הערכת התוצאה העיקרית במודל חזיר של באוטם שריר הלב
Summary
הערכת תוצאה אמינה ומדויקת היא המפתח לתרגום של טיפולים פרה-קליניים לתוך טיפול מרפאתי. המאמר הנוכחי מתאר כיצד להעריך שלושה פרמטרים התוצאה העיקרית רלוונטיות קלינית של ביצועי הלב ונזק במודל אוטם לבבי חריף חזיר.
Abstract
Mortality after acute myocardial infarction remains substantial and is associated with significant morbidity, like heart failure. Novel therapeutics are therefore required to confine cardiac damage, promote survival and reduce the disease burden of heart failure. Large animal experiments are an essential part in the translational process from experimental to clinical therapies. To optimize clinical translation, robust and representative outcome measures are mandatory. The present manuscript aims to address this need by describing the assessment of three clinically relevant outcome modalities in a pig acute myocardial infarction (AMI) model: infarct size in relation to area at risk (IS/AAR) staining, 3-dimensional transesophageal echocardiography (TEE) and admittance-based pressure-volume (PV) loops. Infarct size is the main determinant driving the transition from AMI to heart failure and can be quantified by IS/AAR staining. Echocardiography is a reliable and robust tool in the assessment of global and regional cardiac function in clinical cardiology. Here, a method for three-dimensional transesophageal echocardiography (3D-TEE) in pigs is provided. Extensive insight into cardiac performance can be obtained by admittance-based pressure-volume (PV) loops, including intrinsic parameters of myocardial function that are pre- and afterload independent. Combined with a clinically feasible experimental study protocol, these outcome measures provide researchers with essential information to determine whether novel therapeutic strategies could yield promising targets for future testing in clinical studies.
Introduction
אי ספיקת לב עם מקטע פליטה מופחתת (HFrEF) מהווה כ -50% מכלל מקרי אי ספיקת לב, המשפיעים על 1 מוערך -% 2 אנשים בעולם המערבי 1. הגורם הנפוץ ביותר שלה הוא התקף לב חריף (AMI). כפי התמותה חריפה לאחר AMI ירדה באופן ניכר מחמת להגברת מודעות ואפשרויות טיפול טובות, הדגש עבר לקראת הסיבוכים הכרוניים שלה; ההוויה הבולטת HFrEF 2,3. יחד עם הגדלת הוצאות הבריאות 4, המגיפה גדל והולך של אי ספיקת לב מדגישה את הצורך דיאגנוסטיקה טיפולים חדשניים, אשר ניתן ללמוד במודל חזירי translational ביותר של שיפוץ לוואי לאחר AMI כפי שתואר לעיל 5.
שניהם, הקובעים (למשל, גודל האוטם) והערכות תפקודית (למשל, אקו) של שיפוץ לוואי משמשים לעתים קרובות בדיקות יעילות של תרופה חדשה, וציין את הצורך relשיטות iable וזולות יחסית. מטרת המחקר הנוכחי היא לתת מענה לצורך זה על ידי החדרת אמצעי תוצאה חשובות ואמינים לבדיקות יעילות במודל חזיר באוטם שריר לב. אלה כוללים גודל אוטם (IS) ביחס לאזור בסיכון (AAR), אקו דרך ושט 3D (3D-TEE) ולחץ בנפח מבוסס קבלה מפורט (PV) רכישת לולאה.
גודל האוטם הוא הקובע העיקרי של שיפוץ לוואי והישרדות לאחר AMI 6. למרות רה-פרפוזיה במועד של שריר הלב איסכמי עשוי להציל cardiomyocytes נפצעו הפיך ולהגביל גודל האוטם, reperfusion עצמו גורם נזק נוסף באמצעות הדור של סטרס חמצוני תגובה דלקתית מידתית (פציעה-reperfusion איסכמיה (IRI)) 7. לפיכך, IRI זוהה כמטרה טיפולית מבטיחה. היכולת של הרפוי הרומן כדי להקטין את גודל האוטם היא לכמת ידי גודל האוטם השומה ביחסלאזור בסיכון (AAR). כימות AAR היא חובה לתקן את השונות בין הפרט באנטומיה כלילית של מודלים של בעלי חיים, כמו AAR גדול מוביל בגודל האוטם מוחלט גדול יותר. מאז גודל אוטם קשור ישירות ביצועי לב ואת התכווצות שריר לב, וריאציות AAR יכולות להשפיע ללמוד מדדי תוצאה ללא קשר שיטות טיפול 8.
תלת ממד אקוקרדיוגרפיה דרך הוושט (3D-TEE) הוא בטוחה, אמינה, והכי חשוב, קליני החלים שיטה זולה למדוד לב פונקציה הלא פולשני. בעוד אקוקרדיוגרפיה transthoracic (TTE) תמונות מוגבלים ארוך parasternal 2D ונוף קצר ציר בחזירים 9, 3D-TEE ניתן להשתמש כדי להשיג תמונות 3-ממדי שלם של החדר השמאלי. לכן, היא אינה דורשת קירובים מתמטיים של החדר השמאלי (LV) כרכים כגון הכלל של סימפסון שונה 10. הלה נופל קצר של קורectly הערכת כרכים LV לאחר שיפוץ LV בשל חוסר הגיאומטריה גלילי 11. יתר על כן, 3D-TEE עדיפה על אקו epicardial כפי שהוא אינו דורש התערבות כירורגית, אשר נצפו להשפעות על הלב במודל הנוכחי 12. למרות השימוש טרנדיים 2D עבור להערכת תפקוד שריר לב תואר לפני 13,14, מגבלות לגבי גיאומטריה חדרית דומות לאלו שנצפו 2D-TTE ותלוי במידה של שיפוץ LV. לפיכך, האוטם הגדול (וכך עולה הסבירות של אי ספיקת לב), מדידות 2D הסבירות יותר להיות פגומות על ידי הנחות גיאומטריות שגויות וככל צורך טכניקות 3D.
עם זאת, שיטות ההדמיה ביותר מוגבלות ביכולתם להעריך תכונות פעילות פנימיות של שריר הלב. PV לולאות לספק מידע נוסף שרלוונטי כאלה רכישתם לכןתאר בפירוט בהמשך.
Protocol
Representative Results
Discussion
שיפוץ הלב הוא הדבר תלוי ברובו על גודל האוטם בשריר הלב ואת איכות אוטם שריר הלב לתקן 6,26. כדי להעריך את לשעבר באופן סטנדרטי, את כתב היד הנוכחי מספק שיטה אלגנטית של עירוי in vivo של אוונס כחול בשילוב עם vivo לשעבר מכתים TTC, אשר קיבל תוקף בהרחבה בשימוש 8,16,27,28. …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors gratefully acknowledge Marlijn Jansen, Joyce Visser, Grace Croft, Martijn van Nieuwburg, Danny Elbersen and Evelyn Velema for their excellent technical support during the animal experiments.
Materials
| 3-dimensional transesophageal echocardiography | |||
| iE33 ultrasound device | Philips | – | |
| X7-2t transducer | Philips | – | |
| Aquasonic® 100 ultrasound transmission gel | Parker Laboratories Inc. | 01-34 | Alternative product can be used |
| Battery handle type C (laryngoscope handle) | Riester | 12303 | |
| Ri-Standard Miller blade MIL 4 (laryngoscope blade) | Riester | 12225 | |
| Qlab 10.0 (3DQ Advanced) analysis software | Philips | – | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Pressure-volume loop acquisition | |||
| Cardiac defibrillator | Philips | ||
| 0.9% saline | Braun | ||
| 8F Percutaneous Sheath Introducer Set | Arrow | CP-08803 | Alternative product can be used |
| 9F Radifocus® Introducer II Standard Kit | Terumo | RS*A90K10SQ | Alternative product can be used |
| 8F Fogarty catheter | Edward Life Sciences | 62080814F | Alternative product can be used |
| 7F Criticath™ SP5107H TD catheter (Swan-Ganz) | Becton Dickinson (BD) | 680078 | Alternative product can be used |
| Ultraview SL Patient Monitor and Invasive Command Module (external cardiac output device) | Spacelabs Healthcare | 91387 | Alternative product can be used |
| ADVantage system™ | Transonic SciSense | – | |
| 7F tetra-polar admittance catheter (7.0 VSL Pigtail / no lumen) | Transonic SciSense | – | |
| Multi-channel acquisition system (Iworx 404) | Iworx | – | |
| Labscribe V2.0 analysis software | Iworx | – | Alternative product can be used |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Infarct size / area-at-risk quantification | |||
| Diathermy | – | Alternative product can be used | |
| Lebsch knife | – | Alternative product can be used | |
| Hammer | – | Alternative product can be used | |
| Bone marrow wax | Syneture | Alternative product can be used | |
| Klinkenberg scissors | – | Alternative product can be used | |
| Retractor | – | Alternative product can be used | |
| Surgical scissors | – | ||
| 7F Percutaneous Sheath Introducer Set | Arrow | CP-08703 | Alternative product can be used |
| 8F Percutaneous Sheath Introducer Set | Arrow | CP-08803 | Alternative product can be used |
| 7F JL4 guiding catheter | Boston Scientific | H749 34357-662 | Alternative product can be used |
| 8F JL4 guiding catheter | Boston Scientific | H749 34358-662 | Alternative product can be used |
| COPILOT Bleedback Control Valves | Abbott Vascular | 1003331 | Alternative product can be used |
| BD Connecta™ | Franklin Lakes | 394995 | Alternative product can be used |
| Contrast agent | Telebrix | ||
| Persuader 9 Steerable Guidewire 9 (0.014", 180 cm, straight tip), hydrophilic coating | Medtronic Inc. | 9PSDR180HS | Alternative product can be used |
| SAPPHIRE™ Coronary Dilatation Catheter (PTCA balloon suitable for the size of the particular coronary artery (2.75 – 3.25 mm)) | OrbusNeich | 103-3015 | Alternative product can be used |
| Evans Blue | Sigma-Aldrich | E2129-100G | Toxic. Alternative product can be used |
| 2,3,5-triphenyl-tetrazolium chloride (TTC) | Sigma-Aldrich | T8877-100G | Irritant. Alternative product can be used |
| 9V battery | – | – | |
| Ruler | – | – | |
| Photocamera | Sony | – | |
| ImageJ | National Institutes of Health | – | Alternative product can be used |
Referências
- Mosterd, A., Hoes, A. W. Clinical epidemiology of heart failure. Heart. 93 (9), 1137-1146 (2007).
- Nichols, M., et al. . European Cardiovascular Disease Statistics. , (2012).
- Krumholz, H. M., et al. Reduction in Acute Myocardial Infarction Mortality in the United States. JAMA. 302 (7), 767-773 (2010).
- Go, A. S., et al. Heart disease and stroke statistics – 2013 update: A Report from the American Heart Association. Circulation. 127 (1), (2013).
- Koudstaal, S., et al. Myocardial infarction and functional outcome assessment in pigs. J. Vis. Exp. (86), e51269 (2014).
- Chareonthaitawee, P., Christian, T. F., Hirose, K., Gibbons, R. J., Rumberger, J. A. Relation of initial infarct size to extent of left ventricular remodeling in the year after acute myocardial infarction. J. Am. Coll. Cardiol. 25 (3), 567-573 (1995).
- Yellon, D. M., Hausenloy, D. J. Myocardial reperfusion injury. N. Engl. J. Med. 357 (11), 1221-1235 (2007).
- Suzuki, Y., Lyons, J. K., Yeung, A. C., Ikeno, F. In vivo porcine model of reperfused myocardial infarction: In situ double staining to measure precise infarct area/area at risk. Catheter Cardiovasc. Interv. 71 (1), 100-107 (2008).
- Weidemann, F., et al. Myocardial function defined by strain rate and strain during alterations in inotropic states and heart rate. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 283 (2), H792-H799 (2002).
- Mercier, J. C., et al. Two-dimensional echocardiographic assessment of left ventricular volumes and ejection fraction in children. Circulation. 65 (5), 962-969 (1982).
- De Jong, R., et al. Cardiac Function in a Long-Term Follow-Up Study of Moderate and Severe Porcine Model of Chronic Myocardial Infarction. Biomed. Res. Int. 2015, 1-11 (2015).
- Van Hout, G. P. J., et al. Invasive surgery reduces infarct size and preserves cardiac function in a porcine model of myocardial infarction. J. Cell. Mol. Med. , 2655-2663 (2015).
- Meybohm, P., et al. Assessment of left ventricular systolic function during acute myocardial ischemia: A comparison of transpulmonary thermodilution and transesophageal echocardiography. Minerva Anestesiol. 77 (2), 132-141 (2011).
- Gruenewald, M., et al. Visual evaluation of left ventricular performance predicts volume responsiveness early after resuscitation from cardiac arrest. Resuscitation. 82 (12), 1553-1557 (2011).
- Bolli, R., Becker, L., Gross, G., Mentzer, R., Balshaw, D., Lathrop, D. A. Myocardial protection at a crossroads: The need for translation into clinical therapy. Circ. Res. 95 (2), 125-134 (2004).
- Timmers, L., et al. Exenatide reduces infarct size and improves cardiac function in a porcine model of ischemia and reperfusion injury. J. Am. Coll. Cardiol. 53 (6), 501-510 (2009).
- Csonka, C., et al. Measurement of myocardial infarct size in preclinical studies. J. Pharmacol. Toxicol. Methods. 61 (2), 163-170 (2010).
- Law, R., Katzka, D. A., Baron, T. H. Zenker’s Diverticulum. Clin. Gastroenterol. Hepatol. 12 (11), 1773-1782 (2014).
- Philips Healthcare. . QLAB 10.0 Quick Card: 3DQ and 3DQ Adv measurements guide. , (2013).
- Transonic. . ADV500 Pressure-Volume Measurement System Use and Care Manual, version 5. , (2006).
- Schramm, W. Is the cardiac output obtained from a Swan-Ganz catheter always zero?. J. Clin. Monit. Comput. 22 (6), 431-433 (2008).
- iWorx. . LabScribe 3: Software Manual for Pressure-Volume Analyses. , (2014).
- Hueper, W. C., Ichniowski, C. T. Toxicopathologic studies on the dye T-1824. Arch. Surg. 48 (1), 17-26 (1944).
- Van Hout, G. P. J., et al. Admittance-based pressure-volume loops versus gold standard cardiac magnetic resonance imaging in a porcine model of myocardial infarction. Physiol. Rep. 2 (4), 1-9 (2014).
- Burkhoff, D., Mirsky, I., Suga, H. Assessment of systolic and diastolic ventricular properties via pressure-volume analysis: a guide for clinical, translational, and basic researchers. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. Heart Circ. Physiol. 289 (2), H501-H512 (2005).
- Frangogiannis, N. G. The inflammatory response in myocardial injury, repair, and remodelling. Nat. Rev. Cardiol. 11 (5), 255-265 (2014).
- Fishbein, M., et al. Early phase acute myocardial infarct size quantification: validation of the triphenyl tetrazolium chloride tissue enzyme staining technique. Am. Heart. J. 101 (5), 593-600 (1981).
- Arslan, F., et al. Treatment with OPN-305, a humanized anti-toll-like receptor-2 antibody, reduces myocardial ischemia/reperfusion injury in pigs. Circ. Cardiovasc. Interv. 5 (2), 279-287 (2012).
- Meyns, B., Stolinski, J., Leunens, V., Verbeken, E., Flameng, W. Left ventricular support by Catheter-Mountedaxial flow pump reduces infarct size. J. Am. Coll. Cardiol. 41 (7), 1087-1095 (2003).
- Khalil, P. N., et al. Histochemical assessment of early myocardial infarction using 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride in blood-perfused porcine hearts. J. Pharmacol. Toxicol. Methods. 54 (3), 307-312 (2006).
- Gardner, B. I., Bingham, S. E., Allen, M. R., Blatter, D. D., Anderson, J. L. Cardiac magnetic resonance versus transthoracic echocardiography for the assessment of cardiac volumes and regional function after myocardial infarction: an intrasubject comparison using simultaneous intrasubject recordings. Cardiovasc. Ultrasound. 7, 38 (2009).
- Santos-Gallego, C., et al. 3D-Echocardiography Demonstrates Excellent Correlation With Cardiac Magnetic Resonance for Assessment of Left Ventricular Function and Volumes in a Model of Myocardial Infarction. J. Am. Coll. Cardiol. 59 (13), E1564 (2012).
- Keith Jones, ., W, , et al. Peripheral nociception associated with surgical incision elicits remote nonischemic cardioprotection via neurogenic activation of protein kinase C signaling. Circulation. 120, S1-S9 (2009).
- Gross, G. J., Baker, J. E., Moore, J., Falck, J. R., Nithipatikom, K. Abdominal Surgical Incision Induces Remote Preconditioning of Trauma (RPCT) via Activation of Bradykinin Receptors (BK2R) and the Cytochrome P450 Epoxygenase Pathway in Canine Hearts. Cardiovasc. Drugs Ther. 25 (6), 517-522 (2011).
- Van Hout, G. P. J., de Jong, R., Vrijenhoek, J. E. P., Timmers, L., Duckers, H. J., Hoefer, I. E. Admittance-based pressure-volume loop measurements in a porcine model of chronic myocardial infarction. Exp. Physiol. 98 (11), 1565-1575 (2013).
- Sunagawa, K., Maughan, W. L., Burkhoff, D., Sagawa, K. Left ventricular interaction with arterial load studied in isolated canine ventricle. Am. J. Physiol. 245 (5 Pt 1), H773-H780 (1983).
- Steendijk, P., Baan, J., Der Velde, E. T. V. a. n., Baan, J. Effects of critical coronary stenosis on global systolic left ventricular function quantified by pressure-volume relations during dobutamine stress in the canine heart. J. Am. Coll. Cardiol. 32 (3), 816-826 (1998).
