Induktion und Phänotypisierung der akuten Rechtsherzinsuffizienz in einem Großtiermodell der chronischen thromboembolischen pulmonalen Hypertonie

Summary

Wir stellen ein Protokoll vor, um eine akute Rechtsherzinsuffizienz in einem großen Tiermodell mit chronischer pulmonaler Hypertonie zu induzieren und zu phänotypisieren. Dieses Modell kann verwendet werden, um therapeutische Interventionen zu testen, Rechtsherzmetriken zu entwickeln oder das Verständnis der Pathophysiologie der akuten Rechtsherzinsuffizienz zu verbessern.

Abstract

Die Entwicklung einer akuten Rechtsherzinsuffizienz (ARHF) im Zusammenhang mit chronischer pulmonaler Hypertonie (PH) ist mit schlechten kurzfristigen Ergebnissen verbunden. Die morphologische und funktionelle Phänotypisierung des rechten Ventrikels ist im Rahmen der hämodynamischen Kompromittierung bei Patienten mit ARHF von besonderer Bedeutung. Hier beschreiben wir eine Methode zur Induktion von ARHF in einem zuvor beschriebenen Großtiermodell des chronischen PH und zum Phänotyp der rechtsventrikulären Funktion unter Verwendung der Goldstandardmethode (dh Druckvolumen-PV-Schleifen) und mit einer nicht-invasiven klinisch verfügbaren Methode (dh Echokardiographie). Chronischer pH-Wert wird bei Schweinen zunächst durch die Ligatur der linken Lungenarterie und die Embolie des rechten Unterlappens mit biologischem Klebstoff einmal wöchentlich für 5 Wochen induziert. Nach 16 Wochen wird ARHF durch sukzessive Volumenbelastung mit Kochsalzlösung induziert, gefolgt von einer iterativen Lungenembolie, bis das Verhältnis des systolischen Lungendrucks zum systemischen Druck 0,9 erreicht oder bis der systolische systemische Druck unter 90 mmHg sinkt. Die Hämodynamik wird mit der Dobutamininfusion (von 2,5 μg/kg/min bis 7,5 μg/kg/min) wiederhergestellt. PV-Schleifen und Echokardiographie werden während jeder Bedingung durchgeführt. Jede Bedingung benötigt etwa 40 Minuten für Induktion, hämodynamische Stabilisierung und Datenerfassung. Von 9 Tieren starben 2 unmittelbar nach einer Lungenembolie und 7 absolvierten das Protokoll, das die Lernkurve des Modells veranschaulicht. Das Modell induzierte einen 3-fachen Anstieg des mittleren Lungenarteriendrucks. Die PV-Loop-Analyse zeigte, dass die ventrikulo-arterielle Kopplung nach Volumenbelastung erhalten blieb, nach akuter Lungenembolie abnahm und mit Dobutamin wiederhergestellt wurde. Echokardiographische Aufnahmen ermöglichten es, rechtsventrikuläre Parameter der Morphologie und Funktion mit guter Qualität zu quantifizieren. Wir identifizierten rechtsventrikuläre ischämische Läsionen im Modell. Das Modell kann verwendet werden, um verschiedene Behandlungen zu vergleichen oder nicht-invasive Parameter der rechtsventrikulären Morphologie und Funktion im Kontext von ARHF zu validieren.

Introduction

Akute Rechtsherzinsuffizienz (ARHF) wurde kürzlich als ein schnell fortschreitendes Syndrom mit systemischer Stauung definiert, das sich aus einer gestörten rechtsventrikulären (RV) Füllung und / oder einer verminderten RV-Flussleistung ^ergibt1. ARHF kann bei verschiedenen Erkrankungen wie linksseitiger Herzinsuffizienz, akuter Lungenembolie, akutem Myokardinfarkt oder pulmonaler Hypertonie (PH) auftreten. Im Falle von PH ist der Beginn der ARHF mit einem 40%igen Risiko für eine kurzfristige Mortalität oder eine dringende Lungentransplantation ^{verbunden2,3,4}. Hier beschreiben wir, wie man ein großes Tiermodell von ARHF im Setting der chronischen pulmonalen Hypertonie erstellt und wie man den rechten Ventrikel mittels Echokardiographie und Druck-Volumen-Schleifen bewertet.

Zu den pathophysiologischen Merkmalen von ARHF gehören RV-Drucküberlastung, Volumenüberlastung, eine Abnahme der RV-Leistung, eine Erhöhung des zentralvenösen Drucks und / oder eine Abnahme des systemischen Drucks. Bei chronischer PH kommt es zu einer anfänglichen Zunahme der RV-Kontraktilität, die es ermöglicht, das Herzzeitvolumen trotz der Zunahme des pulmonalen Gefäßwiderstands zu erhalten. Daher kann der rechte Ventrikel im Rahmen von ARHF bei chronischem PH nahezu isosystemische Drücke erzeugen, insbesondere unter inotroper Unterstützung. Zusammengenommen führen ARHF bei chronischem PH und hämodynamische Wiederherstellung mit Inotropen zur Entwicklung akuter RV-ischämischer Läsionen, wie kürzlich in unserem Großtiermodell5 beschrieben. Der Anstieg der Inotrope erzeugt einen erhöhten energetischen Bedarf, der ischämische Läsionen weiter entwickeln und schließlich zur Entwicklung von Endorganfunktionsstörungen und schlechten klinischen Ergebnissen führen kann. Es gibt jedoch keinen Konsens darüber, wie Patienten mit ARHF auf PH behandelt werden sollen, hauptsächlich in Bezug auf Flüssigkeitsmanagement, Inotrope und die Rolle der extrakorporalen Kreislaufunterstützung. Folglich kann ein großes Tiermodell für akute Rechtsherzinsuffizienz dazu beitragen, präklinische Daten zum klinischen Management von ARHF bereitzustellen.

Als ersten Schritt zur Quantifizierung des Ansprechens auf die Therapie werden einfache und reproduzierbare Methoden zum Phänotyp des rechten Ventrikels benötigt. Bis heute gibt es keinen Konsens darüber, wie die Morphologie und Funktion von Patienten mit ARHF besser phänotypisiert werden kann. Die Goldstandardmethode zur Bewertung der RV-Kontraktilität (d.h. der intrinsischen Kontraktionsfähigkeit) und der ventrikulo-arteriellen Kopplung (d.h. der durch ventrikuläre Nachlast normalisierte Kontraktilität; ein Index der ventrikulären Anpassung) ist die Analyse von Druck-Volumen-Schleifen (PV). Diese Methode ist zweimal invasiv, da sie eine Katheterisierung des rechten Herzens und eine vorübergehende Verringerung der RV-Vorbelastung mit einem Ballon erfordert, der in die untere Hohlvene eingeführt wird. In der klinischen Praxis werden nicht-invasive und wiederholbare Methoden zur Beurteilung des rechten Ventrikels benötigt. Die kardiale Magnetresonanz (CMR) gilt als Goldstandard für die nicht-invasive Beurteilung des rechten Ventrikels. Bei Patienten mit ARHF unter chronischer PH, die auf der Intensivstation (ICU) behandelt werden, kann die Anwendung von CMR aufgrund des instabilen hämodynamischen Zustands des Patienten eingeschränkt sein; Darüber hinaus können wiederholte CMR-Auswertungen mehrmals täglich, auch nachts, aufgrund ihrer Kosten und begrenzten Verfügbarkeit eingeschränkt sein. Umgekehrt ermöglicht die Echokardiographie nicht-invasive, reproduzierbare und kostengünstige RV-Morphologie und Funktionsbewertungen bei Intensivpatienten.

Großtiermodelle sind ideal, um präklinische Studien durchzuführen, die sich auf die Beziehung zwischen invasiven hämodynamischen Parametern und nicht-invasiven Parametern konzentrieren. Die Anatomie des großen weißen Schweins ist dem Menschen nahe. Folglich sind die meisten der beim Menschen beschriebenen echokardiographischen Parameter bei Schweinen quantifizierbar. Zwischen Menschlichem und Schweineherz bestehen einige geringfügige Unterschiede, die bei echokardiographischen Studien berücksichtigt werden müssen. Schweine zeigen eine konstitutionelle Dextrokardie und eine leicht gegen den Uhrzeigersinn gerichtete Rotation der Herzachse. Dadurch wird die apikale 4-Kammer-Ansicht zu einer apikalen 5-Kammer-Ansicht und das Akustikfenster befindet sich unterhalb des Xiphoid-Blinddarms. Darüber hinaus befinden sich auf der rechten Seite des Brustbeins parasternale Achsansichten mit langen und kurzen Achsen.

Hier beschreiben wir eine neuartige Methode, um ARHF in einem großen Tiermodell des chronisch thromboembolischen PH zu induzieren und die Hämodynamik unter Verwendung von Dobutamin wiederherzustellen. Wir berichten auch über RV-ischämische Läsionen, die im Modell innerhalb von 2-3 Stunden nach hämodynamischer Wiederherstellung mit Dobutamin vorhanden sind. Darüber hinaus beschreiben wir, wie RV-PV-Schleifen und echokardiographische RV-Parameter bei jeder Bedingung erfasst werden können, um Einblicke in die dynamischen Veränderungen in der Morphologie und Funktion von RV zu erhalten. Da zuvor das Großtiermodell des chronisch thromboembolischen PH und die PV-Loop-Methoden beschrieben ^wurden6, werden diese Abschnitte kurz beschrieben. Außerdem berichteten wir über Ergebnisse von echokardiographischen Auswertungen, die in Schweinemodellen als potenziell schwierig angesehen werden. Wir werden die Methoden erklären, um eine wiederholte Echokardiographie im Modell zu erreichen.

Das in dieser Studie berichtete Modell von ARHF zur chronischen PH kann verwendet werden, um verschiedene therapeutische Strategien zu vergleichen. Die Methoden der RV-Phänotypisierung können in anderen großen Tiermodellen verwendet werden, die klinisch relevante Situationen wie akute Lungenembolie7, RV-Myokardinfarkt8, akutes Atemnotsyndrom9 oder Rechtsherzinsuffizienz im Zusammenhang mit linksventrikulärem ^Versagen10 oder linksventrikulärer mechanischer ^{Kreislaufunterstützung11 nachahmen}.

Protocol

Die Studie entsprach den Grundsätzen der Labortierpflege gemäß der National Society for Medical Research und wurde vom lokalen Ethikkomitee für Tierversuche im Hospital Marie Lannelongue genehmigt. 1. Chronische thromboembolische PH Induzieren Sie chronische thromboembolische PH wie zuvor beschrieben6,12. Kurz gesagt, induzieren Sie ein Modell der chronischen thromboembolischen pH-Werte bei etwa 20 kg großen we…

Representative Results

MachbarkeitWir beschreiben die Ergebnisse von 9 aufeinanderfolgenden Verfahren der ARHF-Induktion in einem zuvor berichteten CTEPH-Modell für Großtiere5. Die Dauer des Protokolls betrug etwa 6 Stunden, einschließlich Anästhesieinduktion, Installation, Gefäßzugang / Katheterplatzierungen, Induktion von Volumen- / Drucküberlastung und hämodynamischer Wiederherstellung, Datenerfassung und Euthanasie. Jede hämodynamische Erkrankung benöti…

Discussion

Wir beschreiben eine Methode, um wichtige pathophysiologische Merkmale von ARHF an chronischem PH in einem großen Tiermodell zu modellieren, einschließlich Volumen- und Drucküberlastung und hämodynamischer Wiederherstellung mit Dobutamin. Wir berichteten auch, wie man hämodynamische und bildgebende Daten erfasst, um die dynamischen Veränderungen des rechten Ventrikels bei jedem während des Protokolls erzeugten Zustand zu phänotypisieren. Diese Methoden können Hintergrunddaten liefern, um zukünftige Forschungspr…

Materials

Radiofocus Introducer II	Terumo	RS+B80K10MQ	catheter sheath
Equalizer, Occlusion Ballon Catheter	Boston Scientific	M001171080	ballon for inferior vena cava occlusion
Guidewire	Terumo	GR3506	0.035; angled
Vigilance monitor	Edwards	VGS2V	Swan-Ganz associated monitor
Swan-Ganz	Edwards	131F7	Swan-Ganz catheter 7 F; usable lenghth 110 cm
Echocardiograph; Model: Vivid 9	General Electrics	GAD000810 and H45561FG	Echocardiograph
Probe for echo, M5S-D	General Electrics	M5S-D	Cardiac ultrasound transducer
MPVS-ultra Foundation system	Millar	PL3516B49	Pressure-volume loop unit; includes a powerLab16/35, MPVS-Ultra PV Unit, bioamp and bridge amp and cables
Ventricath 507	Millar	VENTRI-CATH-507	conductance catheter
Lipiodol ultra-fluid	Guerbet	306 216-0	lipidic contrast dye
BD Insyte Autoguard	Becton, Dickinson and Company	381847	IV catheter
Arcadic Varic	Siemens	A91SC-21000-1T-1-7700	C-arm
Prolene 5.0	Ethicon	F1830	polypropilene monofil