Тахикардия индуцированной кардиомиопатия как модель хронической сердечной недостаточности у свиней
Summary
Здесь мы представляем протокол производить тахикардия индуцированной кардиомиопатия в свиней. Эта модель представляет собой мощный способ для изучения гемодинамики прогрессивного хронической сердечной недостаточности и эффекты лечения.
Abstract
Для многих экспериментов понять гемодинамики или для проверки эффектов новых методов лечения необходима стабильная и надежная модель хронической сердечной недостаточности. Здесь мы представляем такой модели, тахикардия индуцированной кардиомиопатия, который может быть получен путем быстрого сердца, ходить в свиней.
Один ходить свинца является введено transvenously в полностью анестезированные здоровых свиней, чтобы верхушки правого желудочка и зациклена. Его другом конце дорзально затем туннель в паравертебральных регион. Там он подключен к внутренней изменение сердца кардиостимулятор подразделение, которое затем имплантируется в кармане подкожной.
После 4-8 недель быстрого желудочков ходить на скорости 200-240 ударов/мин осмотр показал признаки тяжелой сердечной недостаточности – тахипноэ, спонтанное синуса тахикардия и усталость. Эхокардиография и Рентген показал дилатация всех камер сердца, излияния и тяжелой систолической дисфункцией. Эти выводы соответствуют хорошо декомпенсированного Дилатационная кардиомиопатия также сохраняются и после прекращения ходить.
Эта модель тахикардия индуцированной кардиомиопатия может использоваться для изучения патофизиологии прогрессивного хронической сердечной недостаточности, особенно гемодинамических изменений, вызванных новых методов лечения, как механические кровообращения поддерживает. Эта методология легко выполнить, и результаты являются надежными и воспроизводимость.
Introduction
Различные новые методы лечения сердечной недостаточности (ВЧ), особенно растущее во всем мире использование механических кровообращения поддерживает и экстракорпоральной мембранной оксигенации (Эмо) в клинической практике, отражающие в доклинические экспериментальные испытания. Основное внимание уделялось гемодинамических изменений, вызванных исследуемого лечения условий, а именно на системного артериального давления1, сократимости миокарда, давление и объем изменений в камерах сердца и сердца работы2,3, приток артериальной крови в системных и периферических артерий, наряду с метаболической компенсации4 – региональные ткани насыщенность, легочной перфузии и анализ газа крови. Другие исследования направлены на долгосрочные последствия кровообращения поддержки5, сопутствующего воспаления или возникновении гемолиза. Все эти виды исследования нужна стабильная biomodel застойной ВЧ.
Большинство опубликованных экспериментов на покинул желудочков (LV) производительность и гемодинамики механических кровообращения поддержки были проведены на экспериментальной модели острого ВЧ2,6,,78 , 9 , 10, или даже на полностью нетронутыми сердца. С другой стороны в клинической практике, механические кровообращения поддерживает часто применяются в состояние декомпенсации кровообращения, которая развивается на основании ранее настоящего хронические болезни сердца. В таких ситуациях механизмов адаптации полностью разработаны и могут играть важную роль в непоследовательности результатов наблюдается согласно «остроты или хронизации» основной болезни сердца11. Таким образом модель стабильной хронической ВЧ может предложить новые идеи в патофизиологических механизмов и гемодинамики. Хотя есть причины, почему использование хронической HF моделей скудные – много времени подготовке, нестабильность сердечного ритма, этические вопросы и смертности – их преимущества очевидны, как они предлагают присутствие долгосрочных нейрогуморальные активации, Общие системные адаптация, функциональные изменения кардиомиоцитов и структурные изменения сердца мышцы и клапанов12,13.
В целом наличие и разнообразие животных моделей, используемых для исследования гемодинамики широк и предлагает выбор для многих конкретных потребностей. Для этих экспериментов, главным образом свинину, собак, овец, или с мышиным меньше параметров модели, в настоящее время выбраны и предложение хорошее Моделирование ожидаемого человека телесных реакций14. Кроме того формы единого органа эксперименты становятся более частыми15. Чтобы достоверно имитировать патофизиологии HF, тираж искусственно ухудшается. Повреждение сердца может быть вызвано различными методами, часто ишемии, аритмии, давление перегрузки или кардиотоксический эффект препаратов, с любым из них ведет к ухудшению гемодинамики модели. Для получения истинной модели хронической HF, время должна быть обеспечена для разработки долгосрочной адаптации всего организма. Такая надежная и стабильная модель хорошо представлена тахикардия индуцированной кардиомиопатия (ТИЦ), который может быть получен путем быстрого сердца, ходить в подопытных животных.
Было показано, что в предрасположенных сердца, долговечные непрекращающихся тахиаритмиями может привести к систолической дисфункции и растяжений с снижение сердечного выброса. Условие, именуемый как Тиц был впервые описано в 1913 году16, широко используемая в экспериментах с 196217и в настоящее время общепризнанным расстройства. Его происхождение может лежать в различных видах аритмий – суправентрикулярной и желудочковая тахикардия может привести к постепенным ухудшением систолической функции, бивентрикулярная дилатация и прогрессивного клинические признаки ВЧ включая асцит, отеки, летаргия и в конечном итоге сердечной декомпенсации, ведущих к терминал ВЧ и, если не лечить, смерть.
Подобные эффекты кровообращения подавления были замечены путем введения высокого уровня сердца, ходить в животных моделях. В модель свинину, сокращение предсердий или желудочков сердечного ритма над 200 ударов в минуту является достаточно мощным, чтобы побудить HF конце этапа в течение 3-5 недель (прогрессивный фаза) с характеристиками TIC, хотя межличностных различий18, 19. Эти выводы соответствуют хорошо декомпенсированного кардиомиопатия и являются, главное, также сохраняются после прекращения стимуляции (хроническая фаза)19,20,21,22, 23.
Свиней, собак или баранину TIC модели неоднократно были подготовлены для изучения патофизиологии ВЧ14, как изменения в LV имитировать характеристики Дилатационная кардиомиопатия24. Гемодинамические характеристики хорошо описаны – увеличение желудочков конечного диастолического давления, снижение сердечного выход, расширение системного сосудистого сопротивления и дилатация обоих желудочков. В противоположность этому последовательно не наблюдается гипертрофия стены, и даже стены истончение был охарактеризован некоторыми исследователями25,26. С прогрессированием желудочков измерений регургитация на Предсердно-желудочковые клапаны развивается26.
В этой публикации мы представляем протокол производить TIC, долгосрочный быстро сердца электрокардиостимуляции в свиней. Этот biomodel является мощным средством для изучения декомпенсированного Дилатационная кардиомиопатия, гемодинамика прогрессивного хронический ВЧ с низкого сердечного выброса и эффекты лечения.
Protocol
Representative Results
Discussion
Хронический ВЧ является основной проблемой здравоохранения, значительно способствует заболеваемости и смертности. Патогенез и прогрессирования ВЧ в организме человека является сложным, поэтому соответствующие животной модели имеет решающее значение для изучения основных механизм?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Карлова университета научно-исследовательских грантов GA Великобритании № 538216 и GA Великобритании № 1114213.
Materials
| Medication | |||
| midazolam | Roche | Dormicum | anesthetic |
| ketamine hydrochloride | Richter Gedeon | Calypsol | anesthetic |
| propofol | B.Braun | Propofol | anesthetic |
| cefazolin | Medochemie | Azepo | antibiotic |
| Silver Aluminium Aerosol | Henry Schein | 9003273 | tincture |
| povidone iodine | Egis Praha | Betadine | disinfection |
| morphine | Biotika Bohemia | Morphin 1% inj | analgetic |
| Tools | |||
| Metzenbaum scissors, lancet with #22 blade, DeBakey forceps, needle driver | basic surgical equipment | ||
| cauterizer | |||
| 2-0 Vicryl | Ethicon | V323H | absorbable braided suture |
| 2-0 Perma-Hand Silk | Ethicon | A185H | silk tie suture |
| 2-0 Prolene | Ethicon | 8433H | non-absorbable suture |
| Diagnostic devices | |||
| ESP C-arm | GE Healthcare | ESP | X-ray fluoro C-arm |
| Acuson x300 | Siemens Healthcare | ultrasound system | |
| Acuson P5-1 | Siemens Healthcare | echocardiographic probe | |
| Acuson VF10-5 | Siemens Healthcare | sonographic vascular probe | |
| 3PSB, 4PSB and 6PSB | Transonic Systems | perivascular flow probes | |
| TS420 | Transonic Systems | perivascular flow module | |
| TruWave | Edwards Lifesciences | T001660A | fluid-filled pressure transducer |
| 7.0F VSL Pigtail | Transonic Systems | pressure sensor catheter | |
| INVOS 5100C Cerebral/Somatic Oximeter | Somanetics/Medtronic | near infrared spectroscopy | |
| CCO Combo Catheter | Edwards Lifesciences | 744F75 | Swan-Ganz pulmonary artery catheter |
| Vigillace II | Edwards Lifesciences | VIG2E | cardiac output monitor |
| 7.0F VSL Pigtail | Transonic Systems | pressure-volume catheter | |
| ADV500 | Transonic Systems | pressure-volume system | |
| LabChart and PowerLab | ADInstruments | data acquisition and analysis system | |
| Prism 6 | GraphPad | statistical analysis software | |
| Pacing devices | |||
| ICS 3000 | Biotronic | 349528 | pacemaker programmer |
| ERA 3000 | Biotronic | 128828 | external pacemaker |
| Effecta DR | Biotronic | 371199 | dual-chamber pacemaker |
| Tendril STS | St. Jude Medical | 2088TC/58 | ventricular pacing lead |
| Lead permanent adapter | Osypka | Article 53422 | convergent "Y" connecting part |
| Lead permanent adapter | Osypka | Article 53904 | convergent "Y" connecting part |
| Tear-Away Introducer 7F | B.Braun | 5210593 | tear away introducer sheath |
| Split Cath Tunneler | medComp | AST-L | tunneling tool |
| infusion line | MPH Medical Devices | 2200045 | connecting line |
References
- Ostadal, P., et al. Direct comparison of percutaneous circulatory support systems in specific hemodynamic conditions in a porcine model. Circ Arrhythm Electrophysiol. 5 (6), 1202-1206 (2012).
- Ostadal, P., et al. Increasing venoarterial extracorporeal membrane oxygenation flow negatively affects left ventricular performance in a porcine model of cardiogenic shock. J Transl Med. 13, 266 (2015).
- Shen, I., et al. Left ventricular dysfunction during extracorporeal membrane oxygenation in a hypoxemic swine model. Ann Thorac Surg. 71 (3), 868-871 (2001).
- Hala, P., et al. Regional tissue oximetry reflects changes in arterial flow in porcine chronic heart failure treated with venoarterial extracorporeal membrane oxygenation. Physiol Res. 65 (Supplementum 5), S621-S631 (2016).
- Church, J. T., et al. Normothermic Ex-Vivo Heart Perfusion: Effects of Live Animal Blood and Plasma Cross-Circulation. ASAIO J. , (2017).
- Bavaria, J. E., et al. Changes in left ventricular systolic wall stress during biventricular circulatory assistance. Ann Thorac Surg. 45 (5), 526-532 (1988).
- Shen, I., et al. Effect of extracorporeal membrane oxygenation on left ventricular function of swine. Ann Thorac Surg. 71 (3), 862-867 (2001).
- Ostadal, P., et al. Novel porcine model of acute severe cardiogenic shock developed by upper-body hypoxia. Physiol Res. 65 (4), 711-715 (2016).
- Ostadal, P., et al. Noninvasive assessment of hemodynamic variables using near-infrared spectroscopy in patients experiencing cardiogenic shock and individuals undergoing venoarterial extracorporeal membrane oxygenation. J Crit Care. 29 (4), e611-e695 (2014).
- Mlcek, M., et al. Hemodynamic and metabolic parameters during prolonged cardiac arrest and reperfusion by extracorporeal circulation. Physiol Res. 61 (Suppl 2), S57-S65 (2012).
- Tarzia, V., et al. Extracorporeal life support in cardiogenic shock: Impact of acute versus chronic etiology on outcome. J Thorac Cardiovasc Surg. 150 (2), 333-340 (2015).
- Howard, R. J., Stopps, T. P., Moe, G. W., Gotlieb, A., Armstrong, P. W. Recovery from heart failure: structural and functional analysis in a canine model. Can J Physiol Pharmacol. 66 (12), 1505-1512 (1988).
- Moe, G. W., Armstrong, P. Pacing-induced heart failure: a model to study the mechanism of disease progression and novel therapy in heart failure. Cardiovasc Res. 42 (3), 591-599 (1999).
- Power, J. M., Tonkin, A. M. Large animal models of heart failure. Aust N Z J Med. 29 (3), 395-402 (1999).
- Trahanas, J. M., et al. Achieving 12 Hour Normothermic Ex Situ Heart Perfusion: An Experience of 40 Porcine Hearts. ASAIO J. 62 (4), 470-476 (2016).
- Gossage, A. M., Braxton Hicks, J. A. On auricular fibrillation. Quarterly Journal of Medicine. 6, 435-440 (1913).
- Whipple, G. H., Sheffield, L. T., Woodman, E. G., Theophilis, C., Friedman, S. Reversible congestive heart failure due to chronic rapid stimulation of the normal heart. Proceedings of the New England Cardiovascular Society. 20 (1), 39-40 (1962).
- Spinale, F. G., Grine, R. C., Tempel, G. E., Crawford, F. A., Zile, M. R. Alterations in the myocardial capillary vasculature accompany tachycardia-induced cardiomyopathy. Basic Res Cardiol. 87 (1), 65-79 (1992).
- Shinbane, J. S., et al. Tachycardia-induced cardiomyopathy: a review of animal models and clinical studies. J Am Coll Cardiol. 29 (4), 709-715 (1997).
- Moe, G. W., Stopps, T. P., Howard, R. J., Armstrong, P. W. Early recovery from heart failure: insights into the pathogenesis of experimental chronic pacing-induced heart failure. J Lab Clin Med. 112 (4), 426-432 (1988).
- Takagaki, M., et al. Induction and maintenance of an experimental model of severe cardiomyopathy with a novel protocol of rapid ventricular pacing. J Thorac Cardiovasc Surg. 123 (3), 544-549 (2002).
- Tomita, M., Spinale, F. G., Crawford, F. A., Zile, M. R. Changes in left ventricular volume, mass, and function during the development and regression of supraventricular tachycardia-induced cardiomyopathy. Disparity between recovery of systolic versus diastolic function. Circulation. 83 (2), 635-644 (1991).
- Schmitto, J. D., et al. Large animal models of chronic heart failure (CHF). J Surg Res. 166 (1), 131-137 (2011).
- Spinale, F. G., et al. Chronic supraventricular tachycardia causes ventricular dysfunction and subendocardial injury in swine. Am J Physiol. 259 (1 Pt 2), H218-H229 (1990).
- Chow, E., Woodard, J. C., Farrar, D. J. Rapid ventricular pacing in pigs: an experimental model of congestive heart failure. Am J Physiol. 258 (5 Pt 2), H1603-H1605 (1990).
- Howard, R. J., Moe, G. W., Armstrong, P. W. Sequential echocardiographic-Doppler assessment of left ventricular remodelling and mitral regurgitation during evolving experimental heart failure. Cardiovasc Res. 25 (6), 468-474 (1991).
- Roberts, F., Freshwater-Turner, D. Pharmacokinetics and anaesthesia. Contin Educ Anaesth Crit Care Pain. 7 (1), 25-29 (2007).
- Carter, B. S., Farrell, C., Owen, C. Microsurgical clip obliteration of middle cerebral aneurysm using intraoperative flow assessment. J Vis Exp. (31), (2009).
- Wolf, M., Ferrari, M., Quaresima, V. Progress of near-infrared spectroscopy and topography for brain and muscle clinical applications. J Biomed Opt. 12 (6), 062104 (2007).
- Mateu Campos, M. L., et al. Techniques available for hemodynamic monitoring. Advantages and limitations. Med Intensiva. 36 (6), 434-444 (2012).
- Baan, J., et al. Continuous measurement of left ventricular volume in animals and humans by conductance catheter. Circulation. 70 (5), 812-823 (1984).
- Ellenbroek, G. H., et al. Primary Outcome Assessment in a Pig Model of Acute Myocardial Infarction. J Vis Exp. (116), (2016).
- Townsend, D. Measuring Pressure Volume Loops in the Mouse. J Vis Exp. (111), (2016).
- van Hout, G. P., 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), e00287 (2014).
- Kass, D. A., et al. Comparative influence of load versus inotropic states on indexes of ventricular contractility: experimental and theoretical analysis based on pressure-volume relationships. Circulation. 76 (6), 1422-1436 (1987).
- Glower, D. D., et al. Linearity of the Frank-Starling relationship in the intact heart: the concept of preload recruitable stroke work. Circulation. 71 (5), 994-1009 (1985).
- Hendrick, D. A., Smith, A. C., Kratz, J. M., Crawford, F. A., Spinale, F. G. The pig as a model of tachycardia and dilated cardiomyopathy. Lab Anim Sci. 40 (5), 495-501 (1990).
- Wyler, F., et al. The Gottinger minipig as a laboratory animal. 5. Communication: cardiac output, its regional distribution and organ blood flow (author’s transl). Res Exp Med (Berl). 175 (1), 31-36 (1979).
- Cruz, F. E., et al. Reversibility of tachycardia-induced cardiomyopathy after cure of incessant supraventricular tachycardia. J Am Coll Cardiol. 16 (3), 739-744 (1990).
- Umana, E., Solares, C. A., Alpert, M. A. Tachycardia-induced cardiomyopathy. Am J Med. 114 (1), 51-55 (2003).
- Dixon, J. A., Spinale, F. G. Large animal models of heart failure: a critical link in the translation of basic science to clinical practice. Circ Heart Fail. 2 (3), 262-271 (2009).
- Xanthos, T., et al. Baseline hemodynamics in anesthetized landrace-large white swine: reference values for research in cardiac arrest and cardiopulmonary resuscitation models. J Am Assoc Lab Anim Sci. 46 (5), 21-25 (2007).
- Little, W. C. Diastolic dysfunction beyond distensibility: adverse effects of ventricular dilatation. Circulation. 112 (19), 2888-2890 (2005).
- Montgomery, C., Hamilton, N., Ianuzzo, C. D. Effects of different rates of cardiac pacing on rat myocardial energy status. Mol Cell Biochem. 102 (2), 95-100 (1991).
- Qin, F., Shite, J., Mao, W., Liang, C. S. Selegiline attenuates cardiac oxidative stress and apoptosis in heart failure: association with improvement of cardiac function. Eur J Pharmacol. 461 (2-3), 149-158 (2003).
