Farelerde Kapalı Göğüs Kateterizasyonu ile Kardiyak Fonksiyon ve Basınç-Hacim Döngülerinin Biventriküler Değerlendirmesi

Özet

Burada sunulan, kapalı göğüs kateterizasyonu kullanarak aynı hayvanda sağ ve sol ventrikülden basınç-hacim (PV) döngüleri oluşturarak farelerde biventriküler kalp fonksiyonunu değerlendirmek için bir protokoldür. Odak noktası, ameliyatın teknik yönü ve veri toplamadır.

Özet

Kardiyak fonksiyonun değerlendirilmesi, kardiyovasküler ve pulmoner-vasküler preklinik araştırmaların yürütülmesi için esastır. Kardiyak kateterizasyon sırasında hem basınç hem de hacim kaydedilerek oluşturulan basınç-hacim döngüleri (PV döngüleri), hem sistolik hem de diyastolik kardiyak fonksiyonu değerlendirirken hayati önem taşır. Sol ve sağ kalp fonksiyonu yakından ilişkilidir ve ventriküler karşılıklı bağımlılığa yansır. Bu nedenle, aynı hayvanda biventriküler fonksiyonun kaydedilmesi, kardiyak fonksiyonun tam bir değerlendirmesini elde etmek için önemlidir. Bu protokolde, farelerde hastalarda kateterizasyonun yapılma şekliyle tutarlı olarak kalp kateterizasyonuna kapalı göğüs yaklaşımı benimsenmiştir. Zor olsa da, kapalı göğüs stratejisi daha fizyolojik bir yaklaşımdır, çünkü göğsün açılması, ön yük ve son yükte, özellikle sistemik kan basıncında bir düşüş yaratan büyük değişikliklere neden olur. Kemirgenleri değerlendirmek için yüksek çözünürlüklü ekokardiyografi kullanılırken, özellikle her iki ventriküldeki diyastolik basınçları değerlendirirken kalp kateterizasyonu paha biçilmezdir.

Burada tarif edilen, aynı hayvanda invaziv, kapalı göğüs, sıralı sol ve sağ ventrikül basınç-hacim (PV) döngüleri gerçekleştirmek için bir prosedürdür. PV döngüleri, bir fare basınç-hacim kateteri ve basınç-hacim sistemi edinimi ile kabul teknolojisi kullanılarak elde edilir. Prosedür, sağ juguler ven ve sağ karotis artere erişmek için gerekli olan boyun diseksiyonundan başlayarak, kateterin yerleştirilmesi ve konumlandırılmasına ve son olarak veri toplanmasına kadar anlatılmaktadır. Ardından, yüksek kaliteli PV döngülerinin elde edilmesini sağlamak için gereken kriterler tartışılır. Son olarak, sol ve sağ ventrikül PV döngülerinin analizi ve sistolik ve diyastolik ventrikül fonksiyonunu ölçmek için mevcut olan farklı hemodinamik parametreler kısaca açıklanmıştır.

Giriş

Dünya Sağlık Örgütü'ne (WHO) göre, kalp hastalığı hem erkekler hem de kadınlar için dünya çapında önde gelen ölüm nedenidir ^1,2,3. Birçok çalışma, bozulmuş kalp fonksiyonunu teşhis etmeye ve iyileştirmeye odaklanmaktadır⁴. Bu uygulamalar için kardiyak fonksiyonun yüksek kaliteli ve tekrarlanabilir bir şekilde değerlendirilmesi kritik öneme sahiptir. Hem etiyolojik hem de terapötik yanıtları değerlendirmek için yüksek kaliteli ve tekrarlanabilir kateter verileri gereklidir. Örneğin, miyokard enfarktüsünün klinik öncesi modellerinde ilaçların ve diğer tedavilerin etkinliğini değerlendirmek için kardiyak fonksiyonun değerlendirilmesi esastır⁵. Birçok kardiyovasküler çalışma sol ventrikül fonksiyonuna odaklanırken, sağ ventrikül fonksiyonu da pulmoner-vasküler hastalığı olan hastalarda fonksiyonel kapasite ve prognozun kritik bir belirleyicisidir ^6,7. İleri kalp yetmezliği olan hastalarda, sürekli olarak yükselen sağ ve sol taraflı dolum basınçları, kombine ölüm, kardiyovasküler hastaneye yatış ve kalp nakli riskinin habercisidir⁸. Kombine aort ve mitral kapak hastalığında, preoperatif miyokardiyal fonksiyon (kardiyak indeks ve sol ventrikül ejeksiyon fraksiyonu gibi parametrelere yansır) uzun dönem sağkalımın ana belirleyicisidir⁹. Sağ ventrikül fonksiyonu, pulmoner arteriyel hipertansiyonda hem morbidite hem de mortalitenin majör belirleyicisidir^10,11. Bu nedenle, sağ ventrikül fonksiyonunun değerlendirilmesi, pulmoner arteriyel hipertansiyon ^12,13,14 modellerini kullanan kapsamlı bir klinik öncesi çalışmanın gerekli bir bileşenidir.

Sol ve sağ ventrikül fonksiyonu genellikle bağımsız olarak incelenir. Bununla birlikte, sol ve sağ ventriküllerin işlevleri yakından bağlantılı olduğundan, tek bir testten sistolik ve diyastolik fonksiyonun biventriküler değerlendirmesini elde etmek idealdir¹⁵. Örneğin, sağ ventrikül, sol ve sağ ventrikül kasılma fonksiyonu arasındaki mekanik bağlantılardan birini oluşturan sol ventrikül ile interventriküler septumdaki eğik lifleri paylaşır^16,17. Sistolik ventriküler etkileşim olarak bilinen bu fenomen, sol ventrikül kasılmasının sağ ventrikül kasılmasını artırmasına izin verir. Diyastol sırasında ventriküler etkileşimler de önemlidir. Diyastol sırasında, bir ventrikülün hacmi karşı ventrikülün hacmini etkiler ve böylece diyastolik uyumu ve ön yükü^{değiştirir 18,19}. Patolojik durumlarda, bir ventrikülün fonksiyonunun azalması veya bozulmuş hacim yüklenmesi, diğer ventrikülün işlevini doğrudan veya dolaylı olarak bozabilir²⁰. Sistolik ventriküler etkileşimin bir sonucu olarak, sol ventrikül fonksiyonunda küresel bir azalma sağ ventrikül kasılma performansını azaltabilir¹⁵. Sol ventrikül sistolik fonksiyonuna bağlı kalp yetmezliği olan ve diyastol sonu basıncının arttığı hastalarda, pulmoner arter basıncı yükselir ve dolaylı olarak sağ ventrikül yükü artar^21,22. Tersine, şiddetli pulmoner hipertansiyonda artmış sağ ventrikül basıncı ve hacim aşırı yüklenmesi sol kalbe mekanik bir kompresyon uygular. İnterventriküler septumda sola doğru kaymanın neden olduğu sol ventrikülün bu D şeklindeki düzleşmesi, sol ventrikül hacimlerini azaltır ve sistolik ve diyastolik fonksiyonu bozar 23,24,25,26,27. Bu nedenle, hem sol hem de sağ ventriküllerin değerlendirilmesi, insan hastalığının klinik öncesi modellerinde küresel kardiyak fonksiyonu değerlendirmek için gereklidir.

Kardiyak fonksiyon ayrıca noninvaziv ekokardiyografi, manyetik rezonans görüntüleme (MRG) ve invaziv kateterizasyon ile de değerlendirilebilir^28,29,30. Ekokardiyografi, nispeten ucuz ve erişilebilir olması nedeniyle kardiyovasküler araştırmalarda en sık kullanılan görüntüleme yöntemidir³¹. Bununla birlikte, ekokardiyografinin, dolum basıncının dolaylı ölçümü ve diyastolik fonksiyonu ölçme yeteneğinin sınırlı olması dahil olmak üzere çeşitli teknik sınırlamaları vardır. Ek olarak, ekokardiyografi ile elde edilen verilerin kalitesi büyük ölçüde operatöre bağlıdır. Kardiyak MRG, biventriküler fonksiyonun kantitatif değerlendirilmesi için büyük potansiyele sahip olan preklinik görüntüleme armamentaryumuna nispeten yeni bir katkıdır. Kardiyak MRG ile kantitasyon, ekokardiyografiden farklı olarak ventriküler şeklin geometrik varsayımlarını yapmadığı için doğrudur³². Bununla birlikte, MRI görüntüleme platformu pahalıdır ve nadiren bulunur. Ayrıca, MRI verilerinin işlenmesi, birçok klinik öncesi laboratuvarda eksik olan bir fizikçi veya eşdeğer bir bilim adamı tarafından yetenekli destek gerektirir³³. Benzer şekilde, klinik öncesi çalışmalarda mikrobilgisayarlı tomografinin (MikroBT) kullanımı, noninvaziv olarak elde edilebilen kantitatif yüksek çözünürlüklü üç boyutlu (3D) anatomik veriler sağlayarak uzunlamasına çalışmalara olanak tanır³⁴. Bununla birlikte, MikroBT görüntüleme, genellikle pahalı olan kontrast maddelerin enjeksiyonunu gerektirir. MRI gibi MicroCT görüntüleme platformu da pahalıdır ve ayrıca yetenekli bir teknisyen gerektirir.

Buna karşılık, kateterizasyon, basıncı ve/veya hacmi ölçmek için sağ ve/veya sol ventriküle bir kateterin yerleştirilmesinden oluşan invaziv bir tekniktir. Kalp kateterizasyonu yapmak için gereken araçlar ekokardiyografi, BT veya MRI kadar pahalı değildir. Bununla birlikte, kateterizasyon ve küçük hayvan anestezisi için önemli teknik yeterlilik gereklidir. Kateterizasyon, kardiyak fonksiyonun doğrudan ve doğru bir şekilde değerlendirilmesini sağlar²⁸. Bu protokolde, kardiyak fonksiyonu değerlendirmek için bir kabul PV kateteri kullanılır. Kan ve kalp kasının farklı elektriksel iletkenlik özelliklerine dayanan bu teknoloji, kalp boşluğu içindeki basınç ve hacmin aynı anda kaydedilmesine ve gerçek zamanlı olarak PV döngülerinin oluşturulmasına^{olanak tanır 5,35}. Kısaca kateter hem uyarma elektrotlarından hem de kayıt elektrotlarından oluşur. Uyarma elektrotları, sağ veya sol ventrikül içinde bir elektrik alanı oluşturur. İç kayıt elektrodu, dirençteki bir değişiklikle orantılı olan voltaj değişimini ölçer. Ventriküler hacmin türetilmesi, iletkenliğin (yani direncin tersi) hesaplandığı Ohm yasasına (voltaj = akım x direnç) dayanır. Bu ayarda, ölçülen iletkenlik değeri, kan iletkenliği ve kas iletkenliğinin bir kombinasyonudur. Elektrik alanında, kan tamamen dirençlidir, kas ise hem kapasitif hem de dirençli özelliklere sahiptir. Kasın kapasitif özelliği, ölçülen sinyalde bir zaman gecikmesine neden olur. "Faz" açısı olarak bilinen bu gecikmenin izlenmesi, kalp kasılırken kalp dokusunun alana girmesini bildirir. Bu ölçüm sistolde en yüksek ve diyastolde en düşüktür. Bu özellik, iletkenliğin kas bileşeninin kanınkinden ayrılmasına izin verir ve mutlak sistolik ve diyastolik hacimlerin yakın bir yaklaşımına izin verir. Basınç-hacim döngüleri, kardiyak basınçları ölçmek için sıvı dolu kateterler kullanılarak basit retrograd kateterizasyon gibi diğer yöntemlerle kolayca ölçülemeyen bir dizi hemodinamik parametre sağlar. Basınç-hacim döngüleri ventriküler basınçları ölçer, ancak aynı zamanda kasılma, elastikiyet, güç, enerji ve verimlilik hakkında veri sağlar. Ek olarak, PV döngüleri sağlam nicel ölçümler sağlar³⁶. Bu nedenle, kateterizasyon ile oluşturulan PV döngüleri ile kardiyak fonksiyonun değerlendirilmesi, klinik öncesi araştırmalarda altın standart olarak ortaya çıkmıştır³⁷. Ek olarak, klinik öncesi teknikler, sıvı dolu kateterlerle de olsa kalp kateterizasyonunun yaygın olduğu insan hastalıklarıyla ilgilidir. Bununla birlikte, kemirgenlerde kalp kateterizasyonu, aşırı kan kaybını, hipoventilasyonu veya vücut ısısındaki değişiklikleri önlemek için kusursuz anestezi ve mükemmel teknik gerektirir.

İnsan hastalarda kalp kateterizasyonu kapalı göğüs konfigürasyonunda yapılır ve sağ ventrikül için juguler veya subklavyen ven ve sol ventrikül için radial veya femoral arter yoluyla damar yolu sağlanır. Farelerin küçük boyutu nedeniyle, kapalı göğüs yaklaşımı genellikle zordur. Bu nedenle, farelerde yapılan çalışmalar genellikle açık göğüs yaklaşımını benimser. Bu teknik, toraksın açılmasını, böylece kalbin açığa çıkarılmasını ve sol ve/veya sağ ventrikül apeksinin delinmesi yoluyla kateterin yerleştirilmesini kolaylaştırmayı içerir³⁸. Bu yaklaşım teknik olarak daha az zorlayıcı ve oldukça tekrarlanabilir olsa da, başlıca sınırlamaları arasında kanama ve kateterlerin apikal yerleştirilmesinin diğer komplikasyonları ve göğüs boşluğunun atmosferik basınca açılmasından kaynaklanan intrakardiyak basınçta belirgin bir düşüş yer alır. Havalandırılan bir kemirgende toraksın açılması, sol ventrikül sistolik basıncında 5-10 mm Hg ve sağ ventrikül basıncında 2-5 mm Hg azalmaya neden olur³⁹. Bu nedenle, kalp için daha az travmatik olan ve kardiyak fonksiyonun klinik değerlendirmesine daha kolay çevrilen fizyolojik olarak daha ilgili ölçümler veren kapalı bir göğüs yaklaşımı geliştirilmiştir.

Protokol

Tüm deneyler Queen's Üniversitesi biyogüvenlik ve etik yönergelerine (ROMEO/TRAQ#6016826) uygun olarak gerçekleştirilmiştir. İzlenen prosedürler kurumsal yönergelere uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Bu bir terminal prosedürüdür. Sağ ve sol kateterizasyonun invazivliği nedeniyle, hayvanlar veri alındıktan hemen sonra ötenazi yapılmalıdır. Ötenazi, kurumun hayvan çalışmaları yönergelerine göre yapılmalıdır.

1. Deney hazırlama ve kurulum

1. Kateteri, deneye başlamadan 30 dakika önce oda sıcaklığında salin/heparin içeren 10 mL'lik bir şırıngaya koyun (Şekil 1A).
2. 30 dakika sonra, kateteri (örn., taban çizgisi ve kayıt sistemi) üreticinin tavsiyelerine göre. Toplama sistemi, bir deneye başlamadan önce toplama sistemini kalibre etmek için kullanılan yüksek ve düşük kalibrasyon değerlerini görüntüler. Bu değerlerin çıktısını alın ve eşleştiklerinden emin olun.
   1. Temel basınç değerini sıfıra ayarlamak için "Basınç Dengesi Kontrolü", "Kaba +/- " veya "İnce +/-" düğmesini kullanın.
   2. Yüksek ve düşük sinyal için iki noktalı kalibrasyon gerçekleştirin.
      1. Kontrol konsolunda "Kateter Menüsü"nde "Sistem Ayarı"na basın.
      2. Düşük sinyali göndermek için "Sistem Ayarları Menüsü"nde "Kalibrasyon Sinyali Gönder"e basın. Basınç, hacim, faz ve büyüklüğün sırasıyla 0 mm Hg, 0 μL, 0° ve 0 μs olduğundan emin olun.
      3. Yüksek sinyali göndermek için "Enter" tuşuna basın. Basınç, hacim, faz ve büyüklüğün sırasıyla 100 mm Hg, 150 μL, 20° ve 5.000 μs olduğundan emin olun.
      4. "Sistem Ayarları Menüsü"ne dönmek için "Enter" tuşuna basın.
      5. "Kateter Menüsü"ne dönmek için "6"ya basın. Ardından "Veri Al"a basın.
3. 30 G'lik bir iğneyi yaklaşık 90° bükün (Şekil 1B,C). Bu bükülmüş iğne, şah damarı ve karotis damarlarını delmek için kullanılacaktır.

2. Anestezi ve vücut ısısı kontrolü

1. Fareyi (bu protokolde 28 g, C57BL / 6) anestezik gaz içeren bir anestezi odasına yerleştirin (yani, indüksiyon için %100 oksijen, %3-4 izofluran).
2. Hayvan uyuşturulduğunda, pençe veya kuyruk sıkışmasına tepki vermediğinde, fareyi 37 °C'ye ayarlanmış ısıtma yastığına sırtüstü yerleştirin.
3. Fareyi, %100 oksijen ve %2 izofluran karışımı sağlayan bir burun konisi aracılığıyla solunum cihazına bağlayın. Önerilen ventilasyon ayarlarını otomatik olarak hesaplamak için, dokunmatik ekranı kullanarak hayvanın ağırlığını ventilatörün özel yazılımına girin. Hesaplamalar aşağıdaki formülü kullanır:
   Tidal hacim = 6.2 x hayvan kütlesi^1.01 (kg),
   Solunum hızı = 53.5 x hayvan ^{kütlesi-0.26} (kg).
4. Anestezi odasından burun konisine kadar olan anestezi hattını açın.
5. Sıcaklık geri besleme probunu rektuma ve ped probunu ped ile farenin arkası arasına yerleştirin ve istenen vücut sıcaklığını 37 °C–37.5 °C'ye ayarlayın. Monitör ekranında hayvanın sıcaklığını kontrol edin (Şekil 2A,B).
6. Farenin ön pençelerini ve bir distal pençesini cerrahi bant kullanarak ısıtma battaniyesine bantlayın ve anestezi derinliğini izlemek için bir arka pençeyi serbest bırakın.

3. Cerrahi Saha Erişimi

1. Manubriumdan hyoid kemik seviyesine kadar 2 cm H şeklinde ventral orta hat servikal insizyonu yapın.
   1. Cildi alttaki kaslardan uzağa yansıtın. Gerekirse, daha iyi görselleştirme için bu kaslar eksize edilebilir.
   2. Submandibular bezi yavaşça bir kenara itin.
   3. Servikal yumuşak dokuyu inceleyin ve künt diseksiyon yöntemini kullanarak sternokleidomastoid ve sternohyoid kası forseps ile ortaya çıkarın.
   4. Fasyayı, eşleştirilmiş sternohyoidin üzerine gelecek şekilde ortadan ayırın. Trakeayı ortaya çıkarmak için eşleştirilmiş sternohyoidin yanal olarak geri çekilmesine izin verin. Soluk borusu boyunca uzanan karotis arterlere ve vagus sinirlerine zarar vermemeye dikkat edin.
2. Yükseltmek için trakeanın altından forseps geçirin. Daha sonra, trakeanın altından 4.0 cerrahi ipek dikiş atın ve sütürün ortasında potansiyel bir düğüm atın, bu düğüm daha sonra endotrakeal tüpü sabitlemek için sıkılacaktır (Şekil 3A).
3. Makas kullanarak, trakeanın kıkırdak halkaları arasında gırtlak seviyesinin altında küçük bir kesim yapın. Endotrakeal tüpü yerleştirin (Şekil 3B).
4. Trakeostomi tüpünü solunum cihazına bağlayın ve% 100 oksijen ve% 2 izofluran ile ventilasyona başlayın. Endotrakeal tüpü sabitlemek için trakeanın etrafındaki düğümü sıkın ve solunum tüpünü ameliyat masasına bantlayın. Soluk borusunun tıkanmadığından veya çökmediğinden emin olun (Şekil 3C).

4. Sağ juguler ve sağ karotis izolasyonu

1. Sağ karotis izolasyonu
   1. Künt diseksiyon kullanarak, sağ karotis arteri ortaya çıkarmak ve izole etmek için sternohyoid kası lateral olarak değiştirin.
   2. Forseps kullanarak künt diseksiyon ile karotis arteri vagus sinirinden izole edin.
   3. Vagus siniri hariç, karotis arterin altından üç cerrahi dikiş (4.0) geçirin.
2. Sağ juguler ven izolasyonu
   1. Sağ juguler veni görselleştirmek için submandibular ve parotis bezini lateral olarak değiştirin. Forseps kullanarak sağ juguler veni künt bir şekilde inceleyin ve ortaya çıkarın. Damarı dikkatlice inceleyin ve çevredeki fasyayı çıkarın.
   2. Forsepsleri şah damarının altından geçirin.
   3. Şah damarının altından bir cerrahi dikiş geçirin, ardından damarın kraniyal tarafına bağlayın. Hemostatik bir kelepçe kullanarak bu dikişe baş yönünde hafifçe çekiş uygulayın.
   4. Şah damarının altından iki ek dikiş geçirin. Hemostatik bir kelepçe kullanarak en distal sütürü kaudal yönde yavaşça çekin. Orta dikişte gevşek, potansiyel bir düğüm yapın.
   5. Beklenen zehir bölgesinde damara birkaç damla ısıtılmış, fizyolojik salin koyun.

5. Sağ ventrikül ve sol ventrikül kateterizasyonu için cerrahi prosedürler

1. Sağ ventrikül kateterizasyonu (Şekil 4 A-D).
   1. Stereomikroskobu kullanarak şah damarını tanımlayın.
   2. Damar üzerine nazikçe üstün çekiş uygulayın. Kraniyal sütür ile orta sütür arasına 30 G kavisli bir iğne sokarak venotomi yapın. Koaksiyel bir şekilde girdiğinden emin olmak için iğneyi damara göre 140° açıyla sokun.
   3. Yerleştirildiğinde, iğneyi hareket ettirerek zehiri genişletin. Kateter ucunu iğnenin altındaki venotomiye yerleştirin. Ardından kateteri sabitleyerek orta dikişi yavaşça bağlayın.
      NOT: Sütürü çok sıkı bağlamamaya çok dikkat edin, çünkü aşırı kuvvet katetere zarar verebilir.
   4. Kaudal sütürü serbest bırakın ve kateteri sağ ventriküle ilerletin, sürekli bir monitörde klasik sağ ventrikül basıncı dalga formunu tespit edin.
   5. Sağ ventrikül basıncını stabilize edin. Optimal bir PV döngüsü oluşturmak için kateterin sağ ventriküle doğru yerleştirildiğinden emin olun.
      1. Basınç-büyüklük döngüleri (yani, Y ekseni basıncı, X ekseni büyüklüğü) oluşturmak için kanı ve kası yansıtan büyüklüğü stabilize edin. Gerekirse, kateterin sağ ventrikül ekseni boyunca en uygun şekilde yerleştirilmesini sağlamak için kateter şaftını hafifçe döndürün.
         NOT: Kası yansıtan maksimum faz değeri 7°'nin altında olmalıdır.
   6. Basınç-büyüklük döngü sinyali optimal olduğunda, temel tarama yapmak için alım sırasında konsolda "Enter" tuşuna basın. Monitör ekranında dakikadaki kalp atışı (bpm) cinsinden bildirilen kalp atış hızının fizyolojik bir aralıkta (yani 400-600 bpm) olduğundan emin olun.
   7. PV döngülerini oluşturun. X ekseni için bir parametre olarak "Büyüklük"ü "Hacim" olarak değiştirin ve basıncı Y ekseni olarak tutun. PV döngü sinyali optimum olduğunda, 30 saniye boyunca kayıt yapın.
   8. Kaydı durdurun. Kateteri geri çekin ve gazlı bezle hafifçe silin. Kateteri heparin/sodyum klorür solüsyonuna koyun ve juguler venden kanamayı durdurmak için kaudal sütürü bağlayın.
2. Sol ventrikül kateterizasyonu (Şekil 5 A-D).
   1. Daha önce izole edilmiş olan sağ karotidi (5A) kavisli forsepsleri arterin altına kaydırarak yavaşça kaldırın.
   2. Önceki dikişi bağlayın, böylece arteri tıkar. Ardından, hemostatik bir kelepçe kullanarak nazikçe kraniyal yönlendirilmiş traksiyon uygulayın.
   3. Hemostatik bir kelepçe kullanarak en distal sütürü kaudal yönde çekin. Orta dikişte gevşek bir potansiyel düğüm yapın.
   4. Beklenen arteriyotomi bölgesindeki damara birkaç damla ısıtılmış, fizyolojik salin koyun. Stereotaksik mikroskobu kullanarak kaudal ve orta sütür arasındaki kraniyal bölüme odaklanın.
   5. Artere nazikçe üstün çekiş uygulayın. Kraniyal sütür ile orta sütür arasına 30 G kavisli bir iğne sokarak bir arteriyotomi gerçekleştirin. Koaksiyel bir şekilde girdiğinden emin olmak için iğneyi artere göre 140° açıyla sokun.
   6. Kateter ucunu arteriyotomiye yerleştirin ve ardından kateteri sabitlemek için orta dikişi sıkın. Eşzamanlı olarak, distal sütürü serbest bırakın ve kayda başlamak için kateteri aort içine ilerletin. Basınç kanalının tipik bir aort izi gösterdiğinden emin olun.
   7. Kateteri aort kapağı boyunca sol ventriküle doğru ilerletin. Sol ventriküle giriş, aorttan diyastolik basınçtaki ani belirgin düşüşten anlaşılacaktır.
   8. Sol ventrikül basıncını stabilize edin. Optimal bir PV döngüsü oluşturmak için kateterin sol ventrikülde doğru konumlandırıldığından emin olun.
      1. Basınç-büyüklük döngüleri (yani, Y ekseni basıncı, X ekseni büyüklüğü) oluşturmak için kanı ve kası yansıtan büyüklüğü stabilize edin. Gerekirse, kateterin sol ventrikül ekseni boyunca en uygun şekilde yerleştirilmesini sağlamak için kateter şaftını hafifçe döndürün.
         NOT: Kası yansıtan maksimum faz değeri 7°'nin altında olmalıdır.
   9. Kaydı durdurun. Kateteri geri çekin ve heparin/sodyum klorür çözeltisine koyun. Sonra kaudal sütürü bağlayın.
   10. Kateteri enzimatik bir deterjanla (örn. endozim) temizleyin.
       NOT: Ameliyattan sonra, hayvanı kurumun hayvan çalışmaları yönergelerine göre ötenazi yapın. 

6. Veri analizi

1. PV döngü analizini belirlenen önerilere göre gerçekleştirin.
   1. Optimum basınç-hacim izini seçin (ideal olarak tam, sabit bir 30 sn kayıt). Yazılımda, "Gelişmiş"e tıklayın, "Döngüler"e ve ardından "Çevrimdışı Hesaplama"ya tıklayın.
   2. Hacim kanalı olarak ses seviyesini ve basınç kanalı olarak basıncı seçin.
   3. Tutarlı sonuçlar için en az 20 döngü gereklidir.

Sonuçlar

Kateter, kateterizasyondan 30 dakika önce oda sıcaklığında heparinize salin solüsyonu içeren 10 mL'lik bir şırıngaya yerleştirildi (Şekil 1A). 30 G iğne ~90° büküldü (Şekil 1B, C) ve 1.45 mm çapında trakeotomi kanülü hazırlandı (Şekil 1C).

Fizyolojik vücut ısısının korunması kritiktir. Fare bantlandı ve bir burun konisi aracılığıyla solunum cihazına bağlandı. Geri besleme probu, ped ile farenin arkası arasına yerleştirildi. Hayvanın vücut ısısını izlemek için rektal bir prob yerleştirildi (Şekil 2A). Vücut ısısı (37.1 °C) ve ped (40.7 °C) sıcaklığı izlendi (Şekil 2B).

Entübasyon prosedürünün kritik adımlarının fotoğrafları Şekil 3A-C'de gösterilmektedir. Başarılı ve engelsiz entübasyon, stabil pik basınç ile düzenli bir solunum hızı ile sonuçlandı (Şekil 2B).

Sağ kalp kateterizasyonunun juguler ven izolasyonundan (Şekil 4A-C) juguler ven içine kateter yerleştirilmesine kadar olan kritik adımlarının resimleri Şekil 4D'de gösterilmektedir. Şekil 5, sağ karotis arter izolasyonu (Şekil 5 A,B) ve kateter yerleştirilmesi (Şekil 5 C,D) dahil olmak üzere sol kalp kateterizasyonunun kritik adımlarını göstermektedir

Kateter juguler ven içine sokuldu ve sağ ventriküle ilerletildi. Daha sonra sağ ventrikül basıncı stabilize edildi ve doğru konumlandırma doğrulandı. Kateterin tüm elektrotlarının (6 mm uzunluğunda eksen uzunluğu) sağ ventrikül odacıkları içinde olması ve ventrikül duvarlarıyla temas etmemesi gerekiyordu. Şekil 6A'da şematik olarak gösterildiği gibi kateterin optimal konumlandırılması, optimal PV döngüleri (yani üçgen, düzenli) üretti. Şekil 6B'de şematik olarak gösterildiği gibi yanlış konumlandırma (yani, ventriküler duvarla temas) kusurlu PV döngülerine (yani çökmüş ve düzensiz döngüler) neden olacaktır.

Kateter karotis içine sokuldu, aorta ilerletildi, daha sonra aort kapağından sol ventriküle doğru retrograd ilerledi. Sol ventrikül basıncı stabilize edildi ve sağ pozisyon doğrulandı. Kateterin tüm elektrotları (6 mm uzunluğunda eksen uzunluğu) sol ventrikül odacıkları içinde olmalı ve ventrikül duvarları ile temas etmemelidir. Şekil 6C'de şematik olarak gösterildiği gibi kateterin optimal konumlandırılması, optimal PV döngüleri (yani dikdörtgen, düzenli) üretti. Şekil 6D'de şematik olarak gösterildiği gibi yanlış konumlandırma (yani, ventriküler duvarla temas) kusurlu PV döngülerine (yani çökmüş, dikdörtgen olmayan ve düzensiz döngüler) neden oldu.

Sol ve sağ PV döngüleri tarafından oluşturulan temsili hemodinamik, 410 bpm kalp hızı, 9.107 μL / dak kalp debisi ve 24.5 μL strok hacmi gösterdi. Spesifik sağ ventrikül parametrelerinde sağ ventrikül sistolik basıncı 21.9 mm Hg, sağ ventrikül sonu diyastol basıncı 1.049 mm Hg, ejeksiyon fraksiyonu V.1, dp/dt maks 1.469 mm Hg/s, dp/dt maks -1.504 mm Hg/s, diyastol sonu hacmi 38.4 μL, strok çalışması 0.068 mJ, basınç-hacim alanı 0.089 mJ, pulmoner arteriyel elastikans (Ea) 0.83 mm Hg/μL ve Tau faktörü 12.8 ms. Spesifik sol ventrikül parametrelerinde sol ventrikül sistolik basıncı 77.1 mm Hg, sol ventrikül diyastol sonu basıncı 2.33 mm Hg, ejeksiyon fraksiyonu Y.1, dp/dt maksimum 4.695 mm Hg/s, dp/dt maksimum -3.553 mm Hg/s, diyastol sonu hacmi 36.9 μL, strok çalışması 0.14 mJ, basınç-hacim alanı 0.22 mJ, arteriyel elastikans (Ea) 5.37 mm Hg/μL ve Tau faktörü 15.1 ms (Tablo 1).

Hemodinamik parametreler
İK (BPM)	410,6 ± 23,3
CO (μL/dk)	9107 ± 1016
SV (μL)	24.5 ± 2.3
RV işlevi
RVSP (mmHg)	21.9 ± 2.15
RVEDP (mmHg)	1.042 ± 0.12
EF (%)	56.1 ± 4.4
dP/dt maks (mmHg/s)	1469 ± 170
dP/dt maks (- mmHg/s)	1504 ± 215
EDV (μL)	38.4 ± 3.7
SW (mJoule)	0,068 ± 0,008
PVA (mJoule)	0,084 ± 0,009
Ea (mmHg/μL)	0,83 ± 0,09
Tau faktörü (ms)	12.8 ± 0.8
AG işlevi
LVSP (mmHg)	77.1 ± 2.4
LVEDP (mmHg)	2.33 ± 0.17
EF (%)	59.1 ± 3.6
dP/dt maks (mmHg/s)	4695 ± 355
dP/dt maks (- mmHg/s)	3553 ± 373
EDV (μL)	36.9 ± 4.8
SW (mJoule)	0,14 ± 0,013
PVA (mJoule)	0,22 ± 0,03
Ea (mmHg/μL)	5,37 ± 0,9
Tau faktörü (ms)	15.07 ± 1.7
CO, kardiyak debi; Ea, arteriyel elastikiyet; EDV, diyastol sonu hacmi; İK, kalp atış hızı; LVEDP, sol ventrikül sonu diyastolik hacmi; LVSP, sol ventrikül sistolik basıncı; PVA, basınç hacmi alanı; RVEDP, sağ ventrikül sonu diyastol basıncı; RVSP, sağ ventrikül sistolik basıncı; SV, strok hacmi; SW, inme çalışması; Tau faktörü, Tau Mirsky. N= 6 fare. Değerler SEM ± ifade edilir

Tablo 1: Hemodinamik parametreler tablosu. Altı farede ölçülen sol ve sağ ventrikül hemodinamik parametresi.

Şekil 1: Deney hazırlama ve düzenek. (A) 10 mL'lik bir salin/heparin şırıngasında kateter, (B), (C) yaklaşık 90°'ye bükülmüş 30 G iğne, (D) trakeotomi kanülü, 1.45 mm çapında. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Anestezi, vücut ısısı kontrolü . (A) Üç pençesi bantlanmış, bir burun konisi aracılığıyla solunum cihazına bağlı, geri bildirim ve rektal problar takılı fare. Isıtma pedinin cerrahi battaniyenin altında olduğuna dikkat edin. (B) Vücut (rektal) ve ped (geri bildirim) sıcaklığını ve ventilasyon parametrelerini gösteren sıcaklık monitörü kontrolü: solunum hızı (set RR), ortalama tidal hacim (Meas TV), tepe basıncı (PeakPress) ve dakika ventilasyonu (MinVol). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: Entübasyon prosedürü. (A) Deri çekildi ve kesildi. Submandibular bez yavaşça kenara çekildi. Sternokleidomastoid ve sternohyoid kas birbirinden ayrıldı ve daha sonra nazik, künt diseksiyon kullanılarak forseps trakeanın altından geçirildi. (B) Cerrahi ipek (4.0) soluk borusunun altından geçirildi ve soluk borusunun iki kıkırdak halkası arasında öne doğru küçük bir kesi yapıldı. Trakeostomi takıldı ve bağlandı. (C) Trakeostomi tüpü ventilatöre bağlandı ve sütür tüpün etrafına bağlandı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: Sağ ventrikül kateterizasyonu. (A), (B), (C) Sağ juguler ven izole edildikten sonra altından bir cerrahi dikiş geçirildi ve venin kraniyal tarafına bağlandı. Bu sütür üzerine hemostatik bir klemp kullanılarak baş yönünde hafif bir traksiyon uygulandı. Şah damarının altından distal olarak iki dikiş daha geçirildi. En distal sütür, hemostatik bir klemp kullanılarak kaudal yönde nazikçe çekildi. Orta dikişte gevşek, potansiyel bir düğüm atıldı. (D) Kateter juguler ven içine yerleştirildi, orta sütür katetere bağlandı. (C) ve (D)'deki görüntüler stereomikroskop ile büyütülür. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 5: Sol ventrikül kateterizasyonu. (A), (B) Sağ karotis izole edildikten sonra juguler ven altından bir cerrahi dikiş geçirildi ve venin kraniyal tarafına bağlandı. Bu sütür üzerine hemostatik bir klemp kullanılarak baş yönünde hafif bir traksiyon uygulandı. Karotis arterin altından iki dikiş daha geçirildi. En distal sütür, hemostatik bir klemp kullanılarak kaudal yönde nazikçe çekildi. Orta dikişte gevşek, potansiyel bir düğüm atıldı. (C) Kateter ucu karotis artere yerleştirildi ve ardından orta sütür onu sabitlemek için katetere bağlandı. (D) Kateter, karotis boyunca aorta doğru hafifçe geriye doğru ilerletildi. (B), (C), (D)'deki görüntüler stereomikroskop ile büyütülür. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 6: Kateter konumlandırmasının ve ortaya çıkan PV döngülerinin şematik gösterimi. (A) Sağ ventrikülde optimal kateter konumlandırması. Kateterin ucu ventrikülün ortasında, ventrikül duvarlarından izole edilmiştir. Sağ ventrikülde optimal kateter konumlandırmasından kaynaklanan temsili PV döngüleri (yani, stabil, üçgen). (B) Sağ ventrikülde yanlış kateter yerleşimi. Kateterin ucu ventriküler duvarlarla temas halindedir. Temsili PV, sağ ventrikülde optimal olmayan bir kateter konumlandırmasından kaynaklanan gürültüyü döngüye sokar (yani, çökmüş, düzensiz). (C) Sol ventrikülde optimal kateter konumlandırması. Kateterin ucu ventrikülün ortasında, ventrikül duvarlarından izole edilmiştir. Sol ventrikülde optimal kateter konumlandırmasından kaynaklanan temsili PV döngüleri (yani, stabil, dikdörtgen). (D) Sol ventrikülde yanlış kateter yerleşimi. Kateterin ucu ventriküler duvarlarla temas halindedir. Sol ventrikülde suboptimal bir kateter konumlandırmasından kaynaklanan temsili PV döngüleri (yani, çökmüş, düzensiz). PV döngülerini oluşturmak için 50 Hz'lik bir FIR gürültü filtresi uygulandı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Tartışma

Kardiyak fonksiyonun değerlendirilmesi, klinik öncesi kardiyovasküler ve pulmoner-vasküler araştırmalar için kritik bir adımdır. Bu çalışmada, farelerde kardiyak fonksiyonun kapalı göğüs biventriküler değerlendirmesi için bir protokol önerdik. Bu yaklaşımla, aynı farede sağ ventrikül ve sol ventrikül PV döngüleri oluşturulabilir. Bu yaklaşım, sistolik ve diyastolik fonksiyonun yanı sıra inme hacmi ve kalp debisinin ölçülmesine izin vererek kardiyak fonksiyonun sağlam ve eksiksiz bir değerlendirmesini sağlar. Kemirgen kateterizasyonu için klasik olarak kullanılan açık göğüs yaklaşımından farklı olarak, bu kapalı göğüs tekniği daha stabil fizyoloji ve fizyolojik olarak daha ilgili verilerle sonuçlanır. Kateteri sağ ve sol ventriküle başarılı bir şekilde yerleştirmek teknik olarak daha zor ve operatör becerilerine bağlı olsa da, kapalı göğüs yaklaşımı açık göğüs cerrahisi ile ilişkili travma ve kanamayı sınırlar ve akciğerlerin atmosferik basınca maruz kalmasıyla ilişkili şiddetli basınç değişikliklerini azaltır. Kapalı göğüs yaklaşımı ayrıca hastalarda gerçekleştirilen kalp kateterizasyon prosedürünü daha iyi taklit eder ve bu da bu tekniğin klinik öncesi araştırmalarda kullanılmasının önemini artırır.

Cerrahi prosedür protokolün kritik adımıdır. Önerilen juguler ven veya karotis artere kateter yerleştirilmesi için cerrahi mikroskop kullanıldığında bile, bu prosedür pratik ve teknik beceri gerektirir. Çevresindeki fasyadan arındırılmış damarların nazik, künt diseksiyon ile dikkatli bir şekilde diseksiyonu kanama riskini en aza indirirken kanülasyonun başarısını artıracaktır. Kan kaybını en aza indirmek için, karotisin sıralı adımlarla kanüle edilmesi çok önemlidir: 1) kateter ucunu karotis artere sokun; 2) sütürü, kateteri içeren arter kısmının etrafına hafifçe bağlayın; 3) kanamayı en aza indirmek için hafif yukarı doğru çekişi korurken kateter hareketine izin vererek güvenli sütürü serbest bırakın; ve 4) kateteri aorta ilerletin. Kateterin ventrikül içine konumlandırılması, gerçek zamanlı dalga formu izleme ile belirlendiği gibi, bu protokolün en zorlu kısmıdır. Kateterin tüm elektrotları ventriküler boşluk içinde olmalı ve hiçbiri duvara temas etmemelidir. Kateterin herhangi bir yanlış konumlandırılması, düzensiz PV döngülerine neden olacak ve veri toplamayı olumsuz yönde etkileyecek veya engelleyecektir. Tüm elektrotların ventrikül içinde bulunmasından kaynaklanan karakteristik basınç-hacim dalga formunun tanınması, kişinin uygun bir kateter pozisyonundan emin olmasını sağlar. PV moduna ve hacim edinimine geçmeden önce stabil bir ventriküler basınç dalga formu ve stabil basınç-büyüklük döngüleri elde etmek çok önemlidir. Bu prosedürün başarısı için doğru kardiyak fizyoloji ve anatomi bilgisi şarttır. Atriyumdan, triküspit kapak bölgesinden ve sağ ventrikülden PV izlerinin çevrimiçi olarak okunması, kateterin ilerleyişini gösterecek ve uygun konumlandırmanın sağlanmasına yardımcı olacaktır. Normal kalp atış hızının (400-600 bpm) ve beklenen dalga formlarının ve basınçlarının (örneğin, sağ ventrikül sistolik basıncı, 18-25 mm Hg, diyastolik basınç <5 mm Hg; sol ventrikül sistolik basıncı 60-120 mm Hg⁴⁰, diyastolik basınç <8 mmHg) bilmek çok önemlidir.

Verilerin kalitesi ve tekrarlanabilirliği, prosedürün hızına ve kan kaybına veya kanamaya bağlı olacaktır. Anesteziden veri toplamanın tamamlanmasına kadar olan prosedür ortalama ~30-40 dakika/fare sürer. Kateterin yerleştirilmesinden veri alınmasına kadar sağ kalp kateterizasyonu 5-10 dakika, kateterin yerleştirilmesinden veri alınmasına kadar sol kalp kateterizasyonu 10-15 dakika daha sürer. Yayın kalitesinde veriler, vakaların ~%75'inde elde edilir. Kalp kateterizasyonundaki adımların sırası hayvanlar arasında sabit tutulmalıdır. Bu prosedürde, fareler önce entübe edilir, ardından sağ ventrikül kateterizasyonu ve son olarak sol ventrikül kateterizasyonu yapılır. Bu sırayla devam etme kararı, sol kalbin sağ kalp kateterizasyonuna göre daha zor ve kanama riskine dayanmaktadır. Spesifik olmayan bir 50 Hz gürültü kayıt artefaktı gözlemlenebilir. Bu gürültü, yazılımda 50 Hz'de yüksek kesme ve 0 düşük kesme değerine sahip bir FIR filtresi kullanılarak azaltılabilir. Birim kanalı için yeni bir kanal/filtre/FIR filtresi oluşturun. Şebeke gürültüsünü ortadan kaldırmak ve herhangi bir radyo frekansı parazitini ortadan kaldırmak için veri toplama sırasında 50 Hz'lik bir çentik filtresi de uygulanabilir.

Kateterizasyon ne kadar hızlı yapılırsa, verilerin kalitesi o kadar iyi olur. Önceki deneyimlere dayanarak, verilerin 15 dakika içinde alınması önerilir. Kateterizasyon süresinin uzaması, hayvan üzerindeki fizyolojik stresi arttırır ve kateterin boşlukta bulunmasına bağlı olarak aritmi riskini artırır. Bu kuvvetler strok hacmini azaltabilir ve dalga formlarının tekrarlanabilirliğini ve yorumlanabilirliğini bozabilir. Ek olarak, kateterin ucu keskindir ve ventriküle zarar verebilir veya delebilir. Bu, özellikle sol ventrikülün kalınlığının ~ 1/^{3'ü olan} sağ ventrikül için önemlidir.

İnvaziv trakeostomi ve pozitif basınçlı mekanik ventilasyon, farelerin stabil ve kontrollü solunumuna neden olur ve PV döngülerinin ediniminin değişkenliğini azaltır. Bununla birlikte, pozitif uç ekspiratuar basınç (PEEP), negatif basınç fenomeni olan normal ventilasyonla belirgin bir kontrasttır. Birlikte, pozitif basınçlı ventilasyon ve PEEP kalp debisini düşürür ve sağ kalp basıncını düşürür. Bu nedenle, stabil verilerin elde edilmesi için gerekli olmakla birlikte, mekanik ventilasyon ve anestezinin kardiyodepresif etkileri PV döngülerini etkileyecektir ve bir sınırlama olarak düşünülmelidir. PV döngülerinin kısa kaydı sırasında mekanik ventilasyonun geçici olarak durdurulması, bu potansiyel artefakt kaynağını ortadan kaldırmak için kullanılır. Havalandırma verimliliğinin, karbondioksitin kapnografi izlemesi ile doğrulanabileceğini unutmayın.

Kapalı göğüs yaklaşımı için gerekli olan teknik beceriler bu tekniğin bir sınırlaması olabilir. Aynı şekilde, kateterin ventrikül içinde uygun ve stabil bir şekilde konumlandırılmasını sağlamak zordur. Başarı şansı, operatör deneyimi ve farelerin boyutu ve ağırlığı ile artar. 20 g'ın altındaki farelerin kateterizasyonu son derece zordur. Sağ ventrikülün benzersiz odacık geometrisi hacim ölçümünü etkileyebilir ve dikkate alınmalıdır. Kullanılan anestezik, kalp atış hızları, sıcaklıklar ve hayvan suşu hemodinamik parametreleri etkileyebilir ve dikkatle raporlanmalı ve izlenmelidir.

Sonuç olarak, bu protokolde hem sağ hem de sol ventrikül kateterizasyonu aynı farede yapılmaktadır. Bir bilim insanının özel amaçlarına bağlı olarak, sol veya sağ ventrikül kateterizasyonu, biventriküler prosedürün ilgili kısmı kullanılarak bağımsız olarak gerçekleştirilebilir. Bununla birlikte, sunulan yaklaşım, kardiyak fonksiyonun tam olarak değerlendirilmesi için idealdir.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi

Ad	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
ADVantage Basınç-Hacim Sistemi (ADV500)	Transonik	FY097B
Endozime AW üçlü artı	Ruhof	34521
Fiber optik çift Deveboynu	Volpi Intralux	# 6000-1
Forseps	FST	11052-10
Forseps	FST	11251-20
Gazlı bez süngerler	Dermacea	441400
Hemostatik klemp	FST	13003-10
Hemostatik klemp	FST	13018-14
Heparin sodyum	Sandoz	023-3086	100 U/L
Yüksek kaliteli kabul kateteri	Scisence; Transonik	FTH-1212B-3518
İzofloran	Baxter	CA2L9108
labScribe v4 yazılımı	iworx	LS-30PVL
İğne (30 ölçer)	BD	305106
sodyum klorür enjeksiyonu	Baxter	JB1309M	%0,9 (wt/vol)
Stereo mikroskop	Cole-Parmer	OF-48920-10
Cerrahi sütür	SERAFLEX	ID158000	siyah örgülü ipek, 4.0
Cerrahi bant	3M, Transpore	SN770
Masaüstü Tek Hayvan Anestezi Sistemleri	Harvard cihazı	72-6468
Trakeotomi kanülü 1.45 mm çap	Harvard cihazı	72-1410
Vantilatör, fareler ve sıçanlar için uzak kızılötesi ısıtma pedi PhysioSuite	Kent Bilimsel şirket	# PS-02