טכיקרדיה-Induced קרדיומיופתיה כמודל אי ספיקת לב כרונית, חזיר
Summary
כאן, אנו מציגים פרוטוקול לייצר טכיקרדיה-induced קרדיומיופתיה ב החזירים. מודל זה מייצג דרך חזק כדי ללמוד את ספיקת הדם של אי ספיקת לב כרונית מתקדמת ואת ההשפעות של טיפול יישומית.
Abstract
מודל יציבה ואמינה של אי ספיקת לב כרונית נדרש עבור ניסויים רבים כדי להבין את ספיקת הדם או כדי לבדוק את ההשפעות של שיטות טיפול חדשות. כאן, אנו מציגים מודל כזה על ידי שריר הלב-induced טכיקרדיה, אשר יכול להיות מיוצר על ידי הלב מהירה צועד על החזירים.
Pacing חוט transvenously הציג לתוך מלא מרדימים חזיר בריא, אל השיא של החדר הימני, מקובע. את הקצה השני מתבצע מינהור dorsally ואז הבין-חולייתיים באזור. שם, הוא מקושר אל יחידת קוצב הלב ששונה שבאתר הוא מושתל אז בכיס תת עורית.
לאחר 4-8 שבועות צועד חדרית מהירה במחירים של 200-240 פעימות לדקה, בדיקה גופנית גילתה סימנים של אי ספיקת לב חמורה – tachypnea, ספונטני סינוס טכיקרדיה, ועייפות. אקוקרדיוגרפיה ורנטגן הראתה התארכות של כל מחדרי הלב, הנוזלים בריאות, תפקוד קשות סיסטולי. ממצאים אלה תואמים היטב מפוצה קרדיומיופתיה, נשמרות גם לאחר הפסקת צועד.
מודל זה של קרדיומיופתיה טכיקרדיה-induced יכול לשמש לימוד הפתופיזיולוגיה של אי ספיקת לב כרונית מתקדמת, במיוחד והמודינמיקה השינויים שנגרמו על ידי הקדמה חדשה כמו מכני תומך במחזור הדם. מתודולוגיה זו הוא קל לביצוע, התוצאות לשחזור ועמיד.
Introduction
מגוון רחב של שיטות טיפול חדשות לאי ספיקת לב (HF), ובמיוחד גדל והולך ברחבי העולם השימוש מכני תומך במחזור הדם, בעיות ממברנה חמצון (לאקמו) הקלינית, הוא משקף בבדיקת ניסיונית פרה. המוקד העיקרי כבר על בגרימת שינויים שנגרמו על ידי הקדמה שנבדקו, כלומר על לחץ דם סיסטמי1, contractility שריר הלב, לחץ ושינויים נפח מחדרי הלב ולב עבודה2,3, זרימת הדם בעורקים מערכתית והיקפי העורקים, יחד עם פיצוי מטבולית4 – אזורי רקמה רוויה זלוף ריאתי, בדיקות גזים בדם. מחקרים אחרים מכוונים על השפעות ארוכות טווח של תמיכה במחזור הדם5, והמצוות דלקת או מופע של המוליזה. כל אלה סוגים של המחקר צריך biomodel יציבה של HF מוגדש.
רוב הניסויים שפורסם ב עזב חדרית (LV) ביצועים, ספיקת הדם של תמיכה מכנית במחזור הדם שנעשו על גרסאות ניסיוניות של7,6,2,HF אקוטי8 , 9 , 10, או אפילו על לבבות תקינה לחלוטין. מצד שני, הקלינית, תומך במחזור הדם מכני לעיתים קרובות להיות מיושמים במעמד של הדם ההחרפה שמתפתח בעילה בעבר בהווה מחלות לב כרוניות. במצבים כאלה, מנגנוני הסתגלות מפותחים לחלוטין והוא יכול לשחק תפקידים חשובים בעקביות של תוצאות שנמדדו על פי “חדות או כרוניות” של מחלות לב שבבסיס11. לכן, מודל יציב של HF כרוני יכול להציע תובנות חדשות מנגנונים הקשורים pathophysiological וספיקת הדם. למרות שיש סיבות מדוע השימוש של מודלים HF כרוני נדיר – הכנה זמן רב, חוסר היציבות של קצב הלב, שאלות אתיות, שיעור התמותה – היתרונות ברורים, כפי שהם מציעים נוכחות של הפעלת neurohumoral לטווח ארוך, הסתגלות מערכתית כללית, שינויים פונקציונליים של cardiomyocytes, והשינויים המבניים של הלב שריר ושסתומים12,13.
באופן כללי, הזמינות ואת מגוון הדגמים בעלי חיים המשמש ללימודי והמודינמיקה רחב, ומציע מגוון לצרכים ספציפיים רבים. לניסויים אלה, בעיקר חזירי, כלבים, ovine, או עם הגדרות קטנים יותר מאתר מודלים, מתבצעת שנבחרה והצעת סימולציה טובה של תגובות הגוף האנושי הצפוי14. יתר על כן, צורות של איבר ואיבר הניסויים נעשים תכופים יותר15. לחקות בצורה אמינה הפתופיזיולוגיה של HF, מחזור הדם הוא להיות באופן מלאכותי התדרדרה. פגיעה בלב יכול להיגרם באמצעות שיטות שונות, לעיתים קרובות או איסכמיה, הפרעה בקצב הלב, לחץ יתר, או cardiotoxic להשפעות של סמים, עם כל אלה מוביל להתדרדרות והמודינמיקה של המודל. כדי לייצר מודל אמיתי של HF כרונית, זמן חייב להינתן לפתח הסתגלות לטווח ארוך של האורגניזם כולו. מודל כזה אמין ויציב מיוצג על ידי קרדיומיופתיה הנוצרות על-ידי טכיקרדיה (טיק), אשר יכול להיות מיוצר על ידי הלב מהירה צועד בחיות ניסוי.
הוכח כי בלבבות במיטה, tachyarrhythmias הבלתי פוסקת לטווח ארוך יכול להוביל לבעיות סיסטולי, התרחבות עם תפוקת הלב ירד. התנאי המכונה טיק היה הראשון תיאר בשנת 191316, בשימוש נרחב ניסויים מאז 196217, והוא עכשיו הפרעה מוכרת היטב. מקורו יכול לשקר בסוגים שונים של הפרעות בקצב הלב – עשר והן טכיקרדיה חדרית יכולה להוביל הידרדרות הדרגתית של הפונקציה סיסטולית, התארכות biventricular מתקדמת סימנים קליניים של HF כולל מיימת, בצקות, עייפות , ועל ההחרפה הלב ובסופו של דבר שמוביל HF מסוף, ואם אינו מטופל, מוות.
תופעות דומות של דיכוי הדם נצפו על ידי החדרת בקצב גבוה לב צועד במודלים של בעלי חיים. במודל חזירי, קצב הלב פרפור או חדרית מעל 200 פעימות לדקה הוא חזק מספיק כדי לגרום בשלב הסופי HF בתקופה של 3-5 שבועות (שלב מתקדם) עם מאפיינים של טיק, על פי הבדלים interindividual קיימים18, 19. ממצאים אלה תואמים היטב מפוצה שריר הלב, ועל חשוב, נשמר גם לאחר הפסקת צועד (שלב כרונית)19,20,21,22, 23.
מודלים טיק חזירי, כלבים או ovine הוכנו שוב ושוב ללמוד הפתופיזיולוגיה של HF14, כמו שינויים בעירוי לחקות את המאפיינים של קרדיומיופתיה24. המאפיינים והמודינמיקה מתוארים היטב – מוגבר לחצים דיאסטולי חדרית, הלב ירד פלט, גברה ההתנגדות כלי דם מערכתית, התרחבות של שני החדרים. לעומת זאת, קיר היפרטרופיה לא נצפית בעקביות, קיר אפילו דליל תוארה על ידי כמה חוקרים25,26. עם התקדמות של מידות חדרית, regurgitation על שסתומי atrioventricular מפתחת26.
בפרסום זה, אנו מציגים פרוטוקול להפקת טיקים על-ידי צועד מהר הלב לטווח ארוך בחזיר. Biomodel הזה מייצג עוצמה פירושו ללמוד מפוצה קרדיומיופתיה מורחבת, ספיקת הדם של HF כרונית מתקדמת עם תפוקת הלב נמוך, ואת ההשפעות של טיפול יישומית.
Protocol
Representative Results
Discussion
HF כרונית היא בעיה בריאותית העיקריים התורם באופן משמעותי את התחלואה והתמותה. פתוגנזה והתקדמות של HF בבני אדם היא מורכבת, כך במודל חיה המתאים הוא קריטי כדי לחקור את המנגנונים המשמשת כבסיס, כדי לבדוק את הריפוי שמטרתן להפריע התקדמות המחלה חמורה מקורית. ללמוד פתוגנזה שלה, מודלים בעלי חיים גדולי?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי מענקי מחקר של אוניברסיטת קארל GA בבריטניה מס 538216 GA בבריטניה מס 1114213.
Materials
| Medication | |||
| midazolam | Roche | Dormicum | anesthetic |
| ketamine hydrochloride | Richter Gedeon | Calypsol | anesthetic |
| propofol | B.Braun | Propofol | anesthetic |
| cefazolin | Medochemie | Azepo | antibiotic |
| Silver Aluminium Aerosol | Henry Schein | 9003273 | tincture |
| povidone iodine | Egis Praha | Betadine | disinfection |
| morphine | Biotika Bohemia | Morphin 1% inj | analgetic |
| Tools | |||
| Metzenbaum scissors, lancet with #22 blade, DeBakey forceps, needle driver | basic surgical equipment | ||
| cauterizer | |||
| 2-0 Vicryl | Ethicon | V323H | absorbable braided suture |
| 2-0 Perma-Hand Silk | Ethicon | A185H | silk tie suture |
| 2-0 Prolene | Ethicon | 8433H | non-absorbable suture |
| Diagnostic devices | |||
| ESP C-arm | GE Healthcare | ESP | X-ray fluoro C-arm |
| Acuson x300 | Siemens Healthcare | ultrasound system | |
| Acuson P5-1 | Siemens Healthcare | echocardiographic probe | |
| Acuson VF10-5 | Siemens Healthcare | sonographic vascular probe | |
| 3PSB, 4PSB and 6PSB | Transonic Systems | perivascular flow probes | |
| TS420 | Transonic Systems | perivascular flow module | |
| TruWave | Edwards Lifesciences | T001660A | fluid-filled pressure transducer |
| 7.0F VSL Pigtail | Transonic Systems | pressure sensor catheter | |
| INVOS 5100C Cerebral/Somatic Oximeter | Somanetics/Medtronic | near infrared spectroscopy | |
| CCO Combo Catheter | Edwards Lifesciences | 744F75 | Swan-Ganz pulmonary artery catheter |
| Vigillace II | Edwards Lifesciences | VIG2E | cardiac output monitor |
| 7.0F VSL Pigtail | Transonic Systems | pressure-volume catheter | |
| ADV500 | Transonic Systems | pressure-volume system | |
| LabChart and PowerLab | ADInstruments | data acquisition and analysis system | |
| Prism 6 | GraphPad | statistical analysis software | |
| Pacing devices | |||
| ICS 3000 | Biotronic | 349528 | pacemaker programmer |
| ERA 3000 | Biotronic | 128828 | external pacemaker |
| Effecta DR | Biotronic | 371199 | dual-chamber pacemaker |
| Tendril STS | St. Jude Medical | 2088TC/58 | ventricular pacing lead |
| Lead permanent adapter | Osypka | Article 53422 | convergent "Y" connecting part |
| Lead permanent adapter | Osypka | Article 53904 | convergent "Y" connecting part |
| Tear-Away Introducer 7F | B.Braun | 5210593 | tear away introducer sheath |
| Split Cath Tunneler | medComp | AST-L | tunneling tool |
| infusion line | MPH Medical Devices | 2200045 | connecting line |
References
- Ostadal, P., et al. Direct comparison of percutaneous circulatory support systems in specific hemodynamic conditions in a porcine model. Circ Arrhythm Electrophysiol. 5 (6), 1202-1206 (2012).
- Ostadal, P., et al. Increasing venoarterial extracorporeal membrane oxygenation flow negatively affects left ventricular performance in a porcine model of cardiogenic shock. J Transl Med. 13, 266 (2015).
- Shen, I., et al. Left ventricular dysfunction during extracorporeal membrane oxygenation in a hypoxemic swine model. Ann Thorac Surg. 71 (3), 868-871 (2001).
- Hala, P., et al. Regional tissue oximetry reflects changes in arterial flow in porcine chronic heart failure treated with venoarterial extracorporeal membrane oxygenation. Physiol Res. 65 (Supplementum 5), S621-S631 (2016).
- Church, J. T., et al. Normothermic Ex-Vivo Heart Perfusion: Effects of Live Animal Blood and Plasma Cross-Circulation. ASAIO J. , (2017).
- Bavaria, J. E., et al. Changes in left ventricular systolic wall stress during biventricular circulatory assistance. Ann Thorac Surg. 45 (5), 526-532 (1988).
- Shen, I., et al. Effect of extracorporeal membrane oxygenation on left ventricular function of swine. Ann Thorac Surg. 71 (3), 862-867 (2001).
- Ostadal, P., et al. Novel porcine model of acute severe cardiogenic shock developed by upper-body hypoxia. Physiol Res. 65 (4), 711-715 (2016).
- Ostadal, P., et al. Noninvasive assessment of hemodynamic variables using near-infrared spectroscopy in patients experiencing cardiogenic shock and individuals undergoing venoarterial extracorporeal membrane oxygenation. J Crit Care. 29 (4), e611-e695 (2014).
- Mlcek, M., et al. Hemodynamic and metabolic parameters during prolonged cardiac arrest and reperfusion by extracorporeal circulation. Physiol Res. 61 (Suppl 2), S57-S65 (2012).
- Tarzia, V., et al. Extracorporeal life support in cardiogenic shock: Impact of acute versus chronic etiology on outcome. J Thorac Cardiovasc Surg. 150 (2), 333-340 (2015).
- Howard, R. J., Stopps, T. P., Moe, G. W., Gotlieb, A., Armstrong, P. W. Recovery from heart failure: structural and functional analysis in a canine model. Can J Physiol Pharmacol. 66 (12), 1505-1512 (1988).
- Moe, G. W., Armstrong, P. Pacing-induced heart failure: a model to study the mechanism of disease progression and novel therapy in heart failure. Cardiovasc Res. 42 (3), 591-599 (1999).
- Power, J. M., Tonkin, A. M. Large animal models of heart failure. Aust N Z J Med. 29 (3), 395-402 (1999).
- Trahanas, J. M., et al. Achieving 12 Hour Normothermic Ex Situ Heart Perfusion: An Experience of 40 Porcine Hearts. ASAIO J. 62 (4), 470-476 (2016).
- Gossage, A. M., Braxton Hicks, J. A. On auricular fibrillation. Quarterly Journal of Medicine. 6, 435-440 (1913).
- Whipple, G. H., Sheffield, L. T., Woodman, E. G., Theophilis, C., Friedman, S. Reversible congestive heart failure due to chronic rapid stimulation of the normal heart. Proceedings of the New England Cardiovascular Society. 20 (1), 39-40 (1962).
- Spinale, F. G., Grine, R. C., Tempel, G. E., Crawford, F. A., Zile, M. R. Alterations in the myocardial capillary vasculature accompany tachycardia-induced cardiomyopathy. Basic Res Cardiol. 87 (1), 65-79 (1992).
- Shinbane, J. S., et al. Tachycardia-induced cardiomyopathy: a review of animal models and clinical studies. J Am Coll Cardiol. 29 (4), 709-715 (1997).
- Moe, G. W., Stopps, T. P., Howard, R. J., Armstrong, P. W. Early recovery from heart failure: insights into the pathogenesis of experimental chronic pacing-induced heart failure. J Lab Clin Med. 112 (4), 426-432 (1988).
- Takagaki, M., et al. Induction and maintenance of an experimental model of severe cardiomyopathy with a novel protocol of rapid ventricular pacing. J Thorac Cardiovasc Surg. 123 (3), 544-549 (2002).
- Tomita, M., Spinale, F. G., Crawford, F. A., Zile, M. R. Changes in left ventricular volume, mass, and function during the development and regression of supraventricular tachycardia-induced cardiomyopathy. Disparity between recovery of systolic versus diastolic function. Circulation. 83 (2), 635-644 (1991).
- Schmitto, J. D., et al. Large animal models of chronic heart failure (CHF). J Surg Res. 166 (1), 131-137 (2011).
- Spinale, F. G., et al. Chronic supraventricular tachycardia causes ventricular dysfunction and subendocardial injury in swine. Am J Physiol. 259 (1 Pt 2), H218-H229 (1990).
- Chow, E., Woodard, J. C., Farrar, D. J. Rapid ventricular pacing in pigs: an experimental model of congestive heart failure. Am J Physiol. 258 (5 Pt 2), H1603-H1605 (1990).
- Howard, R. J., Moe, G. W., Armstrong, P. W. Sequential echocardiographic-Doppler assessment of left ventricular remodelling and mitral regurgitation during evolving experimental heart failure. Cardiovasc Res. 25 (6), 468-474 (1991).
- Roberts, F., Freshwater-Turner, D. Pharmacokinetics and anaesthesia. Contin Educ Anaesth Crit Care Pain. 7 (1), 25-29 (2007).
- Carter, B. S., Farrell, C., Owen, C. Microsurgical clip obliteration of middle cerebral aneurysm using intraoperative flow assessment. J Vis Exp. (31), (2009).
- Wolf, M., Ferrari, M., Quaresima, V. Progress of near-infrared spectroscopy and topography for brain and muscle clinical applications. J Biomed Opt. 12 (6), 062104 (2007).
- Mateu Campos, M. L., et al. Techniques available for hemodynamic monitoring. Advantages and limitations. Med Intensiva. 36 (6), 434-444 (2012).
- Baan, J., et al. Continuous measurement of left ventricular volume in animals and humans by conductance catheter. Circulation. 70 (5), 812-823 (1984).
- Ellenbroek, G. H., et al. Primary Outcome Assessment in a Pig Model of Acute Myocardial Infarction. J Vis Exp. (116), (2016).
- Townsend, D. Measuring Pressure Volume Loops in the Mouse. J Vis Exp. (111), (2016).
- van Hout, G. P., et al. Admittance-based pressure-volume loops versus gold standard cardiac magnetic resonance imaging in a porcine model of myocardial infarction. Physiol Rep. 2 (4), e00287 (2014).
- Kass, D. A., et al. Comparative influence of load versus inotropic states on indexes of ventricular contractility: experimental and theoretical analysis based on pressure-volume relationships. Circulation. 76 (6), 1422-1436 (1987).
- Glower, D. D., et al. Linearity of the Frank-Starling relationship in the intact heart: the concept of preload recruitable stroke work. Circulation. 71 (5), 994-1009 (1985).
- Hendrick, D. A., Smith, A. C., Kratz, J. M., Crawford, F. A., Spinale, F. G. The pig as a model of tachycardia and dilated cardiomyopathy. Lab Anim Sci. 40 (5), 495-501 (1990).
- Wyler, F., et al. The Gottinger minipig as a laboratory animal. 5. Communication: cardiac output, its regional distribution and organ blood flow (author’s transl). Res Exp Med (Berl). 175 (1), 31-36 (1979).
- Cruz, F. E., et al. Reversibility of tachycardia-induced cardiomyopathy after cure of incessant supraventricular tachycardia. J Am Coll Cardiol. 16 (3), 739-744 (1990).
- Umana, E., Solares, C. A., Alpert, M. A. Tachycardia-induced cardiomyopathy. Am J Med. 114 (1), 51-55 (2003).
- Dixon, J. A., Spinale, F. G. Large animal models of heart failure: a critical link in the translation of basic science to clinical practice. Circ Heart Fail. 2 (3), 262-271 (2009).
- Xanthos, T., et al. Baseline hemodynamics in anesthetized landrace-large white swine: reference values for research in cardiac arrest and cardiopulmonary resuscitation models. J Am Assoc Lab Anim Sci. 46 (5), 21-25 (2007).
- Little, W. C. Diastolic dysfunction beyond distensibility: adverse effects of ventricular dilatation. Circulation. 112 (19), 2888-2890 (2005).
- Montgomery, C., Hamilton, N., Ianuzzo, C. D. Effects of different rates of cardiac pacing on rat myocardial energy status. Mol Cell Biochem. 102 (2), 95-100 (1991).
- Qin, F., Shite, J., Mao, W., Liang, C. S. Selegiline attenuates cardiac oxidative stress and apoptosis in heart failure: association with improvement of cardiac function. Eur J Pharmacol. 461 (2-3), 149-158 (2003).
