אנו מציגים מודל לפורין זעיר פולשני של קצב לב ארוך טווח שניתן להשתמש בו לקצב מלאכותי ופיתוח אי ספיקת לב במחקרים פרה-קליניים.
מודלים של בעלי חיים של קצב לב מועילים לבדיקת מכשירים חדשניים, לחקר הפתופיזיולוגיה של קצב לב מלאכותי, ולחקר קרדיומיופתיה הנגרמת על ידי הפרעות קצב ואי ספיקת לב לאחר מכן. נכון לעכשיו, רק כמה מודלים כאלה זמינים, והם דורשים בעיקר משאבים נרחבים. אנו מדווחים על מודל ניסויי חדש של קצב לב ביונקים קטנים עם פוטנציאל לחקור אי ספיקת לב הנגרמת על ידי הפרעות קצב.
בשישה ארנבים לבנים מניו זילנד (משקל ממוצע: 3.5 ק”ג) בהרדמה כללית נותח אזור הצוואר והוכנס עופרת קצב אחת דרך וריד הצוואר החיצוני הימני. באמצעות הנחיה פלואורוסקופית, העופרת קודמה עוד יותר לקודקוד החדר הימני, שם היא יוצבה באמצעות קיבוע פסיבי. לאחר מכן חובר קוצב לב ונקבר בכיס תת עורי.
השתלת קוצב הלב הייתה מוצלחת עם ריפוי טוב; האנטומיה של הארנב חיובית למיקום העופרת. במהלך 6 חודשים של מעקב עם קצב לסירוגין, הפוטנציאל הממוצע החישה של שריר הלב היה 6.3 mV (מינימום: 2.8 mV, מקסימום: 12 mV), ועכבת העופרת הממוצעת שנמדדה הייתה 744 Ω (דקות: 370 Ω, מקסימום: 1014 Ω). סף הקצב היה בתחילה 0.8 וולט ± 0.2 וולט ונשאר יציב במהלך המעקב.
המחקר הנוכחי הוא הראשון שמציג קצב לב טרנסוורידי מוצלח במודל של יונקים קטנים. למרות הגודל ושבריריות הרקמות, מכשור בגודל אנושי עם התאמות יכול לשמש בבטחה לקצב לב כרוני, ולכן מודל חדשני זה מתאים לחקר התפתחות קרדיומיופתיה הנגרמת על ידי הפרעות קצב ופתופיזיולוגיה של אי ספיקת לב כתוצאה מכך.
במחקר אי ספיקת לב ופיתוח קצב לב, מודלים תרגומיים נדרשים לעתים קרובות לבדיקות פרה-קליניות1. יתר על כן, מכשירים, חומרים ושכלולי עופרת חדשניים צריכים להיבדק עבור הסיבוכים הפוטנציאליים שלהם לפני השימוש הקליני שלהם. לפיכך, מודלים של קצב לב יש מגוון רחב של יישומים, כולל ניתוח של קצב לב בקצב מלאכותי ואת המחקר של ההשפעות הפתופיזיולוגיות שלהם על תפקוד הלב 2,3. ניסויי קרדיומיופתיה הנגרמים על ידי קצב לב או טכיקרדיה יכולים להשתמש במודלים בגדלים שונים של בעלי חיים, עם התפתחות של אי ספיקת לב בתוך שבועות של קצב גבוה 1,3,4,5.
מחקרים קודמים דיווחו על שימוש במודלים של בעלי חיים גדולים – חזירים, כלבים ושחלתיים – ביישומים כאלה 2,3,6. עם זאת, זמינותם של דגמים אלה מוגבלת, והם דורשים משאבים נרחבים לניתוחים וטיפול בבעלי חיים. לעומת זאת, השימוש ביונקים קטנים יכול לתת מענה לחששות שהוזכרו לעיל, וכתוצאה מכך לשמש מודל מחקרי אופטימלי ובר השגה. עם זאת, מחקרי קצב לב על יונקים קטנים דווחו רק לעתים רחוקות, וזה יכול להיות בגלל האנטומיה העדינה שלהם, שבריריות הרקמות, וקצב גבוה יותר נדרש 7,8,9,10,11,12.
רק מודלים כירורגיים של מוליכי קצב מושתלים חלקית עם קוצבי לב חיצוניים11,12 או מכשירי קצב מיקרוסקופיים אלחוטיים 5,7,8,9 שימשו במחקרי קוצבי לב של יונקים קטנים, אך למיטב ידיעתנו, השימוש במערכות קוצב לב מושתלות במלואן, בגודל אנושי ותוך ורידי לא דווח עד כה. עדויות קודמות במודלים של לפורין מראות כי קצב לב מהיר לאורך שבועות מוביל לדיכאון שריר הלב11,12. מאמר זה מציג את המודל המעשי הראשון של יונקים קטנים, המדגים השתלה מוצלחת של קוצב לב בגודל אנושי בארנבות. המתודולוגיה המתוארת שואפת להציג מודל רלוונטי מבחינה קלינית של קצב הלב וניתן לתרגם אותה באופן הדוק למחקרים בבני אדם של קרדיומיופתיה הנגרמת מטכיקרדיה או קצב והפתופיזיולוגיה של אי ספיקת לב כתוצאה מכך 2,11,12.
למרות האילוצים הספציפיים שלהם, מודלים של יונקים קטנים מציעים יתרונות למחקר קליני13. עם מתודולוגיה מבוססת, מודלים של קצב לב יכולים לספק פלטפורמה אופטימלית לסימולציה של מגוון רחב של מחלות לב וכלי דם ומצבים פתולוגיים במחזור הדם 7,14 עם דרישות משאבים נמוכות משמעותית בהשוואה למודלים גדולים של בעלי חיים או ניסויים קליניים. מאמר זה מציג מודל חדשני וזעיר פולשני של קצב לב ארוך טווח בארנבים. על ידי ביצוע פרוטוקול זה, ניתן להשתמש במערכת קוצב לב אנושי מושתלת במלואה, בגודל מלא, כולל מוליך קצב באורך מלא, במודל יונק קטן.
בזמן השתלת קוצב הלב הצלחנו למקם את העופרת במיקום יציב ואופטימלי בקודקוד החדר הימני בכל בעלי החיים. פרמטרי הקצב שנמדדו באופן פולשני היו בטווח הנורמלי, בדומה לערכים הנפוצים בניסויים גדולים בבעלי חיים או ברפואה בבני אדם 2,3. פוטנציאל שריר הלב הממוצע הנמדד של 6.5 mV ± 1.9 mV בחדר הארנב הימני מזוהה בבירור על ידי קוצב לב מושתל סטנדרטי. סף הקצב המרבי שנמדד היה 2.5 וולט, עם משך גירוי של 0.4 מילישניות, והעכבה נשארה בטווח הנורמלי במהלך המעקב. בסך הכל, אלה מייצגים פרמטרים אופטימליים של קצב.
במהלך המעקב, פרמטרי הקצב אומתו באופן לא פולשני על ידי חקירת קוצב הלב המושתל, ופרמטרים אלה מסוכמים באיור 7, איור 9 וטבלה 1. החישה החדרית ועכבת העופרת לא הדגימו שינויים משמעותיים במשך 6 חודשים. למרות מגמת עלייה בסף הקצב הממוצע בכל הנבדקים, לא נצפו שינויים משמעותיים, המאפשרים לבצע את הקצב בבטחה לאורך כל המחקר. את התנודות הקטנות בפרמטרים של הקצב ניתן לייחס לתגובות דלקתיות מקומיות או פיברוזיס וניתן למתן אותן על ידי שימוש בחומרים פולטי סטרואידים. לשימוש במחקרי קצב ארוכי טווח, יש לעקוב אחר פרמטרי הקצב ולהתאים אותם לעתים קרובות.
בדיקת הדם לא הצביעה על דלקת מערכתית או אנמיה במהלך השבוע הראשון לאחר ההשתלה. ניתן לייחס את המגמה של ספירת טסיות מוגברת לפני ההליך ללחץ החריף שנגרם על ידי טיפול בבעלי חיים והרגעה, שכן הערכים נותרו יציבים במהלך המעקב. סיבוך חשש להשתלת קוצב לב הוא חדירת עופרת. במיוחד עם שבריריות של רקמות יונקים קטנים, חדירה יש לחשוד כאשר הפרמטרים קצב לשנות בפתאומיות, ויש להדגיש כי להוביל תמיד צריך להיות מניפולציה בזהירות לתוך המיקום הנכון שלה. צילום רנטגן יכול לאשר חדירת עופרת. זיהום חיידקי חריף הקשור למכשיר אלקטרוני מושתל לב (CIED) הוא סיבוך חמור נוסף התורם באופן משמעותי לשיעורי התמותה והתחלואה15. לכן, חשוב מאוד ללמוד חומרים חדשים, טכניקות קצב, ושכלולי עופרת כדי להפחית את שיעורי הזיהום ולהאריך את העמידות של מערכות הקצב. המתודולוגיה המוצגת מספקת מודל מתאים לבעלי חיים למחקר ניסויי חיוני כזה.
Ryu et al. גרמו קרדיומיופתיה עם אי ספיקת לב מתקדמת באמצעות מוליכי קצב פרוזדורים מושתלים בניתוח ומחולל דופק חיצוני12. באופן דומה, פרימן ועמיתיו הגיעו למסקנה כי קצב חדרי מתמשך מוביל לדיכאון שריר הלב בארנבים במשך 3-4 שבועות11. בשל קצב הלב המקומי הגבוה של בעלי חיים קטנים, קוצב הלב חייב להיות מסוגל לקצב תדרים סביב 300-400 פעימות לדקה כדי לשמור על קצב מלא. מכיוון שתדרי קצב גבוהים אלה מובילים לאי ספיקת לב מתקדמת במהלך שבועות11,12, מודל הלפורין המוצג הוא אופטימלי לפיתוח וחקירה של קרדיומיופתיה כתוצאה מכך. בהתחשב בגודלם, מודלים קטנים אלה אידיאליים עבור יישומים ספציפיים כגון הערכה של שינויים הומורליים או רקמות שריר הלב11,16. אקוקרדיוגרפיה יכולה לשמש גם כדי להעריך את הממדים ואת התכווצות הלב leporine12,17. לשם השוואה, למודלים גדולים יותר של אי ספיקת לב בבעלי חיים יש יתרונות אחרים, כגון האפשרות להערכה המודינמית פולשנית מפורטת, כולל הערכות מחזור הדם הכלילי או נפח לחץ2.
הבחירה הספציפית של מודל הלפורין למחקרי קצב התבססה על יתרונותיו המרובים. ארנבים סובלים את ההליך היטב, הם אחד היונקים הקטנים ביותר כדי להדגים את היכולת לקבל מערכת קוצב בגודל אנושי, ודורשים פריסה של פחות משאבים מאשר בעלי חיים גדולים אחרים. כמה מחברים18 מאמינים כי הפיזיולוגיה של יונקים קטנים עשויה שלא לשקף את זו של בני אדם, אך מצאנו כי פרמטרי הקצב שנצפו אצל יונקים קטנים אלה דומים למדי לאלה שנצפו אצל בני אדם או חיות גדולות 1,2,3,19, כלומר ניתן להשתמש בהם בקלות למחקר תרגומי.
במהלך מיקום העופרת והשתלת קוצב הלב במודל זה של יונקים קטנים, נתקלנו בדמיון לניסויים קודמים במודלים של בעלי חיים גדולים, אך יש לציין את ההבדלים המשמעותיים. רקמות Leporine הם שבירים, ואת כלי הדם ואת קירות החדר הם דקים. מניפולציה עדינה נחוצה במהלך כל ההליך; קצה העופרת צריך תמיד להיות לא נתמך על ידי הסטיילט, ולכן גמיש. במיוחד כאשר עוברים דרך הטבעת הטריקוספידית וממקמים את קצה העופרת לקודקוד החדר הימני, יש לבצע מניפולציה בזהירות רבה ובהנחיה פלואורוסקופית כדי למנוע פציעה. מיקום הקצה במקומות אחרים צריך להיות אפשרי גם. בדקנו את תוספתן פרוזדורים ימין ואת מיקומי דרכי זרימת החדרים עם פרמטרים פריפרוצדורליים אופטימליים, אך יציבות העופרת עשויה להיות מוגבלת, והנתונים הנוכחיים אינם יכולים לתמוך באתרי קצב חלופיים. הווריד הצווארי החיצוני של הארנב הוא בגודל מתאים להחדרת עופרת קצב אחת. אם מדובר בהשתלה של לידים מרובים, מומלץ להשתמש בבעל חיים גדול יותר.
קיבוע העופרת בטרבקולציה של שריר הלב בוצע באופן פסיבי עם גווני סיליקון בקצה העופרת. מניסיוננו, יש להימנע משימוש בקיבוע אקטיבי על ידי סליל המוברג לשכבת שריר הלב הדקה כדי למנוע פגיעה ברקמה עקב טמפונדה או דימום בחזה. למרות גודלו הקטן של החדר הימני של הארנב, זוג אלקטרודות הקצב במרווח של 25 מ”מ אפשרו תצורות חישה וקצב חד-קוטביות ודו-קוטביות (איור 10). זה יכול להציע צדדיות עבור מחקרי קצב לב.
בשל קצב הלב המקומי הגבוה של יונקים קטנים18, ניתן להשיג קצב רציף על ידי תכנות מותאם אישית של קוצב הלב המושתל. לחלופין, ניתן להשתמש בשיטה של שינוי פנימי פשוט של מערכת קצב משותפת המאושרת על ידי בני אדם כדי להשיג תדרי קצב בקצב גבוה, כפי שתואר בפירוט קודם לכן 2,20. אובדן הלכידה הוערך באמצעות פונקציית מחקר הקצב הלא פולשנית, שהיא גישה ייחודית המאפשרת בדיקה גם במצב של קצב לב מקומי גבוה. פרמטרי הקצב המדווחים נמדדו באופן קבוע. קוצב הלב המושתל היה מסוגל להקליט את החישה של פוטנציאלי שריר הלב ואת עכבת העופרת באופן אוטומטי ורציף, אך היה צורך למדוד את סף הקצב באופן ידני בשל קצב הלב המקורי הגבוה. לכן, אם נדרש קצב רציף, מומלץ לבצע הערכות תכופות כדי למנוע אובדן לכידה.
גוטרוף ועמיתיו דיווחו בעבר על שימוש בקוצבי לב אלחוטיים ממוזערים מאוד, נטולי סוללה במודלים של בעלי חיים קטנים7. בהשוואה למחקרים שלהם, השתלת קוצב לב בגודל אנושי המתוארת כאן מייצגת גישה שונה המספקת את האפשרות לבדיקות עופרת חדשניות, תרגום קרוב למחקר קליני, ויישומים רחבים יותר עם חומרים זמינים בדרך כלל. ג’ואו ועמיתיו הציגו את הפיתוח של קוצב לב מיניאטורי המיועד להשתלה מלעורית בלב העובר לטיפול בחסימה אטריובנטריקולרית. הם דיווחו על שימוש בניסויים בארנבים בוגרים כדי לאשר את ההיתכנות של מכשיר כזה9. אחרים דיווחו בעבר על היתרונות של אינטובציה ארנבת עבור הליכים פולשניים. בהתבסס על הניסיון שלנו, לגישה של שמירה על נשימה ספונטנית עם מסכת אורו-אף יש יתרונות נוספים עבור הליכים קצרים כאלה מכיוון שהיא ממזערת את הסיכון לסיבוכים הנגרמים על ידי מניפולציה של דרכי הנשימה. יתר על כן, ניתן גם למנוע פגיעות ריאה בלחץ.
למרות שפרוטוקול המחקר הוכן בקפידה והמספר הכולל של בעלי החיים שנכללו בו היה מספיק, יש להצביע על מספר מגבלות. גודלו הקטן של החדר הימני של הארנב לא איפשר מיקומי עופרת מרובים. למרות שניסינו לבדוק את המיקום של קצה העופרת במערכת זרימת החדר הימנית, יש לנו ידע מוגבל על יציבותו ואנו מצפים שהוא יהיה מוגבל למדי. מגמת עכבת הקצב הראתה ירידה בשבוע הראשון לאחר מיקום ההובלה. זה יכול להיות בגלל דלקת מקומית ופיברוזיס קל, אבל זמן קצר לאחר מכן, עכבת העופרת שוחזרה, ומגמה של יציבות נשמרה כל הזמן. במחקר זה נעשה שימוש במערכת קצב חד-קאמרית. במחקרים עתידיים יש לחקור גם את קידום זוג מוליכי הקצב דרך הווריד הצווארי החד-צדדי. למרות שזה לא נבדק במחקר זה, אנו מאמינים שניתן להכניס ולייצב מוליך שני באטריום הימני.
באופן כללי, מודלים של בעלי חיים של קצב הלב יש יישומים רבים במחקר לב וכלי דם. ראשית, קצב בתדרים גבוהים שאינם פיזיולוגיים במשך מספר שבועות מוביל לקרדיומיופתיה הנגרמת מטכיקרדיה, כפי שדווח בעבר, ומאפשר לימוד הפתופיזיולוגיה והטיפול באי ספיקת לב כרונית 2,3,11,12. יתר על כן, מחקר על חומרים מזוקקים וטכנולוגיות יכול להשתמש במודל leporine המוצג, אשר יכול להיות מוצע עבור מחקרי קצב לטווח בינוני. למיטב ידיעתנו, מחקר זה הוא הראשון שמדגים את היתרונות של מודל יונקים כה קטן לניסויים מורכבים בקצב הלב21. לסיכום, בעזרת המתודולוגיה המתוארת, ניתן להשתיל בהצלחה מערכת קצב בגודל אנושי ביונקים קטנים, למרות שבריריות הרקמה והאנטומיה העדינה. לאחר אימון, טכניקה זו ניתנת לשחזור בקלות, והיא מספקת בסיס למודלים של טכיקרדיה בקצב עם יישומים רחבים במחקר לב וכלי דם.
The authors have nothing to disclose.
המחברים מבקשים להודות על עצתם ועזרתם של מריה קים, יאנה בורטלובה, אלנה ארליחובה, מתיי חרצ’ובינה, לאוש טייקל, יאנה מישקובה וטרזה וובריקובה על השראתם, עבודתם ותמיכתם הטכנית. עבודה זו מומנה על ידי MH CZ-DRO (NNH, 00023884), מענק IG200501.
Medication | |||
atipamezole | Eurovet Animal Health, B.V. | Atipam | anesthetic |
buprenorphine | Vetoquinol | Bupaq | analgetic |
enrofloxacin | Krka | Enroxil | antibiotic |
isoflurane | Baxter | Aerrane | anesthetic |
ketamine hydrochloride | Richter Gedeon | Calypsol | anesthetic |
medetomidine | Orion Corp. | Domitor | anesthetic |
meloxicam | Cymedica | Melovem | analgetic |
povidone iodine | Egis Praha | Betadine | disinfection |
Silver Aluminium Aerosol | Henry Schein | 9003273 | tincture |
Surgical materials | |||
2-0 Perma-Hand Silk | Ethicon | A185H | silk tie suture |
2-0 Vicryl | Ethicon | V323H | absorbable braided suture |
4-0 Monocryl | Ethicon | MCP494G | monofilament |
BearHugger | 3M | BearHugger | heating pad |
cauterizer | |||
Metzenbaum scissors, lancet with #22 blade, DeBakey forceps, needle driver | basic surgical equipment | ||
sterile drapes | |||
Diagnostic devices | |||
Acuson VF10-5 | Siemens Healthcare | sonographic vascular probe | |
Acuson x300 | Siemens Healthcare | ultrasound system | |
ESP C-arm | GE Healthcare | ESP | X-ray fluoro C-arm |
Pacing devices | |||
400 | Medico | CAT400 | bipolar pacing lead |
Effecta DR | Biotronic | 371199 | implantable pacemaker |
ERA 3000 | Biotronic | 128828 | external pacemaker |
ICS 3000 | Biotronic | 349528 | pacemaker programmer |