Inducción y fenotipado de la insuficiencia cardíaca derecha aguda en un modelo animal grande de hipertensión pulmonar tromboembólica crónica

Summary

Presentamos un protocolo para inducir y fenotipar una insuficiencia cardíaca derecha aguda en un modelo animal grande con hipertensión pulmonar crónica. Este modelo se puede utilizar para probar intervenciones terapéuticas, para desarrollar métricas del corazón derecho o para mejorar la comprensión de la fisiopatología de la insuficiencia cardíaca derecha aguda.

Abstract

El desarrollo de insuficiencia cardíaca derecha aguda (ARHF) en el contexto de la hipertensión pulmonar crónica (HP) se asocia con malos resultados a corto plazo. El fenotipado morfológico y funcional del ventrículo derecho es de particular importancia en el contexto del compromiso hemodinámico en pacientes con ARHF. Aquí, describimos un método para inducir ARHF en un modelo animal grande previamente descrito de PH crónica, y para fenotipar, dinámicamente, la función ventricular derecha utilizando el método estándar de oro (es decir, bucles pv de presión-volumen) y con un método no invasivo clínicamente disponible (es decir, ecocardiografía). La HP crónica se induce primero en cerdos por ligadura de la arteria pulmonar izquierda y embolia del lóbulo inferior derecho con pegamento biológico una vez a la semana durante 5 semanas. Después de 16 semanas, la ARHF es inducida por cargas sucesivas de volumen con solución salina seguida de embolia pulmonar iterativa hasta que la relación entre la presión pulmonar sistólica sobre la presión sistémica alcanza 0,9 o hasta que la presión sistémica sistólica disminuye por debajo de 90 mmHg. La hemodinámica se restaura con infusión de dobutamina (de 2,5 μg/kg/min a 7,5 μg/kg/min). Los bucles fotovoltaicos y la ecocardiografía se realizan durante cada afección. Cada condición requiere alrededor de 40 minutos para la inducción, la estabilización hemodinámica y la adquisición de datos. De 9 animales, 2 murieron inmediatamente después de la embolia pulmonar y 7 completaron el protocolo, que ilustra la curva de aprendizaje del modelo. El modelo indujo un aumento de 3 veces en la presión media de la arteria pulmonar. El análisis pv-loop mostró que el acoplamiento ventriculo-arterial se conservó después de la carga de volumen, disminuyó después de la embolia pulmonar aguda y se restauró con dobutamina. Las adquisiciones ecocardiográficas permitieron cuantificar parámetros ventriculares derechos de morfología y función con buena calidad. Se identificaron lesiones isquémicas del ventrículo derecho en el modelo. El modelo se puede utilizar para comparar diferentes tratamientos o para validar parámetros no invasivos de la morfología y función del ventrículo derecho en el contexto de la ARHF.

Introduction

La insuficiencia cardíaca derecha aguda (ARHF) se ha definido recientemente como un síndrome rápidamente progresivo con congestión sistémica resultante de un llenado deficiente del ventrículo derecho (RV) y/o una reducción de la producción de flujo de ^RV1. La ARHF puede ocurrir en varias afecciones, como insuficiencia cardíaca del lado izquierdo, embolia pulmonar aguda, infarto agudo de miocardio o hipertensión pulmonar (HP). En el caso de la HP, el inicio de la ARHF se asocia con un riesgo del 40% de mortalidad a corto plazo o trasplante pulmonar ^urgente2,3,4. Aquí, describimos cómo crear un modelo animal grande de ARHF en el contexto de la hipertensión pulmonar crónica y cómo evaluar el ventrículo derecho utilizando ecocardiografía y asas presión-volumen.

Las características fisiopatológicas de ARHF incluyen sobrecarga de presión de RV, sobrecarga de volumen, una disminución en la salida de RV, un aumento en la presión venosa central y / o una disminución en la presión sistémica. En la HP crónica, hay un aumento inicial en la contractilidad de RV que permite preservar el gasto cardíaco a pesar del aumento de la resistencia vascular pulmonar. Por lo tanto, en el contexto de arHF en la HP crónica, el ventrículo derecho puede generar presiones casi isosistémicas, particularmente bajo soporte inotrópico. En conjunto, la ARHF sobre la HP crónica y la restauración hemodinámica con inotropos conducen al desarrollo de lesiones isquémicas agudas de RV, como se describió recientemente en nuestro modelo animal ^grande5. El aumento de inotropos crea una mayor demanda energética que puede desarrollar aún más lesiones isquémicas y, finalmente, conducir al desarrollo de disfunción del órgano final y malos resultados clínicos. Sin embargo, no hay consenso sobre cómo manejar a los pacientes con ARHF en la HP, principalmente con respecto al manejo de líquidos, los inotropos y el papel del soporte circulatorio extracorpóreo. En consecuencia, un modelo animal grande de insuficiencia cardíaca derecha aguda puede ayudar a proporcionar datos preclínicos sobre el manejo clínico de la ARHF.

Como primer paso para cuantificar la respuesta a la terapia, se necesitan métodos simples y reproducibles para fenotipar el ventrículo derecho. Hasta la fecha, no hay consenso sobre cómo fenotipar mejor la morfología y función del RV de los pacientes con ARHF. El método estándar de oro para evaluar la contractilidad de RV (es decir, la capacidad intrínseca para contraerse) y el acoplamiento ventriculo-arterial (es decir, contractilidad normalizada por la poscarga ventricular; un índice de adaptación ventricular) es el análisis de los bucles de presión-volumen (PV). Este método es dos veces invasivo porque requiere cateterismo cardíaco derecho y una reducción transitoria de la precarga de RV utilizando un balón insertado en la vena cava inferior. En la práctica clínica, se necesitan métodos no invasivos y repetibles para evaluar el ventrículo derecho. La resonancia magnética cardíaca (CMR) se considera el estándar de oro para la evaluación no invasiva del ventrículo derecho. En pacientes con ARHF en PH crónica que se manejan en la unidad de cuidados intensivos (UCI), el uso de CMR puede ser limitado debido a la condición hemodinámica inestable del paciente; además, las evaluaciones repetidas de CMR, varias veces al día, incluso por la noche, pueden verse limitadas debido a su costo y disponibilidad limitada. Por el contrario, la ecocardiografía permite evaluaciones de morfología y función de RV no invasivas, reproducibles y de bajo costo en pacientes de UCI.

Los modelos animales de gran tamaño son ideales para realizar estudios preclínicos centrados en la relación entre parámetros hemodinámicos invasivos y parámetros no invasivos. La gran anatomía del cerdo blanco está cerca de los humanos. En consecuencia, la mayoría de los parámetros ecocardiográficos descritos en humanos son cuantificables en cerdos. Existen algunas variaciones menores entre el corazón humano y el corazón de cerdo que deben tenerse en cuenta para los estudios ecocardiográficos. Los cerdos presentan una dextrocardia constitucional y una rotación ligeramente en sentido contrario a las agujas del reloj del eje cardíaco. Como resultado, la vista apical de 4 cámaras se convierte en una vista apical de 5 cámaras y la ventana acústica está situada debajo del apéndice xifoide. Además, las ventanas acústicas paraesternales de eje largo y corto están situadas en el lado derecho del esternón.

Aquí, describimos un método novedoso para inducir ARHF en un modelo animal grande de PH tromboembólico crónico y para restaurar la hemodinámica utilizando dobutamina. También informamos lesiones isquémicas rv rv presentes en el modelo dentro de las 2-3 horas posteriores a la restauración hemodinámica con dobutamina. Además, describimos cómo adquirir bucles fotovoltaicos de RV y parámetros de RV ecocardiográficos en cada condición, proporcionando información sobre los cambios dinámicos en la morfología y función de RV. Como se describió previamente el modelo animal grande de PH tromboembólico crónico y los métodos ^pv-loop6, estas secciones se describirán brevemente. Además, se informaron los resultados de las evaluaciones ecocardiográficas que se consideran potencialmente difíciles en modelos porcinos. Explicaremos los métodos para lograr ecocardiográficos repetidos en el modelo.

El modelo de ARHF sobre la HP crónica reportado en este estudio se puede utilizar para comparar diferentes estrategias terapéuticas. Los métodos de fenotipado de RV pueden utilizarse en otros modelos animales de gran tamaño que imitan situaciones clínicamente relevantes como la embolia pulmonar ^aguda7, el infarto de miocardio de ^RV8, el síndrome de dificultad respiratoria ^aguda9 o la insuficiencia cardíaca derecha asociada a insuficiencia ventricular ^izquierda10 o soporte circulatorio mecánico ventricular ^izquierdo11.

Protocol

El estudio cumplió con los principios del cuidado de animales de laboratorio según la Sociedad Nacional de Investigación Médica y fue aprobado por el comité de ética local para experimentos con animales en el Hospital Marie Lannelongue. 1. PH tromboembólico crónico Inducir la HP tromboembólica crónica como se ha descrito anteriormente6,12. Brevemente, inducir un modelo de HP tromboembólico crónico en alr…

Representative Results

ViabilidadDescribimos los resultados de 9 procedimientos consecutivos de inducción de ARHF en un modelo CTEPH de animales grandes previamente reportado5. La duración del protocolo fue de alrededor de 6 horas para completarse, incluyendo la inducción de anestesia, la instalación, el acceso vascular / colocación de catéteres, la inducción de sobrecarga de volumen / presión y la restauración hemodinámica, la adquisición de datos y la eu…

Discussion

Describimos un método para modelar las principales características fisiopatológicas de arHF en la HP crónica en un modelo animal grande que incluye sobrecarga de volumen y presión y restauración hemodinámica con dobutamina. También informamos cómo adquirir datos hemodinámicos y de imágenes para fenotipar los cambios dinámicos del ventrículo derecho en cada condición creada durante el protocolo. Estos métodos pueden proporcionar datos de fondo para construir futuros protocolos de investigación en el campo …

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