Summary
يصف هذا البروتوكول إجراء خطوة بخطوة لإنشاء نموذج صغير لفشل القلب مع جزء طرد محفوظ باستخدام انقباض الأبهر النازل. كما يتم عرض طرق تقييم مورفولوجيا القلب والأنسجة ووظيفة نموذج المرض هذا.
Abstract
يتم تصنيف أكثر من نصف حالات قصور القلب (HF) على أنها قصور القلب مع الكسر القذفي المحفوظ (HFpEF) في جميع أنحاء العالم. النماذج الحيوانية الكبيرة محدودة للتحقيق في الآليات الأساسية ل HFpEF وتحديد الأهداف العلاجية المحتملة. يقدم هذا العمل وصفا مفصلا للإجراء الجراحي لتضيق الأبهر الهابط (DAC) في الخنازير الصغيرة التبتية لإنشاء نموذج حيواني كبير ل HFpEF. استخدم هذا النموذج انقباضا يتم التحكم فيه بدقة للشريان الأورطي الهابط للحث على الضغط الزائد المزمن في البطين الأيسر. تم استخدام تخطيط صدى القلب لتقييم التغيرات المورفولوجية والوظيفية في القلب. بعد 12 أسبوعا من إجهاد DAC ، كان الحاجز البطيني ضخما ، ولكن تم تقليل سمك الجدار الخلفي بشكل كبير ، مصحوبا بتمدد البطين الأيسر. ومع ذلك ، تم الحفاظ على جزء طرد الجهد المنخفض للقلوب النموذجية عند >50٪ خلال فترة 12 أسبوعا. علاوة على ذلك ، أظهر نموذج DAC تلفا في القلب ، بما في ذلك التليف والالتهاب وتضخم خلايا عضلة القلب. كانت مستويات علامات قصور القلب مرتفعة بشكل ملحوظ في مجموعة DAC. هذا HFpEF الناجم عن DAC في الخنازير الصغيرة هو أداة قوية للتحقيق في الآليات الجزيئية لهذا المرض وللاختبارات قبل السريرية.
Introduction
يمثل قصور القلب مع الكسر القذفي المحفوظ (HFpEF) أكثر من نصف حالات قصور القلب وأصبح مشكلة صحية عامة في جميع أنحاء العالم1. أشارت الملاحظات السريرية إلى العديد من السمات الحاسمة ل HFpEF: (1) الخلل الانبساطي البطيني ، مصحوبا بزيادة تصلب الانقباضي ، (2) جزء طرد طبيعي أثناء الراحة مع ضعف أداء التمرين ، و (3) إعادة تشكيل القلب2. تشمل الآليات المقترحة عدم التنظيم الهرموني ، والتهاب الأوعية الدموية الدقيقة الجهازية ، واضطرابات التمثيل الغذائي ، والتشوهات في بروتينات المصفوفة الساركوميةوخارج الخلية 3. ومع ذلك ، فقد أظهرت الدراسات التجريبية أن قصور القلب مع انخفاض الكسر القذفي (HFrEF) يسبب هذه التعديلات. استكشفت الدراسات السريرية الآثار العلاجية لمثبطات مستقبلات الأنجيوتنسين والأدوية لعلاج HFrEF في HFpEF 4,5. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى نهج علاجية فريدة ل HFpEF. بالمقارنة مع فهم الأعراض السريرية ، فإن التغيرات في علم الأمراض والكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية ل HFpEF لا تزال غير محددة بشكل جيد.
تم تطوير نماذج حيوانية من HFpEF لاستكشاف الآليات وعلامات التشخيص والأساليب العلاجية. يمكن أن تصاب المختبر ، بما في ذلك الخنازير والجرذان والفئران ، ب HFpEF ، وتم اختيار عوامل الخطر المتنوعة ، بما في ذلك ارتفاع ضغط الدم والسكري والشيخوخة ، كعوامل تحريض 6,7. على سبيل المثال ، أسيتات الديوكسي كورتيكوستيرون وحدها أو مجتمعة مع نظام غذائي عالي الدهون / السكر يحفز HFpEF في الخنازير 8,9. الحمل الزائد للضغط البطيني هو تقنية أخرى تستخدم لتطوير HFpEF في النماذج الحيوانية الكبيرة والصغيرة10. بالإضافة إلى ذلك ، تم اعتماد قيم قطع EF محددة لتعريف HFpEF عبر القارات في السنوات الأخيرة ، كما هو موضح في إرشادات الجمعية الأوروبية لأمراض القلب ، ومؤسسة الكلية الأمريكية لأمراض القلب / جمعية القلبالأمريكية 11 ، وجمعية الدورة الدموية اليابانية / جمعية قصور القلب اليابانية12. وبالتالي ، قد تصبح العديد من النماذج التي تم إنشاؤها مسبقا مناسبة لدراسات HFpEF إذا تم اعتماد المعايير السريرية. على سبيل المثال ، ادعى Youselfi et al. أن سلالة الفئران المعدلة وراثيا ، Col4a3-/- ، كانت نموذجا فعالا ل HFpEF. طورت هذه السلالة أعراضا قلبية نموذجية ل HFpEF ، مثل الخلل الانبساطي ، وضعف الميتوكوندريا ، وإعادة تشكيل القلب13. استخدمت دراسة سابقة نظاما غذائيا عالي الطاقة للحث على إعادة تشكيل القلب باستخدام نطاق متوسط من EF في المسنة14 ، والتي تتميز باضطراب التمثيل الغذائي والتليف وانخفاض أكتوميوسين MgATPase في عضلة القلب. يعد انقباض الأبهر المستعرض للفأر (TAC) أحد أكثر النماذج استخداما لتقليد اعتلال عضلة القلب البطيني الناجم عن ارتفاع ضغط الدم. يتطور البطين الأيسر من تضخم متحد المركز مع زيادة EF إلى إعادة تشكيل متوسعة مع انخفاض EF15,16. تشير الأنماط الظاهرية الانتقالية بين هاتين المرحلتين النموذجيتين إلى أنه يمكن استخدام تقنية انقباض الأبهر لدراسة HFpEF.
تم نشر السمات المرضية والإشارات الخلوية وملامح mRNA لنموذج HFpEF الخنازيرسابقا 17. هنا ، يتم تقديم بروتوكول خطوة بخطوة لإنشاء هذا النموذج وطرق تقييم الأنماط الظاهرية لهذا النموذج. الإجراء موضح في الشكل 1. باختصار ، تم وضع الخطة الجراحية بشكل مشترك من قبل الباحث الرئيسي والجراحين وفنيي المختبرات وموظفي رعاية. خضعت الخنازير الصغيرة لفحوصات صحية ، بما في ذلك الاختبارات الكيميائية الحيوية وتخطيط صدى القلب. بعد الجراحة ، تم إجراء إجراءات مضادة للالتهابات ومسكنات. تم استخدام تخطيط صدى القلب والفحص النسيجي والمؤشرات الحيوية لتقييم الأنماط الظاهرية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
تمت الموافقة على جميع الدراسات على من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدام التابعة لمعهد مراقبة المختبر في قوانغدونغ (الموافقة رقم. IACUC2017009). تم إجراء جميع التجارب على وفقا لدليل رعاية واستخدام المختبر (الطبعة 8 ، 2011 ، الأكاديميات الوطنية ، الولايات المتحدة الأمريكية). تم إيواء في منشأة معتمدة من AAALAC في معهد مراقبة مختبر قوانغدونغ (ترخيص رقم. SYXK (YUE) 2016-0122 ، الصين). تم استخدام ستة ذكور من الخنازير الصغيرة التبتية (ن = 3 لكل من المجموعة الوهمية ومجموعة DAC ، 25-30 كجم في الوزن) لتطوير نموذج HFpEF.
1. إعداد والأدوات
- تأقلم مع المنشأة لمدة 14 يوما قبل الجراحة.
- إجراء الفحوصات الصحية ، بما في ذلك الاختبارات الكيميائية الحيوية وتخطيط صدى القلب ، قبل الجراحة. استبعاد التي تعاني من تشوهات قلبية في البنية (تمدد البطين أو تضخمه) والوظيفة (EF <50٪) وفقا ل T / CALAS85-2020 المختبر - إرشادات للتقييم الصحي للأعضاء الرئيسية ، مثل القلب والكبد والكلى والدماغ لحيوانات المختبر الكبيرة (الجمعية الصينية لعلوم المختبر ، الصين).
- صيام لأكثر من 12 ساعة قبل التخدير عن طريق عدم التغذية في يوم الجراحة.
- تحضير غرفة الجراحة والأجهزة (الشكل 2). تحقق من محطة التنفس الصناعي ، وأجهزة المراقبة البيطرية والمرضى ، ونظام الموجات فوق الصوتية البيطرية ، والشافطة ، والأجهزة الجراحية الأخرى. الأوتوكلاف المقص ، الملقط ، المبعدات ، مقابض المشرط ، رأس الشافطة ، الإبر الجراحية ، إلخ (انظر جدول المواد).
2. التخدير والتنبيب الرغامي وقنية الوريد
- وزن وحساب الأدوية المخدرة. قم بتخدير الخنازير الصغيرة ب 1 ملغم/كغ من حقن الزوليتيل (تيلتامين وزولازيبام للحقن) و0.5 مغ/كغ من حقن زيلازين هيدروكلوريد (انظر جدول المواد).
- قم بتقييد ووضع الخنازير الصغيرة في وضع الراقد الجانبي الأيمن على طاولة جراحة التشغيل. قم بتشغيل نظام التدفئة للحفاظ على درجة حرارة جسم.
- إجراء تخطيط صدى القلب (الخطوة 5) وجمع 2 مل من عينات الدم.
- تنبيب الخنازير الصغيرة بأنبوب رغامي متصل بمحطة تهوية للتخدير البيطري (الشكل 3 أ) (انظر جدول المواد).
- ابدأ التهوية عند 8 مل / كجم من حجم المد والجزر و 30 نفسا / دقيقة. الحفاظ على مع 1.5 ٪ -2.5 ٪ من isoflurane أثناء العملية الجراحية.
- إنشاء قنية في الوريد باستخدام قسطرة وريدية محيطية (26 جم) (انظر جدول المواد) من وريد الأذن (عادة وريد الأذن الهامشي ، الشكل 3 ب).
- قم بتوصيل بجهاز مراقبة بيطري.
3. الإجراء الجراحي
- حلق المنطقة الصدرية اليسرى. ضع 0.7٪ من اليود و 75٪ كحول لتحضير الجلد بشكل معقم من لوح الكتف إلى الحجاب الحاجز (الشكل 3C).
- ضع ستائر معقمة على منطقة الجراحة.
- تطبيق البروبوفول (5 ملغ/كغ) (انظر جدول المواد) عن طريق الحقن الوريدي للحفاظ على التخدير العام.
- ضع علامة على الشق (~ 15 سم طولا) على طول الفضاء الوربي الرابع قبل شق الجلد باستخدام الكي الكهربائي.
- افتح الصدر باستخدام مزيج من الكي والتشريح الحاد للعضلات والأنسجة الضامة. استخدم شفاطا لإزالة الدم أثناء العملية.
- استخدم ضاما ضلعا لنشر الضلوع (الشكل 3 د).
- حدد موقع جزء الشريان الأورطي الهابط الصدري وحدد موقع الانقباض (الشكل 3E). استخدم غرزتين جراحيتين 3-0 للالتفاف حول المقطع مرتين (الشكل 3F). ضع ثلاث طبقات من الشاش الطبي بين الخيط والشريان الأورطي لتجنب تلف الأنسجة عن طريق الغرز.
- قم بإعداد وحدات قياس الضغط لتحديد درجة الانقباض (الشكل 3F-H).
ملاحظة: تشتمل الوحدة على قسطرة تثقب جدار الوعاء الدموي وأنبوب التوصيل ومحول الضغط ومراقبة المريض. - شد الخيط الجراحي المحيط بالجزء النازل من الشريان الأورطي تدريجيا لتحقيق درجة الانقباض المطلوبة. اسمح لقراءات الضغط بالاستقرار لمدة 20 دقيقة وشد العقد الجراحية بشكل دائم.
- استخدم أنبوب تصريف صدري لتفريغ الهواء والسوائل الزائدة في تجويف الصدر.
- أغلق جدار الصدر في طبقات ، وأعد تقريب الأضلاع والعضلات المقسمة بخيوط قابلة للامتصاص.
- تحقق من وجود أي نزيف وتأكد من الإرقاء الجيد.
- ضع زجاجة من البنزيل بنسلين (800000 وحدة) (انظر جدول المواد) على منطقة العملية بعد الجراحة.
- مراقبة وجود وميض العين وحركة الأطراف للحيوان. افصل جهاز التنفس الصناعي ولكن اترك الأنبوب الرغامي. مراقبة وجود التنفس التلقائي.
- أعد إلى غرفة السكن الخاصة به واتركه يستيقظ تلقائيا.
4. رعاية ما بعد الجراحة
- تطبيق البنزيل بنسلين يوميا لمدة 1 أسبوع (20000 وحدة / كغ).
- تطبيق 1 ملغ / كغ من فلونيكسين ميغلومين (انظر جدول المواد) يوميا لمدة أسبوع واحد.
ملاحظة: يجب إعطاء المسكنات الأفيونية ومضادات الالتهاب غير الستيروئيدية أثناء الجراحة وبعدها.
5. تخطيط صدى القلب عبر الصدر
- قم بتخدير ب 1 ملغم / كغم من الزوليتيل.
- ضع في وحدة ضبط النفس المتنقلة مع غطاء قماش.
ملاحظة: تحتوي وحدة التقييد المتنقلة (انظر جدول المواد) على أربع فتحات مصممة لتمديد الأطراف الأمامية والأطراف الخلفية للحيوان. - حلق الصدر الأيسر للحيوان.
- ضع الأصابع على يسار وسط الصدر لتشعر بالنبض القمي. ضع الجل بالموجات فوق الصوتية على المنطقة المحيطة.
- ضع محول الصفيف المرحلي لنظام الموجات فوق الصوتية (3-8 هرتز) في الفضاء الوربي الثالث. حرك محول الطاقة نحو اتجاه أمامي أو خلفي واضبط زاوية الشق.
- تحديد الأذينين والبطينين والشريان الأورطي. سجل صور المحور الطويل للوضع B والوضع M.
ملاحظة: تمثل صورة الوضع B المقطع العرضي للبطين الأيسر على مستوى العضلات الحليمية، وتظهر صورة الوضع M حركة البطين الأيسر بمرور الوقت. - أدر رأس محول الطاقة 90 درجة في اتجاه عقارب الساعة للحصول على عرض المحور القصير شبه القصي. تحديد البطين الأيسر والبطين الأيمن والعضلة الحليمية. سجل صور الوضع B والوضع M.
- استخدم محطة العمل التي توفرها الشركة المصنعة لنظام الموجات فوق الصوتية لتقييم بنية القلب ووظيفته.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
تخطيط صدى القلب
تم تقييم بنية القلب ووظيفته في الأسابيع 0 و 2 و 4 و 6 و 8 و 10 و 12. يتم عرض تسجيلات الوضع B والوضع M لمنظر المحور القصير parasternal في الشكل 4A. تضمن قياس تخطيط صدى القلب سمك الحاجز البطيني (VST) وسمك الجدار الخلفي (PWT) والبعد الداخلي للبطين الأيسر (LVID). زاد VST في نهاية الانبساط في قلوب DAC ، في حين زاد PWT في نهاية الانبساط ثم انخفض خلال فترة الملاحظة ، مما يشير إلى أن إعادة تشكيل الضخامي كانت موجودة في البطين الأيسر من الخنازير الصغيرة DAC (الشكل 4B ، C). انخفض LVID في نهاية الانبساط في الأسبوعين 4 و 6 ثم زاد تدريجيا بعد الأسبوع 8 ، مما يشير إلى أن البطينين خضعا لتضخم متحد المركز قبل التمدد (الشكل 4D). تم الحفاظ على LVEF للقلوب النموذجية عند >50٪ خلال فترة 12 أسبوعا (الشكل 4E).
مورفولوجيا وعلامة قصور القلب
بعد الأسبوع 12 ، تم حصاد القلوب كما هو موضح سابقا17. بالمقارنة مع تلك الموجودة في القلوب الوهمية ، لوحظ تضخم قلوب DAC (الشكل 5 أ). تم تحديد تركيز مصل تروبونين القلب I (cTnI) باستخدام مجموعة مقايسة الممتز المناعي المرتبط بالإنزيم في الأسابيع 0 و 4 و 8 و 12 باتباع تعليمات الشركة المصنعة (انظر جدول المواد). تم قياس الكثافة البصرية عند 450 نانومتر باستخدام قارئ الصفائح الدقيقة. كانت علامة قصور القلب cTnI أعلى بكثير في الأسابيع 4 و 8 و 12 في مجموعة DAC مقارنة بالمجموعة الوهمية في النقاط الزمنية المقابلة (الشكل 5B).
الفحص النسيجي
تم جمع الأنسجة من الجدران الحرة للبطينين الأيسر والأيمن والحاجز البطيني والأذين الأيسر والأيمن والصمام التاجي والشريان الأورطي وتثبيتها بنسبة 4٪ بارافورمالدهيد. تم دمج الأنسجة وتقطيعها إلى أقسام وتلطيخها بمحلول الهيماتوكسيلين والإيوزين (H &E) بعد التقريرالسابق 17. تم تحديد خلايا عضلة القلب الضخامية والتليف والخلايا الالتهابية ونوى pyknotic وغيرها من الهياكل باستخدام مجهر ضوئي. أظهرت الخلايا العضلية القلبية في الأذينين والحاجز البطيني والبطينين تضخما مع pyknosis (الشكل 6 أ). تم تقليل الطبقات العضلية في الصمام التاجي (الشكل 6B) ، ولوحظ تضخم بطانة الأوعية الدموية في الشريان الأورطي (الشكل 6C). علاوة على ذلك ، تسبب DAC في تليف واسع النطاق في عضلة القلب للخنازير الصغيرة (الشكل 7 أ) ، مصحوبا بتسلل الخلايا الالتهابية في البطينين الأيسر والأذين الأيمن وجدران الأبهر (الشكل 7 ب).
الشكل 1: التصميم التجريبي. تم وضع الخطة التجريبية بالتعاون مع الباحث الرئيسي والجراحين وفنيي المختبرات وموظفي رعاية. خضعت الخنازير الصغيرة لفحوصات صحية ، بما في ذلك الاختبارات الكيميائية الحيوية وتخطيط صدى القلب. بعد الجراحة ، تم إجراء إجراءات مضادة للالتهابات ومسكنات. قام تخطيط صدى القلب والفحص النسيجي واختبار العلامات الحيوية بتقييم الأنماط الظاهرية لفشل القلب. كان عدد ، n = 3 لكل منها ، لمجموعات الشام و DAC. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2. الأجهزة الجراحية. تضمنت الأجهزة اللازمة (أ) لجراحة DAC الشافطة (أ) ، والطاولة الجراحية (ب) ، والمراقبة البيطرية (ج) ، والأضواء الجراحية LED (د) ، ومحطة التنفس الصناعي (ه). تم استخدام نظام الموجات فوق الصوتية البيطرية لتقييم بنية ووظيفة قلوب قبل وبعد الجراحة (ب). تضمنت الأدوات الجراحية منظار الحنجرة (C) وملقط مختلف ومقابض مشرط ومقص (D). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: إجراء جراحي. بعد التخدير ، تم تنبيب بأنبوب القصبة الهوائية (A) ، وتم إنشاء القنية الوريدية من خلال وريد الأذن (B). كان موقع الجراحة في الصدر الأيسر للحيوان (C). بعد تعريض الشريان الأورطي الهابط (D ، E) ، تم تحديد موقع الانقباض (SB) والمواقع الغازية لمراقبة الضغط (SA ، SC) (F ، G) ، وتم قياس ضغط الأبهر باستخدام جهاز مراقبة المريض (H). يعرض رسم كاريكاتوري نظرة عامة على استراتيجية الانقباض (I). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: تقييم تخطيط صدى القلب عبر الصدر. يتم عرض صور الوضع B التمثيلية والوضع M لقلوب الضغط الزائد من الأسبوع 0 إلى الأسبوع 12 في (A). يتم عرض صور الوضع M المسجلة لمدة 4 ثوان. يشير شريط المقياس الوردي إلى الطول القياسي البالغ 1 ثانية ، وزاد سمك الحاجز البطيني (VST) عند نهاية الانبساط في قلوب DAC (B). في المقابل ، زاد سمك الجدار الخلفي (PWT) عند نهاية الانبساط تدريجيا وانخفض خلال فترة المراقبة (C). انخفض البعد الداخلي للبطين الأيسر (LVID) عند نهاية الانبساط في الأسبوع 4 والأسبوع 6 ثم زاد تدريجيا بعد الأسبوع 8 (D). تم الحفاظ على LVEF للقلوب النموذجية عند >50٪ خلال فترة 12 أسبوعا (E). كان عدد ، n = 3 لكل منها ، لمجموعات الشام و DAC. تم استخدام اختبارات t غير المقترنة لتحديد الاختلافات بين المجموعات. *P < 0.05 مقابل. مجموعة الشام. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: مورفولوجيا القلب و cTnI في المصل. يبدو أن حجم القلب يزداد (أ). كانت علامة قصور القلب cTnI أعلى بكثير في الأسابيع 4 و 8 و 12 في مجموعة DAC مقارنة بالمجموعة الوهمية في النقاط الزمنية المقابلة (B). كان عدد ، n = 3 لكل منها ، لمجموعات الشام و DAC. تم استخدام اختبارات t غير المقترنة لتحديد الاختلافات بين المجموعات. *P < 0.05 مقابل. مجموعة الشام. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6: أنسجة عضلة القلب والصمام التاجي والجدار الأبهري. تم استخدام تلطيخ H &E لفحص أنسجة القلب في نهاية التجربة. أظهرت الخلايا العضلية القلبية في الأذينين والحاجز البطيني والبطينين تضخما (الأسهم باللون الأخضر; A) ، يرافقه pyrosis (السهام باللون الأصفر. أ). تم تقليل الطبقات العضلية في الصمام التاجي (الأسهم باللون الأزرق. ب). لوحظ تضخم بطانة الأوعية الدموية في الشريان الأورطي (منطقة داخل الخطوط الزرقاء. ج). العلامات النجمية الحمراء: فحص الأنسجة. L. البطين, البطين الأيسر; R. البطين, البطين الأيمن; L. الأذين ، الأذين الأيسر ؛ R. الأذين ، الأذين الأيمن. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 7: التليف والالتهاب في قلوب داك. أظهر الفحص النسيجي تليف عضلة القلب واسع النطاق في الخنازير الصغيرة DAC. تم عرض منطقة ليفية في البطين الأيسر (العلامات النجمية والسهام باللون الأصفر; أ). لوحظ تسلل الخلايا الالتهابية في البطينين الأيسر والأذين الأيمن وجدران الأبهر (العلامات النجمية باللون الأخضر. ب). العلامات النجمية الحمراء: الأنسجة المفحوصة. السهام باللون الأزرق ، الحمضات. L. البطين, البطين الأيسر; R. الأذين ، الأذين الأيمن. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
استخدمت هذه الدراسة تقنيات DAC لتطوير نموذج HFpEF للخنازير الصغيرة التبتية. يتم تقديم بروتوكول تحضير والأدوات خطوة بخطوة هنا ، بما في ذلك التخدير والتنبيب الرغامي وقنية الوريد والإجراءات الجراحية ورعاية ما بعد الجراحة. كما يتم تقديم تقنيات التسجيل لصور القلب ب و الوضع M للقلب. بعد DAC ، خضع القلب لتضخم البطين الأيسر خلال الأسبوعين 4 و 6 والتمدد بعد الأسبوع 8. تم الحفاظ على LVEF خلال فترة 12 أسبوعا. لوحظ التليف والالتهاب في قلوب DAC.
تم استخدام مزيج من عملية الصدر المفتوح وانقباض الأبهر لتطوير نماذج قصور القلب في الكبيرة والصغيرة. على سبيل المثال ، تم الإبلاغ عن ارتفاع ضغط الدم الناجم عن انقباض الأبهر القوارض في وقت مبكر من خمسينيات القرن العشرين18. أدى انقباض الشريان الأورطي الصاعد في الخنازير إلى تضخم البطين الأيسر الخفيف في الخنازير البالغة من العمر 2-4 أسابيع. فيما يتعلق بموقع العملية لتحديد موقع الشريان الأورطي الصاعد ، اختارت بعض الدراسات الفضاء الوربي الثالث19,20 ، بينما اختارت دراسة أخرى الفضاء الوربي الرابع لبضع الصدر الجانبي21. وقد وجد أن الانقباض عند الشريان الأورطي الهابط كان عمليا في الخنازير الصغيرة التبتية البالغة. يقع الجزء الأبهري الهابط مباشرة تحت الفضاء الوربي الرابع ومحاطا بنسيج ضام صغير.
يمكن أن تكون درجة الانقباض حاسمة لتحفيز السمات الرئيسية ل HFpEF. أفاد Melleby et al. أن حجم الحلقة الأصغر تسارع التضخم ، بينما أدت أحجام الحلقة الأكبر إلى الحفاظ على EF لمدة 8-20 أسبوعا في الفئران مع انقباض الأبهر الصاعد22. قام ماسي وآخرون بتعيين تدرج ضغط قدره 20 مم زئبق لجراحة الصدر المفتوح في الخنازير للحث على تضخم البطين21. اعتمد تشارلز وآخرون تضخم الكفة التدريجي لتوليد HFpEF في إناث خنازير يوركشاير لاندريس23. في الدراسة الحالية ، أدت زيادة الضغط بنسبة 20٪ في الشريان الأورطي الهابط لمدة 12 أسبوعا إلى HFpEF. قام الباحثون أيضا بدمج تقنيات انقباض الأبهر مع أسيتات ديوكسي كورتيكوستيرون أو النظام الغذائي الغربي للحث على HFpEF في إناث خنازير Ossabaw10،24. عادة ما يتم تقدير درجات الانقباض من خلال الضغط المقاس باستخدام قسطرة مقياس الضغط الدقيق أو تخطيط صدى القلب. تم تعديل أداة لقياس ضغط الأبهر. تم استخدام قسطرة مزودة بمحولات ضغط دم يمكن التخلص منها متصلة بجهاز مراقبة المريض لتسجيل الضغط عند الشريان الأورطي النازل.
قدمت دراستنا السابقة صورا نموذجية للمحور الطويل لقلوب HFpEF في الخنازير الصغيرة17. هنا ، تتم إضافة صور تمثيلية قصيرة المحور. تماشيا مع النتائج السابقة ، أظهر نموذج minipig DAC مرحلتين متميزتين من إعادة تشكيل القلب ، وتضخم متحد المركز ، وتمدد ، خلال فترة المراقبة التي استمرت 12 أسبوعا. تتوافق هذه الأنماط الظاهرية مع الأعراض السريرية ل HFpEF. كما تم الكشف عن نتائج نسيجية جديدة في نموذج HFpEF في هذا العمل. تم العثور على تضخم عضلة القلب في الأذينين والحاجز البطيني والبطينين. بالإضافة إلى ذلك ، يتم الحصول على تسلل الخلايا الالتهابية الشديدة في البطين الأيسر والأذين الأيمن وجدار الأبهر. هذا يكمل النتائج السابقة ، التي أظهرت تنظيم إنتاج الإنترلوكينات -6 و -1β و NFκB والسيتوكين في عضلة القلبDAC 17. اختفت الطبقة العضلية في الصمام التاجي لخنزير HFpEF ، مما يشير إلى أن التشوهات في الصمام التاجي ساهمت في اختلال وظائف القلب.
يعد إنشاء إجراء جراحي معقم أمرا بالغ الأهمية للحصول على نماذج خنازير ناجحة ومستقرة. تتطلب جراحة انقباض الأبهر في الخنازير عوامل أكثر من تلك الموجودة في القوارض. عادة ما يتطلب فريقا جراحيا متمرسا من جراحين ، طبيب تخدير واحد ، ممرضتين في غرفة العمليات. يمكن القيام بهذه الأدوار من قبل الأطباء البيطريين والجراحين البشريين و / أو الفنيين المدربين تدريبا جيدا. بالمقارنة مع جراحة القوارض التي تستغرق حوالي 30 دقيقة لإكمال إجراء انقباض الأبهر ، قد يستغرق الأمر أكثر من 3 ساعات لإكمال إجراء مماثل في الخنازير. في الممارسة العملية ، يحد عدم كفاية المرافق والموظفين المهرة لجراحة الكبيرة من تطبيق النماذج الجراحية للخنازير.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
يعلن أصحاب البلاغ أنه ليس لديهم مصالح متنافسة.
Acknowledgments
تم دعم هذا العمل من قبل برنامج قوانغدونغ للعلوم والتكنولوجيا (2008A08003 ، 2016A020216019 ، 2019A030317014) ، وبرنامج قوانغتشو للعلوم والتكنولوجيا (201804010206) ، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (31672376 ، 81941002) ، ومختبر مقاطعة قوانغدونغ الرئيسي لحيوانات المختبر (2017B030314171).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Absorbable surgical suture | Putong Jinhua Medical Co. Ltd, China | 4-0 | |
| Aesthesia ventilator station | Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Co., Ltd, China | WATO EX-35vet | |
| Aspirator | Shanghai Baojia Medical Apparatus Co., Ltd, China | YX930D | |
| Benzylpenicillin | Sichuan Pharmaceutical. INC, China | H5021738 | |
| Disposal endotracheal tube with cuff | Shenzhen Verybio Co., Ltd, China | 20 cm, ID 0.9 | |
| Disposal transducer | Guangdong Baihe Medical Technology Co., Ltd, China | ||
| Dissection blade | Shanghai Medical Instruments (Group) Co., Ltd, China | ||
| Electrocautery | Shanghai Hutong Medical Instruments (Group) Co., Ltd, China | GD350-B | |
| Enzyme-linked immunosorbent assay ELISA kit | Cusabio Biotech Co., Ltd, China | CSB-E08594r | |
| Eosin | Sigma-Aldrich Corp. | E4009 | |
| Flunixin meglumine | Shanghai Tongren Pharmaceutical Co., Ltd., China | Shouyaozi(2012)-090242103 | |
| Forceps | Shanghai Medical Instruments (Group) Co., Ltd.,China | ||
| Hematoxylin | Sigma-Aldrich Corp. | H3136 | |
| Isoflurane | RWD Life Science Co., Ltd, China | Veteasy for animals | |
| Laryngoscope | Taixing Simeite Medical Apparatus and Instruments Limited Co., Ltd, China | For adults | |
| LED surgical lights | Mingtai Medical Group, China | ZF700 | |
| Microplate reader | Thermo Fisher Scientific, USA | Multiskan FC | |
| Microscope | Leica, Germany | DM2500 | |
| Mobile restraint unit | Customized | N/A | A mobile restraint unit, made by metal frame and wheels, with a canvas cover |
| Oxygen | Local suppliers, Guangzhou, China | ||
| Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich Corp. | V900894 | |
| Patient monitor | Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Company, China | Beneview T5 | |
| Peripheral Intravenous (IV) Catheter | Shenzhen Yima Pet Industry Development Co., Ltd., China | 26G X 16 mm | |
| Propofol | Guangdong Jiabo Phamaceutical Co., Ltd. | H20051842 | |
| Rib retractor | Shanghai Medical Instruments (Group) Co., Ltd.,China | ||
| Ruler | Deli Manufacturing Company, China | ||
| Scalpel handles | Shanghai Medical Instruments (Group) Co., Ltd.,China | ||
| Scissors (g) | Shanghai Medical Instruments (Group) Co., Ltd.,China | ||
| Suture | Medtronic-Coviden Corp. | 3-0, 4-0 | |
| Ultrasonic gel | Tianjin Xiyuansi Production Institute, China | TM-100 | |
| Veterinary monitor | Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Company, China | ePM12M Vet | |
| Veterinary ultrasound system | Esatoe, Italy | MyLab30 | Equiped with phased array transducer (3-8 Hz) |
| Xylazine hydrochloride injection | Shenda Animal Phamarceutical Co., Ltd., China | Shouyaozi(2016)-07003 | |
| Zoletil injection | Virbac, France | Zoletil 50 | Tiletamine and zolazepam for injection |
References
- Dunlay, S. M., Roger, V. L., Redfield, M. M. Epidemiology of heart failure with preserved ejection fraction. Nature Reviews Cardiology. 14 (10), 591-602 (2017).
- Redfield, M. M. Heart failure with preserved ejection fraction. New England Journal of Medicine. 375 (19), 1868-1877 (2016).
- Lam, C. S. P., Voors, A. A., de Boer, R. A., Solomon, S. D., van Veldhuisen, D. J. Heart failure with preserved ejection fraction: From mechanisms to therapies. European Heart Journal. 39 (30), 2780-2792 (2018).
- Solomon, S. D., et al. Angiotensin receptor neprilysin inhibition in heart failure with preserved ejection fraction: Rationale and design of the PARAGON-HF trial. JACC-Heart Failure. 5 (7), 471-482 (2017).
- Cunningham, J. W., et al. Effect of sacubitril/valsartan on biomarkers of extracellular matrix regulation in patients with HFpEF. Journal of the American College of Cardiology. 76 (5), 503-514 (2020).
- Conceição, G., Heinonen, I., Lourenço, A. P., Duncker, D. J., Falcão-Pires, I. Animal models of heart failure with preserved ejection fraction. Netherlands Heart Journal. 24 (4), 275-286 (2016).
- Noll, N. A., Lal, H., Merryman, W. D. Mouse models of heart failure with preserved or reduced ejection fraction. American Journal of Pathology. 190 (8), 1596-1608 (2020).
- Schwarzl, M., et al. A porcine model of hypertensive cardiomyopathy: Implications for heart failure with preserved ejection fraction. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 309 (9), 1407-1418 (2015).
- Reiter, U., et al. Early-stage heart failure with preserved ejection fraction in the pig: A cardiovascular magnetic resonance study. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 18 (1), 63 (2016).
- Silva, K. A. S., et al. Tissue-specific small heat shock protein 20 activation is not associated with traditional autophagy markers in Ossabaw swine with cardiometabolic heart failure. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 319 (5), 1036-1043 (2020).
- Ponikowski, P., et al. 2016 ESC Guidelines for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure: The Task Force for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure of the European Society of Cardiology (ESC)Developed with the special contribution of the Heart Failure Association (HFA) of the ESC. European Heart Journal. 37 (27), 2129-2200 (2016).
- Tsutsui, H., et al. JCS 2017/JHFS 2017 guideline on diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure - Digest version. Circulation Journal. 83 (10), 2084-2184 (2019).
- Yousefi, K., Dunkley, J. C., Shehadeh, L. A. A preclinical model for phenogroup 3 HFpEF. Aging (Albany NY). 11 (13), 4305-4307 (2019).
- Zheng, S., et al. Aged monkeys fed a high-fat/high-sugar diet recapitulate metabolic disorders and cardiac contractile dysfunction. Journal of Cardiovascular Translational Research. 14 (5), 799-815 (2021).
- Shirakabe, A., et al. Drp1-dependent mitochondrial autophagy plays a protective role against pressure overload-induced mitochondrial dysfunction and heart failure. Circulation. 133 (13), 1249-1263 (2016).
- Zhabyeyev, P., et al. Pressure-overload-induced heart failure induces a selective reduction in glucose oxidation at physiological afterload. Cardiovascular Research. 97 (4), 676-685 (2013).
- Tan, W., et al. A porcine model of heart failure with preserved ejection fraction induced by chronic pressure overload characterized by cardiac fibrosis and remodeling. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 8, 677727 (2021).
- Beznak, M. Changes in heart weight and blood pressure following aortic constriction in rats. Canadian Journal of Biochemistry and Physiology. 33 (6), 995-1002 (1955).
- Bikou, O., Miyashita, S., Ishikawa, K. Pig model of increased cardiac afterload induced by ascending aortic banding. Methods in Molecular Biology. 1816, 337-342 (2018).
- Hiemstra, J. A., et al. Chronic low-intensity exercise attenuates cardiomyocyte contractile dysfunction and impaired adrenergic responsiveness in aortic-banded mini-swine. Journal of Applied Physiology. 124 (4), 1034-1044 (2018).
- Massie, B. M., et al. Myocardial high-energy phosphate and substrate metabolism in swine with moderate left ventricular hypertrophy. Circulation. 91 (6), 1814-1823 (1995).
- Melleby, A. O., et al. A novel method for high precision aortic constriction that allows for generation of specific cardiac phenotypes in mice. Cardiovascular Research. 114 (12), 1680-1690 (2018).
- Charles, C. J., et al. A porcine model of heart failure with preserved ejection fraction: magnetic resonance imaging and metabolic energetics. ESC Heart Failure. 7 (1), 92-102 (2020).
- Olver, T. D., et al. Western, diet-fed, aortic-banded ossabaw swine: A Preclinical model of cardio-metabolic heart failure. JACC Basic to Translational Science. 4 (3), 404-421 (2019).
