Summary
Vi presenterar ett protokoll för att inducera och fenotyp en akut rätt hjärtsvikt i en stor djur modell med kronisk pulmonell hypertoni. Denna modell kan användas för att testa terapeutiska interventioner, för att utveckla rätt hjärtmått eller för att förbättra förståelsen av akut rätt hjärtsvikt patofysiologi.
Abstract
Utvecklingen av akut rätt hjärtsvikt (ARHF) i samband med kronisk pulmonell hypertoni (PH) är associerad med dåliga kortsiktiga resultat. Morfologiska och funktionella fenotypning av rätt ventrikel är av särskild betydelse i samband med hemodynamic kompromiss hos patienter med ARHF. Här beskriver vi en metod för att inducera ARHF i en tidigare beskriven stor djurmodell av kronisk PH, och till fenotyp, dynamiskt, rätt ventrikulär funktion med hjälp av guldstandardmetoden (dvs. tryckvolym PV slingor) och med en icke-invasiv kliniskt tillgänglig metod (dvs. ekokardiografi). Kronisk PH induceras först hos grisar av vänster pulmonell gatan ligatur och höger nedre lob emboli med biologiskt lim en gång i veckan i 5 veckor. Efter 16 veckor induceras ARHF genom successiv volymbelastning med saltlösning följt av iterativ lungemboli tills förhållandet mellan det systoliska lungtrycket över systemiskt tryck når 0, 9 eller tills det systoliska systemiska trycket minskar under 90 mmHg. Hemodynamiken återställs med dobutamininfusion (från 2,5 μg/kg/min till 7,5 μg/kg/min). PV-loopar och ekokardiografi utförs under varje tillstånd. Varje tillstånd kräver cirka 40 minuter för induktion, hemodynamisk stabilisering och datainsamling. Av 9 djur dog 2 omedelbart efter lungemboli och 7 slutförde protokollet, vilket illustrerar modellens inlärningskurva. Modellen inducerade en 3-faldig ökning av genomsnittligt pulmonell gatan tryck. PV-loop analysen visade att Ventrikulo-arteriell koppling bevarades efter volym lastning, minskade efter akut pulmonell emboli och återställdes med dobutamin. Ekokardiografiska förvärv tillåtna att kvantifiera rätt ventrikulära parametrar för morfologi och funktion med god kvalitet. Vi identifierade rätt Ventrikulärt skandinaviska ärchemiska skador i modellen. Modellen kan användas för att jämföra olika behandlingar eller för att validera icke-invasiva parametrar för rätt ventrikulär morfologi och funktion i samband med ARHF.
Introduction
Akut rätt hjärtsvikt (ARHF) har nyligen definierats som ett snabbt progressivt syndrom med systemisk överbelastning till följd av nedsatt rätt ventrikulär (RV) fyllning och/eller minskad RV flödesutgång1. ARHF kan förekomma i flera tillstånd såsom vänstersidig hjärtsvikt, akut lungemboli, akut hjärtinfarkt eller pulmonell hypertoni (PH). När det gäller PH är ARHF-debut associerad med en 40% risk för kortvarig dödlighet eller brådskande lungtransplantation2,3,4. Här beskriver vi hur man skapar en stor djurmodell av ARHF i inställningen av kronisk pulmonell hypertoni och hur man utvärderar rätt ventrikel med hjälp av ekokardiografi och tryckvolymslingor.
Patofysiologiska funktioner i ARHF inkluderar RV tryck överbelastning, volym överbelastning, en minskning av RV-produktionen, en ökning av centrala venöst tryck och /eller en minskning av systemiskt tryck. I kronisk PH, Det finns en första ökning av RV kontraktilitet som gör det möjligt att bevara hjärt produktionen trots ökningen av pulmonell vaskulär resistens. Därför, i samband med ARHF på kronisk PH, rätt ventrikel kan generera nästan isosystemic tryck, särskilt under inotropic stöd. Sammantaget leder ARHF på kronisk PH och hemodynamic restaurering med inotropes till utvecklingen av akut RV skandinaviska skador, som nyligen beskrivs i vår stora djur modell5. Ökningen av inotroper skapar en ökad energisk efterfrågan som kan vidareutveckla skandinaviska skador, och slutligen leda till utvecklingen av end-organ dysfunktion och dåliga kliniska resultat. Det finns dock ingen konsensus om hur man hanterar patienter med ARHF på PH, främst när det gäller vätskehantering, inotroper och rollen av extra-kroppsliga cirkulationsstöd. Följaktligen kan en stor djurmodell av akut rätt hjärtsvikt bidra till att tillhandahålla prekliniska data om ARHF klinisk förvaltning.
Som ett första steg för att kvantifiera svaret på terapi behövs enkla och reproducerbara metoder för att fenotypa rätt ventrikel. Hittills finns det ingen konsensus om hur man bättre fenotyp RV morfologi och funktion hos patienter med ARHF. Guldstandardmetoden för att utvärdera RV-kontraktilitet (dvs. inneboende kontrakteringsförmåga) och ventrikulo-arteriell koppling (dvs. kontraktilitet normaliserad av ventrikulär efterbelastning; ett index för ventrikulär anpassning) är analysen av tryckvolymsslingor (PV). Denna metod är två gånger invasiv eftersom det kräver rätt hjärtat catheterization och en transient minskning av RV preload med hjälp av en ballong infogas i sämre vena cava. I klinisk praxis behövs icke-invasiva och repeterbara metoder för att utvärdera rätt ventrikel. Hjärtmagnetisk resonans (CMR) anses vara guldstandarden för icke-invasiv utvärdering av rätt ventrikel. Hos patienter med ARHF på kronisk PH som hanteras på intensivvård enhet (ICU), användningen av CMR kan begränsas på grund av patientens instabila hemodynamic villkor; Dessutom kan upprepade CMR-utvärderingar, flera gånger om dagen, även på natten, begränsas på grund av dess kostnad och begränsade tillgänglighet. Omvänt tillåter ekokardiografi icke-invasiva, reproducerbara och billiga RV morfologi och funktion utvärderingar i IVA patienter.
Stora djurmodeller är idealiska för att utföra prekliniska studier med fokus på förhållandet mellan invasiva hemodynamiska parametrar och icke-invasiva parametrar. Den stora vita grisanatomin ligger nära människor. Följaktligen är de flesta av de ekokardiografiska parametrar som beskrivs hos människor kvantifierbara hos grisar. Det finns vissa mindre variationer mellan människo- och grishjärtan som måste beaktas vid ekokardiografiska studier. Grisar presenterar en konstitutionell dextrocardia och en något moturs rotation av hjärtaxeln. Som ett resultat blir den apikala 4-kammarvyn en apikal 5-kammarvy och det akustiska fönstret ligger under xiphoid-tillägget. Dessutom ligger parasternal långa och korta axelvyer akustiska fönster på höger sida av bröstbenet.
Här beskriver vi en ny metod för att inducera ARHF i en stor djurmodell av kronisk tromboembolic PH och att återställa hemodynamic med dobutamin. Vi rapporterar också RV skandinaviska skador finns i modellen inom 2−3 timmar efter hemodynamic restaurering med dobutamin. Dessutom beskriver vi hur man förvärvar RV PV-loopar och ekokardiografiska RV-parametrar vid varje villkor som ger insikter om de dynamiska förändringarna i RV morfologi och funktion. Som den stora djur modellen av kronisk tromboembolic PH och PV-loop metoder beskrevs tidigare6, dessa avsnitt kommer att beskrivas kort. Vi rapporterade också resultat av ekokardiografiska utvärderingar som anses potentiellt svåra i svin modeller. Vi kommer att förklara metoderna för att uppnå upprepad ekokardiografi i modellen.
Modellen av ARHF på kronisk PH som rapporteras i denna studie kan användas för att jämföra olika terapeutiska strategier. Metoderna för RV fenotypning kan användas i andra stora djurmodeller som efterliknar kliniskt relevanta situationer såsom akut lungemboli7, RV hjärtinfarkt8, akut respiratorisk nöd syndrom9 eller höger hjärtsvikt i samband med vänster ventrikulärt misslyckande10 eller vänster Ventrikulära mekaniska cirkulationsstöd11.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Studien uppfyllde principerna för laboratoriedjurvård enligt National Society for Medical Research och godkändes av den lokala etikkommittén för djurförsök på Sjukhuset Marie Lannelongue.
1. Kronisk tromboembolic PH
- Inducera kronisk tromboembolic PH som tidigare beskrivits6,12.
- Kortfattat, inducera en modell av kronisk trombo-embol PH i cirka 20 kg stora vita grisar (sus scrofa). Utför en ligatur av den vänstra lungartären ligatur genom en vänster thoracotomy vid vecka 0 (stängda perikardium); och utföra varje vecka en embolization av rätt nedre lob pulmonell gatan (0,2 mL till 0,4 ml per vecka) med en blandad lösning bestående av 1 ml mjukvävnad lim inklusive N-butyl-2-cyanoacrylate och 2 ml lipidic kontrast färgämne (lipiodol) i 5 veckor.
- Utför en xyphoïdectomy vid vecka 0 vid tidpunkten för vänster pulmonell gatan ligatur att förbättra echocardiography genomförbarhet. För att göra detta, utför ett 4 cm längsgående snitt framför xiphoidprocessen. Ta bort xyfosida processen med en diatermikniv. Stäng den subkutana planen och huden med en rinnande sutur.
- Utför ytterligare höger nedre lob lungemboli vid vecka 10 med samma protokoll som förklaras ovan (steg 1.2).
- Utför ARHF induktion (avsnitt 6) modell 6 veckor efter den sista högra nedre lob embolization (vecka 16) för att undvika akuta rätt hjärtat organskador induceras av akut pulmonell emboli.
OBS: Andra stora djur modell av rätt hjärtsvikt kan användas, eller andra patologiska tillstånd kan induceras i kronisk-thromboembolic PH modellen.
2. Placering av djur och kateterplaceringar
- Utför generell anestesi som tidigare beskrivits6.
- Låt djuret snabbt i 12 timmar. Utför sedan en intramuskulär injektion av ketaminhydroklorid (30 mg/kg) för premedicinering. Utför en intravenös bolus fentanyl (0,005 mg/kg), Propofol (2 mg/kg) och cisatracurium (0,3 mg/kg) intravenöst genom en öronven och intubera icke-selektivt grisen med en 7 fransk sond.
- Håll narkos med inhalerad 2% isofluran, kontinuerlig infusion av fentanyl (0,004 mg/kg) och propofol (3 mg/kg).
- Efter generell anestesiinduktion, placera grisen på ryggen med dess framben i en något spridd position för att möjliggöra parasternal ekokardiografiskt förvärv (avsnitt 3).
- Placera enhetens elektroder på armar och ben (ekokardiografi, arbetsstation för hemodynamiska förvärv) innan de sterila fälten placeras.
- Placera en 8-fransk mant i halsvenen med Seldinger-metoden13.
- För in en 18 G (1,3 mm x 48 mm) IV-kateter i halsvenen.
- Utför en perkutan punktering på mittlinjen vid 2 cm ovanför manubriumet med en 45° orientering.
- Efter att ha fått en venös reflux, sätt in en ledare i katetern (0,035 tum / 0,089 mm, 180 cm, vinklad).
- Kontrollera att ledaren placeras korrekt i den överlägsna vena cava med fluoroskopi och kasta den 8-franska hyddan på ledaren i den överlägsna vena cava.
OBS: Ledaren är korrekt placerad när den går igenom den sämre vena cava längs ryggradens högra kant.
- För in en 18 G (1,3 mm x 48 mm) IV-kateter i halsvenen.
- Utför en uppdelning av rätt lårbenskärl för att införa en vätskefylld kateter i rätt lårbensartär för kontinuerlig systemisk tryckövervakning och en ballong utvidgning kateter i den sämre vena cava genom lårbensbenet som följer.
- Utför ett 4 cm tvärgående snitt vid ljumsken.
- Placera en Beckman-upprullningsdon och dela lårbensbenets och lårbensartärens främre ansikte med hjälp av en Debackey-tång och Metzenbaum-sax.
- Placera en 20 G kateter i lårartären under direkt visuell kontroll och anslut den till en engångsgivare med en vätskefylld kateter för att erhålla kontinuerlig systemisk blodtrycksövervakning.
OBS: Det genomsnittliga blodtrycket ska vara kontinuerligt över 60 mmHg. - Använd en 18 G kateter för att föra in en ledare (0,035 tum / 0,089 mm, 180 cm, vinklad) i lårbensvenen genom den sämre ven cava under fluoroskopisk kontroll.
- Sätt in en ballong utvidgning kateter på ledaren genom sämre vena cava på intrapericardial nivå under fluoroskopisk kontroll.
- Utför fluoroskopisk kontroll med en C-arm med hjälp av en anteroposterior vy. Placera ballongens synliga markörer omedelbart ovanför membrannivån under fluoroskopisk kontroll. Ta bort ledaren när ballongen placeras.
- Sy en handväska med en 5,0 polypropylen monofilament sutur runt den venösa utvidgningsballongkateter för att undvika blödning från lårbensven.
3. Ekokardiografi
- Utför ekokardiografin direkt efter djurplaceringen och kateterplaceringen (avsnitt 2) hos djur som fortfarande är under generell anestesi och mekanisk ventilation.
- Förvärva varje ekokardiografisk vy i cine loop format för minst 3 hjärtcykler under slutet-expiratory apnea.
- Skaffa alla vyer i 2-dimension och vävnad doppler lägen.
- Skaffa den apikala 5-kammarvyn under xiphoidprocessen.
- Skaffa de parasternaliska korta och långa axelvyerna på höger sida av bröstbenet.
- Skaffa valvulärt flöde med kontinuerliga och pulserade Doppler-lägen.
- Förvärva Vävnad Doppler signaler av laterala tricuspid annulus och laterala och septala mitral annulus.
OBS: Använd de senaste riktlinjerna för ekokardiografisk bedömning hos människor för ekokardiografiska förvärv och tolkningar14.
4. Höger hjärtkateterisering
- Utför rätt hjärtkateterisering efter hjärtekottern (avsnitt 3) och före tryckvolymslingan (avsnitt 5)
- Koppla Swan-Ganz-katetern till engångsgivaren.
- Introducera Swan-Ganz katetern i den halspulsådern 8-franska hysan som tidigare förts in i halsvenen (avsnitt 2.4) och förvärva medelvärde rätt förmaks- och lungartärtryck. Placera katetern under fluoroskopi om det behövs.
OBS: Kontrollera att vätskefyllda katetrar är väl rensade med saltlösning och ta bort luftbubblor för att undvika trycksignaldämpning. - Efter att ha placerat Swan-Ganz-katetern i lungartären, mät hjärtutgången med termodileringsmetoden enligt tillverkarens instruktioner. samtidigt mäta pulsen för beräkning av slagvolym.
- Se till att salthalten är vid 4 °C för att undvika överskattning av hjärtminutvolymen.
- Anslut engångsgivaren till PV-looparbetsstationen för levande förvärv av tryck som härrör från vätskefyllda katetrar.
5. Tryckvolymslinga förvärv med hjälp av konduktivmetoden
Obs: Det här avsnittet har tidigare publicerats15.
- För in ledningskatetern i höger kammare under fluoroskopisk kontroll.
- Verifiera kvalitetssignalen med hjälp av " i realtid" förvärv av tryckvolymslingor.
- Aktivera lämpliga elektroder för att få optimal signal (dvs. moturs PV-slingor med fysiologisk form).
- Uppföljning av arbetsflödets steg för tryck- och volymkalibrering enligt tillverkarens instruktioner (blodledningsförmåga, parallell volym, slagvolymkalibrering = alfakalibrering).
OBS: Stroke externt med Swan-Ganz katetern kan upprepas för varje tillstånd; Medan de andra kalibreringsstegen endast kan utföras en gång. - Förvärva PV-loop familjer i stadiga tillstånd och under akut preload minskning (dvs akut ocklusion av sämre vena cava) under slutet-expiratory apnea.
- Utför minst 3 förvärv per tillstånd (steady + IVC ocklusion).
6. Induktion av akut höger hjärtsvikt genom volym och trycköverbelastning (figur 1).
- Framkalla överbelastning av volymen med en 3-stegs saltlösning (cirka 2 timmar).
- Starta den första infusionen på 15 ml/kg saltlösning med en friflödesinfusionseffekt.
- Utför mätningarna (höger hjärtkateterism, PV-loopar och ekokardiografi) 5 min efter hemodynamisk stabilisering efter slutet av varje infusion.
- Starta den andra volyminfusionen på 15 ml/kg omedelbart efter mätningarnas slut.
- Starta den tredje volyminfusionen på 30 ml/kg saltlösning omedelbart efter mätningarnas slut.
VARNING: Volymbelastning kan inducera hemodynamisk kompromiss eller lungödem beroende på vilken djurmodell som används. I denna modell visade volymbelastning ett adaptivt svar som kännetecknas av ökande hjärt utdata, stabil rätt förmaksflämt och bevarade Ventrikulo-arteriell koppling.
OBS: Volymbelastningen kan stoppas vid dålig andnings- eller hemodynamisk tolerans.
- Inducera trycköverbelastning med iterativ lungemboli.
- För in en 5 franska angiografisk kateter genom halspulsådern i den högra nedre lobpulmonartären under fluoroskopisk kontroll.
- Embolize den högra nedre lob pulmonell gatan med en bolus på 0,15 ml av en blandad lösning sammansatt med 1 ml mjukvävnad lim inklusive N-butyl-2-cyanoacrylate och 2 mL lipidic kontrast färgämne. Tvätta katetern med 10 ml saltlösning.
- Utvärdera hemodynamic svar 2 minuter efter embolization med hjälp av systemiskt tryck och pulmonell gatan tryck.
- Upprepa emboli på 0,15 ml varannan minut tills de får hemodynamisk kompromiss (dvs. systoliskt systemiskt tryck <90 mmHg eller systoliskt lungtryck över systoliskt systemiskt tryckförhållande >0,9).
VARNING: Lungemboli kan inducera allvarlig hemodynamisk kompromiss, ibland irreversibel, vilket leder till omedelbar död. Innan du påbörjar emboliseringssteget, var redo att starta hemodynamiskt stöd (dobutaminprotokoll eller adrenalin vid cirkulationsgripande). Var redo att starta PV-loopar och ekokardiografisk övervakning. Eftersom detta steg kan associeras med allvarliga hemodynamic kompromiss, rätt hjärtat catheterization med Swan-Ganz kateter kan undvikas för att starta dobutamin stöd tidigare.
7. Inducera restaurering av den systemiska hemodynamic med dobutamin
- Efter att ha nått hemodynamisk kompromiss och utfört PV-loopar och ekokardiografiska förvärv, börja dobutamin infusion vid 2,5 μg/kg/min.
OBS: Andra läkemedel eller behandlingar kan startas vid denna tidpunkt. - Vänta 10 till 15 min för hemodynamisk stabilisering.
- Utför rätt hjärtkateterisering, PV-loopar och ekokardiografiska förvärv.
- Öka dosen av dobutamininfusion till 5 μg/kg/min.
- Vänta 15 min på hemodynamisk stabilisering och upprepade förvärv.
- Upprepa höger hjärtkateterisering, PV-loopar och ekokardiografiska förvärv.
- Öka dosen av dobutamininfusion till 7,5 μg/kg/min.
OBS: Andra doser, läkemedel eller behandlingar kan initieras.
8. Skörd av dödshjälp och hjärtvävnad
- I slutet av protokollet utför du en median sternotomi med hjälp av en oscillerande såg.
- Öppna perikardiumet och injicera en dödlig lösning av kaliumklorid (0,2 g/kg).
- Skörda hjärtat; välja prover av höger och vänster ventrikulära fria väggar för patologiska och molekylära utvärderingar.
OBS: Metoderna för patologiska utvärderingar av rätt ventrikel och för statistiken rapporterades tidigare5.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Genomförbarhet
Vi beskriver resultaten av 9 på varandra följande förfaranden av ARHF induktion i ett stort djur CTEPH modell tidigare rapporterats5. Protokollets varaktighet var cirka 6 timmar att slutföra, inklusive anestesi induktion, installation, vaskulär tillgång/kateter placeringar, induktion av volym/tryck överbelastning och hemodynamic restaurering, datainsamlingar och dödshjälp. Varje hemodynamiskt tillstånd kräver cirka 40 minuter för att uppnå induktion av tillståndet, hemodynamisk stabilisering och datainsamlingar.
Protokollet uppnåddes i 7 av 9 djur, vilket representerar inlärningskurvan. Tre ytterligare protokoll uppnåddes framgångsrikt efter dessa beskrivna (inte publicerade). Orsaken till 2 protokoll misslyckanden var induktion av en irreversibel hemodynamic misslyckande efter pulmonell emboli fasen.
PV slingor förvärvades inte i 1 av 7 djur vid tidpunkten för hemodynamic kompromiss på grund av behovet av att tillhandahålla snabb systematiska hemodynamic restaurering med en adrenalin bolus efter rätt hjärtat catheterism och hjärt eko. I detta fall startades dobutamin omedelbart efter restaurering av systematiska hemodynamic med adrenalin.
Effekter av volym- och trycköverbelastning på hemodynamik och RV-funktion
Akut volym belastning inducerade inte ARHF utan snarare belyste den adaptiva fenotyp av den kroniska PH modellen. Vid volymbelastning ökade hjärtutgången utan ökning av höger förmakstryck, medan ventrikulo-arteriell koppling förblev stabil (figur 2).
Hemodynamic kompromiss kriterier uppnåddes efter 1 embolus i 1 djur, 2 emboli i 2 djur, 3 emboli i 5 djur och 4 emboli i 1 djur. Två djur dog omedelbart efter PE (1 djur med 1 embolus och 1 djur med 4 emboli). I ett annat djur krävde allvarliga hypotension en adrenalin bolus och omedelbar start av dobutamin före PV-loop och echocardiographic data förvärv. De 2 dödsfall som inträffar omedelbart efter akut lungemboli var associerade med akut trombos i rätt hjärthålor (som illustreras i figur 3).
Hemodynamiska kompromisser var associerade med en betydande minskning av hjärtproduktionen, strokevolymen och ventrikulo-arteriell koppling (Ees/ea), medan RV-kontraktiliteten förblev stabil (figur 2). det fanns en tvåfaldig ökning av rätt förmakstryck och medelvärde pulmonell gatan tryck.
Dobutamineffekt på ARHF
Dobutamin återställde en hjärt utgång, stroke volym och Ventrikulo-arteriell koppling inom normalt intervall (figur 2).
Ekokardiografi
Ekokardiografi var möjligt att ge kvantifiering av dynamiska förändringar i RV storlek och funktion under protokollet (figur 4). Echocardiographic parametrar bedömdes inte i 1 djur med allvarliga hemodynamic kompromiss efter pulmonell emboli kräver en adrenalin bolus och omedelbar start av dobutamin.
RV PV-loopar
Analys av tryckvolymslinga möjliggjorde dynamisk kvantifiering av RV-end-systolisk elastans och ventrikulo-arteriell koppling (figur 2 och figur 5).
Rätt ventrikulära ischemiska lesioner
Efter hematein, eosin och saffran färgning observerade vi RV skandinaviska skador i subendocardial och i subepicardial lager av RV frivägg (figur 6). Ischemic skador präglades av kluster av hypereosinophilic cardiomyocytes med picnotic kärnan.
Figur 1: Protokollsammanfattning. PH, pulmonell hypertoni; VL1, volymbelastning med 15 ml/kg saltlösning. VL2, 15 ml/kg saltlösning; VL3, 30 ml/kg saltlösning; ARHF, akut höger hjärtsvikt; PE, lungemboli. *Systemiskt systoliskt tryck <90 mmHg eller systoliskt lung-/systemiskt tryckförhållande >0,9. Denna siffra har ändrats från5. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Bild 2: Individuella hemodynamiska och tryckvolymslinga dynamiska förändringar. MPAP, medelvärdet pulmonellt artärtryck; MAP, medelvärde arteriellt tryck; RAP, rätt förmakstryck; HR, puls; SV, linjevolym; CO, hjärtutgång; Ees; rätt ventrikulär end-systolic elastance; Ea, arteriell elastans. Tomter är median- och interkvartsilintervall. *P<0,05 jämfört med utgångsvärdet. jämförelser utfördes med Wilcoxon matchade par signerade rank tester med GraphPad Prism 6. Denna siffra har ändrats från5. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Figur 3: Exempel på orsak till protokollsvikt: akut höger hjärtat trombos (pil) efter pulmonell emboli ansvarig för irreversibla hemodynamic kompromiss, omedelbar död och protokoll misslyckande. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Figur 4: Representativa ekokardiografiska fönster och resultat. A) Position för förvärv av den apikala 5-kammarens (A5C) vyn. (B) Position för förvärv av vyn parasternal kort axel (PSSAX). C) Dynamiska ekokardiografiska utvärderingar av A5C- och PSSAX-vyerna under protokollets olika steg. VL, volymbelastning; PE, lungemboli; Dobu 2.5, dobutamin 2,5 μg/kg/min; Dobu 7.5, dobutamin 7,5 μg/kg/min. **vänster kammare. Denna siffra har ändrats från5. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Bild 5: Representativa dynamiska RV multibeat tryckvolymslingor. PH, pulmonell hypertoni; PE, lungemboli; Ees, end-systolisk elastans (svart linje märkt *); Ea, arteriell elastans (svart linje märkt **); Ees/Ea, ventriculo-arteriell koppling. Denna siffra har ändrats från5. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Figur 6: Representativa RV skandinaviska skador i subendocardium och i sub epicardium lager. (A) Subepicardial ischemic lesion. B) Subendocardial ischemiska lesioner; (C) Förstoring av en kant av en subepicardial ischemisk lesion med normala kärnor (1), intracytoplasmisk vacuolization (2) och pyknotiska atomkärnor (3). D) Individuellt antal subendocardic och subepicardic ischemic lesioner i 2 cm längd prover av RV frivägg från djur med akut rätt hjärtsvikt (ARHF) på kronisk pulmonell hypertoni (PH), djur med kronisk PH och friska kontroller. tomter är medianvärden. Jämförelser utfördes med Mann-Whitney-test med GraphPad Prism 6. *P<0,05. Denna siffra har ändrats från5. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vi beskriver en metod för att modellera stora patofysiologiska funktioner av ARHF på kronisk PH i en stor djur modell inklusive volym och tryck överbelastning och hemodynamic restaurering med dobutamin. Vi rapporterade också hur man förvärvar hemodynamic och imaging data för att fenotyp de dynamiska förändringarna av rätt ventrikel vid varje villkor som skapats under protokollet. Dessa metoder kan ge bakgrundsdata för att bygga upp framtida forskningsprotokoll inom området ARHF, särskilt när det gäller vätskehantering och inotropiskt stöd.
Att inducera hemodynamisk kompromiss var ett kritiskt steg i modellen på grund av risken för oväntad och omedelbar död av djuret. Följaktligen rekommenderar vi att inducera progressiv lungemboli med små embolusvolymer. Vid tidpunkten för lungemboli bör prövarna vara redo att omedelbart påbörja datainsamlingar och hemodynamiskt stöd. Enligt vår erfarenhet kunde vi realisera PV-loop förvärv och ekokardiografi innan vi började dobutamin i 6 av 7 djur där protokollet slutfördes.
Det kritiska steget att fenotyp rätt ventrikel är att erhålla omfattande hemodynamic, PV loop och echocardiographic data. Höger hjärtkateterisering gör det möjligt att uppskatta hjärtutgång och strokevolymförändringar för varje tillstånd. Förändringar i hjärtutgång och strokevolym kan utvärderas ytterligare med ekokardiografi. Denna multimodala analys av hjärtutgång och slagvolym förändrar bättre den externa volymkalibreringen av PV-slingorna. Viktigt är att absoluta värden och förändringar av PV-loopparametrar kan kvantifieras mer exakt genom att inkludera hjärtutgång och strokevolymförändringar med externa metoder som utförs för varje situation.
Vi observerade att volym belastning inte inducera hemodynamic kompromiss utan snarare avslöjade den adaptiva fenotyp av PH modellen som vi observerade en ökning av hjärt produktion, stroke volym och systematiska tryck med bevarade Venttriculo-arteriell koppling. Därför, i vår modell, inledande volymbelastning gav villkor för att observera en stor minskning av hjärtproduktion och stroke volym efter akut pulmonell emboli, vilket ökar känsligheten hos modellen. Framtida studier bör fastställa effekten av volymbelastning eller vätskeutarmning vid tidpunkten för hemodynamisk kompromiss.
Vårt protokoll har flera begränsningar. Detta protokoll byggdes inte för att analysera orsaken till ödemet, men det kan representera ett intressant forskningsområde. En annan gräns för protokollet är tidsförbrukningen och de färdigheter som krävs för att utföra alla steg. Volymbelastningsfasen kan förkortas eller tas bort från protokollet, men detta kan resultera i en lägre minskning av det absoluta värdet av hjärtproduktionen och strokevolymen efter akuta lungemboli. De färdigheter som krävs för att utföra protokollet kräver samarbete mellan flera utredare för att placera katetern under fluoroskopi, utföra ekokardiografin och analysera i realtid PV-loopkvaliteten. Vi erkänner att vi inte utförde 3-dimensionella utvärderingar av RV volymer. Vi strävar efter att utveckla 3-dimensionella utvärderingar av RV-volymer eftersom det kan ge mer precision i RV-volymkalibreringen för RV PV-loop-utvärderingar. Ett av de första stegen skulle vara att utvärdera metodens genomförbarhet. Dessutom kräver vårt protokoll specifika faciliteter som en operationssal och fluoroskopi för invasiva RV-utvärderingar.
Såvitt vi vet har vi beskrivit den första djurmodellen av ARHF med kronisk PH. Tidigare studier rapporterade dynamiska förändringar av rätt ventrikel med dobutamin och levosimendan efter akut pulmonell gatan förträngning7. I vår grupp kvantifierade vi också RV reserven med dobutamin infusion i kronisk PH utan hemodynamic kompromiss15. Multibeat PV-loopar anses vara guldstandardmetoden för att kvantifiera den end-systoliska elastansen, som representerar ventrikulär kontraktilitet oberoende av belastningsförhållandena16. RV-elastance (Ees=end systolisk elastans) absoluta värden bör tolkas med försiktighet eftersom det finns flera metodgränser. De viktigaste gränserna är definitionen av den endsystoliska punkten och volymkalibreringens precision med externa metoder (termodillution och ekokardiografi)17. Förhållandet mellan end-systolisk elastans jämfört med arteriell elastans (Ea=end-systoliskt tryck över slagvolymförhållande), känt som venttriculo-arteriell koppling (Ees/Ea) förhållandet, minskar felen på grund av extern volymkalibrering. Ventrikulo-arteriell koppling är av stort intresse inom området pulmonell hypertoni eftersom det fångar anpassningen av RV kontraktilitet till ökad efterbelastning. Metoder som mäter RV anpassning till efterbelastning har fått stort intresse under de senaste åren eftersom det har bättre fenotypning av patienter med PH18,19,20.
Våra metoder gav värden av ventrikulo-arteriell koppling (dvs. Ees/Ea) överensstämmer med tidigare publicerade värden21 och med RV funktion uppskattning med hjälp av ekokardiografi. I detta protokoll visar vi att akut vena cava ocklusion är säker när den utförs i samband med hemodynamic kompromiss. Dessutom kompletterade RV ekokardiografisk utvärdering i den stora djurmodellen från RV ekokardiografisk utvärdering i små djur modeller eftersom det tillät att kvantifiera olika RV funktion parametrar jämfört med tidigare rapporterade möss modeller med RV remodeling22.
De metoder som beskrivs i denna studie kan användas för olika forskningsprotokoll som syftar till att ta itu med nyckelfrågor inom området ARHF. För det första kan dessa metoder användas för att utföra forskningsprotokoll som syftar till att jämföra olika behandlingsstrategier i samband med ARHF på kronisk PH. För det andra kan iterativ och samtidig PV-loop och ekokardiografisk utvärdering göra det möjligt att validera ekokardiografiska index i olika situationer av kliniskt intresse.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Detta arbete stöds av ett offentligt bidrag som övervakas av den franska nationella forskningsbyrån (ANR) som en del av Investissements d'Avenir-programmet (referens: ANR-15RHUS0002).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Radiofocus Introducer II | Terumo | RS+B80K10MQ | catheter sheath |
| Equalizer, Occlusion Ballon Catheter | Boston Scientific | M001171080 | ballon for inferior vena cava occlusion |
| Guidewire | Terumo | GR3506 | 0.035; angled |
| Vigilance monitor | Edwards | VGS2V | Swan-Ganz associated monitor |
| Swan-Ganz | Edwards | 131F7 | Swan-Ganz catheter 7 F; usable lenghth 110 cm |
| Echocardiograph; Model: Vivid 9 | General Electrics | GAD000810 and H45561FG | Echocardiograph |
| Probe for echo, M5S-D | General Electrics | M5S-D | Cardiac ultrasound transducer |
| MPVS-ultra Foundation system | Millar | PL3516B49 | Pressure-volume loop unit; includes a powerLab16/35, MPVS-Ultra PV Unit, bioamp and bridge amp and cables |
| Ventricath 507 | Millar | VENTRI-CATH-507 | conductance catheter |
| Lipiodol ultra-fluid | Guerbet | 306 216-0 | lipidic contrast dye |
| BD Insyte Autoguard | Becton, Dickinson and Company | 381847 | IV catheter |
| Arcadic Varic | Siemens | A91SC-21000-1T-1-7700 | C-arm |
| Prolene 5.0 | Ethicon | F1830 | polypropilene monofil |
References
- Harjola, V. P., et al. Contemporary management of acute right ventricular failure: a statement from the Heart Failure Association and the Working Group on Pulmonary Circulation and Right Ventricular Function of the European Society of Cardiology. European Journal of Heart Failure. 18 (3), 226-241 (2016).
- Haddad, F., et al. Characteristics and outcome after hospitalization for acute right heart failure in patients with pulmonary arterial hypertension. Circulation: Heart Failure. 4 (6), 692-699 (2011).
- Sztrymf, B., et al. Prognostic factors of acute heart failure in patients with pulmonary arterial hypertension. European Respiratory Journal. 35 (6), 1286-1293 (2010).
- Huynh, T. N., Weigt, S. S., Sugar, C. A., Shapiro, S., Kleerup, E. C. Prognostic factors and outcomes of patients with pulmonary hypertension admitted to the intensive care unit. Journal of Critical Care. 27 (6), 739 (2012).
- Boulate, D., et al. Early Development of Right Ventricular Ischemic Lesions in a Novel Large Animal Model of Acute Right Heart Failure in Chronic Thromboembolic Pulmonary Hypertension. Journal of Cardiac Failure. 23 (12), 876-886 (2017).
- Noly, P. E., et al. Chronic Thromboembolic Pulmonary Hypertension and Assessment of Right Ventricular Function in the Piglet. Journal of Visualized Experiments. (105), e53133 (2015).
- Kerbaul, F., et al. Effects of levosimendan versus dobutamine on pressure load-induced right ventricular failure. Critical Care Medicine. 34 (11), 2814-2819 (2006).
- Ratliff, N., Peter, R., Ramo, B., Somers, W., Morris, J. A model for the production of right ventricular infarction. The American journal of pathology. 58 (3), 471 (1970).
- Ballard-Croft, C., Wang, D., Sumpter, L. R., Zhou, X., Zwischenberger, J. B. Large-animal models of acute respiratory distress syndrome. The Annals of Thoracic Surgery. 93 (4), 1331-1339 (2012).
- Dixon, J. A., Spinale, F. G. Large animal models of heart failure: a critical link in the translation of basic science to clinical practice. Circulation: Heart Failure. 2 (3), 262-271 (2009).
- Letsou, G. V., et al. Improved left ventricular unloading and circulatory support with synchronized pulsatile left ventricular assistance compared with continuous-flow left ventricular assistance in an acute porcine left ventricular failure model. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 140 (5), 1181-1188 (2010).
- Mercier, O., et al. Piglet model of chronic pulmonary hypertension. Pulmonary Circulation. 3 (4), 908-915 (2013).
- Seldinger, S. I. Catheter replacement of the needle in percutaneous arteriography: a new technique. Acta Radiologica. (5), 368-376 (1953).
- Lang, R. M., et al. Recommendations for cardiac chamber quantification by echocardiography in adults: an update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging. European Heart Journal - Cardiovascular Imaging. 16 (3), 233-270 (2015).
- Guihaire, J., et al. Right ventricular reserve in a piglet model of chronic pulmonary hypertension. European Respiratory Journal. 45 (3), 709-717 (2015).
- Burkhoff, D. Pressure-volume loops in clinical research: a contemporary view. Journal of the American College of Cardiology. 62 (13), 1173-1176 (2013).
- Sagawa, K. The end-systolic pressure-volume relation of the ventricle: definition, modifications and clinical use. Circulation. 63 (6), 1223-1227 (1981).
- Amsallem, M., et al. Load Adaptability in Patients With Pulmonary Arterial Hypertension. The American Journal of Cardiology. 120 (5), 874-882 (2017).
- Dandel, M., Knosalla, C., Kemper, D., Stein, J., Hetzer, R. Assessment of right ventricular adaptability to loading conditions can improve the timing of listing to transplantation in patients with pulmonary arterial hypertension. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 34 (3), 319-328 (2015).
- Vanderpool, R. R., et al. RV-pulmonary arterial coupling predicts outcome in patients referred for pulmonary hypertension. Heart. 101 (1), 37-43 (2015).
- Boulate, D., et al. Pulmonary Hypertension. , Springer. 241-253 (2016).
- Cheng, H. W., et al. Assessment of right ventricular structure and function in mouse model of pulmonary artery constriction by transthoracic echocardiography. Journal of Visualized Experiments. (84), e51041 (2014).
