Un grand modèle animal pour l’hypertension pulmonaire et l’insuffisance ventriculaire droite: ligature de l’artère pulmonaire gauche et bandage progressif de l’artère pulmonaire principale chez le mouton
Summary
Ce manuscrit décrit la technique chirurgicale et l’approche expérimentale pour développer une surcharge sévère de pression ventriculaire droite afin de modéliser leurs phénotypes adaptatifs et inadaptés.
Abstract
L’insuffisance ventriculaire droite décompensée (FVR) dans l’hypertension pulmonaire (HTP) est fatale, avec des options de traitement médical limitées. Le développement et la mise à l’essai de nouveaux traitements pour l’HTP nécessitent un modèle de gros animaux cliniquement pertinent d’augmentation de la résistance vasculaire pulmonaire et de la FVR. Ce manuscrit traite du dernier développement du modèle ovine PH-RVF précédemment publié qui utilise la ligature de l’artère pulmonaire gauche (PA) et l’occlusion principale de l’AP. Ce modèle de PH-RVF est une plate-forme polyvalente pour contrôler non seulement la gravité de la maladie, mais aussi la réponse phénotypique du RV.
Les moutons adultes (60-80 kg) ont subi une ligature PA gauche (LPA), la mise en place du brassard PA principal et l’insertion d’un moniteur de pression RV. Le brassard PA et le moniteur de pression RV étaient connectés à des orifices sous-cutanés. Les sujets ont subi un bandage progressif de l’AP deux fois par semaine pendant 9 semaines avec des mesures séquentielles de la pression du VR, de la pression du brassard PA et du gaz sanguin veineux mixte (SvO2). Au début et au point final de ce modèle, la fonction et les dimensions ventriculaires ont été évaluées à l’aide de l’échocardiographie. Dans un groupe représentatif de 12 sujets animaux, la pression moyenne et systolique du RV est passée de 28 ± 5 et 57 ± 7 mmHg à la semaine 1, respectivement, à 44 ± 7 et 93 ± 18 mmHg (écart type moyen ±) à la semaine 9. L’échocardiographie a démontré des résultats caractéristiques de la FHR-RV, notamment la dilatation du VR, l’augmentation de l’épaisseur de la paroi et l’inclinaison septale. La tendance longitudinale de la pression du brassard SvO2 et PA démontre que le taux de bandes PA peut être titré pour obtenir des phénotypes RV variables. Une stratégie de bande pa plus rapide a conduit à une baisse précipitée de SvO2 < 65%, indiquant une décompensation du VR, tandis qu’une stratégie plus lente et plus rythmée a conduit au maintien de SvO2 physiologique à 70% -80%. Un animal qui a expérimenté la stratégie accélérée a développé plusieurs litres d’épanchement pleural et d’ascite à la semaine 9. Ce modèle de PH-RVF chronique fournit un outil précieux pour étudier les mécanismes moléculaires, développer des biomarqueurs diagnostiques et permettre l’innovation thérapeutique pour gérer l’adaptation et la mauvaise adaptation du VR à partir de l’HTP.
Introduction
L’insuffisance ventriculaire droite (RV) décompensée est la cause prédominante de morbidité et de mortalité chez les patients atteints d’hypertension pulmonaire (HTP). L’échec du VR est responsable de plus de 50 % des hospitalisations chez les patients atteints d’HTP et est une cause fréquente de décès dans cette population de patients1,2. Bien que les traitements médicaux actuels de l’HTP puissent fournir des mesures de temporisation, ils n’inversent pas la progression de la maladie. En tant que tel, le seul traitement à long terme est la transplantation pulmonaire. Pour explorer et tester de nouveaux traitements et interventions médicaux pour l’HTP et la FVR, un modèle animal cliniquement pertinent est nécessaire pour récapituler la physiopathologie complexe de la maladie. En particulier, il existe un grand besoin clinique de développer des thérapies ciblées sur le VR pour les patients atteints d’HTP afin d’améliorer la fonction du VR. À ce jour, la plupart des études animales publiées sur le dysfonctionnement de l’HTP et du VR se sont appuyées sur de petits mammifères tels que les souris et les rats3. D’autre part, il n’y a eu qu’une poignée de grands modèles animaux pour étudier la maladie et la physiopathologie du VR à partir d’une charge résiduelle anormale4,5,6,7. De plus, aucun des grands modèles animaux publiés précédemment n’inclut de descriptions de procédures expérimentales pour le titrage contrôlé de la gravité de la maladie qui conduit différemment à des phénotypes d’échec de VR compensés par rapport à décompensés. Un modèle animal d’HTP qui peut être titré pour induire une insuffisance aiguë et chronique du VR avec divers degrés de compensation est nécessaire pour étudier les mécanismes de la maladie et pour développer, tester et traduire de nouveaux diagnostics et traitements pour l’HTP et la FVR dans la pratique clinique. Un tel modèle chez un grand animal est particulièrement précieux pour le développement de dispositifs de soutien circulatoire mécanique8.
Ici, un modèle de PH-RVF chronique et de grande taille chez l’animal utilisant la ligature de l’artère pulmonaire gauche (PA) et le bandage progressif de l’AP principale chez les moutons adultes est présenté9,10. La ligature de l’AP gauche (LPA) augmente la résistance vasculaire pulmonaire et diminue la capacité de la PA11,12. L’approche progressive de la bande PA permet un titrage précis de la gravité de la maladie et une adaptation au RV. Cette plate-forme peut également être facilement utilisée pour l’étude longitudinale de la progression de la maladie vers la décompensation du VR. Les procédures et les processus requis pour exécuter ce modèle sont présentés comme une ressource pour les chercheurs intéressés par une plate-forme animale de grande taille pour développer de nouveaux traitements pour l’HTP et la FVR.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le modèle PH-RVF présenté peut induire de manière fiable différents niveaux de gravité de la maladie pour correspondre aux objectifs de l’enquête. Deux approches différentes sont utilisées en combinaison pour induire ce modèle de maladie. Tout d’abord, la ligature LPA sert à augmenter la résistance vasculaire pulmonaire et à diminuer la capacité PA11,12, établissant ainsi le point de départ du modèle chronique à un état de post-charge RV d?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été financé par les National Institutes of Health R01HL140231. Nous remercions la Division des soins aux animaux pour son élevage et ses soins vétérinaires. Nous remercions le SR Light Laboratory et son personnel, Jamie Adcock, Susan Fultz, Codi VanRooyen et José Diaz, pour leur soutien technique dévoué aux chirurgies des grands animaux.
Materials
| 0.9% Sodium Chloride Irrigation Pour Bottle by Baxter Healthcare, 1000 mL | Medline | BHL2F7124 | Surgical Disposable |
| 0.25% Bupivacaine | Hospira Inc | 0409-1160-18 | Medication, Intra-Operative |
| 0.9% Normal Saline, 1000 mL | Baxter Healthcare Corp | 0338-0049-04 | Medication, Intra-Operative |
| 0.9% Normal Saline, 500 mL | Baxter Healthcare Corp., | 0338-0049-03 | Medication, Chronic PH |
| 16 mm Heavy Duty Occluder with actuating tubing | Access Technologies | OC-16HD | Surgical Disposable |
| 3-mL Skin Prep Applicator | Medline | MDF260400 | Surgical Disposable |
| 70% isopropyl alcohol prep pads | Medline | MDS090670 | Disposable, Chronic PH |
| Adhesive bandage tape | Patterson Veterinary | Disposable, Chronic PH | |
| Adson forceps | V. Mueller | NL1400 | Surgical Instrument |
| Allis tissue forceps | V. Mueller | CH1560 | Surgical Instrument |
| Aortic clamp, straight (bainbridge forceps) | V. Mueller | SU6001 | Surgical Instrument |
| Backhaus towel forceps | V. Mueller | SU2900 | Surgical Instrument |
| Bags, Infusion: Nonsterile Novaplus Infusion Bag, 500 mL | Medline | TCV4005H | Disposable, Chronic PH |
| Berry sternal needle holder | V. Mueller | CH2540 | Surgical Instrument |
| Blades, Electrode: Electrode Blade, 6.5", with 0.24 cm Shaft | Medline | VALE15516 | Surgical Disposable |
| Blades: Stainless-Steel Sterile Surgical Blade, Size #10 | Medline | B-D371210 | Surgical Disposable |
| Blades: Stainless-Steel Sterile Surgical Blade, Size #11 | Medline | B-D371211 | Surgical Disposable |
| Blades: Stainless-Steel Sterile Surgical Blade, Size #15 | Medline | B-D371215 | Surgical Disposable |
| BNC Male to BNC Male Cable | Digi-Key | 415-0198-036 | Equipment |
| Castroviejo needle holder | V. Mueller | CH8589 | Surgical Instrument |
| Cefazolin | Apotex Corp | 60505-6142-0 | Medication, Intra-Operative |
| Ceftiofur Crystalline Free Acid | Zoetis Inc | 54771-5223-1 | Medication, Post-Operative |
| Chest Drain, with Dry Suction, Adult-Pediatric | Medline | DEKA6000LFH | Surgical Disposable |
| Chest tube passer | V. Mueller | CH04189 | Surgical Instrument |
| COnfidence Flowprobes for Research (PAU-Series) | Transonic | 24PAU | Equipment, Perivascular Flow Probe |
| Cooley tangential occlusion clamp | V. Mueller | CH6572 | Surgical Instrument |
| Data Acquisition Hardware | ADInstruments | PowerLab 16/30 | Equipment |
| DeBakey Aorta clamp | V. Mueller | CH7247 | Surgical Instrument |
| DeBakey multi-purpose clamp | V. Mueller | CH7276 | Surgical Instrument |
| Debakey tissue forceps, 12’’ | V. Mueller | CH5906 | Surgical Instrument |
| Debakey vascular tissue forceps 7 3/4’’ | V. Mueller | CH5902 | Surgical Instrument |
| Debakey vascular tissue forceps, 9’’ | V. Mueller | CH5904 | Surgical Instrument |
| Electrosurgical Generator | Covidien | Force FX-C | Equipment |
| Endotracheal Tube, 10mm | Patterson Veterinary | 07-882-9008 | Surgical Disposable |
| Enrofloxacin | Norbrook Laboratories Limited | 55529-152-05 | Medication, Intra-Operative |
| Fentanyl Transdermal Patch | Apotex Corp | 60505-7007-2 | Medication, Pre-Operative |
| Ferris smith tissue forceps | V. Mueller | SU2510 | Surgical Instrument |
| Finochietto rib spreaders, large | V. Mueller | CH1220-1 | Surgical Instrument |
| Finochietto rib spreaders, medium | V. Mueller | CH1215-1 | Surgical Instrument |
| Flexsteel ribbon retractor, 1” x 13” | V. Mueller | SU3340 | Surgical Instrument |
| Flexsteel ribbon retractor, 2” x 13” | V. Mueller | SU3346 | Surgical Instrument |
| Foerster sponge forceps, curved | V. Mueller | GL660 | Surgical Instrument |
| Gauze Sponges: Sterile X-ray Compatible Gauze Sponges, 16-Ply, 4" x 4" | Medline | PRM21430LFH | Surgical Disposable |
| Gerald-DeBakey forceps | V. Mueller | CH04242 | Surgical Instrument |
| Glassman Allis | V. Mueller | SU6152 | Surgical Instrument |
| Halsted mosquito forceps | V. Mueller | SU2702 | Surgical Instrument |
| Harken clamp | V. Mueller | CH6462 | Surgical Instrument |
| Heat Therapy Pump | Gaymar/Stryker | TP-400 | Equipment |
| Heparin | Fresenius Kabi, | 63323-540-31 | Medication, Chronic PH |
| Hospira Primary IV Sets, 80" | Patterson Veterinary | 07-835-0123 | Surgical Disposable |
| Hypertonic saline 3% | Baxter Healthcare Corp., | 0338-0054-03 | Medication, Chronic PH |
| Hypodermic Needle with Bevel and Regular Wall, 20 G x 1" | Medline | B-D305175Z | Disposable, Chronic PH |
| Interface Cable, Edwards LifeScience Transducer to ADInstruments Bridge Amplifier | Fogg System | 0395-2434 | Equipment |
| Intravenous Infusion Pump | Heska | Vet/IV 2.2 Infusion Pump | Equipment |
| Isoflurane | Patterson Veterinary | 14043-704-06 | Medication, Pre-Operative |
| Kantrowitz thoracic clamp, 9-1/2” | V. Mueller | CH1722 | Surgical Instrument |
| Kelly hemostats | V. Mueller | 88-0314 | Surgical Instrument |
| Lidocaine HCl, 2.46% | PRN Pharmacal, | 49427-434-04 | Medication, Chronic PH |
| Ligaclip Multiple-Clip Appliers by Ethicon | Medline | ETHMCS20 | Surgical Disposable |
| Loop, Vessel, Mini, Red, 2/pk, Sterile | Medline | DYNJVL12 | Surgical Disposable |
| Lorna non-perforating towel forceps | V. Mueller | SU2937 | Surgical Instrument |
| Mayo dissecting scissors, curved | V. Mueller | SU1826 | Surgical Instrument |
| Mayo dissecting scissors, straight | V. Mueller | SU1821 | Surgical Instrument |
| Medipore Dress-It Pre-Cut Dressing Covers by 3M | Medline | MMM2955Z | Surgical Disposable |
| Meloxicam | Patterson Veterinary | 14043-909-10 | Medication, Post-Operative |
| Mixter thoracic forceps, 9” | V. Mueller | CH1730-003 | Surgical Instrument |
| Mosquito hemostats | V. Mueller | 88-0301 | Surgical Instrument |
| Multi-Channel Research Consoles | Transonic | T402/T403 | Equipment, Perivascular Flow Meter |
| Multi-Lumen Central Venous Catheterization Kits | Medline | ARW45703XP1AH | Surgical Disposable |
| Multi-Parameter Vital Signs Monitor | Smiths Medical | SurgiVet Advisor 3 | Equipment |
| Needles: Hypodermic Needle with Regular Bevel, Sterile, 18 G x 1.5" | Medline | B-D305185Z | Surgical Disposable |
| No. 3 knife handle | V. Mueller | SU1403-001 | Surgical Instrument |
| No. 7 knife handle | V. Mueller | SU1407 | Surgical Instrument |
| Non-Vented Male Luer Cap | Qosina | 13614 | Disposable, Chronic PH |
| Octal Bridge Amplifier | ADInstruments | FE228 | Equipment |
| Ophthalmic Ointment | Akorn Animal Health | 59399-162-35 | Medication, Pre-Operative |
| Penrose Tubing, 6 mm x 46 cm, 11 mm Flat | Medline | SWD514604H | Surgical Disposable |
| Perma-Hand Black Braided Silk: 2-0 SH Taperpoint Needle, Control Release, 30" | Medline | ETHD8552 | Surgical Disposable |
| Perma-Hand Suture, Black Braided, Size 0, 6 x 30” | Medline | ETHA306H | Surgical Disposable |
| Perma-Hand Suture, Black Braided, Size 4-0, 12 x 30" | Medline | ETHA303H | Surgical Disposable |
| Phenylephrine | West-Ward | 0641-6142-25 | Medication, Intra-Operative |
| Polyhesive Cordless Patient Return Electrodes, Adult | Medline | SWDE7509 | Surgical Disposable |
| Port-A-Cath Huber Needle, Straight, 22 G x 1-1/2" | Medline | AAKM21200724 | Disposable, Chronic PH |
| PROLENE Monofilament Suture, Blue, Size 4-0, 36", Double Arm, RB-1 Needle | Medline | ETHD7143 | Surgical Disposable |
| PROLENE Polypropylene Monofilament Suture, Blue, Double-Armed, RB-1 Needle, Size 5-0, 24" | Medline | ETH8555H | Surgical Disposable |
| Regional Block Needles, 22-gauge | Medline | B-D408348Z | Surgical Disposable |
| Schnidt tonsil artery forceps | V. Mueller | M01700 | Surgical Instrument |
| Skin staple extractor | Medline | CND3031 | Disposable, Chronic PH |
| Skin stapler 35 wide, with counter | Medline | STAPLER35W | Surgical Disposable |
| Sphygmomanometer | Medline | Equipment | |
| Sponge bowl | V. Mueller | GE-75 | Surgical Instrument |
| Sponge, Lap: X-Ray Detectable Sterile Lap Sponge, 18" x 18", 5/Pack | Medline | MDS241518HH | Surgical Disposable |
| Sponge, Peanut: X-Ray Detectable Sterile Peanut Sponge, Small, 3/8" | Medline | MDS72038 | Surgical Disposable |
| Sterile Disposable Deluxe OR Towel, Blue, 17'' x 27'', 2/Pack | Medline | MDT2168202 | Surgical Disposable |
| Sterile Luer-Lock Syringe, 3 mL | Medline | SYR103010Z | Disposable, Chronic PH |
| Sterile Luer-Lock Syringe, 5 mL | Medline | SYR105010Z | Disposable, Chronic PH |
| Sterile Surgical Equipment Probe Covers | Medline | DYNJE5930 | Surgical Disposable |
| Stopcock: 3-Way Stopcock with Handle in OFF Position, Rotating Adaptor Male Collar Fitting, 45 PSI | Medline | DYNJSC301 | Surgical Disposable |
| Stopcock: 3-Way Stopcock with Handle in OFF Position, Rotating Adaptor Male Collar Fitting, 45 PSI | Medline | DYNJSC301 | Disposable, Chronic PH |
| Subcutaneous Port with 5-French Connector and Blue Boot | Access Technologies | CP2AC-5NC | Surgical Disposable |
| Super cut metzenbaum dissecting scissors | V. Mueller | CH2032-S | Surgical Instrument |
| Super cut nelson-metzenbaum dissecting scissors | V. Mueller | CH2025-S | Surgical Instrument |
| Syringes: Sterile Luer-Lock Syringe, 10 mL | Medline | SYR110010Z | Surgical Disposable |
| Thoracic Catheter, Straight, 28 Fr x 20" | Medline | SWD570549H | Surgical Disposable |
| Three-quarter surgical drape | Medline | DYNJP2414H | Surgical Disposable |
| Tiletamine + Zolazepam | Zoetis Inc | 54771-9050-1 | Medication, Pre-Operative |
| TourniKwik Tourniquet Set with Four 7.5" Bronze-Colored Tubes and 1 Snare, 12 French | Medline | CVR79013 | Surgical Disposable |
| Transducer clip | Edwards LifeScience | TCLIP05 | Equipment |
| Trigger Aneroid Gauge (Sphygmomanometer) | Patterson Veterinary | 07-815-0464 | Equipment |
| TruWave Disposable Pressure Transducer Kits by Edwards Lifesciences | Medline | VSYPX260 | Surgical Disposable and Chronic PH |
| TS420 Perivascular Flow Module | Transonic | TS420 | Equipment, Perivascular Flow Meter |
| Tubing, Suction: Sterile Universal Suction Tubing with Straight Ribbed Connectors, 1/4" x 12' | Medline | OR612 | Surgical Disposable |
| Tubing: Pressure Monitoring Tubing with Fixed Male Luer Lock and Female Fitting, Low Pressure, 72" L | Medline | DYNJPMTBG72MF | Surgical Disposable |
| Tubing: Pressure Monitoring Tubing with Fixed Male Luer Lock and Female Fitting, Low Pressure, 72" L | Medline | DYNJPMTBG72MF | Disposable, Chronic PH |
| Tubular Elastic Dressing Retainer | Medline | DERGL711 | Disposable, Chronic PH |
| Tuffier rib retractor | V. Mueller | CD1101 | Surgical Instrument |
| Tygon E-3603 Flexible Tubings | Fisher Scientific | 14-171-227 | Surgical Disposable |
| U.S.A retractor | V. Mueller | SU3660 | Surgical Instrument |
| Umbilical Tape, Cotton, 3-Strand, 1/8 x 36" | Medline | ETHU12TH | Surgical Disposable |
| Valleylab Button Switch Pencil | Medline | VALE2516H | Surgical Disposable |
| Vanderbilt deep vessel forceps | V. Mueller | CH1687 | Surgical Instrument |
| Veterinary Anesthesia Machine | Midmark | Matrx VMC | Equipment |
| Veterinary Anesthesia Ventilator | Hallowell EMC | Model 2000 | Equipment |
| Vicryl: Undyed Coated Vicryl 0 CT-1 36" Suture | Medline | ETHVCP946H | Surgical Disposable |
| Vicryl: Undyed Coated Vicryl 2 TP-1 Taper 54" Suture | Medline | ETHVCP880T | Surgical Disposable |
| Vicryl: Undyed Coated Vicryl 2-0 CT-1 18" Suture | Medline | ETHVCP739D | Surgical Disposable |
| Vital crile-wood needle holder, 10-3/8” | V. Mueller | CH2427 | Surgical Instrument |
| Vital mayo-hegar needle holder, 7-1/4” | V. Mueller | CH2417 | Surgical Instrument |
| Vital metzenbaum dissecting scissors, 14’’ | V. Mueller | CH2009 | Surgical Instrument |
| Vital metzenbaum dissecting scissors, 9” | V. Mueller | CH2006 | Surgical Instrument |
| Vital ryder needle holder, 9” | V. Mueller | CH2510 | Surgical Instrument |
| Yankauer, Bulb Tip: Sterile Rigid Yankauer with Bulb Tip, No Vent | Medline | DYND50130 | Surgical Disposable |
References
- Campo, A., et al. Outcomes of hospitalization for right heart failure in pulmonary arterial hypertension. European Respiratory Journal. 38 (2), 359-367 (2011).
- Tonelli, A. R., et al. Causes and circumstances of death in pulmonary arterial hypertension. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 188 (3), 365-369 (2013).
- Urashima, T., et al. Molecular and physiological characterization of RV remodeling in a murine model of pulmonary stenosis. American Journal of Physiology- Heart and Circulatory Physiology. 295 (3), (2008).
- Sato, H., et al. Large animal model of chronic pulmonary hypertension. ASAIO Journal. 54 (4), 396-400 (2008).
- Pohlmann, J. R., et al. A low mortality model of chronic pulmonary hypertension in sheep. Journal of Surgical Research. 175 (1), 44-48 (2012).
- Noly, P. -. E., Guihaire, J., Coblence, M., Dorfmuller, P., Fadel, E., Mercier, O. Chronic thromboembolic pulmonary hypertension and assessment of right ventricular function in the piglet. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (105), e53133 (2015).
- 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. Journal of Cardiovascular Translational Research. 7 (5), 494-506 (2014).
- Silva, K. A. S., Emter, C. A. Large animal models of heart failure: A translational bridge to clinical success. JACC: Basic to Translational Science. 5 (8), 840-856 (2020).
- Ukita, R., et al. Left pulmonary artery ligation and chronic pulmonary artery banding model for inducing right ventricular – pulmonary hypertension in sheep. ASAIO Journal (American Society for Artificial Internal Organs: 1992. 67 (1), 44-48 (2020).
- Ukita, R., et al. Progression toward decompensated right ventricular failure in the ovine pulmonary hypertension model. ASAIO Journal (American Society for Artificial Internal Organs: 1992. , (2021).
- Mercier, O., et al. Piglet model of chronic pulmonary hypertension. Pulmonary Circulation. 3 (4), 908-915 (2013).
- Guihaire, J., et al. Right ventricular plasticity in a porcine model of chronic pressure overload. Journal of Heart and Lung Transplantation. 33 (2), 194-202 (2014).
- Tang, K. J., Robbins, I. M., Light, R. W. Incidence of pleural effusions in idiopathic and familial pulmonary arterial hypertension patients. Chest. 136 (3), 688-693 (2009).
- Luo, Y. F., et al. Frequency of pleural effusions in patients with pulmonary arterial hypertension associated with connective tissue diseases. Chest. 140 (1), 42-47 (2011).
- Brixey, A. G., Light, R. W. Pleural effusions occurring with right heart failure. Current Opinion in Pulmonary Medicine. 17 (4), 226-231 (2011).
- Bovine High-mountain Disease. Merck and the Merck Veterinary Manual Available from: https://www.merckvetmanual.com/circulatory-system/bovine-high-mountain-disease/bovine-high-mountain-disease (2019)
- Van De Veerdonk, M. C., et al. Progressive right ventricular dysfunction in patients with pulmonary arterial hypertension responding to therapy. Journal of the American College of Cardiology. 58 (24), 2511-2519 (2011).
