikel. Dit cijfer is gewijzigd van5. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5: Representatieve dynamische RV multibeat druk-volume lussen. PH, pulmonale hypertensie; PE, longembolie; Ees, end-systolische elastaanbaarheid (zwarte lijn met het label *); Ea, arteriële elastantie (zwarte lijn met het label **); Ees/Ea, ventriculo-arteriële koppeling. Dit cijfer is gewijzigd van5. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 6: Representatieve RV ischemische laesies in het subendocardium en in de sub epicardiumlagen. (A) Subepicardiale ischemische laesie; B) subendocardiale ischemische laesies; (C) Vergroting van een grens van een subepicardiale ischemische laesie met normale kernen (1), intracytoplasmatische vacuolisatie (2) en pyknotische kernen (3). D) individuele aantallen subendocardische en subepicardische ischemische laesies in 2 cm lange monsters van rv-vrije wand van dieren met acuut rechterhartfalen (ARHF) op chronische pulmonale hypertensie (PH), dieren met chronische PH en gezonde controles; percelen zijn medianen. Vergelijkingen werden uitgevoerd met behulp van de Mann-Whitney-test met GraphPad Prism 6. *P<0,05. Dit cijfer is gewijzigd van5. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
We beschrijven een methode om belangrijke pathofysiologische kenmerken van ARHF op chronische PH te modelleren in een groot diermodel, inclusief volume- en drukoverbelasting en hemodynamisch herstel met dobutamine. We rapporteerden ook hoe we hemodynamische en beeldvormingsgegevens konden verkrijgen om de dynamische veranderingen van de rechter ventrikel te fenotyperen bij elke aandoening die tijdens het protocol werd gecreëerd. Deze methoden kunnen achtergrondgegevens opleveren om toekomstige onderzoeksprotocollen op het gebied van ARHF op te bouwen, met name met betrekking tot vloeistofbeheer en inotrope ondersteuning.
Het induceren van hemodynamische compromissen was een cruciale stap in het model vanwege het risico op onverwachte en onmiddellijke dood van het dier. Daarom raden we aan om progressieve longembolie te induceren met kleine embolusvolumes. Op het moment van longembolie moeten de onderzoekers klaar zijn om onmiddellijk te beginnen met gegevensverzamelingen en hemodynamische ondersteuning. In onze ervaring hebben we de PV-lus acquisities en de echocardiografie kunnen realiseren voordat we met dobutamine begonnen bij 6 van de 7 dieren bij wie het protocol was voltooid.
De cruciale stap om de juiste ventrikel te fenotyperen, is het verkrijgen van uitgebreide hemodynamische, PV-lus- en echocardiografische gegevens. Met katheterisatie van het rechterhart kan men de cardiale output en beroertevolumeveranderingen voor elke aandoening schatten. Veranderingen in cardiale output en slagvolume kunnen verder worden geëvalueerd met echocardiografie. Deze multimodale analyse van cardiale output en slagvolume verandert de externe volumekalibratie van de PV-lussen beter. Belangrijk is dat absolute waarden en snelheden van veranderingen van PV-lusparameters nauwkeuriger kunnen worden gekwantificeerd door cardiale output- en slagvolumeveranderingen op te nemen met externe methoden die voor elke situatie worden uitgevoerd.
We zagen dat volumebelasting geen hemodynamisch compromis veroorzaakte, maar eerder het adaptieve fenotype van het PH-model onthulde toen we een toename van de cardiale output, het slagvolume en de systemische druk waarnamen met geconserveerde ventriculo-arteriële koppeling. Daarom bood in ons model de initiële volumebelasting de voorwaarden om een grote daling van de cardiale output en het slagvolume na acute longembolie waar te nemen, waardoor de gevoeligheid van het model toenam. Toekomstige studies moeten het effect van volumebelasting of vloeistofuitputting bepalen op het moment van hemodynamisch compromis.
Ons protocol heeft verschillende beperkingen. Dit protocol is niet gebouwd om de oorzaak van het oedeem te analyseren, maar het kan een interessant onderzoeksgebied vertegenwoordigen. Een andere limiet van het protocol is het tijdsverbruik en de vaardigheden die nodig zijn om alle stappen uit te voeren. De volumebelastingsfase kan worden verkort of uit het protocol worden verwijderd, maar dit kan resulteren in een lagere afname van de absolute waarde van de cardiale output en het slagvolume na acute longembolie. De vaardigheden die nodig zijn om het protocol uit te voeren, vereisen de medewerking van verschillende onderzoekers om de katheter onder fluoroscopie te plaatsen, de echocardiografie uit te voeren en de PV-luskwaliteit in realtime te analyseren. We erkennen dat we geen 3-dimensionale evaluaties van de RV-volumes hebben uitgevoerd. We streven ernaar om 3-dimensionale evaluaties van RV-volumes te ontwikkelen, omdat dit meer precisie kan bieden in de RV-volumekalibratie voor RV PV-lusevaluaties. Een van de eerste stappen zou zijn om de haalbaarheid van de methode te evalueren. Bovendien vereist ons protocol specifieke faciliteiten zoals een operatiekamer en fluoroscopie voor invasieve RV-evaluaties.
Voor zover wij weten hebben wij het eerste diermodel van ARHF met chronische PH beschreven. Eerdere studies rapporteerden dynamische veranderingen van de rechter ventrikel met dobutamine en levosimendan na acute pulmonale arterievernauwing7. In onze groep hebben we ook de RV-reserve gekwantificeerd met behulp van dobutamine-infusie bij chronische PH zonder hemodynamische compromis15. Multibeat PV-lussen worden beschouwd als de gouden standaardmethode om de end-systolische elastantie te kwantificeren, die de ventriculaire contractiliteit onafhankelijk van belastingsomstandigheden vertegenwoordigt16. Rv-elastantie (Ees=end systolische elastantie) absolute waarden moeten met de nodige voorzichtigheid worden geïnterpreteerd, omdat er verschillende methodologische limieten zijn. De belangrijkste grenswaarden zijn de definitie van het eind-systolische punt en de precisie van de volumekalibratie met externe methoden (thermoverdunning en echocardiografie)17. De verhouding van eind-systolische elastantie over arteriële elastantie (Ea=end-systolische druk over slagvolumeverhouding), bekend als de ventriculo-arteriële koppeling (Ees/Ea) verhouding, vermindert de fouten als gevolg van externe volumekalibratie. De ventriculo-arteriële koppeling is van groot belang op het gebied van pulmonale hypertensie omdat het de aanpassing van RV-contractiliteit aan verhoogde nabelasting vastlegt. Methoden voor het meten van RV-aanpassing aan afterload hebben de afgelopen jaren grote belangstelling gekregen omdat het een betere fenotypering heeft van patiënten met PH18,19,20.
Onze methoden leverden waarden van ventriculo-arteriële koppeling (d.w.z. Ees / Ea) in overeenstemming met eerder gepubliceerde waarden21 en met RV-functieschatting met behulp van echocardiografie. In dit protocol tonen we aan dat acute vena cava occlusie veilig is wanneer uitgevoerd in de context van hemodynamisch compromis. Bovendien was rv-echocardiografische evaluatie in het grote diermodel complementair aan rv-echocardiografische evaluatie in kleine diermodellen, omdat het mogelijk was om verschillende RV-functieparameters te kwantificeren in vergelijking met eerder gerapporteerde muizenmodellen met RV-remodellering22.
De methoden die in deze studie worden beschreven, kunnen worden gebruikt voor verschillende onderzoeksprotocollen die gericht zijn op het aanpakken van belangrijke vragen op het gebied van ARHF. Ten eerste kunnen deze methoden worden gebruikt om onderzoeksprotocollen uit te voeren die gericht zijn op het vergelijken van verschillende behandelingsstrategieën in de context van ARHF op chronische PH. Ten tweede kunnen iteratieve en gelijktijdige PV-lus- en echocardiografische evaluatie het mogelijk maken om echocardiografische indices in verschillende situaties van klinisch belang te valideren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Dit werk wordt ondersteund door een overheidssubsidie onder toezicht van het Franse Nationale Onderzoeksagentschap (ANR) als onderdeel van het Investissements d'Avenir-programma (referentie: 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 |
References
- Harjola, V. P., et al. Contemporary management of acute right ventricular failure: a statement from the Heart Failure Association and the Working Group on Pulmonary Circulation and Right Ventricular Function of the European Society of Cardiology. European Journal of Heart Failure. 18 (3), 226-241 (2016).
- Haddad, F., et al. Characteristics and outcome after hospitalization for acute right heart failure in patients with pulmonary arterial hypertension. Circulation: Heart Failure. 4 (6), 692-699 (2011).
- Sztrymf, B., et al. Prognostic factors of acute heart failure in patients with pulmonary arterial hypertension. European Respiratory Journal. 35 (6), 1286-1293 (2010).
- Huynh, T. N., Weigt, S. S., Sugar, C. A., Shapiro, S., Kleerup, E. C. Prognostic factors and outcomes of patients with pulmonary hypertension admitted to the intensive care unit. Journal of Critical Care. 27 (6), 739 (2012).
- Boulate, D., et al. Early Development of Right Ventricular Ischemic Lesions in a Novel Large Animal Model of Acute Right Heart Failure in Chronic Thromboembolic Pulmonary Hypertension. Journal of Cardiac Failure. 23 (12), 876-886 (2017).
- Noly, P. E., et al. Chronic Thromboembolic Pulmonary Hypertension and Assessment of Right Ventricular Function in the Piglet. Journal of Visualized Experiments. (105), e53133 (2015).
- Kerbaul, F., et al. Effects of levosimendan versus dobutamine on pressure load-induced right ventricular failure. Critical Care Medicine. 34 (11), 2814-2819 (2006).
- Ratliff, N., Peter, R., Ramo, B., Somers, W., Morris, J. A model for the production of right ventricular infarction. The American journal of pathology. 58 (3), 471 (1970).
- Ballard-Croft, C., Wang, D., Sumpter, L. R., Zhou, X., Zwischenberger, J. B. Large-animal models of acute respiratory distress syndrome. The Annals of Thoracic Surgery. 93 (4), 1331-1339 (2012).
- Dixon, J. A., Spinale, F. G. Large animal models of heart failure: a critical link in the translation of basic science to clinical practice. Circulation: Heart Failure. 2 (3), 262-271 (2009).
- Letsou, G. V., et al. Improved left ventricular unloading and circulatory support with synchronized pulsatile left ventricular assistance compared with continuous-flow left ventricular assistance in an acute porcine left ventricular failure model. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 140 (5), 1181-1188 (2010).
- Mercier, O., et al. Piglet model of chronic pulmonary hypertension. Pulmonary Circulation. 3 (4), 908-915 (2013).
- Seldinger, S. I. Catheter replacement of the needle in percutaneous arteriography: a new technique. Acta Radiologica. (5), 368-376 (1953).
- Lang, R. M., et al. Recommendations for cardiac chamber quantification by echocardiography in adults: an update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging. European Heart Journal - Cardiovascular Imaging. 16 (3), 233-270 (2015).
- Guihaire, J., et al. Right ventricular reserve in a piglet model of chronic pulmonary hypertension. European Respiratory Journal. 45 (3), 709-717 (2015).
- Burkhoff, D. Pressure-volume loops in clinical research: a contemporary view. Journal of the American College of Cardiology. 62 (13), 1173-1176 (2013).
- Sagawa, K. The end-systolic pressure-volume relation of the ventricle: definition, modifications and clinical use. Circulation. 63 (6), 1223-1227 (1981).
- Amsallem, M., et al. Load Adaptability in Patients With Pulmonary Arterial Hypertension. The American Journal of Cardiology. 120 (5), 874-882 (2017).
- Dandel, M., Knosalla, C., Kemper, D., Stein, J., Hetzer, R. Assessment of right ventricular adaptability to loading conditions can improve the timing of listing to transplantation in patients with pulmonary arterial hypertension. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 34 (3), 319-328 (2015).
- Vanderpool, R. R., et al. RV-pulmonary arterial coupling predicts outcome in patients referred for pulmonary hypertension. Heart. 101 (1), 37-43 (2015).
- Boulate, D., et al. Pulmonary Hypertension. , Springer. 241-253 (2016).
- Cheng, H. W., et al. Assessment of right ventricular structure and function in mouse model of pulmonary artery constriction by transthoracic echocardiography. Journal of Visualized Experiments. (84), e51041 (2014).
