Chirurgische plaatsing van katheters naar Lange termijn Cardiovascular Exercise Testing in Swine
Summary
Here we present a protocol to assess cardiopulmonary function in awake swine, at rest and during graded treadmill exercise. Chronic instrumentation allows for repeated hemodynamic measurements uninfluenced by cardiodepressive anesthetic agents.
Abstract
Dit protocol beschrijft de chirurgische procedure chronisch instrument varkens en de procedure varkens oefenen op een motor aangedreven loopband. Vroege cardiopulmonaire disfunctie moeilijk te diagnosticeren, vooral in diermodellen, zoals cardiopulmonale functie vaak invasief gemeten, waarbij anesthesie. Omdat veel anesthetica zijn cardiodepressieve, kunnen subtiele veranderingen in de cardiovasculaire functie worden gemaskeerd. Daarentegen chronische instrumentatie maakt voor het meten van cardiopulmonale functie in de wakkere toestand, zodat metingen kunnen worden verkregen onder rustige rusttoestand, zonder dat de anesthesie en acute chirurgische trauma. Voorts moet bij dieren goed opgeleid metingen kunnen ook worden verkregen tijdens gegradeerde tredmolenoefening.
Flow sondes worden geplaatst rond de aorta en longslagader voor het meten van het hartminuutvolume en rond de linker anterieure dalende kransslagader voor het meten van CoronAry doorbloeding. Met vloeistof gevulde katheters geïmplanteerd in de aorta, longslagader, linker atrium, linker ventrikel en rechterventrikel voor drukmeting en bloedafname. Bovendien wordt een 20 G katheter geplaatst in de ader anterior interventricularis coronaire veneuze bloedafname mogelijk.
Na een week van herstel, zijn varkens geplaatst op een motor aangedreven loopband, de katheters zijn verbonden met de drukleiding en stroommeters en varkens onderworpen aan vijf fasen progressieve testprotocol, waarbij elke trap gedurende 3 min. Hemodynamische signalen worden continu geregistreerd en bloedmonsters worden genomen tijdens de laatste 30 seconden van elke oefening podium.
Het grote voordeel van het bestuderen chronisch geïnstrumenteerd dieren is dat het periodieke beoordeling van de cardiopulmonaire functie, niet alleen in rust maar ook tijdens fysieke stress, zoals lichaamsbeweging. Bovendien kan cardiopulmonaire functie herhaaldelijk worden beoordeeld tijdens de ziekte van de ontwikkeling van eennd tijdens chronische behandeling, waardoor statistisch verhogen en derhalve beperking van het aantal dieren dat nodig is voor een onderzoek.
Introduction
Adequate cardiopulmonaire functie is essentieel voor het lichaam te voorzien van zuurstof en voedingsstoffen, in het bijzonder tijdens omstandigheden van verhoogde metabolische vraag zoals tijdens inspanning 1. Cardiopulmonale op inspanning wordt gekenmerkt door een aantal aanpassingen in hartfunctie, dwz., Een toename van de hartslag, contractiliteit en slagvolume en microvasculaire functie, dat wil zeggen, vasodilatatie in het vasculaire bed toevoeren uitoefenen spieren en in de pulmonaire vasculatuur en vasoconstrictie in het vasculaire bed toevoeren van het maagdarmstelsel en inactieve spieren 1. Verminderde inspanningscapaciteit is een vroeg kenmerk van cardiopulmonaire disfunctie, en cardiopulmonale inspanningstest wordt gebruikt als een effectieve methode te bakenen tussen cardiale dysfunctie, vaatdysfunctie en / of pulmonaire dysfunctie bij patiënten met een verminderde inspanningscapaciteit 2. Vroege cardiopulmonaire disfunctie is difficult te diagnosticeren, vooral in diermodellen, zoals cardiopulmonale functie vaak invasief gemeten, waarbij anesthesie met anesthetica bezitten cardiodepressieve eigenschappen 3.
Chronische instrumentatie maakt voor het meten van cardiopulmonale functie in de wakkere toestand, en wanneer de dieren volledig aangepast aan de laboratoriumomstandigheden metingen onder rustige rusttoestand worden verkregen zonder dat de anesthesie en acute chirurgische trauma. Wanneer verder de dieren geschikte opleiding metingen kunnen ook worden verkregen tijdens ingedeeld tredmolenoefening 4,5. Specifieker, linker en rechter ventriculaire functie kan worden bepaald en gerelateerd aan myocardiale perfusie, de regulering van de vasomotorische tonus in de coronaire, systemische en pulmonale microcirculatie kunnen worden bepaald. Het gebruik van met vloeistof gevulde katheters maakt drukmeting en bloed afnemen zonder dat admende belasting van de dieren. Een ander voordeel van het bestuderen chronisch geïnstrumenteerd dieren die cardiopulmonale inspanningstest kan worden herhaald zodat het gebruik van een dier als zijn eigen controle, hetzij tijdens ziekteontwikkeling of tijdens chronische behandeling, waardoor statistisch verhogen en derhalve beperking van het aantal dieren die voor een studie .
Cardiopulmonale anatomie varkens lijkt op die van mensen en het is mogelijk om verschillende vormen van cardiopulmonale ziekten, zoals diabetes 6, 7 hartinfarct, pulmonale hypertensie en 8,9-stimulatie geïnduceerde hartfalen 10,11 induceren. Bovendien is de omvang van varkens maakt chronische instrumentatie en herhaalde bloedmonsters voldoende hoeveelheid om niet alleen bloedgassen analyseert, maar ook neurohumorale metingen en / of te zoeken naar biomarkers ziekte.
Dit protocol beschrijft de operatie gebruikt om chronischely instrument varkens en het protocol voor het uitoefenen van varkens op een motor aangedreven loopband.
Protocol
Representative Results
Discussion
Deze studie beschrijft de operatie voor chronische instrumentatie van varkens en het protocol voor het uitoefenen van de geïnstrumenteerde varkens op een motor aangedreven loopband tijdens het meten hemodynamica en het nemen van bloedmonsters voor het meten van het zuurstofgehalte in arterieel, gemengde veneuze en coronair veneus bloed.
Kritische stappen in het protocol
Er zijn verschillende kritische stappen in het protocol dat al tijdens de intubatie procedure te starten. Thiopenta…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Deze studie werd ondersteund door Nederland Hartstichting subsidie 2000T038 (DJ Duncker) subsidie 2000T042 (tot D. Merkus), Europese Commissie FP7-Health-2010 subsidie MEDIA-261409 (DJ Duncker en D. Merkus), Nederland Cardiovascular Research Initiative: de Nederlandse Hartstichting, de Nederlandse Federatie van Universitair Medische Centra, de Nederland Organisatie voor Health Research and Development en de Koninklijke Nederland Akademie van Wetenschappen CVON- ARENA CVON 2011-11 (naar DJ Duncker), CVON-PHAEDRA CVON2012-08 (tot D. Merkus) en CVON-RECONNECT CVON 2014-11 (DJ Duncker en D. Merkus), Sophia Foundation (naar D. de Wijs-Meijler, D. Merkus en IKM Reiss).
Materials
| 3-way stopcocks | B. Braun | 16496 | |
| Perfusor lines PVC (DEHP-free) 150cm/2.6ml | B. Braun | 8722960 | Used for fluid filled catheters |
| “python “ silicontubing | Rubber BV | 1757 ID 1mm, OD 2mm | Used for fluid filled catheters |
| Sodium Chloride 0.9% | Baxter | TKF7124 | |
| Glucose 10% | Baxter | WE0163 | |
| Suction device | |||
| Slim-Line electrosurgical pencil with 2 buttons | ERBE ELEKTROMEDIZIN GMBH | 20190-066 | |
| Servo Ventilator SV900C | Siemens-Elema AB | ||
| Laryngoscoop | Vererinary Technics Int. | 11.02.47 | |
| Sterile surgical gloves | |||
| tie-on surgical mask | 3M | 1818FS | |
| surgical hat | Klinidrape | 621301 | |
| Procedure pack | Molnlycke Health Care | 97027809 | Surgical drape, gauze pads, syringes, beaker etc |
| Droptears | Alcon | 288-28282-01 | |
| Betadine scrub 75mg/ml Povidone-iodine | Meda Pharma BV | RVG08939 | |
| Betadine solution 100mg/ml Povidone-iodine | Meda Pharma BV | RVG01331 | |
| Cuffed Endotracheal tube | Emdamed | size depends on animal size | |
| Breathing filter Hyrdo therm 3HME | Intersurgical | 1560000 | |
| Laryngoscope Handle+ Miller blade size 4 | Kawe Germany | ||
| Manual resuscitator- Combibag | Weinmann | 6515-12-313-5596 | |
| Perivascular flow probe 3PS | Transonic | For coronary artery; Size 2.5-4 mm depending on animal size | |
| Confidence flow probe | Transonic | For aorta/pulmonary artery, 16-20 mm; size depends on animal size | |
| Venflon-Venisystem 20Gx 32 mm | BD | 393224 | For coronary venous catheter |
| Blunt Needle 18G | For coronary venous catheter | ||
| Tygon Tubing | Rubber BV | 2802 ID 0.8mm (1/32’’), OD 2.4mm (3/32’’) | For coronary venous catheter |
| Suction Handle 17 cm 6 6/8 " Coupland 18/8 martinit with tube connector | KLS Martin Group | 18-575-24 | |
| Scalple blade | |||
| Scalpel Handle 13.5 cm 5 3/8 " Stainless Steel solid | KLS Martin Group | 10-100-04 | |
| Vascular Forceps 20.2 cm 8 " De Bakey Stainless Stee | KLS Martin Group | 24-388-20 | ± 14 cm |
| Dressing Forceps 17 cm 6 6/8 " Cushing Stainless Steel | KLS Martin Group | 12-189-17 | ± 18 cm |
| halsted-musquito straight 12.5cm – 5" | Rudolf Medical | RU-3100-13 | ± 12 cm |
| halsted-musquito curved 12.5cm – 5" | Rudolf Medical | RU-3101-12 | ± 12 cm |
| Dissecting and Ligature Forceps 13 cm 5 1/8 " Gemini Stainless Steel | KLS Martin Group | 13-451-13 | ± 12 cm |
| Dissecting and Ligature Forceps 18.5 cm 7 2/8 " Schnidt Stainless Steel | KLS Martin Group | 13-363-18 | |
| Rib Retractor Finochietto, Baby Aluminium – | KLS Martin Group | 24-162-01 | |
| suture forceps Mayo-Hegar 3mm 18cm – 7" | Rudolf Medical | RU-6050-18 | |
| Metchenbaum blunt curved 14,5cm – 5(3/4)" | Rudolf Medical | RU-1311-14M | |
| Retrector farabeuf 12cm – 4 (3/4)" | Rudolf Medical | RU-4497-12 | |
| Towel forceps schrädel curved 9cm – 3,5" | Rudolf Medical | RU-3550-09 | |
| surgical scissors blunt 13cm – 5" | Rudolf Medical | RU-1001-13 | |
| Gauzes Cutisoft 10 x 10 cm 4-ply | BSN Medical | 45846-00 | |
| Gauzes Cutisoft 5 x 5 cm 4-ply | BSN Medical | 45844-00 | |
| Flowmeter -CM2 / SF2 – 2gas (O2 and Air) | UNO BV | 180000008 | |
| Tec 7 Vaporizer | Datex-Ohmeda | ||
| Acederm wound spay | Ecuphar NV | ||
| Vaseline Album | Bufa | 165313 | |
| silkam 3-0 Natural silk, non-absorbable | B. Braun | F 1134043 | sutures for placement of catheters |
| silkam 2-0 Natural silk, non-absorbable | B. Braun | F 1134051 | sutures for muscular approximation |
| dagrofil 3-0 Polyester, non-absorbable | B. Braun | C 0842478 | sutures for fluid fille catheters after tunneling |
| Vicryl rapide 3-0, 1×45 cm FS2, V2930G | Daxtrio medische producten | 15560 | sutures for electrical catheters after tunneling |
| Vitafil 6 USP | SMI | 6080 | Ties |
| Syringes | 10 ml and 2.5 ml | ||
| Heparin LEO (heparin sodium) | LEO Pharma A/S | ||
| Zoletil | Virbac | tiletamine / zolazepam | |
| Sedazine | AST farma | 108855 | xylazine |
| Temgesic | RB Pharmaceuticals | 5429 | buprenorphine |
| Tensogrip | BSN Medical | 71522-00 | elastic vest |
References
- Laughlin, M. H., et al. Peripheral circulation. Compr Physiol. 2, 321-447 (2012).
- Datta, D., Normandin, E., ZuWallack, R. Cardiopulmonary exercise testing in the assessment of exertional dyspnea. Ann Thorac Med. 10, 77-86 (2015).
- Vatner, S. F., Braunwald, E. Cardiovascular control mechanisms in the conscious state. N Engl J Med. 293, 970-976 (1975).
- Duncker, D. J., Bache, R. J. Regulation of coronary blood flow during exercise. Physiol Rev. 88, 1009-1086 (2008).
- Tune, J. D., Gorman, M. W., Feigl, E. O. Matching coronary blood flow to myocardial oxygen consumption. J Appl Physiol. 97 (1985), 404-415 (2004).
- van den Heuvel, M., et al. Coronary microvascular dysfunction in a porcine model of early atherosclerosis and diabetes. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 302, H85-H94 (2012).
- Zhou, Z., et al. Pulmonary vasoconstrictor influence of endothelin in exercising swine depends critically on phosphodiesterase 5 activity. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 306, L442-L452 (2014).
- Pereda, D., et al. Swine model of chronic postcapillary pulmonary hypertension with right ventricular remodeling: long-term characterization by cardiac catheterization, magnetic resonance, and pathology. J Cardiovasc Transl Res. 7, 494-506 (2014).
- Mercier, O., et al. Endothelin A receptor blockade improves regression of flow-induced pulmonary vasculopathy in piglets. J Thorac Cardiovasc Surg. 140, 677-683 (2010).
- Spinale, F. G., et al. Chronic supraventricular tachycardia causes ventricular dysfunction and subendocardial injury in swine. Am J Physiol. 259, H218-H229 (1990).
- Yarbrough, W. M., Spinale, F. G. Large animal models of congestive heart failure: a critical step in translating basic observations into clinical applications. J Nucl Cardiol. 10, 77-86 (2003).
- Duncker, D. J., Stubenitsky, R., Verdouw, P. D. Autonomic control of vasomotion in the porcine coronary circulation during treadmill exercise: evidence for feed-forward beta-adrenergic control. Circ Res. 82, 1312-1322 (1998).
- Stubenitsky, R., Verdouw, P. D., Duncker, D. J. Autonomic control of cardiovascular performance and whole body O2 delivery and utilization in swine during treadmill exercise. Cardiovasc Res. 39, 459-474 (1998).
- Zhou, Z., et al. Phosphodiesterase-5 activity exerts a coronary vasoconstrictor influence in awake swine that is mediated in part via an increase in endothelin production. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 306, H918-H927 (2014).
- Gross, D. R. . Animal Models in Cardiovascular Research. , (2009).
- Merkus, D., Duncker, D. J. Perspectives: Coronary microvascular dysfunction in post-infarct remodelled myocardium. Eur Heart J Suppl. 16, A74-A79 (2014).
- de Beer, V. J., de Graaff, H. J., Hoekstra, M., Duncker, D. J., Merkus, D. Integrated control of pulmonary vascular tone by endothelin and angiotensin II in exercising swine depends on gender. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 298, H1976-H1985 (2010).
- Lautt, W. W. Resistance or conductance for expression of arterial vascular tone. Microvasc Res. 37, 230-236 (1989).
- Merkus, D., et al. Phosphodiesterase 5 inhibition-induced coronary vasodilation is reduced after myocardial infarction. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 304, H1370-H1381 (2013).
- Heusch, G. The paradox of alpha-adrenergic coronary vasoconstriction revisited. J Mol Cell Card. 51, 16-23 (2011).
- Merkus, D., Houweling, B., van den Meiracker, A. H., Boomsma, F., Duncker, D. J. Contribution of endothelin to coronary vasomotor tone is abolished after myocardial infarction. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 288, H871-H880 (2005).
- Haitsma, D. B., et al. Minimal impairment of myocardial blood flow responses to exercise in the remodeled left ventricle early after myocardial infarction, despite significant hemodynamic and neurohumoral alterations. Cardiovasc Res. 52, 417-428 (2001).
- Bender, S. B., van Houwelingen, M. J., Merkus, D., Duncker, D. J., Laughlin, M. H. Quantitative analysis of exercise-induced enhancement of early- and late-systolic retrograde coronary blood flow. J Appl Physiol. 108 (3), 507-514 (2010).
