Summary
En gnagare modell av vänstra hjärtat volym överbelastning från mitral uppstötningar rapporteras. Mitral uppstötningar av kontrollerad svårighetsgrad induceras genom att främja en nål av definierade dimensioner i den främre broschyren av mitralisklaffen, i ett bultande hjärta, med ultraljud vägledning.
Abstract
Mitral uppstötningar (MR) är en utbredd hjärtklaff lesion, som orsakar hjärt remodeling och leder till hjärtsvikt. Även om riskerna för okorrigerad MR och dess dåliga prognos är kända, är de longitudinella förändringarna i hjärtfunktion, struktur och ombyggnad ofullständigt förstådda. Denna kunskap gap har begränsat vår förståelse av den optimala tidpunkten för MR korrigering, och den fördel som tidigt kontra sent MR korrigering kan ha på vänster kammare. För att undersöka de molekylära mekanismer som ligger bakom vänster Ventrikulärt ombyggnad i inställningen av MR, djurmodeller är nödvändiga. Traditionellt har aorto-caval fistel modellen använts för att inducera volym överbelastning, som skiljer sig från kliniskt relevanta skador såsom MR MR representerar ett lågt tryck volym överbelastning hemodynamic stressor, som kräver djurmodeller som efterliknar detta villkor. Häri beskriver vi en gnagare modell av allvarliga MR där den främre broschyren av råtta mitral valvet är perforerad med en 23G nål, i ett bultande hjärta, med echocardiographic bild vägledning. Svårighetsgraden av MR bedöms och bekräftas med ekokardiografi, och reproducerbarheten av modellen rapporteras.
Introduction
Mitral uppstötningar (MR) är en vanlig hjärtklaff lesion, diagnostiseras i 1,7% av den allmänna amerikanska befolkningen och i 9% av den äldre befolkningen större än 65 år1. I denna hjärtklaff lesion, felaktig stängning av mitralisklaffen broschyrer i systole, orsakar uppstötningar av blod från den vänstra ventrikeln i det vänstra atriumet. MR kan uppstå på grund av olika etiologier; Primära lesioner i mitralventilen (primär MR) diagnostiseras och behandlas dock oftare jämfört med sekundär MR2. Isolerade primära MR är ofta ett resultat av myxomatous degeneration av mitralisklaffen, vilket resulterar i förlängning av broschyrer eller chordae tendineae, eller bristning av vissa chordae, som alla bidrar till förlusten av systolisk coaptation av ventilen.
MR till följd av sådana ventil skador höjer blodvolymen fylla den vänstra ventrikeln i varje hjärtslag, öka slutet diastolisk vägg stress och ger en hemodynamisk stressfaktor som uppmuntrar hjärt anpassning och remodeling. Hjärt remodeling i denna lesion kännetecknas ofta av betydande kammare utvidgningen3,4, mild vägg hypertrofi, med bevarade contractile funktion under längre tidsperioder. Eftersom utmatningsfraktionen ofta bevaras, är korrigering av MR med kirurgiska eller transkateter medel ofta försenas, tills uppkomsten av symtom som dyspné, hjärtsvikt, och arytmier. Emellertid, okorrigerad MR är associerad med höga risker för hjärt biverkningar, men för närvarande kunskap om de strukturella förändringar som ligger till grund för dessa händelser är okända.
Djurmodeller av MR ger en värdefull modell för att undersöka sådana strukturella förändringar i hjärtat, och studera longitudinell progression av sjukdomen. Tidigare har forskare framkallat MR hos stora djur inklusive grisar, hundar och får, genom att skapa en extern ventriculo-atrial shunt5, intracardiac chordal rupture6, eller broschyr perforering7. Medan kirurgiska tekniker är lättare hos stora djur, dessa studier har begränsats till sub-kronisk uppföljning i ett litet urval storlek, på grund av de höga kostnaderna för att utföra sådana studier på stora djur. Dessutom är molekylär analys av vävnad från dessa modeller ofta utmanande på grund av begränsade artspecifika antikroppar och kommenterade genombibliotek för anpassning.
Små djurmodeller av MR kan ge ett lämpligt alternativ för att studera denna ventilskada och dess inverkan på hjärtremodeling. Historiskt sett har råtta modell av aorto-caval fistel (ACF) av hjärt volym överbelastning använts. Först beskrivs i 1973 av Stumpe et al.8, en arterio-venous fistel skapas kirurgiskt för att kringgå högt tryck kranskärlens blod från fallande stora kroppspulsådern i lågtryck sämre vena cava. Den höga flödet i fisteln inducerar en drastisk volym överbelastning på båda sidor av hjärtat, orsakar betydande höger och vänster Ventrikulärt hypertrofi och dysfunktion inträffar inom några dagar för att skapa ACF9. Trots sin framgång, ACF inte efterlikna hemodynamics av MR, ett lågt tryck volym överbelastning, som höjer förspänning men också minskar efterlast. På grund av sådana begränsningar av ACF-modellen, försökte vi utveckla och karakterisera en modell av MR som bättre härmar lågtrycksvolymen överbelastning.
Häri beskriver vi protokollet för en modell av mitralisklaffsblad punktering för att skapa svår MR hos råttor10,11. En hypodermisk nål infördes i bultande råtta hjärtat och avancerade i främre mitral valve broschyr under realtid ekokardiografiska vägledning. Tekniken är mycket reproducerbar och en relativt bra modell som härmar MR som ses hos patienter. MR svårighetsgrad styrs av storleken på nålen som används för att perforera mitral bipacksedeln och svårighetsgraden av MR kan bedömas med hjälp av transesophageal ekokardiografi (TEE).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Förfarandena godkändes av Animal Care and Use Program vid Emory University under protokollnummer EM63Rr, godkännandedatum 2017-06-06.
1. Förkirurgisk förberedelse
- Ångsterilisera kirurgiska instrument före ingreppet.
- På ingreppsdagen, överföra råttor från bostäder till kirurgi, och väga dem.
- Dra preoperativa och postoperativa läkemedel efter vikt: två doser carprofen (2,5 mg/kg vardera), en dos Gentamycin (6 mg/kg) och en dos Buprenorfin (0,02 mg/kg).
- Se till att det finns tillräcklig mängd isofluran i gasblandaren, och syre i tankarna finns tillgängliga för operationen. En full tank av syre (24 ft3) är ofta tillräcklig.
2. Djurberedning
OBS: Adult Sprague-Dawley hanråttor som vägde 350-400 g användes i denna studie. De kirurgiska teknikerna är mottagliga för något mindre eller större djur, om så önskas.
- Sedate råttan i en induktionskammare med 5% isofluran blandas i 1 LPM (liter per minut) av 100% syre. Bestäm tillräcklig nivå av sedering från en långsammare andningsfrekvens under visuell observation, och förlust av ryckningar vid nypa råttans tå.
- Intubera råttan med en 16 G angiocath, monterad för användning som en endotrakeal rör.
- Visualisera luftstrupen och stämbanden med hjälp av ett otoskop, och använd en bomullsspetsapplikator för att rensa faryngala sekret.
- Introducera endotracheal röret på en 0,034-tums ledare, i stämbanden. När röret är lämpligt placerat i luftstrupen, tryck röret inåt och dra ut tråden (bild1).
- Placera råttan på den uppvärmda operationsplattan som underhålls vid 37 °C och anslut endotrakealröret till en mekanisk ventilator. Mata in råttans vikt i ventilationsstyrningsprogrammet, som beräknar ventilationshastigheten och tidvattenvolymen. 66 andetag per minut med en tidvattenvolym på 1 mL/100 g kroppsvikt användes i denna studie (figur 1D).
- Använd 100% syre (1 LPM) blandat med 2-2,5% isofluran som inhalerande bedövningsmedel och bekräfta anestesinivån med förlust av käkton och förlust av svar på tå nypa.
- Observera att om den är ordentligt intubated, bröstet rörelse bör synkronisera med ventilatorn.
- Om felaktigt intubated, bröstet rörelse kommer inte att synkronisera med ventilatorn. För att testa för felaktig intubation, komprimera buken av råtta, vilket skapar tryckpress på ventilatorn, vilket genererar ett övertryckslarm. I det här scenariot drar du försiktigt tillbaka angiocathen och returnerar råttan till induktionskammaren med 5% isofluran i några minuter för att säkerställa att råttan är tillräckligt sövd och åter intubate råttan.
- När ordentligt intubated, säkra endotrakeal röret genom att stämma den proximala änden av röret till kinden av råtta med en 4-0 siden sutur för att undvika extubation under förfarandet.
- Sätt i en rektaltemperatursond för att övervaka kroppstemperaturen och ett fyrpolselektyrogram för att övervaka EKG under hela proceduren.
- Använd en luftvärmelampa om värmen från den kirurgiska plattformen är otillräcklig. Stäng av lampan om kroppstemperaturen stiger över 37 °C.
- Visuellt bedöma elektrokardiogram för eventuella arytmier eller tecken på hjärtinfarkt ischemi. Om det inte finns några registrerar du baslinjeelektrokardiogrammet.
- Utför transthoracic ekokardiografi (TTE) för baslinjen hjärtfunktion (figur 2A).
- Vrid råttan till ett ryggläge och raka den vänstra sidan av bröstkorgen. För att få tydliga eko vyer, ta bort håret med hjälp av en hårborttagningskräm.
- Använd alla ultraljudssystem med tillräcklig frekvens för hög hjärtfrekvensavbildning. I denna studie använde vi Visualsonics 2100-systemet med en 21 MHz sond, vilket är lämpligt för hjärtavbildning hos råttor.
- Hämta B-lägesbilder i det parasternallånga planet för att beräkna de vänstra ventrikulära volymerna. I samma plan, få M-läge bilder för att mäta väggdimensioner.
- Vrid sonden med 90°och hämta B-läge och M-läge parasternal kort axel vyer på mitten av papillary nivå för att mäta tvärsnitt väggdimensioner.
- Utför transesofageal ekokardiografi (TEE) för baslinjeavbildning (figur 2B).
- Placera råttan i rätt decubitus-läge och sätt in en 8 Fr intracardiac ultraljudssond (8 MHz) i råttets matstrupe med en liten mängd gel applicerad på spetsen. Frekvensen av ICE (intracardiac ekokardiografi) sonden är tillräcklig för att få 4-6 ramar per hjärtslag, som är tillräckliga för att visualisera ventilen rörelse.
OBS: Ett GE Vivid I eller Siemens SC2000-huvudsystem kan användas för ICE imaging. - Få en hög matstrupsvy för att få en två-kammare vy av den vänstra sidan av hjärtat. Denna vy är idealisk för att visualisera vänster atrium, mitralisklaff och vänster kammare. Placera sonden så att främre och bakre broschyrer visualiseras och coaptation är central. Denna vinkel tillåter också Doppler mätningar över mitral valvet, utan vinkelkorrigering.
- Mät vänster förmaksområde och mitralventil annulus dimensioner i denna vy.
- Utför färg Doppler imaging för att bekräfta ventil kompetens och brist på MR vid baslinjen. Utför pulsad våg och kontinuerlig våg Doppler imaging att kvantifiera mitral inflöde och bekräfta brist på regurgitant flöde.
- Utför B-läge och pulsade våg Doppler imaging av stora kroppspulsåder för att mäta aorta rot diameter och beräkna kolorektal flöde.
- Utför pulsad våg Doppler imaging av lungvenen för att mäta pulmonell venösa flöde.
- Placera råttan i rätt decubitus-läge och sätt in en 8 Fr intracardiac ultraljudssond (8 MHz) i råttets matstrupe med en liten mängd gel applicerad på spetsen. Frekvensen av ICE (intracardiac ekokardiografi) sonden är tillräcklig för att få 4-6 ramar per hjärtslag, som är tillräckliga för att visualisera ventilen rörelse.
- Injicera en enda dos av Carprofen (2,5 mg/kg, SQ, icke-steroida antiinflammatoriska), Gentamycin (6 mg/kg, SQ, antibiotika) och steril koksaltlösning (1 mL, SQ) för att i förebyggande syfte kompensera för blodförlust under förfarandet.
- Raka vänster sida av bröstkorgen efter behov för att ta bort eventuellt återstående hår från operationsområdet. Rakning från nedre halsregionen till xyfoiden, och från vänster arm ner till mitten av bröstbenet bör vara tillräckligt för att säkerställa ett fält som saknar hår och minska risken för kirurgiska plats kontaminering.
- Skrubba det kirurgiska området med en gasbinda indränkt i Betadine, följt av en gasbinda indränkt i 70% etanol. Skrubba området i cirkulära rörelser på huden, så att gasbindan inte kommer i kontakt med ett tidigare skrubbat område.
- Upprepa detta steg tre gånger för att uppnå ett tillräckligt sterilt fält för kirurgi.
- Drapera djuret med sterila lock, öppna ett fönster för att komma åt det sterila operationsområdet.
3. Vänster thoracotomy
- Utför hela kirurgiska ingreppet med aseptiska tekniker, med isofluran bibehålls vid 2-2,5% i 1 LPM syre. Placera alla instrument i en steril bricka och placera tillbaka i facket efter varje användning.
- Använd sterila handskar, en mask och ett kirurgiskt lock av kirurgen för hela proceduren. En steril kirurgisk klänning kan också bäras, men det är frivilligt om inte kontaminering förväntas.
- Använd en kirurgisk skalpell med ett no #15 blad för att göra ett hudsnitt på vänster sida av bröstkorgen, ca 1 cm proximalt till xyfoiden. Använd en avtrubbad dissekerande spetssax för att separera hudlagret från muskellagret och göra ett längsgående snitt.
- Dissekera muskellagren på samma sätt tills revbenen exponeras.
- Gör försiktigt ett 2-3 cm längsgående snitt i det femte interkostala utrymmet, tillräckligt för att sätta in upprullningsdon och exponera hjärtat.
- Använd fina tippade pincett för att lyfta hjärtsäcken och mikrosaxen för att punktlägga det i regionen som omger hjärtats spets. Detta steg hjälper till att undvika postkirurgiska sammanväxningar av hjärtat till bröstväggarna och membranet.
OBS: Undvik kirurgiska snitt nära bröstbenet för att minimera blödning. Transecting den inre bröst artärer som löper längs bröstbenet, kan orsaka kraftig blödning. Om påträffas med sådan blödning, identifiera blödaren och cauterize det.
4. Echo guidad MR-förfarande(figur 3 och figur 4)
- Använd en 6-0 prolen sutur och en microneedle hållare, att placera en handväska sträng sutur på spetsen av den vänstra ventrikeln. Om det behövs, använd mikropincett för att stabilisera hjärtat.
- Tjud försiktigt upp den apikala suturen för att stabilisera spetsen och sätt in en 23 G nål (spolas med koksaltlösning, och med en kran i sin distala ände) i mitten av handväskasträngen sutur, i den vänstra ventrikulära hålighet.
- Använd ena handen för att sticka hålla och styra nålen, och den andra handen för att samtidigt manipulera transesofageal eko sond för att uppnå en optimal ekovy för att visualisera nålen, som beskrivs ovan.
- Med realtid ultraljud vägledning, för nålen mot ventrikulära sidan av den främre mitral broschyren. När nålpositionen har bekräftats på ultraljud, för nålen i en fin rörelse genom ventilbroschyren. Om ett motstånd känns vrider du nålen så som den är avancerad i bipacksedeln för att perforera den.
OBS: Att föra nålen för långt in i det vänstra atriumet kan resultera i vänster förmaksflimmer, vilket orsakar kraftig blödning och djurdöd. Nålen ska visualiseras på ultraljud hela tiden. - Dra tillbaka nålen i den vänstra ventrikulära kammaren, bort från mitralventilen, och bekräfta MR genom att slå på färg Doppler imaging.
- Om MR inte syns på färgdleravbildning, upprepa steg 4.4 och 4.5. Justera ekoavsökningen om det behövs för att få en bättre bild. Efter träning på några råttor är det möjligt att inducera en bipackpunktion i en rörelse av nålen, vilket inducerar ett hål som är storleken på nålens yttre diameter. Detta bekräftades efter obduktion av råtta hjärtan.
- När MR har bekräftats, dra tillbaka nålen ur den vänstra ventrikulära hålighet och försiktigt knyta handväskan strängen sutur.
- Använd en steril gasväv för att suga blod på spetsen och i brösthålan.
OBS: Vidröra ekosonden med operationshandskarna kan det leda till kontaminering av den sterila miljön. Spraya handskarna med 70% etanol eller byt ut handskarna mot nya, på lämpligt sätt.
5. Återhämtning och postoperativ vård av djur
- Efter 5-10 minuter av stabil hjärtfunktion (normalt EKG och hjärtfrekvens), stäng bröstcotomy i lager med 4-0 vicryl, samtidigt minska isofluran i steg.
- Använd en avbruten sutur för att approximera revbenen, med isofluran bibehållen på 2%. Sätt in ett bröströr i det sjätte interkostala utrymmet och säkra det till de sterila draperierna för att undvika oavsiktliga framsteg av röret i brösthålan.
- Använd en kontinuerlig sutur för att stänga muskelskiktet med isofluran bibehållen på 1,5%.
- Använd en kontinuerlig sutur för att stänga hudlagret med isofluran bibehållen på 1%.
- Anslut en 10 ml Luer-lås ventil tippade spruta till bröströret och dränera 10-12 ml luft från brösthålan och ta sedan bort bröströret.
- Administrera en slutlig dos av Carprofen (2,5 mg/kg, SQ) och stäng av isofluran.
- Fortsätt mekanisk ventilation medan råttavvänd från anestesi, övervakning vitala tecken (SpO2 och hjärtfrekvens). Vid uppkomsten av spontan andning, stäng av ventilationen för att testa råttans förmåga att bibehålla sådan andning och bra SpO2.
- Om SpO2-nivåerna börjar sjunka under 90 %, slå på ventilatorn. När råttan kan upprätthålla SpO2 nivåer utan ventilation, är förankring sutur till endotrakeal röret skärs, och djuret är beredd för extubation.
- När råttan visar tecken på vakenhet inklusive morrhår eller ögonrörelser, extubate djuret.
- Placera en noskon med 100% syre tills råttan är ambulatorisk.
- Överför råtta till en ren bur med minimala sängkläder och fortsätt att övervaka vitala tecken med hjälp av en handhållen SpO2-skärm, placerad på råttans fot eller svans, tills råttan är ambulatorisk.
OBS: Om negativa effekter från operationen observeras kan djuren få längre återhämtningstid och kan ta längre tid att hålla höga SpO2-nivåer. Om detta inträffar kan en noskon med 100% syre appliceras tills SpO2-nivåerna är stabila. - För att minska risken för skador på operationsområdet och undvika infektionsrisk, ensamstående husråttor efter operationen.
- Administrera Buprenorfin inom 3 h efter att råttan är vaken och tillräckligt ambulatorisk. Buprenorfin kan orsaka luftvägsbesvär när det administreras tidigt i den perioperativa återhämtningsperioden, vilket fördröja den tills råttan andas utan svårighet.
- Efter operationen får alla djur följande läkemedel: gentamicin (6 mg/kg, SQ, SID POD 1-3) och rimadyl (5 mg/kg, SQ, SID POD 1-3). Alla djur observeras en gång dagligen i fem dagar efter operation för undersökning av snittplatser, och en gång dagligen under de första två veckorna efter operationen för smärtbedömning.
6. Validering av MR-allvarlighetsgrad med ekokardiografi (figur 5)
- Upprepa TEE två veckor efter operationen, med samma steg som anges i avsnitt 2.7. Två veckor efter operationen är tillräckligt med tid för hemodynamiken att stabilisera.
- Få färg Doppler imaging på en 2-kammare vy med transesophageal ultraljud imaging, visualisera den vänstra ventrikeln och vänster atrium. Mät området för vänster atrium och MR-jet. Beräkna MR-jetområdesfraktionen med
(1)
Svår MR definieras som MR-jetområde ≥ 30%. - Approximera området för regurgitantöppningen genom att beräkna området med 23 G nål, med hjälp av nålens yttre diameter. Denna ekvation förutsätter att området för regurgitantöppningen är lika med området för 23G-nålen.
(2) - Erhålla fortlöpande-vinka Doppler avbildning med Doppleren utfärda utegångsförbud för på öppningen av den regurgitant sprutar ut. Spåra vågformen för att beräkna VTI av regurgitant jet. MR-volymen kan uppskattas med hjälp av
(3)
Svår MR definieras som MR-volym ≥ 95 μL. - Få pulsvåg Doppler imaging av lung ven genom att rotera eko sonden i sidled, medurs. Mät de systoliska och diastoliska våghastigheterna och använd följande ekvation för att beräkna förhållandet.
(4)
Ett negativt lungflödesförhållande indikerar allvarlig MR.
(1)
(2)
(3)
(4)7. Sham kirurgi
- Utför avsnitt 1-3 enligt beskrivningen.
- Ändra avsnitt 4 ändrades så att 23 G-nålen sätts in i den vänstra ventrikulära kammaren, genom en handväska sträng sutur på vänster Ventrikulärt spets, men inte avancerade i mitralisklaffen för att skapa MR. Sätt in nålen i den vänstra ventrikulära kammaren och dra tillbaka omedelbart, efter genom åtdragning och stängning av ventrikulära spetsen.
- Utför avsnitt 5 enligt beskrivningen.
- Utför mitralisk ventilbedömning enligt beskrivningen i avsnitt 6. Mr bör dock inte förekomma hos något av djuren, vilket innebär att kvantifiering enligt beskrivningen inte är nödvändig.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Genomförbarhet och reproducerbarhet
Den föreslagna MR-modellen är mycket reproducerbar, med ett väldefinierat hål i mitralbroschyren som uppnåddes hos 100 % av de råttor som används i denna studie. Figur 6A visar nålens riktning när den sätts in i mitralventilen. Figur 6B visar ett hål i mitralventilen broschyr från en representativ råtta explanted vid 2 veckor efter ingreppet.
Överlevnad och biverkningar
Sexton råttor var inducerad med MR med hjälp av de beskrivna metoderna. Svår MR skapades i alla råttor. En råtta dog inom en timme efter att ha skapat MR från akut andningssvikt. Därför var total överlevnad vid 2 veckor efter att ha skapat MR 93,75%. Dödligheten eller allvarliga hjärtbiverkningar, såsom blödning, arytmier eller stroke observerades inte hos några djur under de två observationsveckorna.
Svårighetsgraden av mitral uppstötning
Tabell 1 sammanfattar det vänstra hjärtats hemodynamic profil vid baslinjen och vid 2 veckor efter inducing MR. Ett parat t-test användes för att bestämma statistisk signifikans mellan baslinjen och MR-svårighetsgraden vid 2 veckor, med en statistisk signifikans definierad som p < 0,05. En MR jet var levande på två veckor efter operationen, med en genomsnittlig yta på 21,15 ± 8,11 mm2 (p < 0,0001 jämfört med baslinjen) och en medelhastighetstid som var integrerad på 39,72 ± 7,52 cm. Normaliserad MR-fraktion vid 2 veckor var 41,91 ± 8,3 %, vilket anses vara allvarligt enligt riktlinjerna från American Society of Echocardiography. Mr-allvarlighetsgraden var tillräcklig för att framkalla återföring av lungflödet, med en minskning av S/D-förhållandet från 0,91 ± 0,17 vid baslinjen till -0,69 ± 0,65 vid 2 veckor (p < 0,0001).
Ombyggnad av hjärtkammare
Figur 7 visar morfologiska förändringar i ett representativt hjärta efter svår MR i 2 veckor, jämfört med ett hjärta från en råtta som genomgick skenkirurgi. Efter två veckor efter operationen hjärtat från råttan med MR var sfäriskt och kraftigt vidgade, med en 29,65% ökning av end diastolic volym (baslinjen EDV: 462,49 ± 39,62 μL; och efter 2 veckor MR EDV: 599,79 ± 58,59 μL, p < 0,0001). Slutsystolisk volym ökade med 10,06 %, från 153,90 ± 18,78 μL vid baslinjen till 169,36 ± 24,64 μL (p = 0,01) vid 2 veckor efter MR-induktion. Hypercontractility av hjärtat observerades under de första två veckorna som förväntat, på grund av efterbelastning minskning, vilket framgår av en förhöjd utmatningsfraktion (66,77 ± 2,02% vid baslinjen till 71,82 ± 2,31% vid 2 veckor (p < 0,0001)). Exponering för MR i två veckor, ökade den vänstra förmaksområdet med 99,59% (p < 0,0001).
Figur 1: Intubationsteknik. a)En angiocath på 16 G med en ledare som används för endotrakeal intubation i denna råttamodell. B)Bild av faryngalavyn med hjälp av ett otoskop och målområdet för att föra in endotrakealröret. C)Endotrakealrörets slutliga konfiguration. (D)Fastsättning av endotrakealröret till den mekaniska ventilatorn. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: Transthoracic och transesophageal imaging. Transthoracic imaging: (A1) Setup för transthoracic bildbehandling av råtta, som visar vinkeln på bildframställning sonden; (A2) Parasternal lång axel syn på hjärtat; (A3) Kort axel vy över hjärtat. Transesofageal avbildning: (B1) 8 Fr intracardiac echo sond med sond införas i matstrupen medan djuret är intubated; (B2) Hög matstrupen vyer av det vänstra hjärtat, som skildrar vänster atrium, mitralisklaff och vänster kammare. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: Kirurgiskt ingrepp. (A)Kirurgisk layout som visar vänster thoracotomy vid 5:e interkostal utrymme, och ICE kateter i mathålan av råtta för bild vägledning, och en 23 G nål införas i LV spets där du handväska-string sutur placeras. (B)Kirurgisk vy under transesophageal eko guidad bipacksedel perforering. (C) Echocardiographic bild av nålen insättning i den vänstra ventrikeln i diastole. (D)Ekkaroografisk bild av nålinfogningen i den vänstra ventrikeln i systole. E)Ekardiografisk bild av nålen genomborrad genom den främre bipacksedeln. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Bild 4: Bildbehandling av proceduren. a)Baslinje eko 2 kammare vy innan du skapar MR; B)23 G nål, visualiserad på eko under bultande hjärta, avancerat in i det vänstra atriumet genom den främre mitralisk ventilbroschyren; (C)Färg Doppler imaging visar MR jet sett i systole. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5: Representativa ekobilder för att validera MR-allvarlighetsgrad vid 2 veckor efter operationen. A)Vänster förmaksområde spårat i vitt och MR-jetområde spårat i rött. b)VTI-spår i rött. (C)Lungflöde visar systolisk återföring. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Bild 6: Nålpunktion. (A) Orientering av nål punktering på ett ex vivo hjärta. Nålen punkteras genom toppen av LV i en vinkel, en längsgående del av LV med nålen riktad mot mitralisklaffen broschyren, och nålen punkteras genom mitralisk ventil bipacksedeln i förmaksrum. B)Representativt explantfotografering föreställande ett hål i den främre mitralbroschyren. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 7: Grov morfologi av hela hjärtan hos en skenstyrd kontrollråtta (A) och en råtta som genomgick MR-kirurgi (B) 2 veckor efter operationen. Råttan med svår MR har betydande vänster Ventrikulärt utvidgning och kammare utvidgningen jämfört med bluff drivs kontroll. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
| Baslinje (n = 15) | 2wk MR (n = 15) | p-värde | |
| Vänster förmaksområde (mm2) | 25,03 ± 8,70 | 49,95 ± 14,78 | p < 0,0001 |
| MR-jetområde (mm2) | 0 | 21,15 ± 8,11 | p < 0,0001 |
| MR-fraktion (%) | 0 | 41,91 ± 8,30 | p < 0,0001 |
| MR VTI (cm) | 0 | 39,72 ± 7,52 | p < 0,0001 |
| S-våg (m/s) | 0,39 ± 0,07 | -0,51 ± 0,41 | p < 0,0001 |
| D våg (m/s) | 0,44 ± 0,04 | 0,70 ± 0,17 | p < 0,0001 |
| S/D-vågförhållande | 0,91 ± 0,17 | -0,69 ± 0,65 | p < 0,0001 |
Tabell 1: Mitral uppstötningar egenskaper.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
En reproducerbar gnagare modell av svår MR med god överlevnad (93,75% överlevnad efter operation) och utan betydande postoperativa komplikationer rapporteras. Realtid imaging med transesophageal ekokardiografi och införandet av en nål i det bultande hjärtat att punktera mitral broschyren är genomförbara och kan läras ut. Svår MR producerades med 23 G nålstorlek i denna studie, som kan varieras efter önskemål med hjälp av en mindre eller större nål. MR inducerad i denna modell skapar ett lågt tryck volym överbelastning på den vänstra ventrikeln, vilket är en bättre representation av kliniskt observerade mitral valve organskador. Allvarliga vänstra density och vänster Ventrikulärt dilatation observeras inom två veckor efter MR debut i denna modell, men utan kontraktila dysfunktion mätt genom utkast fraktion. Analogt med en sådan situation är patienter med primära MR, som förblir asymtomatiska utan hjärtsvikt under längre perioder, trots progressiv dilatation av deras vänstra sidiga hjärt kammare.
Denna MR-modell för volym överbelastning skiljer sig på flera sätt från den allmänt använda aorto-caval fistel modell av volym överbelastning. Förfarandemässiga lätthet ACF, som kräver en enkel laparotomy utan behov av intubation och mekanisk ventilation, har uppmuntrat dess antagande av det vetenskapliga samfundet12. Trots dess tydliga procedurmässiga fördelar, arterio-venous fistulae shunt en stor mängd blod i vena cava, som överbelastar den venösa reservoaren, och även rätt ventrikel. Förhöjda centrala venösa tryck från venös trängsel kan framkalla lever överbelastning och suboptimal njurfiltrering, som kan orsaka lever fibros eller aktivering av renin-angiotensin-aldosteron (RAAS) systemet. Den förvirrande effekten av RAAS-systemet på Ventrikulärt-kranskärlens koppling är känd, och därmed ACF modellen misslyckas med att presentera en sann volym överbelastning på den vänstra ventrikeln som ses i inställningen av mitral uppstötningar. Jämfört med mitralventil defekt modell, brist på efterlast minskning ytterligare avviker denna modell från den kliniska situationen för MR. Sammantaget, en betydande annan hemodynamisk stress på LV i ACF-modellen, introducerar snabba förändringar med uttalad hypertrofi, dilation, och dysfunktion som inte observerades i vår modell13.
Utöver det nya med att införa MR med ett nålstick, har vår modell flera tillämpningar för att svara kliniskt viktiga frågor. Patienter med primära MR som framgår av en mitral valve lesion är ofta asymtomatiska under långa perioder och får korrigering av deras MR endast i början av pulmonell eller hjärtsvikt symtom. Nya kliniska data tyder på att en sådan fördröjd korrigering av MR inte möjliggör funktionell återhämtning av den vänstra ventrikeln, trots lindring av trötthet och symtom14. I en nyligen genomförd studie med hjälp av denna gnagare modell, vi visat att MR inför snabb och tidig ombyggnad av hjärt extracellulära matris, som är en föregångare till strukturella förändringar i den vänstra ventrikeln10. Sådana mekanistiska insikter som ger en fysiologisk grund för mitralisklaffens intervention kan utvecklas med hjälp av denna modell. Kombinerat med hjärt imaging, är det möjligt att utveckla biomarkörer som representerar dessa tidiga vänster Ventrikulärt förändringar för att styra tidpunkten för intervention. Dessutom kan denna modell av MR kombineras med Ventrikulärt kardiomyopatier såsom ischemisk, icke-ischemisk och andra etiologies, att förstå effekten av MR på ombyggnad av sjuka vänstra ventriklarna. Till exempel, sekundär MR, en frekvent förekomst i myopatiska ventriklarna efter en hjärtinfarkt eller med kronisk ischemi, är en lesion som är kliniskt utmanande att hantera. Huruvida MR är en åskådare i detta sjukdomstillstånd och en produkt av LV dysfunktion, eller om det aktivt bidrar till hjärt ombyggnad är kontroversiella. Vi har nyligen utökat denna modell av MR att undersöka om post-infarkt hjärtan med MR skiljer sig i deras hjärt remodeling potential jämfört med dem utan MR11, belysa potentiella mekanismer som är inblandade i förvärrad hjärtsvikt hos patienter med MR. Denna modell ger flexibiliteten att undersöka effekterna av tidig debut kontra sent uppkomsten av MR på hjärt ombyggnad till misslyckande, vilket kan ha en betydande klinisk inverkan i vägledande insatser.
Som med alla experimentella modell, det finns vissa fördelar och begränsningar som bör beaktas vid tillämpning av resultat från djur till människor. Den tydliga fördelen med denna modell är reproducerbara svårighetsgraden av MR, som stöd för att förstå hjärtkammare remodeling i kliniskt diagnostiserade villkor såsom primära MR från chordal sprängning. Ökningen av hjärtkammare volymer observerats i denna modell och extracellulära matris remodeling observerats i hjärtmuskeln representerar de förändringar som observerats tidigare hos större djur och människor med primära MR14,15. Begränsningen av denna bipacksedel perforering modell är att MR utvecklas akut, som representerar endast en delmängd av patienter med primära MR från akut chordal sprängning. Trots begränsningarna står akut uppkomsten av MR för en betydligt stor patientpopulation som genomgår mitralisklav interventioner, och denna modell är mycket relevant för en sådan situation. En annan begränsning av denna modell är att MR inte är reversibel eller repareras, vilket inte möjliggör studier om effekten eller tidpunkten för ingrepp på hjärt remodeling.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
M.P är rådgivare till Heart Repair Technologies (HRT), för vilken han har fått konsultarvoden. HRT hade ingen roll i denna studie, inte heller gav någon finansiering för att stödja detta arbete.
Acknowledgments
Detta arbete finansierades av bidrag 19PRE34380625 och 14SDG20380081 från American Heart Association till D. Corporan och M. Padala respektive, bidrag HL135145, HL133667, och HL140325 från National Institutes of Health till M. Padala, och infrastruktur finansiering från Carlyle Fraser Heart Center vid Emory University Hospital Midtown till M. Padala.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 4x4 | 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).
