Induzione e fenotipizzazione dell'insufficienza cardiaca destra acuta in un modello animale di ipertensione polmonare tromboembolica cronica

Summary

Presentiamo un protocollo per indurre e fenotipizzare un’insufficienza cardiaca destra acuta in un modello animale di grandi dimensioni con ipertensione polmonare cronica. Questo modello può essere utilizzato per testare interventi terapeutici, per sviluppare metriche cardiache giuste o per migliorare la comprensione della fisiopatologia acuta dell’insufficienza cardiaca destra.

Abstract

Lo sviluppo di insufficienza cardiaca destra acuta (ARHF) nel contesto dell’ipertensione polmonare cronica (PH) è associato a scarsi esiti a breve termine. La fenotipizzazione morfologica e funzionale del ventricolo destro è di particolare importanza nel contesto della compromissione emodinamica nei pazienti con ARHF. Qui, descriviamo un metodo per indurre ARHF in un modello animale di grandi dimensioni precedentemente descritto di PH cronico e al fenotipo, dinamicamente, funzione ventricolare destra usando il metodo gold standard (cioè loop PV pressione-volume) e con un metodo clinicamente disponibile non invasivo (cioè ecocardiografia). Il PH cronico viene indotto per la prima volta nei suini dalla legatura dell’arteria polmonare sinistra e dall’embolia del lobo inferiore destro con colla biologica una volta alla settimana per 5 settimane. Dopo 16 settimane, l’ARHF è indotto da un successivo carico di volume utilizzando soluzione salina seguita da embolia polmonare iterativa fino a quando il rapporto tra la pressione polmonare sistolica e la pressione sistemica raggiunge 0,9 o fino a quando la pressione sistemica sistolica diminuisce al di sotto di 90 mmHg. L’emodinamica viene ripristinata con l’infusione di dobutamina (da 2,5 μg/kg/min a 7,5 μg/kg/min). I loop fotovoltaici e l’ecocardiografia vengono eseguiti durante ogni condizione. Ogni condizione richiede circa 40 minuti per l’induzione, la stabilizzazione emodinamica e l’acquisizione dei dati. Su 9 animali, 2 sono morti subito dopo l’embolia polmonare e 7 hanno completato il protocollo, che illustra la curva di apprendimento del modello. Il modello ha indotto un aumento di 3 volte della pressione media dell’arteria polmonare. L’analisi PV-loop ha mostrato che l’accoppiamento ventricolo-arterioso è stato preservato dopo il carico di volume, diminuito dopo embolia polmonare acuta ed è stato ripristinato con dobutamina. Le acquisizioni ecocardiografiche hanno permesso di quantificare i parametri ventricolari giusti di morfologia e funzione con buona qualità. Abbiamo identificato lesioni ischemiche ventricolari destre nel modello. Il modello può essere utilizzato per confrontare diversi trattamenti o per convalidare parametri non invasivi della morfologia e della funzione ventricolare destra nel contesto dell’ARHF.

Introduction

L’insufficienza cardiaca destra acuta (ARHF) è stata recentemente definita come una sindrome rapidamente progressiva con congestione sistemica derivante da un riempimento ventricolare destro (RV) alterato e/o da una ridotta uscita del flusso ^RV1. L’ARHF può verificarsi in diverse condizioni come insufficienza cardiaca sinistra, embolia polmonare acuta, infarto miocardico acuto o ipertensione polmonare (PH). Nel caso del PH, l’esordio dell’ARHF è associato a un rischio del 40% di mortalità a breve termine o di trapianto polmonare ^urgente2,3,4. Qui, descriviamo come creare un grande modello animale di ARHF nel contesto dell’ipertensione polmonare cronica e come valutare il ventricolo destro usando l’ecocardiografia e i loop pressione-volume.

Le caratteristiche fisiopatologiche dell’ARHF includono il sovraccarico di pressione del camper, il sovraccarico del volume, una diminuzione della uscita del camper, un aumento della pressione venosa centrale e / o una diminuzione della pressione sistemica. Nel PH cronico, c’è un aumento iniziale della contrattilità del camper che consente di preservare la gittata cardiaca nonostante l’aumento della resistenza vascolare polmonare. Pertanto, nel contesto dell’ARHF sul PH cronico, il ventricolo destro può generare pressioni quasi isosistematiche, in particolare sotto supporto inotropo. Nel loro insieme, l’ARHF sul PH cronico e il ripristino emodinamico con inotropi portano allo sviluppo di lesioni ischemiche acute del RV, come recentemente descritto nel nostro modello animale di grandi ^dimensioni5. L’aumento degli inotropi crea un aumento della domanda energetica che può sviluppare ulteriormente lesioni ischemiche e infine portare allo sviluppo di disfunzioni dell’organo terminale e scarsi risultati clinici. Tuttavia, non vi è consenso su come gestire i pazienti con ARHF su PH, principalmente per quanto riguarda la gestione dei liquidi, gli inotropi e il ruolo del supporto circolatorio extracorporeo. Di conseguenza, un modello animale di grandi dimensioni di insufficienza cardiaca destra acuta può aiutare a fornire dati pre-clinici sulla gestione clinica dell’ARHF.

Come primo passo per quantificare la risposta alla terapia, sono necessari metodi semplici e riproducibili per fenotipare il ventricolo destro. Ad oggi, non c’è consenso su come migliorare il fenotipo della morfologia e della funzione del camper dei pazienti con ARHF. Il metodo gold standard per valutare la contrattilità RV (cioè la capacità intrinseca di contrarsi) e l’accoppiamento ventricolo-arterioso (cioè la contrattilità normalizzata dal postcarico ventricolare; un indice di adattamento ventricolare) è l’analisi dei loop pressione-volume (PV). Questo metodo è due volte invasivo perché richiede il cateterismo cardiaco destro e una riduzione transitoria del precarico RV utilizzando un palloncino inserito nella vena cava inferiore. Nella pratica clinica sono necessari metodi non invasivi e ripetibili per valutare il ventricolo destro. La risonanza magnetica cardiaca (CMR) è considerata il gold standard per la valutazione non invasiva del ventricolo destro. Nei pazienti con ARHF con PH cronico che sono gestiti in unità di terapia intensiva (ICU), l’uso di CMR può essere limitato a causa della condizione emodinamica instabile del paziente; inoltre, le valutazioni ripetute della CMR, più volte al giorno, anche di notte, possono essere limitate a causa del suo costo e della sua limitata disponibilità. Al contrario, l’ecocardiografia consente valutazioni morfologiche e funzionali del camper non invasive, riproducibili e a basso costo nei pazienti in terapia intensiva.

I modelli animali di grandi dimensioni sono ideali per eseguire studi preclinici incentrati sulla relazione tra parametri emodinamici invasivi e parametri non invasivi. La grande anatomia del maiale bianco è vicina agli umani. Di conseguenza, la maggior parte dei parametri ecocardiografici descritti nell’uomo sono quantificabili nei suini. Esistono alcune variazioni minori tra cuore umano e maiale che devono essere prese in considerazione per gli studi ecocardiografici. I maiali presentano una destrocardia costituzionale e una rotazione leggermente antiorario dell’asse cardiaco. Di conseguenza, la vista apicale a 4 camere diventa una vista apicale a 5 camere e la finestra acustica si trova sotto l’appendice xifoide. Inoltre, le finestre acustiche parasternali ad asse lungo e corto si trovano sul lato destro dello sterno.

Qui, descriviamo un nuovo metodo per indurre ARHF in un grande modello animale di PH tromboembolico cronico e per ripristinare l’emodinamica usando la dobutamina. Riportiamo anche lesioni ischemiche RV presenti nel modello entro 2-3 ore dal ripristino emodinamico con dobutamina. Inoltre, descriviamo come acquisire loop fotovoltaici RV e parametri RV ecocardiografici in ogni condizione fornendo approfondimenti sui cambiamenti dinamici nella morfologia e nella funzione del RV. Poiché il modello animale di grandi dimensioni del PH tromboembolico cronico e i metodi PV-loop sono stati precedentemente ^descritti6, queste sezioni saranno brevemente descritte. Inoltre, abbiamo riportato i risultati di valutazioni ecocardiografiche che sono ritenute potenzialmente difficili nei modelli suini. Spiegheremo i metodi per ottenere ecocardiografia ripetuta nel modello.

Il modello di ARHF sul PH cronico riportato in questo studio può essere utilizzato per confrontare diverse strategie terapeutiche. I metodi di fenotipizzazione RV possono essere utilizzati in altri modelli animali di grandi dimensioni che imitano situazioni clinicamente rilevanti come l’embolia polmonare ^acuta7, l’infarto miocardico ^RV8, la sindrome da distress respiratorio ^acuto9 o l’insufficienza cardiaca destra associata a insufficienza ventricolare ^sinistra10 o supporto circolatorio meccanico ventricolare ^sinistro11.

Protocol

Lo studio è conforme ai principi della cura degli animali da laboratorio secondo la National Society for Medical Research ed è stato approvato dal comitato etico locale per gli esperimenti sugli animali presso l’ospedale Marie Lannelongue. 1. PH tromboembolico cronico Indurre PH tromboembolico cronico come descritto in precedenza6,12. In breve, indurre un modello di PH trombo-embolico cronico in circa 20 kg di sui…

Representative Results

FattibilitàDescriviamo i risultati di 9 procedure consecutive di induzione ARHF in un modello CTEPH di grandi animali precedentemente riportato5. La durata del protocollo è stata di circa 6 ore per essere completata, compresa l’induzione dell’anestesia, l’installazione, l’accesso vascolare / posizionamento del catetere, l’induzione del sovraccarico di volume / pressione e il ripristino emodinamico, l’acquisizione dei dati e l’eutanasia. Ogni …

Discussion

Descriviamo un metodo per modellare le principali caratteristiche fisiopatologiche dell’ARHF sul PH cronico in un modello animale di grandi dimensioni, tra cui sovraccarico di volume e pressione e ripristino emodinamico con dobutamina. Abbiamo anche riportato come acquisire dati emodinamici e di imaging per fenotipizzare i cambiamenti dinamici del ventricolo destro ad ogni condizione creata durante il protocollo. Questi metodi possono fornire dati di base per costruire futuri protocolli di ricerca nel campo dell’ARHF, in…

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