Un modelo de remodelación vascular inversa en la hipertensión pulmonar debido a la enfermedad cardíaca izquierda por desbandamiento aórtico en ratas
Summary
El presente protocolo describe un procedimiento quirúrgico para eliminar las bandas aórticas ascendentes en un modelo de rata de hipertensión pulmonar debido a una enfermedad cardíaca izquierda. Esta técnica estudia los mecanismos endógenos de remodelación inversa en la circulación pulmonar y el corazón derecho, informando así estrategias para revertir la hipertensión pulmonar y/o la disfunción ventricular derecha.
Abstract
La hipertensión pulmonar debida a la enfermedad cardíaca izquierda (PH-LHD) es la forma más común de PH, sin embargo, su fisiopatología está mal caracterizada que la hipertensión arterial pulmonar (HAP). Como resultado, faltan intervenciones terapéuticas aprobadas para el tratamiento o la prevención de la PH-LHD. Los medicamentos utilizados para tratar la HP en pacientes con HAP no se recomiendan para el tratamiento de la PH-LHD, ya que la reducción de la resistencia vascular pulmonar (PVR) y el aumento del flujo sanguíneo pulmonar en presencia de un aumento de las presiones de llenado del lado izquierdo pueden causar descompensación del corazón izquierdo y edema pulmonar. Es necesario desarrollar nuevas estrategias para revertir la HP en pacientes con LHD. A diferencia de la HAP, la PH-LHD se desarrolla debido al aumento de la carga mecánica causada por la congestión de la sangre en la circulación pulmonar durante la insuficiencia cardíaca izquierda. Clínicamente, la descarga mecánica del ventrículo izquierdo (VI) por reemplazo de la válvula aórtica en pacientes con estenosis aórtica o por implantación de dispositivos de asistencia del VI en pacientes con insuficiencia cardíaca en etapa terminal normaliza no solo las presiones arterial pulmonar y ventricular derecha (RV) sino también la PVR, proporcionando así evidencia indirecta de remodelación inversa en la vasculatura pulmonar. Utilizando un modelo de rata establecido de PH-LHD debido a la insuficiencia cardíaca izquierda desencadenada por la sobrecarga de presión con el posterior desarrollo de PH, se desarrolla un modelo para estudiar los mecanismos moleculares y celulares de este proceso fisiológico de remodelación inversa. En concreto, se realizó una cirugía de desbandado aórtico, que dio lugar a la remodelación inversa del miocardio del VI y su descarga. Paralelamente, se detectó la normalización completa de la presión sistólica de RV y la reversión significativa pero incompleta de la hipertrofia de RV. Este modelo puede presentar una herramienta valiosa para estudiar los mecanismos de remodelación inversa fisiológica en la circulación pulmonar y el RV, con el objetivo de desarrollar estrategias terapéuticas para el tratamiento de ph-LHD y otras formas de PH.
Introduction
La insuficiencia cardíaca es la principal causa de muerte en los países desarrollados y se espera que aumente en un 25% en la próxima década. La hipertensión pulmonar (HP), un aumento patológico de la presión arterial en la circulación pulmonar, afecta aproximadamente al 70% de los pacientes con insuficiencia cardíaca en etapa terminal; la Organización Mundial de la Salud clasifica la HP como hipertensión pulmonar debida a cardiopatía izquierda (PH-LHD)1. La PH-LHD se inicia por una función sistólica y/o diastólica del ventrículo izquierdo (VI) deteriorada que resulta en una presión de llenado elevada y una congestión pasiva de la sangre en la circulación pulmonar2. Aunque inicialmente reversible, la PH-LHD se fija gradualmente debido a la remodelación vascular pulmonar activa en todos los compartimentos de la circulación pulmonar, es decir, arterias, capilares y venas 3,4. Tanto el pH reversible como el fijo aumentan la poscarga del RV, lo que inicialmente impulsa la hipertrofia miocárdica adaptativa, pero en última instancia causa dilatación del RV, hipocinesis, fibrosis y descompensación que conducen progresivamente a la falla del RV 1,2,5,6. Como tal, la HP acelera la progresión de la enfermedad en pacientes con insuficiencia cardíaca y aumenta la mortalidad, particularmente en pacientes sometidos a tratamiento quirúrgico mediante la implantación de dispositivos de asistencia ventricular izquierda (DAVI) y / o trasplante de corazón 7,8,9. Actualmente, no existen terapias curativas que puedan revertir el proceso de remodelación vascular pulmonar, por lo que se necesita una investigación mecanicista fundamental en sistemas modelo apropiados.
Es importante destacar que los estudios clínicos muestran que la PH-LHD como complicación frecuente en pacientes con estenosis aórtica puede mejorar rápidamente en el período postoperatorio temprano después del reemplazo de la válvula aórtica10. Análogamente, la resistencia vascular pulmonar (PVR) preoperatoria alta (>3 unidades de madera) que, sin embargo, era reversible con nitroprusiato se normalizó de manera sostenible después del trasplante de corazón en un estudio de seguimiento de 5 años11. Del mismo modo, una reducción adecuada de la PVR reversible y fija y la mejora de la función de RV en pacientes con LHD podrían realizarse en varios meses mediante la descarga del ventrículo izquierdo mediante dispositivos de asistencia ventricular pulsátiles y no pulsátiles implantables 12,13,14. Actualmente, los mecanismos celulares y moleculares que impulsan la remodelación inversa en la circulación pulmonar y el miocardio RV no están claros. Sin embargo, su comprensión puede proporcionar información importante sobre las vías fisiológicas que pueden explotarse terapéuticamente para revertir la remodelación vascular pulmonar y de RV en PH-LHD y otras formas de PH.
Se puede utilizar un modelo preclínico adecuado que replique adecuadamente las características fisiopatológicas y moleculares de PH-LHD para estudios traslacionales en insuficiencia cardíaca congestiva inducida por sobrecarga de presión debido a bandas aórticas quirúrgicas (AoB) en ratas 4,15,16. En comparación con una insuficiencia cardíaca similar debido a la sobrecarga de presión en el modelo murino de constricción aórtica transversa (TAC)17, la banda de la aorta ascendente por encima de la raíz aórtica en ratas AoB no produce hipertensión en la arteria carótida izquierda ya que el sitio de banda es proximal de la salida de la arteria carótida izquierda de la aorta. Como resultado, AoB no causa lesión neuronal del lado izquierdo en la corteza como es característico de TAC18, y que puede afectar el resultado del estudio. En comparación con otros modelos de roedores de PH-LHD inducida quirúrgicamente, los modelos de rata en general, y AoB en particular, demuestran ser más robustos, reproducibles y replican la remodelación de la circulación pulmonar característica para los pacientes con PH-LHD. Al mismo tiempo, la letalidad perioperatoria es baja19. El aumento de las presiones del VI y la disfunción del VI en ratas AoB inducen el desarrollo de PH-LHD, lo que resulta en presiones elevadas de RV y remodelación de RV. Como tal, el modelo de rata AoB ha demostrado ser extremadamente útil en una serie de estudios previos realizados por grupos independientes, incluyéndonos a nosotros mismos, para identificar mecanismos de remodelación vascular pulmonar y probar posibles estrategias de tratamiento para PH-LHD 4,15,20,21,22,23,24,25.
En el presente estudio, el modelo de rata AoB se utilizó para establecer un procedimiento quirúrgico de desbandado aórtico para estudiar los mecanismos de remodelación inversa en la vasculatura pulmonar y el RV. Anteriormente, se han desarrollado modelos de remodelación inversa miocárdica como la desbanda aórtica en ratones26 y ratas27 para investigar los mecanismos celulares y moleculares que regulan la regresión de la hipertrofia ventricular izquierda y probar posibles opciones terapéuticas para promover el miocardio. recuperación. Además, un número limitado de estudios anteriores han explorado los efectos de la desbandación aórtica sobre la HP-LHD en ratas y mostraron que la desbandación aórtica podría revertir la hipertrofia medial en las arteriolas pulmonares, normalizar la expresión de pre-pro-endotelina 1 y mejorar la hemodinámica pulmonar27,28, proporcionando evidencia de la reversibilidad de la HP en ratas con insuficiencia cardíaca. Aquí, los procedimientos técnicos de la cirugía de desbandado se optimizan y estandarizan, por ejemplo, mediante la aplicación de una traqueotomía en lugar de la intubación endotraqueal o mediante el uso de clips de titanio de un diámetro interno definido para bandas aórticas en lugar de suturas de polipropileno con una aguja roma26,27, proporcionando así un mejor control de los procedimientos quirúrgicos, una mayor reproducibilidad del modelo y una mejor tasa de supervivencia.
Desde una perspectiva científica, la importancia del modelo de desbandado PH-LHD no radica únicamente en demostrar la reversibilidad del fenotipo cardiovascular y pulmonar en la insuficiencia cardíaca, sino más importante aún, en la identificación de impulsores moleculares que desencadenan y / o sostienen la remodelación inversa en las arterias pulmonares como candidatos prometedores para la futura orientación terapéutica.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aquí, se informa una técnica quirúrgica detallada para la desbandación aórtica en un modelo AoB de rata que se puede utilizar para investigar la reversibilidad de PH-LHD y los mecanismos celulares y moleculares que impulsan la remodelación inversa en la vasculatura pulmonar y el RV. Tres semanas de constricción aórtica en ratas juveniles dan como resultado ph-LHD evidente como aumento de las presiones del VI, hipertrofia del VI y concomitantemente aumento de las presiones de RV e hipertrofia de RV. La desbandaci?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta investigación fue apoyada por subvenciones del DZHK (Centro Alemán de Investigación Cardiovascular) a CK y WMK, el BMBF (Ministerio Alemán de Educación e Investigación) a CK en el marco de VasBio, y a WMK en el marco de VasBio, SYMPATH y PROVID, y la Fundación Alemana de Investigación (DFG) a WMK (SFB-TR84 A2, SFB-TR84 C9, SFB 1449 B1, SFB 1470 A4, KU1218/9-1 y KU1218/11-1).
Materials
| Amoxicillin | Ratiopharm | PC: 04150075615985 | Antibiotic |
| Anti-BNP antibody | Abcam | ab239510 | Western Blotting |
| Aquasonic 100 Ultrasound gel | Parker Laboratories | BT-025-0037L | Echocardiography consumables |
| Bepanthen | Bayer | 6029009.00.00 | Eye ointment eye ointment |
| Carprosol (Carprofen) | CP-Pharma | 401808.00.00 | Analgesic |
| Clip holder | Weck stainless USA | 523140S | Surgical instruments |
| Fine scissors Tungsten carbide | Fine Science Tools | 14568-12 | Surgical scissors |
| Fine scissors Tungsten carbide | Fine Science Tools | 14568-09 | Surgical scissors |
| High-resolution imaging system | FUJIFILM VisualSonics, Amsterdam, Netherlands | VeVo 3100 | Echocardiography machine. Images were acquired with pulse-wave Doppler mode, M-mode and B-mode |
| Isoflurane | CP-Pharma | 400806.00.00 | Anesthetic |
| Ketamine | CP-Pharma | 401650.00.00 | Anesthetic |
| Mathieu needle holder | Fine Science Tools | 12010-14 | Surgical instruments |
| Mechanical ventilator (Rodent ventilator) | UGO Basile S.R.L. | 7025 | Volume controlled respirator |
| Metal clip | Hemoclip | 523735 | Surgical consumables |
| Microscope | Leica | M651 | Manual surgical microscope for microsurgical procedures |
| Millar Mikro-Tip pressure catheters | ADInstruments | SPR-671 | Hemodynamics assessment |
| Moria Iris forceps | Fine Science Tools | 11373-12 | Surgical forceps |
| Noyes spring scissors | Fine Science Tools | 15013-12 | Surgical scissors |
| Povidone iodine/iodophor solution | B/Braun | 16332M01 | Disinfection |
| PowerLab | ADInstruments | 4_35 | Hemodynamics assessment |
| Prolene Suture, 4-0 | Ethicon | EH7830 | Surgical consumables |
| Rib spreader (Alm selfretaining retractor blunt, 70 mm, 2 3/4″) | Austos | AE-BV010R | Surgical instruments |
| Serrated Graefe forceps | Fine Science Tools | 11052-10 | Surgical forceps |
| Silk Suture, 4-0 | Ethicon | K871 | Surgical consumables |
| Skin disinfiction solution (colored) | B/Braun | 19412M07 | Disinfection |
| Spectra 360 Elektrode gel | Parker Laboratories | TB-250-0241H | Echocardiography consumables |
| Sponge points tissue | Sugi | REF 30601 | Surgical consumables |
| Sprague-Dawley rat | Janvier Labs, Le Genest-Saint-Isle, France | Study animals | |
| Tracheal cannula | Outer diameter 2 mm | ||
| Xylazin | CP-Pharma | 401510.00.00 | Anesthetic |
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