O presente protocolo descreve um procedimento cirúrgico para remover a faixa ascendente-aórtica em um modelo de rato de hipertensão pulmonar devido a doença cardíaca esquerda. Esta técnica estuda mecanismos endógenos de remodelação reversa na circulação pulmonar e no coração direito, informando estratégias para reverter a hipertensão pulmonar e/ou disfunção ventricular direita.
A hipertensão pulmonar devido à doença cardíaca esquerda (PH-LHD) é a forma mais comum de PH, mas sua fisiopatologia é pouco caracterizada do que a hipertensão arterial pulmonar (AP). Como resultado, faltam intervenções terapêuticas aprovadas para o tratamento ou prevenção da PH-LHD. Medicamentos utilizados para tratar PH em pacientes com APS não são recomendados para o tratamento de PH-LHD, pois a redução da resistência vascular pulmonar (PVR) e o aumento do fluxo sanguíneo pulmonar na presença de aumento das pressões de enchimento do lado esquerdo podem causar descompensação do coração esquerdo e edema pulmonar. Novas estratégias precisam ser desenvolvidas para reverter o PH em pacientes com LHD. Em contraste com o PAH, o PH-LHD desenvolve-se devido ao aumento da carga mecânica causada pelo congestionamento do sangue na circulação pulmonar durante a insuficiência cardíaca esquerda. Clinicamente, o descarregamento mecânico do ventrículo esquerdo (LV) por substituição da válvula aórtica em pacientes com estenose aórtica ou pela implantação de dispositivos auxiliares de LV em pacientes com insuficiência cardíaca em estágio final normaliza não apenas pressões pulmonares e ventriculares direitas (RV), mas também PVR, fornecendo evidências indiretas para remodelação reversa na vasculatura pulmonar. Utilizando um modelo de rato estabelecido de PH-LHD devido à insuficiência cardíaca esquerda desencadeada pela sobrecarga de pressão com o desenvolvimento subsequente de PH, um modelo é desenvolvido para estudar os mecanismos moleculares e celulares deste processo fisiológico de remodelação reversa. Especificamente, foi realizada uma cirurgia de debandada de aoórtica, que resultou na remodelação reversa do miocárdio lv e sua descarga. Em paralelo, foi detectável a normalização completa da pressão sistólica do RV e a reversão significativa, mas incompleta, da hipertrofia do RV. Este modelo pode apresentar uma ferramenta valiosa para estudar os mecanismos de remodelação fisiológica reversa na circulação pulmonar e no RV, visando desenvolver estratégias terapêuticas para o tratamento do PH-LHD e outras formas de PH.
A insuficiência cardíaca é a principal causa de morte nos países desenvolvidos e deve aumentar 25% na próxima década. A hipertensão pulmonar (PH) – um aumento patológico da pressão arterial na circulação pulmonar – afeta aproximadamente 70% dos pacientes com insuficiência cardíaca em estágio terminal; a Organização Mundial da Saúde classifica a PH como hipertensão pulmonar devido à doença cardíaca esquerda (PH-LHD)1. O PH-LHD é iniciado pela função ventricular esquerda (LV) sistólica e/ou diastólica prejudicada que resulta em pressão de enchimento elevada e congestão passiva de sangue na circulação pulmonar2. Embora inicialmente reversível, o PH-LHD gradualmente se fixa devido à remodelação vascular pulmonar ativa em todos os compartimentos da circulação pulmonar, ou seja, artérias, capilares e veias 3,4. Tanto o PH reversível quanto o PH fixo aumentam a carga posterior do RV, inicialmente conduzindo hipertrofia miocárdio adaptativa, mas, em última análise, causando dilatação de RV, hipocinese, fibrose e descompensação que progressivamente levam à falha do RV 1,2,5,6. Assim, a AP acelera a progressão da doença em pacientes com insuficiência cardíaca e aumenta a mortalidade, particularmente em pacientes submetidos ao tratamento cirúrgico por implantação de dispositivos de assistência ventricular esquerda (LVAD) e/ou transplante de coração 7,8,9. Atualmente, não existem terapias curativas que possam reverter o processo de remodelação vascular pulmonar, por isso são necessárias pesquisas mecanicistas fundamentais em sistemas de modelos adequados.
É importante ressaltar que os estudos clínicos mostram que o PH-LHD como uma complicação frequente em pacientes com estenose aórtica pode melhorar rapidamente no período pós-operatório inicial após a substituição da válvula aórtica10. Análogamente, alta (>3 Unidades de Madeira) resistência vascular pulmonar pré-operatória (PVR) que era, no entanto, reversível em nitroprusside foi sustentávelmente normalizada após o transplante de coração em um estudo de acompanhamento de 5 anos11. Da mesma forma, uma redução adequada da PVR reversível e fixa e a melhoria da função RV em pacientes com LHD poderiam ser realizadas dentro de vários meses, descarregando o ventrículo esquerdo usando dispositivos de assistência ventricular pulsal e não pulsante 12,13,14. Atualmente, os mecanismos celulares e moleculares que impulsionam a remodelação reversa na circulação pulmonar e no miocárdio rv não são claros. No entanto, sua compreensão pode fornecer uma visão importante sobre vias fisiológicas que podem ser exploradas terapeuticamente para reverter a remodelação vascular pulmonar e rv em PH-LHD e outras formas de PH.
Um modelo pré-clínico adequado que replica adequadamente as características fisiopatológicas e moleculares do PH-LHD pode ser usado para estudos translacionais em insuficiência cardíaca congestiva induzida por sobrecarga de pressão devido à banda aórtica cirúrgica (AoB) em ratos 4,15,16. Em comparação com a insuficiência cardíaca semelhante devido à sobrecarga de pressão no modelo murino de constrição aórtica transversa (TAC)17, a banda da aorta ascendente acima da raiz aórtica em ratos AoB não produz hipertensão na artéria carótida esquerda, pois o local de banda é proximal do fluxo da artéria carótida esquerda da aorta. Como resultado, o AoB não causa lesão neuronal do lado esquerdo no córtex como é característico do TAC18, e que pode afetar o resultado do estudo. Em comparação com outros modelos de roedores de PH-LHD cirurgicamente induzidos, modelos de ratos em geral, e AoB em particular, provam ser mais robustos, reprodutíveis e replicar a remodelagem da característica de circulação pulmonar para pacientes com PH-LHD. Ao mesmo tempo, a letalidade perioperatória é baixade 19. O aumento das pressões de LV e a disfunção de LV em ratos aoB induzem o desenvolvimento de PH-LHD, resultando em pressões elevadas de RV e remodelação de RV. Como tal, o modelo de ratos aoB tem se mostrado extremamente útil em uma série de estudos anteriores por grupos independentes, incluindo nós mesmos, para identificar pathomecanismos de remodelação vascular pulmonar e testar estratégias potenciais de tratamento para PH-LHD 4,15,20,21,22,23,24,25.
No presente estudo, o modelo de rato AoB foi utilizado para estabelecer um procedimento cirúrgico de debandagem aórtica para estudar mecanismos de remodelação reversa na vasculatura pulmonar e no RV. Anteriormente, modelos de remodelação reversa do miocárdio, como a debandagem aórtica em camundongos26 e ratos27 foram desenvolvidos para investigar os mecanismos celulares e moleculares que regulam a regressão da hipertrofia ventricular esquerda e testar potenciais opções terapêuticas para promover o miocárdio recuperação. Além disso, um número limitado de estudos anteriores têm explorado os efeitos da debandada aórtica no PH-LHD em ratos e mostrado que a debandada aórtica pode reverter a hipertrofia medial em artérias pulmonares, normalizar a expressão da pré-endotelina 1 e melhorar a hemodinâmica pulmonar27,28, fornecendo evidências para a reversibilidade de PH em ratos com insuficiência cardíaca. Aqui, os procedimentos técnicos da cirurgia de desbandada são otimizados e padronizados, por exemplo, aplicando uma traqueotomia em vez de intubação endotraqueal ou utilizando clipes de titânio de diâmetro interno definido para banda aórtica em vez de suturas de polipropileno com agulha cega 26,27, proporcionando assim melhor controle dos procedimentos cirúrgicos, maior reprodutibilidade do modelo e uma melhor taxa de sobrevivência.
Do ponto de vista científico, a importância do modelo de desbanding ph-LHD não reside apenas em demonstrar a reversibilidade do fenótipo cardiovascular e pulmonar na insuficiência cardíaca, mas, mais importante, na identificação de condutores moleculares que desencadeiam e/ou sustentam a remodelação reversa nas artérias pulmonares como candidatos promissores para futuras segmentações terapêuticas.
Aqui, é relatada uma técnica cirúrgica detalhada para debandar aórtico em um modelo aob de rato que pode ser utilizada para investigar a reversibilidade do PH-LHD e os mecanismos celulares e moleculares que impulsionam a remodelação reversa na vasculatura pulmonar e no RV. Três semanas de constrição aórtica em ratos juvenis resultam em PH-LHD evidente como aumento das pressões de LV, hipertrofia lv, e concomitantemente aumentado pressões de RV e hipertrofia rv. A debandagem do aórtico na semana 3 pós-AoB fo…
The authors have nothing to disclose.
Esta pesquisa foi apoiada por doações do DZHK (Centro Alemão de Pesquisa Cardiovascular) à CK e à WMK, à BMBF (Ministério Alemão da Educação e Pesquisa) à CK no âmbito da VasBio, e à WMK no âmbito da VasBio, SYMPATH e PROVID, e à Fundação Alemã de Pesquisa (DFG) à WMK (SFB-TR84 A2, SFB-TR84 C9, SFB 1449 B1, SFB 1470 A4, KU1218/9-1 e KU1218/11-1).
Amoxicillin | Ratiopharm | PC: 04150075615985 | Antibiotic |
Anti-BNP antibody | Abcam | ab239510 | Western Blotting |
Aquasonic 100 Ultrasound gel | Parker Laboratories | BT-025-0037L | Echocardiography consumables |
Bepanthen | Bayer | 6029009.00.00 | Eye ointment eye ointment |
Carprosol (Carprofen) | CP-Pharma | 401808.00.00 | Analgesic |
Clip holder | Weck stainless USA | 523140S | Surgical instruments |
Fine scissors Tungsten carbide | Fine Science Tools | 14568-12 | Surgical scissors |
Fine scissors Tungsten carbide | Fine Science Tools | 14568-09 | Surgical scissors |
High-resolution imaging system | FUJIFILM VisualSonics, Amsterdam, Netherlands | VeVo 3100 | Echocardiography machine. Images were acquired with pulse-wave Doppler mode, M-mode and B-mode |
Isoflurane | CP-Pharma | 400806.00.00 | Anesthetic |
Ketamine | CP-Pharma | 401650.00.00 | Anesthetic |
Mathieu needle holder | Fine Science Tools | 12010-14 | Surgical instruments |
Mechanical ventilator (Rodent ventilator) | UGO Basile S.R.L. | 7025 | Volume controlled respirator |
Metal clip | Hemoclip | 523735 | Surgical consumables |
Microscope | Leica | M651 | Manual surgical microscope for microsurgical procedures |
Millar Mikro-Tip pressure catheters | ADInstruments | SPR-671 | Hemodynamics assessment |
Moria Iris forceps | Fine Science Tools | 11373-12 | Surgical forceps |
Noyes spring scissors | Fine Science Tools | 15013-12 | Surgical scissors |
Povidone iodine/iodophor solution | B/Braun | 16332M01 | Disinfection |
PowerLab | ADInstruments | 4_35 | Hemodynamics assessment |
Prolene Suture, 4-0 | Ethicon | EH7830 | Surgical consumables |
Rib spreader (Alm selfretaining retractor blunt, 70 mm, 2 3/4″) | Austos | AE-BV010R | Surgical instruments |
Serrated Graefe forceps | Fine Science Tools | 11052-10 | Surgical forceps |
Silk Suture, 4-0 | Ethicon | K871 | Surgical consumables |
Skin disinfiction solution (colored) | B/Braun | 19412M07 | Disinfection |
Spectra 360 Elektrode gel | Parker Laboratories | TB-250-0241H | Echocardiography consumables |
Sponge points tissue | Sugi | REF 30601 | Surgical consumables |
Sprague-Dawley rat | Janvier Labs, Le Genest-Saint-Isle, France | Study animals | |
Tracheal cannula | Outer diameter 2 mm | ||
Xylazin | CP-Pharma | 401510.00.00 | Anesthetic |