Kirurgisk Placering af Katetre til Langsigtet motionsture Afprøvning 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 protokol beskriver den kirurgiske procedure til kronisk instrument svin og proceduren for at udøve svin på en motordreven løbebånd. Tidlig kardiopulmonal dysfunktion er vanskelig at diagnosticere, især i dyremodeller, som kardiopulmonal funktion ofte måles invasivt, kræver anæstesi. Som mange anæstesimidler er cardiodepressive, kan subtile ændringer i kardiovaskulær funktion maskeres. I modsætning hertil kronisk instrumentering muliggør måling af kardiopulmonal funktion i vågen tilstand, således at der kan opnås målinger under rolige hviletilstande uden virkningerne af anæstesi og akut kirurgisk trauma. Endvidere, når dyrene er ordentligt uddannet, kan også fås målinger under gradueret løbebånd motion.
Flow prober placeres rundt om aorta eller lungepulsåren til måling af hjertets minutvolumen og omkring venstre forreste nedadgående kranspulsåre til måling af coronAry blodgennemstrømning. Væskefyldte katetre implanteres i aorta, pulmonal, venstre atrium, venstre ventrikel og højre ventrikel til trykmåling og blodprøveudtagning. Desuden er en 20 G kateter placeret i den forreste interventricular vene for at tillade koronar venøs blodprøvetagning.
Efter en uge med opsving, er svin placeret på en motordrevet løbebånd, katetrene er forbundet til tryk- og flowmålere, og svin udsættes for en fem-trins progressiv øvelse protokol, med hvert trin varer 3 min. Hæmodynamiske signaler registreres løbende og blodprøver er taget som sidste 30 sek af hver øvelse etape.
Den største fordel ved at studere kronisk instrumenterede dyr er at det giver seriel vurdering af kardiopulmonal funktion, ikke kun i hvile, men også under fysisk belastning såsom motion. Desuden kan kardiopulmonær funktion vurderes gentagne gange under sygdomsudvikling and under kronisk behandling, hvilket øger statistisk styrke og dermed begrænse antallet af dyr, der kræves for en undersøgelse.
Introduction
Tilstrækkelig hjerte-lunge funktion er afgørende for at forsyne kroppen med ilt og næringsstoffer, især under betingelser for øget metabolisk efterspørgsel såsom under øvelse 1. Den kardiopulmonal respons på motion er kendetegnet ved en række tilpasninger i hjertefunktion, dvs.., En stigning i hjertefrekvens, kontraktilitet og slagvolumen, og mikrovaskulære funktion, dvs. vasodilation i de vaskulære lejer leverer udøver muskler samt i den pulmonale kar, og vasokonstriktion i de vaskulære senge leverer det gastrointestinale system samt inaktive muskler 1. Nedsat fysisk funktionsevne er en tidlig kendetegnende for kardiopulmonal dysfunktion, og hjerte-motion test bruges som en effektiv metode til at afgrænse mellem hjertedysfunktion, vaskulær dysfunktion og / eller pulmonal dysfunktion hos patienter med nedsat fysisk funktionsevne 2. Tidlig kardiopulmonal dysfunktion er Difficult at diagnosticere, især i dyremodeller, som kardiopulmonal funktion ofte måles invasivt, kræver anæstesi, med mange anæstesimidler besidder cardiodepressive egenskaber 3.
Kronisk instrumentering giver mulighed for måling af hjerte-funktion i vågen tilstand, og når dyrene er fuldt tilpasset laboratoriebetingelserne målinger kan opnås under rolige hvilende forhold uden virkningerne af anæstesi og akut kirurgisk traume. Endvidere, når dyrene er behørigt uddannet, kan også fås målinger under gradueret løbebånd motion 4,5. Mere specifikt, venstre og højre ventrikel kan vurderes og relateres til myocardial perfusion, mens kan bestemmes regulering af vasomotoriske tone i den koronare, systemisk og pulmonær mikrocirkulationen. Brugen af væskefyldte katetre tillader måling af tryk samt tage blodprøver uden at pålægge annoncenelle stress på dyrene. En anden fordel ved at studere kronisk instrumenterede dyr er, at kardiopulmonal øvelse test kan gentages tillader anvendelse af et dyr som sin egen kontrol, enten under udvikling sygdom eller under kronisk behandling, hvilket øger statistisk styrke og dermed begrænse antallet af dyr, der kræves for en undersøgelse .
Kardiopulmonal anatomi svin ligner meget den for mennesker, og det er muligt at fremkalde forskellige former for kardiopulmonal sygdom, såsom diabetes 6, myokardieinfarkt 7, pulmonal hypertension 8,9 og pacing-induceret hjertesvigt 10,11. Desuden er størrelsen af svin tillader kronisk instrumentering, og gentagen blodprøvetagning af tilstrækkelig mængde til at analysere ikke blot blodgasser, men også at udføre neurohumorale målinger og / eller for at søge efter biomarkører for sygdom.
Denne protokol beskrives operationen anvendes til kroniskly instrument svin samt protokollen for udøvelse af svin på en motordreven løbebånd.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den foreliggende undersøgelse beskriver operation for kronisk instrumentering af svin samt protokollen for udøvelse af instrumenterede svin på en motordreven løbebånd under måling hæmodynamik og tager blodprøver til måling af iltindholdet i arterielt, blandet venøs og koronar veneblod.
Kritiske trin i protokollen
Der er flere kritiske trin i den protokol, der starter allerede under intubation procedure. Thiopental (2.1.5) er en respiratorisk depressiv middel, derfor kræver …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne undersøgelse blev støttet af Holland Heart Foundation tilskud 2000T038 (til DJ Duncker) tilskud 2000T042 (til D. Merkus), Europa-Kommissionen FP7-Sundhed-2010 tilskud MEDIA-261.409 (til DJ Duncker og D. Merkus), Holland Cardiovascular Research Initiative: den hollandske Heart Foundation, det hollandske forbund for University Medical Centers, Holland Organisation for Sundhedsforskning og Udvikling og Royal Netherlands Academy of Sciences CVON- ARENA CVON 2011-11 (til DJ Duncker), CVON-PHAEDRA CVON2012-08 (til D. Merkus) og CVON-tilslut CVON 2014-11 (til DJ Duncker og D. Merkus), Sophia Foundation (til 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).
