Kirurgisk placering av katetrar för långsiktigt konditionsträning Testning i svin
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
Detta protokoll beskriver det kirurgiska ingreppet till kroniskt instrument svin och förfarandet att utöva svin på en motordriven löpband. Tidigt kardiopulmonell dysfunktion är svårt att diagnostisera, särskilt i djurmodeller, såsom hjärt-funktion mäts ofta invasivt, vilket kräver anestesi. Som många anestesimedel är cardiodepressive kan subtila förändringar i kardiovaskulär funktion maskeras. Däremot medger kronisk instrumentering för mätning av hjärt-funktion i vaket tillstånd, så att mätningar kan erhållas under lugna vila förhållanden, utan effekterna av anestesi och akut kirurgiskt trauma. Dessutom, när djuren är ordentligt utbildade, mätningar kan även erhållas under graderad löpband träning.
Flödessonder är placerade runt aortan eller pulmonalisartären för mätning av hjärtminutvolym och kring den vänstra främre nedåtgående kransartären för mätning av coronary blodflödet. Vätskefyllda katetrar implanteras i aortan, lungartären, vänster atrium, vänster ventrikel och den högra ventrikeln för tryckmätning och blodprovstagning. Dessutom är en 20 G kateter placerad i den främre inter ven att tillåta koronar venös blodprovstagning.
Efter en vecka av återhämtning, är svin placeras på en motordriven löpband, katetrarna är anslutna till tryck- och flödesmätare, och svin underkastas en fem-stegs progressiv träningsprotokoll, med varje steg varar tre minuter. Hemodynamiska signaler registreras kontinuerligt och blodprover tas under den sista 30 sekunder av varje övning skede.
Den stora fördelen med att studera kroniskt instrumenterade djur är att det tillåter seriell bedömning av hjärt-funktion, inte bara i vila men även under fysisk stress såsom motion. Dessutom kan hjärt-funktion bedömas upprepade gånger under sjukdomsutvecklingen ennd under kronisk behandling, vilket ökar statistisk styrka och därmed begränsa antalet djur som krävs för en studie.
Introduction
Adekvat hjärt-funktion är nödvändig för att förse kroppen med syre och näringsämnen, särskilt under förhållanden av ökad metabolisk efterfrågan som under träning 1. Hjärt svar på motion kännetecknas av ett antal anpassningar i hjärtfunktionen, dvs., En ökad hjärtfrekvens, kontraktilitet och slagvolym, och mikrovaskulära funktion, det vill säga, kärlvidgning i kärlbäddar levererar utövar muskler samt i lung kärl och kärlsammandragning i kärlbäddar levererar magtarmkanalen samt inaktiva muskler 1. Nedsatt fysisk kapacitet är ett tidigt kännetecken av hjärt dysfunktion, och hjärt motion tester används som en effektiv metod för att beskriva mellan hjärtdysfunktion, vaskulär dysfunktion och / eller lungdysfunktion hos patienter med nedsatt fysisk kapacitet 2. Tidig hjärt dysfunktion difficult att diagnostisera, särskilt i djurmodeller, såsom hjärt-funktion mäts ofta invasivt, vilket kräver anestesi, med många anestesimedel som besitter cardiodepressive egenskaper 3.
Kronisk instrumentering möjliggör mätning av hjärt-funktion i vaket tillstånd, och när djuren är helt anpassas till förhållandena i laboratoriet mätningar kan erhållas under lugna vila förhållanden utan effekterna av anestesi och akut kirurgiskt trauma. Dessutom, när djuren har lämplig utbildning, mätningar kan även erhållas under graderad löpband motion 4,5. Mer specifikt, vänster och höger kammarfunktion kan bedömas och relateras till myocardial perfusion, medan regleringen av vasomotoriska tonen i krans, systemisk och pulmonell mikro kan bestämmas. Användningen av vätskefyllda katetrar medger mätning av tryck samt ta blodprov utan att annonsditionella stress på djuren. En annan fördel med att studera kroniskt instrumenterade djur är att hjärt-övning test kan upprepas att tillåta användning av ett djur som sin egen kontroll, antingen under sjukdomsutveckling eller under kronisk behandling, vilket ökar statistisk styrka och därmed begränsa antalet djur som krävs för en studie .
Kardiopulmonell anatomi svin liknar nära den för människor och det är möjligt att inducera olika former av hjärt-lungsjukdomar, såsom diabetes 6, hjärtinfarkt 7, pulmonell hypertension 8,9 och pacing-inducerad hjärtsvikt 10,11. Dessutom storleken på svin tillåter kronisk instrumentering, och upprepad provtagning av tillräcklig mängd blod för att analysera inte bara blodgaser, utan också för att utföra neurohumorala mätningar och / eller för att söka efter biomarkers av sjukdomen.
Detta protokoll beskriver operationen används för att kroniskly instrument svin samt protokoll för att utöva svin på en motordriven löpband.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den aktuella studien beskriver operationen för kronisk instrumentering av svin samt protokoll för att utöva den instrumenterade svin på en motordriven löpband medan mätning hemodynamik och ta blodprov för mätning av syrehalten i arteriellt, blandad venös och koronar venöst blod.
Kritiska steg i protokollet
Det finns flera viktiga steg i protokollet som börjar redan under intubering förfarande. Tiopental (2.1.5) är en respiratorisk depressiv medel, därför kräver snabb i…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna studie stöddes av Nederländerna Heart Foundation 2000T038 (till DJ Duncker) bidrag 2000T042 (D. Merkus), Europeiska kommissionen FP7-Hälsa-2010 bidrag MEDIA-261.409 (till DJ Duncker och D. Merkus), Nederländerna Cardiovascular Research Initiative: den holländska Heart Foundation, den nederländska förbundet för University Medical Centers, Nederländerna organisationen för hälsoforskning och utveckling och Kungliga Nederländerna Academy of Sciences CVON- ARENA CVON 2011-11 (till DJ Duncker), CVON-PHAEDRA CVON2012-08 (D. Merkus) och CVON-RECONNECT CVON 2014-11 (till DJ Duncker och D. Merkus), Sophia Foundation (D. de Wijs-Meijler, D. Merkus och 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).
