Cet article présente une méthode efficace pour effectuer l’ischémie myocardique et la reperfusion chronique suivante chez les rats utilisant une approche mini-invasive. En outre, la fonction hémodynamique ventriculaire gauche des rats est évaluée par échocardiographie et méthodes cardiaques de travail isolées.
L’infarctus du myocarde (MI) demeure le principal facteur de morbidité et de mortalité dans le monde. Par conséquent, la recherche sur ce sujet est obligatoire. Une procédure d’induction de MI facilement et hautement reproductible est nécessaire pour obtenir une meilleure compréhension et une meilleure compréhension des changements pathologiques sous-jacents. Cette procédure peut également être utilisée pour évaluer les effets ou la puissance de nouveaux traitements prometteurs (comme médicaments ou interventions) dans l’IM aigu, le remodelage ultérieur et l’insuffisance cardiaque (HF). Après l’intubation et la préparation préopératoire de l’animal, un protocole anesthésique avec l’isoflurane a été exécuté, et la procédure chirurgicale a été conduite rapidement. À l’aide d’une approche minimalement invasive, l’artère descendante antérieure gauche (LAD) a été localisée et occluse par une ligature. L’occlusion peut être exécutée avec acuité pour la reperfusion suivante (blessure d’ischémie/reperfusion). Alternativement, le navire peut être ligaté de façon permanente pour étudier le développement de l’IM chronique, le remodelage ou HF. Malgré les pièges courants, les taux d’abandon sont minimes. Divers traitements tels que le conditionnement ischémique à distance peuvent être examinés pour leur potentiel cardioprotecteur pré-, péri- et post-opératoire. La récupération post-opératoire a été rapide car l’anesthésie a été précisément contrôlée et la durée de l’opération était courte. L’analgésie postopératoire a été administrée pendant trois jours. La procédure mini-invasive réduit le risque d’infection et d’inflammation. En outre, il facilite la récupération rapide. Les mesures du « cœur de travail » ont été effectuées ex vivo et ont permis un contrôle précis de la préchargement, du chargement et du débit. Cette procédure nécessite un équipement spécifique et une formation pour une performance adéquate. Ce manuscrit fournit une introduction détaillée étape par étape pour effectuer ces mesures.
Bien que l’incidence diminue continuellement, l’infarctus aigu du myocarde (MI) demeure le principal facteur de morbidité et de mortalité dans le monde1. Il existe des restrictions sur l’évaluation de l’efficacité des traitements potentiels en tant que médicaments ou interventions chirurgicales qui préviennent et traitent l’IM aiguë. Avant que leurs effets puissent être examinés chez l’homme, ces traitements doivent être testés à l’avance pour les risques, y compris les examens in vivo chez les animaux. Il n’y a pas de meilleure occasion d’étudier une pathologie que dans des conditions in vivo. Par conséquent, l’induction de MI chez les rats ou les souris et même les grands modèles animaux (porcs ou moutons) permet l’étude des changements à court (aigu) et à long terme (chroniques) dus à l’ischémie dans les artères coronaires et le myocarde environnant, ainsi que des changements systémiques dus à la fonction cardiaque altérée. La taille d’infarctus était précédemment l’objectif principal, mais plus récemment les processus suivants de remodelage cardiaque dans les dommages aigus de MI ou d’ischémie/reperfusion aussi bien que dans l’arrêt du coeur consécutif (HF) sont devenus de grand intérêt. Par conséquent, une méthode comparable et facilement reproductible est nécessaire pour atteindre des résultats cohérents.
Tandis que l’utilisation de cryo-ablation pour gagner MI a été rapportée2, notre méthode s’appuie sur d’autres études dans lesquelles les investigateurs occludent l’artère descendante antérieure gauche (LAD) par une ligature de point simple. Par rapport aux procédures (hemi-)sternotomie, l’approche minimalement invasive qui sera présentée dans cet article, permet une récupération postopératoire plus rapide et réduit nettement le temps d’opération. Une étape commune d’autres procédures chirurgicales est l’ascenseur du coeur du thorax pour effectuer le point de coeur3. L’approche de cette méthode rend cette étape inutile. Selon le protocole, deux procédures différentes peuvent être effectuées : une occlusion temporaire à l’aide d’un tourniquet pour induire l’ischémie/reperfusion sur un temps défini; ou une occlusion permanente de l’artère en fixant la ligature. Le succès de l’occlusion peut être évalué avec l’électrocardiogramme (ECG) et les changements macroscopiques dans le ventricule gauche (LV) ainsi que son paling.
Une autre étape importante avant la chirurgie est l’intubation. Alors que dans la plupart des cas, l’intubation est effectuée par trachéotomie ou par insertion orale du tube sous la vision par une incision cutanée à la gorge, ce protocole décrit l’intubation endotrachée de l’animal anesthésié qui réduit les difficultés respiratoires ou les infections postopératoirement4,5. Pour éviter les complications postopératoires, l’air est retiré du thorax par une seringue avant de fermer la poitrine.
La deuxième tâche de cet article est l’évaluation de la fonction hémodynamique via un modèle expérimental cardiaque de travail isolé, comment il est utilisé dans d’autres projets au sein de notre institut6,7. Bien que l’échocardiographie, l’imagerie par résonance magnétique cardiaque (IRM) et la quantification invasive des boucles de volume de pression soient des méthodes bien connues et largement utilisées pour évaluer la fonction cardiaque in vivo, on sait qu’elles ont certaines limites. Les approches invasives, telles que l’utilisation de cathéters pour examiner la fonction globale ou des paramètres spécifiques du cœur, sont couramment utilisées et représentent l’étalon-or des mesures cardiaques. En revanche, l’appareil cardiaque ex vivo est rarement utilisé en raison de sa complexité et de son coût. Il y a beaucoup d’aspects importants, du mélange du perfusate à la cannulation adéquate du coeur, qui sont cruciaux pour l’évaluation réussie. L’appareil cardiaque de travail isolé a d’abord été décrit par Oskar Langendorff en 18978 et a été modifié au cours des dernières décennies9. Aujourd’hui, il y a deux modèles utilisés : le mode Langendorff (LD) et le mode coeur de travail (WH). Dans notre étude, le mode LD est utilisé pour acclimater le cœur à son nouvel environnement (environ 15 min). Dans ce mode, le cœur est cannulé par l’intermédiaire de l’aorte et les artères coronaires sont perfused antérogradely, fournissant adéquatement le myocarde. En mode LD, le cœur n’effectue aucun travail de volume de pression. En revanche, dans le mode WH, l’atrium gauche est cannilé par une veine pulmonaire, à travers laquelle le perfusate pénètre dans l’atrium gauche. Le cœur pompe alors ce perfusate physiologiquement contre une charge après prédéfinie. En augmentant le chargement après le temps, la fonction cardiaque peut être mesurée en permanence. Des paramètres tels que le flux coronaire, la sortie cardiaque (CO), le volume de course (SV) et le travail, le flux auriculaire et les pressions systoliques et diastoliques de LV peuvent être mesurés. L’impact de divers traitements directement et uniquement sur le cœur peut être étudié6,10. Un examen par Liao et Podesser9 a présenté l’utilisation répandue de cette méthode dans l’évaluation des effets pharmacologiques sur la fonction cardiaque et le métabolisme ainsi que dans l’exploration de diverses maladies telles que l’IM, HF, l’obésité et le diabète.
En résumé, ce protocole présente une méthode reproductible pour effectuer des blessures in vivo d’ischémie/reperfusion (MIR) de MI ou de myocarde…. En outre, il permet la caractérisation de LV (dys-)fonction sur un coeur de rat isolé après MI. Ce protocole présente une combinaison unique de traitement et d’analyse.
Le remodelage défavorable post-MI est considéré comme un mécanisme clé dans le développement de l’insuffisance cardiaque. Par conséquent, pour assurer la continuité de la recherche cardiovasculaire, les procédures expérimentales et les techniques doivent être reproductibles. Un protocole expérimental compréhensible et clairement défini est un élément fondamental de la reproductibilité. La reproductibilité fait référence aux résultats qui peuvent être répétés par plusieurs scientifiques et qui sont validés dans les laboratoires. Cette étude visait à présenter une méthode semi-mini-invasive pour induire l’IM chronique ou re-perfusée et évaluer la fonction hémodynamique cardiaque chez les rats.
Ces résultats et d’autres données publiées montrent la puissance élevée de cette méthode chirurgicale et son importance dans la recherche sur MI, remodelage et HF. Tandis que la blessure d’ischémie/reperfusion peut être employée pour comprendre les changements dans MI avec la reperfusion suivante, l’occlusion permanente permet une meilleure compréhension des processus de remodelage à court et à long terme du myocarde. D’autres approches chirurgicales causent plus de lésions tissulaires et les animaux présentent des risques plus élevés de développer des infections et du pneumothorax, ce qui entraîne des taux d’abandon plus élevés. En revanche, cette procédure vise à réduire la mortalité par des améliorations spécifiques dans la configuration et la manipulation. En outre, ils montrent des variations dans l’expansion de cicatrice fibrotique due à l’occlusion instable de LAD.
Notre protocole fournit une méthode facile pour l’intubation, qui est l’une des étapes les plus critiques de l’ensemble de la procédure. Contrairement à plusieurs autres publications12, la trachéotomie n’est pas effectuée dans notre procédure. Cela améliore l’éveil et la réhabilitation des animaux postopératoirement, conduisant au développement des changements pathophysiologiques qui sont prévus par cette procédure chirurgicale avant que les animaux subissent des mesures postopératoires. Évidemment, s’il s’agit d’un protocole de non-survie, la trachéotomie est effectuée sous la vision et est donc plus facile à exécuter. En outre, la fermeture de la trachéotomie dans un protocole de survie n’est pas applicable. Si le thorax est ouvert, il est obligatoire de ventiler le poumon pour éviter l’effondrement. Par conséquent, les rats sont intubés avant la procédure chirurgicale. L’approche minimalement invasive ne coupe pas les côtes ou le sternum, maintenant ainsi la compacité et la stabilité du thorax. Par conséquent, le rétablissement des animaux est amélioré, et le risque de pneumothorax spontané ou de saignement est relativement faible.
Comme mentionné ci-dessus, bien que l’intubation soit d’un avantage évident, elle est difficile à effectuer et peut entraîner un taux d’abandon plus élevé au début des expériences. Ce problème peut être atténué par la formation et certaines connaissances anatomiques. Il est important d’insérer le tube à l’angle droit et d’étirer le corps de l’animal jusqu’à ce que la lumière brille à travers les lèvres vocales après quoi le tube peut être doucement poussé vers l’avant. Prenez soin de ne pas nuire aux lèvres vocales car cela peut causer un gonflement, l’occlusion ultérieure de la glotte et l’étouffement.
Il est également important que le LAD soit ligaté correctement. La petite fenêtre chirurgicale, le cœur qui bat rapidement et le poumon ventilé (évitez de le toucher autant que possible que chaque contact peut entraîner des saignements dans le poumon) rendent le vaisseau pas clairement visible. Par conséquent, la connaissance anatomique est indispensable. L’auricule gauche est indispensable pour aider à normaliser à la fois la zone à risque et à positionner la ligature autour du LAD. Le point doit être effectué intramurally, pas transmurally dans le LV car cela peut causer une réduction du diamètre et du volume de chambre de LV qui n’est pas due aux processus pathologiques. L’occlusion réussie est associée à la cyanose de la zone myocardique à risque et à l’élévation du segment de ST sur ECG. La principale limitation de cette procédure est le positionnement correct de la suture. Pour obtenir des résultats comparables, les points doivent être au même niveau et doivent utiliser des quantités similaires de tissu. Cela nécessite un niveau élevé de formation et les différents poids des animaux doivent être pris en considération. Un autre point à considérer est l’enlèvement adéquat du pneumothorax avant la fermeture de l’espace intercostal. Si cela n’est pas effectué avec précision, les animaux présenteront des difficultés à respirer car l’inflation du poumon gauche sera entravée par un pneumothorax. Comme mentionné ci-dessus, cela peut être atténué en utilisant une seringue pour enlever tout air résiduel du thorax.
Actuellement, cette procédure MI est une méthode couramment utilisée qui garantit des résultats comparables et un taux de survie élevé si les étapes critiques sont effectuées avec une grande précision. Les futurs projets sur divers traitements, dispositifs ou médicaments en MI, HF ou remodelage cardiaque peuvent être évalués en effectuant cette technique mini-invasive.
Les mesures de WH ne sont pas couramment utilisées car son entretien et sa manutention nécessitent un équipement et des connaissances spécifiques. Pour obtenir des données représentatives et comparables, il faut éviter les pièges. Les étapes les plus critiques sont le montage du cœur et le passage du modèle D au mode WH. Si le cœur n’est pas excisé adéquatement, le montage peut être difficile car la longueur suffisante de tissu aortique est nécessaire pour fixer le coeur à l’appareil. Peu de temps après la connexion au mode LD, la fréquence cardiaque peut diminuer en raison du lavage dans le tampon froid, la déconnexion de ses stimuli physiologiques dans le corps ou la reperfusion avec le sang d’une autre espèce par l’appareil. Dans de tels cas, un stimulateur cardiaque doit être appliqué à la fois pour restaurer et préserver la fréquence physiologique. Cela garantit des résultats comparables chez tous les animaux. Comme le volume sanguin dans l’appareil est un multiple du volume physiologique chez les rats, les globules rouges bovins dans une suspension tampon Krebs-Henseleit sont utilisés.
Le passage du mode LD au mode WH est synonyme d’un passage du travail cardiaque passif au travail cardiaque actif. Le mode LD est utilisé pour habituer le cœur à son nouvel environnement. En mode WH, le cœur doit effectuer ses fonctions physiologiques d’éjection. Par conséquent, une courte phase d’adaptation aux nouvelles circonstances est nécessaire avant l’évaluation en augmentant la charge après.
Une autre étape critique qui est généralement oubliée est la préparation et l’entretien adéquats de l’appareil et du perfusate. Le volume précis de chaque composé doit être mélangé et la température à l’intérieur du système doit être contrôlée et ajustée. Néanmoins, le WH est une méthode élégante pour évaluer la sortie cardiaque, le volume de course, la pression systolique ventriculaire gauche et le flux coronaire simultanément.
Cette procédure hautement reproductible pour induire l’IM et les données de représentation acquises par l’appareil WH prouvent leur capacité elles-mêmes. L’approche semi-mini-invasive, le niveau d’occlusion lad et la méthode d’intubation facilitent le rétablissement rapide et la faible variabilité de la taille infarctus. En outre, l’analyse de la fonction cardiaque dans les cœurs de travail isolés fournissent des résultats hémodynamiques précieux.
The authors have nothing to disclose.
Les auteurs remercient l’équipe de théâtre opérationnel et les techniciens du Centre de recherche biomédicale pour leur contribution, leur assistance technique, leur apport précieux et leurs conseils. Les projets sont financés par l’Institut Ludwig Boltzmann, Cluster for Cardiovascular Research (projet REM).
ANAESTHESIA & ANALGESIA | |||
Isoflurane | Zoetis | TU061219 / 8-00487 | |
Ketamine | Dr. E. Gräub AG | 100 mg/kg of bodyweight | |
Piritramide | Hameln-Pharma Plus GmbH | 2 ampulles with 30 ml of Glucose 5% in 250ml water | |
Xylazine | Bayer | 4 mg/kg of bodyweight | |
INTUBATION | |||
Air | |||
Oxygen (pure) | |||
Ventilation machine | Hugo Sachs Electronics | UGO Basile S.R.L. | Respirator |
14-gauge tube | Dickinson and Company | BD Venflon | |
PREPARATION | |||
Anti-septic povidine iodine solution | Mundipharma | Betaisodona solution | |
Eye ointment | Fresenius Kabi Austria | Oleovital with Vitamin A + Dexpanthenol | |
Shaver | |||
SURGICAL INSTRUMENTS | |||
Anatomical forceps | Martin | 12-272-15 | |
Anatomical forceps small | Martin | 24-386-16 | |
Anatomical forceps thin | Odelga | RU4042-15 | |
Cautery Fine Tip | High Temp | bvi-Accu-Temp | |
Cup (small, for liquids) | Martin | 56-231/11 | |
Mensur | MTI | 29-260/25 | |
Mosquito clamps | MTI | 05-055/12 | |
Needleholder short | Martin | 20-658-14 | |
Needleholder thin | Martin | ||
Round hook | BT-190 | ||
Scalpell size 3 | Swann Morton | No.10, 0301 | |
Scissors for tissue preparation | Aesculap | BC259R | |
Sharp scissors | MTI | 01-010/10 | |
Small retractor | Alm | AM.416.10 | |
Surcigal forceps | Martin | 12-321-13 | |
Surgical scissors | |||
SUTURES | |||
PermaHand Silk 4-0 | Johnson & Johnson Medical Products GmbH | K891H | |
Vicryl 4-0 | Johnson & Johnson Medical Products GmbH | JV2024 | single monofil suture |
Vicryl 6-0 | Johnson & Johnson Medical Products GmbH | V301G | polyethylene suture |
COMPUTER PROGRAMS & APPARATUS | |||
Labchart 7 Pro | ADInstruments | v7.3.2 | Labchart Software |
PowerLab System | ADInstruments | Powerlab 8/30 | |
EX VIVO HEMODYNAMICS | |||
Flowmeter Narcomatic RT-500 | Narco Bio-Systems | flow probe | |
Isolated heart apparatus | Hugo Sachs Electronics | ||
Labchart 7 Pro | ADInstruments GmbH | v7.3.2 | Labchart Software |
Millar SPR-407 | Millar Instruments Inc. | 840-4079 | high-fidelity MicroTip catheter |
Needle electrodes via Animal bio Amp | ADInstruments GmbH | MLA1203 | |
Physiological Pressure Transducer (MLT844) with Clip-on BP Domes | ADInstruments GmbH | MLT844 | |
PowerLab System | ADInstruments GmbH | Powerlab 8/30 |