Summary
Denne protokollen beskriver en minimalt invasiv kirurgisk prosedyre for stigende aortabånd hos svin.
Abstract
Store dyremodeller av hjertesvikt spiller en viktig rolle i utviklingen av nye terapeutiske inngrep på grunn av deres størrelse og fysiologiske likheter med mennesker. Innsatsen har vært dedikert til å skape en modell av trykk-overbelastning indusert hjertesvikt, og stigende aorta banding mens fortsatt supra-koronar og ikke en perfekt etterligning av aortastenose hos mennesker, ligner den menneskelige tilstand.
Hensikten med denne studien er å demonstrere en minimalt invasiv tilnærming for å indusere overbelastning av venstre ventrikkeltrykk ved å plassere et aortabånd, nøyaktig kalibrert med perkutant introduserte hi-fidelity trykksensorer. Denne metoden representerer en forbedring av den kirurgiske prosedyren (3Rs), noe som resulterer i homogene transstenotiske gradienter og redusert intragruppevariabilitet. I tillegg muliggjør det rask og begivenhetsløs gjenoppretting av dyr, noe som fører til minimal dødelighet. Gjennom hele studien ble dyrene fulgt i opptil 2 måneder etter operasjonen, ved hjelp av transtorakal ekkokardiografi og trykk-volum-sløyfeanalyse. Imidlertid kan lengre oppfølgingsperioder oppnås om ønskelig. Denne store dyremodellen viser seg verdifull for testing av nye stoffer, spesielt de som retter seg mot hypertrofi og strukturelle og funksjonelle endringer forbundet med overbelastning av venstre ventrikkeltrykk.
Introduction
Hjertesvikt (HF) er en livstruende sykdom som rammer millioner av mennesker over hele verden og forårsaker store sosiale og økonomiske konsekvenser1. En av dens betydelige etiologier er aortaklaffsykdom eller aortastenose (AS). Aortastenose er mer utbredt i høy alder og rangerer som den nest vanligste valvulær lesjon i USA. AS-relatert dødelighet har også økt i Europa, særlig i land uten tilgang til nyere intervensjonsprosedyrer2. Gitt kompleksiteten til HF og mangelen på terapeutiske innovasjoner, er det et presserende behov for pålitelige dyremodeller som kan replikere den menneskelige tilstanden og lette testingen av nye inngrep3. Mens gnagermodeller overgår store dyremodeller, gir sistnevnte flere fordeler på grunn av deres størrelse og fysiologiske likheter, noe som gjør det mulig å teste legemiddeldoser og medisinsk utstyr beregnet på menneskelig bruk.
Målet med denne metoden er å etablere en reproduserbar modell for ascending aortabånd (AAB) som gjelder for de fleste store dyrearter som brukes i biomedisinsk forskning. I denne studien er prosedyren demonstrert hos svin ved hjelp av en minimalt invasiv tilnærming, og følger 3Rs-prinsippene (erstatning, reduksjon og forbedring4). Denne tilnærmingen sikrer opprettelse av en nøyaktig trykkgradient, noe som resulterer i høy reproduserbarhet (potensielt redusere antall nødvendige dyr). I tillegg minimerer det lille kirurgiske snittet (2-3 cm) kirurgisk fornærmelse, og forbedrer dyrs velvære sammenlignet med mer aggressive tilnærminger som sternotomi og større torakotomier5 (raffinement). Videre kan en videodemonstrasjon av metoden, sammen med detaljerte beskrivelser i litteraturen, potensielt redusere behovet for dyr som bare brukes til treningsformål (erstatning), noe som ytterligere reduserer bruken av dyr. Denne modellen kan tilpasses forskjellige svinestammer/raser med forskjellige veksthastigheter og induserer vedvarende trykkoverbelastning, noe som fører til betydelig hypertrofi etter 1 eller 2 måneders oppfølging.
Nåværende metoder benytter fast stenose6, ser bort fra variasjon i dyrestørrelse, eller beregner gradient ved hjelp av væskefylte trykkavlesninger7, som er mindre pålitelige enn hi-fidelity trykksensorer og er utsatt for signaldemping8. En annen tilnærming bruker en enkelt trykkmåling distalt for stenosen5. Kalibrering av stenosen gjennom samtidige proksimale og distale trykksignaler ved bruk av perkutant leverte hi-fidelity trykksensorer representerer imidlertid en betydelig optimalisering av protokollen, noe som resulterer i forbedret gruppehomogenitet. Ved å visuelt demonstrere denne metoden, bør andre forskere kunne replikere den uten betydelige hindringer, og øke tilgjengeligheten av denne modellen samtidig som den fremmer anvendelsen av 3Rs-prinsippene.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Dyreforsøkene ble utført ved laboratoriet for eksperimentell kirurgi ved Universitetet i Porto, Cardiovascular Research and Development Centre (UnIC, Porto, Portugal). Den institusjonelle dyreetiske komiteen godkjente studien i samsvar med National Authority for Animal Health (Direcção-Geral de Alimentação e Veterinária, DGAV, Ref: 2021-07-30 011706 0421/000/000/2021). Eksperimentene var enten lisensiert (FELASA-ekvivalent Laboratory Animal Sciences autorisasjon) eller var kardiotorakiske kirurger eller anestesiologer. Dyr som ble brukt i dette arbeidet var hanner fra en Landrace x Pietrain-bakgrunn og ble anskaffet fra en oppdretter lisensiert av DGAV (PTAH03). Startvekten til dyrene var 20-25 kg, noe som tillot maksimalt 2 måneders oppfølging (70-80 kg, figur 1). Lengre oppfølgingsperioder er kompromittert på grunn av den betydelige dyreveksten, som infrastrukturene våre ikke klarte å håndtere.
1. Anestesi og vitale tegn overvåking
- Rett det valgte dyret over natten med vann ad libitum.
- Vei det bevisste dyret (la det gå på en dyreskala), eller bruk et estimat basert på ankomstvekt og forventet vekstrate.
- Tilbered en cocktail av ketamin (15 mg/kg), midazolam (0,5 mg/kg) og azaperon (4 mg/kg) i en 20 ml Luer låsesprøyte koblet til en forlengelsesslange (100 cm) etterfulgt av en 21 G kanyle (se Materialfortegnelse). Sørg for å ha nok bedøvelse til å ta hensyn til det døde volumet av injeksjonsslangen.
- Isoler grisen i et rolig og trygt miljø (vanligvis et tomt dyrevedlikeholdsrom, hvis mulig) og bedøv dyret gjennom en intramuskulær injeksjon i nakken eller bakbenmuskelen (etter institusjonell protokoll). Sørg for at dyret er på et stille og mørkt sted og sørg for at det ikke kan skade seg selv mens det mister ligge, noe som bør ta 10-15 min.
MERK: Bruk av forlengelseslinje unngår behovet for å holde dyret fast. - Når dyret er i liggende stilling, legg det bedøvede dyret på en båre og transporter dyret til operasjonssalen (mål dyrets vekt på dette tidspunktet hvis bevisst veiing ikke var et alternativ).
- Plasser dyret i en høyre eller venstre lateral decubitus avhengig av øret som skal kanyleres. Rengjør øret flere ganger med klorhexidin og alkohol i en sirkulær bevegelse. Deretter kanulerer du den marginale ørevenen med et 20 G intravenøst kateter og fester den med ikke-vevd lim (se materialfortegnelse). Koble IV-kateteret til en 3-porters stoppekranmanifold som er forspylt med saltvann.
MERK: Alternativt, sammenlignet med en standard IV infusjonsslange (dryppslange), muliggjør en infusjonspumpe presis justering av strømningshastigheten (2 ml/kg/time). - Plasser et depotplaster av fentanyl (50 μg/time) (se materialfortegnelsen) i det kontralaterale øret.
- Plasser dyret på et radiotransparent kirurgisk bord, i dorsalrecumbency, på toppen av en oppvarmingsmadrass, og fest den på plass (stropper som fester potene til operasjonsbordet).
- Koble en propofol perfusjonslinje til 3-port stoppekranmanifolden. Vedlikehold av anestesi vil bli gitt av propofol administrert gjennom en 50 ml sprøyte montert på en sprøyteperfusjonspumpe (se materialfortegnelse) med en hastighet på 10-20 mg/kg/time.
- Administrer en bolus med propofol (4 mg/kg) og fentanyl (10 μg/kg) (se materialfortegnelse) for å indusere apné og tillate intubasjon.
MERK: Dyret vil være i apné fra dette øyeblikket, og mekanisk ventilasjon må etableres. Før du fortsetter, må du kontrollere at oksygenkilden er tilgjengelig, og at ventilatoren (se materialfortegnelse) er kalibrert og klar for ventilasjon. - Etter å ha sikret tap av reaktivitet, og med en bruker som holder grisens munn åpen samtidig som han trekker tungen utover, bruk et laryngoskop med et nummer 4 Miller-blad (se materialfortegnelse) for å identifisere og forsiktig mobilisere epiglottis, få utsikt over stemmebåndene. Enten introdusere endotrakealrøret direkte eller fremme en bougie og endotrakealrøret over det først. Noen atraumatiske tarmtang kan hjelpe til med å mobilisere den myke ganen og få tilgang til epiglottis.
- Blås opp endotrakealrørmansjetten og koble den til anestesimaskinen/ventilatoren. Juster ventilasjonsparametrene til 8-10 ml / kg tidalvolum, respirasjonsfrekvens på 15-25 respirasjoner per minutt og 5 cm H2O PEEP (positivt endeekspiratorisk trykk). Juster ventilasjonsparametrene for å opprettholde endetidal CO2 mellom 35 og 45 mmHg.
- Plasser SpO2-sensoren på tungen eller øret (der det beste signalet oppnås), plasser esophageal temperatursonden og fest EKG-elektrodene (se materialtabellen).
- Påfør steril oftalmisk smøresalve for å forhindre hornhinneskade.
2. Arteriell kanylering
- Etter å ha sikret riktig bedøvelsesdybde ved fravær av palpebral refleks og jevn hjertefrekvens og blodtrykk, rengjør og desinfiser lyskeområdet grundig med klorhexidin og alkohol i en sirkulær bevegelse. Dekk dyret med fenestrerte sterile gardiner (se materialfortegnelse), med hullet plassert i lårarterieområdet (tidligere bekreftet ved palpasjon eller ultralyd). Gi cefazolin (25 mg/kg) som antibiotikaprofylakse.
- Hvis prosedyren innebærer restitusjon av dyr (aortabånd), bruk aseptisk teknikk herfra.
MERK: En streng aseptisk teknikk er ikke nødvendig hvis det er en terminal prosedyre (PV Loop-analyse). Imidlertid er det fordelaktig å jobbe på en steril måte for å unngå infeksjon som kan påvirke hemodynamiske målinger. - Identifiser stikkstedet og infiltrer området med subkutan 1% lidokain.
- Identifiser den vanlige lårarterien ved hjelp av den vaskulære sonden (se materialtabell) og bekreft plasseringen av ultralydmarkøren og riktig dybde.
MERK: Femoral arterie punktering kan utføres ved hjelp av en kort akse, lang akse, eller en kombinasjon av begge teknikker, utnytte en bi-plan modalitet i visse systemer. Teamet vårt bruker imidlertid oftere kortaksetilnærmingen. - Forbered introduksjonskappen (se materialfortegnelse) ved å skylle introduksjonen og dilatatoren med heparinisert saltvann før du monterer den. Forsikre deg om at 3-veis stoppekran i introduksjonsporten er i av-stilling mot dyret for å unngå blodtap når dilatatoren fjernes.
- Før en arteriell nål (helst en ekkogen en, se materialtabell) inn i lårarterien mens du overvåker banen ved hjelp av ultralyd. Når arteriell lumen er nådd, som kan bekreftes ved pulserende arterielt blod som går ut av nålnavet, fremmer du en J-spiss guidewire inn i arterien. Riktig innføring av guidewire kan bekreftes med ultralyd.
- Fjern nålen, hold trykket på stikkstedet for å unngå ytterligere blødning, og før introduksjonen + dilatatoren (størrelse 6 Fr, 10 cm lengde) inn i arterien. Fjern dilatatoren og bekreft posisjonen til introduksjonen ved å aspirere fra sideporten og skylle sekvensielt med sterilt saltvann.
- Koble en arteriell trykkledning til sideporten til lårarterieintroduceren for blodtrykksovervåking. Sørg for at trykktransduserhøyden er på nivå med riktig atri og at atmosfærisk trykk er null.
- Dekk introduksjonen med en steril drapering til venstre ventrikulær kateterisering.
3. Stigende aortabånd (forberedelse)
- Juster dyrets posisjon til en liten høyre lateral decubitus og løft venstre fremre pote.
- Finn posisjonen til den stigende aorta ved hjelp av hjerte-ultralydtransduseren (se materialfortegnelse) og merk snittstedet før du desinfiserer brystet på dyret grundig med klorhexidin og alkohol i en sirkulær bevegelse.
- Dekk dyret med sterile gardiner.
- Gi en fentanylbolus (10 μg/kg) for å sikre tilstrekkelig analgesi. For å bekrefte dybden av anestesi og analgesi, observere for mangel på palpebrale reflekser og ingen endringer i hjertefrekvens eller blodtrykk ved å gjøre det første snittet.
- Lag et 2-3 cm hudsnitt på nivået av 3/4th interkostalrom plass og dissekere de underliggende fascia og muskellagene til interkostalrommet er nådd.
- Gå inn i thoraxen med stump saks mens dyret er i tvungen utløp uten PEEP for å unngå å skade lungen.
- Øk snittet for å tillate plassering av tilbaketrekkingsbladene til maksimalt 3 cm.
- Trekk ribbeina tilbake og visualiser de underliggende strukturene. Hvis snittet gjøres på riktig sted, bør lungearterien være lett synlig. Aorta vil være bakre til den.
- Ved hjelp av minimalt invasiv hjertekirurgi tang og saks, åpne perikardiet og trekke venstre atri og eventuelle lungevev som dekker utsikten over aorta ved hjelp av vått sterilt gasbind.
MERK: Unngå å manipulere venstre atriene for mye, da det vil føre til atrieflimmer. Hvis det skjer og ikke løser seg spontant, bruk elektrisk kardioversjon. - Forsiktig skille aorta fra lungearterien til den tverrgående perikardiale sinus er nådd. Dette vil være kanalen som båndmaterialet vil bli sendt gjennom.
MERK: For banding av den stigende aorta, kan flere materialer brukes, avhengig av dyrets størrelse og oppfølgingsperiode. For dyr med begrenset vekst og/eller kort oppfølgingstid kan glidelås i nylon brukes (billigere alternativ), mens for dyr som vokser raskere og/eller en lengre oppfølgingsperiode, kan en vaskulær protesegraft festet med titanklips brukes (dyrere alternativ), unngå båndinternalisering (diskutert i detalj i avsnittene nedenfor) (se materialfortegnelse). - Alternativ 1 (glidelås på nylonkabel):
- Klipp et ~ 10 cm segment av sterilt plastrør med et lumen som er lite nok til å passe godt til spissen av nylonbåndet.
MERK: De sterile slangene og nylonbåndet er tidligere sterilisert ved etylenoksidsterilisering eller nedsenking i formaldehyd i minst 24 timer. - Bruk 90 ° buede tang for å passere plastrøret (som fungerer som en atraumatisk guide til nylonbåndet) rundt aorta, gjennom den tidligere opprettede banen, fra rommet mellom aorta og lungearterien (proksimal) mot rommet mellom aorta og høyre atri (distal). Palpasjon med fingeren kan bidra til å lede tangen gjennom riktig bane.
- Pass på at du ikke bruker for mye belastning på lungearterien eller høyre atria, da dette kan føre til hemodynamisk ustabilitet. Vær nøye med vitale tegn i løpet av dette trinnet for å unngå lengre perioder med systemisk hypotensjon.
- Når plastføringen er sett på den distale siden, ta tak i den med vevtang og trekk den forsiktig rundt aorta, og ta nylonbåndet med den. Koble de to endene av nylonbåndet uten å klemme inn aorta.
- Klipp et ~ 10 cm segment av sterilt plastrør med et lumen som er lite nok til å passe godt til spissen av nylonbåndet.
- Alternativ 2 (ePTFE-graft)
- Skjær et ~10 cm sterilt ePTFE-transplantat av et 5 mm 40 cm langt transplantat.
- Bruk en 90 ° buet tang for å håndtere transplantatet og føre det rundt aorta. Se trinn 3.11.2 og 3.11.3.
- Plasser en røntgentett markør (se Materialfortegnelse) i båndområdet for å lette aortakateterisering.
- Dekk interkostalrommet med vått gasbind og sterile gardiner.
4. Venstre ventrikkel (LV) / Aorta kateterisering
- Administrer heparin (200 U.kg-1).
MERK: Endovaskulære prosedyrer er forbundet med risiko for koagulasjonsdannelse og distal embolisering, mens heparinadministrasjon vil føre til overdreven blødning under kirurgisk tilgang til aorta. Derfor utføres LV / aorta kateterisering etter at aorta er tilgjengelig og båndet satt på plass. - Koble en dobbel hemostaseventiladapter eller en stjerneformet hemostaseventil til et 6 Fr MP1 føringskateter (se materialfortegnelse) og skyll med heparinisert saltvann. Forspenning av føringskateteret med en 260 cm 0,035 tommer J-tip ledetråd. Introduser denne forsamlingen gjennom lårarterien.
MERK: Det kan være risiko for blødning når du fremmer to hi-fidelity trykksensorer (HFPS) gjennom en standard krysskutt hemostaseventil. En alternativ tilnærming kan være å bruke to separate føringskatetre, men dette vil kreve et annet arteriell tilgangssted. For å løse både blødningsproblemet og behovet for flere tilgangssteder, kan man velge enten en dobbel port hemostaseventil eller en stjerneformet hemostaseventil. Disse alternativene løser blødningsproblemet og eliminerer behovet for ekstra tilgangspunkter. Når føringskateteret er avansert gjennom arteriell kappe, er det viktig å merke seg at sideporten på skjeden ikke tillater blodtrykksmåling. For å måle blodtrykket er det nødvendig å koble arterielle linjen til sideporten til hemostaseventiladapteren til føringskateteret i stedet. - Flytt ledetråden og før kateteret inn i den stigende aorta under fluoroskopisk veiledning. Når aortaklaffen er identifisert, kryss den forsiktig med ledetråden, og introduser føringskateteret i LV. Bruk om nødvendig kontrast for å lette anatomisk posisjonering. Kontroller trykksporene for å bekrefte LV-posisjonering.
- Fjern ledetråden mens du lar føringskateteret ligge i LV. Skyll kateteret etter aspirasjon og sørg for at det ikke er luftbobler i kateteret.
- Flytt en allerede kalibrert HFPS, gjennom en av portene til den doble hemostaseventilen, inn i LV. Et merke med en steril penn kan plasseres på kateterkroppen for å vite når den kommer ut av føringskateterspissen. Alternativt er bekreftelse av et klart ventrikkeltrykksignal et tegn på å gå ut av føringskateteret (signalinterferens observeres mens HFPS er inne i føringskateteret).
- Advance en andre HFPS gjennom den andre porten av den doble hemostaseventilen og inn i LV.
- Trekk føringskateteret tilbake i den stigende aorta distalt til den røntgentette markøren plassert på båndstedet mens du forlater en av HFPS i LV. Bekreft kateterposisjonen ved hjelp av trykkspor.
MERK: HFPS skal kobles til opptakssystemet og plasseres i steril saltvann i minst 30 minutter før bruk for å la trykksensoren balansere. Før du introduserer HFPS i føringskateteret, må du sørge for å nullstille trykket ved å plassere sensoren på overflaten av sterilt saltvann. - Dekk det vaskulære tilgangsstedet med en steril drapering og flytt til thorax for å begrense aorta.
5. Stigende aortabånd (innsnevring)
- Trekk litt i nylonbåndet (alternativ 1) eller ePTFE-transplantatet (alternativ 2) for å sikre at HFPS er riktig plassert - LV-trykket skal gå opp, mens aortatrykket distalt for båndet (røntgentett markør) ikke skal øke.
- Hvis kateterplasseringen er feil, juster posisjonen til HFPS for å sikre at proksimalt og distalt trykk til innsnevringsstedet registreres tydelig.
- Alternativ 1: Lukk nylonbåndet til det sitter godt rundt aorta.
- Lukk nylonbåndet ett klikk om gangen mens du overvåker trykket nøye. Etter hvert klikk, la trykket stabilisere seg.
- Lukk nylonbåndet gradvis til ønsket trykkgradient er nådd. Målet er en gradient på ca. 100 mmHg, samtidig som man sikrer at venstre ventrikkels endediastoliske trykk ikke overstiger 25 mmHg.
MERK: Hvis gradienten oppnådd er like under 100 mmHg (dvs. mellom 90-95 mmHg), må du avstå fra å stramme nylonbåndet ytterligere. Det er viktig å ikke stramme for mye i denne situasjonen. Men hvis nylonbåndet ved et uhell strammes for mye under prosedyren eller etter stabilisering, kan man bruke beinkuttere (se materialfortegnelse) for å kutte nylonbåndet og deretter gjenta de forrige prosedyrene (trinn 3.11 og trinn 5.3) for å justere og oppnå riktig trykkgradient. - Plasser et stykke sterilt plastrør på nylonbåndenden for å unngå utilsiktet skade på de omkringliggende strukturene.
- Alternativ 2: tilnærme ePTFE-endene og begrense båndet ved hjelp av 45° tang, mens du overvåker trykk, for å estimere den relative plasseringen av innsnevringen.
- Plasser en titan hemoclip på tangposisjonen (klemming av de to endene av ePTFE-transplantatet vil etterlate et merke på det, som tjener til å lede hemoclipposisjonen).
- Kontroller trykkgradienten. Hvis gradienten er optimal, bekreft den forrige hemoclip-posisjonen ved å plassere en andre hemoclip umiddelbart over den forrige (dette vil ikke øke innsnevringen, men vil unngå distal glidning av klippet).
- Hvis gradienten ikke er tilstrekkelig, plasser et ekstra klipp under forrige klipp (innsnevring av aorta ytterligere). Gjør dette til gradienten er optimal. Hvis graderingen er for stor, bruker du clip applier for å fjerne klippet og plassere et annet utklipp mer distalt.
- Trim endene av ePTFE-transplantatet for å unngå å ha for mye transplantatmateriale i brystet og sutur transplantatet til den proksimale siden av aorta ved hjelp av en 5.0 sutur (se materialtabellen) for å unngå distal bevegelse av transplantatet.
- Vent 15 minutter etter at båndet er plassert for å stabilisere trykket og avgjøre om gradienten forblir optimal eller om dekompensasjon og akutt svikt vil installeres. Hvis hypotensjon oppstår uten spontan oppløsning, er det svært sannsynlig at LV er dekomponerende, og båndlindring er nødvendig.
- Lukk perikardiet med en 3-0 PDS II sutur (se Materialfortegnelse).
- Plasser et brystavløp og koble det til en kirurgisk aspirator. Øk PEEP til 10 cmH2O for å begynne å rekruttere noen lunge som led atelektase.
- Lukk brystveggen i lag med en 3-0 PDS II-sutur.
- Lukk siste muskelsting mens du fjerner brystdren og med ventilasjon stoppet ved sluttutløp med høyt trykk (manuelt justert til 20-30 cmH2O).
- Fortsett normal ventilasjon og lukk huden ved hjelp av en 3-0 PDS II sutur med et intradermalt mønster etter å ha spylt det kirurgiske såret med jodpovidon.
- Fjern Mikro-caths (se Materialfortegnelse) og kontroller overflatetrykket for å ta hensyn til trykkdrift under prosedyren.
- Fjern føringskateteret.
- Fjern introduksjonskjeden og bruk manuell komprimering for å lukke arteriotomien. Påfør komprimering på tilgangsstedet i minst 10 minutter. Vurder stedet for hemostase ved sakte å fjerne trykk og bekrefte fraværet av blødning eller hematomdannelse.
- Plasser et sting på stikkstedet ved hjelp av en absorberbar sutur om nødvendig.
MERK: Hvis det er nødvendig, kan et raskt transtorakalt ekkokardiogram på dette tidspunktet bidra til å avgjøre om hjertefunksjonen er god og tillate estimering av aortatrykkgradient. Selv om det ikke er nødvendig (ettersom trykkgradienten ble målt med hi-fidelity trykksensorer), kan en ekko-avledet gradient brukes til å sammenligne modellen med kliniske data. Merk at på grunn av operasjonen vil bildekvaliteten bli kompromittert. - Stopp anestesi og ekstuber dyret når spontan ventilasjon oppdages. Koble dyret fra ventilatoren og sørg for at riktig luftstrøm kjennes gjennom endotrakealrøret og at perifer oksygenering ikke kompromitteres.
- Ekstuber og plasser en guedel om nødvendig.
- Fjern det perifere venekateteret.
- Overvåk dyret i minst 15 minutter mens EKG/hjertefrekvens og perifer oksygenering overvåkes.
- Hvis det er stabilt, ta dyret til en ren gjenopprettingspenn med økt omgivelsestemperatur. Bruk en bærbar vital tegnenhet (se materialtabellen) for kontinuerlig å overvåke hjertefrekvens og metning til dyret gjenvinner bevisstheten.
- Følg dyrene i ønsket periode og utfør transtorakal ekkokardiografi eller trykk-volum-sløyfeanalyse for å bestemme hjertefunksjonen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Under den første utviklingen av modellen var dødeligheten ca. 30%, med dyr som døde av akutt hjertesvikt etter båndtvang og kirurgiske komplikasjoner. Men etter at modellen ble etablert, ble kirurgiske komplikasjoner mindre vanlige, og dødeligheten falt til rundt 15%. De to dødsfallene skyldtes aortaruptur under disseksjon.
Bruk av hi-fidelity trykksensorer gjør det mulig å oppnå trykksignaler av høy kvalitet (figur 2), noe som muliggjør nøyaktig kalibrering av stenose i sanntid. Dette sikrer at alle opererte dyr opplever en lignende grad av overbelastning av venstre ventrikkeltrykk, noe som reduserer variasjonen innen gruppen. Videre har kateteret i seg selv en 2.3 F aksel, som har minimal innvirkning på strømningsobstruksjon sammenlignet med større væskefylte katetre. Etter en innledende investering kan katetrene gjenbrukes flere ganger, og hvis sterilisering er nødvendig, kan etylenoksid brukes (vanligvis tilgjengelig gjennom samarbeid med kirurgiske avdelinger på sykehuset).
Den transstenotiske gradienten kan beregnes i sanntid av programvaren, som måler trykkforskjellen mellom venstre ventrikkel (proksimalt trykk) og distalt aorta (distalt trykk). Noen få minutter med stabilisering mellom hvert innsnevringstrinn sikrer at venstre ventrikkel har tid til å tilpasse seg. Etter å ha bestemt ønsket innsnevringsgrad, bør en stabiliseringsperiode på 15 minutter påføres for å sikre at båndgraden forblir stabil og dyret kompenseres (figur 2A).
Denne tilnærmingen er overlegen andre metoder som ikke måler transstenotisk gradient i sanntid og mangler både homogeniteten ved å ha en lignende gradient mellom alle dyr (henholdsvis 92,3 ± 2,3 mmHg, gjennomsnitt og standardfeil for gjennomsnittet for 7 opererte dyr) og tett overvåking av venstre ventrikkeltrykk. I tillegg unngår denne tilnærmingen vanskelighetene forbundet med å utføre transtorakal ekkokardiografi hos svin, spesielt hos visse raser som den vietnamesiske potbellied grisen, som har et mer betydelig utstående brystben.
Transtorakal ekkokardiografi kan bekrefte aortabånd både umiddelbart etter operasjonen og ved oppfølging (figur 3). Båndkirurgien resulterer i signifikant stenose i aorta med turbulent strømning, som kan kvalitativt evalueres eller kvantifiseres ved hjelp av kontinuerlig bølgedoppler. Figur 2 viser representative bilder av 2 måneders oppfølging ekkokardiografi, som viser signifikant aortastenose (øvre rad) og venstre ventrikkel konsentrisk hypertrofi (midtre og nederste rad). To måneder etter båndlegging utvikler dyrene signifikant hjertehypertrofi. Den makroskopiske vurderingen viste større hjerter og tykkere venstre ventrikkelvegg (figur 4). Oppfølgingsperioden på to måneder ble bestemt basert på vekstraten til de brukte dyrene, da en lengre oppfølgingsperiode ville resultere i dyr som var for store til å bli håndtert av infrastrukturene våre.
Figur 1: Skjema over aortabåndprotokollen. Etter å ha mottatt 20-25 kg mannlige griser, blir dyrene sendt til en 1 ukes karantene. På dagen for prosedyren blir dyrene bedøvet, LV og aorta kateteriseres, og hi-fidelity trykksensorer plasseres, etterfulgt av aortabånd og dyregjenoppretting. Hele prosedyren, når den er mestret, varer rundt 2 timer. To måneder etter operasjonen blir dyrene sendt til en terminal evaluering, inkludert innsamling av prøver og måling av fysiologiske variabler. AB-aortabånd, Ao-aorta, LV-venstre ventrikkel, PV-trykkvolum, RHC-høyre hjertekateterisering, USA-ultralyd. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: Trykkmålinger under aortabånd. (A) Representative spor av LV og aorta (distalt for båndet) trykk under aortabånd. Zoom inn på LV og aortatrykk før (B) og etter (C) innsnevring, og viser gradientopprettelsen (forskjellen mellom maksimal systolisk LV og aortatrykk). (D) Avtrekk av ventrikkeltrykksensoren, overgang fra aorta proksimal til båndet til aorta distalt for båndet. AP-arterielt trykk, LVP-venstre ventrikkeltrykk, MC-high-fidelity trykksensor. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3 Transtorakal ekkokardiografi. Oppfølging 2 måneder etter operasjonen viser signifikant stenose i aorta (svart pil, øvre rad). LV-hypertrofi er tydelig, både i 2D (hvite piler, midterste rad), så vel som i M-modus, som også demonstrerer konsentrisk hypertrofi (hvite piler, nederste rad). Den vertikale linjen tilsvarer 3 cm, og 2D PSAX-bilder ble tatt på en dybde på 15 cm. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 4 Postmortem makroskopisk analyse av hjertet. Aortabånd fører til kardiomegali, med klar hypertrofi av LV-veggen. Hjerteskiver er base, midthulrom og apex fra venstre til høyre. Perikardiale adhesjoner kan ses gjennom hele epikardiet. Skalastolper representerer 1 cm (øvre rad) og 4 cm (nedre rad). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I de senere år har flere studier benyttet kirurgisk aortabånd som en modell for overbelastning av venstre ventrikkeltrykk og hjertesvikt (synkende9 til den stigende aorta10), slik at forskere kan få forskjellige fenotyper tilpasset deres spesifikke behov. Selv om bruk av slike modeller krever kostbart utstyr og spesialisert kunnskap, er informasjonen de gir uvurderlig. Svin, på grunn av sin størrelse og likhet med menneskets hjerte, fungerer som en ideell modell11, og får etisk aksept som organdonorer for xenotransplantasjon.
Det viktigste kritiske trinnet i denne metoden er disseksjonen av aorta og plasseringen av båndmaterialet (nylonkabel eller ePTFE-graft) rundt den. I løpet av dette trinnet kan det oppstå flere komplikasjoner, inkludert lacerasjon eller brudd på de omkringliggende strukturer eller selve aorta. Kontroll av slike komplikasjoner kan oppnås ved å plassere en sutur med forfølgelse eller en madrasssutur med pledgets på hullet hvis blødning kan kontrolleres for å visualisere såret riktig. Det anbefales sterkt å få prosedyren utført av en kardiotorakal kirurg, noe som reduserer komplikasjoner og dødelighet betydelig.
Et annet kritisk skritt er innsnevring av aorta, som bør gjøres i sekvensielle trinn med stabiliseringsperioder i mellom. Å være nøye med systemisk perifert trykk er avgjørende, da vedvarende signifikant hypotensjon (gjennomsnittlig arterielt trykk under 60 mmHg) kan skyldes LVs manglende evne til å takle den nåværende stenose. Hvis ikke løst, spesielt når ventrikkeltrykket begynner å falle også, vil akutt hjertesvikt føre til tap av dyret. Fjerning av nylonkabelen eller titanklemmen er nødvendig når hypotensjon ikke spontant løser seg.
Imidlertid er hovedbegrensningen til denne modellen, og mange aortabåndmodeller, båndets plassering i forhold til koronar ostia. Plassering av supra-koronar bånd etterligner ikke aortastenose fullstendig og kan føre til økt blodtrykk i koronarsirkulasjonen, som kan være beskyttende12. Begrenset bevis tyder på ingen forskjeller mellom sub-koronar og supra-koronar aortabånd hos griser13, noe som indikerer at de økte komplikasjonene forbundet med sub-koronar banding kirurgi kanskje ikke er verdt.
Avhengig av dyrestammen som brukes og oppfølgingstiden, kan båndinternalisering bli et problem. Selv om det hovedsakelig er beskrevet hos gnagere14, har det også blitt observert i lungearterien hos griser15. Bruk av ePTFE-graftsegmenter øker kontaktområdet betydelig og eliminerer forekomsten av båndinternalisering. Imidlertid er ePTFE-transplantater dyrere, og når du bruker saktevoksende raser, som den vietnamesiske grisen med pottebuk, er båndinternalisering ikke et problem når du bruker glidelåser i nylon. Forskere bør velge sin tilnærming basert på dyrerasen som brukes.
For raskt voksende raser kan langsiktig oppfølging være utfordrende på grunn av dyrs størrelse (tilgjengelighet av infrastruktur og utstyr som er stort nok til å håndtere >100 kg dyr) og uoverkommelige vedlikeholdskostnader.
En annen begrensning av denne modellen, så vel som alle modeller som krever tilgang til perikardial plass, er tilstedeværelsen av signifikante perikardiale adhesjoner etter operasjonen. Vår erfaring viser ingen forskjell på å lukke eller ikke lukke perikardsnittet etter båndplassering. Selv om det ikke påvirker funksjonen, blir dissekering av hjertet og identifisering av forskjellige strukturer mer tidkrevende, og epikardiet vil sannsynligvis bli skadet hvis perikardiet er fullstendig separert.
Denne minimalt invasive metoden representerer en betydelig forbedring av den typiske kirurgiske prosedyren, noe som fører til en begivenhetsløs og raskere gjenoppretting. Bruken av to hi-fidelity-katetre for samtidig trykkmåling og sanntids gradientmåling forbedrer nøyaktigheten av prosedyren og reproduserbarheten av modellen betydelig, noe som fører til en reduksjon i antall dyr som kreves. Modellen kan brukes til studier av nye terapeutiske inngrep eller enheter rettet mot venstre ventrikulær hypertrofi, samt bestemmelse av nye patofysiologiske mekanismer forbundet med overbelastning av venstre ventrikulær trykk.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble støttet og finansiert under QREN-prosjektet 2013/30196, "la Caixa" Banking Foundation, Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) prosjektet, LCF / PR / HP17 / 52190002. JS og EB ble støttet av EUs Horizon 2020 forsknings- og innovasjonsprogram under Marie Sklodowska-Curie grant agreement no. 813716. PdCM ble støttet av Stichting Life Sciences Health (LSH)-TKI-prosjektet MEDIATOR (LSHM 21016).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3-0 PDS II suture | Ethicon | Z683G | Aorta banding |
| 5-0 prolene | Ethicon | 7472H | Aorta banding |
| ACUSON NX2 Ultrasound System | Siemens | (240)11284381 | Vascular Access and Echocardiography |
| Arterial Extension 200 cm | PMH | 303.0666 | Anesthesia Maintenance |
| Atlan A300 Ventilator | Draeger | 8621300 | Ventilation |
| Bone cutters | Fehling | AMP 367.00 | Aorta banding |
| Cefazolin 1000 mg | Labesfal | 100063 | Antibiotic |
| Chlorhexidine 4% Wash Solution | AGA | 19110008 | Cleaning |
| Doyen Intestinal Forceps | Aesculap | EA121R | Intubation |
| Echogenic Introducer Needle | Teleflex | AN-04318 | Vascular Access |
| Endotracheal tube | Intersurgical | 8040070 | Intubation |
| ePTFE vascular graft (5 mm x 40 cm) | GORE-TEX | S0504 | Aorta banding |
| Extension line 100 cm | PMH | 303.0394 | Anesthesia Induction |
| F.O. Laryngoscope | Luxamed | E1.317.012 | Intubation |
| F.O. Miller Blade 4 204 x 17 mm | Luxamed | 3 | Intubation |
| Fenestrated Sterile Drape | Bastos Viegas | 4882-256 | Aseptic Technique |
| Fentanyl 0.5 mg/10 mL | B.Braun | 5758883 | Anesthesia / Analgesia |
| Guidewire 260 cm J-tip | B.Braun | J3 FC-FS 260-035 | Left Ventricle catheterization |
| Infusomat Space Infusion Pump | B.Braun | 24101800 | Fluids / Drug administration |
| Intercostal retractor | Fehling Surgical | MRP-1 | Thoracotomy |
| Introcan Certo IV Catheter 20G | B.Braun | 4251326 | Fluids / Drug administration |
| Isotonic Saline Solution 0.9% | B.Braun | 5/44929/1/0918 | Fluids / Drug administration |
| Ketamidor 100 mg/mL | Richter pharma | 1121908AB | Anesthesia Induction |
| L10-5v Linear Transducer | Siemens | 11284481 | Vascular Access |
| Midazolam 15 mg/3 mL | Labesfal | PLB762-POR/2 | Anesthesia Induction |
| Mikro-cath | Millar | 63405(1) | Pressure recording |
| MP1 guide catheter 6 Fr | Cordis | 67027000 | Left Ventricle catheterization |
| Needle Holder | Fehling Surgical | ZYY-5 | Aorta banding |
| Non-woven adhesive | Bastos Viegas | 442-002 | Fluids / Drug administration |
| P4-2 Phased Array Transducer | Siemens | 11284467 | Echocardiography |
| Perfusor Compact Syringe Perfusion Pump | B.Braun | 8717030 | Fluids / Drug administration |
| Pressure Signal Conditioner | ADinstruments | PCU-2000 | Pressure recording |
| Propofol Lipuro 2% | B.Braun | 357410 | Anesthesia Maintenance |
| Radifocus Introducer II Standard Kit B - Introducer Sheath | Terumo | RS+B60K10MQ | Vascular Access |
| Radiopaque marker | Scanlan | 1001-83 | Aorta banding |
| Scissors | Fehling Surgical | Thoracotomy | |
| Skinprep (Chlorhexidine 2% / 70% Isopropyl alcohol) | Vygon | SKPC015ES | Disinfection |
| Stopcock manifold (3 ports) | PMH | 310.0489 | Fluids / Drug administration |
| Straight forceps | Fehling Surgical | ZYY-1 | Thoracotomy |
| Stresnil 40 mg/mL | ecuphar | 572184.2 | Anesthesia Induction |
| Syringe Luer Lock 20 cc | Omnifix B.Braun | 4617207V | Anesthesia Induction |
| Syringe Luer Lock 50 cc | Omnifix B.Braun | 4617509F | Anesthesia Maintenance |
| Transdermal fentanyl Patch 50 mcg/h | Mylan | 5022153 | Analgesia |
| Ultravist | Bayer | KT0B019 | Angiography |
| Universal Hemostasis Valve Adapter | Merit Medical | UHVA08 | Left Ventricle catheterization |
| Velcro Limb Immobilizer | PMH | SU-211 | Animal stabilization |
| Venofix A, 21 G | B.Braun | 4056337 | Anesthesia Induction |
| Vista 120S Patient Monitor | Draeger | MS32997 | Monitoring |
| Weck titanium clip | Teleflex | 523760 | Aorta banding |
| Weck titanium clip applier | Teleflex | 523166 | Aorta banding |
| Zhiem Vision | Iberdata | N/A | Fluoroscopy |
References
- Savarese, G., et al. Global burden of heart failure: a comprehensive and updated review of epidemiology. Cardiovascular Research. 118 (17), 3272-3287 (2023).
- Hartley, A., et al. Trends in mortality from aortic stenosis in Europe: 2000-2017. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 8, 748137 (2021).
- Silva, K. A. S., Emter, C. A. Large Animal models of heart failure: a translational bridge to clinical success. Journal of the American College of Cardiology: Basic to Translational Science. 5 (8), 840-856 (2020).
- Brink, C. B., Lewis, D. I. The 12 Rs framework as a comprehensive, unifying construct for principles guiding animal research ethics. Animals (Basel). 13 (7), 1128 (2023).
- Choy, J. S., Zhang, Z. D., Pitsillides, K., Sosa, M., Kassab, G. S. Longitudinal hemodynamic measurements in swine heart failure using a fully implantable telemetry system. PLoS One. 9 (8), 103331 (2014).
- Ishikawa, K., et al. Increased stiffness is the major early abnormality in a pig model of severe aortic stenosis and predisposes to congestive heart failure in the absence of systolic dysfunction. Journal of the American Heart Association. 4 (5), 001925 (2015).
- Emter, C. A., Baines, C. P. Low-intensity aerobic interval training attenuates pathological left ventricular remodeling and mitochondrial dysfunction in aortic-banded miniature swine. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 299 (5), H1348-H1356 (2010).
- Brito, J., Raposo, L., Teles, R. C. Invasive assessment of aortic stenosis in contemporary practice. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 9, 1007139 (2022).
- 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).
- 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).
- Lelovas, P. P., Kostomitsopoulos, N. G., Xanthos, T. T. A comparative anatomic and physiologic overview of the porcine heart. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 53 (5), 432-438 (2014).
- Tian, L., et al. Supra-coronary aortic banding improves right ventricular function in experimental pulmonary arterial hypertension in rats by increasing systolic right coronary artery perfusion. Acta Physiologica (Oxf). 229 (4), 13483 (2020).
- Sorensen, M., Hasenkam, J. M., Jensen, H., Sloth, E. Subcoronary versus supracoronary aortic stenosis. An experimental evaluation. Journal of Cardiothoracic Surgery. 6, 100 (2011).
- Lygate, C. A., et al. Serial high resolution 3D-MRI after aortic banding in mice: band internalization is a source of variability in the hypertrophic response. Basic Research in Cardiology. 101 (1), 8-16 (2006).
- Jalal, Z., et al. Unexpected Internalization of a Pulmonary Artery Band in a Porcine Model of Tetralogy of Fallot. World Journal for Pediatric and Congenital Heart Surgery. 8 (1), 48-54 (2017).
