Et bilde guidet transapical mitral ventil brosjyre punktering modell av kontrollert volum overbelastning fra Mitral regurgitation i rotte
Summary
En gnagermodell av venstre hjertevolumoverbelastning fra mitral oppstøt rapporteres. Mitral regurgitation av kontrollert alvorlighetsgrad induseres ved å fremme en nål av definerte dimensjoner i fremre brosjyren av mitralventilen, i et bankende hjerte, med ultralydveiledning.
Abstract
Mitral regurgitation (MR) er en allment utbredt hjerteklaff lesjon, som forårsaker hjerteremodeling og fører til kongestiv hjertesvikt. Selv om risikoen for ukorrigert MR og dens dårlige prognose er kjent, er de langsgående endringene i hjertefunksjon, struktur og ombygging ufullstendig forstått. Dette kunnskapsgapet har begrenset vår forståelse av den optimale timingen for MR-korreksjon, og fordelen som tidlig versus sen MR-korreksjon kan ha på venstre ventrikkel. For å undersøke de molekylære mekanismene som ligger til grunn for venstre ventrikulær ombygging i innstillingen av MR, er dyremodeller nødvendige. Tradisjonelt har aorto-caval fistelmodellen blitt brukt til å indusere volumoverbelastning, som avviker fra klinisk relevante lesjoner som MR. MR representerer en lavtrykksvolumoverbelastning hemodynamisk stressor, som krever dyremodeller som etterligner denne tilstanden. Her beskriver vi en gnagermodell av alvorlig MR der fremre brosjyre av rottemitralventilen er perforert med en 23G nål, i et bankende hjerte, med ekkokardiografisk bildeveiledning. Alvorlighetsgraden av MR vurderes og bekreftes med ekkokardiografi, og reproduserbarheten til modellen rapporteres.
Introduction
Mitral oppstøt (MR) er en vanlig hjerteklaff lesjon, diagnostisert i 1,7% av den generelle amerikanske befolkningen og i 9% av den eldre befolkningen større enn 65 år1. I denne hjerteklafflesjonen forårsaker feil lukking av mitralventilbrosjyrene i systole, oppstøt av blod fra venstre ventrikkel inn i venstre atrium. MR kan oppstå på grunn av ulike etiologier; Imidlertid diagnostiseres primære lesjoner av mitralventilen (primær MR) og behandles oftere sammenlignet med sekundær MR2. Isolert primær MR er ofte et resultat av myksomatøs degenerasjon av mitralventilen, noe som resulterer i forlengelse av brosjyrer eller chordae tendinae, eller brudd på noen chordae, som alle bidrar til tap av systolisk coaptation av ventilen.
MR som følge av slike ventillesjoner løfter blodvolumet som fyller venstre ventrikkel i hvert hjerteslag, øker endediastolisk veggstress og gir en hemodynamisk stressor som oppfordrer til hjertetilpasning og ombygging. Hjerteremodeling i denne lesjonen er ofte preget av betydelig kammerutvidelse3,4, mild vegghypertrofi, med bevart kontraktilefunksjon i lengre perioder. Siden utstøtingsfraksjonen ofte bevares, blir korrigering av MR ved hjelp av kirurgiske eller transcatheter ofte forsinket, til symptomer som dyspné, hjertesvikt og arytmier. Ukorrigert MR er imidlertid forbundet med høy risiko for hjertebivirkninger, men for tiden er kunnskap om de ultrastrukturelle endringene som ligger til grunn for disse hendelsene ukjente.
Dyremodeller av MR gir en verdifull modell for å undersøke slike ultrastrukturelle endringer i hjertet, og studere langsgående progresjon av sykdommen. Tidligere har forskere indusert MR i store dyr, inkludert griser, hunder og sauer, ved å skape en ekstern ventriculo-atrial shunt5, intracardiac chordal brudd6, eller brosjyre perforering7. Mens kirurgiske teknikker er lettere hos store dyr, har disse studiene vært begrenset til subkronisk oppfølging i en liten prøvestørrelse, på grunn av de høye kostnadene ved å utføre slike studier hos store dyr. Videre er molekylær analyse av vev fra disse modellene ofte utfordrende på grunn av begrensede artsspesifikke antistoffer og kommenterte genombiblioteker for justering.
Små dyremodeller av MR kan gi et passende alternativ til å studere denne ventillesjonen og dens innvirkning på hjerteremodellering. Historisk sett har rottemodellen av aorto-caval fistel (ACF) av hjertevolumoverbelastning blitt brukt. Først beskrevet i 1973 av Stumpe et al.8, en arterio-venøs fistel er kirurgisk opprettet for å omgå høyt trykk arteriell blod fra synkende aorta inn i lavtrykk dårligere vena cava. Den høye strømningshastigheten i fistelen induserer en drastisk volumoverbelastning på begge sider av hjertet, noe som forårsaker betydelig høyre og venstre ventrikulær hypertrofi og dysfunksjon som oppstår innen dager etter å ha opprettet ACF9. Til tross for suksessen etterligner ikke ACF hemodynamikken til MR, en lavtrykksvolumoverbelastning, som hever forhåndsbelastningen, men reduserer også etterlast. På grunn av slike begrensninger i ACF-modellen forsøkte vi å utvikle og karakterisere en modell av MR som bedre etterligner overbelastning av lavt trykkvolum.
Her beskriver vi protokollen for en modell av mitralventilbrosjyrepunktering for å skape alvorlig MR hos rotter10,11. En hypodermisk nål ble introdusert i det bankende rottehjertet, og avansert inn i fremre mitralventilbrosjyre under sanntidekkokardiografisk veiledning. Teknikken er svært reproduserbar og en relativt god modell som etterligner MR som sett hos pasienter. MR alvorlighetsgrad styres av størrelsen på nålen som brukes til å perforere mitral brosjyre og alvorlighetsgraden av MR kan vurderes ved hjelp av transesophageal ekkokardiografi (TEE).
Protocol
Representative Results
Discussion
En reproduserbar gnagermodell av alvorlig MR med god overlevelse (93,75% overlevelse etter operasjonen) og uten betydelige postoperative komplikasjoner rapporteres. Sanntidsavbildning med transesophageal ekkokardiografi og innføring av en nål i det bankende hjertet for å punktere mitralbrosjyren er mulig og kan undervises. Alvorlig MR ble produsert med 23 G nålestørrelse i denne studien, som kan varieres som ønsket ved hjelp av en mindre eller større nål. MR indusert i denne modellen skaper en lavtrykksvolumoverb…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble finansiert av stipend 19PRE34380625 og 14SDG20380081 fra American Heart Association til D. Corporan og M. Padala gir henholdsvis HL135145, HL133667 og HL140325 fra National Institutes of Health til M. Padala, og infrastrukturfinansiering fra Carlyle Fraser Heart Center ved Emory University Hospital Midtown til M. Padala.
Materials
| 23G needle | Mckesson | 16-N231 | |
| 25G needle, 5/8 inch | McKesson | 1031797 | |
| 4-0 vicryl | Ethicon | J496H | |
| 6-0 prolene | Ethicon | 8307H | |
| 70% ethanol | McKesson | 350600 | |
| ACE Light Source | Schott | A20500 | |
| ACUSON AcuNav Ultrasound probe | Biosense Webster | 10135936 | 8Fr Intracardiac echo probe |
| ACUSON PRIME Ultrasound System | Siemens | SC2000 | |
| Betadine | McKesson | 1073829 | |
| Blunted microdissecting scissors | Roboz | RS5990 | |
| Buprenorphine | Patterson Veterinary | 99628 | |
| Carprofen | Patterson Veterinary | 7847425 | |
| Chest tube (16G angiocath) | Terumo | SR-OX1651CA | |
| Disposable Surgical drapes | Med-Vet | SMS40 | |
| Electric Razor | Oster | 78400-XXX | |
| Gentamycin | Patterson Veterinary | 78057791 | |
| Heat lamp with table clamp | Braintree Scientific | HL-1 120V | |
| Hemostatic forceps, curved | Roboz | RS7341 | |
| Hemostatic forceps, straight | Roboz | RS7110 | |
| Induction chamber | Braintree Scientific | EZ-1785 | |
| Injection Plug, Cap, Luer Lock | Exel | 26539 | |
| Isoflurane | Patterson Veterinary | 6679401725 | |
| Mechanical ventilator | Harvard Apparatus | Inspira ASV | |
| Microdissecting forceps | Roboz | RS5135 | |
| Microdissecting spring scissors | Roboz | RS5603 | |
| Needle holder | Roboz | RS6417 | |
| No. 15 surgical blade | McKesson | 1642 | |
| Non-woven sponges | McKesson | 446036 | |
| Otoscope | Welch Allyn | 23862 | |
| Oxygen | Airgas Healthcare | UN1072 | |
| Pulse Oximeter | Nonin Medical | 2500A VET | |
| Retractor, Blunt 4×4 | Roboz | RS6524 | |
| Rodent Surgical Monitor | Indus Instruments | 113970 | The integrated platform allows for monitoring of vital signs and surgical warming |
| Scale | Salter Brecknell | LPS 150 | |
| Scalpel Handle | Roboz | RS9843 | |
| Silk suture 3-0 | McKesson | 220263 | |
| Small Animal Anesthesia System | Ohio Medical | AKDL03882 | |
| Sterile saline (0.9%) | Baxter | 281322 | |
| Sugical Mask | McKesson | 188696 | |
| Surgical cap | McKesson | 852952 | |
| Surgical gloves | McKesson | 854486 | |
| Syringe 10mL | McKesson | 1031801 | |
| Syringe 1mL | McKesson | 1031817 | |
| Ultra-high frequency probe | Fujifilm Visualsonics | MS250 | |
| Ultrasound gel | McKesson | 150690 | |
| VEVO Ultrasound System | Fujifilm Visualsonics | VEVO 2100 |
References
- Nkomo, V. T., et al. Burden of valvular heart diseases: a population-based study. Lancet. 368 (9540), 1005-1011 (2006).
- Zamorano, J. L., et al. Mechanism and Severity of Mitral Regurgitation: Are There any Differences Between Primary and Secondary Mitral Regurgitation?. The Journal of Heart Valve Disease. 25 (6), 724-729 (2016).
- Grossman, W., Jones, D., McLaurin, L. P. Wall stress and patterns of hypertrophy in the human left ventricle. Journal of Clinical Investigation. 56 (1), 56-64 (1975).
- Carabello, B. A. Concentric versus eccentric remodeling. Journal of Cardiac Failure. 8 (6), S258-S263 (2002).
- Braunwald, E., Welch, G. H., Sarnoff, S. J. Hemodynamic effects of quantitatively varied experimental mitral regurgitation. Circulation Research. 5 (5), 539-545 (1957).
- Sasayama, S., Kubo, S., Kusukawa, R. Hemodynamic and angiocardiographic studies on cardiodynamics: experimental mitral insufficiency. Japanese Circulation Journal. 34 (6), 513-530 (1970).
- Hennein, H., Jones, M., Stone, C., Clark, R. Left ventricular function in experimental mitral regurgitation with intact chordae tendineae. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 105 (4), 624-632 (1993).
- Stumpe, K. O., Sölle, H., Klein, H., Krück, F. Mechanism of sodium and water retention in rats with experimental heart failure. Kidney International. 4 (5), 309-317 (1973).
- Abassi, Z., Goltsman, I., Karram, T., Winaver, J., Hoffman, A. Aortocaval fistula in rat: A unique model of volume-overload congestive heart failure and cardiac hypertrophy. Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2011 (January), 1-13 (2011).
- Corporan, D., Onohara, D., Hernandez-Merlo, R., Sielicka, A., Padala, M. Temporal changes in myocardial collagen, matrix metalloproteinases, and their tissue inhibitors in the left ventricular myocardium in experimental chronic mitral regurgitation in rodents. American Journal of Physiology – Heart and Circulatory Physiology. 315 (5), H1269-H1278 (2018).
- Onohara, D., Corporan, D., Hernandez-Merlo, R., Guyton, R. A., Padala, M. Mitral Regurgitation Worsens Cardiac Remodeling in Ischemic Cardiomyopathy in an Experimental Model. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. , (2019).
- Garcia, R., Diebold, S. Simple, rapid, and effective method of producing aortocaval shunts in the rat. Cardiovascular Research. 24 (5), 430-432 (1990).
- Brower, G. L., Janicki, J. S. Contribution of ventricular remodeling to pathogenesis of heart failure in rats. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 280 (2), H674-H683 (2001).
- McCutcheon, K., et al. Dynamic changes in the molecular signature of adverse left ventricular remodeling in patients with compensated and decompensated chronic primary mitral regurgitation. Circulation Heart Failure. 12 (9), (2019).
- McCutcheon, K., Manga, P. Left ventricular remodeling in chronic primary mitral regurgitation. Cardiovascular Journal of Africa. 29 (1), 51-64 (2018).
