نموذج لنقص التروية وإصابة التروية في الأرانب
Summary
توضح الدراسة الحالية نموذجا حيوانيا قابلا للتكاثر بدرجة عالية لنقص تروية عضلة القلب الإقليمي الحاد وإصابة التروية في الأرانب باستخدام بضع الصدر المصغر الأيسر لحالات البقاء على قيد الحياة أو بضع القص في خط الوسط للحالات غير الباقية على قيد الحياة.
Abstract
يوفر البروتوكول هنا منهجية بسيطة وقابلة للتكرار بدرجة كبيرة للحث على نقص تروية عضلة القلب الإقليمي الحاد في الموقع في الأرنب لتجارب عدم البقاء على قيد الحياة والبقاء على قيد الحياة. نيوزيلاندا يتم تخدير الأرنب الأبيض البالغ مع الأتروبين ، الأسيبرومازين ، بوتورفانول ، والإيزوفلوران. يتم تنبيب ووضعه على التهوية الميكانيكية. يتم إدخال قسطرة في الوريد في الوريد المحيطي للأذن لتسريب الأدوية. يتم علاج مسبقا بالهيبارين والليدوكائين ومحلول رينغر المرضع. يتم إجراء قطع الشريان السباتي للحصول على وصول الخط الشرياني لمراقبة ضغط الدم. يتم مراقبة المعلمات الفسيولوجية والميكانيكية المختارة وتسجيلها من خلال التحليل المستمر في الوقت الفعلي.
مع تخدير وتخديره بالكامل ، يتم إجراء إما مساحة وبينية رابعة صغيرة بضع الصدر الأيسر (البقاء على قيد الحياة) أو بضع القص في خط الوسط (عدم البقاء على قيد الحياة). يتم فتح التامور ، ويقع الشريان الأمامي الأيسر النازل (LAD).
يتم تمرير خياطة البولي بروبلين حول الفرع القطري الثاني أو الثالث من شريان LAD ، ويتم تمرير خيوط البولي بروبلين من خلال أنبوب فينيل صغير ، لتشكيل فخ. يتعرض ل 30 دقيقة من نقص التروية الإقليمية ، ويتحقق ذلك عن طريق انسداد LAD عن طريق شد الفخ. يتم تأكيد نقص تروية عضلة القلب بصريا عن طريق زرقة النخاب. بعد نقص التروية الإقليمية ، يتم تخفيف الرباط ، ويسمح للقلب بإعادة البث.
بالنسبة لكل من تجارب البقاء على قيد الحياة وعدم البقاء على قيد الحياة ، يمكن تقييم وظيفة عضلة القلب عن طريق قياس تخطيط صدى القلب (ECHO) للتقصير الجزئي. بالنسبة لدراسات عدم البقاء على قيد الحياة ، يمكن الحصول على البيانات من قياس الموجات فوق الصوتية التي تم جمعها باستخدام ثلاثة مجسات بالموجات فوق الصوتية الكهرضغطية الرقمية المزروعة داخل المنطقة الإقفارية والضغط المتطور للبطين الأيسر (LVDP) باستخدام قسطرة البطين الأيسر (LV) التي تم إدخالها بشكل قمي لتقييم وظيفة عضلة القلب الإقليمية والعالمية ، على التوالي.
بالنسبة لدراسات البقاء على قيد الحياة ، يتم إغلاق الشق ، ويتم إجراء بزل الصدر بالإبرة اليسرى لإخلاء الهواء الجنبي ، ويتم التحكم في الألم بعد العملية الجراحية.
Introduction
أمراض القلب والأوعية الدموية هي السبب الرئيسي للوفاة في العالم وتساهم في أكثر من 18 مليون حالة وفاة كل عام1،2،3. احتشاء عضلة القلب الحاد (MI) هو حالة طبية طارئة شائعة تحدث عندما تمنع جلطة دموية أو قطعة من اللويحات العصيدية تدفق الدم في الشريان التاجي. هذا يسبب نقص تروية عضلة القلب الإقليمية في المنطقة التي يتخلص بها الشريان.
تصف الدراسة الحالية بروتوكولا يستخدم منهجية بسيطة وموثوقة لإنشاء نقص تروية عضلة القلب الإقليمي الحاد في الموقع في نموذج أرنب لتجارب عدم البقاء على قيد الحياة والبقاء على قيد الحياة. كان الهدف الأولي من هذه الطريقة هو تقييم آثار زرع الميتوكوندريا على تعديل نخر عضلة القلب وزيادة وظيفة القلب بعد نقص تروية القلب بعد حدث نقص تروية. أظهرت الأبحاث السابقة حدوث تغيرات في الميتوكوندريا وانخفاض سريع في مستويات الفوسفات عالية الطاقة بعد ظهور نقص التروية وانخفاض في إمدادات الأكسجين ، مما أدى إلى انخفاض حاد في مخازن طاقة القلب4. حاول الباحثون تحسين وظيفة ما بعد نقص تروية القلب وتقليل نخر أنسجة عضلة القلب باستخدام التدخلات الدوائية و / أو التقنيات الإجرائية ، لكن هذه التقنيات توفر حماية محدودة للقلب ولها تأثير ضئيل على تلف الميتوكوندريا والخلل الوظيفي5،6،7. أظهر فريقنا وآخرون سابقا أن تلف الميتوكوندريا يحدث بشكل أساسي أثناء نقص التروية وأنه يمكن تعزيز التعافي المقلص وانخفاض حجم احتشاء عضلة القلب مع الحفاظ على وظيفة الجهاز التنفسي للميتوكوندريا أثناء إعادة التروية8،9،10. وبالتالي ، افترضنا أن زرع الميتوكوندريا من الأنسجة غير المتأثرة بنقص التروية إلى منطقة نقص التروية قبل إعادة التروية سيوفر نهجا بديلا لتقليل نخر عضلة القلب وتعزيز وظيفة عضلة القلب. هنا ، نوضح بالتفصيل البروتوكول المستخدم لاختبار هذه النظرية والنتائج التمثيلية التي تم الحصول عليها من تحليل دراستنا الأولية.
علاوة على ذلك ، ركز العديد من الباحثين على مواضيع أخرى جزء لا يتجزأ من تحديد تأثير إصابة نقص تروية عضلة القلب وإنشاء التدخلات العلاجية المناسبة. أحد مجالات البحث هذه هو التكييف المسبق. التهيئة المسبقة لنقص تروية عضلة القلب هي آلية وقائية للقلب يتم تنشيطها عن طريق الإجهاد الإقفاري القصير الذي يؤدي إلى انخفاض في معدل نخر خلايا القلب خلال النوبات اللاحقة من نقص التروية لفترات طويلة. يمكن تنشيط هذه الآليات إما عن طريق نقص الأكسجة أو انسداد الشريان التاجي. أظهر Mandel et al. أن التكييف المسبق لنقص الأكسجين وفرط التأكسج ساعد في الحفاظ على توازن مستقلبات أكسيد النيتريك ، وتقليل فرط إنتاج الإندوثيلين -1 ، ودعم حماية الأعضاء11. علاوة على ذلك ، تم استكشاف مفهوم التكييف المسبق الإقفاري عن بعد ، وهي ظاهرة يوفر فيها التكييف المسبق لعضو واحد حماية جهازية. وجد علي وآخرون أنه في المرضى الذين يخضعون لإصلاح تمدد الأوعية الدموية الأبهري البطني المفتوح الاختياري ، فإن التكييف المسبق عن بعد ، الذي يتم إجراؤه عن طريق تثبيت الشريان الحرقفي المشترك بشكل متقطع ليكون بمثابة حافز ، يقلل من حدوث إصابة عضلة القلب بعد العملية الجراحية ، واحتشاء عضلة القلب ، والقصور الكلوي12.
تقدم نماذج الأرانب مزايا محتملة على النماذج مع الأنواع الأخرى وقد تم استخدامها في سيناريوهات مختلفة متعددة لعقود ، بما في ذلك تحريض عدم انتظام ضربات القلب ، والنماذج الإقفارية العالمية والإقليمية ، وأبحاث تقلص القلب ، من بين أمور أخرى13،14،15. على الرغم من أن قلب الأرنب أصغر من قلب أو الخنزير ، إلا أنه كبير بما يكفي لإجراء العمليات الجراحية بسهولة بتكلفة أقل بكثير13. غالبا ما يستخدم قلب الأرنب لأنه يوازي قلب الإنسان بشكل وثيق. في الواقع ، لديه معدل أيض مماثل ، ويعبر عن سلسلة ثقيلة β-myosin ، ويفتقر إلى أوكسيديز زانثين16 في عضلة القلب. التقنية الموصوفة هنا للحث على نقص تروية عضلة القلب الإقليمية بسيطة وقابلة للتكرار وفعالة من حيث التكلفة. تسمح هذه الطريقة لكل من حالات عدم البقاء على قيد الحياة والبقاء على قيد الحياة ، حيث يتم تحفيز نقص التروية الإقليمية فقط بدلا من نقص التروية الشامل ، والمواد اللازمة غير متخصصة. يمكن استخدام نهجين جراحيين مختلفين (أي بضع القص وبضع الصدر المصغر) ، مما يوفر للمشغل والبروتوكولات التجريبية مزيدا من الحرية من حيث تصميم الدراسة. بالإضافة إلى ذلك ، لا يتطلب الإجراء استخدام المجازة القلبية الرئوية. في هذا السياق ، أصبحت الأساليب طفيفة التوغل لتطعيم مجازة الشريان التاجي بدائل قيمة للمرضى الذين يحتاجون إلى إعادة تأهيل الأوعية الدمويةالمتعددة 17،18. يمكن استخدام هذا النموذج لدراسة الاختلافات بين هذه الأساليب وتوفير أداة تعليمية قائمة على للمتدربين الجراحيين. بالإضافة إلى ذلك ، قد يكون إجراء قسطرة القلب باستخدام هذا النموذج مفيدا للبحث الفسيولوجي و / أو التدريب الجراحي.
يوفر نموذجنا منهجية للتطبيقات التي يكون فيها تحفيز نقص تروية عضلة القلب الإقليمي وبالتالي قياس حجم الاحتشاء ووظيفة عضلة القلب والتغيرات الخلوية ذات أهمية. باستخدام هذا البروتوكول ، تمكنا من تقييم العديد من علامات الوظيفة الخلوية والتكيف مع نقص التروية والتدخل العلاجي المقترح (أي زرع الميتوكوندريا) من خلال فحص استيعاب العضيات ، واستهلاك الأكسجين ، وتوليف الفوسفات عالي الطاقة ، وتحريض وسطاء السيتوكين والمسارات البروتينية. هذه النتائج مهمة في الحفاظ على طاقة عضلة القلب ، وصلاحية الخلية ، ووظيفة القلب وتسمح بالتقييم الموضوعي لتقنيات حماية القلب بعد إصابة نقص التروية. يمكن استخدام هذا النموذج لدراسة المسارات والبدائل البيولوجية المماثلة في مجال أمراض عضلة القلب بعد نقص تروية القلب والتعافي.
الهدف من هذا البروتوكول هو توفير منهجية قابلة للتكرار بدرجة كبيرة للحث على نقص تروية عضلة القلب الإقليمي الحاد في الموقع في الأرنب لتجارب عدم البقاء على قيد الحياة والبقاء على قيد الحياة. يوفر هذا النموذج منهجية ذات معدل بقاء مرتفع ، ووفيات منخفضة أثناء العملية ، ومعدل مراضة ضئيل19. تم وصف نماذج أخرى لنقص تروية عضلة القلب الإقليمية الحادة باستخدام مواد مشعة أو عوامل تباين أو تصوير بالرنين المغناطيسي أو محاكاة الكمبيوتر20،21،22. يوفر بروتوكولنا منهجية موثوقة وبسيطة فعالة من حيث التكلفة ، وقابلة للتكرار باستمرار ، ولها طلب تقني منخفض ، وبالتالي ، يمكن إجراؤها بواسطة محققين بدون خبرة جراحية. يستوعب هذا البروتوكول إما مشروع البقاء على قيد الحياة باستخدام بضع الصدر المصغر الأيسر أو نموذج عدم البقاء على قيد الحياة باستخدام بضع القص في خط الوسط.
Protocol
Representative Results
Discussion
يوضح بروتوكولنا منهجية موثوقة لأداء نقص تروية عضلة القلب الإقليمي الحاد في الأرنب. يعتبر نهج بضع الصدر المصغر الأيسر مثاليا لحالات البقاء على قيد الحياة ، والتي يجب تقليل الشق والألم المرتبط بها. الأهم من ذلك ، لم يكن العلاج المدر للبول ضروريا قبل نزع الأنبوب ، ولم يكن هناك وفيات أثناء الج…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم الدراسة الأصلية التي تم فيها استخدام هذا البروتوكول من قبل منح المعهد الوطني للقلب والرئة والدم HL-103642 و HL-088206
Materials
| #10 blade | Bard Parker | 371210 | |
| #11 blade | Fisher Scientific | B3L | |
| 22 G PIV needle | BD Insyte | 381423 | |
| Acepromazine | VETONE | NDC 13985-587-50 | 0.5 mg/kg IM and IV |
| Aline pressure bag | Infu-Stat | 2139 | |
| Angiocath | Becton Dickinson | 382512 | |
| Arterial Catheter | Teleflex | MC-004912 | |
| Atropine | Hikma Pharmaceuticals | NDC 0641-6006-01 | 0.01 mg/kg IM |
| Betadine and 70% isopropyl alcohol | McKesson | NDC 68599-2302-6 | |
| Blood gas machine | Siemens | MRK0025 | |
| Bovie | Valleylab | E6008 | |
| Bulldog clamps | World Precision Instruments | 14119 | |
| Bupivacaine | Auromedics | NDC 55150-249-50 | 3 mg/kg IM |
| Butorphanol | Roxane | NDC 2054-3090-36 | 0.5 mg/kg IM |
| Clear acetate sheet | Oxford Instruments | ID 51-1625-0213 | |
| Clipers | Andis | AGC2 | |
| DeBakey forceps | Integra | P6280 | |
| Echocardiography machine | Philips | IE33 F1 | |
| Electrocardiography machine | Meditech | MD908B | |
| Endotracheal tube | Medline | #922774 | |
| Fentanyl | West-Ward | NDC 0641-6030-01 | 1–4 µg/kg transdermal patch |
| Formaldehyde solution 10% | Epredia | 94001 | |
| Glass plates | United Scientific | B01MUHX6MR | |
| Heparin Sodium | Sagent | NDC 69-0058-02 | 1000U in 1 mL 3 mg/kg |
| Hot water blanket | 3M | 55577 | |
| Isoflurane | Penn Veterinary Supply, INC | NDC 50989-606-15 | 1%–3% |
| Ketamine | Dechra | NDC 42023-138-10 | 10 mg/kg IV |
| Lab Chart 7 Acquisition Software | Adinstruments | ||
| Lactated Ringer's solution | ICUmedical | NDC 0990-7953-09 | 10 mL/kg/h |
| Laryngoscope | Welch Allyn | 68044 | |
| Left ventricule lumen catheter 3Fr | McKesson | 385764-EA | |
| Lidocaine (1%) | Pfizer | 4276-01 | 1–1.5 mL/kg IV |
| LVDP transducer | Edward | PDP-ED | |
| Marking pen | Viscot | 1451SR-100 Unsterile | |
| Mayo scissors | Mayo | S7-1098 | |
| Medetomidine | Entireoly Pets Pharmacy | NDC 015914-005-01 | 0.25 mg/kg IM |
| Metzenbaum scissors | Cole-Parmer | UX-10821-05 | |
| Monastra. Blue pigment 98% | Chemsavers | MBTR1100G | |
| Monocryl 5-0 | Ethicon | Y463G | |
| Mosquito clamp | Shioda | 802N | |
| PDS 3-0 | Ethicon | 42312201 | |
| Piezoelectric sonomicrometry crystals | Sonometrics | Small 2mm round | |
| Plegets | DeRoyal | 32-363 | |
| Povuine Iodine Prep Solutions | Medline | MDS093940 | |
| Precision vaporized system face mask | Yuwell | B07PNH69BF | |
| Prolene 3-0 | Ethicon | 8665G | |
| Proline 5-0 | Ethicon | 8661G | |
| Pulse oximetry probe | Masimo | 9216-U | |
| Rib spreader | Medline | MDS5621025 | |
| S12 Pediatric Sector Probe | Phillips | 21380A | |
| Sonomicrometer | Sonometrics | BZ10123724 | |
| Sterile gauze | Medline | 3.00802E+13 | |
| Sterile towels | McKesson | MON 277860EA | |
| Sternal retractor | Medline | MDS5610321 | |
| Sutures for closure | J&J Dental | 8698G | |
| Telemetriy monitor | Meditech | MD908B | |
| Temperature probe | Omega | KHSS-116G-RSC-12 | |
| Triphenyl tetrazolium chloride (1%) | Millipore | MFCD00011963 | |
| Ventilator | MedGroup | MSLGA 11 | |
| Vicryl 2-0 | Ethicon | V635H | |
| Vinyl tubing | ABE | DISW 3001 |
References
- Selvin, E., Erlinger, T. P. Prevalence of and risk factors for peripheral arterial disease in the United States: Results from the National Health and Nutrition Examination Survey, 1999-2000. Circulation. 110 (6), 738-743 (2004).
- Bolli, R., et al. Myocardial protection at a crossroads: The need for translation into clinical therapy. Circulation Research. 95 (2), 125-134 (2004).
- Cohn, J. N., et al. Report of the National Heart, Lung, and Blood Institute Special Emphasis Panel on Heart Failure Research. Circulation. 95 (4), 766-770 (1997).
- Rousou, A. J., Ericsson, M., Federman, M., Levitsky, S., McCully, J. D. Opening of mitochondrial KATP channels enhances cardioprotection through the modulation of mitochondrial matrix volume, calcium accumulation, and respiration. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 287 (5), H1967-H1976 (2004).
- Rao, V., et al. Insulin cardioplegia for elective coronary bypass surgery. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 119 (6), 1176-1184 (2000).
- Vinten-Johansen, J., Zhao, Z. Q., Jiang, R., Zatta, A. J. Myocardial protection in reperfusion with postconditioning. Expert Review of Cardiovascular Therapy. 3 (6), 1035-1045 (2005).
- Wakiyama, H., et al. Selective opening of mitochondrial ATP-sensitive potassium channels during surgically induced myocardial ischemia decreases necrosis and apoptosis. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 21 (3), 424-433 (2002).
- Chen, Q., Moghaddas, S., Hoppel, C. L., Lesnefsky, E. J. Reversible blockade of electron transport during ischemia protects mitochondria and decreases myocardial injury following reperfusion. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 319 (3), 1405-1412 (2006).
- Lesnefsky, E. J., et al. rather than reperfusion, inhibits respiration through cytochrome oxidase in the isolated, perfused rabbit heart: Role of cardiolipin. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 287 (1), H258-H267 (2004).
- McCully, J. D., Rousou, A. J., Parker, R. A., Levitsky, S. Age- and gender-related differences in mitochondrial oxygen consumption and calcium with cardioplegia and diazoxide. The Annals of Thoracic Surgery. 83 (3), 1102-1109 (2007).
- Mandel, I. A., et al. Influence of hypoxic and hyperoxic preconditioning on endothelial function in a model of myocardial is-chemia-reperfusion injury with cardiopulmonary bypass (Experimental study). International Journal of Molecular Sciences. 21 (15), 5336 (2020).
- Ali, Z. A., et al. Remote ischemic preconditioning reduces myocardial and renal injury after elective abdominal aortic aneurysm repair: A randomized controlled trial. Circulation. 116, 98-105 (2007).
- Pogwizd, S. M., Bers, D. M. Rabbit models of heart disease. Drug Discovery Today: Disease Models. 5 (3), 185-193 (2008).
- Tanaka, K., Hearse, D. J. Reperfusion-induced arrhythmias in the isolated rabbit heart: characterization of the influence of the duration of regional ischemia and the extracellular potassium concentration. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 20 (3), 201-211 (1988).
- Milani-Nejad, N., Janssen, P. M. L. Small and large animal models in cardiac contraction research: advantages and disadvantages. Pharmacology & Therapeutics. 141 (3), 235-249 (2014).
- Gupta, M. P. Factors controlling cardiac myosin-isoform shift during hypertrophy and heart failure. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 43 (4), 388-403 (2007).
- Lapierre, H., Chan, V., Sohmer, B., Mesana, T. G., Ruel, M. Minimally invasive coronary artery bypass grafting via a small thoracotomy versus off-pump: A case-matched study. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 40 (4), 804-810 (2011).
- Aubin, H., Akhyari, P., Lichtenberg, A., Albert, A. Additional right-sided upper "half-mini-thoracotomy" for aortocoronary bypass grafting during minimally invasive multivessel revascularization. Journal of Cardiothoracic Surgery. 10, 130 (2015).
- Hu, N., et al. Ligation of the left circumflex coronary artery with subsequent MRI and histopathology in rabbits. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 49 (6), 838-844 (2010).
- Sievers, R. E., et al. A model of acute regional myocardial ischemia and reperfusion in the rat. Magnetic Resonance in Medicine. 10 (2), 172-181 (1989).
- Rodríguez, B., Trayanova, N., Noble, D. Modeling cardiac ischemia. Annals of the New York Academy of Sciences. 1080, 395-414 (2006).
- Sinusas, A. J., et al. Quantification of area at risk during coronary occlusion and degree of myocardial salvage after reperfusion with technetium-99m methoxyisobutyl isonitrile. Circulation. 82 (4), 1424-1437 (1990).
- Masuzawa, A., et al. Transplantation of autologously derived mitochondria protects the heart from ischemia-reperfusion injury. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 304 (7), H966-H982 (2013).
- Pombo, J. F., Troy, B. L., Russell, R. O. J. Left ventricular volumes and ejection fraction by echocardiography. Circulation. 43 (4), 480-490 (1971).
- McCully, J. D., Wakiyama, H., Hsieh, Y. J., Jones, M., Levitsky, S. Differential contribution of necrosis and apoptosis in myocardial ischemia-reperfusion injury. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 286 (5), H1923-H1935 (2004).
- Masuzawa, A., et al. Transplantation of autologously derived mitochondria protects the heart from ischemia-reperfusion injury. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 304 (7), 966-982 (2013).
- Abarbanell, A. M., et al. Animal models of myocardial and vascular injury. Journal of Surgical Research. 162 (2), 239-249 (2010).
- Pirat, B., et al. A novel feature-tracking echocardiographic method for the quantitation of regional myocardial function: Validation in an animal model of ischemia-reperfusion. Journal of the American College of Cardiology. 51 (6), 651-659 (2008).
- Verdouw, P. D., vanden Doel, M. A., de Zeeuw, S., Duncker, D. J. Animal models in the study of myocardial ischaemia and ischaemic syndromes. Cardiovascular Research. 39 (1), 121-135 (1998).
- Bolukoglu, H., et al. An animal model of chronic coronary stenosis resulting in hibernating myocardium. The American Journal of Physiology. 263, H20-H29 (1992).
- Heyndrickx, G. R., Millard, R. W., McRitchie, R. J., Maroko, P. R., Vatner, S. F. Regional myocardial functional and electrophysiological alterations after brief coronary artery occlusion in conscious dogs. Journal of Clinical Investigation. 56 (4), 978-985 (1975).
