Kirurgisk Plassering av katetre for langsiktig kardiovaskulær trening Testing i Swine
Summary
Here we present a protocol to assess cardiopulmonary function in awake swine, at rest and during graded treadmill exercise. Chronic instrumentation allows for repeated hemodynamic measurements uninfluenced by cardiodepressive anesthetic agents.
Abstract
Denne protokollen beskriver den kirurgiske prosedyren til kronisk instrument svin og fremgangsmåten til å utøve svin på en motordrevet tredemølle. Tidlig hjerte-dysfunksjon er vanskelig å diagnostisere, særlig i dyremodeller, som hjerte-funksjon blir ofte målt invasiv, krever anestesi. Som mange anestesimidler er cardiodepressive, kan subtile endringer i kardiovaskulær funksjon maskeres. I motsetning til dette, gir kronisk instrumentering for måling av hjerte-funksjon i våken tilstand, slik at målinger kan bli oppnådd under rolige hvilebetingelser, uten at effekten av anestesi og akutt kirurgisk traume. Videre, når dyrene er skikkelig trent, målinger kan også fås ved gradert tredemølle trening.
Flow sonder er plassert rundt aorta eller lungearterien for måling av blodsirkulasjon og rundt venstre fremre nedstigende koronararterie for måling av Coronær blodstrømmen. Væskefylte katetere er implantert i aorta, lungearterien, venstre forkammer, venstre ventrikkel og høyre ventrikkel for trykkmåling og blodprøvetaking. I tillegg er en 20 G kateter plassert i den fremre interventrikulære venen for å tillate koronar venøs blodprøvetaking.
Etter en uke med utvinning, er svin plassert på en motordrevet tredemølle, kateter er koblet til trykk- og strømningsmålere, og svin utsatt for en fem-trinns progressiv øvelse protokoll, med hvert trinn som varer 3 min. Hemodynamiske signaler kontinuerlig registreres og blodprøver blir tatt i løpet av de siste 30 sek av hver øvelse scenen.
Den store fordelen med å studere kronisk instrumenterte dyr er at det tillater serie vurdering av hjerte-funksjon, ikke bare i ro, men også under fysisk stress som trening. Videre kan hjerte-funksjon vurderes gjentatte ganger i løpet av sykdomsutviklingen ennd under kronisk behandling, og dermed øke statistisk kraft og dermed begrenser antallet dyr som er nødvendig for en undersøkelse.
Introduction
Tilstrekkelig hjerte-funksjon er viktig for å forsyne kroppen med oksygen og næringsstoffer, særlig under forhold med økt metabolske krav for eksempel under trening 1. Den hjerte reaksjon på mosjon er preget av en rekke tilpasninger i hjertefunksjon, altså., En økning i hjertefrekvens, kontraktilitet og slagvolum, og mikrovaskulær funksjon, dvs. vasodilatasjon i karsenger leverer trener muskler samt i lunge blodkar, og vasokonstriksjon i karsenger leverer mage-systemet samt inaktive muskler 1. Nedsatt arbeidskapasitet er en tidlig kjennetegn på hjerte-dysfunksjon, og hjerte-øvelse testing brukes som en effektiv metode for å avgrense mellom hjertedysfunksjon, vaskulær dysfunksjon og / eller nedsatt lungefunksjon hos pasienter med nedsatt arbeidskapasitet 2. Tidlig hjerte-dysfunksjon er difficult å diagnostisere, spesielt i dyremodeller, som hjerte-funksjon måles ofte invasiv, krever anestesi, med mange anestetika inneha cardiodepressive egenskaper 3.
Kronisk instrumentering gir mulighet for måling av hjerte-funksjon i våken tilstand, og når dyrene er fullt tilpasset laboratorieforhold målinger kan fås i henhold rolige hvilebetingelser uten effekten av anestesi og akutt kirurgisk traume. Videre, når dyrene er tilstrekkelig opplært, målinger kan også fås ved gradert tredemølle trening 4,5. Mer spesielt venstre og høyre ventrikkel funksjon kan bli vurdert og relatert til myokardial perfusjon, mens regulering av vasomotorisk tone i den koronare, systemisk og pulmonal mikrosirkulasjonen kan bestemmes. Bruken av væskefylte kateter muliggjør måling av trykk, så vel som å ta blodprøver uten å innføre annonsenelle stress på dyrene. En annen fordel med å studere kronisk instrumenterte dyr er at hjerte-øvelse tester kan bli gjentatt som tillater bruk av et dyr som sin egen kontroll, enten under sykdomsutvikling eller under kronisk behandling, og dermed øke statistisk kraft og dermed begrenser antallet dyr som er nødvendig for en undersøkelse .
Kardiopulmonal anatomi av svin ligner den hos mennesker, og det er mulig å indusere forskjellige former for hjerte- og karsykdommer, slik som diabetes 6, hjerteinfarkt 7, pulmonal hypertensjon 8,9 og pacing-indusert hjertesvikt 10,11. Videre, størrelsen av svin tillater kronisk instrumentering, og gjentatte blodprøvetaking av tilstrekkelig mengde til å analysere ikke bare blodgasser, men også for å utføre neurohumoral målinger og / eller for å søke etter biomarkører for sykdom.
Denne protokollen beskriver operasjonen benyttes for å kroniskly instrument svin, så vel som protokollen for utøvelse av svin på en motordrevet tredemølle.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den foreliggende studien beskriver operasjonen for kronisk instrumentering av svin, så vel som protokollen for utøvelse av instrumenterte svin på en motordrevet tredemølle mens måling hemodynamikk og å ta blodprøver for måling av oksygeninnholdet i arterielt, blandet venøs og koronar veneblod.
Kritiske trinn i protokollen
Det er flere kritiske trinn i protokollen som starter allerede under intubasjon prosedyren. Thiopental (2.1.5) er en luftveis depressiv agent, derfor krever…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne studien ble støttet av Nederland Heart Foundation stipend 2000T038 (til DJ Duncker) stipend 2000T042 (til D. Merkus), EU-kommisjonen FP7-Helse-2010 stipend MEDIA-261409 (til DJ Duncker og D. Merkus), Nederland Cardiovascular Research Initiative: den nederlandske Heart Foundation, den nederlandske Federation for University Medical Centers, Nederland Organisasjonen for helseforskning og utvikling og Royal Netherlands Academy of Sciences CVON- ARENA CVON 2011-11 (til DJ Duncker), CVON-PHAEDRA CVON2012-08 (til D. Merkus) og CVON-KOBLE CVON 2014-11 (til DJ Duncker og D. Merkus), Sophia Foundation (D. de Wijs-Meijler, D. Merkus og IKM Reiss).
Materials
| 3-way stopcocks | B. Braun | 16496 | |
| Perfusor lines PVC (DEHP-free) 150cm/2.6ml | B. Braun | 8722960 | Used for fluid filled catheters |
| “python “ silicontubing | Rubber BV | 1757 ID 1mm, OD 2mm | Used for fluid filled catheters |
| Sodium Chloride 0.9% | Baxter | TKF7124 | |
| Glucose 10% | Baxter | WE0163 | |
| Suction device | |||
| Slim-Line electrosurgical pencil with 2 buttons | ERBE ELEKTROMEDIZIN GMBH | 20190-066 | |
| Servo Ventilator SV900C | Siemens-Elema AB | ||
| Laryngoscoop | Vererinary Technics Int. | 11.02.47 | |
| Sterile surgical gloves | |||
| tie-on surgical mask | 3M | 1818FS | |
| surgical hat | Klinidrape | 621301 | |
| Procedure pack | Molnlycke Health Care | 97027809 | Surgical drape, gauze pads, syringes, beaker etc |
| Droptears | Alcon | 288-28282-01 | |
| Betadine scrub 75mg/ml Povidone-iodine | Meda Pharma BV | RVG08939 | |
| Betadine solution 100mg/ml Povidone-iodine | Meda Pharma BV | RVG01331 | |
| Cuffed Endotracheal tube | Emdamed | size depends on animal size | |
| Breathing filter Hyrdo therm 3HME | Intersurgical | 1560000 | |
| Laryngoscope Handle+ Miller blade size 4 | Kawe Germany | ||
| Manual resuscitator- Combibag | Weinmann | 6515-12-313-5596 | |
| Perivascular flow probe 3PS | Transonic | For coronary artery; Size 2.5-4 mm depending on animal size | |
| Confidence flow probe | Transonic | For aorta/pulmonary artery, 16-20 mm; size depends on animal size | |
| Venflon-Venisystem 20Gx 32 mm | BD | 393224 | For coronary venous catheter |
| Blunt Needle 18G | For coronary venous catheter | ||
| Tygon Tubing | Rubber BV | 2802 ID 0.8mm (1/32’’), OD 2.4mm (3/32’’) | For coronary venous catheter |
| Suction Handle 17 cm 6 6/8 " Coupland 18/8 martinit with tube connector | KLS Martin Group | 18-575-24 | |
| Scalple blade | |||
| Scalpel Handle 13.5 cm 5 3/8 " Stainless Steel solid | KLS Martin Group | 10-100-04 | |
| Vascular Forceps 20.2 cm 8 " De Bakey Stainless Stee | KLS Martin Group | 24-388-20 | ± 14 cm |
| Dressing Forceps 17 cm 6 6/8 " Cushing Stainless Steel | KLS Martin Group | 12-189-17 | ± 18 cm |
| halsted-musquito straight 12.5cm – 5" | Rudolf Medical | RU-3100-13 | ± 12 cm |
| halsted-musquito curved 12.5cm – 5" | Rudolf Medical | RU-3101-12 | ± 12 cm |
| Dissecting and Ligature Forceps 13 cm 5 1/8 " Gemini Stainless Steel | KLS Martin Group | 13-451-13 | ± 12 cm |
| Dissecting and Ligature Forceps 18.5 cm 7 2/8 " Schnidt Stainless Steel | KLS Martin Group | 13-363-18 | |
| Rib Retractor Finochietto, Baby Aluminium – | KLS Martin Group | 24-162-01 | |
| suture forceps Mayo-Hegar 3mm 18cm – 7" | Rudolf Medical | RU-6050-18 | |
| Metchenbaum blunt curved 14,5cm – 5(3/4)" | Rudolf Medical | RU-1311-14M | |
| Retrector farabeuf 12cm – 4 (3/4)" | Rudolf Medical | RU-4497-12 | |
| Towel forceps schrädel curved 9cm – 3,5" | Rudolf Medical | RU-3550-09 | |
| surgical scissors blunt 13cm – 5" | Rudolf Medical | RU-1001-13 | |
| Gauzes Cutisoft 10 x 10 cm 4-ply | BSN Medical | 45846-00 | |
| Gauzes Cutisoft 5 x 5 cm 4-ply | BSN Medical | 45844-00 | |
| Flowmeter -CM2 / SF2 – 2gas (O2 and Air) | UNO BV | 180000008 | |
| Tec 7 Vaporizer | Datex-Ohmeda | ||
| Acederm wound spay | Ecuphar NV | ||
| Vaseline Album | Bufa | 165313 | |
| silkam 3-0 Natural silk, non-absorbable | B. Braun | F 1134043 | sutures for placement of catheters |
| silkam 2-0 Natural silk, non-absorbable | B. Braun | F 1134051 | sutures for muscular approximation |
| dagrofil 3-0 Polyester, non-absorbable | B. Braun | C 0842478 | sutures for fluid fille catheters after tunneling |
| Vicryl rapide 3-0, 1×45 cm FS2, V2930G | Daxtrio medische producten | 15560 | sutures for electrical catheters after tunneling |
| Vitafil 6 USP | SMI | 6080 | Ties |
| Syringes | 10 ml and 2.5 ml | ||
| Heparin LEO (heparin sodium) | LEO Pharma A/S | ||
| Zoletil | Virbac | tiletamine / zolazepam | |
| Sedazine | AST farma | 108855 | xylazine |
| Temgesic | RB Pharmaceuticals | 5429 | buprenorphine |
| Tensogrip | BSN Medical | 71522-00 | elastic vest |
References
- Laughlin, M. H., et al. Peripheral circulation. Compr Physiol. 2, 321-447 (2012).
- Datta, D., Normandin, E., ZuWallack, R. Cardiopulmonary exercise testing in the assessment of exertional dyspnea. Ann Thorac Med. 10, 77-86 (2015).
- Vatner, S. F., Braunwald, E. Cardiovascular control mechanisms in the conscious state. N Engl J Med. 293, 970-976 (1975).
- Duncker, D. J., Bache, R. J. Regulation of coronary blood flow during exercise. Physiol Rev. 88, 1009-1086 (2008).
- Tune, J. D., Gorman, M. W., Feigl, E. O. Matching coronary blood flow to myocardial oxygen consumption. J Appl Physiol. 97 (1985), 404-415 (2004).
- van den Heuvel, M., et al. Coronary microvascular dysfunction in a porcine model of early atherosclerosis and diabetes. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 302, H85-H94 (2012).
- Zhou, Z., et al. Pulmonary vasoconstrictor influence of endothelin in exercising swine depends critically on phosphodiesterase 5 activity. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 306, L442-L452 (2014).
- Pereda, D., et al. Swine model of chronic postcapillary pulmonary hypertension with right ventricular remodeling: long-term characterization by cardiac catheterization, magnetic resonance, and pathology. J Cardiovasc Transl Res. 7, 494-506 (2014).
- Mercier, O., et al. Endothelin A receptor blockade improves regression of flow-induced pulmonary vasculopathy in piglets. J Thorac Cardiovasc Surg. 140, 677-683 (2010).
- Spinale, F. G., et al. Chronic supraventricular tachycardia causes ventricular dysfunction and subendocardial injury in swine. Am J Physiol. 259, H218-H229 (1990).
- Yarbrough, W. M., Spinale, F. G. Large animal models of congestive heart failure: a critical step in translating basic observations into clinical applications. J Nucl Cardiol. 10, 77-86 (2003).
- Duncker, D. J., Stubenitsky, R., Verdouw, P. D. Autonomic control of vasomotion in the porcine coronary circulation during treadmill exercise: evidence for feed-forward beta-adrenergic control. Circ Res. 82, 1312-1322 (1998).
- Stubenitsky, R., Verdouw, P. D., Duncker, D. J. Autonomic control of cardiovascular performance and whole body O2 delivery and utilization in swine during treadmill exercise. Cardiovasc Res. 39, 459-474 (1998).
- Zhou, Z., et al. Phosphodiesterase-5 activity exerts a coronary vasoconstrictor influence in awake swine that is mediated in part via an increase in endothelin production. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 306, H918-H927 (2014).
- Gross, D. R. . Animal Models in Cardiovascular Research. , (2009).
- Merkus, D., Duncker, D. J. Perspectives: Coronary microvascular dysfunction in post-infarct remodelled myocardium. Eur Heart J Suppl. 16, A74-A79 (2014).
- de Beer, V. J., de Graaff, H. J., Hoekstra, M., Duncker, D. J., Merkus, D. Integrated control of pulmonary vascular tone by endothelin and angiotensin II in exercising swine depends on gender. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 298, H1976-H1985 (2010).
- Lautt, W. W. Resistance or conductance for expression of arterial vascular tone. Microvasc Res. 37, 230-236 (1989).
- Merkus, D., et al. Phosphodiesterase 5 inhibition-induced coronary vasodilation is reduced after myocardial infarction. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 304, H1370-H1381 (2013).
- Heusch, G. The paradox of alpha-adrenergic coronary vasoconstriction revisited. J Mol Cell Card. 51, 16-23 (2011).
- Merkus, D., Houweling, B., van den Meiracker, A. H., Boomsma, F., Duncker, D. J. Contribution of endothelin to coronary vasomotor tone is abolished after myocardial infarction. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 288, H871-H880 (2005).
- Haitsma, D. B., et al. Minimal impairment of myocardial blood flow responses to exercise in the remodeled left ventricle early after myocardial infarction, despite significant hemodynamic and neurohumoral alterations. Cardiovasc Res. 52, 417-428 (2001).
- Bender, S. B., van Houwelingen, M. J., Merkus, D., Duncker, D. J., Laughlin, M. H. Quantitative analysis of exercise-induced enhancement of early- and late-systolic retrograde coronary blood flow. J Appl Physiol. 108 (3), 507-514 (2010).
