Closed Chest Biventricular Pressure-Volume Loop Recordings met admittance katheters in een varkensmodel
Summary
Hier presenteren we een gesloten borstbenadering voor op toelating gebaseerde biventriculaire druk-volumelusregistraties bij varkens met acute rechterventrikeldisfunctie.
Abstract
Druk-volume (PV) lusopname maakt het state-of-the-art onderzoek van belastingsonafhankelijke variabelen van ventriculaire prestaties mogelijk. Uni-ventriculaire evaluatie wordt vaak uitgevoerd in preklinisch onderzoek. De rechter- en linkerventrikels oefenen echter functionele onderlinge afhankelijkheid uit vanwege hun parallelle en seriële verbindingen, waardoor gelijktijdige evaluatie van beide ventrikels wordt aangemoedigd. Bovendien kunnen verschillende farmacologische interventies de ventrikels en hun voor- en nabelastingen anders beïnvloeden.
We beschrijven onze gesloten borstbenadering voor op toelating gebaseerde bi-ventriculaire PV-lusopnamen in een varkensmodel van acute rechterventrikel (RV) overbelasting. We gebruiken minimaal invasieve technieken met alle vasculaire toegangen geleid door echografie. PV-katheters worden geplaatst, onder fluoroscopische begeleiding, om thoracotomie bij dieren te voorkomen, omdat de gesloten borstbenadering de relevante cardiopulmonale fysiologie handhaaft. De toelatingstechnologie biedt real-time PV-lusopnamen zonder de noodzaak van post-hoc verwerking. Bovendien leggen we enkele essentiële stappen voor probleemoplossing uit tijdens kritieke tijdstippen van de gepresenteerde procedure.
Het gepresenteerde protocol is een reproduceerbare en fysiologisch relevante benadering om een biventriculaire cardiale PV-lusregistratie in een groot diermodel te verkrijgen. Dit kan worden toegepast op een grote verscheidenheid aan cardiovasculair dieronderzoek.
Introduction
Drukvolume (PV) lussen bevatten een groot aantal hemodynamische informatie, waaronder eind-systolische en einddiastolische drukken en volumes, ejectiefractie, slagvolume en slagwerk1. Bovendien creëert transiënte voorspanningsreductie een familie van lussen waaruit belastingsonafhankelijke variabelen kunnen worden afgeleid2,3. Deze belastingsonafhankelijke evaluatie van de ventriculaire functie maakt PV-lusopnamen state-of-the-art in hemodynamische evaluatie. PV-lusopname kan bij mensen worden uitgevoerd, maar wordt voornamelijk gebruikt en aanbevolen in preklinisch onderzoek4,5,6.
Druk-volume lussen kunnen worden verkregen uit zowel de rechter ventrikel (RV) als de linker ventrikel (LV). De meeste onderzoekshypothesen zijn gericht op een enkele ventrikel, waardoor alleen univentriculaire PV-lussen worden geregistreerd7,8,9,10. De rechter- en linkerventrikels oefenen echter systolische en diastolische onderlinge afhankelijkheid uit vanwege hun seriële en parallelle verbindingen binnen het strakke pericardium11. Veranderingen in de output of de grootte van de ene ventrikel hebben invloed op de grootte, belastingsomstandigheden of perfusie van de andere ventrikel. Bi-ventriculaire PV-lusopnamen bieden dus een uitgebreidere evaluatie van de totale hartprestaties. Farmacologische interventies kunnen ook de twee ventrikels en hun belastingsomstandigheden anders beïnvloeden, wat het belang van bi-ventriculaire evaluatie verder benadrukt.
PV-katheters kunnen in beide ventrikels worden gebracht door verschillende benaderingen, waaronder open borstbenadering met toegang vanaf de top van het hart of via het RV-uitstroomkanaal7,10,12,13,14. Het openen van de thorax zal echter de fysiologische omstandigheden beïnvloeden en kan vertekening veroorzaken.
Op basis van onze ervaring uit eerdere studies15,16,17,18, willen we onze gesloten borstbenadering van bi-ventriculaire PV-lusopnamen presenteren in een groot diermodel van acuut RV-falen met minimale invloed op cardiopulmonale fysiologie (figuur 1).
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit artikel beschrijft een reproduceerbare minimaal invasieve gesloten borstbenadering voor bi-ventriculaire druk-volume loop opnames.
Vooruitgang van de PV-katheter van de RA naar de RV is de meest kritieke stap in dit protocol. De complexe samenstelling van de RV en de stijfheid van de katheter bemoeilijken het inbrengen in de gemakkelijk opgezwollen en geometrisch uitdagende RV. Deze moeilijkheid kan verklaren waarom open borstinstrumentatie vaak de voorkeur heeft. Tijdens pilotstudies werd…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door de Laerdal Foundation for Acute Medicine (3374), Holger and Ruth Hesse’s Memorial Foundation, Søster and Verner Lippert’s Foundation, Novo Nordisk Foundation (NNF16OC0023244, NFF17CO0024868) en Alfred Benzon’s Foundation.
Materials
| 12L-RS | GE Healthcare Japan | 5141337 | Ultrasound probe |
| Adhesive Aperature Drape (OneMed) | evercare | 1515-01 | 75 x 90 cm (hole: 6 x 8 cm) |
| Alaris GP Guardrails plus | CareFusion | 9002TIG01-G | Infusion pump |
| Alaris Infusion set | BD Plastipak | 60593 | |
| Alkoholswap | MEDIQ Danmark | 3340012 | 82% ethanol, 0,5% chlorhexidin, skin disinfection |
| Amplatz Support Wire Guide Extra-Stiff | Cook Medical | THSF-25-260-AES | diameter: 0.025 inches, length: 260 cm |
| BD Connecta | BD | 394601 | Luer-Lock |
| BD Emerald | BD | 307736 | 10 mL syringe |
| BD Luer-Lock | BD Plastipak | 300865 | BD = Becton Dickinson, 50 mL syringe |
| BD Platipak | BD | 300613 | 20 mL syringe |
| BD Venflon Pro | Becton Dickinson Infusion Therapy | 393204 | 20G |
| BD Venflon Pro | Becton Dickinson Infusion Therapy | 393208 | 17G |
| Butomidor Vet | Richter Pharma AG | 531943 | 10 mg/mL |
| Check-Flo Performer Introducer | Cook Medical | RCFW-16.0P-38-30-RB | 16 F sheath, 30 cm long |
| Cios Connect S/N 20015 | Siemens Healthineers | C-arm | |
| D-LCC12A-01 | GE Healthcare Finland | Pressure measurement monitor | |
| Durapore | 3M | – | Adhesive tape |
| E-PRESTIN-00 | GE Healthcare Finland | 6152932 | Respirator tubes |
| Exagon vet | Richter Pharma AG | 427931 | 400 mg/mL |
| Fast-Cath Hemostasis Introducer 12F | St. Jude Medical | 406128 | L: 12 cm |
| Favorita II | Aesculap | Type: GT104 | |
| Fentanyl | B. Braun | 71036 | 50 mikrogram/mL |
| Ketaminol Vet | MSD/Intervet International B.V. | 511519 | 100 mg/mL |
| LabChart | ADInstruments | Data aquisition software | |
| Lawton 85-0010 ZK1 | Lawton | Laryngoscope | |
| Lectospiral | VYGON | 1159.90 | 400 cm (Luer-LOCK) |
| Lubrithal eye gel | Dechra, Great Britain | ||
| MBH qufora | MBH-International A/S | 13853401 | Urine bag |
| Natriumklorid | Fresenius Kabi | 7340022100528 | 9 mg/ml Isotonic saline |
| PICO50 Aterial Blood Sampler | Radiometer | 956-552 | 2 mL |
| Portex Tracheal Tube | Smiths Medical | 100/150/075 | "Cuffed Clear Oral/Nasal Murphy Eye" |
| PowerLab 16/35 | ADInstruments | PL3516 | Serial number: 3516-1841 |
| Pressure Extension set | CODAN | 7,14,020 | Tube for anesthetics, 150 cm long, inner diameter 0.9 mm |
| Propolipid | Fresenius Kabi | 21636 | Propofol, 10 mg/mL |
| PTS-X | NuMED Canada Inc. | PTSX253 | Inferior vena cava balloon |
| Radiofocus Introducer II | Radiofocus/Terumo | RS+B80N10MQ | 6+7+8F sheaths |
| Rompun Vet | Beyer | 86450917 | Xylazin, 20 mg/mL |
| Rüsch Brilliant AquaFlate Glycerine | Teleflex | 178000 | Bladder catheter, size 14 |
| S/5 Avance | Datex-Ohmeda | – | Mechanical ventilator |
| Safersonic Conti Plus & Safergel | SECMA medical innovation | SAF.612.18120.WG.SEC | 18 x 120 cm (Safersonic Sterile Transducer Cover with Adhesive Area and Safergel) |
| Scisense Catheter | Transonic Scisense | FDH-5018B-E245B | Serial number: 50-533. Pressure-volume catheter |
| Scisense Pressure-Volume Measurement System | Transonic Scisense | ADV500 | Model: FY097B. Pressure-volume box |
| Swan-Ganz CCOmbo | Edwards Lifesciences | 744F75 | 110 cm |
| TruWave Pressure Monitoring Set | Edwards Lifesciences | T434303A | 210 cm |
| Vivid iq | GE Medical Systems China | Vivid iq | |
| Zoletil 50 Vet (tiletamin 125 mg and zolazepam 125 mg) | Virbac | 83046805 | Zoletil Mix for pigs: 1 vial of Zoletil 50 Vet (dry matter); add 6.25 mL Xylozin (20 mg/mL), 1.25 mL ketamin (100 mg/mL) and 2.5 mL Butorphanol (10 mg/mL). Dose for pre-anesthesia: 10 mL/10 kg as intramuscular injection |
Riferimenti
- Burkhoff, D., Mirsky, I., Suga, H. Assessment of systolic and diastolic ventricular properties via pressure-volume analysis: a guide for clinical, translational, and basic researchers. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 289 (2), 501-512 (2005).
- Sagawa, K., Suga, H., Shoukas, A. A., Bakalar, K. M. End-systolic pressure/volume ratio: A new index of ventricular contractility. American Journal of Cardiology. 40 (5), 748-753 (1977).
- Chantler, P. D., Lakatta, E. G., Najjar, S. S. Arterial-ventricular coupling: mechanistic insights into cardiovascular performance at rest and during exercise. Journal of Applied Physiology. 105 (4), 1342-1351 (2008).
- Axell, R. G., et al. Ventriculo-arterial coupling detects occult RV dysfunction in chronic thromboembolic pulmonary vascular disease. Physiological Reports. 5 (7), 13227 (2017).
- Houser, S. R., et al. Animal models of heart failure. Circulation Research. 111 (1), 131-150 (2012).
- Lahm, T., et al. Assessment of right ventricular function in the research setting: knowledge gaps and pathways forward. An official american thoracic society research statement. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 198 (4), e15-e43 (2018).
- Morimont, P., et al. Effective arterial elastance as an index of pulmonary vascular load. American Journal of Physiology – Heart and Circulatory Physiology. 294 (6), 2736-2742 (2008).
- Kutty, S., et al. Validation of admittance computed left ventricular volumes against real-time three-dimensional echocardiography in the porcine heart. Experimental Physiology. 98 (6), 1092-1101 (2013).
- Bove, T., et al. Acute and chronic effects of dysfunction of right ventricular outflow tract components on right ventricular performance in a porcine model: Implications for primary repair of tetralogy of fallot. Journal of the American College of Cardiology. 60 (1), 64-71 (2012).
- Townsend, D. Measuring pressure volume loops in the mouse. Journal of Visualized Experiments. (111), e53810 (2016).
- Belenkie, I., Smith, E. R., Tyberg, J. V. Ventricular interaction: From bench to bedside. Annals of Medicine. 33 (4), 236-241 (2009).
- LaCorte, J. C., et al. Correlation of the TIE index with invasive measurements of ventricular function in a porcine model. Journal of the American Society of Echocardiography. 16 (5), 442-447 (2003).
- Amà, R., Leather, H. A., Segers, P., Vandermeersch, E., Wouters, P. F. Acute pulmonary hypertension causes depression of left ventricular contractility and relaxation. European Journal of Anaesthesiology. 23 (10), 824-831 (2006).
- Missant, C., Rex, S., Segers, P., Wouters, P. F. Levosimendan improves right ventriculovascular coupling in a porcine model of right ventricular dysfunction. Critical Care Medicine. 35 (3), 707-715 (2007).
- Mortensen, C. S., et al. Impact of preload on right ventricular hemodynamics in acute pulmonary embolism. Critical Care Medicine. 48 (12), 1306-1312 (2020).
- Kramer, A., et al. Inhaled nitric oxide has pulmonary vasodilator efficacy both in the immediate and prolonged phase of acute pulmonary embolism. European Heart Journal: Acute Cardiovascular Care. , 204887262091871 (2020).
- Lyhne, M. D., et al. Oxygen therapy lowers right ventricular afterload in experimental acute pulmonary embolism. Critical Care Medicine. , (2021).
- Lyhne, M. D., et al. Right ventricular adaptation in the critical phase after acute intermediate-risk pulmonary embolism. European Heart Journal: Acute Cardiovascular Care. , 204887262092525 (2020).
- Dietrichs, E. S., Tveita, T., Smith, G. Hypothermia and cardiac electrophysiology: a systematic review of clinical and experimental data. Cardiovascular Research. 115 (3), 501-509 (2018).
- Boulate, D., et al. Early development of right ventricular ischemic lesions in a novel large animal model of acute right heart failure in chronic thromboembolic pulmonary hypertension. Journal of Cardiac Failure. 23 (12), 876-886 (2017).
- Haney, M. F., et al. Myocardial systolic function increases during positive pressure lung inflation. Anesthesia and Analgesia. 101 (5), 1269-1274 (2005).
- Gorcsan, J., Strum, D. P., Mandarino, W. A., Gulati, V. K., Pinsky, M. R. Quantitative assessment of alterations in regional left ventricular contractility with color-coded tissue doppler echocardiography: Comparison with sonomicrometry and pressure-volume relations. Circulation. 95 (10), 2423-2433 (1997).
- Pinsky, M. R. Dynamic right and left ventricular interactions in the pig. Experimental Physiology. 105 (8), 1293-1315 (2020).
- Mitchell, J. R., et al. RV filling modulates LV function by direct ventricular interaction during mechanical ventilation. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 289 (2), 549-557 (2005).
- Larson, E. R., Feldman, M. D., Valvano, J. W., Pearce, J. A. Analysis of the spatial sensitivity of conductance/admittance catheter ventricular volume estimation. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 60 (8), 2316-2324 (2013).
- Hout, G. P. J., et al. Admittance-based pressure-volume loops versus gold standard cardiac magnetic resonance imaging in a porcine model of myocardial infarction. Physiological Reports. 2 (4), 00287 (2014).
- Baker, A. E., Dani, R., Smith, E. R., Tyberg, J. V., Belenkie, I. Quantitative assessment of independent contributions of pericardium and septum to direct ventricular interaction. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 275 (2), 476-483 (1998).
- Sanz, J., Sánchez-Quintana, D., Bossone, E., Bogaard, H. J., Naeije, R. Anatomy, function, and dysfunction of the right ventricle. Journal of the American College of Cardiology. 73 (12), 1463-1482 (2019).
- Gavazzoni, M., et al. Prognostic value of right ventricular free wall longitudinal strain in a large cohort of outpatients with left-side heart disease. European Heart Journal: Cardiovascular Imaging. 21 (9), 1013-1021 (2019).
- Berglund, F., Piña, P., Herrera, C. J. Right ventricle in heart failure with preserved ejection fraction. Heart. 106 (23), 1798-1804 (2020).
