Un modelo de fibrilación ventricular a largo plazo en corazones de rata aislados
Summary
Este protocolo presenta un modelo de fibrilación ventricular a largo plazo en corazones de rata inducida por estimulación continua con corriente alterna de bajo voltaje. Este modelo tiene una alta tasa de éxito, es estable, confiable y reproducible, tiene un bajo impacto en la función cardíaca y solo causa una lesión miocárdica leve.
Abstract
La fibrilación ventricular (FV) es una arritmia fatal con una alta incidencia en pacientes cardíacos, pero la detención de la FV bajo perfusión es un método descuidado de parada intraoperatoria en el campo de la cirugía cardíaca. Con los recientes avances en cirugía cardíaca, la demanda de estudios prolongados de FV bajo perfusión ha aumentado. Sin embargo, el campo carece de modelos animales simples, confiables y reproducibles de fibrilación ventricular crónica. Este protocolo induce FV a largo plazo a través de la estimulación eléctrica de corriente alterna (CA) del epicardio. Se utilizaron diferentes condiciones para inducir la FV, incluida la estimulación continua con un voltaje bajo o alto para inducir una FV a largo plazo y la estimulación durante 5 min con un voltaje bajo o alto para inducir una FV espontánea a largo plazo. Se compararon las tasas de éxito de las diferentes afecciones, así como las tasas de lesión miocárdica y recuperación de la función cardíaca. Los resultados mostraron que la estimulación continua de bajo voltaje indujo FV a largo plazo y que 5 min de estimulación de bajo voltaje indujo FV espontánea a largo plazo con lesión miocárdica leve y una alta tasa de recuperación de la función cardíaca. Sin embargo, el modelo VF a largo plazo de bajo voltaje y estimulado continuamente tuvo una mayor tasa de éxito. La estimulación de alto voltaje proporcionó una mayor tasa de inducción de FV, pero mostró una baja tasa de éxito de desfibrilación, una recuperación deficiente de la función cardíaca y una lesión miocárdica grave. Sobre la base de estos resultados, se recomienda la estimulación continua de CA epicárdica de bajo voltaje por su alta tasa de éxito, estabilidad, confiabilidad, reproducibilidad, bajo impacto en la función cardíaca y lesión miocárdica leve.
Introduction
La cirugía cardíaca generalmente se realiza mediante toracotomía, con bloqueo de la aorta y perfusión con una solución cardiopléjica para detener el corazón. La repetición de la cirugía cardíaca puede ser más difícil que la cirugía inicial, con mayores tasas de complicaciones y mortalidad 1,2,3. Además, el enfoque de esternotomía mediana convencional puede causar daño a los vasos puente detrás del esternón, la aorta ascendente, el ventrículo derecho y otras estructuras importantes. El sangrado extenso debido a la separación del tejido conectivo, la infección de la herida esternal y la osteomielitis esternal debido a la esternotomía son todas posibles complicaciones. La disección extensa aumenta el riesgo de lesiones y hemorragias en estructuras cardíacas vitales.
Con el desarrollo de la cirugía cardíaca mínimamente invasiva, las incisiones se han vuelto más pequeñas y el paro cardíaco a veces es difícil de lograr. La repetición de la cirugía cardíaca bajo fibrilación ventricular (FV)4,5 es segura, factible y puede proporcionar una mejor protección miocárdica. Por lo tanto, este protocolo introduce el método de paro cardíaco de FV en cirugía con circulación extracorpórea mínimamente invasiva. El corazón pierde la contracción efectiva durante la FV y, por lo tanto, no hay necesidad de suturar y bloquear la aorta ascendente durante la cirugía, lo que simplifica el procedimiento. Sin embargo, incluso si el corazón se perfunde continuamente, la fibrilación ventricular a largo plazo puede ser perjudicial para el corazón.
A medida que este método se usa más ampliamente, la cuestión de cómo proteger el corazón durante la FV se vuelve cada vez más relevante. Esto requerirá estudios extensos y en profundidad utilizando modelos animales de FV a largo plazo. En el pasado, la investigación en este campo ha utilizado principalmente animales grandes6,7 y ha requerido la cooperación entre cirujanos, anestesiólogos, perfusionistas y otros investigadores. Estos estudios tomaron demasiado tiempo, los tamaños de la muestra a menudo fueron pequeños y los estudios generalmente se centraron en la función cardíaca y menos en las evaluaciones mecanicistas y moleculares. Hasta la fecha, ningún estudio ha informado un protocolo detallado para establecer un modelo de FV a largo plazo.
Este protocolo, por lo tanto, proporciona los detalles necesarios para desarrollar un modelo de rata FV a largo plazo utilizando el aparato de Langendorff. El protocolo es simple, económico, repetible y estable.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo establece un modelo animal de FV a largo plazo en corazones de rata aislados que no se ha informado previamente. Además, se compararon diferentes condiciones de estimulación eléctrica en este estudio. Este estudio proporciona un modelo para estudios relacionados con la detención de la fibrilación ventricular durante la cirugía cardíaca.
La tasa de éxito del modelo es un indicador muy importante que está relacionado con el personal, el tiempo y los costos económicos. En…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo se llevó a cabo con el apoyo de Cirugía Cardiovascular, Primer Centro Médico, Hospital General PLA Chino y el Centro de Animales de Laboratorio, Hospital General PLA Chino.
Materials
| 0 Non-absorbable suture | Ethicon, Inc. | Preparation of the isolated heart | |
| 95% O2 + 5% CO2 | Beijing BeiYang United Gas Co., Ltd. | K-H buffer | |
| AcqKnowledge software | BIOPAC Systems Inc. | Version 4.2.1 | Software |
| Automatic biochemistry analyzer | Rayto Life and Analytical Sciences Co., Ltd. | Chemray 800 | CK-MB assay |
| BIOPAC research systems | BIOPAC Systems Inc. | MP150 | Hardware |
| Blunt needle (20 G, TWLB) | Tianjin Hanaco MEDICAL Co., Ltd. | H-113AP-S | Modified Langendorff perfusion system |
| Calcium chloride | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 10005861 | K-H buffer |
| CK-MB assay kits | Changchun Huili Biotech Co., Ltd. | C060 | CK-MB assay |
| Curved forcep | Shanghai Medical Instrument (Group) Co., Ltd. | Preparation of the isolated heart | |
| EDTA | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 10009717 | K-H buffer |
| Electrical stimulator | BIOPAC Systems Inc. | STEMISOC | Hardware |
| Filter | Tianjin Hanaco MEDICAL Co., Ltd. | H-113AP-S | |
| Glucose | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 63005518 | K-H buffer |
| Heparin sodium | Tianjin Biochem Pharmaceutical Co., Ltd. | H120200505 | Preparation of the isolated heart |
| Isoflurane | RWD Life Science Co.,LTD | 21082201 | Preparation of the isolated heart |
| Magnesium sulfate | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 20025118 | K-H buffer |
| Needle electrodes | BIOPAC Systems Inc. | EL452 | Hardware |
| Ophthalmic clamp | Shanghai Medical Instrument (Group) Co., Ltd. | Preparation of the isolated heart | |
| Ophthalmic forceps | Shanghai Medical Instrument (Group) Co., Ltd. | Preparation of the isolated heart | |
| Ophthalmic scissors | Shanghai Medical Instrument (Group) Co., Ltd. | Preparation of the isolated heart | |
| Perfusion tube | Tianjin Hanaco MEDICAL Co., Ltd. | H-113AP-S | Modified Langendorff perfusion system |
| Potassium chloride | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 10016318 | K-H buffer |
| Sodium bicarbonate | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 10018960 | K-H buffer |
| Sodium chloride | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 10019318 | K-H buffer |
| Sodium dihydrogen phosphate dihydrate | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 20040718 | K-H buffer |
| Sprague-Dawley (SD) rats | SPF (Beijing) biotechnology Co., Ltd. | Male, 300-350g | Preparation of the isolated heart |
| Thermometer | Jiangsu Jingchuang Electronics Co., Ltd. | GSP-6 | Modified Langendorff perfusion system |
| Tissueforceps | Shanghai Medical Instrument (Group) Co., Ltd. | Preparation of the isolated heart | |
| Tissue scissors | Shanghai Medical Instrument (Group) Co., Ltd. | Preparation of the isolated heart | |
| Toothed forceps | Shanghai Medical Instrument (Group) Co., Ltd. | Preparation of the isolated heart | |
| Ventilator | Chengdu Instrument Factory | DKX-150 | Preparation of the isolated heart |
| Water bath1 | Ningbo Scientz Biotechnology Co.,Ltd. | SC-15 | Modified Langendorff perfusion system |
| Water bath2 | Shanghai Yiheng Technology Instrument Co., Ltd. | DK-8D | Modified Langendorff perfusion system |
References
- Kilic, A., et al. Clinical outcomes of mitral valve reoperations in the United States: An analysis of the society of thoracic surgeons national database. The Annals of Thoracic Surgery. 107 (3), 754-759 (2019).
- Akins, C. W., et al. Risk of reoperative valve replacement for failed mitral and aortic bioprostheses. The Annals of Thoracic Surgery. 65 (6), 1551-1542 (1998).
- Jamieson, W. R., et al. Reoperation for bioprosthetic mitral structural failure: risk assessment. Circulation. 108 (Suppl 1), 98 (2003).
- Seeburger, J., et al. Minimally invasive mitral valve surgery after previous sternotomy: Experience in 181 patients. The Annals of Thoracic Surgery. 87 (3), 709-714 (2009).
- Arcidi, J. M., et al. Fifteen-year experience with minimally invasive approach for reoperations involving the mitral valve. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 143 (5), 1062-1068 (2012).
- Cox, J. L., et al. The safety of induced ventricular fibrillation during cardiopulmonary bypass in nonhypertrophied hearts. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 74 (3), 423-432 (1977).
- Schraut, W., Lamberti, J. J., Kampman, K., Glagov, S. Ventricular fibrillation during cardiopulmonary bypass: Long-term effects on myocardial morphology and function. The Annals of Thoracic Surgery. 27 (3), 230-234 (1979).
- Li, L., et al. Pravastatin attenuates cardiac dysfunction induced by lysophosphatidylcholine in isolated rat hearts. European Journal of Pharmacology. 640 (1-3), 139-142 (2010).
- Lang, S., et al. CXCL10/IP-10 neutralization can ameliorate lipopolysaccharide-induced acute respiratory distress syndrome in rats. PLoS One. 12 (1), e0169100 (2017).
- Lubbe, W. F., Bricknell, O. L., Marzagao, C. Ventricular fibrillation threshold and vulnerable period in the isolated perfused rat heart. Cardiovascular Research. 9 (5), 613-620 (1975).
- Hottentrott, C. E., Towers, B., Kurkji, H. J., Maloney, J. V., Buckberg, G. The hazard of ventricular fibrillation in hypertrophied ventricles during cardiopulmonary bypass. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 66 (5), 742-753 (1973).
- Hottenrott, C., Maloney, J. V., Buckberg, G. Studies of the effects of ventricular fibrillation on the adequacy of regional myocardial flow. I. Electrical vs. spontaneous fibrillation. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 68 (4), 615-625 (1974).
- Buckberg, G. D., et al. Studies of the effects of hypothermia on regional myocardial blood flow and metabolism during cardiopulmonary bypass. I. The adequately perfused beating, fibrillating, and arrested heart. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 73 (1), 87-94 (1977).
- Gazmuri, R. J., Berkowitz, M., Cajigas, H. Myocardial effects of ventricular fibrillation in the isolated rat heart. Critical Care Medicine. 27 (8), 1542-1550 (1999).
- Clasen, L., et al. A modified approach for programmed electrical stimulation in mice: Inducibility of ventricular arrhythmias. PLoS One. 13 (8), e0201910 (2018).
- Diaz-Maue, L., et al. Advanced cardiac rhythm management by applying optogenetic multi-site photostimulation in murine hearts. Journal of Visualized Experiments. (174), e62335 (2021).
- Jungen, C., et al. Impact of intracardiac neurons on cardiac electrophysiology and arrhythmogenesis in an ex vivo Langendorff system. Journal of Visualized Experiments. 135, e57617 (2018).
- Koretsune, Y., Marban, E. Cell calcium in the pathophysiology of ventricular fibrillation and in the pathogenesis of postarrhythmic contractile dysfunction. Circulation. 80 (2), 369-379 (1989).
- Brazier, J. R., Cooper, N., McConnell, D. H., Buckberg, G. D. Studies of the effects of hypothermia on regional myocardial blood flow and metabolism during cardiopulmonary bypass. III. Effects of temperature, time, and perfusion pressure in fibrillating hearts. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 73 (1), 102-109 (1977).
- von Planta, I., et al. Cardiopulmonary resuscitation in the rat. Journal of Applied Physiology. 65 (6), 2641-2647 (1988).
- Luo, X., et al. Ageing increases cardiac electrical remodelling in rats and mice via NOX4/ROS/CaMKII-mediated calcium signalling. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2022, 8538296 (2022).
- Hohnloser, S., Weirich, J., Antoni, H. Influence of direct current on the electrical activity of the heart and on its susceptibility to ventricular fibrillation. Basic Research in Cardiology. 77 (3), 237-249 (1982).
- Xie, J., et al. High-energy defibrillation increases the severity of postresuscitation myocardial dysfunction. Circulation. 96 (2), 683-688 (1997).
- Manoach, M., Netz, H., Erez, M., Weinstock, M. Ventricular self-defibrillation in mammals: Age and drug dependence. Age and Ageing. 9 (2), 112-116 (1980).
- Filippi, S., Gizzi, A., Cherubini, C., Luther, S., Fenton, F. H. Mechanistic insights into hypothermic ventricular fibrillation: The role of temperature and tissue size. Europace. 16 (3), 424-434 (2014).
