Um grande modelo animal para hipertensão pulmonar e falha ventricular direita: Ligação da Artéria Pulmonar Esquerda e Banda de Artéria Pulmonar Principal Progressiva em Ovelhas
Summary
Este manuscrito descreve a técnica cirúrgica e a abordagem experimental para desenvolver uma severa sobrecarga de pressão ventricular direita para modelar seus fenótipos adaptativos e mal-dados.
Abstract
A falha ventricular direita descompensada (RVF) na hipertensão pulmonar (AP) é fatal, com opções limitadas de tratamento médico. Desenvolver e testar novas terapêuticas para PH requer um modelo animal de grande porte clinicamente relevante de maior resistência vascular pulmonar e RVF. Este manuscrito discute o mais recente desenvolvimento do modelo ph-RVF ovino publicado anteriormente que utiliza a ligadura da artéria pulmonar esquerda (PA) e a oclusão principal do PA. Este modelo de PH-RVF é uma plataforma versátil para controlar não apenas a gravidade da doença, mas também a resposta fenotípica do RV.
Ovinos adultos (60-80 kg) foram submetidos à ligadura esquerda pa (LPA), colocação do manguito pa principal e inserção do monitor de pressão rv. O manguito pa e o monitor de pressão rv foram conectados a portas subcutâneas. Os sujeitos foram submetidos a banda progressiva de PA duas vezes por semana durante 9 semanas com medidas sequenciais de pressão de RV, pressões de manguitos pa e gás sanguíneo venoso misto (SvO2). Na iniciação e ponto final deste modelo, a função ventricular e as dimensões foram avaliadas por meio da ecocardiografia. Em um grupo representativo de 12 indivíduos animais, a pressão média e sistólica da RV aumentou de 28 ± 5 e 57 ± 7 mmHg na semana 1, respectivamente, para 44 ± 7 e 93 ± 18 mmHg (média ± desvio padrão) na semana 9. A ecocardiografia demonstrou achados característicos de PH-RVF, notadamente dilatação de RV, aumento da espessura da parede e inclinação septal. A tendência longitudinal da pressão do manguito SvO2 e pa demonstra que a taxa de banda de PA pode ser titulada para provocar fenótipos de RV variados. Uma estratégia mais rápida de banda de PA levou a um declínio vertiginoso no SvO2 < 65%, indicando a descompensação do RV, enquanto uma estratégia mais lenta e mais acelerada levou à manutenção do SvO2 fisiológico em 70%-80%. Um animal que experimentou a estratégia acelerada desenvolveu vários litros de derrame pleural e ascites na semana 9. Este modelo crônico de PH-RVF fornece uma ferramenta valiosa para estudar mecanismos moleculares, desenvolver biomarcadores diagnósticos e permitir a inovação terapêutica para gerenciar a adaptação e a má adaptação do RV a partir de PH.
Introduction
A falha ventricular direita descompensada (RV) é a causa predominante de morbidade e mortalidade para pacientes com hipertensão pulmonar (AP). A falha do RV é responsável por mais de 50% das internações em pacientes com PH e é uma causa comum de morte nessa população de pacientes1,2. Embora os tratamentos médicos atuais para a AP possam fornecer medidas temporizantes, eles não revertem a progressão da doença. Como tal, o único tratamento a longo prazo é o transplante de pulmão. Para explorar e testar novos tratamentos médicos e intervenções para PH e RVF, é necessário um modelo animal clinicamente relevante para recapitular a fisiopatologia complexa da doença. Em particular, há uma grande necessidade clínica de desenvolver terapêutica direcionada a RV para pacientes com PH para melhorar a função de RV. Até o momento, a maioria dos estudos em animais publicados sobre disfunção de PH e RV tem se apoiado em pequenos mamíferos, como camundongos e ratos3. Por outro lado, houve apenas um punhado de grandes modelos animais para estudar a doença e a fisiopatologia rv de pós-carga anormal4,5,6,7. Além disso, nenhum dos modelos animais de grande porte publicados anteriormente incluem descrições de procedimentos experimentais para titulação controlada da gravidade da doença que diferencialmente leva a fenótipos compensados versus descompensados de falha de RV. Um modelo animal de PH que pode ser titulado para induzir falha de RV aguda e crônica com diferentes graus de compensação é necessário para estudar mecanismos de doença e desenvolver, testar e traduzir novos diagnósticos e terapêuticas para PH e RVF na prática clínica. Tal modelo em um animal grande é especialmente valioso para o desenvolvimento de dispositivos de suporte circulatório mecânico8.
Aqui, é apresentado um modelo de PH-RVF animal crônico e grande utilizando ligadura pulmonar esquerda (PA) e banda progressiva de AF principal em ovinos adultos. A ligadura da PA esquerda (LPA) aumenta a resistência vascular pulmonar e diminui a capacitância de PA11,12. A abordagem progressiva de banda de AF permite a titulação precisa da gravidade da doença e adaptação do RV. Esta plataforma também pode ser prontamente utilizada para investigação longitudinal da progressão da doença em direção à descompensação do RV. Os procedimentos e processos necessários para a execução desse modelo são apresentados como um recurso para pesquisadores interessados em uma grande plataforma animal para desenvolver novos tratamentos para PH e RVF.
Protocol
Representative Results
Discussion
O modelo PH-RVF apresentado pode induzir de forma confiável diferentes níveis de gravidade da doença para corresponder aos objetivos da investigação. Duas abordagens diferentes são usadas em combinação para induzir este modelo de doença. Em primeiro lugar, a ligadura LPA serve para aumentar a resistência vascular pulmonar e diminuir a capacitância pa11,12, estabelecendo assim o ponto de partida do modelo crônico em um estado de pós-carga de RV já au…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi financiado pelos Institutos Nacionais de Saúde R01HL140231. Agradecemos à Divisão de Cuidados com Animais por sua pecuária e cuidados veterinários. Agradecemos ao Laboratório de Luz sr e sua equipe, Jamie Adcock, Susan Fultz, Codi VanRooyen e José Diaz, por seu dedicado suporte técnico com grandes cirurgias animais.
Materials
| 0.9% Sodium Chloride Irrigation Pour Bottle by Baxter Healthcare, 1000 mL | Medline | BHL2F7124 | Surgical Disposable |
| 0.25% Bupivacaine | Hospira Inc | 0409-1160-18 | Medication, Intra-Operative |
| 0.9% Normal Saline, 1000 mL | Baxter Healthcare Corp | 0338-0049-04 | Medication, Intra-Operative |
| 0.9% Normal Saline, 500 mL | Baxter Healthcare Corp., | 0338-0049-03 | Medication, Chronic PH |
| 16 mm Heavy Duty Occluder with actuating tubing | Access Technologies | OC-16HD | Surgical Disposable |
| 3-mL Skin Prep Applicator | Medline | MDF260400 | Surgical Disposable |
| 70% isopropyl alcohol prep pads | Medline | MDS090670 | Disposable, Chronic PH |
| Adhesive bandage tape | Patterson Veterinary | Disposable, Chronic PH | |
| Adson forceps | V. Mueller | NL1400 | Surgical Instrument |
| Allis tissue forceps | V. Mueller | CH1560 | Surgical Instrument |
| Aortic clamp, straight (bainbridge forceps) | V. Mueller | SU6001 | Surgical Instrument |
| Backhaus towel forceps | V. Mueller | SU2900 | Surgical Instrument |
| Bags, Infusion: Nonsterile Novaplus Infusion Bag, 500 mL | Medline | TCV4005H | Disposable, Chronic PH |
| Berry sternal needle holder | V. Mueller | CH2540 | Surgical Instrument |
| Blades, Electrode: Electrode Blade, 6.5", with 0.24 cm Shaft | Medline | VALE15516 | Surgical Disposable |
| Blades: Stainless-Steel Sterile Surgical Blade, Size #10 | Medline | B-D371210 | Surgical Disposable |
| Blades: Stainless-Steel Sterile Surgical Blade, Size #11 | Medline | B-D371211 | Surgical Disposable |
| Blades: Stainless-Steel Sterile Surgical Blade, Size #15 | Medline | B-D371215 | Surgical Disposable |
| BNC Male to BNC Male Cable | Digi-Key | 415-0198-036 | Equipment |
| Castroviejo needle holder | V. Mueller | CH8589 | Surgical Instrument |
| Cefazolin | Apotex Corp | 60505-6142-0 | Medication, Intra-Operative |
| Ceftiofur Crystalline Free Acid | Zoetis Inc | 54771-5223-1 | Medication, Post-Operative |
| Chest Drain, with Dry Suction, Adult-Pediatric | Medline | DEKA6000LFH | Surgical Disposable |
| Chest tube passer | V. Mueller | CH04189 | Surgical Instrument |
| COnfidence Flowprobes for Research (PAU-Series) | Transonic | 24PAU | Equipment, Perivascular Flow Probe |
| Cooley tangential occlusion clamp | V. Mueller | CH6572 | Surgical Instrument |
| Data Acquisition Hardware | ADInstruments | PowerLab 16/30 | Equipment |
| DeBakey Aorta clamp | V. Mueller | CH7247 | Surgical Instrument |
| DeBakey multi-purpose clamp | V. Mueller | CH7276 | Surgical Instrument |
| Debakey tissue forceps, 12’’ | V. Mueller | CH5906 | Surgical Instrument |
| Debakey vascular tissue forceps 7 3/4’’ | V. Mueller | CH5902 | Surgical Instrument |
| Debakey vascular tissue forceps, 9’’ | V. Mueller | CH5904 | Surgical Instrument |
| Electrosurgical Generator | Covidien | Force FX-C | Equipment |
| Endotracheal Tube, 10mm | Patterson Veterinary | 07-882-9008 | Surgical Disposable |
| Enrofloxacin | Norbrook Laboratories Limited | 55529-152-05 | Medication, Intra-Operative |
| Fentanyl Transdermal Patch | Apotex Corp | 60505-7007-2 | Medication, Pre-Operative |
| Ferris smith tissue forceps | V. Mueller | SU2510 | Surgical Instrument |
| Finochietto rib spreaders, large | V. Mueller | CH1220-1 | Surgical Instrument |
| Finochietto rib spreaders, medium | V. Mueller | CH1215-1 | Surgical Instrument |
| Flexsteel ribbon retractor, 1” x 13” | V. Mueller | SU3340 | Surgical Instrument |
| Flexsteel ribbon retractor, 2” x 13” | V. Mueller | SU3346 | Surgical Instrument |
| Foerster sponge forceps, curved | V. Mueller | GL660 | Surgical Instrument |
| Gauze Sponges: Sterile X-ray Compatible Gauze Sponges, 16-Ply, 4" x 4" | Medline | PRM21430LFH | Surgical Disposable |
| Gerald-DeBakey forceps | V. Mueller | CH04242 | Surgical Instrument |
| Glassman Allis | V. Mueller | SU6152 | Surgical Instrument |
| Halsted mosquito forceps | V. Mueller | SU2702 | Surgical Instrument |
| Harken clamp | V. Mueller | CH6462 | Surgical Instrument |
| Heat Therapy Pump | Gaymar/Stryker | TP-400 | Equipment |
| Heparin | Fresenius Kabi, | 63323-540-31 | Medication, Chronic PH |
| Hospira Primary IV Sets, 80" | Patterson Veterinary | 07-835-0123 | Surgical Disposable |
| Hypertonic saline 3% | Baxter Healthcare Corp., | 0338-0054-03 | Medication, Chronic PH |
| Hypodermic Needle with Bevel and Regular Wall, 20 G x 1" | Medline | B-D305175Z | Disposable, Chronic PH |
| Interface Cable, Edwards LifeScience Transducer to ADInstruments Bridge Amplifier | Fogg System | 0395-2434 | Equipment |
| Intravenous Infusion Pump | Heska | Vet/IV 2.2 Infusion Pump | Equipment |
| Isoflurane | Patterson Veterinary | 14043-704-06 | Medication, Pre-Operative |
| Kantrowitz thoracic clamp, 9-1/2” | V. Mueller | CH1722 | Surgical Instrument |
| Kelly hemostats | V. Mueller | 88-0314 | Surgical Instrument |
| Lidocaine HCl, 2.46% | PRN Pharmacal, | 49427-434-04 | Medication, Chronic PH |
| Ligaclip Multiple-Clip Appliers by Ethicon | Medline | ETHMCS20 | Surgical Disposable |
| Loop, Vessel, Mini, Red, 2/pk, Sterile | Medline | DYNJVL12 | Surgical Disposable |
| Lorna non-perforating towel forceps | V. Mueller | SU2937 | Surgical Instrument |
| Mayo dissecting scissors, curved | V. Mueller | SU1826 | Surgical Instrument |
| Mayo dissecting scissors, straight | V. Mueller | SU1821 | Surgical Instrument |
| Medipore Dress-It Pre-Cut Dressing Covers by 3M | Medline | MMM2955Z | Surgical Disposable |
| Meloxicam | Patterson Veterinary | 14043-909-10 | Medication, Post-Operative |
| Mixter thoracic forceps, 9” | V. Mueller | CH1730-003 | Surgical Instrument |
| Mosquito hemostats | V. Mueller | 88-0301 | Surgical Instrument |
| Multi-Channel Research Consoles | Transonic | T402/T403 | Equipment, Perivascular Flow Meter |
| Multi-Lumen Central Venous Catheterization Kits | Medline | ARW45703XP1AH | Surgical Disposable |
| Multi-Parameter Vital Signs Monitor | Smiths Medical | SurgiVet Advisor 3 | Equipment |
| Needles: Hypodermic Needle with Regular Bevel, Sterile, 18 G x 1.5" | Medline | B-D305185Z | Surgical Disposable |
| No. 3 knife handle | V. Mueller | SU1403-001 | Surgical Instrument |
| No. 7 knife handle | V. Mueller | SU1407 | Surgical Instrument |
| Non-Vented Male Luer Cap | Qosina | 13614 | Disposable, Chronic PH |
| Octal Bridge Amplifier | ADInstruments | FE228 | Equipment |
| Ophthalmic Ointment | Akorn Animal Health | 59399-162-35 | Medication, Pre-Operative |
| Penrose Tubing, 6 mm x 46 cm, 11 mm Flat | Medline | SWD514604H | Surgical Disposable |
| Perma-Hand Black Braided Silk: 2-0 SH Taperpoint Needle, Control Release, 30" | Medline | ETHD8552 | Surgical Disposable |
| Perma-Hand Suture, Black Braided, Size 0, 6 x 30” | Medline | ETHA306H | Surgical Disposable |
| Perma-Hand Suture, Black Braided, Size 4-0, 12 x 30" | Medline | ETHA303H | Surgical Disposable |
| Phenylephrine | West-Ward | 0641-6142-25 | Medication, Intra-Operative |
| Polyhesive Cordless Patient Return Electrodes, Adult | Medline | SWDE7509 | Surgical Disposable |
| Port-A-Cath Huber Needle, Straight, 22 G x 1-1/2" | Medline | AAKM21200724 | Disposable, Chronic PH |
| PROLENE Monofilament Suture, Blue, Size 4-0, 36", Double Arm, RB-1 Needle | Medline | ETHD7143 | Surgical Disposable |
| PROLENE Polypropylene Monofilament Suture, Blue, Double-Armed, RB-1 Needle, Size 5-0, 24" | Medline | ETH8555H | Surgical Disposable |
| Regional Block Needles, 22-gauge | Medline | B-D408348Z | Surgical Disposable |
| Schnidt tonsil artery forceps | V. Mueller | M01700 | Surgical Instrument |
| Skin staple extractor | Medline | CND3031 | Disposable, Chronic PH |
| Skin stapler 35 wide, with counter | Medline | STAPLER35W | Surgical Disposable |
| Sphygmomanometer | Medline | Equipment | |
| Sponge bowl | V. Mueller | GE-75 | Surgical Instrument |
| Sponge, Lap: X-Ray Detectable Sterile Lap Sponge, 18" x 18", 5/Pack | Medline | MDS241518HH | Surgical Disposable |
| Sponge, Peanut: X-Ray Detectable Sterile Peanut Sponge, Small, 3/8" | Medline | MDS72038 | Surgical Disposable |
| Sterile Disposable Deluxe OR Towel, Blue, 17'' x 27'', 2/Pack | Medline | MDT2168202 | Surgical Disposable |
| Sterile Luer-Lock Syringe, 3 mL | Medline | SYR103010Z | Disposable, Chronic PH |
| Sterile Luer-Lock Syringe, 5 mL | Medline | SYR105010Z | Disposable, Chronic PH |
| Sterile Surgical Equipment Probe Covers | Medline | DYNJE5930 | Surgical Disposable |
| Stopcock: 3-Way Stopcock with Handle in OFF Position, Rotating Adaptor Male Collar Fitting, 45 PSI | Medline | DYNJSC301 | Surgical Disposable |
| Stopcock: 3-Way Stopcock with Handle in OFF Position, Rotating Adaptor Male Collar Fitting, 45 PSI | Medline | DYNJSC301 | Disposable, Chronic PH |
| Subcutaneous Port with 5-French Connector and Blue Boot | Access Technologies | CP2AC-5NC | Surgical Disposable |
| Super cut metzenbaum dissecting scissors | V. Mueller | CH2032-S | Surgical Instrument |
| Super cut nelson-metzenbaum dissecting scissors | V. Mueller | CH2025-S | Surgical Instrument |
| Syringes: Sterile Luer-Lock Syringe, 10 mL | Medline | SYR110010Z | Surgical Disposable |
| Thoracic Catheter, Straight, 28 Fr x 20" | Medline | SWD570549H | Surgical Disposable |
| Three-quarter surgical drape | Medline | DYNJP2414H | Surgical Disposable |
| Tiletamine + Zolazepam | Zoetis Inc | 54771-9050-1 | Medication, Pre-Operative |
| TourniKwik Tourniquet Set with Four 7.5" Bronze-Colored Tubes and 1 Snare, 12 French | Medline | CVR79013 | Surgical Disposable |
| Transducer clip | Edwards LifeScience | TCLIP05 | Equipment |
| Trigger Aneroid Gauge (Sphygmomanometer) | Patterson Veterinary | 07-815-0464 | Equipment |
| TruWave Disposable Pressure Transducer Kits by Edwards Lifesciences | Medline | VSYPX260 | Surgical Disposable and Chronic PH |
| TS420 Perivascular Flow Module | Transonic | TS420 | Equipment, Perivascular Flow Meter |
| Tubing, Suction: Sterile Universal Suction Tubing with Straight Ribbed Connectors, 1/4" x 12' | Medline | OR612 | Surgical Disposable |
| Tubing: Pressure Monitoring Tubing with Fixed Male Luer Lock and Female Fitting, Low Pressure, 72" L | Medline | DYNJPMTBG72MF | Surgical Disposable |
| Tubing: Pressure Monitoring Tubing with Fixed Male Luer Lock and Female Fitting, Low Pressure, 72" L | Medline | DYNJPMTBG72MF | Disposable, Chronic PH |
| Tubular Elastic Dressing Retainer | Medline | DERGL711 | Disposable, Chronic PH |
| Tuffier rib retractor | V. Mueller | CD1101 | Surgical Instrument |
| Tygon E-3603 Flexible Tubings | Fisher Scientific | 14-171-227 | Surgical Disposable |
| U.S.A retractor | V. Mueller | SU3660 | Surgical Instrument |
| Umbilical Tape, Cotton, 3-Strand, 1/8 x 36" | Medline | ETHU12TH | Surgical Disposable |
| Valleylab Button Switch Pencil | Medline | VALE2516H | Surgical Disposable |
| Vanderbilt deep vessel forceps | V. Mueller | CH1687 | Surgical Instrument |
| Veterinary Anesthesia Machine | Midmark | Matrx VMC | Equipment |
| Veterinary Anesthesia Ventilator | Hallowell EMC | Model 2000 | Equipment |
| Vicryl: Undyed Coated Vicryl 0 CT-1 36" Suture | Medline | ETHVCP946H | Surgical Disposable |
| Vicryl: Undyed Coated Vicryl 2 TP-1 Taper 54" Suture | Medline | ETHVCP880T | Surgical Disposable |
| Vicryl: Undyed Coated Vicryl 2-0 CT-1 18" Suture | Medline | ETHVCP739D | Surgical Disposable |
| Vital crile-wood needle holder, 10-3/8” | V. Mueller | CH2427 | Surgical Instrument |
| Vital mayo-hegar needle holder, 7-1/4” | V. Mueller | CH2417 | Surgical Instrument |
| Vital metzenbaum dissecting scissors, 14’’ | V. Mueller | CH2009 | Surgical Instrument |
| Vital metzenbaum dissecting scissors, 9” | V. Mueller | CH2006 | Surgical Instrument |
| Vital ryder needle holder, 9” | V. Mueller | CH2510 | Surgical Instrument |
| Yankauer, Bulb Tip: Sterile Rigid Yankauer with Bulb Tip, No Vent | Medline | DYND50130 | Surgical Disposable |
Referencias
- Campo, A., et al. Outcomes of hospitalization for right heart failure in pulmonary arterial hypertension. European Respiratory Journal. 38 (2), 359-367 (2011).
- Tonelli, A. R., et al. Causes and circumstances of death in pulmonary arterial hypertension. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 188 (3), 365-369 (2013).
- Urashima, T., et al. Molecular and physiological characterization of RV remodeling in a murine model of pulmonary stenosis. American Journal of Physiology- Heart and Circulatory Physiology. 295 (3), (2008).
- Sato, H., et al. Large animal model of chronic pulmonary hypertension. ASAIO Journal. 54 (4), 396-400 (2008).
- Pohlmann, J. R., et al. A low mortality model of chronic pulmonary hypertension in sheep. Journal of Surgical Research. 175 (1), 44-48 (2012).
- Noly, P. -. E., Guihaire, J., Coblence, M., Dorfmuller, P., Fadel, E., Mercier, O. Chronic thromboembolic pulmonary hypertension and assessment of right ventricular function in the piglet. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (105), e53133 (2015).
- Pereda, D., et al. Swine model of chronic postcapillary pulmonary hypertension with right ventricular remodeling: Long-term characterization by cardiac catheterization, magnetic resonance, and pathology. Journal of Cardiovascular Translational Research. 7 (5), 494-506 (2014).
- Silva, K. A. S., Emter, C. A. Large animal models of heart failure: A translational bridge to clinical success. JACC: Basic to Translational Science. 5 (8), 840-856 (2020).
- Ukita, R., et al. Left pulmonary artery ligation and chronic pulmonary artery banding model for inducing right ventricular – pulmonary hypertension in sheep. ASAIO Journal (American Society for Artificial Internal Organs: 1992. 67 (1), 44-48 (2020).
- Ukita, R., et al. Progression toward decompensated right ventricular failure in the ovine pulmonary hypertension model. ASAIO Journal (American Society for Artificial Internal Organs: 1992. , (2021).
- Mercier, O., et al. Piglet model of chronic pulmonary hypertension. Pulmonary Circulation. 3 (4), 908-915 (2013).
- Guihaire, J., et al. Right ventricular plasticity in a porcine model of chronic pressure overload. Journal of Heart and Lung Transplantation. 33 (2), 194-202 (2014).
- Tang, K. J., Robbins, I. M., Light, R. W. Incidence of pleural effusions in idiopathic and familial pulmonary arterial hypertension patients. Chest. 136 (3), 688-693 (2009).
- Luo, Y. F., et al. Frequency of pleural effusions in patients with pulmonary arterial hypertension associated with connective tissue diseases. Chest. 140 (1), 42-47 (2011).
- Brixey, A. G., Light, R. W. Pleural effusions occurring with right heart failure. Current Opinion in Pulmonary Medicine. 17 (4), 226-231 (2011).
- Bovine High-mountain Disease. Merck and the Merck Veterinary Manual Available from: https://www.merckvetmanual.com/circulatory-system/bovine-high-mountain-disease/bovine-high-mountain-disease (2019)
- Van De Veerdonk, M. C., et al. Progressive right ventricular dysfunction in patients with pulmonary arterial hypertension responding to therapy. Journal of the American College of Cardiology. 58 (24), 2511-2519 (2011).
