Summary
Vi beskriver opprettelsen av en rottemodell av trykkoverbelastning indusert moderat ombygging og tidlig systolisk dysfunksjon hvor signaltransduksjonsveier som er involvert i initiering av ombyggingsprosessen aktiveres. Denne dyremodellen vil hjelpe til med å identifisere molekylære mål for å bruke tidlige terapeutiske anti-remodeling strategier for hjertesvikt.
Abstract
Som svar på en skade, som hjerteinfarkt, langvarig hypertensjon eller et kardiotoksisk middel, tilpasser hjertet seg i utgangspunktet gjennom aktivering av signaltransduksjonsveier, for å motvirke, på kort sikt, for hjertemyocyttertap og eller økningen i veggstress. Imidlertid blir langvarig aktivering av disse banene skadelig som fører til initiering og forplantning av hjerteremodellering som fører til endringer i venstre ventrikulær geometri og økninger i venstre ventrikulære volumer; fenotype sett hos pasienter med systolisk hjertesvikt (HF). Her beskriver vi opprettelsen av en rottemodell av trykkoverbelastning indusert moderat ombygging og tidlig systolisk dysfunksjon (MOD) ved å klatre opp aortabånd (AAB) via et vaskulært klipp med et internt område på 2 mm2. Operasjonen utføres i 200 g Sprague-Dawley rotter. MOD HF fenotype utvikler seg ved 8-12 uker etter AAB og er karakterisert ikke invasivt ved hjelp av ekkokardiografi. Tidligere arbeid antyder aktivering av signaltransduksjonsveier og endret genuttrykk og post-translasjonell modifikasjon av proteiner i MOD HF fenotype som etterligner de som er sett i menneskelig systolisk HF; Derfor gjør MOD HF fenotype en egnet modell for translasjonell forskning for å identifisere og teste potensielle terapeutiske anti-remodeling mål i HF. Fordelene med MOD HF fenotype sammenlignet med den overt systolisk HF fenotype er at det tillater identifisering av molekylære mål involvert i tidlig ombygging sprosessen og tidlig anvendelse av terapeutiske intervensjoner. Begrensningen av MOD HF fenotypen er at det ikke kan etterligne spekteret av sykdommer som fører til systolisk HF hos mennesker. Videre er det en utfordrende fenotype å skape, da AAB-operasjonen er forbundet med høy dødelighet og sviktrater med bare 20% av opererte rotter som utvikler ønsket HF fenotype.
Introduction
Hjertesvikt (HF) er en utbredt sykdom og er forbundet med høy sykelighet og dødelighet1. Gnagertrykkoverbelastningsmodeller (PO) av HF, produsert ved stigende eller tverrgående aortabånd, brukes ofte til å utforske molekylære mekanismer som fører til HF og for å teste potensielle nye terapeutiske mål i HF. De etterligner også endringer sett i menneskelig HF sekundær tretter til langvarig systemisk hypertensjon eller alvorlig aortastenose. Etter PO øker venstre ventrikulær (LV) veggen gradvis i tykkelse, en prosess kjent som konsentrisk LV hypertrofi (LVH), for å kompensere og tilpasse seg økningen i LV veggstress. Dette er imidlertid forbundet med aktivering av en rekke maladaptive signalveier, noe som fører til derangements i kalsiumsykling og homeostase, metabolsk og ekstracellulær matriseremodeling og endringer i genuttrykk samt forbedret apoptose og autofagi2,3,4,5,6. Disse molekylære endringene utgjør utløseren for initiering og forplantning av myokardremodellering og overgang til en dekompensert HF fenotype.
Til tross for bruk av innavlede gnagerstammer og standardisering av klipsstørrelse og kirurgisk teknikk, er det enorm fenotypisk variasjon i LV kammerstruktur og funksjon i aortabåndmodeller7,8,9. Den fenotypic variabilitet oppstått etter PO i rotte, Sprague-Dawley belastning, er beskrevet andre steder10,11. Av disse oppstår to HF fenotyper med bevis på myokardremodellering og aktivering av signaltransduksjonsveier som fører til en tilstand av økt oksidativt stress. Dette er forbundet med metabolsk ombygging, endret genuttrykk og endringer i posttranslational modifisering av proteiner, helt spiller en rolle i ombyggingsprosessen10,12. Den første er en fenotype av moderat ombygging og tidlig systolisk dysfunksjon (MOD) og den andre er en fenotype av overt systolisk HF (HFrEF).
PO-modellen av HF er en fordel over myokardinfarkt (MI) modellen av HF fordi po-indusert omkrets og meridional vegg påkjenninger er homogent fordelt på tvers av alle segmenter av myokardiet. Imidlertid lider begge modellene av variasjon i alvorlighetsgraden av PO10,11 og i infarkt størrelse13,14 sammen med intens betennelse og arrdannelse på infarktstedet15 samt vedhendehet til brystveggen og omkringliggende vev, som observeres i MI-modellen av HF. Videre er rottePO indusert HF-modellen utfordrende å skape da den er forbundet med høy dødelighet og sviktrater10, med bare 20% av de opererte rotter som utvikler MOD HF fenotype10.
MOD er en attraktiv HF fenotype og utgjør en utvikling av den tradisjonelt opprettede HFrEF fenotype som det gjør det mulig for tidlig målretting av signal transduksjon veier som spiller en rolle i myokardial remodeling, spesielt når det gjelder perturbasjoner i mitokondriedynamikk og funksjon, hjerteinfarkt metabolisme, kalsium sykling og ekstracellulær matrise remodeling. Disse patofysiologiske prosessene er svært tydelige i MOD HF fenotype11. I dette manuskriptet beskriver vi hvordan du oppretter MOD og HFrEF fenotyper, og vi adresserer fallgruver mens vi utfører den stigende aortabanding (AAB) prosedyren. Vi utdyper også hvordan man best kan karakterisere ved ekkokardiografi de to HF fenotypene, MOD og HFrEF, og hvordan du skiller dem fra andre fenotyper som ikke utvikler alvorlig PO eller som utvikler alvorlig PO og konsentrisk ombygging, men uten betydelig eksentrisk ombygging.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle metoder og prosedyrer beskrevet her er godkjent av Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) ved Tulane University School of Medicine.
1. Verktøy og instrumenter for Oppretting av AAB-modell
- Få desinfeksjonsmidler, som 70% isopropylalkohol og povidonjod.
- Få ketamin og xylazin for anestesi og buprenorfin for analgesi.
- Få en varmepute og tung absorbency disponibel underpad med dimensjoner på 18 inches x 30 inches.
- Få en 100% bomull hyssing roll, et bånd og en hårklipper.
- Få et 20 cm x 25 cm plastkort, tykkelsesområde mellom 3-5 mm.
- Få en Z-LITE fiberoptisk illuminator.
- Få en mekanisk ventilator for små dyr (f.eks. SAR-830/AP).
- Få tak i 2-0 og 3-0 Vicryl-koniske suturer og nylon 3-0 monofilamentsutur, sterile gasbindputer og sterile ekstra store bomullsspisser og sterile hansker.
- Få 16 G angiocath for intubasjon.
- Kjøp følgende kirurgiske verktøy.
- Få en Weck rustfritt stål Hemoclip ligation og rustfritt stål ligating klipp.
- Få herdet fin iris saks.
- Få adson-tang.
- Få tak i to buede Graefe-tang.
- Få tak i en Halsted-Mosquito Hemostats-straight pinsett.
- Få tak i en Mayo-Hegar nålholder.
- Få en Alm brystet retractor med stumpe tenner.
- Bruk og få en autoklav og en perle sterilisator.
2. Stigende aortabanding kirurgisk prosedyre
- Bedøve dyret med en intraperitoneal injeksjon av en blanding av 75-100 mg/kg Ketamin og 10 mg/kg Xylazin.
MERK: La det være noen minutter for dyret å være helt bedøvet og slapp. Hvis bedøvelsesdosen ikke er tilstrekkelig og dyret fortsatt beveger seg i buret, injiserer dyret på nytt med samme bedøvelsesdose etter å ha tillatt nok tid, rundt 5-10 minutter mellom påfølgende injeksjoner. De fleste dyr krever 1-2 injeksjoner for å oppnå dyp sedasjon og anestesi. - Barber håret på operasjonsstedet som ligger på høyre sideavthoraxområde under høyre armhule.
- Stabiliser dyret ved å forsiktig teipe alle fire lemmer til plastbrettet. Deretter utfører endotrakealintubasjon med en 16 G angiocath. Etter at dyret er vellykket intubert, start mekanisk ventilasjon med tidevannsvolumer på 2 ml ved 50 sykluser / min og FiO2 på 21%. Se etter den symmetriske økningen i brystveggen med hvert åndedrag.
- Vri dyret sakte for å ligge på venstre sideside, og bøy deretter halen på en U-form måte og stabilisere det ved å forsiktig teipe det til plastbrettet. Deretter går du videre og desinfiserer det barberte området med aktuell påføring av povidon-jod.
- Infiltrere huden på snittstedet med 50/50 bland med volum på 1-2% Lidocaine/0,25-0,5 % Bupivacaine som forebyggende analgesi før snittet.
- Utfør et høyre horisontalt hudsnitt, 1-2 centimeter lang, i høyre aksillær område 1 cm under høyre armhule. Deretter dissekerer thorax muskellaget til du når thoraxribbeburet. Lag en 1 cm thoracotomy mellom 2nd og 3rd ribbeburet.
- Mens dissekere muskellaget i brystet, vær forsiktig og unngå skade på høyre aksillær arterie, som går under høyre armhule.
MERK: Thoracotomy utført mellom 1st og 2nd rib bærer risikoen for banding riktig brachiocephalic arterie i stedet for stigende aorta. Thoracotomy mellom 3rd og fjerde ribben gjør det vanskelig å visualisere og band stigende aorta, som operatøren vil se på riktig atrium.
MERK: Unngå å utvide thoracotomy en for medialt mot brystbenet for å unngå dissekering og skade den høyre indre brystarterien.
- Mens dissekere muskellaget i brystet, vær forsiktig og unngå skade på høyre aksillær arterie, som går under høyre armhule.
- Dissekere de to flikene av thymuskjertelen forsiktig og skyv dem fra hverandre på siden. Deretter identifisere stigende aorta og isolere den fra overlegen vena cava ved stump disseksjon via en buet Graefe tang.
MERK: Betydelig manipulering av thymuskjertelen vil gjøre den hovent og gjør det vanskelig å visualisere den stigende aortaen.- Dissekere overlegen vena cava fra aorta med ekstra forsiktighet for å unngå skade eller brudd på den overlegne vena cava, som er dødelig. Dette kan være den vanskeligste delen av prosedyren og forventes å skje fra tid til annen selv i de fleste erfarne hender, men ofte med nybegynnere og elever.
- Løft forsiktig den stigende aortaen med en buet Graefe pinsett og plasser den vaskulære klemmen rundt stigende aorta.
- Juster det vaskulære hemoclip ligation-verktøyet via et plastforhåndsskåret 7"-stykke for å få en vaskulær klips av ønsket indre område på 1,5 mm2 eller 2 mm2,avhengig av hvilken HF-modell er ønsket.
- Suturer thoraxen via en Vicryl 2-0 monofilament sutur. Deretter suturerer det muskuløse laget av brystet via en 3-0 Vicryl taper sutur. Deretter suturerer hudsnittet via en Nylon 3-0 monofilament sutur.
- Administrer en kombinasjon av følgende legemidler etter ferdigstillelse av operasjonen i 48-72 timer for å tjene som analgesi i den postoperative perioden: 1) Buprenorfin 0,01-0,05 mg/kg subkutant hver 8-12h, 2) Meloksikam 2 mg/kg subkutant hver 12h, og 3) Morfin 2,5 mg/kg subkutant hver 2-4h etter behov for alvorlig smerte.
MERK: La dyret komme seg på en varmepute under regelmessig overvåking. Når dyret viser tegn på utvinning fra anestesi (i stand til å puste spontant - uten bevis for gisping eller bruk av tilbehørmuskler i mer enn to minutter - og har gode reflekser, røde og varme ekstremiteter), extubate dyret og returnere det til buret.
3. Ekkokardiografi
- Bedøve dyret med intraperitoneal injeksjon på 80-100 mg/kg ketamin. Sikre tilstrekkelig sedasjon for riktig oppkjøp av ekkobilder av god kvalitet.
MERK: Bruk av isofluran som bedøvelse frarådes for kardiodepressoreffekten, spesielt ved å sette alvorlig belastning for trykk og kan gi et falskt inntrykk av LV-dilatasjon og systolisk dysfunksjon som løser når dyret er avbedøvelse.- Vær forsiktig og administrer halvparten eller til og med en tredjedel av dosen av ketamin hos dyr som ser dyspné og takhypensk ut med mistanke om at de har utviklet HFrEF fenotype.
- Barber håret på brystet, fremre, i det helt bedøvede dyret.
- Legg dyret på ryggen og stabilisere det til plastbrettet.
- Erverve 2D parasternal lang akse og 2D parasternal kort akse visningsklipp på nivået av papillær muskel. Også få M-modus bilder fra den korte parasternal aksen visning på nivået av papillary muskelen for å måle LV septal og bakre veggtykkelse i diastole samt LV end-diastolisk og end-systolisk diameter.
- Få bilder eller klipp med en hjertefrekvens på 370 - 420 slag per minutt for å sikre riktig vurdering av LV størrelse og funksjon. Oppkjøp av bilder til lavere hjertefrekvenser vil føre til et falskt inntrykk av deprimert LV-funksjon og LV-utvidelse.
MERK: Oppkjøp av forkortet 2D lang parasternal akse visning bilder / klipp fører til falske målinger. For kvalitetskontrollformål må du kontrollere at LV-toppunktet og aorto-mitralvinkelen visualiseres innenfor samme plankutt. - Erverve 2D korte parasternal aksen vise bilder / klipp på nivået av midten papillær muskel. Dette vil fungere som en referanse for å oppnå pålitelige serie- og påfølgende LV-målinger mens du følger dyrene over tid gjennom hele studieperioden.
- Få bilder eller klipp med en hjertefrekvens på 370 - 420 slag per minutt for å sikre riktig vurdering av LV størrelse og funksjon. Oppkjøp av bilder til lavere hjertefrekvenser vil føre til et falskt inntrykk av deprimert LV-funksjon og LV-utvidelse.
- Få M-modus bilder i lang parasternal akse visning på nivået av aortaven for å vurdere den relative aorta til venstre atrium (LA) diameter på slutten systole.
MERK: Dyr med MOD og HFrEF fenotyper bør vise tegn på LA-dilatasjon med LA/Ao-forhold som ≥1,25 og <1,5 i MOD HF fenotype og ≥1,5 i HFrEF fenotype10.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Karakterisering av HF fenotyper, som utvikler 8-12 uker etter AAB, kan lett utføres via ekkokardiografi. Representative M-modus bilder av Sham, Uke 3 post-AAB, MOD og HFrEF fenotyper er presentert i figur 1A. Figur 1B og figur 1C viser vaskulær klipsstørrelse for opprettelsen av mod HF fenotype og HFrEF fenotype, henholdsvis. LV end-diastolisk (LVEDV) og end-systolisk (LVESV) volumer kan beregnes ved hjelp av formler av området lengde metode: V = 5 / 6 × A × L, hvor V er volumet i ml; A er tverrsnittsområdet i LV-hulrommet i cm2, hentet fra den korte parasternal aksen visning på nivået av mid-papillary muskel i diastole (Ad) og i systole (Som); og L er lengden på LV hulrommet i cm, målt fra den lange parasternal aksen visning som avstanden fra endokardial LV apex til mitral-aortic krysset i diastole (Ld) og i systole (Ls). Representative 2D lang parasternal akse og korte parasternal akse ekkokardiografi bilder, med illustrasjon på hvordan du måler Ld, Ls, Ad og As, i Sham og MOD HF fenotype er presentert i figur 2. LVEDV i MOD HF fenotype varierer vanligvis mellom 600 - 700 μL, med svært få dyr som har LVEDV større enn 700 μL og opptil 1000 μL; mens LVESV i MOD fenotype varierer mellom 120 - 160 μL (Tabell 1). Fra 2D kort parasternal akse visning ekkokardiografi bilder presentert i figur 2, man kunne sette pris på graden av LVH i MOD fenotype i forhold til sham. Representative trykkvolumsløyfesporinger av Sham, Uke 3 post-AAB, MOD og HFrEF fenotyper presenteres i figur 3. LV maksimumstrykk er minst 200 mmHg, selv ved uke 3 post-AAB, og øker ytterligere i uke 8 post-AAB på grunn av mismatch mellom veksten av dyret og aorta og den faste opprettet stenose i stigende aorta. Legg merke til at dyrene i uke 3 etter AAB er fullt ut kompensert med skift av LVEDV og LVESV til venstre i forhold til sham. Med progressiv eksentrisk hypertrofi og ombygging, er det et skifte i LVEDV og LVESV til høyre i MOD og HFrEF fenotyper sammenlignet med uke 3 etter AAB. Man kan også sette pris på den betydelige økningen i LVESV i MOD fenotype og den dype økningen i LVESV i HFrEF fenotype, som gjenspeiler den betydelige og dype reduksjonen i slagvolum og LVEF i MOD og HFrEF fenotyper, henholdsvis sammenlignet med uke 3 post-AAB. Videre kan man sette pris på den betydelige økningen i LVEF i uke 3 etter AAB og den betydelige nedgangen i LVEF i HFrEF fenotype sammenlignet med sham.
Rottepo-indusert HF-modellen er forbundet med høy dødelighet og sviktrater. Bare ca 20% av rotter som gjennomgår AAB, med en vaskulær klips på 2 mm2 i intern diameter, vil overgang for å utvikle MOD HF fenotype. Representative M-modus bilder av de mislykkede fenotypene er presentert i figur 4. Figur 4A viser representative M-modus bilder av dyr som ikke utviklet LVH i uke 8 post-AAB, og hadde helt mistet PO med fullstendig regresjon av LVH (sham-lignende) eller hadde variabel grad av LVH og PO i uke 8 post-AAB forårsaker en mild-moderat LVH fenotype. Den andre mislykkede fenotypegruppen presenteres i figur 4B som viser representative M-modusbilder av dyr med alvorlig PO (LV-maksimalt trykk > 200 mmHg) og alvorlig LVH som forble kompensert uten bevis for eksentrisk ombygging, konsentrisk ombygging (CR) gruppe, eller med en mild (MILD gruppe) eksentrisk remodeling. Ekkokardiografi og hemodynamiske data av sham, mislyktes, og vellykket / ønsket fenotyper er presentert i figur 5 og tabell 1. Legg merke til de progressive økningene i hjertevekt og LV vekt som dyrene overgang fra en kompensert fenotype til en mer eksentrisk og ombygd fenotype. Det er også en eksponentiell økning i LVESV og reduksjon i LVEF som dyrene overgang fra en kompensert konsentrisk ombygging til en dekompensert eksentrisk ombygd fenotype. Av særlig interesse er at både MOD og HFrEF HF fenotyper har en tilsvarende grad av hjerteinfarkt stivhet målt ved stivhet-koeffisient β av end-diastolisk trykkvolum forhold (EDPVR (mmHg / μL)) sammenlignet med alle de andre fenotypene, mens det er en gradvis reduksjon i LV effektivitet som dyrene overgang til en mer eksentrisk ombygd fenotype. LV effektivitet beregnes fra end-systolisk trykk volum forholdet (ESPVR) delt på arteriell elastance (EA). Til tross for at det ikke er noen signifikant statistisk forskjell i ESPVR og ESPVR / EA mellom MOD og HFrEF fenotyper og sham-gruppen, er dette feilaktig tilfelle som MOD og HFrEF fenotyper har et betydelig høyere LV end-systolisk trykk sammenlignet med sham, noe som gjør ESPVR skråningen feilaktig brattere med skift i V0 til høyre i forhold til sham. Videre, når MOD og HFrEF fenotyper sammenlignes med kompensert og konsentrisk ombygd fenotyper, som har samme grad av PO, så man kunne sette pris på den betydelige og progressive økningen i LVESV og slipp i ESPVR og ESPVR / EA med progressiv eksentrisk ombygging, som observert i MOD og HFrEF fenotyper sammenlignet med CR og MILD fenotyper (Figur 5 og tabell 1).
Figur 1: Representativ hjertesvikt fenotyper i uke 8 etter stigende aortabanding. (A) Representative M-modus bilder av sham dyr, dyr tre uker etter stigende aortabanding (AAB) og åtte uker etter AAB. Figur 1A har blitt modifisert fra Chaanine et al., American Journal of Physiology-Heart og Circulatory physiology, 2016. (B) Vaskulær klipsstørrelse for etablering av alvorlig venstre ventrikulær hypertrofi (LVH) med moderat eksentrisk ombygging (MOD). (C) Vaskulær klipsstørrelse for oppretting av alvorlig LVH med overt systolisk hjertesvikt (HFrEF). Tall 1B og 1C er innhentet og modifisert fra Chaanine et al., Metoder i molekylærbiologi, 2018. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: Beregning av venstre ventrikkelvolumer ved ekkokardiografi ved hjelp av områdelengdemetoden. Representative 2D lang parasternal og 2D kort parasternal akse vis ekkokardiografi bilder for å måle venstre ventrikulær (LV) hulrom lengde i diastole (Ld) og i systole (Ls) og LV hulrom tverrsnittsområde i diastole (Ad) og i systole (Som) for å beregne LV volumer på slutten av diastole og systole. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3: Trykkvolumsløyfesporinger ble oppnådd via et 1,9 F rottetrykkvolumkateter ved hjelp av det åpne brystet og venstre ventrikulære ariske punkteringstilnærming. Representative trykkvolumsløyfesporinger i Sham, uke 3 etter AAB, MOD og HFrEF fenotyper i uke 8 etter AAB. Figuren er endret fra Chaanine et al., Sirkulasjon: Hjertesvikt, 2013. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 4: Opplevde fenotyper ved uke 8 etter AAB med manglende utvikling av ønsket hjertesvikt fenotype(er). (A) Representative M-modus bilder av dyr som mistet trykkoverbelastning (PO) og ikke utviklet LVH (Sham-lignende) og de med variabel PO og LVH (mild-moderat LVH) fenotyper. (B) Representative M-modus bilder av dyr som utviklet alvorlig PO, LVH og konsentrisk remodeling (CR), men uten (CR) eller med mild (MILD) eksentrisk remodeling fenotyper. Figur 4B er endret fra Chaanine et al., Journal of American Heart Association, 2017. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 5: Ekkokardiografi og trykkvolumsløyfeparametere i de forskjellige fenotypene. Data presenteres som individuelle verdier (prikker) med median (horisontal linje) i de forskjellige fenotypene ved uke 8 etter AAB. Statistiske analyseresultater av de presenterte dataene i de ulike fenotypene er vist i tabell 1. LVESV: venstre ventrikulær endesystolisk volum, LVEF: venstre ventrikulær utstøtingsfraksjon, EDPVR: end-diastolisk trykkvolumforhold, ESPVR: end-systolisk trykkvolumforhold, EA: arteriell elastering. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
| Sham (n=5) | Sham-lignende (n=5) | Mild-mod LVH (n=8) | CR (n=11) | MILD (n=14) | MOD (n=14) | HFrEF (n=5) | |
| Kroppsvekt (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 ± 1,23a | 2,62 ± 0,55 | *1,63 ± 0,41 d | 0,82 ± 0,24c,d,e |
| Data presenteres som gjennomsnittlig ± standardavvik. Statistisk analyse ble utført ved hjelp av enveis ANOVA. P < 0,05 ble ansett som signifikant. | |||||||
| aP < 0,05 mot 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: hjertevekt, LVW: venstre ventrikulær vekt, RVW: høyre ventrikulær vekt, IVSd: septal veggtykkelse i diastole, LVPWd: venstre ventrikulær bakre veggtykkelse i diastole. LVEDV: venstre ventrikulær endediastolisk volum, LVESV: venstre ventrikulær endesystolisk volum, LVEF: venstre ventrikulær utstøtingsfraksjon, LVPmax: venstre ventrikulær maksimalt trykk, EDPVR: end-diastolisk trykkvolumforhold, ESPVR: end-systolisk trykkvolumforhold, EA: arteriell elastance. | |||||||
Tabell 1: Ekkokardiografi og trykkvolumparametere i Sham, Sham-lignende, Mild-moderat LVH, CR, MILD, MOD og HFrEF fenotyper.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Etter PO relatert til AAB i rotte, LV gjennomgår konsentrisk ombygging ved å øke LV veggtykkelse, kjent som konsentrisk LVH, som en kompenserende mekanisme for å motvirke for økningen i LV vegg stress. Økning i LV veggtykkelse blir merkbar i løpet av den første uken etter AAB og når sin maksimale tykkelse på 2-3 uker etter AAB. I løpet av denne tidsperioden fører aktivering av maladaptive signaltransduksjonsveier til progressiv utvidelse av LV med økninger i LV-volumer, en prosess kjent som eksentrisk hypertrofi eller ombygging. Det forventes at HF fenotype i rotte utvikler seg rundt 8 uker etter AAB hos de fleste dyrene med få av dem som utvikler HF ved uke 12 etter AAB. To HF fenotyper oppstår avhengig av alvorlighetsgraden av AAB. MOD fenotype oppnås via etableringen av stigende aortabånd (AAB) med et vaskulærklips på 2 mm2 i intern diameter, mens opprettelsen av HFrEF fenotypen krever AAB med et strammere vaskulærklips på 1,5 mm2 i intern diameter. Det er viktig å utføre ekkokardiografi på 2-3 uker etter stigende aortabånd for å verifisere tilstedeværelsen av alvorlig konsentrisk LVH. Alvorlig LVH er definert som LV septal og bakre veggtykkelse ≥ 1,5 ganger normal (0,19 cm), og vanligvis varierer mellom 0,27 - 0,3 cm. Dyr som ikke utvikler alvorlig LVH ved uke 3 etter AAB, vil bli ansett som å ha mislykket AAB og bør ikke følges deretter. De som har utviklet alvorlig LVH i uke 3 etter AAB, vil gjennomgå ekkokardiografi i uke 8 etter AAB for å vurdere for utvikling av ønsket HF fenotype. Det er ikke sjelden å møte dyr som hadde alvorlig LVH i uke 3 etter AAB å ha regresjon eller oppløsning av LVH i uke 8 etter AAB, av grunner som vi vil ta opp i den siste delen av diskusjonen. Dyr med alvorlig LVH og konsentrisk ombygging uten eller med mild eksentrisk ombygging i uke 8 etter AAB, derfor CR og MILD fenotyper, henholdsvis, er usannsynlig å utvikle videre eksentrisk ombygging selv om de følges i en utvidet måned eller to. De som er i mellom MILD og MOD fenotype, kan utvikle MOD HF fenotype hvis de følges i en måned.
PO rottemodellen kan være frustrerende på grunn av tilhørende høye dødelighets- og sviktrater10, til tross for bruk av en standardisert vaskulær klipsstørrelse og kirurgisk teknikk, som også legger til forskningskostnadene, på grunn av det store antallet dyr som må gjennomgå AAB for å oppnå ønsket målnummer (n), og hvor lenge dyrene må følges før de utvikler ønsket HF fenotype. Unnlatelse av å utvikle alvorlig LVH er relatert til enten mislykket banding eller banding av riktig brachiocephalic arterie i stedet for aorta, som ikke er uvanlig. Regresjon og/eller oppløsning av alvorlige LVH i påfølgende oppfølgingsvurderinger er relatert til aneurismedannelse og peri-band aortaremodellering som fører til tap i alvorlighetsgraden av PO9. Det er fortsatt uklart hvorfor dyr med alvorlig LVH og PO utvikler fenotypisk variasjon i forhold til eksentrisk ombygging til tross for å ha samme klippstørrelse, kjønn og belastning. Det anbefales å visualisere den stigende aorta en skjerm for peri-band aorta remodeling og aneurysmal formasjon. Dyr som utvikler stigende aortaaneurisme ≥ 1 cm i diameter, bør euthanized, da dette vil føre til dyspné og nød for dyret på grunn av impingement på omkringliggende strukturer. Det anbefales også å se etter turbulent flyt over bandet etter farge Doppler, men dessverre presis estimering av trykkgradient over bandet ved kontinuerlig Doppler er ikke mulig på grunn av manglende evne til å justere den kontinuerlige Doppler med blodstrømmen retning i stigende aorta.
MOD er en attraktiv HF fenotype og utgjør en utvikling av den tradisjonelt opprettede HFrEF fenotype som det gjør det mulig for målretting av signal transduksjon ser som spiller rolle i myokard remodeling tidlig i sykdomsprosessen, spesielt når det gjelder perturbasjoner i mitokondriedynamikk og funksjon, hjerteinfarkt metabolisme og kalsiumsykling og ekstracellulær matrise remodeling og hjerteinfarkt stivhet; funksjoner som er svært tydelig i MOD HF fenotype11. Også tidlig postoperativ dødelighet (definert som dødelighet i de første 7 dagene etter AAB) er lavere med klipsstørrelsen på 2 mm2, for etablering av MOD fenotype, enn klippestørrelsen på 1,5 mm2, for etablering av HFrEF fenotype10, (5% vs 21%, P = 0.009 ved hjelp av Fishers eksakte test). Suksessraten mellom de to klippstørrelsene, for opprettelsen av MOD og HFrEF fenotyper, er imidlertid ikke statistisk signifikant10, (20% vs 13%, P = 0,56 ved hjelp av Fishers eksakte test). Videre er aortabånd av vaskulær klipp en fordel over aortabandingen ved å stramme en nylonsutur mot en 27 G nål, en teknikk som ofte brukes til å begrense tverrgående aorta hos mus, fordi det er mindre variasjon i klipsstørrelse og mindre traumer til aorta sammenlignet med suturteknikken.
PO-modellen av HF er en fordel over myokardinfarkt (MI) modellen av HF fordi den PO-induserte omkretsen og meridional veggstress er homogent fordelt på alle segmenter av myokardiet. Imidlertid lider begge modellene av variasjon i alvorlighetsgraden av PO10,11 og i infarkt størrelse13,14 sammen med intens betennelse og arrdannelse på det infarktstedet15 samt vedhendetil brystveggen og omkringliggende vev observert i MI-modellen av HF. Videre er rottePO indusert HF-modellen utfordrende å skape da den er forbundet med høy dødelighet og sviktrater10, med bare 20% av de opererte rotter som utvikler MOD HF fenotype10. Sammenlignet med den spontant hypertensive rottemodellen (SHR), er den PO-induserte HF-modellen en bedre modell for å studere veier relatert til myokardremodellering. Økningen i etterlast og myokardveggstress i systole er mye høyere i po-indusert HF-modellen enn SHR-modellen. Det tar omtrent to år for SHR å utvikle systolisk HF og mekanismen for systolisk HF er ikke helt kjent og er forvirret av aldring16. SHR-modellen og andre modeller av hypertensjon, som DOCA-saltmodellen, brukes oftere til å undersøke mekanismer og terapier relatert til hypertensjon og muligens diastolisk dysfunksjon16.
Til slutt er MOD HF fenotype en attraktiv modell for å studere signaltransduksjonsveier i sammenheng med myokardremodellering og kan brukes til bruk og testing av potensielle terapeutiske strategier, før validering av deres effekt i store dyremodeller og i menneskelig hjertesvikt.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Alle forfattere rapporterer ingen interessekonflikt.
Acknowledgments
NIH gi 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).
