Method Article

Domuz Kardiyovasküler Sisteminin Fonksiyonel Etkinliğinin Değerlendirilmesi için Egzersiz Testi

DOI:

10.3791/65233

⸱

May 12th, 2023

 ,  ,  , 
1A.I. Virtanen Institute, University of Eastern Finland, 2Heart Center and Gene Therapy Unit, Kuopio University Hospital

* These authors contributed equally

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Mevcut protokol, klinik öncesi ortamda yeni tedavilerin etkinliğini değerlendirmek için kardiyovasküler sistemin fonksiyonel kapasitesini değerlendirmek için büyük bir hayvan egzersiz testi modelini tanımlamaktadır. Klinik egzersiz testi ile karşılaştırılabilir.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tedavilerdeki ilerlemeye rağmen, kardiyovasküler hastalıklar hala tüm dünyada mortalite ve morbiditenin en büyük nedenlerinden biridir. Gen terapisine dayalı terapötik anjiyogenez, optimal farmakolojik tedaviye ve invaziv prosedürlere rağmen, önemli semptomları olan hastaların tedavisinde umut verici bir yaklaşımdır. Bununla birlikte, umut verici birçok kardiyovasküler gen tedavisi tekniği klinik çalışmalarda beklentileri karşılayamamıştır. Bir açıklama, etkinliği ölçmek için kullanılan klinik öncesi ve klinik sonlanım noktaları arasındaki uyumsuzluktur. Hayvan modellerinde, vurgu genellikle histolojik kesitlerden hesaplanan kılcal damarların sayısı ve alanı gibi kolayca ölçülebilir uç noktalar üzerinde olmuştur. Mortalite ve morbiditenin yanı sıra, klinik çalışmalardaki sonlanım noktaları egzersiz toleransı ve yaşam kalitesi gibi subjektiftir. Bununla birlikte, preklinik ve klinik sonlanım noktaları muhtemelen uygulanan tedavinin farklı yönlerini ölçmektedir. Bununla birlikte, başarılı terapötik yaklaşımlar geliştirmek için her iki tip sonlanım noktası da gereklidir. Kliniklerde temel amaç her zaman hastaların semptomlarını hafifletmek ve prognozlarını ve yaşam kalitelerini iyileştirmektir. Preklinik çalışmalardan daha iyi prediktif veriler elde etmek için, son nokta ölçümleri klinik çalışmalardakilerle daha iyi eşleştirilmelidir. Burada, domuzlarda klinik olarak ilgili bir koşu bandı egzersiz testi için bir protokol sunuyoruz. Bu çalışmanın amacı: (1) domuzlarda, gen terapisinin ve diğer yeni tedavilerin güvenliğini ve fonksiyonel etkinliğini değerlendirmek için kullanılabilecek güvenilir bir egzersiz testi sağlamak ve (2) klinik öncesi ve klinik çalışmalar arasındaki son noktaları daha iyi eşleştirmek.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kronik kardiyovasküler hastalıklar tüm dünyada önemli mortalite ve morbidite nedenlerindendir 1,2. Mevcut tedaviler hastaların çoğunluğu için etkili olmasına rağmen, birçoğu hala yaygın kronik hastalık veya komorbiditeler nedeniyle mevcut tedavilerden fayda görememektedir. Ek olarak, bazı hastalarda, kardiyak semptomlar mevcut tedavilerle hafifletilmez ve optimal tıbbi tedaviye rağmen kardiyovasküler hastalıkları ilerler3. Bu nedenle, ciddi kardiyovasküler hastalıklar için yeni tedavi seçeneklerinin geliştirilmesine açık bir ihtiyaç vardır.

Son birkaç yılda, yeni moleküler yollar ve bu hedefleri manipüle etmenin yolları keşfedilmiş, bu da gen terapisini, hücre terapisini ve diğer yeni terapileri ciddi kardiyovasküler hastalıkların tedavisinde gerçekçi bir seçenek haline getirmiştir4. Bununla birlikte, umut verici preklinik sonuçlardan sonra, birçok kardiyovasküler uygulama klinik çalışmalarda beklentileri karşılayamamıştır. Klinik çalışmalardaki zayıf etkinliğe rağmen, birkaç çalışma yeni tedavilerin iyi güvenlik profillerini oluşturmuştur 5,6,7,8,9. Bu nedenle, hastalara yeni kardiyovasküler tedaviler getirmek, klinik etkinliği tahmin edebilen klinik öncesi çalışmalarda gelişmiş yaklaşımlar ve daha iyi klinik öncesi modeller, çalışma ortamları ve son noktalar gerektirecektir.

Hayvan modellerinde, vurgu genellikle histolojik kesitlerden hesaplanan kılcal damarların sayısı ve alanı veya istirahatte ve farmakolojik stres altında sol ventrikül görüntülemesinden elde edilen parametreler gibi kolayca ölçülebilir son noktalar üzerinde olmuştur. Klinik çalışmalarda, egzersiz toleransı veya semptom hafifletme gibi birçok son nokta daha öznel olmuştur4. Bu nedenle, klinik öncesi çalışmalardaki ve klinik çalışmalardaki sonlanım noktalarının uygulanan tedavinin farklı yönlerini ölçmesi muhtemeldir. Örneğin, kan damarlarının miktarındaki bir artış her zaman daha iyi perfüzyon, kalp fonksiyonu veya egzersiz toleransı ile ilişkili değildir. Bununla birlikte, başarılı terapötik yaklaşımlar geliştirmek için her iki tip sonlanım noktası da gereklidir10. Yine de, asıl amaç her zaman semptomları hafifletmek ve hastanın prognozunu ve yaşam kalitesini iyileştirmektir. Bunu başarmak için, son nokta ölçümleri klinik öncesi ve klinik çalışmalar arasında daha iyi eşleştirilmelidir4.

Kardiyorespiratuar uygunluk, dolaşım ve solunum sistemlerinin sürekli fiziksel aktivite sırasında oksijen sağlama yeteneğini yansıtır ve böylece bir bireyin fonksiyonel kapasitesini ölçer. Fonksiyonel kapasite, kardiyovasküler ve tüm nedenlere bağlı mortalite riski için güçlü bir bağımsız belirleyici olduğu için önemli bir prognostik belirteçtir11. Kardiyorespiratuar uygunluktaki iyileşmeler mortalite riskinin azalması ile ilişkilidir12. Egzersiz testleri, kardiyovasküler hastalıklarda aerobik performansı ve tedavi yanıtlarını değerlendirmek için uygundur. Müsaitlik durumuna bağlı olarak, testler bir bisiklet ergometresinde veya koşu bandında gerçekleştirilir. Genellikle dakika başına iş yükünde kademeli bir artış kullanılır ve ani artışlardan kaçınılır; Bu, doğrusal bir fizyolojik tepkiye yol açar. Egzersiz testlerindeki en önemli değişkenler arasında toplam egzersiz süresi, elde edilen metabolik eşdeğerler (MET'ler), kalp atış hızı ve QRS kompleksi (Q, R ve S dalgaları) ile T-dalgası (ST segmenti) arasındaki elektrokardiyogram (EKG) çizgisindeki değişiklikler bulunur. Klinik stres testleri düşük maliyetlidir ve kolayca erişilebilir13. Bu nedenlerden dolayı, 6 dakikalık yürüme testi gibi stres testleri kliniklerde yaygın olarak kullanılmaktadır ve yeni tedavilerin klinik öncesi değerlendirilmesinde de kullanılmalıdır.

Bildiğimiz kadarıyla, gen terapisinin veya diğer yeni tedavilerin fonksiyonel etkinliğini değerlendirmek için iyi tanımlanmış büyük hayvan modelleri yoktur. Bu nedenle, klinik olarak ilgili egzersiz testi, bu yeni tedavilerin klinik öncesi ortamdaki etkinliğini değerlendirmek için mükemmel bir bakış açısı sağlar.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tüm deneyler Doğu Finlandiya Üniversitesi Hayvan Deneyleri Kurulu tarafından onaylanmıştır. Bu protokol, kalp hastalıkları için yeni tedavilerin güvenliğini ve etkinliğini değerlendirmek için domuzlar için klinik olarak ilgili bir koşu bandı egzersiz testini açıklamaktadır. Bu çalışmada 25-80 kg ağırlığındaki dişi evcil domuzlar kullanılmıştır. Hayvanlar ticari bir kaynaktan elde edilmiştir (bakınız Malzeme Tablosu).

1. Koşu parkurunun ayarlanması

  1. Koşu parkurunu, hayvanların yalnızca bir yönde hareket edebilecekleri şekilde ayarlayın. Hayvanların geri dönmesini önlemek için kapılar ve kapaklar kullanın. Koşu parkurunun kat planı Şekil 1'de, koşu parkuru örneği ise Şekil 2'de gösterilmiştir.
  2. Koşu bandının (bkz. Malzemeler Tablosu) eğim değişikliklerine izin vermek için yeterli alana sahip olduğundan emin olun.
  3. Hayvanın koşu sırasında dönmesini önlemek için koşu bandının ayarlanabilir bir genişliğe sahip olduğundan emin olun.
  4. Koşu bandının ön duvarını yapmak için şeffaf plastik kullanın. Bu, hayvanın koşu bandından kaçmasını önler, ancak yine de hayvanın duvardan görmesini sağlar.
    NOT: Deneyimlerimiz, domuzların duvarın diğer tarafında diğer domuzları gördüklerinde koşmak için daha motive olduklarını gösterdiği için, hayvanların ön duvarın içini görebilmeleri esastır.
  5. Koşu bandının yanına bir EKG monitörü ve defibrilatör (bakınız Malzeme Tablosu) yerleştirin.
    NOT: Stres testi sırasında ölümcül aritmiler oluşabilir, özellikle domuzda miyokard iskemisi14,15,16 varsa.
  6. Koşu parkurunun, hayvanların koşudan sonra içebilecekleri ve serinleyebilecekleri bir su noktası içerdiğinden emin olun.

2. Testten önce domuzların alışma süresi

  1. Deneylere başlamadan önce hayvanları 2 hafta boyunca barındırın.
  2. Alışmanın 1. haftasında, hayvanların koşu parkuru hariç, işleyicilerine ve yeni barınma ortamına alışmalarını sağlayın.
  3. Alışma döneminin 2. haftasında, hayvanların koşu parkuruna alışmasını sağlayın.
  4. Hayvanların koşu parkuruna aşina olmaları için alışmaya başlayın. İlk olarak, tüm kapıları açık tutun, böylece hayvanlar pistte serbestçe yürüyebilir ve çevreyi keşfedebilirler.
  5. Hayvanlar piste daha aşina olduklarında, koşu bandını açın ve hayvanın 7 dakika gibi kısa süreler boyunca koşmasına izin verin. Çalışma sürelerinin uzunluğu günlük olarak uzatılmalıdır.
    NOT: Alışma döneminde hayvanları ödüllendirmeyi unutmayın. Örneğin, bu çalışmada domuzlar tuzsuz patlamış mısır ile ödüllendirildi.

3. Egzersiz testi

NOT: Domuzlara egzersiz testinden en az 2 saat önce oruç tutulmalı veya koşudan önce sadece küçük bir kısım yiyecek verilmelidir.

  1. Koşu bandını açın ve eğimi% 5 -% 10'a ayarlayın.
  2. Hayvan koşu bandına girer girmez, koşu bandına 2 km / s başlangıç hızıyla başlayın.
  3. 5 km/s hıza ulaşana kadar hızı her 60 saniyede bir 0,5 km/s artırın. Toplam çalışma süresi 15 dakikadır.
  4. Hayvanın tüm zamanı maksimum hızda çalıştıramaması durumunda, aşağıdaki adımları uygulayın.
    1. Domuz seçilen bir hız kadar hızlı koşmuyorsa, yavaşça arkadan itin, çünkü bu hayvana yavaşlamadan daha hızlı koşması gerektiği hissini verebilir.
    2. Hayvanı en fazla üç kez hafifçe itmeyi deneyin; Bundan sonra, domuz hızı kaldırana kadar hızı bir seferde 0,5 km / s yavaşlatın. 2 km/s'nin altına kadar yavaşlamayın.
    3. Hayvan yavaş bir hızda bile koşmayı reddederse, koşu bandını kapatın ve testi durdurun.

4. Egzersiz testi sırasında EKG izleme

  1. EKG elektrotlarını (bakınız Malzeme Tablosu) skapula veya göğüs gibi koşu sırasında minimum harekete sahip anatomik yerlere yerleştirin.
    NOT: Cilde daha iyi yapışma sağlamak için egzersiz testleri için tasarlanmış EKG elektrotları kullanın. EKG elektrotlarının yerleştirileceği bölgeden saçları tıraş etmeyi unutmayın.
  2. Koşu sırasında kalp atış hızı değişikliklerini kaydedin.
    NOT: Deneyimlerimiz, ST segment analizlerinin hareket ve diğer eserler nedeniyle genellikle karmaşık olduğunu göstermektedir. Ritim izleme, implante edilebilir bir döngü kaydedici veya kalp pili kullanılarak da yapılabilir.

5. Veri toplama

  1. Hız her değiştiğinde çalışma mesafesini, toplam süreyi ve hızı kaydedin.
    NOT: Modern koşu bantları birçok başka veri toplayabilir, bu nedenle ekipmanın tam potansiyelini kullanmak için koşu bandı kılavuzuna aşina olmanız önemlidir.
  2. Topallama gibi hayvan davranışlarındaki olası değişiklikleri not edin.
    NOT: Gerekirse, bir veterinere başvurun ve hayvanın gerekli analjezi aldığından emin olun. Tamamen iyileşene kadar hayvanı gelecekteki egzersizlerden çıkarın.

6. İşlem sonrası bakım

  1. Hayvanın su noktasına erişebildiğinden emin olun.
  2. Hayvanı, örneğin ikramlar veya oyuncaklarla ödüllendirin.
  3. Olası olumsuz etkiler için koşudan sonra hayvanı 30 dakika boyunca izleyin.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu protokolle başarılı olmak için büyük hayvanlarla çalışma deneyimine sahip olmak gerekir. Araştırmacıların, bir hayvanın yorgunluk veya motivasyon eksikliği nedeniyle koşmayı bırakıp bırakmadığını değerlendirebilmeleri gerekir. Hızı ve mesafeyi kaydetmek bunu değerlendirmeye yardımcı olabilir, genellikle motivasyonu olmayan hayvanlar tamamen koşmayı bırakırken, yorgun hayvanlar hızı yavaşlattıktan sonra koşmaya devam eder (Şekil 3). Gerekirse, sonuçlar güvenilmez görünüyorsa protokol ertes...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu büyük hayvan egzersiz testi, kliniklerde kullanılan testi taklit ederek, klinik öncesi çalışmalar ve klinik çalışmalar arasındaki son noktalardaki boşluğu azaltır. Arteriyoskleroz obliterans, kalp yetmezliği ve iskemik kalp hastalıkları gibi ciddi kardiyovasküler hastalıklar için yeni tedavilerin etkinliğini değerlendirmek için uygulanabilir. Bu protokolde uygulanan zaman noktaları, test edilen tedaviye bağlı olarak değişebilir. Bu protokol, büyük hayvanlarla çalışma konusunda uzun bir deneyime dayanarak standartlaştı...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazar, Ulusal Laboratuvar Hayvanları Merkezi'nden Minna Törrönen, Riikka Venäläinen, Heikki Karhunen ve Inkeri Niemi'ye hayvan çalışmalarındaki yardımları için teşekkür eder. Bu çalışma Finlandiya Akademisi, ERC ve CardioReGenix AB Horizon hibesi ile desteklenmektedir.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
DefibrilatörZoll M serisiTO9K116790Tüm taşınabilir defribrilatörler çalışacaktır
Defibrilatör pedleriPhilipsM3713APedler defibrilatör EKG elektrotları ile uyumlu olduğu sürece tüm pedler çalışır
Birkaç sağlayıcıegzersiz testleri için tasarlanmış EKG elektrotlarını tercih eder
Döngü kaydediciAbbott OyDM3500Opsiyonel ritim izleme için
Hasta monitörüSchiller Argus LCM Plus7,80,05,935Tüm taşınabilir ekg monitörleri çalışacaktır
DomuzlarEmolandia Oy Koşu Bandı
NordicTrackEğimi ve hızı ayarlanabilen tüm koşu bantları egzersiz testi için uygundur. Koşu bandı mümkün olduğunca uzun ve geniş olmalıdır.
Ultrason sistemiPhilips EPIQ 7 ultrason
Çeşitli yapı malzemeleriÇeşitli sağlayıcılarŞekil 1 ve Şekil 2'ye göre çitler, rampalar ve kapılar inşa
için Hayvanlar
etmek için çeşitli ikramlar

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Virani, S., et al. Heart disease and stroke statistics-2020 update: A report from the American Heart Association. Circulation. 141 (9), e139(2020).
  2. Townsend, N., et al. Epidemiology of cardiovascular disease in Europe. Nature Reviews Cardiology. 19 (2), 133-143 (2022).
  3. Knuuti, J., et al. 2019 ESC Guidelines for the diagnosis and management of chronic coronary syndromes: The Task Force for the diagnosis and management of chronic coronary syndromes of the European Society of Cardiology (ESC). European Heart Journal. 41 (3), 407-477 (2020).
  4. Ylä-Herttuala, S., Baker, A. H. Cardiovascular gene therapy: past, present, and future. Molecular Therapy. 25 (5), 1096-1106 (2017).
  5. Hedman, M., et al. Eight-year safety follow-up of coronary artery disease patients after local intracoronary VEGF gene transfer. Gene Therapy. 16 (5), 629-634 (2009).
  6. Rosengart, T. K., et al. Long-term follow-up of a phase 1 trial of angiogenic gene therapy using direct intramyocardial administration of an adenoviral vector expression the VEGF121 cDNA for the treatment of diffuse coronary artery disease. Human Gene Therapy. 24 (2), 203-208 (2013).
  7. Muona, K., Mäkinen, K., Hedman, M., Manninen, H., Ylä-Herttuala, S. 10-year safety follow-up in patients with local VEGF gene transfer to ischemic lower limb. Gene Therapy. 19 (4), 392-395 (2012).
  8. Leikas, A. J., et al. Long-term safety and efficacy of intramyocardial adenovirus-mediated VEGF-DΔNΔC gene therapy eight-year follow-up of phase I KAT301 study. Gene Therapy. 29 (5), 289-293 (2022).
  9. Telukuntla, K. S., Suncion, V. Y., Schulman, U. H., Hare, J. M. The advancing field of cell-based therapy: insights and lessons from clinical trials. Journal of the American Heart Association. 2 (5), e000338(2013).
  10. Ylä-Herttuala, S., Bridges, C., Katz, M. G., Korpisalo, P. Angiogenic gene therapy in cardiovascular diseases: dream or vision. European Heart Journal. 38 (18), 1365-1371 (2017).
  11. Lähteenvuo, J., Ylä-Herttuala, S. Advances and challenges in cardiovascular gene therapy. Human Gene Therapy. 28 (11), 1024-1032 (2017).
  12. Ross, R., et al. Importance of assessing cardiorespiratory fitness in clinical practice: a case for fitness as a clinical vital sign: a scientific statement from the American Heart Association. Circulation. 134 (24), e653-e699 (2016).
  13. Sietsema, K. E., Stringer, W. W., Sue, D. Y., Ward, S. Wasserman & Whipp's Principles of Exercise Testing and Interpretation. 6th. , Wolters Kluwer. Philadelphia. (2021).
  14. Darmadi, M. A., et al. Exercise-induced sustained ventricular tachycardia without structural heart disease: a case report. The American Journal of Case Reports. 21, e928242(2020).
  15. Casella, G., Pavesi, P. C., Sangiorgio, P., Rubboli, A., Bracchetti, D. Exercise-induced ventricular arrhythmias in patients with healed myocardial infarction. International Journal of Cardiology. 40 (3), 229-235 (1993).
  16. Gimeno, J. R., et al. Exercise-induced ventricular arrhythmias and risk of sudden cardiac death in patients with hypertrophic cardiomyopathy. European Heart Journal. 30 (21), 2599-2605 (2009).
  17. 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).
  18. Korpela, H., et al. AAV2-VEGF-B gene therapy failed to induce angiogenesis in ischemic porcine myocardium due to inflammatory responses. Gene Therapy. 29 (10-11), 643-652 (2022).
  19. Swindle, M. M. Swine in the Laboratory: Surgery, Anesthesia, Imaging, and Experimental Techniques. 2nd edition. , CRC Press. Taylor & Francis Group. (2007).
  20. Poole, D. C., et al. Guidelines for animal exercise and training protocols for cardiovascular studies. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 318 (5), H1100-H1138 (2020).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Pig Cardiovascular SystemExercise TestGene TherapyFunctional EfficacyTreadmill ProtocolCardiorespiratory FitnessPreclinical EndpointsClinical EndpointsExercise ToleranceECG Monitoring

Related Articles