Summary
Vi beskriver oprettelsen af en rotte model af trykoverbelastning induceret moderat remodellering og tidlig systolisk dysfunktion, hvor signal transduktionveje involveret i indledningen af remodeling processen er aktiveret. Dette dyr model vil støtte i at identificere molekylære mål for anvendelse af tidlig terapeutisk anti-remodeling strategier for hjertesvigt.
Abstract
Som reaktion på en skade, såsom myokardieinfarkt, langvarig hypertension eller et kardiotoksisk middel, hjertet i første omgang tilpasser sig gennem aktivering af signal transduktionveje, at modvirke, på kort sigt, for hjerte myocyt tab og eller stigningen i væg stress. Men, langvarig aktivering af disse veje bliver skadelig, fører til indledning og udbredelse af hjerteremodellering fører til ændringer i venstre ventrikelgeometri og stigninger i venstre ventrikel volumen; en fænotype, der ses hos patienter med systolisk hjertesvigt (HF). Her beskriver vi oprettelsen af en rotte model af trykoverbelastning induceret moderat remodellering og tidlig systolisk dysfunktion (MOD) ved stigende aorta banding (AAB) via en vaskulær klip med et indre område på 2 mm2. Operationen udføres i 200 g Sprague-Dawley rotter. MOD HF fænotype udvikler sig på 8-12 uger efter AAB og er karakteriseret noninvasively ved hjælp af ekkokardiografi. Tidligere arbejde tyder på aktivering af signaltransduktionsveje og ændret genekspression og posttranslationel ændring af proteiner i MOD HF fænotype, der efterligner dem, der ses i humansystolisk HF; Derfor gør MOD HF fænotype en passende model for translationel forskning til at identificere og teste potentielle terapeutiske anti-remodeling mål i HF. Fordelene ved MOD HF fænotype i forhold til den overt systoliske HF fænotype er, at det giver mulighed for identifikation af molekylære mål, der er involveret i den tidlige remodeling proces og tidlig anvendelse af terapeutiske interventioner. Begrænsningen af MOD HF fænotype er, at det ikke kan efterligne spektret af sygdomme, der fører til systolisk HF i mennesker. Desuden er det en udfordrende fænotype at skabe, da AAB-operationen er forbundet med høj dødelighed og fejlrate med kun 20% af opererede rotter, der udvikler den ønskede HF fænotype.
Introduction
Hjertesvigt (HF) er en udbredt sygdom og er forbundet med høj sygelighed og dødelighed1. Gnavere tryk-overbelastning (PO) modeller af HF, produceret af stigende eller tværgående aorta banding, er almindeligt anvendt til at udforske molekylære mekanismer, der fører til HF og til at teste potentielle nye terapeutiske mål i HF. De efterligner også ændringer set i humanHF sekundært til langvarig systemisk hypertension eller svær aorta stenose. Efter PO, den venstre ventrikel (LV) væg gradvist stiger i tykkelse, en proces kendt som koncentriske LV hypertrofi (LVH), for at kompensere og tilpasse sig stigningen i LV væg stress. Dette er imidlertid forbundet med aktivering af en række maladaptive signalveje, hvilket fører til derangements i calcium cykling og homøostase, metaboliske og ekstracellulære matrix remodeling og ændringer i genekspression samt forbedret apoptose og autofagi2,3,4,,5,6. Disse molekylære ændringer udgør udløseren for initiering og formering af myokardieremodellering og overgang til en dekompenseret HF fænotype.
På trods af brugen af indavlede gnavere stammer og standardisering af klip størrelse og kirurgisk teknik, der er enorm fænotypiske variation i LV kammer struktur og funktion i aorta banding modeller7,8,9. Den fænotypiske variation efter PO i rotte, Sprague-Dawley stamme, er beskrevet andetsteds10,11. Af disse, to HF fænotyper er stødt med tegn på myokardieremodellering og aktivering af signal transduktionveje fører til en tilstand af øget oxidativstress. Dette er forbundet med metabolisk remodellering, ændret genekspression og ændringer i posttranslationel ændring af proteiner, der i alt spiller en rolle i ombygningsprocessen10,12. Den første er en fænotype af moderat remodeling og tidlig systolisk dysfunktion (MOD), og den anden er en fænotype af åbenlys systolisk HF (HFrEF).
PO-modellen af HF er fordelagtig i forhold til myokardieinfarkt (MI) model af HF, fordi PO-induceret circumferential og meridional væg belastninger er homogent fordelt på tværs af alle segmenter af myokardiet. Men begge modeller lider af variabilitet i sværhedsgraden af PO10,11 og i infarkt størrelse13,14 sammen med intens inflammation og ardannelse på infarkt stedet15 samt vedhæftning til brystvæggen og omgivende væv, som er observeret i MI model af HF. Desuden er rotte PO induceret HF model er udfordrende at skabe, da det er forbundet med høj dødelighed og fejlrate10, med kun 20% af de opererede rotter udvikle MOD HF fænotype10.
MOD er en attraktiv HF fænotype og udgør en udvikling af den traditionelt oprettede HFrEF fænotype, da det giver mulighed for tidlig målretning af signaltransduktionsveje, der spiller en rolle i myokardieremodellering, især når det vedrører forstyrrelser i mitokondriel dynamik og funktion, myokardiemetabolisme, calciumcykling og ekstracellulær matrixremodellering. Disse patofysiologiske processer er meget tydelige i MOD HF fænotype11. I dette manuskript beskriver vi, hvordan du opretter MOD og HFrEF fænotyper, og vi behandler faldgruber, mens vi udfører den stigende aortabanding (AAB) procedure. Vi uddyber også, hvordan man bedst karakterisereved ekkokardiografi de to HF fænotyper, MOD og HFrEF, og hvordan man kan skelne dem fra andre fænotyper, der undlader at udvikle svær PO eller at udvikle alvorlige PO og koncentriske remodeling men uden betydelige excentriske remodeling.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle metoder og procedurer, der er beskrevet her, er blevet godkendt af Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) fra Tulane University School of Medicine.
1. Værktøjer og instrumenter til oprettelse af AAB-modeller
- Få desinfektionsmidler, såsom 70% isopropylalkohol og povidon-jod.
- Få ketamin og xylamin for anæstesi og buprenorphin for analgesi.
- Få en varmepude og tung absorberende engangsunderpad med dimensionerne 18 inches x 30 inches.
- Få en 100% bomuld sejlgarn roll, et bånd og en hårklipper.
- Anskaf en 20 cm x 25 cm plastik plade, tykkelse spænder mellem 3-5 mm.
- Anskaf en Z-LITE fiberoptisk illuminator.
- Der anskaffes en mekanisk ventilator til små dyr (f.eks.
- Anskaf 2-0 og 3-0 Vicryl koniske suturer og nylon 3-0 monofilamentsutur, sterile gazepuder og sterile ekstra store bomuldsspidser og sterile handsker.
- Anskaf 16 G angiocath til intubation.
- Køb følgende kirurgiske værktøjer.
- Få en Weck rustfrit stål Hemoclip ligation og rustfrit stål ligating klip.
- Få hærdet fin iris saks.
- Få Adson pincet.
- Opnå to buede Graefe pincet.
- Få en Halsted-Mosquito Hemostats-straight pincet.
- Få en Mayo-Hegar nål indehaveren.
- Få en Alm bryst retractor med stumpe tænder.
- Udnytte og få en autoklave og en perle sterilisator.
2. Stigende aorta banding kirurgisk procedure
- Bedøve dyret med en intraperitoneal injektion af en blanding af 75-100 mg/kg ketamin og 10 mg/kg Xylazine.
BEMÆRK: Der skal gå et par minutter, før dyret er helt bedøvet og slap. Hvis bedøvelsesdosis ikke er tilstrækkelig, og dyret stadig bevæger sig i buret, skal dyret injiceres igen med den samme bedøvelsesdosis, efter at der er givet tilstrækkelig tid, ca. 5-10 minutter mellem de efterfølgende injektioner. De fleste dyr kræver 1-2 injektioner for at opnå dyb sedation og anæstesi. - Barber håret på operationsstedet placeret på højre laterale brystkasse under højre armhule.
- Stabilisere dyret ved forsigtigt tape alle fire lemmer til plast bord. Derefter udføre endotrakeal intubation med en 16 G angiocath. Når dyret er intuberet, starte mekanisk ventilation med tidevandsvolumen på 2 ml ved 50 cyklusser / min og FiO2 af 21%. Kig efter den symmetriske stigning i brystvæggen med hvert åndedrag.
- Drej dyret langsomt til at ligge på sin venstre laterale side, og derefter bøje halen i en U-form måde og stabilisere det ved forsigtigt tape det til plast bord. Derefter gå videre og desinficere barberet område med aktuel anvendelse af povidon-jod.
- Infiltrere huden på incisionsstedet med 50/50 blandes med volumen på 1-2% Lidocain/0,25-0,5 % Bupivacaine som forebyggende analgesi, før indsnittet foretages.
- Udfør en højre vandret hud snit, 1-2 centimeter lang, i højre aksillær område 1 cm under højre armhule. Derefter dissekere brystmuskulære lag, indtil de når brystkassen. Lav en 1 cm thoracotomy mellem 2nd og 3rd brystkassen.
- Mens dissekere den muskuløse lag af brystet, være forsigtig og undgå skade af højre aksillær arterie, der løber under højre armhule.
BEMÆRK: Thoracotomy udført mellem 1st og 2nd ribben indebærer risiko for banding højre brachiocephalic arterie i stedet for stigende aorta. Thoracotomy mellem 3rd og den fjerde ribben gør det svært at visualisere og band den stigende aorta, som operatøren vil se på højre atrium.
BEMÆRK: Undgå at forlænge thoracotomy også medialt mod brystbenet for at undgå dissekere og skade den rigtige indre brystarterie.
- Mens dissekere den muskuløse lag af brystet, være forsigtig og undgå skade af højre aksillær arterie, der løber under højre armhule.
- Dissekere de to lapper af thymus kirtel forsigtigt og skubbe dem fra hinanden på siden. Derefter identificere stigende aorta og isolere det fra den overlegne vena cava ved stump dissektion via en buet Graefe pincet.
BEMÆRK: Betydelig manipulation af thymus kirtel vil gøre det hævede og gør det svært at visualisere den stigende aorta.- Dissekere den overlegne vena cava fra aorta med ekstra forsigtighed for at undgå skade eller brud på den overlegne vena cava, som er dødelig. Dette kan være den vanskeligste del af proceduren og forventes at ske fra tid til anden selv i de fleste erfarne hænder, men ofte med begyndere og elever.
- Løft forsigtigt den stigende aorta med en buet Graefe pincet og placer vaskulære klip omkring stigende aorta.
- Juster karulære hemoclip ligation værktøj via en plast pre-cut 7 "stykke for at opnå en vaskulær klip af det ønskede indre område på 1,5 mm2 eller 2 mm2,afhængigt af hvilken HF model ønskes.
- Suture brystkassen via en Vicryl 2-0 monofilamenter sutur. Derefter sutur muskulære lag af brystet via en 3-0 Vicryl taper sutur. Derefter sutur huden snit via en Nylon 3-0 monofilamenter sutur.
- En kombination af følgende lægemidler efter operationens afslutning i 48-72 timer til at fungere som analgesi i den postoperative periode: 1) Buprenorphin 0,01-0,05 mg/kg subkutant hver 8-12h, 2) Meloxicam 2 mg/kg subkutant hver 12h, og 3) Morfin 2,5 mg/kg subkutant hver 2-4h efter behov for svære smerter.
BEMÆRK: Lad dyret komme sig på en varmepude under regelmæssig overvågning. Når dyret viser tegn på helbredelse fra anæstesi (i stand til at ånde spontant - uden tegn på gispeller brug af tilbehør muskler i mere end to minutter - og har gode reflekser, røde og varme ekstremiteter), extubate dyret og returnere det til buret.
3. Ekkokardiografi
- Dyrt skal bedøves med intraperitoneal injektion på 80-100 mg/kg ketamin. Sørg for tilstrækkelig sedation for korrekt erhvervelse af god kvalitet ekko billeder.
BEMÆRK: Brugen af isofluran som bedøvelsesmiddel frarådes for sin kardiodepressor effekt, især i fastsættelsen af svær trykoverbelastning og kan give et falsk indtryk af LV dilatation og systolisk dysfunktion, der løser, når dyret er slukket bedøvelsesmiddel.- Vær forsigtig og administrere halvdelen eller endda en tredjedel af dosis af ketamin hos dyr, der ser dyspneic og tachypneic med mistanke om, at de har udviklet HFrEF fænotype.
- Barber håret af brystet, anteriorly, i den helt bedøvet dyr.
- Læg dyret på ryggen og stabilisere det til plast bord.
- Anskaf 2D parasternal lang akse og 2D parasternal kort akse visning klip på niveau med papillær muskel. Også få M-mode billeder fra den korte parasternal akse visning på niveau med papillær muskel til at måle LV septal og posterior vægtykkelse i diastolpen samt LV ende-diastolisk og ende-systolisk diameter.
- Anskaf billeder eller klip med en puls på 370 - 420 slag i minuttet for at sikre en korrekt vurdering af LV's størrelse og funktion. Erhvervelse af billeder ved lavere hjertefrekvens vil føre til et falsk indtryk af deprimeret LV funktion og LV dilatation.
BEMÆRK: Erhvervelse af forkortet 2D lang parasternal akse se billeder / klip føre til falske målinger. Af hensyn til kvalitetskontrol skal du sørge for, at LV-spidsen og aorto-mitralvinklen visualiseres inden for samme plansnit. - Anskaf 2D korte parasternal akse se billeder / klip på niveau med midten papillær muskel. Dette vil tjene som reference for at opnå pålidelige seriel- og efterfølgende LV-målinger, mens dyrene følges over tid i hele forsøgsperioden.
- Anskaf billeder eller klip med en puls på 370 - 420 slag i minuttet for at sikre en korrekt vurdering af LV's størrelse og funktion. Erhvervelse af billeder ved lavere hjertefrekvens vil føre til et falsk indtryk af deprimeret LV funktion og LV dilatation.
- Få M-mode billeder i lang parasternal akse visning på niveau med aortaklappen til at vurdere den relative aorta til venstre atrium (LA) diameter i slutningen systole.
BEMÆRK: Dyr med MOD- og HFrEF-fænotyper ne skal vise tegn på LA-dilatation med LA/Ao-forholdet ≥1,25 og <1,5 i MOD HF-fænotype og ≥1,5 i HFrEF-phenotype10.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Karakterisering af HF fænotyper, der udvikler 8-12 uger efter AAB, kunne nemt udføres via ekkokardiografi. Repræsentative M-mode billeder af Sham, Uge 3 post-AAB, MOD og HFrEF phenotypes er præsenteret i figur 1A. Figur 1B og figur 1C viser den vaskulære clipsstørrelse til oprettelse af henholdsvis MOD HF-fænotype- og HFrEF-fænotypen. LV-endediastolisk (LVEDV) og endesystolisk (LVESV) volumen er beregnet ved hjælp af formlerne for areallængdemetoden: V=5/6×A×L, hvor V er volumenet i ml; A er tværsnitsområdet af LV hulrum i cm2, fremstillet af den korte parasternal akse opfattelse på niveau med midten af papillær muskel i diastole (Ad) og i systole (Som); og L er længden af LV hulrum i cm, målt fra den lange parasternal akse opfattelse som afstanden fra endokardieLV spids til mitral-aorta krydset i diastole (Ld) og i systoli (Ls). Repræsentativ 2D lang parasternal akse og korte parasternal akse ekkokardiografi billeder, med illustration af, hvordan man måler Ld, Ls, Ad og As, i Sham og MOD HF fænotype er præsenteret i figur 2. LVEDV i MOD HF fænotype ligger normalt mellem 600 - 700 μL, hvor meget få dyr har LVEDV på over 700 μL og op til 1000 μL. mens LVESV i MOD-fænotypen ligger mellem 120 - 160 μL (tabel 1). Fra 2D korte parasternal akse se ekkokardiografi billeder præsenteret i figur 2, kunne man sætte pris på graden af LVH i MOD fænotype i forhold til fingeret. Repræsentative trykvolumen loop sporinger af Sham, Uge 3 post-AAB, MOD og HFrEF fænotyper er præsenteret i figur 3. LV maksimale tryk er mindst 200 mmHg, selv i uge 3 post-AAB, og stiger yderligere i uge 8 post-AAB på grund af misforholdet mellem væksten af dyret og aorta og den faste skabt stenose i stigende aorta. Bemærk, at dyrene i uge 3 efter AAB kompenseres fuldt ud med skift af LVEDV og LVESV til venstre i forhold til skindet. Med progressiv excentrisk hypertrofi og remodeling er der et skift i LVEDV og LVESV til højre i MOD og HFrEF fænotyper sammenlignet med uge 3 efter AAB. Man kunne også forstå den betydelige stigning i LVESV i MOD-fænotypen og den dybe stigning i LVESV i HFrEF-fænotypen, som afspejler de betydelige og dybtgående fald i slagtilfælde volumen og LVEF i MOD og HFrEF fænotyper, henholdsvis sammenlignet med uge 3 post-AAB. Desuden kunne man forstå den betydelige stigning i LVEF i uge 3 efter AAB og det betydelige fald i LVEF i HFrEF-fænotypen sammenlignet med skindet.
Den rotte PO induceret HF model er forbundet med høj dødelighed og fejlprocenter. Kun omkring 20% af de rotter, der gennemgår AAB, med en vaskulær klip på 2 mm2 i indre diameter, vil overgangen til at udvikle MOD HF fænotype. Repræsentative M-tilstandsbilleder af de fejlbehæftede fænotyper præsenteres i figur 4. Figur 4A viser repræsentative M-mode billeder af dyr, der ikke udviklede LVH i uge 8 post-AAB, og havde helt mistet PO med fuldstændig regression af LVH (fingeret-lignende) eller havde variabel grad af LVH og PO i uge 8 post-AAB forårsager en mild-moderat LVH fænotype. Den anden fejlslagne fænotypegruppe præsenteres i figur 4B, der viser repræsentative M-tilstandsbilleder af dyr med alvorligt PO (LV-maksimalt tryk >200 mmHg) og svær LVH, som forblev kompenseret uden tegn på excentrisk ombygning, koncentrisk remodellering (CR) eller med en mild (MILD-gruppe) excentrisk ombygning. Ekkokardiografi og hæmodynamiske data fra fingeret, fejlslagne og vellykkede/ønskede fænotyper præsenteres i figur 5 og tabel 1. Bemærk de progressive stigninger i hjertevægt og LV vægt som dyrene overgangen fra en kompenseret fænotype til en mere excentrisk og ombygget fænotype. Der er også en eksponentiel stigning i LVESV og fald i LVEF, da dyrene skifter fra en kompenseret koncentrisk ombygning til en dekompenseret excentrisk remodelleret fænotype. Af særlig interesse er, at både MOD- og HFrEF HF-fænotyperne har samme grad af myokardiestivhed som målt ved stivhedskoefficienten β i forholdet mellem endediastoliseringstrykvolumen (EDPVR (mmHg/μL)) sammenlignet med alle de andre fænotyper, mens der er et gradvist fald i LV-effektiviteten, efterhånden som dyrene skifter til en mere excentrisk remodelleret fænotype. LV-effektiviteten beregnes ud fra det endesystoliske trykvolumenforhold (ESPVR) divideret med arteriel elastans (EA). På trods af at der ikke er nogen signifikant statistisk forskel i ESPVR og ESPVR/EA mellem MOD- og HFrEF-fænotyperne og sham-gruppen, er dette fejlagtigt tilfældet, da MOD- og HFrEF-fænotyperne har et betydeligt højere LV-endessystolisk tryk i forhold til fingeret, hvilket gør ESPVR-hældningen falsk stejlere med skift i V0 til højre i forhold til skindet. Når MOD- og HFrEF-fænotyperne sammenlignes med de kompenserede og koncentrisk ombyggede fænotyper, som har samme grad af PO, kunne man desuden sætte pris på den betydelige og gradvise stigning i LVESV og faldet i ESPVR og ESPVR/EA med progressiv excentrisk ombygning, som observeret i MOD- og HFrEF-fænotyperne i forhold til CR- og MILD-fænotyperne (Figur 5 og tabel 1).
Figur 1: Repræsentative hjertesvigtfænotyper i uge 8 efter stigende aortabanding. (A) Repræsentative M-mode billeder af falske dyr, dyr tre uger efter stigende aorta banding (AAB) og otte uger efter AAB. Figur 1A er blevet ændret fra Chaanin et al., American Journal of Physiology-Heart og Circulatory fysiologi, 2016. (B)Vaskulær klip størrelse til oprettelse af svær venstre ventrikelhypertrofi (LVH) med moderat excentrisk remodeling (MOD). (C) Vaskulær clipsstørrelse til oprettelse af svær LVH med åbenlyst systolisk hjertesvigt (HFrEF). Figur 1B og 1C er indhentet og modificeret fra Chaanin et al., Metoder i Molekylærbiologi, 2018. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: Beregning af venstre ventrikelvolumen ved ekkokardiografi ved hjælp af metoden med områdelængde. Repræsentativ 2D lang parasternal og 2D kort parasternal akse se ekkokardiografi billeder til at måle venstre ventrikel (LV) hulrum længde i diastole (Ld) og i systoli (Ls) og LV hulrum tværsnit område i diastole (Ad) og i systole (Som) med henblik på at beregne LV mængder i slutningen af diastole og systole. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: Trykvolumen loop sporinger blev opnået via en 1,9 F rotte trykvolumen kateter ved hjælp af åbne bryst og venstre ventrikel apical punktering tilgang. Repræsentative trykvolumen loop sporinger i Sham, uge 3 efter AAB, MOD og HFrEF phenotypes i uge 8 efter AAB. Figur er blevet ændret fra Chaanin et al., Cirkulation: Hjertesvigt, 2013. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: Stødt på fænotyper i uge 8 efter AAB med manglende udvikling af den ønskede fænotype(er). (A)Repræsentative M-mode billeder af dyr, der mistede trykoverbelastning (PO) og ikke udvikle LVH (Sham-lignende) og dem med variabel PO og LVH (mild-moderat LVH) fænotyper. (B) Repræsentative M-mode billeder af dyr, der udviklede svær PO, LVH og koncentriskre remodeling (CR), men uden (CR) eller med mild (MILD) excentriskre remodeling fænotyper. Figur 4B er blevet ændret fra Chaanin et al., Journal of American Heart Association, 2017. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5: Ekkokardiografi og trykvolumenloopparametre i de forskellige fænotyper. Data præsenteres som individuelle værdier (prikker) med median (vandret linje) i de forskellige fænotyper i uge 8 efter AAB. Statistiske analyseresultater af de fremlagte data i de forskellige fænotyper er vist i tabel 1. LVESV: venstre ventrikulær endesystolisk volumen, LVEF: venstre ventrikel udslyngning fraktion, EDPVR: end-diastolisk tryk volumen forhold, ESPVR: end-systolic trykvolumen forhold, EA: arteriel elastans. Klik her for at se en større version af dette tal.
| Sham (n=5) | Sham-lignende (n=5) | Mild-mod LVH (n=8) | CR (n=11) | MILD (n=14) | MOD (n=14) | HFrEF (n=5) | |
| Kropsvægt (g) | 594 ± 37 | 466 ± 66 | 464 ± 22 | 497 ± 43 | 530 ± 59 | 478 ± 39 | 546 ± 18 |
| HW (mg) | 1269 ± 124,5 | 1328 ± 119 | 1614 ± 177 | 1645 ± 191a | 1821 ± 169a,b | 2106 ± 292a,b,c,d,e | 2897 ± 182a,b,c,d,e,f |
| LVW (mg) | 897 ± 94 | 968 ± 91 | 1161 ± 144 | 1222 ± 152a | 1372 ± 135a,b | 1580 ± 219a,b,c,d,e | 1726 ± 82a,b,c,d,e |
| RVW (mg) | 218± 22 | 218 ± 23 | 266 ± 24 | 239 ± 26 | 249 ± 26 | 283 ± 42a,b | 565 ± 76a,b,c,d,e,f |
| IVSD (cm) | 0,19 ± 0,01 | 0,21 ± 0,01 | 0,23 ± 0,01a | 0,29 ± 0,01a,b,c | 0,28 ± 0,02a,b,c | 0,28 ± 0,01a,b,c | 0,28 ± 0,02a,b,c |
| LVPWd (cm) | 0,20 ± 0,01 | 0,21 ± 0,02 | 0,24 ± 0,01a,b | 0,29 ± 0,02a,b,c | 0,28 ± 0,02a,b,c | 0,28 ± 0,01a,b,c | 0,30 ± 0,02a,b,c |
| LVEDV (μl) | 560,5 ± 25,8 | 570 ± 32 | 668 ± 143 | 442 ± 42,c | 583 ± 45d | 697 ± 129d,e | 881,5 ± 55,7a,b,c,d,e,f |
| LVESV (μl) | 105,9 ± 8,9 | 93 ± 15 | 111 ± 20 | 59 ± 7a,b,c | 85,3 ± 10,6d | 139,7 ± 22,5a,b,c,d,e | 319,2 ± 51,5a,b,c,d,e,f |
| LVEF (%) | 81,1 ± 1,2 | 83,7 ± 2,9 | 83,1 ± 2,5 | 86,5 ± 2,2a,c | 85,4 ± 1,7a | 79,8 ± 1,9 b,c,d,e | 64,1 ± 3,6a,b,c,d,e,f |
| LVPmax (mmHg) | 121 ± 19 | 126 ± 23 | 186 ± 23a,b | 218 ± 18a,b | 221 ± 22a,b,c | *234 ± 25a,b,c | 262 ± 16a,b,c,d,e |
| EDPVR (mmHg/μl) | 0,018 ± 0,005 | 0,017 ± 0,004 | 0,041 ± 0,013 | 0,043 ± 0,017 | 0,039 ± 0,015 | *0,068 ± 0,025a,b,c,d,e | 0,079 ± 0,017a,b,c,d,e |
| ESPVR/EA | 1,57 ± 0,67 | 1,96 ± 0,61 | 2,63 ± 1,52 | 3,35 ± 1,23 a | 2,62 ± 0,55 | *1,63 ± 0,41d | 0,82 ± 0,24c,d,e |
| Data præsenteres som middel ± standardafvigelse. Statistisk analyse blev udført ved hjælp af Envejs ANOVA. P < 0,05 blev anset for signifikant. | |||||||
| aP < 0,05 mod Sham | |||||||
| bP < 0,05 vs Sham-lignende | |||||||
| cP < 0,05 vs Mild-modearte LVH | |||||||
| dP < 0,05 vs. CR | |||||||
| eP < 0,05 vs MILD | |||||||
| fP < 0,05 vs MOD | |||||||
| *n=6 | |||||||
| Forkortelser: HW: hjertevægt, LVW: venstre ventrikelvægt, RVW: højre ventrikelvægt, IVSd: septal vægtykkelse i diastole, LVPWd: venstre ventrikulære bageste vægtykkelse i diastole. LVEDV: venstre ventrikulær endediastolisk volumen, LVESV: venstre ventrikel ende-systolisk volumen, LVEF: venstre ventrikel udslyngning fraktion, LVPmax: venstre ventrikulære maksimale tryk, EDPVR: end-diastolisk tryk volumen forhold, ESPVR: end-systolisk tryk volumen forhold, EA: arteriel elastance. | |||||||
Tabel 1: Ekkokardiografi og trykvolumenparametre i Sham-, Sham-lignende, Mild-moderat LVH, CR, MILD, MOD og HFrEF-fænotyper.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Efter PO relateret til AAB i rotte, LV gennemgår koncentriskre remodeling ved at øge LV vægtykkelse, kendt som koncentriskLVH, som en kompenserende mekanisme til at modvirke stigningen i LV væg stress. Stigning i LV vægtykkelse bliver mærkbar i løbet af den første uge efter AAB og når sin maksimale tykkelse på 2-3 uger efter AAB. I løbet af denne periode, aktivering af maladaptive signal transduktionveje føre til progressiv udvidelse af LV med stigninger i LV mængder, en proces kendt som excentrisk hypertrofi eller remodeling. Det forventes, at HF-fænotypen hos rotte udvikler sig ca. 8 uger efter AAB hos de fleste af dyrene, hvor af dem kun udvikler HF i uge 12 efter AAB. Der opstår to HF-fænotyper afhængigt af sværhedsgraden af AAB. MOD fænotype opnås ved oprettelse af opstigende aortabanding (AAB) med en vaskulær clips på 2 mm2 i indvendig diameter, mens oprettelsen af HFrEF fænotype kræver AAB med en strammere vaskulær clips på 1,5 mm2 i indvendig diameter. Det er vigtigt at udføre ekkokardiografi på 2-3 uger efter stigende aorta banding at kontrollere tilstedeværelsen af alvorlige koncentriske LVH. Svær LVH defineres som LV septal og posterior vægtykkelse ≥1,5 gange normal (0,19 cm), og normalt varierer mellem 0,27 - 0,3 cm. Dyr, der ikke udvikler svær LVH i uge 3 efter AAB, vil blive anset for at have mislykket AAB og bør ikke følges derefter. Dem, der har udviklet svær LVH i uge 3 efter AAB, vil gennemgå ekkokardiografi i uge 8 efter AAB at vurdere for udviklingen af den ønskede HF fænotype. Det er ikke sjældent at støde på dyr, der havde svær LVH i uge 3 efter AAB at have regression eller opløsning af LVH i uge 8 efter AAB, af grunde, som vi vil tage fat på i den sidste del af diskussionen. Dyr med svær LVH og koncentrisk ombygning uden eller med mild excentrisk ombygning i uge 8 efter AAB, derfor er det usandsynligt, at cr- og MILD-fænotyperne vil udvikle yderligere excentrisk ombygning, selv om de følges i en længere måned eller to. Dem, der er i mellem MILD og MOD fænotype, kan udvikle MOD HF fænotype, hvis de følges i endnu en måned.
PO rotte model kan være frustrerende på grund af den tilhørende høje dødelighed og fejlrater10, på trods af brug af en standardiseret vaskulær klip størrelse og kirurgisk teknik, som også tilføjer til forskning bekostning, på grund af det store antal dyr, der skal gennemgå AAB for at nå det ønskede mål nummer (n), og den tid, at dyrene skal følges, før de udvikler den ønskede HF fænotype. Manglende udvikling af svær LVH er relateret til enten mislykket banding eller banding af højre brachiocephalic arterie i stedet for aorta, hvilket ikke er ualmindeligt. Regression og/eller opløsning af svær LVH i efterfølgende opfølgende vurderinger er relateret til aneurismedannelse og peri-band aorta remodeling, der fører til tab i sværhedsgraden af PO9. Det er fortsat uklart, hvorfor dyr med svær LVH og PO udvikle fænotypiske variabilitet med hensyn til excentriskre remodeling trods samme klip størrelse, køn og stamme. Det anbefales at visualisere den stigende aorta til skærmen for peri-band aorta remodeling og aneurisdyb dannelse. Dyr, der udvikler stigende aorta aneurisme ≥1 cm i diameter, bør aflives, da dette vil forårsage dyspnø og angst for dyret på grund af indgreb i de omkringliggende strukturer. Det anbefales også at kontrollere for turbulent flow på tværs af båndet ved farve Doppler, men desværre præcis vurdering af trykgradient på tværs af båndet ved kontinuerlig Doppler er ikke muligt på grund af den manglende evne til at tilpasse den kontinuerlige Doppler med blodgennemstrømningen retning i stigende aorta.
MOD er en attraktiv HF fænotype og udgør en udvikling af den traditionelt oprettede HFrEF fænotype, da det giver mulighed for målretning af signaltransduktionsveje, der spiller en rolle i myokardieremodellering tidligt i sygdomsprocessen, især når den vedrører forstyrrelser i mitokondriel dynamik og funktion, myokardiemetabolisme og calciumcykling og ekstracellulær matrixremodellering og myokardiestivhed; funktioner, der er meget tydelige i MOD HF fænotype11. Også den tidlige postoperative dødelighed (defineret som dødelighed i de første 7 dage efter AAB) er lavere med klippet størrelse på 2 mm2,for oprettelsen af MOD fænotype, end klippet størrelse 1,5 mm2,for oprettelsen af HFrEF fænotype10, (5% vs 21%, P = 0,009 ved hjælp af Fishers nøjagtige test). Men succesraten mellem de to klip størrelser, for oprettelsen af MOD og HFrEF fænotyper, er ikke statistisk signifikant10, (20% vs 13%, P = 0,56 ved hjælp af Fisher's nøjagtige test). Desuden er aorta banding af vaskulære klip fordelagtigt over aorta banding ved at stramme en nylon sutur mod en 27 G nål, en teknik, der ofte bruges til at snøre den tværgående aorta i mus, fordi der er mindre variation i klip størrelse og mindre traumer til aorta i forhold til sutur teknik.
PO-modellen af HF er fordelagtig i forhold til myokardieinfarkt (MI) model af HF, fordi PO-induceret circumferential og meridional væg stress er homogent fordelt på tværs af alle segmenter af myokardiet. Men begge modeller lider af variabilitet i sværhedsgraden af PO10,11 og i infarkt størrelse13,14 sammen med intens inflammation og ardannelse på infarkt stedet15 samt vedhæftning til brystvæggen og omgivende væv observeret i MI model af HF. Desuden er rotte PO induceret HF model er udfordrende at skabe, da det er forbundet med høj dødelighed og fejlrate10, med kun 20% af de opererede rotter udvikle MOD HF fænotype10. Sammenlignet med den spontant hypertensive rotte (SHR) model, po-induceret HF model er en bedre model til at studere veje relateret til myokardieremodellering. Stigningen i efterbelastning og myokardievæg stress i systoli er meget højere i PO-induceret HF model end SHR model. Det tager omkring to år for SHR at udvikle systolisk HF og mekanismen for systolisk HF er ikke helt kendt og er forvirret af aldring16. SHR model og andre modeller af hypertension, såsom DOCA salt model, er oftere brugt til at undersøge mekanismer og behandlinger i forbindelse med hypertension og eventuelt diastolisk dysfunktion16.
Afslutningsvis er MOD HF fænotype en attraktiv model til at studere signal transduktionsveje i forbindelse med myokardieremodellering og kan anvendes til anvendelse og afprøvning af potentielle terapeutiske strategier, før validering af deres effektivitet i store dyremodeller og i humant hjertesvigt.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Alle forfattere rapporterer ingen interessekonflikt.
Acknowledgments
NIH tilskud HL070241 til P.D.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Adson forceps | F.S.T. | 11019-12 | surgical tool |
| Alm chest retractor with blunt teeth | ROBOZ | RS-6510 | surgical tool |
| Graefe forceps, curved | F.S.T. | 11152-10 | surgical tool |
| Halsted-Mosquito Hemostats, straight | F.S.T. | 13010-12 | surgical tool |
| Hardened fine iris scissors, straight | Fine Science Tools F.S.T. | 14090-11 | surgical tool |
| hemoclip traditional-stainless steel ligating clips | Weck | 523735 | surgical tool |
| Mayo-Hegar needle holder | F.S.T. | 12004-18 | surgical tool |
| mechanical ventilator | CWE inc | SAR-830/AP | mechanical ventilator for small animals |
| Weck stainless steel Hemoclip ligation | Weck | 533140 | surgical tool |
References
- McMurray, J. J., Petrie, M. C., Murdoch, D. R., Davie, A. P. Clinical epidemiology of heart failure: public and private health burden. European Heart Journal. 19 (Suppl P), P9-P16 (1998).
- Berk, B. C., Fujiwara, K., Lehoux, S. ECM remodeling in hypertensive heart disease. Journal of Clinical Investigation. 117 (3), 568-575 (2007).
- Frey, N., Olson, E. N. Cardiac hypertrophy: the good, the bad, and the ugly. Annual Review of Physiology. 65, 45-79 (2003).
- Hill, J. A., Olson, E. N. Cardiac plasticity. New England Journal of Medicine. 358 (13), 1370-1380 (2008).
- Kehat, I., Molkentin, J. D. Molecular pathways underlying cardiac remodeling during pathophysiological stimulation. Circulation. 122 (25), 2727-2735 (2010).
- Rothermel, B. A., Hill, J. A. Autophagy in load-induced heart disease. Circulation Research. 103 (12), 1363-1369 (2008).
- Barrick, C. J., et al. Parent-of-origin effects on cardiac response to pressure overload in mice. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 297 (3), H1003-H1009 (2009).
- Barrick, C. J., Rojas, M., Schoonhoven, R., Smyth, S. S. Cardiac response to pressure overload in 129S1/SvImJ and C57BL/6J mice: temporal- and background-dependent development of concentric left ventricular hypertrophy. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 292 (5), H2119-H2130 (2007).
- Lygate, C. A., et al. Serial high resolution 3D-MRI after aortic banding in mice: band internalization is a source of variability in the hypertrophic response. Basic Research in Cardiology. 101 (1), 8-16 (2006).
- Chaanine, A. H., Hajjar, R. J. Characterization of the Differential Progression of Left Ventricular Remodeling in a Rat Model of Pressure Overload Induced Heart Failure. Does Clip Size Matter? Methods in Molecular Biology (Clifton, N.J.). 1816, 195-206 (2018).
- Chaanine, A. H., et al. Mitochondrial Integrity and Function in the Progression of Early Pressure Overload-Induced Left Ventricular Remodeling. Journal of the American Heart Association. 6 (6), (2017).
- Chaanine, A. H., et al. Potential role of BNIP3 in cardiac remodeling, myocardial stiffness, and endoplasmic reticulum: mitochondrial calcium homeostasis in diastolic and systolic heart failure. Circulation: Heart Failure. 6 (3), 572-583 (2013).
- Takagawa, J., et al. Myocardial infarct size measurement in the mouse chronic infarction model: comparison of area- and length-based approaches. Journal of Applied Physiology (Bethesda, Md. : 1985). 102 (6), 2104-2111 (2007).
- Vietta, G. G., et al. Early use of cardiac troponin-I and echocardiography imaging for prediction of myocardial infarction size in Wistar rats. Life Sciences. 93 (4), 139-144 (2013).
- Frangogiannis, N. G. The inflammatory response in myocardial injury, repair, and remodelling. Nature Reviews. Cardiology. 11 (5), 255-265 (2014).
- Doggrell, S. A., Brown, L. Rat models of hypertension, cardiac hypertrophy and failure. Cardiovascular Research. 39 (1), 89-105 (1998).
