Un modèle de remodelage vasculaire inverse dans l’hypertension pulmonaire due à une maladie cardiaque gauche par dégroupage aortique chez le rat
Summary
Le présent protocole décrit une intervention chirurgicale visant à enlever les bandes aortiques ascendantes dans un modèle d’hypertension pulmonaire chez le rat due à une maladie cardiaque gauche. Cette technique étudie les mécanismes endogènes de remodelage inverse dans la circulation pulmonaire et le cœur droit, éclairant ainsi les stratégies pour inverser l’hypertension pulmonaire et / ou le dysfonctionnement ventriculaire droit.
Abstract
L’hypertension pulmonaire due à une maladie cardiaque gauche (PH-LHD) est la forme la plus courante d’HTP, mais sa physiopathologie est mal caractérisée que l’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP). En conséquence, les interventions thérapeutiques approuvées pour le traitement ou la prévention de PH-LHD sont manquantes. Les médicaments utilisés pour traiter l’HTP chez les patients atteints d’HTAP ne sont pas recommandés pour le traitement de la HTP-LHD, car une résistance vasculaire pulmonaire (RVP) réduite et une augmentation du flux sanguin pulmonaire en présence d’une augmentation des pressions de remplissage du côté gauche peuvent provoquer une décompensation du cœur gauche et un œdème pulmonaire. De nouvelles stratégies doivent être développées pour inverser l’HTP chez les patients atteints de LHD. Contrairement à l’HTAP, le PH-LHD se développe en raison d’une charge mécanique accrue causée par la congestion du sang dans la circulation pulmonaire pendant l’insuffisance cardiaque gauche. Cliniquement, le déchargement mécanique du ventricule gauche (LV) par remplacement valvulaire aortique chez les patients atteints de sténose aortique ou par implantation de dispositifs d’assistance LV chez les patients atteints d’insuffisance cardiaque en phase terminale normalise non seulement les pressions artérielles pulmonaires et ventriculaires droites (RV), mais également la PVR, fournissant ainsi des preuves indirectes du remodelage inverse du système vasculaire pulmonaire. En utilisant un modèle établi de PH-LHD chez le rat en raison d’une insuffisance cardiaque gauche déclenchée par une surcharge de pression avec développement ultérieur de PH, un modèle est développé pour étudier les mécanismes moléculaires et cellulaires de ce processus physiologique de remodelage inverse. Plus précisément, une chirurgie de débandage aortique a été effectuée, ce qui a entraîné un remodelage inverse du myocarde LV et son déchargement. En parallèle, une normalisation complète de la pression systolique RV et une inversion significative mais incomplète de l’hypertrophie RV étaient détectables. Ce modèle peut présenter un outil précieux pour étudier les mécanismes du remodelage physiologique inversé dans la circulation pulmonaire et le VR, visant à développer des stratégies thérapeutiques pour traiter le PH-LHD et d’autres formes d’HTP.
Introduction
L’insuffisance cardiaque est la principale cause de décès dans les pays développés et devrait augmenter de 25% au cours de la prochaine décennie. L’hypertension pulmonaire (HTP) – une augmentation pathologique de la pression artérielle dans la circulation pulmonaire – affecte environ 70% des patients atteints d’insuffisance cardiaque terminale; l’Organisation mondiale de la santé classe l’HTP comme hypertension pulmonaire due à une maladie cardiaque gauche (PH-LHD)1. Ph-LHD est initié par une altération de la fonction ventriculaire gauche (LV) systolique et/ ou diastolique qui entraîne une pression de remplissage élevée et une congestion passive du sang dans la circulation pulmonaire2. Bien qu’initialement réversible, le PH-LHD se fixe progressivement en raison du remodelage vasculaire pulmonaire actif dans tous les compartiments de la circulation pulmonaire, c’est-à-dire les artères, les capillaires et les veines 3,4. L’HTP réversible et fixe augmente la post-charge du VR, entraînant initialement une hypertrophie myocardique adaptative, mais provoquant finalement une dilatation du VR, une hypokinésie, une fibrose et une décompensation qui conduisent progressivement à une défaillance du VR 1,2,5,6. En tant que tel, l’HTP accélère la progression de la maladie chez les patients atteints d’insuffisance cardiaque et augmente la mortalité, en particulier chez les patients subissant un traitement chirurgical par implantation de dispositifs d’assistance ventriculaire gauche (LVAD) et / ou transplantation cardiaque 7,8,9. À l’heure actuelle, il n’existe aucune thérapie curative qui pourrait inverser le processus de remodelage vasculaire pulmonaire, de sorte qu’une recherche mécaniste fondamentale dans des systèmes modèles appropriés est nécessaire.
Il est important de noter que les études cliniques montrent que la PH-LHD en tant que complication fréquente chez les patients atteints de sténose aortique peut s’améliorer rapidement au début de la période postopératoire suivant le remplacement de la valve aortique10. De même, une résistance vasculaire pulmonaire (PVR) préopératoire élevée (>3 unités de bois) qui était toutefois réversible sur le nitroprusside a été durablement normalisée après une transplantation cardiaque dans une étude de suivi de 5 ans11. De même, une réduction adéquate de la RV réversible et fixe et une amélioration de la fonction RV chez les patients atteints de LHD pourraient être réalisées en quelques mois en déchargeant le ventricule gauche à l’aide de dispositifs d’assistance ventriculaire pulsatile et non pulsatile implantables 12,13,14. Actuellement, les mécanismes cellulaires et moléculaires qui conduisent au remodelage inverse dans la circulation pulmonaire et le myocarde RV ne sont pas clairs. Pourtant, leur compréhension peut fournir des informations importantes sur les voies physiologiques qui peuvent être exploitées thérapeutiquement pour inverser le remodelage vasculaire pulmonaire et RV dans PH-LHD et d’autres formes de PH.
Un modèle préclinique approprié qui reproduit adéquatement les caractéristiques physiopathologiques et moléculaires de PH-LHD peut être utilisé pour des études translationnelles dans l’insuffisance cardiaque congestive induite par surcharge de pression due à des bandes aortiques chirurgicales (AoB) chez le rat 4,15,16. Par rapport à une insuffisance cardiaque similaire due à une surcharge de pression dans le modèle murin de constriction aortique transversale (TAC)17, la bande de l’aorte ascendante au-dessus de la racine aortique chez les rats AoB ne produit pas d’hypertension dans l’artère carotide gauche car le site de bande est proximal de l’écoulement de l’artère carotide gauche de l’aorte. En conséquence, AoB ne provoque pas de lésion neuronale du côté gauche dans le cortex comme c’est caractéristique du TAC18, et qui peut affecter le résultat de l’étude. Comparés à d’autres modèles de rongeurs de PH-LHD induite chirurgicalement, les modèles de rats en général, et d’AoB en particulier, s’avèrent plus robustes, reproductibles et reproduisent le remodelage de la circulation pulmonaire caractéristique chez les patients atteints de PH-LHD. Dans le même temps, la létalité périopératoire est faible19. L’augmentation des pressions LV et le dysfonctionnement LV chez les rats AoB induisent le développement du PH-LHD, ce qui entraîne des pressions élevées du RV et un remodelage du RV. En tant que tel, le modèle de rat AoB s’est avéré extrêmement utile dans une série d’études antérieures menées par des groupes indépendants, y compris nous-mêmes, pour identifier les mécanismes pathologiques du remodelage vasculaire pulmonaire et tester les stratégies de traitement potentielles pour PH-LHD 4,15,20,21,22,23,24,25.
Dans la présente étude, le modèle de rat AoB a été utilisé pour établir une procédure chirurgicale de dégroupage aortique afin d’étudier les mécanismes de remodelage inverse dans le système vasculaire pulmonaire et le RV. Auparavant, des modèles de remodelage inverse du myocarde tels que le dégroupage aortique chez les souris26 et les rats27 ont été développés pour étudier les mécanismes cellulaires et moléculaires régulant la régression de l’hypertrophie ventriculaire gauche et tester les options thérapeutiques potentielles pour promouvoir le myocarde récupération. De plus, un nombre limité d’études antérieures ont exploré les effets du dégroupage aortique sur le PH-LHD chez le rat et ont montré que le dégroupage aortique pourrait inverser l’hypertrophie médiale dans les artérioles pulmonaires, normaliser l’expression de la pré-pro-endothéline 1 et améliorer l’hémodynamique pulmonaire27,28, fournissant des preuves de la réversibilité de l’HTP chez les rats atteints d’insuffisance cardiaque. Ici, les procédures techniques de la chirurgie de débandage sont optimisées et standardisées, par exemple en appliquant une trachéotomie au lieu d’une intubation endotrachéale ou en utilisant des clips en titane d’un diamètre intérieur défini pour le bandage aortique au lieu de sutures en polypropylène avec une aiguille émoussée26,27, permettant ainsi un meilleur contrôle des procédures chirurgicales, une reproductibilité accrue du modèle et un taux de survie amélioré.
D’un point de vue scientifique, l’importance du modèle de dégroupage PH-LHD ne réside pas seulement dans la démonstration de la réversibilité du phénotype cardiovasculaire et pulmonaire dans l’insuffisance cardiaque, mais plus important encore, dans l’identification des facteurs moléculaires qui déclenchent et / ou maintiennent le remodelage inverse dans les artères pulmonaires en tant que candidats prometteurs pour un ciblage thérapeutique futur.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ici, une technique chirurgicale détaillée pour le débandage aortique dans un modèle AoB de rat est rapportée qui peut être utilisée pour étudier la réversibilité de PH-LHD et les mécanismes cellulaires et moléculaires qui conduisent au remodelage inverse dans le système vasculaire pulmonaire et le RV. Trois semaines de constriction aortique chez les rats juvéniles entraînent une augmentation de la PH-LHD sous forme d’augmentation de la pression de la VL, d’hypertrophie de la VL et d’augmentation conc…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette recherche a été soutenue par des subventions du DZHK (Centre allemand de recherche cardiovasculaire) à CK et WMK, du BMBF (ministère allemand de l’Éducation et de la Recherche) à CK dans le cadre de VasBio, et à WMK dans le cadre de VasBio, SYMPATH et PROVID, et de la Fondation allemande pour la recherche (DFG) à WMK (SFB-TR84 A2, SFB-TR84 C9, SFB 1449 B1, SFB 1470 A4, KU1218/9-1 et 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 |
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