Summary

Estabelecimento e Avaliação de um Modelo de Enxerto de Veia Suína

Published: July 25, 2022
doi:

Summary

Neste protocolo, a nova cirurgia de revascularização do miocárdio foi realizada através de uma pequena incisão na parede torácica esquerda, sem circulação extracorpórea. Foi realizado um estudo anatomopatológico pós-operatório, que mostrou espessamento intimal.

Abstract

A doença do enxerto venoso (DPV) é a principal causa de insuficiência da revascularização miocárdica (CRM). Grandes modelos animais de CRM-VGD são necessários para a investigação dos mecanismos da doença e o desenvolvimento de estratégias terapêuticas.

Para realizar a cirurgia, entramos na câmara cardíaca através do terceiro espaço intercostal e dissecamos cuidadosamente a veia mamária interna e a mergulhamos em solução salina normal. A artéria coronária principal direita é então tratada para isquemia. O vaso-alvo é incisado, um tampão de derivação é colocado e a extremidade distal da veia do enxerto é anastomosada. A aorta ascendente é parcialmente bloqueada e a extremidade proximal da veia do enxerto é anastomosada após a perfuração. A veia do enxerto é verificada quanto à perviedade e a artéria coronária direita proximal é ligada.

A cirurgia de revascularização miocárdica é realizada em minipigas para colher a veia mamária interna esquerda para seu uso como enxerto vascular. Testes bioquímicos séricos são utilizados para avaliar o estado fisiológico dos animais após a cirurgia. O exame ultrassonográfico mostra que a extremidade proximal, média e distal do vaso do enxerto está desobstruída. No modelo cirúrgico, observa-se fluxo sanguíneo turbulento no enxerto ao exame histológico após a cirurgia de revascularização miocárdica, e estenose do enxerto venoso associada à hiperplasia intimal no enxerto. O estudo aqui fornece procedimentos cirúrgicos detalhados para o estabelecimento de um modelo de DVG induzida por CRM repetível.

Introduction

Embora a mortalidade por doença coronariana tenha diminuído significativamente nos últimos anos, metade dos adultos de meia-idade nos Estados Unidos desenvolve sintomas isquêmicos relacionados ao coração a cada ano, e um terço dos idosos morre de doença coronariana1. A revascularização miocárdica (CRM) é uma modalidade cirúrgica eficaz para melhorar a isquemia miocárdica e, mais importante, é uma modalidade cirúrgica insubstituível para o tratamento da doença arterial coronariana multiarterial2. Com o tempo, no entanto, os enxertos vasculares desenvolvem inflamação, hiperplasia intimal e aterosclerose progressiva, que é conhecida por levar à falência do enxerto venoso ou doença do enxerto venoso (VGD)3. Em pacientes após revascularização miocárdica, se ocorrer reestenose, apenas o vaso sanguíneo doente pode ser substituído em alguns casos2. Pacientes mais velhos e comorbidades adicionais tornam o refazer a revascularização do miocárdio bastante desafiador. Atrasar ou controlar os problemas patológicos associados aos vasos sanguíneos enxertados é um problema urgente a ser resolvido. Grandes modelos animais de CRM-VGD são necessários para a investigação dos mecanismos da doença e o desenvolvimento de estratégias terapêuticas. Pesquisadores estabeleceram com sucesso modelos animais de VGD em animais pequenos e grandes, como camundongos4, ratos5, coelhos6 e porcos7. Em comparação com os pequenos animais, os animais de grande porte, como os suínos, apresentam estruturas anatômicas e características fisiológicas semelhantes aos humanos e maior expectativa de vida 8,9. Assim, animais de grande porte são mais adequados para explorar alterações patológicas de longo prazo na doença do enxerto venoso e para testes pré-clínicos de medicamentos ou dispositivos. Nós e nossa equipe colaboradora aplicamos com sucesso técnicas cirúrgicas para estabelecer um modelo de insuficiência cardíaca suína e descrevemos as alterações patológicas cardíacas nesse modelo10.

A cirurgia de revascularização miocárdica tem sido padronizada na prática clínica, mas quando aplicada ao estabelecimento de modelos animais VGD, as diferenças entre espécies, a aquisição de equipamentos e instalações animais, operações cirúrgicas em animais e alimentação e enfermagem animal são enormes desafios para os pesquisadores. Assim como na prática clínica, as abordagens para a cirurgia de revascularização miocárdica utilizadas para estabelecer modelos animais de DVG incluem esternotomia de linha média11 e toracotomia lateral esquerda12. A esternotomia da linha média é mais comumente utilizada13,14. No entanto, essa abordagem tem altos riscos para humanos e animais. No estudo relatado por Thankam et al., dois dos seis porcos utilizados para modelagem morreram durante a cirurgia15. A alta mortalidade do modelo aumenta os custos do estudo e afeta a precisão dos resultados. Um estudo mostrou anteriormente que uma incisão na parede torácica esquerda era viável para estabelecer a DVG induzida por CRM em suínos11. Aqui, este estudo tem como objetivo descrever um protocolo passo-a-passo para estabelecer uma cirurgia reprodutível para um modelo de DVG induzida por CRM em minipigs e avaliar o fenótipo desse modelo. O protocolo experimental foi elaborado em conjunto pelas equipes de cirurgia cardíaca e anestesia. A abordagem cirúrgica para o terceiro espaço intercostal esquerdo foi determinada de acordo com os cadáveres de outros minipigs no laboratório antes da cirurgia, e o método anestésico foi realizado de acordo com o método utilizado no centro16. Exames bioquímicos sanguíneos, exames ultrassônicos e histológicos foram realizados para avaliar modelos animais.

Protocol

Os procedimentos para o cuidado e uso de animais de laboratório foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais do Instituto de Monitoramento de Animais de Laboratório de Guangdong. Todos os experimentos foram conduzidos de acordo com o Guide for the Care and Use of Laboratory Animals (8th Ed., 2011, National Research Council, EUA). O procedimento cirúrgico é apresentado na Figura 1. 1. Preparação pré-operatória dos animais</s…

Representative Results

IMC e índices bioquímicos séricosO IMC entre os grupos sham e VGD não foi significativamente diferente (sham vs. VGD, 22,05 kg/cm 2 ± 0,46 kg/cm 2 vs. 21,14 kg/cm 2 ± 0,39 kg/cm 2, p = 0,46). Os resultados bioquímicos séricos estão listados na Tabela 1. Mudanças estatisticamente significativas entre os grupos foram encontradas em quatro índices bioquímicos, incluindo aspartato aminotransferase (AST, sham vs. VGD, 25,25 …

Discussion

Neste estudo, descrevemos detalhadamente o protocolo de seleção de animais, preparo de instrumentos, procedimentos cirúrgicos e avaliação pós-operatória ao desenvolver um modelo de DVG induzida por CRM. Realizamos exame ultrassônico do enxerto venoso antes e após a cirurgia de revascularização miocárdica e exame histológico do enxerto 30 dias após a cirurgia. O fluxo sanguíneo na veia mamária interna foi normal antes da cirurgia de revascularização miocárdica, enquanto o fluxo retrógrado foi observado…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Os autores agradecem ao Instituto de Monitoramento de Animais de Laboratório de Guangdong pelo apoio técnico, cuidados com animais e coleta de amostras. Eles também agradecem Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Co., Ltd, para o apoio técnico no exame ultra-sônico. Este trabalho foi apoiado pelo Programa de Ciência e Tecnologia de Guangdong, China, e pelo Projeto de Despesas Empresariais de Pesquisa Científica Básica das Universidades Científicas da Universidade de Jinan (2017A020215076, 2008A08003 e 21621409).

Materials

Aortic Punch Medtronic Inc. , America 3.0mm, 3.5mm, 4.0mm Used for proximal coronary bridge anastomosis
Automatic biochemical analyzer IDEXX Laboratories, Inc. America Catalyst One
Cardiac coronary artery bypass grafting instrument kit LANDANGER, France
Cardiogram monitor Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Co, Ltd MEC-1000
Coronary Shunt AXIUS  OF-1500, OF-2500, OF-3000 The product temporarily blocks the coronary artery during arteriotomy to reduce the amount of bleeding in the surgical field and provide blood flow to the distal end during anastomosis.  The Axius shunt plug is not an implant and should be removed prior to completion of the anastomosis.  
Defibrillator MEDIANA Mediana D500
Diazepam Nanguo pharmaceutical Co. LTD, Guangdong, China H37023039  Narcotic inducer
Disposable manual electric knife Covidien, America E2516H
Electric negative pressure suction machine Shanghai Baojia Medical Instrument Co, Ltd YX932D
Esmolol Guangzhou Wanzheng Pharmaceutical Co. LTD H20055990 Emergency drugs
Ice machine  Local suppliers, Guangzhou, China
Lidocaine  Chengdu First Pharmaceutical Co. LTD H51021662 Emergency drugs
Luxtec headlight system Luxtec, America AX-1375-BIF Used for lighting fine parts during operation
Medical operation magnifier (glasses) Germany Lista co, LTD SuperVu Galilean 3.5× Used for fine site operation during operation
Multi-function high-frequency electrotome Shanghai Hutong Electronics Co, Ltd GD350-B
Nitrogen canister Local suppliers, Guangzhou, China
Nonabsorbable surgical suture (polypropylene suture) Johnson & Johnson, America 6-0, 7-0 Used to suture blood vessels.
Nonabsorbable suture (cotton thread) Covidien, America 1-0 Used for skin and muscle tissue tugging
Open heart surgery instrument kit Shanghai Medical Instrument (Group) Co., LTD
Propofol injection Xi 'an Libang Pharmaceutical Co. LTD H19990282 Anesthetic sedative
Refrigerator Local suppliers, Guangzhou, China
Respiratory anesthesia machine for animal Shenzhen Reward Life Technology Co, Ltd, China R620-S1
Semi-occlusion clamp Xinhua Surgical Instrument Co., Ltd. ZL1701RB Temporarily cut off the aortic flow
vecuronium bromide Richter, Hungary  JX20090127 Muscle relaxant
Veterinary ultrasound system  Royal Philips, Netherlands CX50
Zoletil Virbac, France Zoletil 50  Animal narcotic

References

  1. Lloyd-Jones, D., et al. Executive summary: Heart disease and stroke statistics–2010 update: A report from the American Heart Association. Circulation. 121 (7), 948-954 (2010).
  2. Taggart, D. P. Contemporary coronary artery bypass grafting. Frontiers of Medicine. 8, 395-398 (2014).
  3. Wolny, R., Mintz, G. S., Pregowski, J., Witkowski, A. Mechanisms, prevention and treatment of saphenous vein graft disease. The American Journal of Cardiology. 154, 41-47 (2021).
  4. Schachner, T., Laufer, G., Bonatti, J. In vivo (animal) models of vein graft disease. European Journal of Cardio-thoracic Surgery: Official Journal of the European Association for Cardio-thoracic Surgery. 30 (3), 451-463 (2006).
  5. Suggs, W. D., et al. Antisense oligonucleotides to c-fos and c-jun inhibit intimal thickening in a rat vein graft model. Surgery. 126 (2), 443-449 (1999).
  6. Jiang, Z., et al. A novel vein graft model: Adaptation to differential flow environments. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 286 (1), H240-H245 (2004).
  7. O’Brien, J. E., et al. Early injury to the media after saphenous vein grafting. The Annals of Thoracic Surgery. 65 (5), 1273-1278 (1998).
  8. Zou, Y., et al. Mouse model of venous bypass graft arteriosclerosis. The American Journal of Pathology. 153 (4), 1301-1310 (1998).
  9. Klyachkin, M. L., et al. Postoperative reduction of high serum cholesterol concentrations and experimental vein bypass grafts. Effect on the development of intimal hyperplasia and abnormal vasomotor function. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 108 (3), 556-566 (1994).
  10. Tan, W., et al. A porcine model of heart failure with preserved ejection fraction induced by chronic pressure overload characterized by cardiac fibrosis and remodeling. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 8, 677727 (2021).
  11. Hocum Stone, ., L, L., et al. Magnetic resonance imaging assessment of cardiac function in a swine model of hibernating myocardium 3 months following bypass surgery. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 153 (3), 582-590 (2017).
  12. Gedik, N., et al. Proteomics/phosphoproteomics of left ventricular biopsies from patients with surgical coronary revascularization and pigs with coronary occlusion/reperfusion: Remote ischemic preconditioning. Scientific Reports. 7 (1), 7629 (2017).
  13. Tsirikos Karapanos, ., N, , et al. The impact of competitive flow on distal coronary flow and on graft flow during coronary artery bypass surgery. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 12 (6), 993-997 (2011).
  14. Meng, X., et al. Competitive flow arising from varying degrees of coronary artery stenosis affects the blood flow and the production of nitric oxide and endothelin in the internal mammary artery graft. European Journal of Cardio-thoracic Surgery: Official Journal of the. 43 (5), 1022-1027 (2013).
  15. Thankam, F. G., et al. Association of hypoxia and mitochondrial damage associated molecular patterns in the pathogenesis of vein graft failure: A pilot study. Translational Research: The Journal of Laboratory and Clinical. , 38-52 (2021).
  16. Li, X., et al. A surgical model of heart failure with preserved ejection fraction in Tibetan minipigs. Journal of Visualized Experiments: JoVE. 180 (180), 63526 (2022).
  17. Rueda, A. l. c. a. l. &. #. 2. 2. 5. ;., I, , et al. A live porcine model for surgical training in tracheostomy, neck dissection, and total laryngectomy. European Archives of Oto-Rhino-Laryngology: Official Journal of the European Federation of Oto-Rhino-Laryngological Societies (EUFOS): Affiliated with the German Society for Oto-Rhino-Laryngology – Head and Neck Surgery. 278 (8), 3081-3090 (2021).
  18. Proudfit, W. L. Prognostic value of coronary arteriography. Cardiovascular Clinics. 12 (2), 1-8 (1981).
  19. Clark, R. A. Regulation of fibroplasia in cutaneous wound repair. TheAmerican Journal of the Medical Sciences. 306 (1), 42-48 (1993).
  20. Darby, I., Skalli, O., Gabbiani, G. Alpha-smooth muscle actin is transiently expressed by myofibroblasts during experimental wound healing. Laboratory Investigation. 63 (1), 21-29 (1990).
  21. Sterpetti, A. V., et al. Formation of myointimal hyperplasia and cytokine production in experimental vein grafts. Surgery. 123 (4), 461-469 (1998).
  22. Shannon, A. H., et al. Porcine model of infrarenal abdominal aortic aneurysm. Journal of Visualized Experiments: JoVE. 153 (153), (2019).
  23. Langille, B. L., O’Donnell, F. Reductions in arterial diameter produced by chronic decreases in blood flow are endothelium-dependent. Science. 231 (4736), 405-407 (1986).
  24. Zwolak, R. M., Adams, M. C., Clowes, A. W. Kinetics of vein graft hyperplasia: Association with tangential stress. Journal of Vascular Surgery. 5 (1), 126-136 (1987).
  25. Kotani, K., et al. A subacute hypoxic model using a pig. Surgery Today. 35 (11), 951-954 (2005).
  26. Liu, D., et al. Comparison of ketamine-pentobarbital anesthesia and fentanyl-pentobarbital anesthesia for open-heart surgery in minipigs. Lab Animal. 38 (7), 234-240 (2009).
  27. Geovanini, G. R., Pinna, F. R., Prado, F. A., Tamaki, W. T., Marques, E. Standardization of anesthesia in swine for experimental cardiovascular surgeries. Revista Brasileira de Anestesiologia. 58 (4), 363-370 (2008).
  28. Alhomary, M., Ramadan, E., Curran, E., Walsh, S. R. Videolaryngoscopy vs. fibreoptic bronchoscopy for awake tracheal intubation: A systematic review and meta-analysis. Anaesthesia. 73 (9), 1151-1161 (2018).
  29. Parang, P., Arora, R. Coronary vein graft disease: Pathogenesis and prevention. Canadian Journal of Cardiology. 25 (2), e57-e62 (2009).
  30. Egan, T. D., et al. Fentanyl pharmacokinetics in hemorrhagic shock: a porcine model. Anesthesiology. 91 (1), 156-166 (1999).

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Li, X., Hu, J., Tan, W., Lin, Z., Zhu, C., Huang, C., Huang, J., Liu, Y., Liao, Q., Lu, H., Zhang, X. Establishment and Evaluation of a Porcine Vein Graft Disease Model. J. Vis. Exp. (185), e63896, doi:10.3791/63896 (2022).

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