Sıçanlarda Aort Debandingi ile Sol Kalp Hastalığına Bağlı Pulmoner Hipertansiyonda Ters Vasküler Yeniden Şekillenme Modeli
Summary
Bu protokol, sol kalp hastalığına bağlı pulmoner hipertansiyonun sıçan modelinde asendan aort bandını çıkarmak için cerrahi bir prosedürü tanımlamaktadır. Bu teknik, pulmoner dolaşımda ve sağ kalpte ters yeniden şekillenmenin endojen mekanizmalarını inceler, böylece pulmoner hipertansiyon ve / veya sağ ventrikül disfonksiyonunu tersine çevirmek için stratejileri bilgilendirir.
Abstract
Sol kalp hastalığına bağlı pulmoner hipertansiyon (PH-LHH) en sık görülen PH şeklidir, ancak patofizyolojisi pulmoner arteriyel hipertansiyondan (PAH) daha kötü karakterizedir. Sonuç olarak, PH-LHD’nin tedavisi veya önlenmesi için onaylanmış terapötik müdahaleler eksiktir. PAH hastalarında PH tedavisinde kullanılan ilaçlar PH-LHD tedavisinde önerilmemektedir, çünkü artmış sol taraflı dolum basınçları varlığında azalmış pulmoner vasküler direnç (PVR) ve artmış pulmoner kan akımı sol kalp dekompansasyonuna ve pulmoner ödeme neden olabilir. LHD hastalarında PH’ı tersine çevirmek için yeni stratejiler geliştirilmelidir. PAH’NIN AKSINE, PH-LHD, sol kalp yetmezliği sırasında kanın akciğer dolaşımına tıkanmasının neden olduğu artan mekanik yük nedeniyle gelişir. Klinik olarak, aort darlığı hastalarında aort kapak replasmanı ile veya son dönem kalp yetmezliği hastalarında LV yardımcı cihazlarının implantasyonu ile sol ventrikülün (LV) mekanik olarak boşaltılması, sadece pulmoner arteriyel ve sağ ventrikül (RV) basınçlarını değil, aynı zamanda PVR’yi de normalleştirir, böylece pulmoner vaskülatürde ters yeniden şekillenme için dolaylı kanıtlar sağlar. Daha sonra PH’nin gelişmesiyle birlikte aşırı basınç yükü ile tetiklenen sol kalp yetmezliği nedeniyle PH-LHD’nin yerleşik bir sıçan modeli kullanılarak, bu fizyolojik ters yeniden yapılanma sürecinin moleküler ve hücresel mekanizmalarını incelemek için bir model geliştirilmiştir. Spesifik olarak, LV miyokardının ters yeniden şekillenmesine ve boşaltılmasına neden olan bir aort debanding ameliyatı gerçekleştirildi. Buna paralel olarak, RV sistolik basıncının tam normalleşmesi ve RV hipertrofisinin anlamlı ancak eksik tersine çevrilmesi saptanabilirdi. Bu model, pulmoner dolaşımda ve RV’de fizyolojik ters yeniden yapılanma mekanizmalarını incelemek için değerli bir araç sunabilir ve PH-LHD ve diğer PH formlarını tedavi etmek için terapötik stratejiler geliştirmeyi amaçlar.
Introduction
Kalp yetmezliği gelişmiş ülkelerde önde gelen ölüm nedenidir ve önümüzdeki on yılda% 25 oranında artması beklenmektedir. Pulmoner hipertansiyon (PH) – pulmoner dolaşımdaki kan basıncının patolojik bir artışı – son dönem kalp yetmezliği olan hastaların yaklaşık% 70’ini etkiler; Dünya Sağlık Örgütü PH’yi sol kalp hastalığına bağlı pulmoner hipertansiyon (PH-LHD)1 olarak sınıflandırmaktadır. PH-LHD, bozulmuş sistolik ve / veya diyastolik sol ventrikül (LV) fonksiyonu ile başlatılır ve bu da yüksek dolum basıncı ve pulmoner dolaşıma pasif kan tıkanıklığı ile sonuçlanır2. Başlangıçta geri dönüşümlü olsa da, PH-LHD, pulmoner dolaşımın tüm kompartmanlarında, yani arterlerde, kılcal damarlarda ve venlerde aktif pulmoner vasküler yeniden şekillenme nedeniyle yavaş yavaş sabitlenir 3,4. Hem geri dönüşümlü hem de sabit PH, başlangıçta adaptif miyokard hipertrofisini yönlendiren, ancak sonuçta RV dilatasyonuna, hipokineziye, fibrozise ve giderek RV yetmezliğine yol açan dekompansasyona neden olan RV sonrası yükü arttırır 1,2,5,6. Bu nedenle PH, kalp yetmezliği hastalarında hastalığın ilerlemesini hızlandırır ve özellikle sol ventrikül destek cihazlarının (LVAD) ve/veya kalp transplantasyonunun implantasyonu ile cerrahi tedavi gören hastalarda mortaliteyi arttırır 7,8,9. Şu anda, pulmoner vasküler yeniden modelleme sürecini tersine çevirebilecek iyileştirici tedaviler mevcut değildir, bu nedenle uygun model sistemlerinde temel mekanik araştırmalara ihtiyaç vardır.
Önemli olarak, klinik çalışmalar aort darlığı olan hastalarda sık görülen bir komplikasyon olarak PH-LHD’nin aort kapak replasmanını takiben ameliyat sonrası erken dönemde hızla düzelebileceğini göstermektedir10. Benzer şekilde, nitroprusside geri dönüşümlü olan yüksek (>3 Ahşap Ünite) ameliyat öncesi pulmoner vasküler direnç (PVR), 5 yıllık bir takip çalışmasında kalp nakli sonrası sürdürülebilir bir şekilde normalleştirildi11. Benzer şekilde, LHD hastalarında hem geri dönüşümlü hem de sabit PVR’nin yeterli bir şekilde azaltılması ve RV fonksiyonunun iyileştirilmesi, implante edilebilir pulsatil ve pulsatil olmayan ventrikül destek cihazları kullanılarak sol ventrikülün boşaltılmasıyla birkaç ay içinde gerçekleştirilebilir12,13,14. Şu anda, pulmoner dolaşımda ve RV miyokardında ters yeniden şekillenmeyi sağlayan hücresel ve moleküler mekanizmalar belirsizdir. Bununla birlikte, onların anlayışı, PH-LHD ve diğer PH formlarında akciğer vasküler ve RV yeniden şekillenmesini tersine çevirmek için terapötik olarak kullanılabilecek fizyolojik yollar hakkında önemli bilgiler sağlayabilir.
PH-LHD’nin patofizyolojik ve moleküler özelliklerini yeterince kopyalayan uygun bir preklinik model, sıçanlarda cerrahi aort bandına (AoB) bağlı basınç aşırı yüküne bağlı konjestif kalp yetmezliğinde translasyonel çalışmalar için kullanılabilir 4,15,16. Transvers aort daralmasının (TAC)17 murin modelinde aşırı basınca bağlı benzer kalp yetmezliği ile karşılaştırıldığında, AoB sıçanlarında yükselen aortun aort kökünün üzerine bantlanması, sol karotis arterin aorttan çıkışının proksimalinde olduğu için sol karotis arterde hipertansiyon oluşturmaz. Sonuç olarak, AoB, TAC18 için karakteristik olduğu gibi kortekste sol taraflı nöronal hasara neden olmaz ve bu da çalışma sonucunu etkileyebilir. Cerrahi olarak indüklenen PH-LHD’nin diğer kemirgen modelleriyle karşılaştırıldığında, genel olarak sıçan modelleri ve özellikle AoB, daha sağlam, tekrarlanabilir olduğunu ve PH-LHD hastaları için pulmoner dolaşım karakteristiğinin yeniden şekillenmesini çoğalttığını kanıtlamaktadır. Aynı zamanda, perioperatif öldürücülük düşüktür19. AoB sıçanlarında artan AG basınçları ve AG disfonksiyonu, PH-LHD gelişimini indükleyerek yüksek RV basınçlarına ve RV yeniden şekillenmesine neden olur. Bu nedenle, AoB sıçan modeli, pulmoner vasküler yeniden yapılanmanın patomekanizmalarını tanımlamak ve PH-LHD 4,15,20,21,22,23,24,25 için potansiyel tedavi stratejilerini test etmek için kendimiz de dahil olmak üzere bağımsız gruplar tarafından yapılan bir dizi önceki çalışmada son derece yararlı olduğunu kanıtlamıştır.
Bu çalışmada, pulmoner vaskülatür ve RV’de ters yeniden yapılanma mekanizmalarını incelemek için aort debandinginin cerrahi bir prosedürünü oluşturmak için AoB sıçan modeli kullanılmıştır. Daha önce, farelerde aort debanding26 ve sıçanlarda27 gibi miyokard ters yeniden yapılanma modelleri, sol ventrikül hipertrofisinin gerilemesini düzenleyen hücresel ve moleküler mekanizmaları araştırmak ve miyokard hipertrofisini teşvik etmek için potansiyel terapötik seçenekleri test etmek için geliştirilmiştir. Kurtarma. Ayrıca, sınırlı sayıda daha önceki çalışma, aort debandinginin sıçanlarda PH-LHD üzerindeki etkilerini araştırmış ve aort debandinginin pulmoner arteriollerde medial hipertrofisi tersine çevirebileceğini, pre-pro-endotelin 1 ekspresyonunu normalleştirebileceğini ve pulmoner hemodinamiği iyileştirebileceğini göstermiştir27,28, kalp yetmezliği olan sıçanlarda PH’ın geri dönüşümlülüğü için kanıt sağlar. Burada, debanding cerrahisinin teknik prosedürleri, örneğin endotrakeal entübasyon yerine trakeotomi uygulanarak veya künt iğne26,27 ile polipropilen sütürler yerine aort bantlama için tanımlanmış bir iç çapa sahip titanyum klipsler kullanılarak optimize edilmiş ve standartlaştırılmıştır, böylece cerrahi prosedürlerin daha iyi kontrolü, modelin tekrarlanabilirliğinin artması ve sağkalım oranının iyileştirilmesi sağlanır.
Bilimsel bir bakış açısıyla, PH-LHD debanding modelinin önemi sadece kalp yetmezliğinde kardiyovasküler ve pulmoner fenotipin geri dönüşümlülüğünü göstermekte değil, daha da önemlisi, pulmoner arterlerde ters yeniden şekillenmeyi tetikleyen ve / veya sürdüren moleküler sürücülerin gelecekteki terapötik hedefleme için umut verici adaylar olarak tanımlanmasında yatmaktadır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada, bir sıçan AoB modelinde aort debandingi için PH-LHD’nin geri dönüşümlülüğünü ve pulmoner vaskülatür ve RV’de ters yeniden şekillenmeyi sağlayan hücresel ve moleküler mekanizmaları araştırmak için kullanılabilecek ayrıntılı bir cerrahi teknik bildirilmiştir. Juvenil sıçanlarda üç haftalık aort daralması, artmış AG basınçları, LV hipertrofisi ve buna bağlı olarak artmış RV basınçları ve RV hipertrofisi olarak belirgin PH-LHD ile sonuçlanır. AoB sonrası 3. haftada aort…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu araştırma, DZHK’nın (Alman Kardiyovasküler Araştırma Merkezi) CK ve WMK’ya, BMBF’nin (Alman Eğitim ve Araştırma Bakanlığı) VasBio çerçevesinde CK’ye, VasBio, SYMPATH ve PROVID çerçevesinde WMK’ya ve Alman Araştırma Vakfı’nın (DFG) WMK’ya (SFB-TR84 A2, SFB-TR84 C9, SFB 1449 B1, SFB 1470 A4, KU1218/9-1 ve KU1218/11-1).
Materials
| 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 |
References
- Rosenkranz, S., et al. Pulmonary hypertension due to left heart disease: Updated recommendations of the cologne consensus conference 2011. International Journal of Cardiology. 154, 34-44 (2011).
- Rosenkranz, S., et al. Left ventricular heart failure and pulmonary hypertension. European Heart Journal. 37 (12), 942-954 (2016).
- Fayyaz, A. U., et al. Global Pulmonary vascular remodeling in pulmonary hypertension associated with heart failure and preserved or reduced ejection fraction. Circulation. 137 (17), 1796-1810 (2018).
- Hunt, J. M., et al. Pulmonary veins in the normal lung and pulmonary hypertension due to left heart disease. The American Journal of Physiology – Lung Cellular and Molecular Physiology. 305 (10), 725-736 (2013).
- Bursi, F., et al. Pulmonary pressures and death in heart failure: A community study. Journal of the American College of Cardiology. 59 (3), 222-231 (2012).
- Ryan, J. J., et al. Right ventricular adaptation and failure in pulmonary arterial hypertension. Canadian Journal of Cardiology. 31 (4), 391-406 (2015).
- Miller, W. L., Mahoney, D. W., Enriquez-Sarano, M. Quantitative Doppler-echocardiographic imaging and clinical outcomes with left ventricular systolic dysfunction: Independent effect of pulmonary hypertension. Circulation: Cardiovascular Imaging. 7 (2), 330-336 (2014).
- Kjaergaard, J., et al. Prognostic importance of pulmonary hypertension in patients with heart failure. The American Journal of Cardiology. 99 (8), 1146-1150 (2007).
- Shah, R., et al. Pulmonary hypertension after heart transplantation in patients bridged with the total artificial heart. ASAIO Journal. 62 (1), 69-73 (2016).
- Tracy, G. P., Proctor, M. S., Hizny, C. S. Reversibility of pulmonary artery hypertension in aortic stenosis after aortic valve replacement. The Annals of Thoracic Surgery. 50 (1), 89-93 (1990).
- Lindelow, B., Andersson, B., Waagstein, F., Bergh, C. H. High and low pulmonary vascular resistance in heart transplant candidates. A 5-year follow-up after heart transplantation shows continuous reduction in resistance and no difference in complication rate. European Heart Journal. 20 (2), 148-156 (1999).
- Martin, J., et al. Implantable left ventricular assist device for treatment of pulmonary hypertension in candidates for orthotopic heart transplantation-a preliminary study. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 25 (6), 971-977 (2004).
- Gallagher, R. C., et al. Univentricular support results in reduction of pulmonary resistance and improved right ventricular function. ASAIO Transactions. 37 (3), 287-288 (1991).
- Beyersdorf, F., Schlensak, C., Berchtold-Herz, M., Trummer, G. Regression of "fixed" pulmonary vascular resistance in heart transplant candidates after unloading with ventricular assist devices. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 140 (4), 747-749 (2010).
- Hoffmann, J., et al. Mast cells promote lung vascular remodelling in pulmonary hypertension. European Respiratory Journal. 37 (6), 1400-1410 (2011).
- Litwin, S. E., et al. Serial echocardiographic-Doppler assessment of left ventricular geometry and function in rats with pressure-overload hypertrophy. Chronic angiotensin-converting enzyme inhibition attenuates the transition to heart failure. Circulation. 91 (10), 2642-2654 (1995).
- Rockman, H. A., et al. Segregation of atrial-specific and inducible expression of an atrial natriuretic factor transgene in an in vivo murine model of cardiac hypertrophy. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 88 (18), 8277-8281 (1991).
- de Montgolfier, O., et al. High Systolic blood pressure induces cerebral microvascular endothelial dysfunction, neurovascular unit damage, and cognitive decline in mice. Hypertension. 73 (1), 217-228 (2019).
- Breitling, S., Ravindran, K., Goldenberg, N. M., Kuebler, W. M. The pathophysiology of pulmonary hypertension in left heart disease. American Journal of Physiology – Lung Cellular and Molecular Physiology. 309 (9), 924-941 (2015).
- Ranchoux, B., et al. Metabolic syndrome exacerbates pulmonary hypertension due to left heart disease. Circulation Research. 125 (4), 449-466 (2019).
- Zhang, H., Huang, W., Liu, H., Zheng, Y., Liao, L. Mechanical stretching of pulmonary vein stimulates matrix metalloproteinase-9 and transforming growth factor-beta1 through stretch-activated channel/MAPK pathways in pulmonary hypertension due to left heart disease model rats. PLoS One. 15, 0235824 (2020).
- Yin, J., et al. Sildenafil preserves lung endothelial function and prevents pulmonary vascular remodeling in a rat model of diastolic heart failure. Circulation: Heart Failure. 4 (2), 198-206 (2011).
- Yin, N., et al. Inhaled nitric oxide versus aerosolized iloprost for the treatment of pulmonary hypertension with left heart disease. Critical Care Medicine. 37 (3), 980-986 (2009).
- Breitling, S., et al. The mast cell-B cell axis in lung vascular remodeling and pulmonary hypertension. American Journal of Physiology – Lung Cellular and Molecular Physiology. 312 (5), 710-721 (2017).
- Kerem, A., et al. Lung endothelial dysfunction in congestive heart failure: Role of impaired Ca2+ signaling and cytoskeletal reorganization. Circulation Research. 106 (6), 1103-1116 (2010).
- Goncalves-Rodrigues, P., Miranda-Silva, D., Leite-Moreira, A. F., Falcao-Pires, I. Studying left ventricular reverse remodeling by aortic debanding in rodents. Journal of Visualized Experiments. (173), e60036 (2021).
- Miranda-Silva, D., et al. Characterization of biventricular alterations in myocardial (reverse) remodelling in aortic banding-induced chronic pressure overload. Scientific Reports. 9, 2956 (2019).
- Chou, S. H., et al. The effects of debanding on the lung expression of ET-1, eNOS, and cGMP in rats with left ventricular pressure overload. Experimental Biology and Medicine. 231 (6), 954-959 (2006).
- Hentschel, T., et al. Inhalation of the phosphodiesterase-3 inhibitor milrinone attenuates pulmonary hypertension in a rat model of congestive heart failure. Anesthesiology. 106 (1), 124-131 (2007).
- Gs, A. K., Raj, B., Santhosh, K. S., Sanjay, G., Kartha, C. C. Ascending aortic constriction in rats for creation of pressure overload cardiac hypertrophy model. Journal of Visualized Experiments. (88), e50983 (2014).
- Angermann, C. E., Ertl, G. Natriuretic peptides–new diagnostic markers in heart disease. Herz. 29 (6), 609-617 (2004).
- Ordodi, V. L., Paunescu, V., Mic, F. A. Optimal access to the rat heart by transverse bilateral thoracotomy with double ligature of the internal thoracic arteries. American Association for Laboratory Animal Science. 47 (5), 44-46 (2008).
- Fay, D. S., Gerow, K. A biologist’s guide to statistical thinking and analysis. WormBook. , 1-54 (2013).
- Etz, C. D., et al. Medically refractory pulmonary hypertension: treatment with nonpulsatile left ventricular assist devices. The Annals of Thoracic Surgery. 83 (5), 1697-1705 (2007).
- Mikus, E., et al. Reversibility of fixed pulmonary hypertension in left ventricular assist device support recipients. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 40 (4), 971-977 (2011).
- Zelt, J. G. E., Chaudhary, K. R., Cadete, V. J., Mielniczuk, L. M., Stewart, D. J. Medical therapy for heart failure associated with pulmonary hypertension. Circulation Research. 124 (11), 1551-1567 (2019).
