Et billede Guidet Transapical Mitral Valve Folder Punktering Model af kontrolleret volumen overbelastning fra Mitral Regurgitation i Rat

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 gnaver model af venstre hjerte volumen overbelastning fra mitralregurgitation er rapporteret. Mitral regurgitation af kontrolleret sværhedsgrad er induceret ved at fremme en nål af definerede dimensioner i den anterior folder af mitralklappen, i et bankende hjerte, med ultralyd vejledning.

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 udbredt hjerteklap læsion, som forårsager hjerteremodellering og fører til kongestiv hjertesvigt. Selv om risikoen for ukorrigeret MR og dens dårlige prognose er kendt, er de langsgående ændringer i hjertefunktion, struktur og remodellering ufuldstændigt forstået. Denne viden kløft har begrænset vores forståelse af den optimale timing for MR korrektion, og den fordel, at tidlig versus sen MR korrektion kan have på venstre hjertekammer. For at undersøge de molekylære mekanismer, der ligger til grund venstre ventrikulær remodellering i fastsættelsen af MR, dyremodeller er nødvendige. Traditionelt har aorto-kaval fistel model blevet brugt til at fremkalde volumen overbelastning, som adskiller sig fra klinisk relevante læsioner såsom MR. MR repræsenterer en lavtryksvolumen overbelastning hæmodynamisk stressor, som kræver dyremodeller, der efterligner denne betingelse. Heri beskriver vi en gnaver model af svær MR, hvor den anterior folder af rotte mitralklap er perforeret med en 23G nål, i et bankende hjerte, med ekkokardiografisk billede vejledning. Sværhedsgraden af MR vurderes og bekræftes med ekkokardiografi, og reproducerbarheden af modellen rapporteres.

Introduction

Mitral regurgitation (MR) er en fælles hjerteklap læsion, diagnosticeret i 1,7% af den almindelige amerikanske befolkning og i 9% af den ældre befolkning over 65 år1. I denne hjerteklap læsion, forkert lukning af mitralklap foldere i systoli, forårsager regurgitation af blod fra venstre hjertekammer ind i venstre atrium. MR kan forekomme på grund af forskellige ætiologier; primære læsioner i mitralklappen (primær MR) diagnosticeres og behandles dog hyppigere sammenlignet med sekundær MR2. Isoleret primær MR er ofte et resultat af myxomaøs degeneration af mitralklappen, hvilket resulterer i forlængelse af foldere eller chordae tendineae, eller brud på nogle chordae, som alle bidrager til tab af systolisk kolikation af ventilen.

MR som følge af sådanne ventillæsioner hæver blodvolumen fylde venstre hjertekammer i hvert hjerteslag, øge enden diastolisk væg stress og giver en hæmodynamisk stressor, der tilskynder hjertetilpasning og remodeling. Hjerteremodellering i denne læsion er ofte karakteriseret ved betydelig kammerudvidelse3,4, mild væg hypertrofi, med bevaret kontraktile funktion i længere tid. Da udslyngning fraktion er ofte bevaret, korrektion af MR ved hjælp af kirurgiske eller transkateter midler er ofte forsinket, indtil udbrud af symptomer som dyspnø, hjertesvigt, og arytmier. Men, ukorrigeret MR er forbundet med høj risiko for hjertebivirkninger, men i øjeblikket viden om de ultrastrukturelle ændringer, der ligger til grund for disse hændelser er ukendt.

Dyremodeller af MR giver en værdifuld model til at undersøge sådanne ultrastrukturelle ændringer i hjertet, og studere langsgående progression af sygdommen. Tidligere har forskere induceret MR hos store dyr, herunder svin, hunde og får, ved at skabe en ekstern ventriculo-attrial shunt5, intracardiac chordal brud6, eller folder perforering7. Mens kirurgiske teknikker er lettere i store dyr, disse undersøgelser har været begrænset til sub-kronisk opfølgning i en lille stikprøve størrelse, på grund af de høje omkostninger ved at udføre sådanne undersøgelser i store dyr. Desuden er molekylær analyse af væv fra disse modeller ofte udfordrende på grund af begrænsede artsspecifikke antistoffer og kommenterede genombiblioteker til tilpasning.

Små dyremodeller af MR kan være et passende alternativ til at studere denne ventillæsion og dens indvirkning på hjerteremodellering. Historisk set er rottemodellen af aorto-kavalfist (ACF) af overbelastning af hjertevolumen blevet anvendt. Første gang beskrevet i 1973 af Stumpe et al.8, en arterie-venøs fistel er kirurgisk skabt til at omgå højt tryk arteriel blod fra faldende aorta i lavt tryk ringere vena cava. Den høje strømningshastighed i fistel inducerer en drastisk volumen overbelastning på begge sider af hjertet, forårsager betydelige højre og venstre ventrikel hypertrofi og dysfunktion opstår inden for få dage efter at skabe ACF9. På trods af sin succes efterligner ACF ikke hæmodynamikken i MR, en overbelastning af lavtryksvolumen, som hæver forbelastningen, men også reducerer efterbelastningen. På grund af sådanne begrænsninger i ACF-modellen forsøgte vi at udvikle og karakterisere en model af MR, der bedre efterligner overbelastningen af lavtryksvolumenet.

Heri beskriver vi protokollen for en model af mitralklap folder punktering at skabe svær MR i rotter10,11. En hypodermisk nål blev indført i bankende rotte hjerte, og avancerede ind i den anterior mitralklap folder under real-time ekkokardiografisk vejledning. Teknikken er meget reproducerbar og en relativt god model, der efterligner MR som set hos patienter. MR sværhedsgrad er kontrolleret af størrelsen af nålen bruges til at perforere mitralfolder og sværhedsgraden af MR kan vurderes ved hjælp af transesophageal ekkokardiografi (TEE).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Procedurerne blev godkendt af Animal Care and Use Program på Emory University under protokolnummeret EM63Rr, godkendelsesdatoen 06/06/2017.

1. Prækirurgisk præparat

  1. Damp sterilisere kirurgiske instrumenter forud for proceduren.
  2. På proceduren dag, overføre rotter fra boliger til kirurgi, og veje dem.
  3. Der udkommer præoperative og postoperative lægemidler efter vægten: to doser Carprofen (2,5 mg/kg hver), en dosis Gentamycin (6 mg/kg) og en dosis Buprenorphin (0,02 mg/kg).
  4. Sørg for tilstrækkelig mængde isofluran i gasmixeren, og ilt i tankene er tilgængelige for operationen. En fuld tank ilt (24 ft3)er ofte tilstrækkelig.

2. Tilberedning af dyr

BEMÆRK: Voksne Sprague-Dawley hanrotter, der vejede 350-400 g, blev anvendt i denne undersøgelse. De kirurgiske teknikker er modtagelige for lidt mindre eller større dyr, hvis det ønskes.

  1. Adstadig rotten i et induktionskammer med 5% isofluran blandet i 1 LPM (liter pr. minut) 100% ilt. Bestem passende niveau af sedation fra en langsommere respirationsfrekvens under visuel observation, og tab af spjæt ved klemning af rottens tå.
  2. Intubate rotten med en 16 G angiocath, monteret til brug som endotrakeal rør.
    1. Visualiser luftrøret og stemmebåndene ved hjælp af et otoskop, og brug en bomuldsspidsapplikator til at rydde svælgsekreter.
    2. Indfør endotrakeal røret på en 0,034-tommer guidewire, i stemmebåndene. Når røret er placeret korrekt i luftrøret, skubbes røret indad og tråden trækkes tilbage (figur1).
  3. Anbring rotten på den opvarmede kirurgiske pude, der holdes ved 37 °C, og tilslut endotrakealrøret til en mekanisk ventilator. Hæld rottens vægt i ventilatorstyringssoftwaren, som beregner ventilationshastigheden og tidevandsvolumenet. I dette studie blev der anvendt 66 vejrtrækninger i minuttet med en tidevandsvolumen på 1 ml/100 g kropsvægt (figur 1D).
    1. Brug 100% ilt (1 LPM) blandet med 2-2,5% isofluran som inhalantbedøvelse og bekræft niveauet af anæstesi med tab af kæbetone og tab af respons på tå knivspids.
    2. Bemærk, at hvis det er korrekt intuberet, bør brystbevægelsen synkroniseres med ventilatoren.
    3. Hvis det er forkert intuberet, synkroniseres brystbevægelserne ikke med ventilatoren. For at teste for forkert intubation, komprimere maven af rotte, som skaber modtryk på ventilatoren, genererer en overtryk alarm. I dette scenario trækkes angiocath forsigtigt tilbage og hæld rotten tilbage til induktionskammeret med 5% isofluran i få minutter for at sikre, at rotten er tilstrækkeligt bestøvet og intubere rotten igen.
    4. Når det er korrekt intuberet, fastgøres det endotrakealalrør ved at suturere den proksimale ende af røret til kinden på rotten med en 4-0 silkesutur for at undgå ekstitubation under proceduren.
  4. Indsæt en rektal temperatur sonde til at overvåge kropstemperaturen, og en fire-terminal elektrokardiogram til at overvåge EKG under hele proceduren.
    1. Brug en luftvarmelampe, hvis varmen fra den kirurgiske platform er utilstrækkelig. Sluk lampen, hvis kropstemperaturen stiger til over 37 °C.
    2. Visuelt vurdere elektrokardiogram for eventuelle arytmier eller tegn på myokardieiskæmi. Hvis der ikke er nogen til stede, skal baseline elektrokardiogram.
  5. Udfør transthoracic ekkokardiografi (TTE) for baseline hjertefunktion (Figur 2A).
    1. Drej rotten til en supinposition og barber venstre side af brystkassen. For at opnå klare ekko visninger, fjerne hår ved hjælp af en hårfjerning creme.
    2. Brug ethvert ultralydssystem med tilstrækkelig frekvens til billeddannelse med høj puls. I denne undersøgelse brugte vi Visualsonics 2100-systemet med en 21 MHz-sonde, som er velegnet til hjertescanning hos rotter.
    3. Anskaf Billeder i den parasternallange planet for at beregne de venstre ventrikulære volumener. I samme plan skal du hente M-tilstandsbilleder for at måle vægdimensioner.
    4. Drej sonden med 90°, og få B-mode og M-mode parasternal kort akse visninger på midten af papillær niveau til at måle tværsnitsvæg dimensioner.
  6. Udfør transesofageal ekkokardiografi (TEE) for baseline imaging (Figur 2B).
    1. Hæld rotten i den rigtige decubitus position og sæt en 8 Fr intracardiac ultralydsonde (8 MHz) i spiserøret af rotten med en lille mængde gel påføres spidsen. Hyppigheden af ICE (intracardiac ekkokardiografi) sonden er tilstrækkelig til at opnå 4-6 billeder pr hjerteslag, som er tilstrækkelige til at visualisere ventilen bevægelse.
      BEMÆRK: Et GE Vivid I- eller Siemens SC2000-hovedsystem kan bruges til ICE-billedbehandling.
    2. Få en høj esophageal udsigt for at opnå en to-kammer udsigt over venstre side af hjertet. Denne opfattelse er ideel til at visualisere venstre atrium, mitralklap, og venstre ventrikel. Anbring sonden således, at anteriore og efterfølgende foldere visualiseres, og coaptation er central. Denne vinkel giver også Doppler målinger på tværs af mitralventilen, uden vinkel korrektion.
    3. Foranstaltning venstre atrieområde og mitralklap annulus dimensioner i denne visning.
    4. Udfør farve Doppler billeddannelse for at bekræfte ventilkompetence og mangel på MR ved baseline. Udfør pulserende bølge og kontinuerlig bølge Doppler imaging at kvantificere mitrale tilstrømning og bekræfte manglende regurgitant flow.
    5. Udfør B-mode og pulserende bølge Doppler billeddannelse af aorta at måle aorta rod diameter og beregne aorta flow.
    6. Udfør pulserende bølge Doppler billeddannelse af lungevene for at måle lungevenestrømmen.
  7. Injicer en enkelt dosis Carprofen (2,5 mg/kg, SQ, ikke-steroide anti-inflammatoriske), Gentamycin (6 mg/kg, SQ, antibiotikum), og sterilt saltvand (1 ml, SQ) for at kompensere forebyggende for blodtab under proceduren.
  8. Barber venstre side af brystkassen efter behov for at fjerne eventuelt resterende hår fra det kirurgiske felt. Barbering fra den nederste hals region til xyphoid, og fra venstre arm ned til midten af brystbenet bør være tilstrækkelig til at sikre et felt, der er blottet for hår og reducere risikoen for kirurgisk site forurening.
  9. Skrub det kirurgiske område med en gaze dyppet i Betadine, efterfulgt af en gaze dyppet i 70% ethanol. Skrub området i cirkulære bevægelser på huden, således at gaze ikke kommer i kontakt med et tidligere skrubbes område.
  10. Gentag dette trin tre gange for at opnå et tilstrækkeligt sterilt felt til kirurgi.
  11. Drapere dyret med sterile dæksler, åbne et vindue for at få adgang til det sterile kirurgiske område.

3. Venstre thoracotomy

  1. Udfør hele kirurgisk procedure ved hjælp af aseptiske teknikker, med isofluran opretholdes på 2-2,5% i 1 LPM ilt. Læg alle instrumenterne i en steril bakke, og læg dem tilbage i bakken efter hver brug.
  2. Bær sterile handsker, en maske og en kirurgisk hætte af kirurgen for hele proceduren. En steril kirurgisk kjole kan bæres så godt, men det er valgfrit, medmindre forurening forventes.
  3. Brug en kirurgisk skalpel med en No #15 klinge til at gøre en hud snit på venstre side af brystkassen, ca 1 cm proksimalt til xyphoid. Brug en afstumpet dissekere spids saks til at adskille huden lag fra muskel lag og gøre en langsgående snit.
  4. Dissekere muskellagene på samme måde, indtil ribbenene er eksponeret.
  5. Lav forsigtigt et 2-3 cm snit i længderetningen i det femte interkostale rum, der er tilstrækkeligt til at indsætte retraktorer og eksponere hjertet.
  6. Brug fine spidspincet til at løfte hjertesækken, og mikro saks til punktafgifter det i regionen omkring toppen af hjertet. Dette trin hjælper med at undgå post-kirurgiske sammenetag i hjertet til brystvægge og membran.
    BEMÆRK: Undgå kirurgiske snit tæt på brystbenet for at minimere blødningen. Transecting de interne mælkearterier, der løber langs brystbenet, kan forårsage overdreven blødning. Hvis stødt på en sådan blødning, identificere bløderog ætse det.

4. Echo styret MR-procedure (Figur 3 & Figur 4)

  1. Brug en 6-0 prolene sutur og en mikronål indehaveren, at placere en pung streng sutur på toppen af venstre hjertekammer. Hvis det er nødvendigt, skal du bruge mikropincet til at stabilisere hjertet.
  2. Forsigtigt binde den apikale sutur til at stabilisere spidsen og indsætte en 23 G nål (skyllet med saltvand, og med en stophane i dens distale ende) i midten af pungstrengen sutur, i venstre ventrikulære hulrum.
  3. Brug den ene hånd til at stikke fat og guide nålen, og den anden hånd til samtidig at manipulere transesophageal ekko sonden for at opnå en optimal ekko visning at visualisere nålen, som beskrevet ovenfor.
  4. Med real time ultralyd vejledning, fremme nålen mod ventrikulære side af den anterior mitrale folder. Når nålens position er bekræftet på ultralyd, skal nålen fremrykkes i én fin bevægelse gennem ventilfolderen. Hvis der mærkes en modstand, skal nålen vrides, når den ledes ind i indlægssedlen for at perforere den.
    BEMÆRK: Hvis nålen føres for langt ind i venstre atrium, kan det resultere i en fordifikation, der forårsager overdreven blødning og død af dyr. Nålen skal visualiseres på ultralyd på alle tidspunkter.
  5. Træk nålen ind i venstre ventrikelkammer, væk fra mitralventilen, og bekræft MR ved at tænde farve Doppler imaging.
  6. Hvis MR ikke ses på farve Doppler imaging, gentag trin 4.4 og 4.5. Juster ekkosonden, hvis det er nødvendigt for at opnå et bedre overblik. Efter praksis i få rotter, er det muligt at fremkalde en folder punktering i en bevægelse af nålen, inducerende et hul, der er på størrelse med den ydre diameter af nålen. Dette blev bekræftet efter obduktion af rotte hjerter.
  7. Når MR er bekræftet, trække nålen ud af venstre ventrikulære hulrum og forsigtigt binde pung streng sutur.
  8. Brug en steril gaze til at suge blod på spidsen og i brysthulen.
    BEMÆRK: Berøring af ekkosonden med de kirurgiske handsker kan medføre kontaminering af det sterile miljø. Spray dine handsker med 70% ethanol eller erstatte handsker med nye, korrekt.

5. Inddrivelse af dyr og postoperativ pleje

  1. Efter 5-10 minutters stabil hjertefunktion (normal EKG og puls) lukkes thoracotomien i lag med 4-0 vicryl, mens isofluran reduceres i trin.
  2. Brug en afbrudt sutur til at tilnærme ribbenene, med isofluran opretholdes på 2%. Sæt et brystrør ind i det sjette interkostale rum, og fastgør det til de sterile gardiner for at undgå utilsigtet fremføring af røret ind i brysthulen.
  3. Brug en kontinuerlig sutur til at lukke muskellaget med isofluran, der opretholdes ved 1,5%.
  4. Brug en kontinuerlig sutur til at lukke hudlaget med isofluran, der holdes på 1%.
  5. Tilslut en 10 ml Luer-lock ventil tippet sprøjte til brystet røret og dræne 10-12 ml luft fra brysthulen og derefter fjerne brystet røret.
  6. Indgiv en sidste dosis Carprofen (2,5 mg/kg, SQ) og sluk isofluran.
  7. Fortsæt mekanisk ventilation, mens rottefravænser fra anæstesi, overvågning vitale tegn (SpO2 og puls). Ved starten af spontan vejrtrækning, slukke ventilation for at teste evnen af rotten til at opretholde en sådan vejrtrækning og god SpO2.
  8. Hvis SpO2-niveauerne begynder at falde til under 90 %, skal du tænde for ventilatoren. Når rotten er i stand til at opretholde SpO2 niveauer uden ventilation, forankring sutur til endotrakeal røret er skåret, og dyret er forberedt til ekstubation.
  9. Når rotten viser tegn på årvågenhed, herunder whisker eller øjenbevægelser, ekstuber dyret.
  10. Placer en næse kegle med 100% ilt, indtil rotten er ambulant.
  11. Overfør rotte til et rent bur med minimal strøelse og fortsæt med at overvåge vitale tegn ved hjælp af en håndholdt SpO2 skærm, placeret på rottens fod eller hale, indtil rotten er ambulant.
    BEMÆRK: Hvis der observeres bivirkninger ved operationen, kan dyrene have længere restitutionstid og kan tage længere tid at holde høje SpO 2-niveauer. Hvis dette sker, en næse kegle med 100% ilt kan anvendes, indtil SpO2 niveauer er stabile.
  12. For at reducere risikoen for skader på operationsstedet og undgå risikoen for infektion, enkelt hus rotter efter operationen.
  13. Buprenorphin administreres inden for 3 timer, efter at rotten er vågen og tilstrækkeligt ambulant. Buprenorphin kan forårsage åndedrætsbesvær, når det administreres tidligt i den perioperative restitutionsperiode, og dermed forsinke det, indtil rotten trækker vejret uden problemer.
  14. Efter operationen får alle dyr følgende medicin: gentamicin (6 mg/kg, SQ, SID POD 1-3) og rimadyl (5 mg/kg, SQ, SID POD 1-3). Alle dyr observeres én gang dagligt i fem dage efter operationen til undersøgelse af incisionssteder og én gang dagligt i de første to uger efter operationen til smertevurdering.

6. Validering af MR-sværhedsgrad med ekkokardiografi (Figur 5)

  1. Gentag TEE to uger efter operationen ved hjælp af de samme trin som angivet i punkt 2.7. To uger efter operationen er tilstrækkelig tid for hæmodynamik at stabilisere.
  2. Få farve Doppler imaging på en 2-kammer visning ved hjælp af transesophageal ultralydsscanning, visualisere venstre hjertekammer og venstre atrium. Mål arealet af venstre atrium og MR-jet. Beregn BRØken MR-jetområde ved hjælp af
    (1)
    Svær MR defineres som MR-jetområde ≥ 30%.
  3. Catal det område af regurgitant åbning ved beregning af området 23 G nål, ved hjælp af den ydre diameter af nålen. Denne ligning forudsætter, at det område af regurgitant åbning er lig med det område af 23G nålen.
    (2)
  4. Anskaf doppler-billeddannelse med kontinuerlig bølge med Doppler-porten ved åbningen af regurgitantstrålen. Spor bølgeformen for at beregne VTI for regurgitantjetet. MR-volumen kan estimeres ved hjælp af
    (3)
    Svær MR defineres som MR-volumen ≥ 95 μL.
  5. Opnå puls bølge Doppler billeddannelse af lungevene ved at dreje ekkosonden sideværts, med uret. Mål de systoliske og diastoliske bølgehastigheder, og brug følgende ligning til at beregne forholdet.
    (4)
    Et negativt lungeflowforhold indikerer svær MR.

7. Sham kirurgi

  1. Udfør afsnit 1-3 som beskrevet.
  2. Ændre afsnit 4 blev ændret således, at 23 G nålen indsættes i venstre ventrikelkammer, gennem en pung streng sutur på venstre ventrikulære spids, men ikke avancerede ind i mitralventilen til at skabe MR. Indsæt nålen i venstre ventrikelkammer og trække straks, efter ved at stramme og lukning af ventrikulære apex.
  3. Udfør afsnit 5 som beskrevet.
  4. Udfør mitralklapvurdering som beskrevet i punkt 6. Mr bør dog ikke være til stede i nogen af dyrene, og kvantificering som beskrevet er derfor ikke nødvendig.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Gennemførlighed og reproducerbarhed
Den foreslåede MR-model er meget reproducerbar, med et veldefineret hul i mitralindlægssedlen opnået i 100% af de rotter, der anvendes i denne undersøgelse. Figur 6A viser nålens retning, når den indsættes i mitralklappen. Figur 6B viser et hul i mitralklapfolderen fra en repræsentativ rotte, der er eksplantet 2 uger efter indgrebet.

Overlevelse og uønskede hændelser
Seksten rotter blev induceret med MR ved hjælp af de beskrevne metoder. Svær MR blev skabt i alle rotter. En rotte døde inden for en time efter at skabe MR fra akut respirationssvigt. Derfor var den samlede overlevelse 2 uger efter oprettelse af MR 93,75%. Dødelighed eller større hjertebivirkninger, såsom blødning, arytmier eller slagtilfælde, blev ikke observeret hos nogen dyr i de to uger, observationen fandt.

Sværhedsgraden af mitral regurgitation
Tabel 1 opsummerer den hæmodynamiske profil af venstre hjerte ved baseline og 2 uger efter inducerende MR. En parret t-test blev brugt til at bestemme statistisk signifikans mellem baseline og MR sværhedsgrad ved 2 uge, med en statistisk signifikans defineret som p < 0,05. En MR jet var levende på to uger efter operationen, med et gennemsnitligt areal på 21,15 ± 8,11 mm2 (p < 0,0001 i forhold til baseline) og en gennemsnitlig hastighed tid integreret på 39,72 ± 7,52 cm. Normaliseret MR fraktion på 2 uger var 41,91 ± 8,3%, som anses for alvorlige i henhold til retningslinjerne fra American Society of Echocardiography. Sværhedsgraden af MR var tilstrækkelig til at fremkalde pulmonal flowvending med et fald i S/D-forholdet fra 0,91 ± 0,17 ved baseline til -0,69 ± 0,65 ved 2 uger (p < 0,0001).

Hjertekammer remodeling
Figur 7 viser morfologiske ændringer i et repræsentativt hjerte efter svær MR i 2 uger, sammenlignet med et hjerte fra en rotte, der gennemgik fingeret kirurgi. Efter to uger efter operationen var hjertet fra rotten med MR sfærisk og stærkt udvidet med en stigning på 29,65 % i endediastolisk volumen (baseline EDV: 462,49 ± 39,62 μL; og efter 2 uger MR EDV: 599,79 ± 58,59 μL, p < 0,0001). End-systolisk volumen steg med 10,06%, fra 153,90 ± 18,78 μL ved baseline, til 169,36 ± 24,64 μL (p = 0,01) 2 uger efter MR induktion. Hypercontractility af hjertet blev observeret i de første to uger som forventet, på grund af efterbelastning reduktion, som fremgår af en forhøjet udslyngning fraktion (66,77 ± 2,02% ved baseline til 71,82 ± 2,31% ved 2 uger (p < 0,0001)). Eksponering for MR i to uger, steg venstre atrieområde med 99,59% (p < 0,0001).

Figure 1
Figur 1: Intubationsteknik. (A) En 16 G angiocath med en guidewire, der anvendes til endotrakeal intubation i denne rottemodel; (B) Billede af svælgvisningen ved hjælp af et otoskop og målområdet for at indsætte endotrakealrøret cC) Den endelige konfiguration af endotrakealrøret (D) Fastgørelse af endotrakealrøret til den mekaniske ventilator. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: Transthoracic og transesophageal billeddannelse. Transthoracic imaging: (A1) Opsætning for transthoracic billeddannelse af rotten, der skildrer vinklen på billedsonden; (A2) Parasternal lang akse udsigt over hjertet; (A3) Kort akse udsigt over hjertet. Transesophageal imaging: (B1) 8 Fr intracardiac ekko sonde med sonde indsat i spiserøret, mens dyret er intuberet; (B2) Høj esophageal udsigt over venstre hjerte, skildrer venstre atrium, mitralklap og venstre hjertekammer. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: Kirurgisk indgreb. (A) Kirurgisk layout, der viser venstre thoracotomy på 5th interkostale rum, og ICE kateter i spiserøret af rotten for billedvejledning, og en 23 G nål indsat i LV spids, hvor dig pung-streng sutur er placeret. (B) Kirurgisk visning under transesophageal ekko guidet folder perforering. (C) Ekkokardiografisk billede af nålen indsættelse i venstre hjertekammer i diastole. (D) Ekkokardiografisk billede af nålen indsættelse i venstre hjertekammer i systol. (E) Ekkokardiografisk billede af nålen gennemboret gennem den forsideindlæg. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: Billeddannelse af proceduren. (A) Baseline echo 2 kammer visning før oprettelse af MR; (B) 23 G nål, visualiseret på ekko under bankende hjerte, avancerede ind i venstre atrium gennem den anterior mitralklap folder; (C) Color Doppler imaging viser MR jet set i systole. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5: Repræsentative ekkobilleder for at validere MR-sværhedsgrad en 2 uger efter operationen. (A) Venstre atrieområde spores i hvid og MR jet område spores i rødt; (B) MR VTI spor i rødt; (C) Lungestrøm, der viser systolisk tilbageførsel. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 6
Figur 6: Nålestikning. (A) Retning af nålepunktur på et ex vivo hjerte. Nålen punkteret gennem toppen af LV i en vinkel, en langsgående del af LV med nålen rettet mod mitralklap folder, og nålen punkteret gennem mitralklap folderen i atrieplads. (B) Repræsentant explant fotografi skildrer et hul i den anterior mitral folder. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 7
Figur 7: Grov morfologi af hele hjerter af en fingeret opereret kontrol rotte (A) og en rotte, der gennemgik MR-kirurgi (B) 2 uger efter operationen. Rotten med svær MR har betydelig venstre ventrikulær dilatation og kammer udvidelse i forhold til fingeret drives kontrol. Klik her for at se en større version af dette tal.

Oprindelig plan (n = 15) 2wk MR (n = 15) p-værdi
Venstre atrieområde (mm2) 25,03 ± 8,70 49,95 ± 14,78 p < 0,0001
MR-jetområde (mm2) 0 21,15 ± 8,11 p < 0,0001
MR-fraktion (%) 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

Tabel 1: Mitralregurgitationsegenskaber.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

En reproducerbar gnavermodel af svær MR med god overlevelse (93,75% overlevelse efter operationen) og uden signifikante postoperative komplikationer er rapporteret. Real-time billeddannelse med transesophageal ekkokardiografi og indførelse af en nål i bankende hjerte til at punktere mitralfolder er mulige og kan undervises. Svær MR blev produceret med 23 G nål størrelse i denne undersøgelse, som kan varieres som ønsket ved hjælp af en mindre eller større nål. MR induceret i denne model skaber en lavtryksvolumen overbelastning på venstre hjertekammer, som er en bedre repræsentation af klinisk observerede mitralklap læsioner. Svær venstre atrieret og venstre ventrikulær dilatation er observeret inden for to uger efter MR debut i denne model, men uden kontraktile dysfunktion målt ved udslyngning fraktion. Svarende til en sådan situation er patienter med primær MR, der forbliver asymptomatiske uden hjertesvigt i længere perioder, på trods af progressiv dilatation af deres venstresidet hjertekamre.

Denne MR model af volumen overbelastning adskiller sig på flere måder fra den udbredte aorto-kaval fistel model af volumen overbelastning. Proceduremæssige lethed af ACF, som kræver en simpel laparotomi uden behov for intubation og mekanisk ventilation, har tilskyndet til vedtagelse af det videnskabelige samfund12. På trods af sin klare proceduremæssige fordele, arterio-venøse fistler shunt en stor mængde blod ind i vena cava, som overbelaster venøs reservoir, og også den højre hjertekammer. Forhøjet centralt venøs tryk fra venøs overbelastning kan fremkalde leveroverbelastning og suboptimal nyrefiltrering, som kan forårsage leverfibrose eller aktivering af renin-angiotensin-aldosteron (RAAS) systemet. Den konfunderende effekt af RAAS-systemet på ventrikulær-arteriel kobling er kendt, og dermed ACF model undlader at præsentere en sand volumen overbelastning på venstre hjertekammer som det ses i indstillingen af mitralregurgitation. Sammenlignet med mitralklapdefektmodellen, mangler reduktion af efterbelastningen yderligere adskiller denne model fra den kliniske situation mr. Helt, en betydelig anderledes hæmodynamisk stress på LV i ACF model, indfører hurtige ændringer med udtalt hypertrofi, dilatation, og dysfunktion, der ikke blev observeret i vores model13.

Ud over det nye ved at indføre MR med en nålepind, har vores model flere applikationer til at besvare klinisk vigtige spørgsmål. Patienter med primær MR, der fremgår af en mitralklap læsion ofte er asymptomatisk i lange perioder og modtage korrektion af deres MR kun ved begyndelsen af lunge-eller hjertesvigt symptomer. Nylige kliniske data tyder på, at en sådan forsinket korrektion af MR ikke muliggør funktionel genopretning af venstre ventrikel, på trods af lindring af træthed og symptomer14. I en nylig undersøgelse ved hjælp af denne gnaver model, vi viste, at MR indfører hurtig og tidlig remodeling af hjerte ekstracellulære matrix, som er en forløber for strukturelle ændringer i venstre hjertekammer10. Sådanne mekanistiske indsigter, der giver et fysiologisk grundlag for mitralklap intervention kan udvikles ved hjælp af denne model. Kombineret med hjertescanning er det muligt at udvikle biomarkører, der repræsenterer disse tidlige venstre ventrikelforandringer for at styre tidspunktet for intervention. Derudover kan denne model af MR kombineres med ventrikulære kardiomyopatier såsom iskæmisk, ikke-iskæmisk og andre ætiologier, at forstå effekten af MR på remodeling af syge venstre hjertekamre. For eksempel, sekundær MR, en hyppig forekomst i myopatisk hjertekamre efter en infarkt eller med kronisk iskæmi, er en læsion, der er klinisk udfordrende at administrere. Hvorvidt MR er en tilskuer i denne sygdom tilstand og et produkt af LV dysfunktion, eller hvis det aktivt bidrager til hjerteremodellering er kontroversielle. Vi har for nylig udvidet denne model af MR til at undersøge, om post-infarkt hjerter med MR adskiller sig i deres hjerte remodeling potentiale i forhold til dem uden MR11, belyse potentielle mekanismer, der er involveret i forværring hjertesvigt hos patienter med MR. Denne model giver fleksibilitet til at undersøge virkningen af tidlig debut versus sent debut af MR på hjerte-remodellering til fiasko, som kunne have en betydelig klinisk indvirkning i ledende interventioner.

Som med enhver eksperimentel model, der er nogle fordele og begrænsninger, der bør overvejes, når de anvender resultater fra dyr til mennesker. Den klare fordel ved denne model er den reproducerbare sværhedsgrad en MR, som hjælper med at forstå hjertekammer remodeling i klinisk diagnosticerede tilstande såsom primær MR fra chordal brud. Stigningen i hjertekammervolumen observeret i denne model og ekstracellulær matrixremodellering observeret i myokardiet repræsenterer de ændringer , der tidligere blev observeret hos større dyr og mennesker med primær MR14,15. Begrænsningen af denne folder perforering model er, at MR udvikler akut, der kun repræsenterer en delmængde af patienter med primær MR fra akut chordal brud. På trods af begrænsningerne, akut indtræden af MR tegner sig for en betydeligt stor patientpopulation, der gennemgår mitralklap interventioner, og denne model er meget relevant for en sådan situation. En anden begrænsning af denne model er, at MR ikke er reversibel eller repareres, hvilket ikke gør det muligt undersøgelser af effekten eller timingen af intervention på hjerteremodellering.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

M.P er rådgiver for Heart Repair Technologies (HRT), som han har modtaget konsulenthonorarer for. HRT spillede ingen rolle i denne undersøgelse, og den gav heller ingen midler til at støtte dette arbejde.

Acknowledgments

Dette arbejde blev finansieret af tilskud 19PRE34380625 og 14SDG20380081 fra American Heart Association til D. Corporan og M. Padala henholdsvis tilskud HL135145, HL133667, og HL140325 fra National Institutes of Health til M. Padala, og infrastruktur finansiering fra Carlyle Fraser Heart Center på 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