Ein Rattenmodell von Drucküberlastung induziert moderate Remodeling und systolische Dysfunktion im Gegensatz zu overt systolische Herzinsuffizienz

Summary

Wir beschreiben die Erstellung eines Rattenmodells von drucküberlastinduzierter moderater Umgestaltung und frühsystolischer Dysfunktion, bei der Signaltransduktionswege aktiviert werden, die an der Einleitung des Umbauprozesses beteiligt sind. Dieses Tiermodell wird bei der Identifizierung molekularer Ziele für die Anwendung von frühtherapeutischen Anti-Remodeling-Strategien für Herzinsuffizienz helfen.

Abstract

Als Reaktion auf eine Verletzung wie Myokardinfarkt, verlängerte Hypertonie oder ein kardiotoxisches Mittel passt sich das Herz zunächst durch die Aktivierung von Signaltransduktionswegen an, um kurzfristig dem Herzmyozytenverlust und der Zunahme von Wandstress entgegenzuwirken. Eine längere Aktivierung dieser Bahnen wird jedoch nachteilig, was zur Einleitung und Ausbreitung des Herzumbaus führt, was zu Veränderungen der linksventrikulären Geometrie und zu einer Zunahme der linksventrikulären Volumina führt; phänotyp bei Patienten mit systolischer Herzinsuffizienz (HF). Hier beschreiben wir die Erstellung eines Rattenmodells von Drucküberlastung induzierte moderate Remodellierung und frühe systolische Dysfunktion (MOD) durch aufsteigende Aortenbanding (AAB) über einen Gefäßclip mit einem innenfläche von 2 mm². Die Operation wird in 200 g Sprague-Dawley Ratten durchgeführt. Der MOD HF-Phänotyp entwickelt sich 8-12 Wochen nach AAB und wird durch Echokardiographie nichtinvasiv charakterisiert. Frühere Arbeiten schlagen die Aktivierung von Signaltransduktionswegen und veränderter Genexpression und posttranslationalen Modifikationen von Proteinen im MOD HF-Phänotyp vor, die diejenigen imitieren, die im humanen systolischen HF gesehen werden; daher ist der MOD HF Phänotyp ein geeignetes Modell für die translationale Forschung, um potenzielle therapeutische Anti-Remodeling-Ziele in HF zu identifizieren und zu testen. Die Vorteile des MOD HF Phänotyps gegenüber dem unüben systolischen HF-Phänotyp besteht darin, dass er die Identifizierung molekularer Ziele ermöglicht, die am frühen Umbauprozess beteiligt sind, und die frühe Anwendung therapeutischer Interventionen. Die Einschränkung des MOD HF Phänotyps ist, dass er das Spektrum der Krankheiten, die zu systolischen HF beim Menschen führen, möglicherweise nicht imitiert. Darüber hinaus ist es ein anspruchsvoller Phänotyp zu schaffen, da die AAB-Operation mit hoher Mortalität und Ausfallraten verbunden ist, wobei nur 20% der operierten Ratten den gewünschten HF-Phänotyp entwickeln.

Introduction

Herzinsuffizienz (HF) ist eine weit verbreitete Krankheit und ist mit hoher Morbidität und Mortalität^{verbunden 1}. Nagetier-Druck-Überlast-Modelle (PO) von HF, die durch aufsteigende oder transversale Aortenbanding hergestellt werden, werden häufig verwendet, um molekulare Mechanismen zu erforschen, die zu HF führen, und um potenzielle neuartige therapeutische Ziele in HF zu testen. Sie imitieren auch Veränderungen, die bei humanem HF sekundär zu längerer systemischer Hypertonie oder schwerer Aortenstenose beobachtet wurden. Nach PO nimmt die linke ventrikuläre (LV) Wand allmählich an Dicke zu, ein Prozess, der als konzentrische LV-Hypertrophie (LVH) bekannt ist, um die Erhöhung der LV-Wandspannung zu kompensieren und anzupassen. Dies ist jedoch mit der Aktivierung einer Reihe von maladaptiven Signalwegen verbunden, die zu Derangements im Kalziumkreislauf und Homöostase, metabolischer und extrazellulärer Matrix-Umgestaltung und Veränderungen der Genexpression sowie verbesserter Apoptose und Autophagie^2,3,4,5,6führen. Diese molekularen Veränderungen sind der Auslöser für die Initiierung und Ausbreitung des myokardischen Umbaus und des Übergangs in einen dekompensierten HF-Phänotyp.

Trotz der Verwendung von inzuchtfarbenen Nagetierstämmen und der Standardisierung der Clipgröße und der chirurgischen Technik gibt es eine enorme phänotypische Variabilität in der LV-Kammerstruktur und -funktion in den Aortenbandmodellen^7,8,9. Die phänotypische Variabilität nach PO in Ratte, Sprague-Dawley-Stamm, wird an anderer Stelle beschrieben^10,11. Von diesen, zwei HF-Phänotypen sind mit Beweisen für myokarddiale Remodellierung und Aktivierung von Signaltransduktionswegen, die zu einem Zustand von erhöhtem oxidativem Stress. Dies ist verbunden mit metabolischer Umgestaltung, veränderter Genexpression und Veränderungen in der posttranslationalen Modifikation von Proteinen, die insgesamt eine Rolle im Umbauprozess^{spielen 10,12}. Der erste ist ein Phänotyp der moderaten Umgestaltung und frühen systolischen Dysfunktion (MOD) und der zweite ist ein Phänotyp von overt systolischen HF (HFrEF).

Das PO-Modell von HF ist vorteilhaft gegenüber dem Myokardinfarktmodell (MI) von HF, da die PO-induzierten Umfangs- und Meridionalwandspannungen homogen auf alle Segmente des Myokards verteilt sind. Beide Modelle leiden jedoch an Variabilität in der Schwere von PO^10,,11 und in Infarktgröße^13,14 zusammen mit intensiven Entzündungen und Narben bildung an der Infarktstelle¹⁵ sowie Haftung an der Brustwand und umgebenden Geweben, die im MI-Modell von HF beobachtet werden. Darüber hinaus ist das Ratten-PO-induzierte HF-Modell eine Herausforderung zu schaffen, da es mit einer hohen Sterblichkeit und Ausfallraten^{von 10}verbunden ist, wobei nur 20% der operierten Ratten den MOD HF-Phänotyp¹⁰entwickeln.

Der MOD ist ein attraktiver HF-Phänotyp und stellt eine Weiterentwicklung des traditionell erstellten HFrEF-Phänotyps dar, da er eine frühzeitige Ausrichtung von Signaltransduktionswegen ermöglicht, die eine Rolle bei der Myokard-Remodellierung spielen, insbesondere wenn es um Störungen in der mitochondrialen Dynamik und Funktion, myokarden Stoffwechsel, Kalzium-Zyklus und extrazellulären Matrix-Remodeling geht. Diese pathophysiologischen Prozesse sind beim MOD HF Phänotyp¹¹sehr deutlich. In diesem Manuskript beschreiben wir, wie man die MOD- und HFrEF-Phänotypen erstellt, und wir behandeln Fallstricke bei der Durchführung des aufsteigenden Aortenbandings (AAB). Wir erläutern auch, wie wir die beiden HF-Phänotypen MOD und HFrEF am besten durch Echokardiographie charakterisieren können und wie man sie von anderen Phänotypen unterscheidet, die keine schwere PO entwickeln oder schwere PO- und konzentrische Umbauten entwickeln, aber ohne signifikante exzentrische Umgestaltung.

Protocol

Alle hier beschriebenen Methoden und Verfahren wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) der Tulane University School of Medicine genehmigt.

1. Werkzeuge und Instrumente für die Erstellung von AAB-Modellen

1. Besorgen Sie sich Desinfektionsmittel wie 70% Isopropylalkohol und Povidon-Jod.
2. Erhalten Sie Ketamin und Xylazin für Anästhesie und Buprenorphin für Analgesie.
3. Erhalten Sie ein Heizkissen und schwere Saugfähigkeit Einweg-Unterpad mit den Abmessungen von 18 Zoll x 30 Zoll.
4. Erhalten Sie eine 100% Baumwoll-Bindfädenrolle, ein Klebeband und einen Haarschneider.
5. Erhalten Sie eine 20 cm x 25 cm Kunststoffplatte, Dicke Bereich zwischen 3-5 mm.
6. Erhalten Sie einen Z-LITE Glasfaser-Beleuchtungser.
7. Besorgen Sie sich ein mechanisches Beatmungsgerät für Kleintiere (z. B. SAR-830/AP).
8. Erhalten Sie 2-0 und 3-0 Vicryl Verjüngung Nähte und Nylon 3-0 Monofilament Naht, sterile Gaze Pads und sterile extra große Baumwollspitzen und sterile Handschuhe.
9. Erhalten Sie 16 G Angiocath für die Intubation.
10. Kaufen Sie die folgenden chirurgischen Werkzeuge.
    1. Besorgen Sie sich eine Weck Edelstahl-Hemoclip-Ligation und Edelstahl-Ligating-Clips.
    2. Erhalten Sie gehärtete feine Irisschere.
    3. Erhalten Sie Adson Zangen.
    4. Erhalten Sie zwei gekrümmte Graefe Zangen.
    5. Besorgen Sie sich eine Halsted-Mosquito Hemostats-straight Zange.
    6. Erhalten Sie einen Mayo-Hegar Nadelhalter.
    7. Erhalten Sie einen Alm Brustretraktor mit stumpfen Zähnen.
11. Verwenden und erhalten Sie einen Autoklaven und einen Perlensterilisator.

2. Aufsteigende Aortenbanding chirurgischen Eingriff

1. Anästhesisieren Sie das Tier mit einer intraperitonealen Injektion einer Mischung aus 75-100 mg/kg Ketamin und 10 mg/kg Xylazin.
   HINWEIS: Lassen Sie ein paar Minuten, damit das Tier vollständig sediert und schlaff ist. Wenn die Anästhesiedosis nicht ausreicht und sich das Tier immer noch im Käfig bewegt, injizieren Sie das Tier mit der gleichen Anästhesiedosis, nachdem es genügend Zeit gelassen hat, etwa 5-10 Minuten zwischen den nachfolgenden Injektionen. Die meisten Tiere benötigen 1-2 Injektionen, um eine tiefe Sedierung und Anästhesie zu erreichen.
2. Rasieren Sie das Haar an der chirurgischen Stelle im rechten seitlichen Brustbereich unter der rechten Achselhöhle.
3. Stabilisieren Sie das Tier, indem Sie alle vier Gliedmaßen sanft auf das Plastikbrett kleben. Dann führen Sie endotracheale Intubation mit einem 16 G Angiocath. Nachdem das Tier erfolgreich intubiert wurde, initiieren Sie eine mechanische Belüftung mit Gezeitenvolumen von 2 ml bei 50 Zyklen/min und FiO₂ von 21%. Achten Sie auf den symmetrischen Anstieg in der Brustwand mit jedem Atemzug.
4. Drehen Sie das Tier langsam auf der linken Seitenseite liegen, und biegen Sie dann den Schwanz in einer U-Form-Manier und stabilisieren Sie es, indem Sie es sanft auf das Plastikbrett kleben. Dann gehen Sie vor und desinfizieren Sie den rasierten Bereich mit topischer Anwendung von Povidon-Jod.
5. Infiltrieren Sie die Haut an der Einschnittstelle mit 50/50 Mischung nach Volumen von 1-2% Lidocain/0,25-0,5 % Bupivacaine als präventive Analgesie, bevor sie den Schnitt macht.
6. Führen Sie einen rechten horizontalen Hautschnitt, 1-2 Zentimeter lang, im rechten Achselbereich 1 cm unterhalb der rechten Achselhöhle durch. Dann sezieren Sie die thorakale Muskelschicht, bis sie den Brustrippenkäfig erreicht. Machen Sie eine 1 cm Thorakotomie zwischen dem^2. und^3. Rippenkäfig.
   1. Achten Sie beim Sezieren der Muskelschicht der Brust darauf und vermeiden Sie Verletzungen der rechten Achselarterie, die unter der rechten Achselhöhle verläuft.
      HINWEIS: Die Thorakotomie, die zwischen der^1. und der^2. Rippe durchgeführt wird, birgt das Risiko, die rechte brachiocephalische Arterie anstelle der aufsteigenden Aorta zu bandieren. Die Thoraxtomie zwischen der^3. und der vierten Rippe macht es schwierig, die aufsteigende Aorta zu visualisieren und zu bandieren, da der Bediener auf das rechte Atrium schaut.
      HINWEIS: Vermeiden Sie es, die Thorakotomie zu medial auf das Brustbein auszudehnen, um zu vermeiden, dass die rechte innere Brustarterie seziert und verletzt wird.
7. Sezieren Sie die beiden Lappen der Thymusdrüse sanft und schieben Sie sie seitlich auseinander. Identifizieren Sie dann die aufsteigende Aorta und isolieren Sie sie durch stumpfe Zerlegung durch eine gekrümmte Graefe-Zange von der überlegenen Vena cava.
   HINWEIS: Signifikante Manipulation der Thymusdrüse wird es geschwollen und macht es schwierig, die aufsteigende Aorta zu visualisieren.
   1. Sezieren Sie die überlegene Vena cava aus der Aorta mit besonderer Vorsicht, um Verletzungen oder Brüche der überlegenen Vena cava zu vermeiden, die tödlich ist. Dies kann der schwierigste Teil des Verfahrens sein und wird von Zeit zu Zeit auch in den meisten erfahrenen Händen passieren, aber oft mit Anfängern und Lernenden.
8. Heben Sie sanft die aufsteigende Aorta mit einer gekrümmten Graefe Zange an und platzieren Sie den Gefäßclip um die aufsteigende Aorta.
   1. Stellen Sie das vaskuläre Hämoclip-Ligationswerkzeug über ein vorgeschnittenes 7-Prozent-Stück aus Kunststoff ein, um einen Gefäßclip der gewünschten Innenfläche von 1,5 mm² oder 2 mm²zu erhalten, je nachdem, welches HF-Modell gewünscht wird.
9. Den Thorax über eine Vicryl 2-0 Monofilament-Naht besonen. Dann die Muskelschicht der Brust über eine 3:0 Vicryl Verjüngung Naht. Dann den Hautschnitt über eine Nylon 3-0 Monofilament-Naht verankern.
10. Verabreichen Sie eine Kombination der folgenden Medikamente nach Abschluss der Operation für 48-72 Stunden, um als Analgesie in der postoperativen Periode zu dienen: 1) Buprenorphin 0,01-0,05 mg/kg subkutan alle 8-12h, 2) Meloxicam 2 mg/kg subkutan alle 12h und 3) Morphin 2,5 mg/kg subkutan alle 2-4h, wie bei starken Schmerzen erforderlich.
    HINWEIS: Lassen Sie das Tier auf einem Heizkissen unter regelmäßiger Überwachung erholen. Sobald das Tier Anzeichen einer Erholung von der Anästhesie zeigt (in der Lage, spontan zu atmen - ohne Beweise für Dasappen oder Denuse von Zubehörmuskeln für mehr als zwei Minuten - und hat gute Reflexe, rote und warme Extremitäten), extubieren Sie das Tier und bringen Sie es in den Käfig zurück.

3. Echokardiographie

1. Besen Sie das Tier mit intraperitonealer Injektion von 80-100 mg/kg Ketamin. Stellen Sie eine angemessene Sedierung für die ordnungsgemäße Erfassung von Echobildern guter Qualität sicher.
   HINWEIS: Die Verwendung von Isofluran als Anästhetikum wird für seine Kardiodepressiva-Wirkung abgeraten, insbesondere bei der Einstellung einer starken Drucküberlastung und könnte einen falschen Eindruck von LV-Dilatation und systolischer Dysfunktion vermitteln, die sich auflöst, sobald das Tier aus dem Anästhetikum ist.
   1. Seien Sie vorsichtig und verabreichen Sie die Hälfte oder sogar ein Drittel der Dosis ketamin bei Tieren, die dyspnoisch und tachypinisch aussehen, mit dem Verdacht, dass sie den HFrEF-Phänotyp entwickelt haben.
2. Rasieren Sie die Haare der Brust, vorderlich, in dem vollständig sedierten Tier.
3. Legen Sie das Tier auf den Rücken und stabilisieren Sie es auf dem Kunststoffbrett.
4. Erfassen Sie 2D parasternale lange Achsen- und 2D-parasternale Kurzachsen-Ansichtsclips auf der Ebene des Papillenmuskels. Erhalten Sie auch M-Modus-Bilder aus der kurzen parasternalen Achsenansicht auf der Ebene des Papillenmuskels, um die LV-Septal- und hintere Wanddicke in Diastole sowie den LV-Enddiastol- und End-systolischen Durchmesser zu messen.
   1. Erfassen Sie Bilder oder Clips mit einer Herzfrequenz von 370 - 420 Schlägen pro Minute, um eine ordnungsgemäße Bewertung der LV-Größe und -Funktion zu gewährleisten. Die Erfassung von Bildern mit niedrigeren Herzfrequenzen führt zu einem falschen Eindruck von depressiver LV-Funktion und LV-Dilatation.
      HINWEIS: Die Erfassung von verkürzten 2D-Weitenachsenansichtsbildern/Clips führt zu falschen Messungen. Stellen Sie zur Qualitätskontrolle sicher, dass der LV-Apex und der Aorto-Mitral-Winkel innerhalb desselben Ebenenschnitts visualisiert sind.
   2. Erfassen Sie 2D kurze parasternale Achse Ansicht Bilder / Clips auf der Ebene der mittleren Papillarmuskel. Dies dient als Referenz, um zuverlässige serielle und nachfolgende LV-Messungen zu erhalten, während die Tiere im Laufe des Studienzeitraums verfolgt werden.
5. Erhalten Sie M-Modus-Bilder in langer parasternaler Achsenansicht auf der Ebene der Aortenklappe, um den relativen Aorten-links-Atrium-Durchmesser (LA) am Ende der Systole zu bewerten.
   ANMERKUNG: Tiere mit den Mod- und HFrEF-Phänotypen sollten Hinweise auf eine LA-Dilatation mit einem LA/Ao-Verhältnis von 1,25 und <1,5 im MOD HF-Phänotyp und 1,5 € beim HFrEF-Phänotyp¹⁰aufweisen.

Representative Results

Die Charakterisierung der HF-Phänotypen, die 8-12 Wochen nach AAB entstehen, könnte leicht über echokardiographie durchgeführt werden. Repräsentative M-Modus-Bilder von Sham, Woche 3 post-AAB, MOD und HFrEF Phänotypen sind in Abbildung 1Adargestellt. Abbildung 1B und Abbildung 1C zeigen die vaskuläre Clipgröße für die Erstellung des MOD HF-Phänotyps bzw. des HFrEF-Phänotyps. Die LV-Enddiastolischen (LVEDV) und endsystolischen (LVESV) Volumina konnten mit den Formeln der Flächenlängenmethode berechnet werden: V=5/6-A-L, wobei V das Volumen in ml ist; A ist der Querschnittsbereich des LV-Hohlraums in cm², erhalten aus der kurzen parasternalen Achsenansicht auf Höhe des Mittelpapillarmuskels in Diastole (Ad) und in Systole (As); und L ist die Länge des LV-Hohlraums in cm, gemessen von der langen parasternalen Achsenansicht als Abstand vom Endokard-LV-Apex zur Mitral-Aorten-Kreuzung in Diastole (Ld) und in Systole (Ls). Repräsentative 2D lange parasternale Achse und kurze parasternale Achse Echokardiographie Bilder, mit Abbildung, wie man Ld, Ls, Ad und As, in Sham und MOD HF Phänotyp zu messen sind in Abbildung 2dargestellt. Der LVEDV im MOD HF-Phänotyp liegt in der Regel zwischen 600 - 700 l, wobei nur sehr wenige Tiere LVEDV größer als 700 l und bis zu 1000 l haben; während der LVESV im MOD-Phänotyp zwischen 120 - 160 l liegt (Tabelle 1). Von den in Abbildung 2dargestellten 2D-Kurzparastern-Achsenansichts-Echokardiographie-Bildern konnte man den LVH-Grad im MOD-Phänotyp im Vergleich zum Schein schätzen. Repräsentative Druck-Volumen-Schleifenverfolgungen der Phänotypen Sham, Woche 3 nach AAB, MOD und HFrEF sind in Abbildung 3dargestellt. Der LV-Maximaldruck beträgt mindestens 200 mmHg, auch in Woche 3 nach AAB, und steigt in Woche 8 nach AAB weiter an, da das Wachstum des Tieres und der Aorta und die fix erzeugte Stenose in der aufsteigenden Aorta nicht übereinstimmen. Beachten Sie, dass die Tiere in Woche 3 nach AAB vollständig mit Verschiebung des LVEDV und LVESV nach links im Vergleich zum Schein kompensiert werden. Bei progressiver exzentrischer Hypertrophie und Umbau gibt es eine Verschiebung in LVEDV und LVESV nach rechts in den MOD- und HFrEF-Phänotypen im Vergleich zu Woche 3 nach AAB. Man konnte auch den signifikanten Anstieg der LVESV im MOD-Phänotyp und den tiefgreifenden Anstieg der LVESV im HFrEF-Phänotyp zu schätzen wissen, der die signifikanten und tiefgreifenden Abnahmen des Hubvolumens und der LVEF bei den MOD- und HFrEF-Phänotypen im Vergleich zu Woche 3 nach AAB widerspiegelt. Darüber hinaus konnte man den signifikanten Anstieg der LVEF in Woche 3 nach AAB und die signifikante Abnahme von LVEF im HFrEF-Phänotyp im Vergleich zum Schein zu schätzen wissen.

Das rattenPO-induzierte HF-Modell ist mit hohen Sterblichkeits- und Ausfallraten verbunden. Nur etwa 20% der Ratten, die AAB durchlaufen, mit einem Gefäßclip von 2 mm² im Innendurchmesser, werden den MOD HF Phänotyp entwickeln. Repräsentative M-Modus-Bilder der fehlgeschlagenen Phänotypen sind in Abbildung 4dargestellt. Abbildung 4A zeigt repräsentative M-Modus-Bilder von Tieren, die in Woche 8 nach AAB keine LVH entwickelt hatten und die PO mit vollständiger Regression von LVH (scheinartig) vollständig verloren hatten oder in Woche 8 nach AAB einen variablen LVH-Grad hatten, was zu einem leicht-moderaten LVH-Phänotyp führte. Die zweite gescheiterte Phänotypgruppe wird in Abbildung 4B dargestellt, die repräsentative M-Modus-Bilder von Tieren mit starkem PO (LV-Maximaldruck >200 mmHg) und schwerer LVH zeigt, die ohne Beweise für exzentrische Umbauten, konzentrische Remodellierung (CR) oder mit einer milden (MILD-Gruppe) exzentrischen Umgestaltung kompensiert blieben. Echokardiographie und hämodynamische Daten der Schein-, Fehl- und erfolgreichen/gewünschten Phänotypen sind in Abbildung 5 und Tabelle 1dargestellt. Beachten Sie die progressiven Erhöhungen des Herzgewichts und des LV-Gewichts, wenn die Tiere von einem kompensierten Phänotyp zu einem exzentrischeren und umgestalteteren Phänotyp übergehen. Außerdem gibt es eine exponentielle Zunahme von LVESV und eine Abnahme der LVEF, wenn die Tiere von einem kompensierten konzentrischen Umbau zu einem dekompensierten exzentrisch umgebauten Phänotyp übergehen. Von besonderem Interesse ist, dass sowohl die MOD- als auch die HFrEF HF-Phänotypen einen ähnlichen Grad an Myokardsteifigkeit aufweisen, wie er anhand des Steifigkeitskoeffizienten des enddiastolischen Druckvolumenverhältnisses (EDPVR (mmHg/L)) im Vergleich zu allen anderen Phänotypen gemessen wird, während die LV-Effizienz allmählich abnimmt, wenn die Tiere zu einem exzentrisch umgestalteten Phänotyp übergehen. Die LV-Effizienz wird aus der endsystolischen Druckvolumenbeziehung (ESPVR) dividiert durch die arterielle Elastanz (EA) berechnet. Obwohl es keinen signifikanten statistischen Unterschied in ESPVR und ESPVR/EA zwischen den MOD- und HFrEF-Phänotypen und der Scheingruppe gibt, ist dies fälschlicherweise der Fall, da die MOD- und HFrEF-Phänotypen einen signifikant höheren LV-Endsystoldruck im Vergleich zum Schein haben, wodurch die ESPVR-Neigung mit der Verschiebung in V0 nach rechts im Vergleich zum Schein falsch steiler ist. Wenn die MOD- und HFrEF-Phänotypen mit den kompensierten und konzentrisch umgestalteten Phänotypen verglichen werden, die den gleichen PO-Grad aufweisen, dann könnte man den signifikanten und progressiven Anstieg von LVESV und Rückgang von ESPVR und ESPVR/EA mit progressiver exzentrischer Umgestaltung, wie bei den MOD- und HFrEF-Phänotypen im Vergleich zu den CR- und MILD-Phänotypen beobachtet wurden, schätzen (Abbildung 5 und Tabelle 1).

Abbildung 1: Repräsentative Herzinsuffizienz-Phänotypen in Woche 8 nach aufsteigender Aortenbanding. (A) Repräsentative M-Modus-Bilder von Scheintieren, Tieren drei Wochen nach aufsteigender Aortenbanding (AAB) und acht Wochen nach AAB. Abbildung 1A wurde von Chaanine et al., American Journal of Physiology-Heart and Circulatory physiology, 2016 geändert. (B) Vaskuläre Clipgröße zur Erstellung einer schweren linksventrikulären Hypertrophie (LVH) mit moderater exzentrischer Umgestaltung (MOD). (C) Vaskuläre Clipgröße zur Erstellung schwerer LVH mit overt systolischer Herzinsuffizienz (HFrEF). Die Abbildungen 1B und 1C wurden von Chaanine et al., Methods in Molecular Biology, 2018 erhalten und modifiziert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: Berechnung der linksventrikulären Volumina durch Echokardiographie nach der Flächenlängenmethode. Repräsentative 2D lange parasternale und 2D kurze parasternale Achsenansicht Echokardiographie-Bilder zur Messung der linksventrikulären (LV) Hohlraumlänge in Diastole (Ld) und in Systole (Ls) und LV Hohlraumquerschnitt in Diastole (Ad) und in Systole (As), um LV-Volumen am Ende von Diastole und Systole zu berechnen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3: Druck-Volumen-Schleifenverfolgungen wurden über einen 1,9 F-Ratten-Druckvolumenkatheter mit dem offenen Brust- und linksventrikulären apischen Punktionsansatz erhalten. Repräsentative Druck-Volumen-Schleifenverfolgungen in Sham, Woche 3 nach AAB-, MOD- und HFrEF-Phänotypen in Woche 8 nach AAB. Figur wurde geändert von Chaanine et al., Circulation: Heart Failure, 2013. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 4: Aufgebrachte Phänotypen in Woche 8 nach AAB mit Deminstand, der den gewünschten Herzinsuffizienz-Phänotyp(n) entwickeln kann. (A) Repräsentative M-Modus-Bilder von Tieren, die die Drucküberlastung (PO) verloren haben und keine LVH (Sham-like) entwickelten, sowie solche mit variablen PO- und LVH-Phänotypen (mild-moderate LVH). (B) Repräsentative M-Modus-Bilder von Tieren, die schwere PO-, LVH- und konzentrische Remodeling (CR) entwickelt haben, jedoch ohne (CR) oder mit milden (MILD) exzentrischen Remodeling-Phänotypen. Abbildung 4B wurde von Chaanine et al., Journal of American Heart Association, 2017 geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 5: Echokardiographie und Druck-Volumen-Loop-Parameter in den verschiedenen Phänotypen. Die Daten werden in Woche 8 nach AAB als Einzelwerte (Punkte) mit Median (horizontale Linie) in den verschiedenen Phänotypen dargestellt. Die statistischen Analyseergebnisse der dargestellten Daten in den verschiedenen Phänotypen sind in Tabelle 1 dargestellt. LVESV: linksventrikuläres endsystolisches Volumen, LVEF: linksventrikuläre Auswurffraktion, EDPVR: enddiastolische Druckvolumenbeziehung, ESPVR: endsystolisches Druckvolumenverhältnis, EA: arterielle Elastanz. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

	Schein (n=5)	Scheinhaft (n=5)	Mild-mod LVH (n=8)	CR (n=11)	MILD (n=14)	MOD (n=14)	HFrEF (n=5)
Körpergewicht (g)	594 x 37	466 bei 66	464 x 22	497 x 43	530 x 59	478 x 39	546 x 18
HW (mg)	1269 bei 124,5	1328 bei 119	1614 bei 177	1645 bei 191a	1821 bei 169a,b	2106 x 292a, b,c,d,e	2897 x 182a, b,c,d,e,f
LVW (mg)	897 x 94	968 x 91	1161 bei 144	1222 bei 152a	1372 bei 135a,b	1580 x 219a, b,c,d,e	1726 x 82a, b,c,d,e
RVW (mg)	218 x 22	218 x 23	266 x 24	239 x 26	249 x 26	283 x 42a, b	565 x 76a, b,c,d,e,f
IVSd (cm)	0,19 € 0,01	0,21 € 0,01	0,23 bei 0,01a	0,29 x 0,01a, b,c	0,28 x 0,02a, b,c	0,28 x 0,01a, b,c	0,28 x 0,02a, b,c
LVPWd (cm)	0,20 x 0,01	0,21 x 0,02	0,24 x 0,01a, b	0,29 x 0,02a, b,c	0,28 x 0,02a, b,c	0,28 x 0,01a, b,c	0,30 x 0,02a, b,c
LVEDV (l)	560,5 € 25,8	570 x 32	668 bei 143	442 x 42,c	583 x 45d	697 bei 129d,e	881,5 x 55,7a, b,c,d,e,f
LVESV (l)	105,9 € 8,9	93 x 15	111 x 20	59 x 7a, b,c	85,3 bei 10,6 d	139,7 x 22,5 a, b,c,d,e	319,2 x 51,5a, b,c,d,e,f
LVEF (%)	81,1 x 1,2	83,7 € 2,9	83,1 x 2,5	86,5 x 2,2a, c	85,4 x 1,7a	79,8 x 1,9b, c,d,e	64,1 x 3,6a, b,c,d,e,f
LVPmax (mmHg)	121 x 19	126 x 23	186 x 23a, b	218 x 18a, b	221 x 22a, b,c	*234 x 25a, b,c	262 x 16a, b,c,d,e
EDPVR (mmHg/l)	0,018 € 0,005	0,017 € 0,004	0,041 € 0,013	0,043 € 0,017	0,039 € 0,015	*0,068 x 0,025a, b,c,d,e	0,079 bei 0,017a, b,c,d,e
ESPVR/EA	1,57 € 0,67	1,96 € 0,61	2,63 € 1,52	3,35 x 1,23 a	2,62 € 0,55	*1,63 bei 0,41 d	0,82 x 0,24c, d,e
Die Daten werden als Mittelwert dargestellt, Standardabweichung. Die statistische Analyse wurde mit einwegigem ANOVA durchgeführt. P < 0,05 wurde als signifikant angesehen.
aP < 0.05 gegen Schein
bP < 0.05 gegen Sham-like
cP < 0.05 gegen Mild-Modearte LVH
dP < 0,05 gegen CR
eP < 0,05 gegen MILD
fP < 0,05 gegen MOD
*n=6
Abkürzungen: HW: Herzgewicht, LVW: linkes ventrikuläres Gewicht, RVW: rechtes ventrikuläres Gewicht, IVSd: Septumwanddicke in Diastole, LVPWd: linksventrikuläre hintere Wanddicke in Diastole. LVEDV: linksventrikuläres enddiastolisches Volumen, LVESV: linksventrikuläres endsystolisches Volumen, LVEF: linksventrikuläre Auswurffraktion, LVPmax: linksventrikulärer Maximaldruck, EDPVR: enddiastolisches Druckvolumenverhältnis, ESPVR: endsystolisches Druckvolumenverhältnis, EA: arterielle Belastung.

Tabelle 1: Echokardiographie und Druckvolumenparameter in Sham-, Schein-, Mild-moderaten LVH-, CR-, MILD-, MOD- und HFrEF-Phänotypen.

Discussion

Nach dem Po im Zusammenhang mit AAB bei Ratten wird das LV konzentrisch umgebaut, indem die LV-Wanddicke, die so genannte konzentrische LVH, als Kompensationsmechanismus erhöht wird, um der Erhöhung der LV-Wandspannung entgegenzuwirken. Die Erhöhung der LV-Wanddicke macht sich in der ersten Woche nach AAB bemerkbar und erreicht ihre maximale Dicke bei 2-3 Wochen nach AAB. Während dieses Zeitraums führt die Aktivierung maladaptiver Signaltransduktionswege zu einer fortschreitenden Vergrößerung des LV mit einer Erhöhung der LV-Volumen, einem Prozess, der als exzentrische Hypertrophie oder Remodellierung bekannt ist. Es wird erwartet, dass sich der HF-Phänotyp bei Ratten etwa 8 Wochen nach AAB bei den meisten Tieren entwickelt, wobei nur wenige von ihnen HF in Woche 12 nach AAB entwickeln. Je nach Schweregrad von AAB ergeben sich zwei HF-Phänotypen. Der MOD-Phänotyp wird durch die Erstellung von aufsteigender Aortenbanding (AAB) mit einem Gefäßclip von 2 mm² im Innendurchmesser erhalten, während die Erstellung des HFrEF-Phänotyps AAB mit einem engeren Gefäßclip von 1,5 mm² im Innendurchmesser erfordert. Es ist wichtig, Echokardiographie in 2-3 Wochen nach aufsteigender Aortenbanding durchzuführen, um das Vorhandensein von schweren konzentrischen LVH zu überprüfen. Schwere LVH ist definiert als LV-Septal und hintere Wanddicke 1,5 mal normal (0,19 cm) und liegt in der Regel zwischen 0,27 - 0,3 cm. Tiere, die in Woche 3 nach AAB keine schwere LVH entwickeln, gelten als erfolglos aAB und sollten danach nicht weiterverfolgt werden. Diejenigen, die in Woche 3 nach AAB schwere LVH entwickelt haben, werden sich in Woche 8 nach AAB einer Echokardiographie unterziehen, um die Entwicklung des gewünschten HF-Phänotyps zu bewerten. Es ist nicht selten, Dass Tiere, die in Woche 3 nach AAB schwere LVH hatten, zu einer Regression oder Auflösung von LVH in Woche 8 nach AAB zu stoßen, aus Gründen, die wir im letzten Abschnitt der Diskussion ansprechen werden. Tiere mit schweren LVH und konzentrischem Umbau ohne oder mit mildem exzentrischen Umbau in Woche 8 nach AAB, daher sind die CR- und MILD-Phänotypen unwahrscheinlich, dass sie weitere exzentrische Umbauten entwickeln, selbst wenn sie für einen oder zwei Monate verfolgt werden. Diejenigen, die zwischen dem MILD und MOD Phänotyp sind, können den MOD HF Phänotyp entwickeln, wenn sie für einen weiteren Monat verfolgt werden.

Das PO-Rattenmodell kann aufgrund der damit verbundenen hohen Sterblichkeits- und Ausfallraten¹⁰frustrierend sein, trotz des Einsatzes einer standardisierten Vaskulärclip-Größe und chirurgischen Technik, die auch zu den Forschungskosten führt, aufgrund der großen Anzahl von Tieren, die AAB durchlaufen müssen, um die gewünschte Zielzahl (n) zu erreichen, und der Länge, die die Tiere befolgen müssen, bevor sie den gewünschten HF-Phänotyp entwickeln. Das Versäumnis, schwere LVH zu entwickeln, hängt entweder mit einer erfolglosen Bandierung oder Bandierung der rechten brachiocephalen Arterie anstelle der Aorta zusammen, was nicht ungewöhnlich ist. Regression und/oder Auflösung schwerer LVH in nachfolgenden Follow-up-Bewertungen steht im Zusammenhang mit Aneurysmbildung und Peri-Band-Aortenumbau, die zu einem Verlust der Schwere von PO⁹führen. Es bleibt unklar, warum Tiere mit schweren LVH und PO phätotypische Variabilität in Bezug auf exzentrische Umgestaltung entwickeln, obwohl sie die gleiche Clipgröße, Sex und Stamm haben. Es wird empfohlen, die aufsteigende Aorta zu visualisieren, um für Peri-Band-Aorten-Remodeling und aneurysmale Bildung zu überprüfen. Tiere, die aufsteigendeaherkuläre aneurysm mit einem Durchmesser von 1 cm Durchmesser entwickeln, sollten eingeschläfert werden, da dies Dyspnoe und Bedrängnis für das Tier aufgrund von Eindrücken auf die umliegenden Strukturen verursachen wird. Außerdem wird empfohlen, den turbulenten Fluss über das Band durch die Farbe Doppler zu überprüfen, aber leider ist eine genaue Abschätzung des Druckgradienten über das Band durch kontinuierlichen Doppler aufgrund der Unfähigkeit, den kontinuierlichen Doppler mit der Blutflussrichtung in der aufsteigenden Aorta auszurichten, nicht möglich.

Der MOD ist ein attraktiver HF-Phänotyp und stellt eine Weiterentwicklung des traditionell erstellten HFrEF-Phänotyps dar, da er die Ausrichtung von Signaltransduktionswegen ermöglicht, die bei der Myokardumgestaltung früh im Krankheitsprozess eine Rolle spielen, insbesondere wenn es um Störungen in der mitochondrialen Dynamik und Funktion, myokarden Stoffwechsel und Calciumzyklus und extrazelluläre Matrix-Remodellierung und Myokardsteifigkeit geht; Funktionen, die beim MOD HF Phänotyp¹¹sehr deutlich sind. Auch die frühe postoperative Sterblichkeit (definiert als Mortalität in den ersten 7 Tagen nach AAB) ist mit der Clipgröße von 2 mm², für die Erstellung eines MOD-Phänotyps, niedriger als die Clipgröße von 1,5 mm², für die Erstellung des HFrEF-Phänotyps¹⁰, (5% vs 21%, P = 0,009 mit Fishers exaktem Test). Die Erfolgsrate zwischen den beiden Clipgrößen für die Erstellung von MOD- und HFrEF-Phänotypen ist jedoch statistisch nicht signifikant¹⁰, (20% vs 13%, P = 0,56 mit Fishers exaktem Test). Darüber hinaus ist die Aortenbandierung durch Gefäßclip vorteilhaft gegenüber der Aortenbanding durch Anziehen einer Nylonnaht an einer 27 G Nadel, eine Technik, die oft verwendet wird, um die Queraorta bei Mäusen zu verengen, da es weniger Variationen in der Clipgröße und weniger Trauma taumeln der Aorta im Vergleich zur Nahttechnik gibt.

Das PO-Modell von HF ist vorteilhaft gegenüber dem Myokardinfarktmodell (MI) von HF, da die PO-induzierte Umfangs- und Meridionalwandspannung homogen auf alle Segmente des Myokards verteilt ist. Beide Modelle leiden jedoch an Variabilität in der Schwere von PO^10,,11 und in Infarktgröße^13,14 zusammen mit intensiven Entzündungen und Narben bildung an der Infarktstelle¹⁵ sowie Anhaftung an der Brustwand und umgebenden Geweben, die im MI-Modell von HF beobachtet wurden. Darüber hinaus ist das Ratten-PO-induzierte HF-Modell eine Herausforderung zu schaffen, da es mit einer hohen Sterblichkeit und Ausfallraten^{von 10}verbunden ist, wobei nur 20% der operierten Ratten den MOD HF-Phänotyp¹⁰entwickeln. Im Vergleich zum spontan hypertensiven Rattenmodell (SHR) ist das PO-induzierte HF-Modell ein besseres Modell, um Wege im Zusammenhang mit myokarddialem Umbau zu untersuchen. Die Zunahme der Nachlast- und Myokardwandspannung in Systole ist im PO-induzierten HF-Modell viel höher als beim SHR-Modell. Es dauert etwa zwei Jahre, bis die SHR systolische HF entwickelt hat und der Mechanismus des systolischen HF ist nicht vollständig bekannt und wird durch die Alterung^{von 16}verwirrt. Das SHR-Modell und andere Modelle von Bluthochdruck, wie das DOCA-Salzmodell, werden häufiger verwendet, um Mechanismen und Therapien im Zusammenhang mit Bluthochdruck und möglicherweise diastolischer Dysfunktion zu untersuchen¹⁶.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der MOD HF-Phänotyp ein attraktives Modell zur Untersuchung von Signaltransduktionswegen im Rahmen des Myokardumbaus ist und für die Anwendung und Erprobung potenzieller therapeutischer Strategien genutzt werden kann, bevor ihre Wirksamkeit in großen Tiermodellen und bei menschlicher Herzinsuffizienz validiert wird.

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