Kirurgiska svin modell av kronisk kardiell ischemi behandlas av Off-Pump koronar Bypass kirurgi

Summary

Detta protokoll presenterar en kirurgisk stora djurmodell av kronisk, enda fartyg ischemi som resulterar i regionala avvikelser men skapar inte infarct, känd som viloläge myokardiet. Efter etableringen av kronisk ischemi behandlas djuren med off-pump LIMA-LAD koronar bypass kirurgi till revascularize den ischemiska vävnaden.

Abstract

Kronisk kardiell ischemi som försämrar hjärtfunktionen, men resulterar inte i infarct, kallas viloläge hjärtmuskeln (HM). En stor klinisk delmängd av kranskärlssjukdom (CAD) patienter har HM, som förutom att orsaka nedsatt funktion, sätter dem på högre risk för arytmi och framtida hjärthändelser. Standardbehandling för detta tillstånd är revaskularisering, men detta har visat sig vara en ofullkomlig behandling. Majoriteten av pre-klinisk hjärt forskning fokuserar på infarct modeller av kardiell ischemi, lämnar denna delmängd av kronisk ischemi patienter till stor del dålig. För att lösa denna lucka i forskning, har vi utvecklat en välkarakteriserad och mycket reproducerbara modell av hibernating hjärtmuskeln hos svin, svin är idealisk translationella modeller för mänskliga hjärtsjukdom. Förutom att skapa denna unika sjukdom modell, har vi optimerat en kliniskt relevant behandlingsmodell av koronar bypass kirurgi hos svin. Detta tillåter oss att noggrant studera effekterna av bypass-operationer på hjärtsjukdom, samt undersöka ytterligare eller alternativa terapier. Denna modell inducerar kirurgiskt enda fartyg stenos genom att implantera en constrictor på den vänstra främre fallande (LAD) artären i en ung gris. Takt med att grisen växer skapar constrictor en gradvis stenos, vilket resulterar i kronisk ischemi med regionala nedsatt, men bevara vävnad livskraft. Efter etableringen av hibernating myokardiet fenotypen utför vi off-pump koronar bypass kirurgi för att revascularize ischemisk regionen, härma den guld-standard behandlingen för patienter på kliniken.

Introduction

Kranskärlssjukdom (CHD) drabbar uppskattningsvis 15,5 miljoner människor i USA ¹ och är en av de ledande orsakerna till dödsfall globalt. Medan den dödligheten i samband med CHD har gått ned under de senaste åren, förbli incidens och bördan för patienter och hälso-och sjukvårdssystemet hög ¹. Primär behandling av svår CAD är revaskularisering, vilket förbättrar överlevnad och minskar angina^2,3,4. Dock hjärtfunktion ofta förblir deprimerad, särskilt under ökad belastning och kan utvecklas till hjärtsvikt^5,6. Kliniska prövningar av koronar bypass kirurgi (CABG) för kronisk ischemi Visa förbättring av överlevnad och symtom, men ejektionsfraktion visar endast blygsamma förbättringar av 8-10% ^7,8. Vår innovativa och välkarakteriserad svin modell av kronisk myokardischemi är en modell av kliniska CAD med progressiv vaskulär stenos. Vi har visat nedsatt myokardkontraktilitet som gradvis minskning i blod flöde ⁹. Myokardiet gör inte infarct och kan förbli livskraftig i det här fallet. Återhämtning är möjlig, även om utfallen är variabel även med snabb revaskularisering. Kroniskt ischemiska hjärtmuskeln som förblir livskraftig har präglats av minskat blodflöde och funktion i vila med balanserade kontraktila reserve har kallats HM och behandling kräver CABG. Även om revaskularisering av HM bör återställa kontraktila funktion, visar experimentella och kliniska observationer att återhämtningen är ofullständig^8,10.

HM kännetecknas av förekomsten av livskraftiga men dysfunktionella myokardiet i närvaro av minskade regionala blod flöde¹¹. Trots nedsatt kontraktilitet och metabolisk aktivitet i vila, HM är kunna påvisa funktionell och metabola reserv under inotrop stimulering¹². HM är misstänkt i en majoritet av patienter med CAD och omfattar ett brett spektrum av sjukdomar. I detta protokoll visar vi vår etablerade svin modell av HM kringgås med vänster inre mjölkkörtlar artär (LIMA) till LAD artär som härmar det kliniska scenariot. Svin ger en utmärkt modell för hjärtsjukdom över andra stora djur som de inte har epikardiell överbryggande säkerheter. Detta tillåter stenos av Gossen ensam för att resultera i regionala ischemi¹³.

Här beskriver vi den kirurgiska metoden inducera hibernating hjärtmuskeln hos svin genom att skapa singel-fartyget stenos vid LAD artären. När kronisk ischemi har fastställts (8 veckor efter implantatet LAD constrictor), beskriver vi metoden för att återskapa den kliniska behandlingen för HM i vår svin modell: en off-pump koronar bypass-operation. Dessa kirurgiska metoder kan användas för att inte bara studera en kliniskt relevant modell av kronisk kardiell ischemi, men också för att undersöka effekterna av bypass-operationer på kardiell ischemi samt testa potentiella alternativa eller understödjande terapier för kardiell ischemi.

Protocol

Alla djurstudier godkändes av institutionella djur vård och användning av kommittéer Minneapolis VA Medical Center och University of Minnesota. Följ aktuella National Institutes of Health riktlinjer för användning och skötsel av försöksdjur. 1. viloläge kirurgi Djur förberedelse Att skapa en modell av hibernating hjärtmuskeln, använda 5 – veckor gammal, kvinnlig, Yorkshire svin, som väger mellan 8-10 kg med 9,2 kg som medelvikten. För pre kirurgiska…

Representative Results

Efter den inledande viloläge operationen, bör stenos överstiger 70% kunna följas av kliniska avbildningstekniker såsom angiografi eller cardiac MRI (figur 1A). 8 veckor efter kirurgisk tillämpning av LAD constrictor, visar analys av regionala funktionen ECHO eller cardiac MRI nedsatt funktion under ökad belastning (figur 2). Detta kan testas genom att stimulera hjärtat med dobutamin (5mg/kg/min), och mät…

Discussion

Här visar vi att vår svin modell av HM exakt härmar den kliniska erfarenheten av patienter med enda fartyg sjukdom och bevarade vänsterkammarfunktionen. Före revaskularisering uppvisar djur med enda fartyg HM minimal försämring i global funktion mätt som ejektionsfraktion, men Visa betydande minskning av regionala vägg förtjockning. Efter revaskularisering visar CMR imaging på en eller tre månader av återhämtning bevarade livskraft och transplantat patency men ihållande regionala dysfunktion, som nämnts a…

Materials

Bair Hugger	3M	Model 505	Patient Warming system
SR Buprenorphine 10 mg/mL	Abbott Labs	NADA 141-434	Post operative Analgesic
Surgical Spring Clip	Applied Medical	A1801	Clamp end of LIMA after takedown
Arterial Line Kit	Arrow	ASK-04510-HF	Femoral catheter for blood pressure monitoring
1000mL 0.9% Sodium chloride	Baxter	2B1324X	IV replacement fluid
250 mL 0.9% saline	Baxter	UE1322D	Replacement IV Fluid
500mL 0.9% Sodium chloride	Baxter	2B1323Q	Drug delivery, Provide mist for Blower Mister
Flo-thru 1.0	Baxter	FT-12100	used to anastomos LIMA to L
Flo-thru 1.25	Baxter	FT-12125
Flo-thru 1.5	Baxter	FT-12150
Flo-thru 2.0	Baxter	FT-12200
Cloroprep	Becton Dickenson	260815	Surgical skin prep
Meloxicam	Boehringer Ingelheim Vetmedica, Inc.	0010-6013-01	NSAID for analgesia
Hypafix	BSN Medical	4210	Secure wound dressing and IV catheters
IV Tubing for Blower Mister	Carefusion	42493E	Adapts to IV Fluids for Blower/Mister
Bovie Cautery hand piece	Covidien	E2516	Hemostasis
Chest Tube	Covidien	8888561043	Evacuates air from chest cavity
Monopolar Cautery	Covidien	Valleylab FT10	Hemostasis
Telpha pad	Covidien	2132	Sterile wound dressing
4-0 Tevdek II Strands	Deknatel	7-922	Suture to secure constrictor around LAD
Propofol	Diprivan	269-29	Induction agent
long blade for laryngoscope	DRE	12521	Allows for visualization of trachea for intubation
ECG Pads	DRE	1496	Monitor heart rhythm
laryngoscope	DRE	12515
Anesthesia Machine + ventilator	DRE Drager- Fabius Tiro	DRE0603FT	Deliver Oxygen and inhalant to patient
5 Ethibond	Ethicon	MG46G	Suture
0 Vicryl	Ethicon	J208H	Suture
2-0 Vicryl	Ethicon	J317H	Suture
3-0 Vicryl	Ethicon	VCP824G	Suture
7-0 Prolene	Ethicon	M8702	Suture
Dermabond	Ethicon	DNX12	Skin adhesive
Ligaclips	Ethicon	MSC20	Surgical Staples for LIMA takedown
Sterile Saline 20 mL	Fisher Scientific	20T700220	Flush for IV catheters
Telazol 100 mg/mL	Fort Dodge	01L60030	Pre operative Sedative
Triple Antibiotic Ointment	Johnson & Johnson	23734	Topical over wound
6.0 mm ID endotracheal tube	Mallinckrodt	86049	Establish airway for Revasc,MRI and Termination
1" medical tape	Medline	MMM15271Z	Secure wound dressing and IV catheters
4.0 mm ID endotracheal tube	Medline	DYND43040	Establish airway for Hibernation
4.5 mm ID endotracheal tube	Medline	DYND43045	Establish airway for Hibernation
5.0 mm ID endotracheal tube	Medline	DYND43050	Establish airway for Hibernation
6.5 mm ID endotracheal tube	Medline	DYND43065	Establish airway for Revasc,MRI and Termination
7.0 mm ID endotracheal tube	Medline	DYND43070	Establish airway for Revasc,MRI and Termination
Bair Hugger Blanket -  Large size, underbody	Medline	AUG55501	Patient Warming system
Basic pack	Medline	DYNJP1000	Sterile drapes and table cover
Bone Wax	Medline	ETHW31G	Hemostasis of cut bone
Suction  tubing	Medline	DYND50223
Suction Container	Medline	DYNDCL03000
1 mL Syringe	Medtronic/Covidien	1188100777	Administer injectable agents
12 mL Syringe	Medtronic/Covidien	8881512878	Administer injectable agents
20 mL Syringe	Medtronic/Covidien	8881520657	Administer injectable agents
3 mL Syinge	Medtronic/Covidien	1180300555	Administer injectable agents
6  mL Syringe	Medtronic/Covidien	1180600777	Administer injectable agents
60 mL Syringe	Medtronic/Covidien	8881560125	Administer injectable agents
Blower Mister Kit	Medtronic/Covidien	22120	Clears surgical field for vessel anastomosis
Roncuronium	Mylan	67457-228-05	Neuromuscular blocking agent
# 40 clipper blade	Oster	078919-016-701	Remove hair from surgery sites
Hair Clipper	Oster	078566-011-002	Remove hair from surgery sites
Bupivicaine	Pfizer	00409-1161-01	Local Anesthetic
Cephazolin	Pfizer	00409-0805-01	Antibiotic
Heparin	Pfizer	0409-2720-03	anticoaggulant
Lidocaine 2%	Pfizer	00409-4277-01	Local Anesthetic/ antiarrthymic
Succinylcholine 20 mg/mL	Pfizer	00409-6629-02	Neuromuscular blocking agent
Anesthesia Monitor	Phillips  Intellivue	MP70	Supports ventilation with inhalant
Artificial Tears	Rugby	0536-1086-91	Lubricate eyes to prevent corneal drying
Buprenorphine 0.3 mg/mL	Sigma Aldrich	B9275	Pre operative Analgesic for survivial procedures
Isoflurane	Sigma Aldrich	CDS019936	General Anesthestic- Inhalant
36” Pressure monitoring tubing	Smith’s Medical	MX563	Connect art. Line  to transducer
48” Pressure monitoring tubing	Smith’s Medical	MX564	Connect art. Line  to transducer
Jelco 18 ga IV catheter	Smiths medical	4054	IV access in Revasc, MRI and Term
Jelco 20 ga IV catheter	Smiths medical	4059	IV access in the MRI
Jelco 22 ga  IV catheter	Smiths medical	4050	IV access in Hibernation Procedure
OPVAC Synergy II	Terumo Cardiovascular System	401-230	Heart positioner and Stabilizer
Sternal Saw/ Necropsy Saw	Thermo Fisher	812822	Used to open chest cavity
Delrin Constrictor	U of MN	Custom made	Creates stenosis of LAD
Oxygen Tank E cylinder	various	various	Used for Blower Mister if anesthesia machine doesn't have auxiliary flow meter
Pressure Transducer	various	Must adapt to anesthesia monitor	Monitor direct arterial pressures
Xylazine 100 mg/mL	Vedco	468RX	Pre operative Sedative/ analgesic