Un modello di fibrillazione ventricolare a lungo termine in cuori di ratto isolati
Summary
Questo protocollo presenta un modello di fibrillazione ventricolare a lungo termine nei cuori di ratto indotta dalla stimolazione continua con corrente alternata a bassa tensione. Questo modello ha un alto tasso di successo, è stabile, affidabile e riproducibile, ha un basso impatto sulla funzione cardiaca e causa solo lievi lesioni miocardiche.
Abstract
La fibrillazione ventricolare (VF) è un’aritmia fatale con un’alta incidenza nei pazienti cardiaci, ma l’arresto VF sotto perfusione è un metodo trascurato di arresto intraoperatorio nel campo della cardiochirurgia. Con i recenti progressi nella cardiochirurgia, la domanda di studi VF prolungati sotto perfusione è aumentata. Tuttavia, il campo manca di modelli animali semplici, affidabili e riproducibili di fibrillazione ventricolare cronica. Questo protocollo induce VF a lungo termine attraverso la stimolazione elettrica a corrente alternata (AC) dell’epicardio. Diverse condizioni sono state utilizzate per indurre VF, tra cui la stimolazione continua con una bassa o alta tensione per indurre VF a lungo termine e la stimolazione per 5 minuti con una bassa o alta tensione per indurre VF spontanea a lungo termine. Sono stati confrontati i tassi di successo delle diverse condizioni, nonché i tassi di lesioni miocardiche e recupero della funzione cardiaca. I risultati hanno mostrato che la stimolazione continua a bassa tensione ha indotto VF a lungo termine e che 5 minuti di stimolazione a bassa tensione hanno indotto VF spontanea a lungo termine con lieve danno miocardico e un alto tasso di recupero della funzione cardiaca. Tuttavia, il modello VF a bassa tensione, continuamente stimolato a lungo termine, ha avuto un tasso di successo più elevato. La stimolazione ad alta tensione ha fornito un più alto tasso di induzione VF, ma ha mostrato un basso tasso di successo della defibrillazione, scarso recupero della funzione cardiaca e gravi lesioni del miocardio. Sulla base di questi risultati, la stimolazione epicardica AC continua a bassa tensione è raccomandata per il suo alto tasso di successo, stabilità, affidabilità, riproducibilità, basso impatto sulla funzione cardiaca e lieve danno miocardico.
Introduction
La cardiochirurgia viene solitamente eseguita tramite toracotomia, con blocco dell’aorta e perfusione con una soluzione cardioplegica per arrestare il cuore. La chirurgia cardiaca ripetuta può essere più impegnativa dell’intervento chirurgico iniziale, con complicanze e tassi di mortalità più elevati 1,2,3. Inoltre, l’approccio convenzionale della sternotomia mediana può causare danni ai vasi ponte dietro lo sterno, all’aorta ascendente, al ventricolo destro e ad altre strutture importanti. Sanguinamento esteso dovuto alla separazione del tessuto connettivo, infezione della ferita sternale e osteomielite sternale dovuta a sternotomia sono tutte possibili complicanze. La dissezione estesa aumenta il rischio di lesioni ed emorragie nelle strutture cardiache vitali.
Con lo sviluppo della cardiochirurgia minimamente invasiva, le incisioni sono diventate più piccole e l’arresto cardiaco è talvolta difficile da raggiungere. La chirurgia cardiaca ripetuta sotto fibrillazione ventricolare (VF)4,5 è sicura, fattibile e può fornire una migliore protezione miocardica. Pertanto, questo protocollo introduce il metodo di arresto cardiaco VF in chirurgia con circolazione extracorporea minimamente invasiva. Il cuore perde una contrazione efficace durante la VF e, quindi, non è necessario suturare e bloccare l’aorta ascendente durante l’intervento chirurgico, il che semplifica la procedura. Tuttavia, anche se il cuore è continuamente perfuso, VF a lungo termine può ancora essere dannoso per il cuore.
Man mano che questo metodo diventa più ampiamente utilizzato, la questione di come proteggere il cuore durante la VF diventa sempre più rilevante. Ciò richiederà studi approfonditi e approfonditi utilizzando modelli animali di VF a lungo termine. In passato, la ricerca in questo campo ha utilizzato principalmente animali di grossa taglia6,7 e ha richiesto la cooperazione tra chirurghi, anestesisti, perfusionisti e altri ricercatori. Questi studi hanno richiesto troppo tempo, le dimensioni del campione erano spesso piccole e gli studi si sono generalmente concentrati sulla funzione cardiaca e meno sulle valutazioni meccanicistiche e molecolari. Ad oggi, nessuno studio ha riportato un protocollo dettagliato per stabilire un modello VF a lungo termine.
Questo protocollo, quindi, fornisce i dettagli necessari per sviluppare un modello di ratto VF a lungo termine utilizzando l’apparato di Langendorff. Il protocollo è semplice, economico, ripetibile e stabile.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo protocollo stabilisce un modello animale di VF a lungo termine in cuori di ratto isolati che non è stato precedentemente segnalato. Inoltre, in questo studio sono state confrontate diverse condizioni di stimolazione elettrica. Questo studio fornisce un modello per gli studi relativi all’arresto della fibrillazione ventricolare durante la cardiochirurgia.
Il tasso di successo del modello è un indicatore molto importante correlato al personale, al tempo e ai costi economici. Nei modelli…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato svolto con il supporto di Cardiovascular Surgery, First Medical Center, Chinese PLA General Hospital e Laboratory Animal Center, Chinese PLA General Hospital.
Materials
| 0 Non-absorbable suture | Ethicon, Inc. | Preparation of the isolated heart | |
| 95% O2 + 5% CO2 | Beijing BeiYang United Gas Co., Ltd. | K-H buffer | |
| AcqKnowledge software | BIOPAC Systems Inc. | Version 4.2.1 | Software |
| Automatic biochemistry analyzer | Rayto Life and Analytical Sciences Co., Ltd. | Chemray 800 | CK-MB assay |
| BIOPAC research systems | BIOPAC Systems Inc. | MP150 | Hardware |
| Blunt needle (20 G, TWLB) | Tianjin Hanaco MEDICAL Co., Ltd. | H-113AP-S | Modified Langendorff perfusion system |
| Calcium chloride | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 10005861 | K-H buffer |
| CK-MB assay kits | Changchun Huili Biotech Co., Ltd. | C060 | CK-MB assay |
| Curved forcep | Shanghai Medical Instrument (Group) Co., Ltd. | Preparation of the isolated heart | |
| EDTA | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 10009717 | K-H buffer |
| Electrical stimulator | BIOPAC Systems Inc. | STEMISOC | Hardware |
| Filter | Tianjin Hanaco MEDICAL Co., Ltd. | H-113AP-S | |
| Glucose | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 63005518 | K-H buffer |
| Heparin sodium | Tianjin Biochem Pharmaceutical Co., Ltd. | H120200505 | Preparation of the isolated heart |
| Isoflurane | RWD Life Science Co.,LTD | 21082201 | Preparation of the isolated heart |
| Magnesium sulfate | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 20025118 | K-H buffer |
| Needle electrodes | BIOPAC Systems Inc. | EL452 | Hardware |
| Ophthalmic clamp | Shanghai Medical Instrument (Group) Co., Ltd. | Preparation of the isolated heart | |
| Ophthalmic forceps | Shanghai Medical Instrument (Group) Co., Ltd. | Preparation of the isolated heart | |
| Ophthalmic scissors | Shanghai Medical Instrument (Group) Co., Ltd. | Preparation of the isolated heart | |
| Perfusion tube | Tianjin Hanaco MEDICAL Co., Ltd. | H-113AP-S | Modified Langendorff perfusion system |
| Potassium chloride | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 10016318 | K-H buffer |
| Sodium bicarbonate | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 10018960 | K-H buffer |
| Sodium chloride | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 10019318 | K-H buffer |
| Sodium dihydrogen phosphate dihydrate | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 20040718 | K-H buffer |
| Sprague-Dawley (SD) rats | SPF (Beijing) biotechnology Co., Ltd. | Male, 300-350g | Preparation of the isolated heart |
| Thermometer | Jiangsu Jingchuang Electronics Co., Ltd. | GSP-6 | Modified Langendorff perfusion system |
| Tissueforceps | Shanghai Medical Instrument (Group) Co., Ltd. | Preparation of the isolated heart | |
| Tissue scissors | Shanghai Medical Instrument (Group) Co., Ltd. | Preparation of the isolated heart | |
| Toothed forceps | Shanghai Medical Instrument (Group) Co., Ltd. | Preparation of the isolated heart | |
| Ventilator | Chengdu Instrument Factory | DKX-150 | Preparation of the isolated heart |
| Water bath1 | Ningbo Scientz Biotechnology Co.,Ltd. | SC-15 | Modified Langendorff perfusion system |
| Water bath2 | Shanghai Yiheng Technology Instrument Co., Ltd. | DK-8D | Modified Langendorff perfusion system |
Referências
- Kilic, A., et al. Clinical outcomes of mitral valve reoperations in the United States: An analysis of the society of thoracic surgeons national database. The Annals of Thoracic Surgery. 107 (3), 754-759 (2019).
- Akins, C. W., et al. Risk of reoperative valve replacement for failed mitral and aortic bioprostheses. The Annals of Thoracic Surgery. 65 (6), 1551-1542 (1998).
- Jamieson, W. R., et al. Reoperation for bioprosthetic mitral structural failure: risk assessment. Circulation. 108 (Suppl 1), 98 (2003).
- Seeburger, J., et al. Minimally invasive mitral valve surgery after previous sternotomy: Experience in 181 patients. The Annals of Thoracic Surgery. 87 (3), 709-714 (2009).
- Arcidi, J. M., et al. Fifteen-year experience with minimally invasive approach for reoperations involving the mitral valve. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 143 (5), 1062-1068 (2012).
- Cox, J. L., et al. The safety of induced ventricular fibrillation during cardiopulmonary bypass in nonhypertrophied hearts. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 74 (3), 423-432 (1977).
- Schraut, W., Lamberti, J. J., Kampman, K., Glagov, S. Ventricular fibrillation during cardiopulmonary bypass: Long-term effects on myocardial morphology and function. The Annals of Thoracic Surgery. 27 (3), 230-234 (1979).
- Li, L., et al. Pravastatin attenuates cardiac dysfunction induced by lysophosphatidylcholine in isolated rat hearts. European Journal of Pharmacology. 640 (1-3), 139-142 (2010).
- Lang, S., et al. CXCL10/IP-10 neutralization can ameliorate lipopolysaccharide-induced acute respiratory distress syndrome in rats. PLoS One. 12 (1), e0169100 (2017).
- Lubbe, W. F., Bricknell, O. L., Marzagao, C. Ventricular fibrillation threshold and vulnerable period in the isolated perfused rat heart. Cardiovascular Research. 9 (5), 613-620 (1975).
- Hottentrott, C. E., Towers, B., Kurkji, H. J., Maloney, J. V., Buckberg, G. The hazard of ventricular fibrillation in hypertrophied ventricles during cardiopulmonary bypass. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 66 (5), 742-753 (1973).
- Hottenrott, C., Maloney, J. V., Buckberg, G. Studies of the effects of ventricular fibrillation on the adequacy of regional myocardial flow. I. Electrical vs. spontaneous fibrillation. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 68 (4), 615-625 (1974).
- Buckberg, G. D., et al. Studies of the effects of hypothermia on regional myocardial blood flow and metabolism during cardiopulmonary bypass. I. The adequately perfused beating, fibrillating, and arrested heart. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 73 (1), 87-94 (1977).
- Gazmuri, R. J., Berkowitz, M., Cajigas, H. Myocardial effects of ventricular fibrillation in the isolated rat heart. Critical Care Medicine. 27 (8), 1542-1550 (1999).
- Clasen, L., et al. A modified approach for programmed electrical stimulation in mice: Inducibility of ventricular arrhythmias. PLoS One. 13 (8), e0201910 (2018).
- Diaz-Maue, L., et al. Advanced cardiac rhythm management by applying optogenetic multi-site photostimulation in murine hearts. Journal of Visualized Experiments. (174), e62335 (2021).
- Jungen, C., et al. Impact of intracardiac neurons on cardiac electrophysiology and arrhythmogenesis in an ex vivo Langendorff system. Journal of Visualized Experiments. 135, e57617 (2018).
- Koretsune, Y., Marban, E. Cell calcium in the pathophysiology of ventricular fibrillation and in the pathogenesis of postarrhythmic contractile dysfunction. Circulation. 80 (2), 369-379 (1989).
- Brazier, J. R., Cooper, N., McConnell, D. H., Buckberg, G. D. Studies of the effects of hypothermia on regional myocardial blood flow and metabolism during cardiopulmonary bypass. III. Effects of temperature, time, and perfusion pressure in fibrillating hearts. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 73 (1), 102-109 (1977).
- von Planta, I., et al. Cardiopulmonary resuscitation in the rat. Journal of Applied Physiology. 65 (6), 2641-2647 (1988).
- Luo, X., et al. Ageing increases cardiac electrical remodelling in rats and mice via NOX4/ROS/CaMKII-mediated calcium signalling. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2022, 8538296 (2022).
- Hohnloser, S., Weirich, J., Antoni, H. Influence of direct current on the electrical activity of the heart and on its susceptibility to ventricular fibrillation. Basic Research in Cardiology. 77 (3), 237-249 (1982).
- Xie, J., et al. High-energy defibrillation increases the severity of postresuscitation myocardial dysfunction. Circulation. 96 (2), 683-688 (1997).
- Manoach, M., Netz, H., Erez, M., Weinstock, M. Ventricular self-defibrillation in mammals: Age and drug dependence. Age and Ageing. 9 (2), 112-116 (1980).
- Filippi, S., Gizzi, A., Cherubini, C., Luther, S., Fenton, F. H. Mechanistic insights into hypothermic ventricular fibrillation: The role of temperature and tissue size. Europace. 16 (3), 424-434 (2014).
