Summary
הפרוטוקול הנוכחי מתאר הליך שלב אחר שלב לביסוס מודל מיני-חזיר של אי ספיקת לב עם מקטע פליטה שמור באמצעות התכווצות אבי העורקים היורדת. כמו כן מוצגות השיטות להערכת מורפולוגיה לבבית, היסטולוגיה ותפקוד של מודל מחלה זה.
Abstract
יותר ממחצית ממקרי אי ספיקת לב (HF) מסווגים כאי ספיקת לב עם מקטע פליטה שמור (HFpEF) ברחבי העולם. מודלים גדולים של בעלי חיים מוגבלים לחקר המנגנונים הבסיסיים של HFpEF ולזיהוי מטרות טיפוליות פוטנציאליות. עבודה זו מספקת תיאור מפורט של ההליך הכירורגי של התכווצות אבי העורקים היורד (DAC) במיני-חזירים טיבטיים כדי לבסס מודל של בעלי חיים גדולים של HFpEF. מודל זה השתמש בהתכווצות מבוקרת מדויקת של אבי העורקים היורד כדי לגרום לעומס לחץ כרוני בחדר השמאלי. אקוקרדיוגרפיה שימשה להערכת השינויים המורפולוגיים והתפקודיים בלב. לאחר 12 שבועות של לחץ DAC, מחיצת החדר הייתה היפרטרופית, אך עובי הדופן האחורית הופחת משמעותית, מלווה בהתרחבות החדר השמאלי. עם זאת, מקטע פליטת LV של לבבות הדגם נשמר על >50% במהלך תקופה של 12 שבועות. יתר על כן, מודל DAC הראה נזק לבבי, כולל פיברוזיס, דלקת והיפרטרופיה קרדיומיוציטים. רמות סמן אי ספיקת לב היו גבוהות באופן משמעותי בקבוצת DAC. HFpEF זה המושרה על ידי DAC במיניחזירים הוא כלי רב עוצמה לחקר מנגנונים מולקולריים של מחלה זו ולבדיקות פרה-קליניות.
Introduction
אי ספיקת לב עם מקטע פליטה משומר (HFpEF) מהווה יותר ממחצית ממקרי אי ספיקת הלב והפכה לבעיה עולמית בבריאות הציבור1. תצפיות קליניות הצביעו על מספר מאפיינים קריטיים של HFpEF: (1) תפקוד דיאסטולי חדרי, מלווה בנוקשות סיסטולית מוגברת, (2) מקטע פליטה רגיל במנוחה עם ביצועי פעילות גופנית לקויים, ו (3) שיפוץ לב2. המנגנונים המוצעים כוללים חוסר ויסות הורמונלי, דלקת כלי דם מערכתית, הפרעות מטבוליות והפרעות בחלבוני מטריצה סרקומרית וחוץ-תאית3. עם זאת, מחקרים ניסיוניים הראו כי אי ספיקת לב עם מקטע פליטה מופחת (HFrEF) גורמת לשינויים אלה. מחקרים קליניים בחנו את ההשפעות הטיפוליות של מעכבי קולטן אנגיוטנסין ותרופות לטיפול ב- HFrEF ב- HFpEF 4,5. עם זאת, יש צורך בגישות טיפוליות ייחודיות עבור HFpEF. בהשוואה להבנת הסימפטומים הקליניים, השינויים בפתולוגיה, ביוכימיה וביולוגיה מולקולרית של HFpEF נותרו מוגדרים בצורה גרועה.
מודלים של בעלי חיים של HFpEF פותחו כדי לחקור את המנגנונים, סמני האבחון והגישות הטיפוליות. חיות מעבדה, כולל חזירים, כלבים, חולדות ועכברים, יכולות לפתח HFpEF, וגורמי סיכון מגוונים, כולל יתר לחץ דם, סוכרת והזדקנות, נבחרו כגורמי אינדוקציה 6,7. לדוגמה, deoxycorticosterone אצטט לבד או בשילוב עם דיאטה עתירת שומן/סוכר משרה HFpEF בחזירים 8,9. עומס יתר של לחץ חדרי הוא טכניקה נוספת המשמשת לפיתוח HFpEF במודלים של בעלי חיים גדולים וקטנים10. בנוסף, ערכי חיתוך EF ספציפיים להגדרת HFpEF אומצו על פני יבשות בשנים האחרונות, כפי שניתן לראות בהנחיות האגודה האירופית לקרדיולוגיה, הקולג 'האמריקאי לקרדיולוגיה הקרן / איגוד הלב האמריקאי11, החברה היפנית למחזור הדם / החברה היפנית לאי ספיקת לב12. לפיכך, מודלים רבים שהוקמו בעבר עשויים להתאים למחקרי HFpEF אם יאומצו הקריטריונים הקליניים. לדוגמה, Youselfi et al. טענו כי זן עכבר מהונדס גנטית, Col4a3-/-, הוא מודל HFpEF יעיל. זן זה פיתח תסמינים לבביים אופייניים של HFpEF, כגון תפקוד לקוי של דיאסטול, תפקוד לקוי של המיטוכונדריה ועיצוב מחדש של הלב13. מחקר קודם השתמש בתזונה עתירת אנרגיה כדי לגרום לעיצוב מחדש של הלב עם טווח ביניים של EF בקופים בגיל14, המאופיינים בהפרעה מטבולית, פיברוזיס וירידה באקטומיוזין MgATPase בשריר הלב. התכווצות אבי העורקים הרוחבית של העכבר (TAC) היא אחד המודלים הנפוצים ביותר לחיקוי קרדיומיופתיה חדרית הנגרמת על ידי יתר לחץ דם. החדר השמאלי מתקדם מהיפרטרופיה קונצנטרית עם EF מוגבר לשיפוץ מורחב עם EFמופחת 15,16. פנוטיפים המעבר בין שני שלבים טיפוסיים אלה מציעים כי טכניקת התכווצות אבי העורקים יכולה לשמש לחקר HFpEF.
התכונות הפתולוגיות, איתות סלולרי ופרופילי mRNA של מודל HFpEF חזירי פורסמו בעבר17. כאן, פרוטוקול שלב אחר שלב מוצג כדי לבסס את המודל הזה ואת הגישות להעריך את הפנוטיפים של מודל זה. התהליך מומחש באיור 1. בקצרה, התוכנית הכירורגית הוכנה במשותף על ידי החוקר הראשי, מנתחים, טכנאי מעבדה וצוות טיפול בבעלי חיים. המיני-חזירים עברו בדיקות בריאות, כולל בדיקות ביוכימיות ואקו קרדיוגרפיה. לאחר הניתוח בוצעו הליכים אנטי דלקתיים ומשככי כאבים. אקוקרדיוגרפיה, בדיקה היסטולוגית וסמנים ביולוגיים שימשו להערכת הפנוטיפים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
כל המחקרים בבעלי חיים אושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של המכון לניטור בעלי חיים במעבדה גואנגדונג (אישור מס. IACUC2017009). כל הניסויים בבעלי חיים בוצעו בהתאם למדריך לטיפול ושימוש בחיות מעבדה (מהדורה 8, 2011, האקדמיה הלאומית, ארה"ב). בעלי החיים שוכנו במתקן מוכר AAALAC במכון לניטור בעלי חיים במעבדה גואנגדונג (רישיון מספר. SYXK (YUE) 2016-0122, סין). שישה מיני-חזירים טיבטיים זכרים (n = 3 כל אחד עבור קבוצת הדמה וקבוצת DAC, 25-30 ק"ג במשקל) שימשו לפיתוח מודל HFpEF.
1. הכנת בעלי חיים ומכשירים
- יש להרגיל את בעלי החיים למתקן למשך 14 יום לפני הניתוח.
- לבצע בדיקות בריאות, כולל בדיקות ביוכימיות ואקוקרדיוגרפיה, לפני הניתוח. לא לכלול בעלי חיים עם הפרעות לב במבנה (הרחבת חדרים או היפרטרופיה) ובתפקוד (EF <50%) על פי T/CALAS85-2020 חיות מעבדה - הנחיות להערכת בריאות של איברים עיקריים, כגון הלב, הכבד, הכליות והמוח של חיות מעבדה גדולות (האגודה הסינית למדעי חיות המעבדה, סין).
- צום את בעלי החיים במשך יותר מ -12 שעות לפני ההרדמה על ידי לא להאכיל ביום הניתוח.
- הכינו את חדר הניתוח ואת המכשירים (איור 2). בדוק תחנת הנשמה להרדמה, מוניטורים וטרינריים ומטופלים, מערכת אולטרסאונד וטרינרית, אספירטור ומכשירים כירורגיים אחרים. אוטוקלבו את המספריים, המלקחיים, המשחזרים, ידיות האזמל, ראש השואף, מחטים כירורגיות וכו' (ראו טבלת חומרים).
2. טשטוש, אינטובציה בקנה הנשימה וקנולציה של ורידים
- לשקול את החיות ולחשב את תרופות ההרדמה. הרגיעו את המיני-חזירים עם 1 מ"ג/ק"ג של הזרקת זולטיל (טילטמין וזולאזפאם להזרקה) ו-0.5 מ"ג/ק"ג של הזרקת קסילזין הידרוכלוריד (ראו טבלת חומרים).
- יש לרסן ולהניח את המיני-חזירים בתנוחת שכיבה צידית ימנית על שולחן הניתוח. הפעל את מערכת החימום כדי לשמור על טמפרטורת הגוף של בעלי החיים.
- בצע את אקוקרדיוגרפיה (שלב 5) ולאסוף 2 מ"ל של דגימות דם.
- הכניסו את המיני-חזירים לאינטובציה באמצעות צינור אנדוטרכאלי המחובר לתחנת הנשמה להרדמה וטרינרית (איור 3A) (ראו טבלת חומרים).
- יש להתחיל את האוורור בנפח גאות ושפל של 8 מ"ל/ק"ג ו-30 נשימות לדקה. שמור על בעלי החיים עם 1.5%-2.5% של isoflurane במהלך ההליך הכירורגי.
- ביסוס קנולציה תוך ורידית באמצעות צנתר תוך ורידי היקפי (26 גרם) (ראו טבלת חומרים) מווריד האוזן (בדרך כלל וריד האוזן השולי, איור 3B).
- חברו את בעל החיים למוניטור וטרינרי.
3. הליך כירורגי
- יש לגלח את אזור בית החזה השמאלי. מרחו 0.7% יוד ו-75% אלכוהול כדי להכין את העור מעצם השכמה לסרעפת (איור 3C).
- מניחים וילונות סטריליים מעל אזור הניתוח.
- מתן פרופופול (5 מ"ג/ק"ג) (ראה טבלת חומרים) על ידי הזרקה תוך ורידית כדי לשמור על הרדמה כללית.
- סמן את החתך (~ 15 ס"מ אורך) לאורך החלל הבין-קוסטלי הרביעי לפני החתך בעור עם אלקטרוקטריה.
- פתח את החזה באמצעות שילוב של דיסקציה קהה וקהה של השריר ורקמת החיבור. השתמש בשאיפה כדי להסיר דם במהלך הניתוח.
- השתמשו במשענת צלעות כדי לפזר את הצלעות (איור 3D).
- אתרו את מקטע אבי העורקים היורד של בית החזה וקבעו את אזור ההתכווצות (איור 3E). השתמשו בשני תפרים כירורגיים של 3-0 כדי להקיף את המקטע פעמיים (איור 3F). הניחו שלוש שכבות של גזה רפואית בין התפר לאבי העורקים כדי למנוע נזק לרקמות על ידי תפרים.
- הגדר יחידות מדידת לחץ כדי לקבוע את מידת ההתכווצות (איור 3F-H).
הערה: היחידה כוללת קטטר המנקב את דופן כלי הדם, צינור חיבור, מתמר לחץ ומוניטור מטופל. - הדקו את התפר הניתוחי המקיף את מקטע אבי העורקים היורד בהדרגה כדי להשיג את דרגת ההתכווצות הרצויה. אפשרו לקריאות הלחץ להתייצב למשך 20 דקות והדקו לצמיתות את הקשרים הכירורגיים.
- השתמש בצינור חזה ניקוז כדי לפנות את האוויר ואת עודפי הנוזלים בחלל החזה.
- סוגרים את דופן החזה בשכבות, מקרבים את הצלעות והשרירים המחולקים עם תפרים נספגים.
- בדוק אם יש דימום וודא hemostasis טוב.
- יש למרוח בקבוק בנזילפניצילין (800,000 יחידות) (ראו טבלת חומרים) על אזור הניתוח לאחר הניתוח.
- עקוב אחר נוכחות מצמוץ העיניים ותנועת הגפיים של החיה. נתק את מכונת ההנשמה אך צא מהצינור האנדוטרכאלי. לפקח על נוכחות של נשימה ספונטנית.
- החזירו את בעל החיים לחדר הדיור שלו והניחו לו להתעורר באופן אוטומטי.
4. טיפול לאחר הניתוח
- יש למרוח בנזילפניצילין מדי יום במשך שבוע (20,000 U/kg).
- יש למרוח 1 מ"ג/ק"ג פלוניקסין מגלום (ראו טבלת חומרים) מדי יום במשך שבוע.
הערה: משככי כאבים אופיואידים ו- NSAID צריכים להינתן תוך ואחרי הניתוח.
5. אקוקרדיוגרפיה טרנס-חזה
- להרדים את החיה עם 1 מ"ג / ק"ג של zoletil.
- הניחו את בעל החיים ביחידת ריסון ניידת עם כיסוי בד.
הערה: יחידת הריסון הניידת (ראה טבלת חומרים) כוללת ארבעה פתחים המיועדים להאריך את הגפיים הקדמיות והאחוריות של החיה. - לגלח את החזה השמאלי של החיה.
- הניחו אצבעות על מרכז שמאל של החזה כדי להרגיש את הדופק האפיקאלי. החל את הג'ל קולי על האזור שמסביב.
- מקם את מתמר מערך השלבים של מערכת האולטרסאונד (3-8 הרץ) בחלל הבין-קוסטלי השלישי. הזיזו את המתמר לכיוון קדמי או אחורי וכווננו את זווית החריץ.
- זהה את האטריה, החדרים ואבי העורקים. הקלט את התמונות הפרסטרנליות הארוכות במצב B ו- M-mode.
הערה: התמונה במצב B מייצגת את חתך הרוחב של החדר השמאלי ברמת השריר הפפילרי, והתמונה במצב M מציגה את תנועת החדר השמאלי לאורך זמן. - סובב את ראש המתמר ב-90° בכיוון השעון כדי לקבל את תצוגת הציר הקצר של עצם החזה. זהה את החדר השמאלי, החדר הימני והשריר הפפילרי. הקלט את התמונות במצב B ובמצב M.
- השתמש בתחנת העבודה המסופקת על ידי יצרן מערכת האולטרסאונד כדי להעריך את מבנה הלב ותפקודו.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
אקוקרדיוגרפיה
מבנה הלב ותפקודו הוערכו בשבועות 0, 2, 4, 6, 8, 10 ו-12. ההקלטות במצב B ובמצב M של תצוגת הציר הקצר של עצם החזה מוצגות באיור 4A. המדידה האקוקרדיוגרפית כללה את עובי מחיצת החדר (VST), עובי הדופן האחורית (PWT) והממד הפנימי של החדר השמאלי (LVID). ה-VST ב-end-diastole גדל בלבבות DAC, בעוד שה-PWT ב-end-diastole עלה ואז ירד במהלך תקופת התצפית, מה שמרמז על כך ש-hypertrophic remodeling היה נוכח בחדר השמאלי של המיני-חזירים של DAC (איור 4B,C). ה-LVID בסוף הדיאסטולה ירד בשבועות 4 ו-6 ואז עלה בהדרגה אחרי שבוע 8, מה שמרמז על כך שהחדרים עברו היפרטרופיה קונצנטרית לפני ההתרחבות (איור 4D). ה-LVEF של לבבות המודל נשמר ברמה של >50% במהלך 12 השבועות (איור 4E).
מורפולוגיה וסמן אי ספיקת לב
לאחר שבוע 12, הלבבות נקטפו כפי שתואר קודם17. בהשוואה ללבבות הדמה, נצפתה הגדלה של לבבות DAC (איור 5A). ריכוז הטרופונין הלבבי I (cTnI) בסרום נקבע באמצעות ערכת בדיקה אימונוסורבנטית המקושרת לאנזים בשבועות 0, 4, 8 ו-12 בהתאם להוראות היצרן (ראו טבלת חומרים). הצפיפות האופטית נמדדה ב-450 ננומטר באמצעות קורא מיקרו-לוחות. סמן אי ספיקת הלב cTnI היה גבוה משמעותית בשבועות 4, 8 ו-12 בקבוצת DAC מאשר בקבוצת הדמה בנקודות הזמן המקבילות (איור 5B).
בדיקה היסטולוגית
רקמות מהקירות החופשיים של החדרים השמאלי והימני, מחיצת החדר, אטריום שמאלי וימני, המסתם המיטרלי ואבי העורקים נאספו וקובעו עם 4% paraformaldehyde. הרקמות הוטמעו, נחתכו למקטעים ונצבעו בתמיסת המטוקסילין ואאוזין (H & E) בעקבות הדו"ח הקודם17. קרדיומיוציטים היפרטרופיים, פיברוזיס, תאי דלקת, גרעינים פיקנוטיים ומבנים אחרים זוהו במיקרוסקופ אור. קרדיומיוציטים באטריה, במחיצת החדרים ובחדרים הציגו היפרטרופיה עם פיקנוזה (איור 6A). שכבות השרירים הצטמצמו במסתם המיטרלי (איור 6B), וההיפרפלזיה של אנדותל כלי הדם נצפתה באבי העורקים (איור 6C). יתר על כן, DAC גרם לפיברוזיס נרחב בשריר הלב של המיני-חזירים (איור 7A), מלווה בחדירה של תאי דלקת בחדרים השמאליים, באטריום הימני ובקירות אבי העורקים (איור 7B).
איור 1: תכנון ניסויי. תוכנית הניסוי נעשתה בשיתוף פעולה על ידי החוקר הראשי, מנתחים, טכנאי מעבדה וצוות הטיפול בבעלי חיים. המיני-חזירים עברו בדיקות בריאות, כולל בדיקות ביוכימיות ואקו קרדיוגרפיה. לאחר הניתוח בוצעו פרוצדורות אנטי דלקתיות ומשככי כאבים. אקוקרדיוגרפיה, בדיקה היסטולוגית ובדיקת סמנים ביולוגיים העריכו פנוטיפים של אי ספיקת לב. מספר בעלי החיים, n = 3 כל אחד, היה עבור קבוצות דמה ו- DAC. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2. מכשירים כירורגיים. המכשירים הדרושים (A) לניתוח DAC כללו שואב (a), שולחן ניתוחים (b), מוניטור וטרינרי (c), נורות כירורגיות LED (d) ותחנת הנשמה להרדמה (e). מערכת אולטרסאונד וטרינרית שימשה להערכת המבנה והתפקוד של לבבות בעלי החיים לפני ואחרי ניתוח (B). כלי הניתוח כללו לרינגוסקופ (C) ומלקחיים שונים, ידיות אזמל ומספריים (D). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: הליך כירורגי. לאחר ההרגעה, החיה הוחדרה לצינור אנדוטרכאלי (A), והקנולציה תוך ורידית הוקמה דרך וריד האוזן (B). אתר הניתוח היה בחזה השמאלי של החיה (C). לאחר חשיפת אבי העורקים היורד (D,E), נקבע אתר ההתכווצות (SB) והאתרים הפולשניים לניטור לחץ (SA, SC) (F,G), ולחץ אבי העורקים נמדד באמצעות מוניטור מטופל (H). קריקטורה מציגה את הסקירה הכללית של אסטרטגיית ההתכווצות (I). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: הערכת אקוקרדיוגרפיה טרנס-חזה. התמונות המייצגות של מצב B ומצב M של לבבות עומס יתר של לחץ משבוע 0 עד שבוע 12 מוצגות ב-(A). מוצגות תמונות במצב M שהוקלטו במשך 4 שניות. סרגל קנה המידה הוורוד מציין את אורך השיא של 1 s.עובי מחיצת החדרים (VST) בקצה דיאסטולה גדל בלבבות DAC (B). לעומת זאת, עובי הדופן האחורית (PWT) בקצה הדיאסטולה עלה וירד בהדרגה במהלך תקופת התצפית (C). הממד הפנימי של החדר השמאלי (LVID) בסוף הדיאסטולה ירד בשבוע 4 ובשבוע 6 ולאחר מכן עלה בהדרגה לאחר שבוע 8 (D). ה-LVEF של לבבות הדגם נשמר ברמה של >50% במהלך 12 השבועות (E). מספר בעלי החיים, n = 3 כל אחד, היה עבור קבוצות דמה ו- DAC. נעשה שימוש במבחני t לא מזווגים כדי לקבוע את ההבדלים בין הקבוצות. *P < 0.05 לעומת קבוצת הבושה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: מורפולוגיית לב ו-cTnI בסרום. נראה שגודל הלב גדל (A). סמן אי ספיקת הלב cTnI היה גבוה משמעותית בשבועות 4, 8 ו-12 בקבוצת DAC מאשר בקבוצת הדמה בנקודות הזמן המקבילות (B). מספר בעלי החיים, n = 3 כל אחד, היה עבור קבוצות דמה ו- DAC. נעשה שימוש במבחני t לא מזווגים כדי לקבוע את ההבדלים בין הקבוצות. *P < 0.05 לעומת קבוצת הבושה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 6: היסטולוגיה של שריר הלב, המסתם המיטרלי ודופן אבי העורקים. צביעת H&E שימשה לבדיקת רקמת הלב בסוף הניסוי. קרדיומיוציטים באטריה, במחיצת החדרים ובחדרים הציגו היפרטרופיה (חצים בירוק; A), מלווה פירוזיס (חצים בצהוב; A). שכבות שריריות הופחתו בשסתום המיטרלי (חצים בכחול; B). היפרפלזיה אנדותל וסקולרית נצפתה באבי העורקים (אזור בתוך הקווים הכחולים; ג). כוכביות אדומות: רקמות שנבדקו; L. חדר, חדר שמאל; R. חדר, חדר ימין; L. אטריום, אטריום שמאלי; R. אטריום, אטריום ימני. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 7: פיברוזיס ודלקת בלבבות DAC. בדיקה היסטולוגית הראתה פיברוזיס נרחב של שריר הלב במיני-חזירים DAC. הוצג אזור פיברוטי בחדר השמאלי (כוכביות וחצים בצהוב; A). נצפתה חדירת תאים דלקתיים בחדרים השמאליים, באטריום הימני ובקירות אבי העורקים (כוכביות בירוק; ב). כוכביות אדומות: רקמות שנבדקו; חצים בכחול, אאוזינופילים; L. חדר, חדר שמאל; R. אטריום, אטריום ימני. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
מחקר זה השתמש בטכניקות DAC כדי לפתח מודל HFpEF עבור מיני-חזירים טיבטיים. פרוטוקול הכנה שלב אחר שלב של בעלי חיים ומכשירים מוצג כאן, כולל טשטוש, אינטובציה בקנה הנשימה, קנולציה של ורידים, הליך כירורגי וטיפול לאחר ניתוח. טכניקות ההקלטה עבור אקוקרדיוגרפיה B מצב ו M מצב לב מוצגים גם. לאחר DAC, הלב עבר היפרטרופיה של החדר השמאלי במהלך שבועות 4 ו -6 והתרחבות לאחר שבוע 8. LVEF נשמר במהלך 12 השבועות. פיברוזיס ודלקת נצפו בלבבות DAC.
השילוב של ניתוח חזה פתוח והתכווצות אבי העורקים שימש לפיתוח מודלים לאי ספיקת לב בבעלי חיים גדולים וקטנים. לדוגמה, יתר לחץ דם הנגרם על ידי התכווצות אבי העורקים מכרסם דווח כבר בשנות החמישים18. התכווצות אבי העורקים העולה בחזירים גרמה להיפרטרופיה קלה בחדר שמאל בחזירים בני 2-4 שבועות. לגבי אתר הניתוח לאיתור אבי העורקים העולה, מספר מחקרים בחרו בחלל הבין-קוסטלי השלישי19,20, בעוד מחקר אחר בחר בחלל הבין-קוסטלי הרביעי עבור בית החזה הצידי21. נמצא כי התכווצות באבי העורקים היורד הייתה מעשית אצל מיני-חזירים טיבטים בוגרים. קטע אבי העורקים היורד היה ממוקם ממש מתחת לחלל הבין-קוסטלי הרביעי ומוקף ברקמת חיבור קטנה.
מידת ההתכווצות יכולה להיות קריטית לגרימת תכונות מפתח של HFpEF. Melleby et al. דיווחו כי גודל טבעת קטן יותר האיץ היפרטרופיה, בעוד שטבעות גדולות יותר הובילו לשימור EF במשך 8-20 שבועות בעכברים עם התכווצות אבי העורקים עולה22. Massie et al. קבעו שיפוע לחץ של 20 מ"מ כספית לניתוח חזה פתוח בחזירים כדי לגרום להיפרטרופיה חדרית21. צ'ארלס ועמיתיו אימצו אינפלציית שרוול פרוגרסיבית כדי ליצור HFpEF בנקבות חזירי יורקשייר-לנדרייס23. במחקר הנוכחי, עלייה של 20% בלחץ באבי העורקים היורד במשך 12 שבועות הובילה ל- HFpEF. חוקרים גם שילבו טכניקות של כיווץ אבי העורקים עם deoxycorticosterone אצטט או תזונה מערבית כדי לגרום HFpEF בנקבות Ossabaw חזירים10,24. דרגות ההתכווצות מוערכות בדרך כלל על ידי הלחץ הנמדד באמצעות קטטר מיקרו או אקוקרדיוגרפיה. כלי שונה כדי למדוד את הלחץ אבי העורקים. קטטר עם מתמרי לחץ דם חד פעמיים המחוברים למוניטור המטופל שימש לרישום הלחץ באבי העורקים היורד.
המחקר הקודם שלנו הציג תמונות פרסטרנליות טיפוסיות ארוכות ציר של לבבות HFpEF במיני-חזירים17; כאן מתווספות תמונות פרסטרנליות מייצגות של ציר קצר. בהתאם לתוצאות המוקדמות יותר, מודל DAC minipig הציג שני שלבים נפרדים של עיצוב מחדש של הלב, היפרטרופיה קונצנטרית והתרחבות, במהלך תקופת התצפית בת 12 השבועות. פנוטיפים אלה עולים בקנה אחד עם הסימפטומים הקליניים של HFpEF. ממצאים היסטולוגיים חדשים במודל HFpEF נחשפים גם בעבודה זו. היפרטרופיה של קרדיומיוציטים באטריה, במחיצת החדרים ובחדרים נמצאים. בנוסף, מתקבלת חדירת תאים דלקתיים חמורים בחדר השמאלי, באטריום הימני ובדופן אבי העורקים. זה משלים את הממצאים הקודמים, אשר הדגימו upregulation של interleukins -6 ו -1β, NFκB, וציטוקינים ייצור בשריר הלב DAC17. שכבת השריר נעלמה במסתם המיטרלי של חזיר HFpEF, דבר המצביע על כך שהפרעות במסתם המיטרלי תרמו לתפקוד לבבי.
הקמת הליך כירורגי אספטי היא קריטית להשגת מודלים מוצלחים ויציבים של חזירים. ניתוח כיווץ אבי העורקים בחזירים דורש יותר מפעילים מאשר במכרסמים. בדרך כלל נדרש צוות כירורגי מנוסה של שני מנתחים, רופא מרדים אחד, שתי אחיות חדר ניתוח. תפקידים אלה יכולים להילקח על ידי וטרינרים, מנתחים אנושיים ו / או טכנאים מאומנים היטב. בהשוואה לניתוח מכרסמים שלוקח בערך 30 דקות להשלים הליך כיווץ אבי העורקים, זה עשוי לקחת יותר מ -3 שעות כדי להשלים הליך דומה בחזירים. בפועל, אין מספיק מתקנים וכוח אדם מיומן לניתוחי בעלי חיים גדולים מגבילים את היישום של מודלים כירורגיים של חזירים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים מצהירים כי אין להם אינטרסים מתחרים.
Acknowledgments
עבודה זו נתמכה על ידי תוכנית המדע והטכנולוגיה של גואנגדונג (2008A08003, 2016A020216019, 2019A030317014), תוכנית המדע והטכנולוגיה של גואנגז'ו (201804010206), הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (31672376, 81941002), ומעבדת המפתח המחוזית של גואנגדונג לחיות מעבדה (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).
