Et bilde guidet transapical mitral ventil brosjyre punktering modell av kontrollert volum overbelastning fra Mitral regurgitation i rotte

JoVE Journal
Medicine

Your institution must subscribe to JoVE's Medicine section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

En gnagermodell av venstre hjertevolumoverbelastning fra mitral oppstøt rapporteres. Mitral regurgitation av kontrollert alvorlighetsgrad induseres ved å fremme en nål av definerte dimensjoner i fremre brosjyren av mitralventilen, i et bankende hjerte, med ultralydveiledning.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Corporan, D., Kono, T., Onohara, D., Padala, M. An Image Guided Transapical Mitral Valve Leaflet Puncture Model of Controlled Volume Overload from Mitral Regurgitation in the Rat. J. Vis. Exp. (159), e61029, doi:10.3791/61029 (2020).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Mitral regurgitation (MR) er en allment utbredt hjerteklaff lesjon, som forårsaker hjerteremodeling og fører til kongestiv hjertesvikt. Selv om risikoen for ukorrigert MR og dens dårlige prognose er kjent, er de langsgående endringene i hjertefunksjon, struktur og ombygging ufullstendig forstått. Dette kunnskapsgapet har begrenset vår forståelse av den optimale timingen for MR-korreksjon, og fordelen som tidlig versus sen MR-korreksjon kan ha på venstre ventrikkel. For å undersøke de molekylære mekanismene som ligger til grunn for venstre ventrikulær ombygging i innstillingen av MR, er dyremodeller nødvendige. Tradisjonelt har aorto-caval fistelmodellen blitt brukt til å indusere volumoverbelastning, som avviker fra klinisk relevante lesjoner som MR. MR representerer en lavtrykksvolumoverbelastning hemodynamisk stressor, som krever dyremodeller som etterligner denne tilstanden. Her beskriver vi en gnagermodell av alvorlig MR der fremre brosjyre av rottemitralventilen er perforert med en 23G nål, i et bankende hjerte, med ekkokardiografisk bildeveiledning. Alvorlighetsgraden av MR vurderes og bekreftes med ekkokardiografi, og reproduserbarheten til modellen rapporteres.

Introduction

Mitral oppstøt (MR) er en vanlig hjerteklaff lesjon, diagnostisert i 1,7% av den generelle amerikanske befolkningen og i 9% av den eldre befolkningen større enn 65 år1. I denne hjerteklafflesjonen forårsaker feil lukking av mitralventilbrosjyrene i systole, oppstøt av blod fra venstre ventrikkel inn i venstre atrium. MR kan oppstå på grunn av ulike etiologier; Imidlertid diagnostiseres primære lesjoner av mitralventilen (primær MR) og behandles oftere sammenlignet med sekundær MR2. Isolert primær MR er ofte et resultat av myksomatøs degenerasjon av mitralventilen, noe som resulterer i forlengelse av brosjyrer eller chordae tendinae, eller brudd på noen chordae, som alle bidrar til tap av systolisk coaptation av ventilen.

MR som følge av slike ventillesjoner løfter blodvolumet som fyller venstre ventrikkel i hvert hjerteslag, øker endediastolisk veggstress og gir en hemodynamisk stressor som oppfordrer til hjertetilpasning og ombygging. Hjerteremodeling i denne lesjonen er ofte preget av betydelig kammerutvidelse3,4, mild vegghypertrofi, med bevart kontraktilefunksjon i lengre perioder. Siden utstøtingsfraksjonen ofte bevares, blir korrigering av MR ved hjelp av kirurgiske eller transcatheter ofte forsinket, til symptomer som dyspné, hjertesvikt og arytmier. Ukorrigert MR er imidlertid forbundet med høy risiko for hjertebivirkninger, men for tiden er kunnskap om de ultrastrukturelle endringene som ligger til grunn for disse hendelsene ukjente.

Dyremodeller av MR gir en verdifull modell for å undersøke slike ultrastrukturelle endringer i hjertet, og studere langsgående progresjon av sykdommen. Tidligere har forskere indusert MR i store dyr, inkludert griser, hunder og sauer, ved å skape en ekstern ventriculo-atrial shunt5, intracardiac chordal brudd6, eller brosjyre perforering7. Mens kirurgiske teknikker er lettere hos store dyr, har disse studiene vært begrenset til subkronisk oppfølging i en liten prøvestørrelse, på grunn av de høye kostnadene ved å utføre slike studier hos store dyr. Videre er molekylær analyse av vev fra disse modellene ofte utfordrende på grunn av begrensede artsspesifikke antistoffer og kommenterte genombiblioteker for justering.

Små dyremodeller av MR kan gi et passende alternativ til å studere denne ventillesjonen og dens innvirkning på hjerteremodellering. Historisk sett har rottemodellen av aorto-caval fistel (ACF) av hjertevolumoverbelastning blitt brukt. Først beskrevet i 1973 av Stumpe et al.8, en arterio-venøs fistel er kirurgisk opprettet for å omgå høyt trykk arteriell blod fra synkende aorta inn i lavtrykk dårligere vena cava. Den høye strømningshastigheten i fistelen induserer en drastisk volumoverbelastning på begge sider av hjertet, noe som forårsaker betydelig høyre og venstre ventrikulær hypertrofi og dysfunksjon som oppstår innen dager etter å ha opprettet ACF9. Til tross for suksessen etterligner ikke ACF hemodynamikken til MR, en lavtrykksvolumoverbelastning, som hever forhåndsbelastningen, men reduserer også etterlast. På grunn av slike begrensninger i ACF-modellen forsøkte vi å utvikle og karakterisere en modell av MR som bedre etterligner overbelastning av lavt trykkvolum.

Her beskriver vi protokollen for en modell av mitralventilbrosjyrepunktering for å skape alvorlig MR hos rotter10,11. En hypodermisk nål ble introdusert i det bankende rottehjertet, og avansert inn i fremre mitralventilbrosjyre under sanntidekkokardiografisk veiledning. Teknikken er svært reproduserbar og en relativt god modell som etterligner MR som sett hos pasienter. MR alvorlighetsgrad styres av størrelsen på nålen som brukes til å perforere mitral brosjyre og alvorlighetsgraden av MR kan vurderes ved hjelp av transesophageal ekkokardiografi (TEE).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Prosedyrer ble godkjent av Animal Care and Use Program ved Emory University under protokollnummeret EM63Rr, godkjenningsdato 06/06/2017.

1. Pre-kirurgisk forberedelse

  1. Damp sterilisere kirurgiske instrumenter før prosedyren.
  2. På prosedyredagen, overføre rotter fra bolig til kirurgi, og veie dem.
  3. Trekk preoperative og postoperative legemidler i henhold til vekten: to doser Carprofen (2,5 mg/kg hver), én dose Gentamycin (6 mg/kg) og én dose buprenorfin (0,02 mg/kg).
  4. Sørg for tilstrekkelig volum av isofluran i gassmikseren, og oksygen i tankene er tilgjengelig for operasjonen. En full tank med oksygen (24 ft3) er ofte tilstrekkelig.

2. Dyr forberedelse

MERK: Voksne Sprague-Dawley hannrotter som veier 350-400 g ble brukt i denne studien. De kirurgiske teknikkene er mottagelige for litt mindre eller større dyr, om ønskelig.

  1. Bedøve rotten i et induksjonskammer med 5% isofluran blandet i 1 LPM (liter per minutt) på 100% oksygen. Bestem tilstrekkelig nivå av sedasjon fra en langsommere respirasjonsfrekvens under visuell observasjon, og tap av rykninger ved klemming av rottets tå.
  2. Intubere rotten med en 16 G angiocath, montert for bruk som et endotrahelbredende rør.
    1. Visualiser luftrøret og stemmebåndene ved hjelp av et otoskop, og bruk en bomullsspissapplikator til å fjerne farynle sekreter.
    2. Introduser endotrakealrøret på en 0,034-tommers ledetråd, i stemmebåndene. Når røret er riktig plassert i luftrøret, skyver du røret innover og trekker ut ledningen (Figur1).
  3. Plasser rotten på den oppvarmede kirurgiske puten som opprettholdes ved 37 °C og koble endotrahelbrederøret til en mekanisk ventilator. Skriv inn vekten av rotten i ventilatorkontrollprogramvaren, som beregner ventilasjonshastigheten og tidevannsvolumet. 66 åndedrag per minutt med et tidevannsvolum på 1 ml/100 g kroppsvekt ble brukt i denne studien (figur 1D).
    1. Bruk 100% oksygen (1 LPM) blandet med 2-2,5% isofluran som inhalant bedøvelse og bekreft nivået av anestesi med tap av kjevetone og tap av respons på tåklemme.
    2. Vær oppmerksom på at hvis den er riktig intubert, skal brystbevegelsen synkroniseres med ventilatoren.
    3. Hvis feil intubert, vil brystbevegelsen ikke synkroniseremed ventilatoren. For å teste for feil intubasjon, komprimer magen av rotte, noe som skaper ryggtrykk på ventilatoren, og genererer en overtrykksalarm. I dette scenariet trekkeangiocath forsiktig tilbake, og returnere rotten til induksjonskammeret med 5% isofluran e i noen minutter for å sikre at rotten er tilstrekkelig bedøvet og intubere rotte.
    4. Når det er riktig intubert, fest endotrakealrøret ved å suturere den proksimale enden av røret til kinnet på rotten med en 4-0 silkesutur for å unngå ekstubasjon under prosedyren.
  4. Sett inn en rektal temperaturprobe for å overvåke kroppstemperaturen, og et fire-terminal elektrokardiogram for å overvåke EKG under hele prosedyren.
    1. Bruk en luftovervarmelampe hvis varmen fra den kirurgiske plattformen ikke er tilstrekkelig. Slå av lampen hvis kroppstemperaturen stiger over 37 °C.
    2. Vurder elektrokardiogram visuelt for eventuelle arytmier eller tegn på myokardiskemi. Hvis ingen finnes, kan du registrere elektrokardiogram ved baseline.
  5. Utfør transthorax ekkokardiografi (TTE) for hjertefunksjon ved baseline (figur 2A).
    1. Vri rotten til liggende stilling og barber på venstre side av thoraxen. For å få klare ekkovisninger, fjern håret ved hjelp av en hårfjerningskrem.
    2. Bruk et hvert ultralydsystem med tilstrekkelig frekvens for høy pulsavbildning. I denne studien brukte vi Visualsonics 2100-systemet med en 21 MHz-sonde, som passer for hjerteavbildning hos rotter.
    3. Få B-modus bilder i den parasternale langaksen flyet, for å beregne venstre ventrikulære volumer. I samme plan, få M-modus bilder for å måle veggdimensjoner.
    4. Vri sonden med 90°, og få B-modus og M-modus parasternal kortakse visninger på midten av papillær nivå for å måle tverrsnittsveggdimensjoner.
  6. Utfør transesophageal ekkokardiografi (TEE) for baseline bildebehandling (figur 2B).
    1. Plasser rotten i riktig dekubitusstilling og sett inn en 8 Fr intracardiac ultralydprobe (8 MHz) i spiserøret på rotten med en liten mengde gel påført spissen. Frekvensen av ICE-sonden (intracardiac echocardiography) er tilstrekkelig til å oppnå 4-6 rammer per hjerterytme, som er tilstrekkelige til å visualisere ventilbevegelsen.
      MERK: Et GE Vivid I- eller Siemens SC2000-førsteklasses system kan brukes til ICE-bildebehandling.
    2. Få en høy esophageal utsikt for å få en to-kammervisning av venstre side av hjertet. Denne utsikten er ideell for å visualisere venstre atrium, mitralventil og venstre ventrikkel. Plasser sonden slik at fremre og bakre brosjyrer visualiseres og sambemidning er sentral. Denne vinkelen gjør det også mulig for Doppler-målinger over mitralventilen, uten vinkelkorreksjon.
    3. Mål venstre atrieområde og mitralventil annulus dimensjoner i denne visningen.
    4. Utfør farge Doppler bildebehandling for å bekrefte ventilkompetanse og mangel på MR ved baseline. Utfør pulserende bølge og kontinuerlig bølge Doppler avbildning for å kvantifisere mitral tilstrømning og bekrefte mangel på opphissende flyt.
    5. Utfør B-modus og pulserende bølge Doppler avbildning av aorta for å måle aorta rotdiameterog beregne aortaflyt.
    6. Utfør pulserende bølge Doppler avbildning av lungevenen for å måle lungevenøs strømning.
  7. Injiser en enkeltdose Carprofen (2,5 mg/kg, SQ, ikke-steroide antiinflammatoriske), Gentamycin (6 mg/kg, SQ, antibiotika) og steril saltvann (1 ml, SQ) for å kompensere for blodtap under prosedyren.
  8. Barber på venstre side av thoraxen etter behov for å fjerne gjenværende hår fra det kirurgiske feltet. Barbering fra nedre hals regionen til xyphoid, og fra venstre arm ned til midten av brystbenet bør være tilstrekkelig for å sikre et felt som er blottet for hår og redusere risikoen for kirurgisk anlegg forurensning.
  9. Skrubb det kirurgiske området med en gasbind gjennomvåt i Betadine, etterfulgt av en gasbind gjennomvåt i 70% etanol. Skrubb området i sirkulære bevegelser på huden, slik at gasbind ikke kommer i kontakt med et tidligere skrubbet område.
  10. Gjenta dette trinnet tre ganger for å oppnå et tilstrekkelig sterilt felt for kirurgi.
  11. Draper dyret med sterile deksler, åpne et vindu for å få tilgang til det sterile kirurgiske området.

3. Venstre thoracotomy

  1. Utfør hele kirurgisk prosedyre ved hjelp av aseptiske teknikker, med isofluran opprettholdes ved 2-2,5% i 1 LPM oksygen. Plasser alle instrumentene i et sterilt brett, og legg tilbake i skuffen etter hver bruk.
  2. Bruk sterile hansker, en maske og en kirurgisk hette av kirurgen for hele prosedyren. En steril kirurgisk kjole kan også brukes, men det er valgfritt med mindre forurensning forventes.
  3. Bruk en kirurgisk skalpell med et No #15 blad for å lage et hudsnitt på venstre side av thoraxen, ca. 1 cm proksimal til xyfoden. Bruk en stump dissekerende spisssaks for å skille hudlaget fra muskellaget og lage et langsgående snitt.
  4. Dissekere muskellagene på samme måte til ribbeina er utsatt.
  5. Lag forsiktig et 2-3 cm langsgående snitt i det femte interkostalrommet, tilstrekkelig til å sette inn retraktorer og eksponere hjertet.
  6. Bruk fine spisse tang for å løfte perikardiet, og mikrosaks for å avgiftse det i regionen rundt toppen av hjertet. Dette trinnet bidrar til å unngå postkirurgiske vedhesjoner i hjertet til brystveggene og membranen.
    MERK: Unngå kirurgiske snitt nær brystbenet for å minimere blødning. Transekting av de indre brystarteriene som går langs brystbenet, kan forårsake overdreven blødning. Hvis det oppstår med en slik blødning, identifiser blødningen og cauterize den.

4. Ekkoveiledet MR-prosedyre (Figur 3 og figur 4)

  1. Bruk en 6-0 prolene sutur og en mikronålholder, for å plassere en veskestreng sutur på toppen av venstre ventrikkel. Bruk om nødvendig mikrotang for å stabilisere hjertet.
  2. Forsiktig tether den apikale suturen for å stabilisere toppunktet og sett inn en 23 G nål (spylt med saltvann, og med en stoppekran i sin distale ende) i midten av vesken streng sutur, inn i venstre ventrikulær hulrom.
  3. Bruk den ene hånden til å holde og lede nålen, og den andre hånden for å samtidig manipulere transesophageal ekkosonde for å oppnå en optimal ekkovisning for å visualisere nålen, som beskrevet ovenfor.
  4. Med sanntids ultralydveiledning, forfør nålen mot ventrikulær side av fremre mitralbrosjyren. Når nåleposisjonen er bekreftet på ultralyd, før nålen i en fin bevegelse gjennom ventilheftet. Hvis en motstand er følt, vri nålen som det er avansert inn i pakningsvedlegget for å perforere den.
    MERK: Å fremme nålen for langt inn i venstre atrium kan føre til atrieforring, noe som forårsaker overdreven blødning og dyredød. Nålen skal visualiseres på ultralyd til enhver tid.
  5. Trekk nålen inn i venstre ventrikulær kammer, vekk fra mitralventilen, og bekreft MR ved å slå på farge Doppler bildebehandling.
  6. Hvis MR ikke er sett på farge Doppler bildebehandling, gjenta trinn 4.4 og 4.5. Juster ekkosonden hvis det er nødvendig for å få en bedre visning. Etter trening i noen rotter er det mulig å indusere en brosjyrepunktering i en bevegelse av nålen, og indusere et hull som er størrelsen på nålens ytre diameter. Dette ble bekreftet etter necropsy av rottehjerter.
  7. Når MR er bekreftet, trekk nålen ut av venstre ventrikulær hulrom og forsiktig knytte vesken streng sutur.
  8. Bruk en steril gasbind for å suge blod på toppen og i thoraxhulen.
    MERK: Berøring av ekkosonden med kirurgiske hansker kan føre til kontaminering av det sterile miljøet. Spray hanskene med 70% etanol eller bytt hanskene med nye, riktig.

5. Dyr utvinning og postoperativ omsorg

  1. Etter 5-10 minutter med stabil hjertefunksjon (normal EKG og hjertefrekvens), lukk thoracotomy i lag med 4-0 vicryl, samtidig som islurane reduseres i trinn.
  2. Bruk en avbrutt sutur for å tilnærme ribbeina, med isofluran som opprettholdes ved 2 %. Sett et brystrør inn i det sjette interkostalrommet og fest det til de sterile gardinene for å unngå utilsiktet avansement av røret i thoraxhulen.
  3. Bruk en kontinuerlig sutur for å lukke muskellaget med isofluran opprettholdes på 1,5%.
  4. Bruk en kontinuerlig sutur for å lukke hudlaget med isofluran som opprettholdes ved 1 %.
  5. Koble en 10 ml Luer-lock ventil spisssprøyte til brystrøret og tøm 10-12 ml luft fra brysthulen og fjern deretter brystrøret.
  6. Administrer en endelig dose Carprofen (2,5 mg/kg, SQ) og slå av isofluran.
  7. Fortsett mekanisk ventilasjon mens rotteavvenning fra anestesi, overvåking av vitale tegn (SpO2 og hjertefrekvens). Ved utbruddet av spontan pust, slå av ventilasjon for å teste rottens evne til å opprettholde slik pust ing og god SpO2.
  8. Hvis SpO2-nivåene begynner å falle under 90 %, slår du på ventilatoren. Når rotten er i stand til å opprettholde SpO2 nivåer uten ventilasjon, er forankring sutur til endotrakealrøret kuttet, og dyret er forberedt på ekstubasjon.
  9. Når rotten viser tegn på årvåkenhet, inkludert whisker eller øyebevegelser, ekstubere dyret.
  10. Plasser en nesekjegle med 100% oksygen til rotten er ambulerende.
  11. Overfør rotte til et rent bur med minimalt sengetøy og2 fortsett å overvåke vitale tegn ved hjelp av en håndholdt SpO 2-skjerm, plassert på rottens fot eller hale, til rotten er ambulerende.
    MERK: Hvis bivirkninger fra operasjonen observeres, kan dyr ha lengre restitusjonstid og kan ta lengre tid å holde høye SpO 2-nivåer. Hvis dette skjer, kan en nesekjegle med 100%2 oksygen brukes til SpO 2-nivåene er stabile.
  12. For å redusere risikoen for skade på operasjonsstedet og unngå risikoen for infeksjon, enkelthusrotter etter operasjonen.
  13. Administrer Buprenorfin innen 3 timer etter at rotten er våken og tilstrekkelig ambulerende. Buprenorfin kan forårsake luftveisproblemer når det gis tidlig i den perioperative gjenopprettingsperioden, og dermed forsinke den til rotten puster uten problemer.
  14. Etter operasjonen får alle dyr følgende medisiner: gentamicin (6 mg/kg, SQ, SID POD 1-3) og rimadyl (5 mg/kg, SQ, SID POD 1-3). Alle dyr observeres en gang daglig i fem dager etter operasjonen for undersøkelse av snittsteder, og en gang daglig de første to ukene etter operasjonen for smertevurdering.

6. Validering av MR-alvorlighetsgrad med ekkokardiografi (Figur 5)

  1. Gjenta TEE ved to uker etter operasjonen, ved hjelp av de samme trinnene som er angitt i avsnitt 2.7. To uker etter operasjonen er tilstrekkelig tid for hemodynamikken å stabilisere seg.
  2. Få farge Doppler imaging på en 2-kammervisning ved hjelp av transesophageal ultralyd avbildning, visualisere venstre ventrikkel og venstre atrium. Mål området for venstre atrium og MR jet. Beregn fraksjonen av MR-jetområdet ved hjelp av
    (1)
    Alvorlig MR er definert som MR jet område ≥ 30%.
  3. Tilnærme området av regurgitant åpningen ved å beregne arealet av 23 G nål, ved hjelp av den ytre diameteren av nålen. Denne ligningen forutsetter at området av regurgitant åpning er lik området av 23G nålen.
    (2)
  4. Få kontinuerlig-bølge Doppler bildebehandling med Doppler gate på åpningen av regurgitant jet. Spor bølgeformen for å beregne VTI av den oppgurgitantjet. MR-volum kan estimeres ved hjelp av
    (3)
    Alvorlig MR er definert som MR-volum ≥ 95 μL.
  5. Få pulsbølge Doppler avbildning av lungevenen ved å rotere ekkosonden sidelengs, med klokken. Mål systolisk og diastolisk bølgehastigheter og bruk følgende ligning til å beregne forholdet.
    (4)
    Et negativt lungestrømningsforhold indikerer alvorlig MR.

7. Sham kirurgi

  1. Utfør avsnitt 1-3 som beskrevet.
  2. Modifiser avsnitt 4 ble endret slik at 23 G nålen settes inn i venstre ventrikulær kammer, gjennom en veske streng sutur på venstre ventrikulær apex, men ikke avansert inn i mitralventilen for å lage MR. Sett nålen inn i venstre ventrikulær kammer og trekke umiddelbart, etter ved å stramme og lukke den ventrikulære apex.
  3. Utfør avsnitt 5 som beskrevet.
  4. Utfør mitralventilvurdering som beskrevet i avsnitt 6. MR bør imidlertid ikke være til stede i noen av dyrene, og kvantifisering som beskrevet er ikke nødvendig.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Gjennomførbarhet og reproduserbarhet
Den foreslåtte MR-modellen er svært reproduserbar, med et veldefinert hull i mitralbrosjyren oppnådd i 100% av rottene som brukes i denne studien. Figur 6A viser nålens retning når den settes inn i mitralventilen. Figur 6B viser et hull i mitralventilbrosjyren fra en representativ rotte som ble utplantet 2 uker etter inngrepet.

Overlevelse og bivirkninger
Seksten rotter ble indusert ved hjelp av de beskrevne metodene. Alvorlig MR ble opprettet i alle rotter. En rotte døde innen en time etter å ha skapt MR fra akutt respirasjonssvikt. Derfor var total overlevelse ved 2 uker etter å ha opprettet MR 93,75%. Dødelighet eller store hjertebivirkninger, som blødning, arytmier eller slag ble ikke observert hos noen dyr i de to ukene med observasjon.

Alvorlighetsgraden av mitral oppblåsthet
Tabell 1 oppsummerer den hemodynamiske profilen til venstre hjerte ved baseline, og ved 2 uker etter at mr. En paret t-test ble brukt til å bestemme statistisk signifikans mellom baseline og MR-alvorlighetsgrad ved 2 uke, med en statistisk signifikans definert som p < 0,05. En MR jet var levende på to uker etter operasjonen, med et gjennomsnittlig areal på 21,15 ± 8,11 mm2 (p < 0,0001 sammenlignet med baseline) og en gjennomsnittlig hastighetstid integrert på 39,72 ± 7,52 cm. Normalisert MR fraksjon ved 2 uker var 41,91 ± 8,3%, som anses alvorlig i henhold til retningslinjene til American Society of Echocardiography. Alvorlighetsgraden av MR var tilstrekkelig til å indusere reversering av lungestrømmen, med en reduksjon i S/D-forhold fra 0,91 ± 0,17 ved baseline til -0,69 ± 0,65 ved 2 uker (p < 0,0001).

Remodeling av hjertekammer
Figur 7 viser morfologiske endringer i et representativt hjerte etter alvorlig MR i 2 uker, sammenlignet med et hjerte fra en rotte som gjennomgikk svindelkirurgi. Etter to uker etter operasjonen var hjertet fra rotten med MR sfærisk og sterkt utvidet, med en 29,65% økning i sluttdiastolisk volum (baseline EDV: 462,49 ± 39,62 μL; og post-2 uke MR EDV: 599,79 ± 58,59 μL, p < 0,0001). Sluttsystolisk volum økte med 10,06 %, fra 153,90 ± 18,78 μL ved baseline til 169,36 ± 24,64 μL (p = 0,01) ved 2 uker etter MR induksjon. Hyperkontraktilitet i hjertet ble observert i de to første ukene som forventet, på grunn av etterlastreduksjon, som tydelig fra en forhøyet utstøtingsfraksjon (66,77 ± 2,02 % ved baseline til 71,82 ± 2,31 % ved 2 uker (p < 0,0001)). Eksponering for MR i to uker, økte venstre atrieområdet med 99,59% (p < 0,0001).

Figure 1
Figur 1: Intubasjonsteknikk. (A) A 16 G angiocath med en ledetråd som brukes til endotrakealintubasjon i denne rottemodellen; (B) Bilde av faryngitt visning ved hjelp av et otoskop, og målområdet for å sette inn endotracheal røret; (C) Endelig konfigurasjon av endotracheal røret; (D) Feste av endotrakealrøret til den mekaniske ventilatoren. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 2
Figur 2: Transthorax og transesophageal avbildning. Transthorax bildebehandling: (A1) Oppsett for transthorax avbildning av rotten, som viser vinkelen på bildesonden; - Jeg har ikke noe åsi. Parasternal lang akse visning av hjertet; - Jeg har ikke noe åsi. Kort akse visning av hjertet. Transesophageal imaging: (B1) 8 Fr intracardiac ekkosonde med sonde satt inn i spiserøret mens dyret er intubert; - Jeg har ikke noe åsi. Høy esophageal utsikt over venstre hjerte, skildrer venstre atrium, mitral ventil og venstre ventrikkel. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 3
Figur 3: Kirurgisk prosedyre. (A) Kirurgisk layout som viser venstre thoracotomy på 5th interkostal plass, og ICE kateter et spiserør av rotten for bildeveiledning, og en 23 G nål satt inn i LV apex hvor deg vesken-streng sutur er plassert. (B) Kirurgisk visning under transesophageal ekko guidet brosjyre perforering. (C) Ekkokardiografisk bilde av nålen innsetting i venstre ventrikkel i diastole. (D) Ekkokardiografisk bilde av nålen innsetting i venstre ventrikkel i systole. (E) Ekkokardiografisk bilde av nålen gjennomboret gjennom fremre brosjyre. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 4
Figur 4: Avbildning av prosedyren. (A) Baseline ekko 2 kammervisning før du oppretter MR; (B) 23 G nål, visualisert på ekko under bankende hjerte, avansert inn i venstre atrium gjennom fremre mitralventil brosjyre; (C) Color Doppler bildebehandling som viser MR jet sett i systole. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 5
Figur 5: Representative ekkobilder for å validere MR-alvorlighetsgrad ved 2 uker etter operasjonen. (A) Venstre atrieområdet spores i hvitt og MR jet området spores i rødt; (B) MR VTI spor i rødt; (C) Lungestrøm som viser systolisk reversering. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 6
Figur 6: Nålpunktering. (A) Orientering av nålpunktering på et ex vivo hjerte. Nålen punkterte gjennom toppen av LV i en vinkel, en langsgående del av LV med nålen rettet mot mitralventilbrosjyren, og nålen punktert gjennom mitralventilbrosjyren i atrierommet. (B) Representativt eksplantefotografi som viser et hull i fremre mitralbrosjyren. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 7
Figur 7: Grov morfologi av hele hjerter av en sham operert kontroll rotte (A) og en rotte som gjennomgikk MR kirurgi (B) 2 uker etter operasjonen. Rotten med alvorlig MR har betydelig venstre ventrikulær utvidelse og kammerutvidelse sammenlignet med sham-operert kontroll. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Opprinnelig plan (n = 15) 2wk MR (n = 15) p-verdi
Venstre atrieområde (mm2) 25,03 ± 8,70 49,95 ± 14,78 p < 0,0001
MR jet område (mm2) 0 21,15 ± 8,11 p < 0,0001
MR-fraksjon (%) 0 41,91 ± 8,30 p < 0,0001
MR VTI (cm) 0 39,72 ± 7,52 p < 0,0001
S bølge (m/s) 0,39 ± 0,07 -0,51 ± 0,41 p < 0,0001
D bølge (m/ s) 0,44 ± 0,04 0,70 ± 0,17 p < 0,0001
S/D-bølgeforhold 0,91 ± 0,17 -0,69 ± 0,65 p < 0,0001

Tabell 1: Mitral regurgitation egenskaper.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

En reproduserbar gnagermodell av alvorlig MR med god overlevelse (93,75% overlevelse etter operasjonen) og uten betydelige postoperative komplikasjoner rapporteres. Sanntidsavbildning med transesophageal ekkokardiografi og innføring av en nål i det bankende hjertet for å punktere mitralbrosjyren er mulig og kan undervises. Alvorlig MR ble produsert med 23 G nålestørrelse i denne studien, som kan varieres som ønsket ved hjelp av en mindre eller større nål. MR indusert i denne modellen skaper en lavtrykksvolumoverbelastning på venstre ventrikkel, noe som er en bedre representasjon av klinisk observerte mitralventillesjoner. Alvorlig venstre atrie- og venstre ventrikulær dilatasjon observeres innen to uker etter MR-innsettende i denne modellen, men uten kontraktile dysfunksjon målt ved utstøtingsfraksjon. Analogt med en slik situasjon er pasienter med primær MR, som forblir asymptomatiske uten hjertesvikt i lengre perioder, til tross for progressiv dilatasjon av deres venstre sidige hjertekamre.

Denne MR-modellen av volumoverbelastning varierer på flere måter fra den mye brukte aorto-caval fistula-modellen av volumoverbelastning. Prosedyremessig letthet av ACF, som krever en enkel laparotomy uten behov for intubasjon og mekanisk ventilasjon, har oppmuntret sin adopsjon av det vitenskapelige samfunnet12. Til tross for sine klare prosessuelle fordeler, arterio-venous fistelshunt et stort volum blod inn i vena cava, som overbelaster venøs reservoaret, og også høyre ventrikkel. Forhøyet sentralt venetrykk fra venøs overbelastning kan indusere hepatisk overbelastning og suboptimal renal filtrering, noe som kan forårsake hepatisk fibrose eller aktivering av renin-angiotensin-aldosteron (RAAS) system. Den forvirrende effekten av RAAS-systemet på ventrikulær-arteriell kobling er kjent, og dermed klarer ACF-modellen ikke å presentere en sann volumoverbelastning på venstre ventrikkel sett i innstillingen av mitral oppstøt. Sammenlignet med mitralventildefektmodellen, avviker mangel på etterlastreduksjon ytterligere denne modellen fra den kliniske situasjonen til MR. Helt, et betydelig forskjellig hemodynamisk stress på LV i ACF-modellen, introduserer raske endringer med uttalt hypertrofi, utvidelse og dysfunksjon som ikke ble observert i vår modell13.

Utover nyheten om å introdusere MR med en nålepinne, har vår modell flere anvendelser i å svare på klinisk viktige spørsmål. Pasienter med primær MR som kommer ut av en mitralventillesjon er ofte asymptomatiske i lange perioder og får korreksjon av MR bare ved utbruddet av lunge- eller hjertesviktsymptomer. Nyere kliniske data indikerer at en slik forsinket korreksjon av MR ikke muliggjør funksjonell gjenoppretting av venstre ventrikkel, til tross for lindring av tretthet og symptomer14. I en nylig studie ved hjelp av denne gnagermodellen viste vi at MR introduserer rask og tidlig ombygging av hjerteekstracellulær matrise, som er en forløper for strukturelle endringer i venstre ventrikkel10. Slik mekanistisk innsikt som gir et fysiologisk grunnlag for mitralventilintervensjon kan utvikles ved hjelp av denne modellen. Kombinert med hjerteavbildning er det mulig å utvikle biomarkører som representerer disse tidlige venstre ventrikulære endringene for å veilede tidspunktet for intervensjon. I tillegg kan denne modellen av MR kombineres med ventrikulære kardiomyopatier som iskemiske, ikke-iskemiske og andre etiologier, for å forstå effekten av MR på ombygging av syke venstre ventrikler. For eksempel, sekundær MR, en hyppig forekomst i myopatiske ventrikler etter en infarkt eller med kronisk iskemi, er en lesjon som er klinisk utfordrende å administrere. Enten MR er en tilskuer i denne sykdomstilstanden og et produkt av LV dysfunksjon, eller hvis det aktivt bidrar til hjerteremodeling er kontroversielt. Vi har nylig utvidet denne modellen av MR for å undersøke om post-infarkt hjerter med MR varierer i deres hjerte remodeling potensial sammenlignet med de uten MR11, belyse potensielle mekanismer involvert i forverring hjertesvikt hos pasienter med MR. Denne modellen gir fleksibilitet til å undersøke virkningen av tidlig utbruddet versus sent utbruddet av MR på hjerteremodeling til svikt, som kan ha en betydelig klinisk innvirkning i guiding intervensjoner.

Som med enhver eksperimentell modell, er det noen fordeler og begrensninger som bør vurderes når du bruker resultater fra dyr til mennesker. Den klare fordelen med denne modellen er den reproduserbare alvorlighetsgraden av MR, som hjelpemidler i å forstå hjertekammerremodellering i klinisk diagnostiserte tilstander som primær MR fra chordal brudd. Økningen i hjertekammervolumer observert i denne modellen og ekstracellulær matriseremodellering observert i myokardiet representerer endringene observert tidligere hos større dyr og mennesker med primær MR14,15. Begrensningen av denne pakningsmodellen er at MR utvikler seg akutt, og representerer bare en undergruppe av pasienter med primær MR fra akutt chordal brudd. Til tross for begrensningene står akutt innsettende MR for en betydelig stor pasientpopulasjon som gjennomgår mitralventilintervensjoner, og denne modellen er svært relevant for en slik situasjon. En annen begrensning av denne modellen er at MR ikke er reversibel eller reparerbar, noe som ikke muliggjør studier på effekten eller tidspunktet for intervensjon på hjerteremodellering.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

M.P er rådgiver for Heart Repair Technologies (HRT), som han har mottatt konsulentavgifter for. HRT hadde ingen rolle i denne studien, og det ga heller ingen midler til å støtte dette arbeidet.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble finansiert av stipend 19PRE34380625 og 14SDG20380081 fra American Heart Association til D. Corporan og M. Padala gir henholdsvis HL135145, HL133667 og HL140325 fra National Institutes of Health til M. Padala, og infrastrukturfinansiering fra Carlyle Fraser Heart Center ved Emory University Hospital Midtown til M. Padala.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
23G needle Mckesson 16-N231
25G needle, 5/8 inch McKesson 1031797
4-0 vicryl Ethicon J496H
6-0 prolene Ethicon 8307H
70% ethanol McKesson 350600
ACE Light Source Schott A20500
ACUSON AcuNav Ultrasound probe Biosense Webster 10135936 8Fr Intracardiac echo probe
ACUSON PRIME Ultrasound System Siemens SC2000
Betadine McKesson 1073829
Blunted microdissecting scissors Roboz RS5990
Buprenorphine Patterson Veterinary 99628
Carprofen Patterson Veterinary 7847425
Chest tube (16G angiocath) Terumo SR-OX1651CA
Disposable Surgical drapes Med-Vet SMS40
Electric Razor Oster 78400-XXX
Gentamycin Patterson Veterinary 78057791
Heat lamp with table clamp Braintree Scientific HL-1 120V
Hemostatic forceps, curved Roboz RS7341
Hemostatic forceps, straight Roboz RS7110
Induction chamber Braintree Scientific EZ-1785
Injection Plug, Cap, Luer Lock Exel 26539
Isoflurane Patterson Veterinary 6679401725
Mechanical ventilator Harvard Apparatus Inspira ASV
Microdissecting forceps Roboz RS5135
Microdissecting spring scissors Roboz RS5603
Needle holder Roboz RS6417
No. 15 surgical blade McKesson 1642
Non-woven sponges McKesson 446036
Otoscope Welch Allyn 23862
Oxygen Airgas Healthcare UN1072
Pulse Oximeter Nonin Medical 2500A VET
Retractor, Blunt 4x4 Roboz RS6524
Rodent Surgical Monitor Indus Instruments 113970 The integrated platform allows for monitoring of vital signs and surgical warming
Scale Salter Brecknell LPS 150
Scalpel Handle Roboz RS9843
Silk suture 3-0 McKesson 220263
Small Animal Anesthesia System Ohio Medical AKDL03882
Sterile saline (0.9%) Baxter 281322
Sugical Mask McKesson 188696
Surgical cap McKesson 852952
Surgical gloves McKesson 854486
Syringe 10mL McKesson 1031801
Syringe 1mL McKesson 1031817
Ultra-high frequency probe Fujifilm Visualsonics MS250
Ultrasound gel McKesson 150690
VEVO Ultrasound System Fujifilm Visualsonics VEVO 2100

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Nkomo, V. T., et al. Burden of valvular heart diseases: a population-based study. Lancet. 368, (9540), 1005-1011 (2006).
  2. Zamorano, J. L., et al. Mechanism and Severity of Mitral Regurgitation: Are There any Differences Between Primary and Secondary Mitral Regurgitation? The Journal of Heart Valve Disease. 25, (6), 724-729 (2016).
  3. Grossman, W., Jones, D., McLaurin, L. P. Wall stress and patterns of hypertrophy in the human left ventricle. Journal of Clinical Investigation. 56, (1), 56-64 (1975).
  4. Carabello, B. A. Concentric versus eccentric remodeling. Journal of Cardiac Failure. 8, (6), S258-S263 (2002).
  5. Braunwald, E., Welch, G. H., Sarnoff, S. J. Hemodynamic effects of quantitatively varied experimental mitral regurgitation. Circulation Research. 5, (5), 539-545 (1957).
  6. Sasayama, S., Kubo, S., Kusukawa, R. Hemodynamic and angiocardiographic studies on cardiodynamics: experimental mitral insufficiency. Japanese Circulation Journal. 34, (6), 513-530 (1970).
  7. Hennein, H., Jones, M., Stone, C., Clark, R. Left ventricular function in experimental mitral regurgitation with intact chordae tendineae. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 105, (4), 624-632 (1993).
  8. Stumpe, K. O., Sölle, H., Klein, H., Krück, F. Mechanism of sodium and water retention in rats with experimental heart failure. Kidney International. 4, (5), 309-317 (1973).
  9. Abassi, Z., Goltsman, I., Karram, T., Winaver, J., Hoffman, A. Aortocaval fistula in rat: A unique model of volume-overload congestive heart failure and cardiac hypertrophy. Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2011, (January), 1-13 (2011).
  10. Corporan, D., Onohara, D., Hernandez-Merlo, R., Sielicka, A., Padala, M. Temporal changes in myocardial collagen, matrix metalloproteinases, and their tissue inhibitors in the left ventricular myocardium in experimental chronic mitral regurgitation in rodents. American Journal of Physiology - Heart and Circulatory Physiology. 315, (5), H1269-H1278 (2018).
  11. Onohara, D., Corporan, D., Hernandez-Merlo, R., Guyton, R. A., Padala, M. Mitral Regurgitation Worsens Cardiac Remodeling in Ischemic Cardiomyopathy in an Experimental Model. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. (2019).
  12. Garcia, R., Diebold, S. Simple, rapid, and effective method of producing aortocaval shunts in the rat. Cardiovascular Research. 24, (5), 430-432 (1990).
  13. Brower, G. L., Janicki, J. S. Contribution of ventricular remodeling to pathogenesis of heart failure in rats. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 280, (2), H674-H683 (2001).
  14. McCutcheon, K., et al. Dynamic changes in the molecular signature of adverse left ventricular remodeling in patients with compensated and decompensated chronic primary mitral regurgitation. Circulation Heart Failure. 12, (9), (2019).
  15. McCutcheon, K., Manga, P. Left ventricular remodeling in chronic primary mitral regurgitation. Cardiovascular Journal of Africa. 29, (1), 51-64 (2018).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please sign in or create an account.

    Usage Statistics