دراسة إعادة عرض عكس البطين الأيسر عن طريق إزالة النطاق الأبهري في القوارض
Summary
هنا نصف بروتوكول خطوة بخطوة من إزالة ربط الشريان الأورطي الجراحي في نموذج الفئران الراسخة من انقباض الأبهر. هذا الإجراء لا يسمح فقط دراسة الآليات الكامنة وراء إعادة عرض عكس البطين الأيسر والتراجع من تضخم ولكن أيضا لاختبار الخيارات العلاجية الجديدة التي قد تسرع الانتعاش عضلة القلب.
Abstract
لفهم أفضل لإعادة عرض البطين الأيسر (LV) العكسي (RR) ، نصف نموذج القوارض حيث ، بعد إعادة عرض LV الناجم عن النطاق الأبهري ، تخضع الفئران ل RR عند إزالة الانقباض الأبهري. في هذه الورقة، نقوم بوصف إجراء خطوة بخطوة لإجراء إزالة ربط الأبهر الجراحية طفيفة التوغل في الفئران. تم استخدام تخطيط صدى القلب في وقت لاحق لتقييم درجة تضخم القلب والخلل الوظيفي أثناء إعادة عرض LV وRR وتحديد أفضل توقيت لإزالة النطاق الأبهري. وفي نهاية البروتوكول، أجري تقييم ديناميائي نهائي لوظيفة القلب، وتم جمع عينات للدراسات النسيجية. أظهرنا أن يرتبط debanding مع معدلات البقاء على قيد الحياة الجراحية من 70-80٪. وعلاوة على ذلك، بعد أسبوعين من إزالة النطاق، يؤدي الانخفاض الكبير في الحمل البطيني إلى تراجع تضخم البطين (~20٪) والتليف (~ 26٪)، واستعادة الخلل الانبساطي كما تم تقييمها من خلال تطبيع ملء البطين الأيسر والضغوط الانبساطية النهائية (E/e’ وLVEDP). إزالة النطاق الأبهري هو نموذج تجريبي مفيد لدراسة LV RR في القوارض. مدى الانتعاش عضلة القلب متغير بين المواضيع, ولذلك, محاكاة تنوع RR التي تحدث في السياق السريري, مثل استبدال الصمام الأبهري. نستنتج أن نموذج النطاقات الأبهري / debanding يمثل أداة قيمة لكشف رؤى جديدة في آليات RR ، وهي تراجع تضخم القلب وانتعاش الخلل الانبساطي.
Introduction
انقباض الشريان الأورطي العرضي أو التصاعدي في الماوس هو نموذج تجريبي يستخدم على نطاق واسع لضغط تضخم القلب الناجم عن الحمل الزائد ، والخلل الانبساطي والانقباضي وفشل القلب1،2،3،4. تضيق الأبهر يؤدي في البداية إلى تضخم البطين الأيسر التعويضي (LV) متحد المركز لتطبيع الإجهادالجداري 1. ومع ذلك ، في ظل ظروف معينة ، مثل الحمل الزائد للقلب لفترات طويلة ، فإن هذا الضمور غير كاف لتقليل إجهاد الجدار ، مما يؤدي إلى خلل انبساطي وانقباضي (تضخم مرضي)5. بالتوازي، تؤدي التغيرات في المصفوفة خارج الخلية (ECM) إلى ترسب الكولاجين والربط المتقاطع في عملية تعرف باسم التليف، والتي يمكن تقسيمها إلى تليف بديل وتليف تفاعلي. التليف هو، في معظم الحالات، لا رجعة فيه والتنازلات الانتعاش عضلة القلب بعد الإغاثة الزائد6،7. ومع ذلك، كشفت دراسات التصوير بالرنين المغناطيسي القلب الأخيرة أن التليف التفاعلي قادر على التراجع على المدى الطويل8. بالإجمال، التليف، تضخم وخلل القلب هي جزء من عملية تعرف باسم إعادة عرض عضلة القلب التي تتقدم بسرعة نحو فشل القلب (HF).
أصبح فهم ميزات إعادة عرض عضلة القلب هدفا رئيسيا للحد من تطوره أو عكسه ، وهذا الأخير يعرف باسم إعادة عرض عكسي (RR). ويشمل مصطلح RR أي تغيير عضلة القلب عكس مزمن من قبل تدخل معين، مثل العلاج الدوائي (على سبيل المثال، الأدوية الخافضة للضغط)، جراحة الصمام (على سبيل المثال، تضيق الأبهر) أو أجهزة مساعدة البطين (على سبيل المثال، HF المزمن). ومع ذلك، غالبا ما تكون RR غير مكتملة بسبب تضخم السائدة أو الانقباضي / الانبساطي الخلل الوظيفي. وبالتالي ، فإن توضيح الآليات الأساسية لRR والاستراتيجيات العلاجية الجديدة لا يزال مفقودا ، ويرجع ذلك في الغالب إلى استحالة الوصول إلى أنسجة عضلة القلب البشرية ودراسةها أثناء RR في معظم هؤلاء المرضى.
للتغلب على هذا القيد ، لعبت نماذج القوارض دورا كبيرا في تعزيز فهمنا لمسارات الإشارات المشاركة في تطور HF. على وجه التحديد، يمثل إزالة ربط الأبهر للفئران مع انقباض الأبهر نموذجا مفيدا لدراسة الآليات الجزيئية الكامنة وراء LV السلبية إعادة عرض9 و RR10،11 لأنها تسمح بجمع عينات عضلة القلب في نقاط زمنية مختلفة في هاتين المرحلتين. وعلاوة على ذلك، فإنه يوفر بيئة تجريبية ممتازة لاختبار الأهداف الجديدة المحتملة التي يمكن أن تعزز / تسريع RR. على سبيل المثال، في سياق تضيق الأبهر، قد يوفر هذا النموذج معلومات حول الآليات الجزيئية المشاركة في التنوع الهائل للاستجابة عضلة القلب الكامنة وراء (في) اكتمال RR6،12، وكذلك ، التوقيت الأمثل لاستبدال الصمام ، والذي يمثل عيبا كبيرا في المعرفة الحالية. والواقع أن التوقيت الأمثل لهذا التدخل هو موضوع نقاش، ويرجع ذلك أساسا إلى أنه محدد على أساس حجم التدرجات الأبهرية. العديد من الدراسات الدعوة إلى أن هذه النقطة الزمنية قد يكون متأخرا جدا لانتعاش عضلة القلب والتليف والخلل الانبساطي وغالبا ما تكون موجودة بالفعل12.
على حد علمنا، هذا هو النموذج الحيواني الوحيد الذي يلخص عملية إعادة عرض كل من عضلة القلب وRR تجري في ظروف مثل تضيق الأبهر أو ارتفاع ضغط الدم قبل وبعد استبدال الصمام أو بداية الأدوية المضادة لارتفاع ضغط الدم، على التوالي.
سعيا إلى التصدي للتحديات الموجزة أعلاه، فإننا نصف نموذجا جراحيا للحيوانات يمكن تنفيذه في الفئران والجرذان على حد سواء، ومعالجة الاختلافات بين هذين النوعين. نحن نصف الخطوات والتفاصيل الرئيسية التي ينطوي عليها تنفيذ هذه العمليات الجراحية. وأخيرا، فإننا نبلغ عن أهم التغييرات التي تحدث في LV مباشرة قبل و طوال RR.
Protocol
Representative Results
Discussion
النموذج المقترح هنا يحاكي عملية إعادة عرض LV وRR بعد النطاقات الأبهري وإزالة النطاقات ، على التوالي. لذلك ، فإنه يمثل نموذجا تجريبيا ممتازا لتعزيز معرفتنا بالآليات الجزيئية المشاركة في إعادة عرض LV السلبية واختبار استراتيجيات علاجية جديدة قادرة على تحفيز تعافي عضلة القلب لهؤلاء المرضى. هذا…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يشكر المؤلفون المؤسسة البرتغالية للعلوم والتكنولوجيا والاتحاد الأوروبي وكوادرو دي Referência Estratégico Nacional (QREN) و Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER) و Programa Operacional Factores de Competitividade (COMPETE) لتمويل وحدة البحوث UnIC (UID/IC/00051/2013). ويدعم هذا المشروع من قبل فيدر من خلال المنافسة 2020 – Programa أوبراسيونال Competitividade E Internacionalização (POCI)، مشروع DOCNET (NORTE-01-0145-FEDER-000003)، بدعم من برنامج نورتي البرتغال التشغيلي الإقليمي (NORTE 2020)، بموجب اتفاقية الشراكة البرتغالية لعام 2020، من خلال الصندوق الأوروبي للتنمية الإقليمية (ERDF)، مشروع NETDIAMOND (POCI-01-0145-FEDER-016385)، بدعم من الصناديق الهيكلية والاستثمارية الأوروبية، وهو البرنامج التشغيلي الإقليمي في لشبونة 2020. دانييلا ميراندا سيلفا وباتريشيا رودريغز ممولتان من صندوق الفقرة A Ciência e Tecnologia (FCT) من منح الزمالة (SFRH/BD/87556/2012 وSFRH/BD/96026/2013 على التوالي).
Materials
| Absorption Spears | F.S.T | 18105-03 | To absorb fluids during the surgery |
| Blades | F.S.T | 10011-00 | To perform the skin incision |
| Buprenorphine | Buprelieve | Analgesia drug | |
| Catutery | F.S.T | 18010-00 | To prevent exsanguination |
| Catutery tips | F.S.T | 18010-01 | To prevent exsanguination |
| cotton swab | Johnson's | To absorb fluids during the surgery | |
| Depilatory cream | Veet | To delipate the animal | |
| Disposable operating room table cover | MEDKINE | DYND4030SB | To cover the surgical area |
| Echo probe | Siemens | Sequoia 15L8W | Ultrasound signal aquisition |
| Echocardiograph | Siemens | Acuson Sequoia C512 | Ultrasound signal aquisition |
| End-tidal CO2 monitor | Kent Scientific | CapnoStat | To control expiration gas saturation |
| Forcep/Tweezers | F.S.T | 11255-20 | To dissect the tissues and aorta |
| Forcep/Tweezers | F.S.T | 11272-30 | To dissect the tissues and aorta |
| Forcep/Tweezers | F.S.T | 11151-10 | To dissect the tissues and aorta |
| Forcep/Tweezers | F.S.T | 11152-10 | To dissect the tissues and aorta |
| Gas system | Penlon Sigma Delta | To anesthesia and mechanical ventilation | |
| Hemostats | F.S.T | 13010-12 | To hold the suture before tight the aorta |
| Hemostats | F.S.T | 13011-12 | To hold the suture before tight the aorta |
| Ligation aids | F.S.T | 18062-12 | To place a suture around the aorta |
| Magnetic retractor | F.S.T | 18200-20 | To help keep the animal in a proper position |
| Needle holder | F.S.T | 12503-15 | To suture the animal |
| Needle 26G | B-BRAUN | 4665457 | To serve as a molde of aortic constriction diameter |
| Oxygen | Air Liquide | To anesthesia and mechanical ventilation | |
| Polipropilene suture | Vycril | W8304/W8597 | To suture the animal and to do the constriction |
| Povidone-iodine solution | Betadine® | Skin antiseptic | |
| PowerLab | Millar instruments | ML880 PowerLab 16/30 | PV loop Signal Aquisition |
| Pulse oximeter | Kent Scientific | MouseStat | To control heart rate and blood saturation |
| PVAN software | Millar Instruments | To analyse the haemodynamic data | |
| PV loop cathether | Millar instruments | SPR-1035. 1.4 F | PV loop Signal Aquisition |
| Retractor | F.S.T | 17000-01 | To provide a better overview of the aorta |
| Scalpet handle | F.S.T | 10003-12 | To perform the skin incision |
| Scissors | F.S.T | 15070-08 | To cut the suture in debanding surgery |
| Scissors | F.S.T | 14084-09 | To cut other material during the surgery e.g. suture, papper |
| Sevoflurane | Baxter | 533-CA2L9117 | |
| Temperature control module | Kent Scientific | RightTemp | To control animal corporal temperature |
| Ventilator | Kent Scientific | PhysioSuite | To ventilate the animal |
| Water-bath | Thermo Scientific™ | TSGP02 | To maintain water temperature adequate to heat the P-V loop catethers |
Referências
- Arany, Z., et al. Transverse aortic constriction leads to accelerated heart failure in mice lacking PPAR-gamma coactivator 1alpha. Proceedings of the National Academy of Science U. S. A. 103 (26), 10086-10091 (2006).
- Tavakoli, R., Nemska, S., Jamshidi, P., Gassmann, M., Frossard, N. Technique of Minimally Invasive Transverse Aortic Constriction in Mice for Induction of Left Ventricular Hypertrophy. Journal of Visualized Experiment. (127), e56231 (2017).
- Zaw, A. M., Williams, C. M., Law, H. K., Chow, B. K. Minimally Invasive Transverse Aortic Constriction in Mice. Journal of Visualized Experiment. (121), e55293 (2017).
- Rockman, H. A., et al. Segregation of atrial-specific and inducible expression of an atrial natriuretic factor transgene in an in vivo murine model of cardiac hypertrophy. Proceedings of the National Academy of Science. 88 (18), 8277-8281 (1991).
- Koide, M., et al. Premorbid determinants of left ventricular dysfunction in a novel model of gradually induced pressure overload in the adult canine. Circulation. 95 (6), 1601-1610 (1997).
- Rodrigues, P. G., Leite-Moreira, A. F., Falcao-Pires, I. Myocardial reverse remodeling: how far can we rewind. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 310 (11), 1402-1422 (2016).
- Weidemann, F., et al. Impact of myocardial fibrosis in patients with symptomatic severe aortic stenosis. Circulation. 120 (7), 577-584 (2009).
- Bing, R., et al. Imaging and Impact of Myocardial Fibrosis in Aortic Stenosis. JACC Cardiovascular Imaging. 12 (2), 283-296 (2019).
- Conceicao, G., Heinonen, I., Lourenco, A. P., Duncker, D. J., Falcao-Pires, I. Animal models of heart failure with preserved ejection fraction. Netherlands Heart Journal. 24 (4), 275-286 (2016).
- Weinheimer, C. J., et al. Load-Dependent Changes in Left Ventricular Structure and Function in a Pathophysiologically Relevant Murine Model of Reversible Heart Failure. Circulation Heart Failure. 11 (5), 004351 (2018).
- Bjornstad, J. L., et al. A mouse model of reverse cardiac remodelling following banding-debanding of the ascending aorta. Acta Physiologica (Oxford). 205 (1), 92-102 (2012).
- Yarbrough, W. M., Mukherjee, R., Ikonomidis, J. S., Zile, M. R., Spinale, F. G. Myocardial remodeling with aortic stenosis and after aortic valve replacement: mechanisms and future prognostic implications. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 143 (3), 656-664 (2012).
- deAlmeida, A. C., van Oort, R. J., Wehrens, X. H. Transverse aortic constriction in mice. Journal of Visualized Experiment. (38), 1729 (2010).
- Hamdani, N., et al. Myocardial titin hypophosphorylation importantly contributes to heart failure with preserved ejection fraction in a rat metabolic risk model. Circulation: Heart Failure. 6 (6), 1239-1249 (2013).
- Li, L., et al. Assessment of Cardiac Morphological and Functional Changes in Mouse Model of Transverse Aortic Constriction by Echocardiographic Imaging. Journal of Visualized Experiment. (112), e54101 (2016).
- Lygate, C. A., et al. Serial high resolution 3D-MRI after aortic banding in mice: band internalization is a source of variability in the hypertrophic response. Basic Research in Cardiology. 101 (1), 8-16 (2006).
- Platt, M. J., Huber, J. S., Romanova, N., Brunt, K. R., Simpson, J. A. Pathophysiological Mapping of Experimental Heart Failure: Left and Right Ventricular Remodeling in Transverse Aortic Constriction Is Temporally, Kinetically and Structurally Distinct. Frontiers in Physiology. 9, 472 (2018).
- Garcia-Menendez, L., Karamanlidis, G., Kolwicz, S., Tian, R. Substrain specific response to cardiac pressure overload in C57BL/6 mice. American Journal of Physiology-Heart and Circulation Physiology. 305 (3), 397-402 (2013).
- Melleby, A. O., et al. A novel method for high precision aortic constriction that allows for generation of specific cardiac phenotypes in mice. Cardiovascular Research. 114 (12), 1680-1690 (2018).
- Li, Y. H., et al. Effect of age on peripheral vascular response to transverse aortic banding in mice. The Journal of Gerontology. Series A, Biological Sciences and Medical Sciences. 58 (10), 895-899 (2003).
- Ruppert, M., et al. Myocardial reverse remodeling after pressure unloading is associated with maintained cardiac mechanoenergetics in a rat model of left ventricular hypertrophy. American Journal of Physiology-Heart and Circulation Physiology. 311 (3), 592-603 (2016).
- Treibel, T. A., et al. Reverse Myocardial Remodeling Following Valve Replacement in Patients With Aortic Stenosis. Journal of the American College of Cardiology. 71 (8), 860-871 (2018).
- Dadson, K., et al. Cellular, structural and functional cardiac remodelling following pressure overload and unloading. International Journal of Cardiology. 216, 32-42 (2016).
- Krayenbuehl, H. P., et al. Left ventricular myocardial structure in aortic valve disease before, intermediate, and late after aortic valve replacement. Circulation. 79 (4), 744-755 (1989).
- McCann, G. P., Singh, A. Revisiting Reverse Remodeling After Aortic Valve Replacement for Aortic Stenosis. Journal of the American College of Cardiology. 71 (8), 872-874 (2018).
- Miranda-Silva, D., et al. Characterization of biventricular alterations in myocardial (reverse) remodelling in aortic banding-induced chronic pressure overload. Science Reports. 9 (1), 2956 (2019).
