نموذج لإعادة تشكيل الأوعية الدموية العكسية في ارتفاع ضغط الدم الرئوي بسبب أمراض القلب اليسرى عن طريق حل الأبهر في الفئران
Summary
يصف هذا البروتوكول إجراء جراحيا لإزالة الأشرطة الأبهرية الصاعدة في نموذج الفئران من ارتفاع ضغط الدم الرئوي بسبب أمراض القلب اليسرى. تدرس هذه التقنية الآليات الداخلية لإعادة التشكيل العكسي في الدورة الدموية الرئوية والقلب الأيمن ، وبالتالي إبلاغ الاستراتيجيات لعكس ارتفاع ضغط الدم الرئوي و / أو ضعف البطين الأيمن.
Abstract
ارتفاع ضغط الدم الرئوي بسبب أمراض القلب اليسرى (PH-LHD) هو الشكل الأكثر شيوعا من درجة الحموضة، ومع ذلك فإن الفيزيولوجيا المرضية تتميز بشكل سيئ من ارتفاع ضغط الدم الشرياني الرئوي (PAH). ونتيجة لذلك ، فإن التدخلات العلاجية المعتمدة لعلاج أو الوقاية من PH-LHD مفقودة. لا ينصح بالأدوية المستخدمة لعلاج درجة الحموضة في مرضى PAH لعلاج PH-LHD ، حيث أن انخفاض مقاومة الأوعية الدموية الرئوية (PVR) وزيادة تدفق الدم الرئوي في وجود زيادة في ضغوط الملء على الجانب الأيسر قد يسبب انخفاض تعويض القلب الأيسر وذمة رئوية. هناك حاجة إلى تطوير استراتيجيات جديدة لعكس درجة الحموضة في مرضى LHD. على النقيض من PAH ، يتطور PH-LHD بسبب زيادة الحمل الميكانيكي الناجم عن احتقان الدم في الدورة الدموية الرئوية أثناء قصور القلب الأيسر. سريريا، التفريغ الميكانيكي للبطين الأيسر (LV) عن طريق استبدال الصمام الأبهري في مرضى تضيق الأبهر أو عن طريق زرع أجهزة مساعدة الجهد المنخفض في مرضى قصور القلب في المرحلة النهائية ليس فقط تطبيع الضغوط الشريانية الرئوية والبطين الأيمن (RV) ولكن أيضا PVR، وبالتالي توفير أدلة غير مباشرة لإعادة تشكيل عكسي في الأوعية الدموية الرئوية. باستخدام نموذج الفئران الراسخ من PH-LHD بسبب قصور القلب الأيسر الناجم عن الحمل الزائد للضغط مع التطوير اللاحق لدرجة الحموضة ، تم تطوير نموذج لدراسة الآليات الجزيئية والخلوية لعملية إعادة التشكيل العكسي الفسيولوجي هذه. على وجه التحديد ، تم إجراء جراحة فك الضمادة الأبهرية ، مما أدى إلى إعادة تشكيل عكسي لعضلة القلب LV وتفريغها. وبالتوازي مع ذلك، أمكن الكشف عن التطبيع الكامل للضغط الانقباضي RV والانعكاس الكبير ولكن غير الكامل لتضخم RV. قد يقدم هذا النموذج أداة قيمة لدراسة آليات إعادة التشكيل العكسي الفسيولوجي في الدورة الدموية الرئوية و RV ، بهدف تطوير استراتيجيات علاجية لعلاج PH-LHD وأشكال أخرى من PH.
Introduction
قصور القلب هو السبب الرئيسي للوفاة في البلدان المتقدمة ومن المتوقع أن يزيد بنسبة 25٪ خلال العقد المقبل. ارتفاع ضغط الدم الرئوي (PH) – زيادة مرضية في ضغط الدم في الدورة الدموية الرئوية – يؤثر على ما يقرب من 70 ٪ من المرضى الذين يعانون من قصور القلب في المرحلة النهائية. تصنف منظمة الصحة العالمية الرقم الهيدروجيني على أنه ارتفاع ضغط الدم الرئوي بسبب أمراض القلب الأيسر (PH-LHD)1. يبدأ PH-LHD عن طريق ضعف وظيفة البطين الأيسر الانقباضي و / أو الانبساطي (LV) التي تؤدي إلى ارتفاع ضغط الملء والاحتقان السلبي للدم في الدورة الدموية الرئوية2. على الرغم من أنه يمكن عكسه في البداية ، يصبح PH-LHD ثابتا تدريجيا بسبب إعادة تشكيل الأوعية الدموية الرئوية النشطة في جميع مقصورات الدورة الدموية الرئوية ، أي الشرايين والشعيرات الدموية والأوردة 3,4. كل من الرقم الهيدروجيني القابل للعكس والثابت يزيد من الحمل اللاحق ل RV ، مما يؤدي في البداية إلى تضخم عضلة القلب التكيفي ولكن في النهاية يسبب توسع RV ، ونقص الحركة ، والتليف ، وإزالة المعاوضة التي تؤدي تدريجيا إلى فشل RV1،2،5،6. على هذا النحو ، يسرع PH تطور المرض في مرضى قصور القلب ويزيد من الوفيات ، خاصة في المرضى الذين يخضعون للعلاج الجراحي عن طريق زرع أجهزة مساعدة البطين الأيسر (LVAD) و / أو زرع القلب7،8،9. حاليا، لا توجد علاجات علاجية يمكن أن تعكس عملية إعادة تشكيل الأوعية الدموية الرئوية، لذلك هناك حاجة إلى البحوث الميكانيكية الأساسية في أنظمة النماذج المناسبة.
الأهم من ذلك ، تظهر الدراسات السريرية أن PH-LHD كمضاعفات متكررة في المرضى الذين يعانون من تضيق الأبهر يمكن أن يتحسن بسرعة في فترة ما بعد الجراحة المبكرة بعد استبدال الصمام الأبهري10. وبالمثل ، فإن مقاومة الأوعية الدموية الرئوية العالية (>3 وحدات خشبية) قبل الجراحة (PVR) التي كانت ، مع ذلك ، قابلة للانعكاس على nitroprusside تم تطبيعها بشكل مستدام بعد زرع القلب في دراسة متابعة مدتها 5 سنوات11. وبالمثل ، يمكن تحقيق انخفاض كاف في كل من PVR القابل للعكس والثابت وتحسين وظيفة RV في مرضى LHD في غضون عدة أشهر عن طريق تفريغ البطين الأيسر باستخدام أجهزة مساعدة البطين النابض وغير النابض القابلة للزرع12،13،14. حاليا ، الآليات الخلوية والجزيئية التي تدفع إعادة التشكيل العكسي في الدورة الدموية الرئوية وعضلة القلب RV غير واضحة. ومع ذلك ، قد يوفر فهمهم نظرة ثاقبة مهمة في المسارات الفسيولوجية التي يمكن استغلالها علاجيا لعكس إعادة تشكيل الأوعية الدموية و RV الرئوية في PH-LHD وغيرها من أشكال PH.
يمكن استخدام نموذج مناسب قبل السريري يكرر بشكل كاف السمات الفسيولوجية والجزيئية المرضية ل PH-LHD للدراسات الانتقالية في قصور القلب الاحتقاني الناجم عن الحمل الزائد بسبب الضغط بسبب ربط الأبهر الجراحي (AoB) في الفئران4،15،16. بالمقارنة مع قصور القلب المماثل بسبب الحمل الزائد للضغط في نموذج الفئران لانقباض الأبهر المستعرض (TAC)17 ، فإن ربط الشريان الأورطي الصاعد فوق الجذر الأبهري في فئران AoB لا ينتج عنه ارتفاع ضغط الدم في الشريان السباتي الأيسر لأن موقع الربط قريب من تدفق الشريان السباتي الأيسر من الشريان الأورطي. نتيجة لذلك ، لا يسبب AoB إصابة عصبية من الجانب الأيسر في القشرة الدماغية كما هو مميز ل TAC18 ، والذي قد يؤثر على نتائج الدراسة. بالمقارنة مع نماذج القوارض الأخرى من PH-LHD المستحثة جراحيا ، فإن نماذج الفئران بشكل عام ، و AoB بشكل خاص ، تثبت أنها أكثر قوة وقابلة للتكرار وتكرار إعادة تشكيل خاصية الدورة الدموية الرئوية لمرضى PH-LHD. في الوقت نفسه ، فإن الفتك في الفترة المحيطة بالجراحة منخفض19. تؤدي زيادة ضغوط الجهد المنخفض وخلل LV في فئران AoB إلى تطوير PH-LHD ، مما يؤدي إلى ارتفاع ضغوط RV وإعادة عرض RV. على هذا النحو ، أثبت نموذج الفئران AoB أنه مفيد للغاية في سلسلة من الدراسات السابقة التي أجرتها مجموعات مستقلة ، بما في ذلك أنفسنا ، لتحديد الآليات المرضية لإعادة تشكيل الأوعية الدموية الرئوية واختبار استراتيجيات العلاج المحتملة ل PH-LHD 4,15,20,21,22,23,24,25.
في هذه الدراسة ، تم استخدام نموذج الفئران AoB لإنشاء إجراء جراحي لفك الأبهر لدراسة آليات إعادة التشكيل العكسي في الأوعية الدموية الرئوية و RV. في السابق ، تم تطوير نماذج إعادة تشكيل عضلة القلب العكسية مثل فك الأبهر في الفئران26 والجرذان27 للتحقيق في الآليات الخلوية والجزيئية التي تنظم انحدار تضخم البطين الأيسر واختبار الخيارات العلاجية المحتملة لتعزيز عضلة القلب. الانتعاش. علاوة على ذلك ، استكشف عدد محدود من الدراسات السابقة آثار فك الضماد الأبهري على PH-LHD في الفئران وأظهرت أن فك الضمادة الأبهري قد يعكس تضخم الإنسي في الشرايين الرئوية ، وتطبيع التعبير عن ما قبل pro-endothelin 1 وتحسين ديناميكا الدم الرئوية27,28 ، مما يوفر أدلة على عكس درجة الحموضة في الفئران المصابة بقصور القلب. هنا ، يتم تحسين الإجراءات الفنية لجراحة فك الأوتار وتوحيدها ، على سبيل المثال ، عن طريق تطبيق بضع القصبة الهوائية بدلا من التنبيب داخل القصبة الهوائية أو باستخدام مقاطع التيتانيوم ذات القطر الداخلي المحدد لربط الأبهر بدلا من خيوط البولي بروبيلين بإبرة حادة26,27 ، وبالتالي توفير تحكم أفضل في العمليات الجراحية ، وزيادة قابلية تكرار النموذج وتحسين معدل البقاء على قيد الحياة.
من منظور علمي ، لا تكمن أهمية نموذج فك الانحدار PH-LHD فقط في إظهار انعكاس النمط الظاهري للقلب والأوعية الدموية والرئة في قصور القلب ، ولكن الأهم من ذلك ، في تحديد الدوافع الجزيئية التي تؤدي و / أو تحافظ على إعادة التشكيل العكسي في الشرايين الرئوية كمرشحين واعدين للاستهداف العلاجي في المستقبل.
Protocol
Representative Results
Discussion
هنا ، يتم الإبلاغ عن تقنية جراحية مفصلة لفك الانحدار الأبهري في نموذج AoB للفئران التي يمكن استخدامها للتحقيق في انعكاس PH-LHD والآليات الخلوية والجزيئية التي تدفع إعادة التشكيل العكسي في الأوعية الدموية الرئوية و RV. ثلاثة أسابيع من انقباض الأبهر في الفئران اليافعة يؤدي إلى PH-LHD واضح مع زيادة …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا البحث من خلال منح من DZHK (المركز الألماني لأبحاث القلب والأوعية الدموية) إلى CK و WMK ، و BMBF (وزارة التعليم والبحث الألمانية) إلى CK في إطار VasBio ، وإلى WMK في إطار VasBio و SYMPATH و PROVID ، ومؤسسة الأبحاث الألمانية (DFG) إلى WMK (SFB-TR84 A2 ، SFB-TR84 C9 ، SFB 1449 B1 و SFB 1470 A4 و KU1218/9-1 و KU1218/11-1).
Materials
| Amoxicillin | Ratiopharm | PC: 04150075615985 | Antibiotic |
| Anti-BNP antibody | Abcam | ab239510 | Western Blotting |
| Aquasonic 100 Ultrasound gel | Parker Laboratories | BT-025-0037L | Echocardiography consumables |
| Bepanthen | Bayer | 6029009.00.00 | Eye ointment eye ointment |
| Carprosol (Carprofen) | CP-Pharma | 401808.00.00 | Analgesic |
| Clip holder | Weck stainless USA | 523140S | Surgical instruments |
| Fine scissors Tungsten carbide | Fine Science Tools | 14568-12 | Surgical scissors |
| Fine scissors Tungsten carbide | Fine Science Tools | 14568-09 | Surgical scissors |
| High-resolution imaging system | FUJIFILM VisualSonics, Amsterdam, Netherlands | VeVo 3100 | Echocardiography machine. Images were acquired with pulse-wave Doppler mode, M-mode and B-mode |
| Isoflurane | CP-Pharma | 400806.00.00 | Anesthetic |
| Ketamine | CP-Pharma | 401650.00.00 | Anesthetic |
| Mathieu needle holder | Fine Science Tools | 12010-14 | Surgical instruments |
| Mechanical ventilator (Rodent ventilator) | UGO Basile S.R.L. | 7025 | Volume controlled respirator |
| Metal clip | Hemoclip | 523735 | Surgical consumables |
| Microscope | Leica | M651 | Manual surgical microscope for microsurgical procedures |
| Millar Mikro-Tip pressure catheters | ADInstruments | SPR-671 | Hemodynamics assessment |
| Moria Iris forceps | Fine Science Tools | 11373-12 | Surgical forceps |
| Noyes spring scissors | Fine Science Tools | 15013-12 | Surgical scissors |
| Povidone iodine/iodophor solution | B/Braun | 16332M01 | Disinfection |
| PowerLab | ADInstruments | 4_35 | Hemodynamics assessment |
| Prolene Suture, 4-0 | Ethicon | EH7830 | Surgical consumables |
| Rib spreader (Alm selfretaining retractor blunt, 70 mm, 2 3/4″) | Austos | AE-BV010R | Surgical instruments |
| Serrated Graefe forceps | Fine Science Tools | 11052-10 | Surgical forceps |
| Silk Suture, 4-0 | Ethicon | K871 | Surgical consumables |
| Skin disinfiction solution (colored) | B/Braun | 19412M07 | Disinfection |
| Spectra 360 Elektrode gel | Parker Laboratories | TB-250-0241H | Echocardiography consumables |
| Sponge points tissue | Sugi | REF 30601 | Surgical consumables |
| Sprague-Dawley rat | Janvier Labs, Le Genest-Saint-Isle, France | Study animals | |
| Tracheal cannula | Outer diameter 2 mm | ||
| Xylazin | CP-Pharma | 401510.00.00 | Anesthetic |
References
- Rosenkranz, S., et al. Pulmonary hypertension due to left heart disease: Updated recommendations of the cologne consensus conference 2011. International Journal of Cardiology. 154, 34-44 (2011).
- Rosenkranz, S., et al. Left ventricular heart failure and pulmonary hypertension. European Heart Journal. 37 (12), 942-954 (2016).
- Fayyaz, A. U., et al. Global Pulmonary vascular remodeling in pulmonary hypertension associated with heart failure and preserved or reduced ejection fraction. Circulation. 137 (17), 1796-1810 (2018).
- Hunt, J. M., et al. Pulmonary veins in the normal lung and pulmonary hypertension due to left heart disease. The American Journal of Physiology – Lung Cellular and Molecular Physiology. 305 (10), 725-736 (2013).
- Bursi, F., et al. Pulmonary pressures and death in heart failure: A community study. Journal of the American College of Cardiology. 59 (3), 222-231 (2012).
- Ryan, J. J., et al. Right ventricular adaptation and failure in pulmonary arterial hypertension. Canadian Journal of Cardiology. 31 (4), 391-406 (2015).
- Miller, W. L., Mahoney, D. W., Enriquez-Sarano, M. Quantitative Doppler-echocardiographic imaging and clinical outcomes with left ventricular systolic dysfunction: Independent effect of pulmonary hypertension. Circulation: Cardiovascular Imaging. 7 (2), 330-336 (2014).
- Kjaergaard, J., et al. Prognostic importance of pulmonary hypertension in patients with heart failure. The American Journal of Cardiology. 99 (8), 1146-1150 (2007).
- Shah, R., et al. Pulmonary hypertension after heart transplantation in patients bridged with the total artificial heart. ASAIO Journal. 62 (1), 69-73 (2016).
- Tracy, G. P., Proctor, M. S., Hizny, C. S. Reversibility of pulmonary artery hypertension in aortic stenosis after aortic valve replacement. The Annals of Thoracic Surgery. 50 (1), 89-93 (1990).
- Lindelow, B., Andersson, B., Waagstein, F., Bergh, C. H. High and low pulmonary vascular resistance in heart transplant candidates. A 5-year follow-up after heart transplantation shows continuous reduction in resistance and no difference in complication rate. European Heart Journal. 20 (2), 148-156 (1999).
- Martin, J., et al. Implantable left ventricular assist device for treatment of pulmonary hypertension in candidates for orthotopic heart transplantation-a preliminary study. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 25 (6), 971-977 (2004).
- Gallagher, R. C., et al. Univentricular support results in reduction of pulmonary resistance and improved right ventricular function. ASAIO Transactions. 37 (3), 287-288 (1991).
- Beyersdorf, F., Schlensak, C., Berchtold-Herz, M., Trummer, G. Regression of "fixed" pulmonary vascular resistance in heart transplant candidates after unloading with ventricular assist devices. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 140 (4), 747-749 (2010).
- Hoffmann, J., et al. Mast cells promote lung vascular remodelling in pulmonary hypertension. European Respiratory Journal. 37 (6), 1400-1410 (2011).
- Litwin, S. E., et al. Serial echocardiographic-Doppler assessment of left ventricular geometry and function in rats with pressure-overload hypertrophy. Chronic angiotensin-converting enzyme inhibition attenuates the transition to heart failure. Circulation. 91 (10), 2642-2654 (1995).
- Rockman, H. A., et al. Segregation of atrial-specific and inducible expression of an atrial natriuretic factor transgene in an in vivo murine model of cardiac hypertrophy. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 88 (18), 8277-8281 (1991).
- de Montgolfier, O., et al. High Systolic blood pressure induces cerebral microvascular endothelial dysfunction, neurovascular unit damage, and cognitive decline in mice. Hypertension. 73 (1), 217-228 (2019).
- Breitling, S., Ravindran, K., Goldenberg, N. M., Kuebler, W. M. The pathophysiology of pulmonary hypertension in left heart disease. American Journal of Physiology – Lung Cellular and Molecular Physiology. 309 (9), 924-941 (2015).
- Ranchoux, B., et al. Metabolic syndrome exacerbates pulmonary hypertension due to left heart disease. Circulation Research. 125 (4), 449-466 (2019).
- Zhang, H., Huang, W., Liu, H., Zheng, Y., Liao, L. Mechanical stretching of pulmonary vein stimulates matrix metalloproteinase-9 and transforming growth factor-beta1 through stretch-activated channel/MAPK pathways in pulmonary hypertension due to left heart disease model rats. PLoS One. 15, 0235824 (2020).
- Yin, J., et al. Sildenafil preserves lung endothelial function and prevents pulmonary vascular remodeling in a rat model of diastolic heart failure. Circulation: Heart Failure. 4 (2), 198-206 (2011).
- Yin, N., et al. Inhaled nitric oxide versus aerosolized iloprost for the treatment of pulmonary hypertension with left heart disease. Critical Care Medicine. 37 (3), 980-986 (2009).
- Breitling, S., et al. The mast cell-B cell axis in lung vascular remodeling and pulmonary hypertension. American Journal of Physiology – Lung Cellular and Molecular Physiology. 312 (5), 710-721 (2017).
- Kerem, A., et al. Lung endothelial dysfunction in congestive heart failure: Role of impaired Ca2+ signaling and cytoskeletal reorganization. Circulation Research. 106 (6), 1103-1116 (2010).
- Goncalves-Rodrigues, P., Miranda-Silva, D., Leite-Moreira, A. F., Falcao-Pires, I. Studying left ventricular reverse remodeling by aortic debanding in rodents. Journal of Visualized Experiments. (173), e60036 (2021).
- Miranda-Silva, D., et al. Characterization of biventricular alterations in myocardial (reverse) remodelling in aortic banding-induced chronic pressure overload. Scientific Reports. 9, 2956 (2019).
- Chou, S. H., et al. The effects of debanding on the lung expression of ET-1, eNOS, and cGMP in rats with left ventricular pressure overload. Experimental Biology and Medicine. 231 (6), 954-959 (2006).
- Hentschel, T., et al. Inhalation of the phosphodiesterase-3 inhibitor milrinone attenuates pulmonary hypertension in a rat model of congestive heart failure. Anesthesiology. 106 (1), 124-131 (2007).
- Gs, A. K., Raj, B., Santhosh, K. S., Sanjay, G., Kartha, C. C. Ascending aortic constriction in rats for creation of pressure overload cardiac hypertrophy model. Journal of Visualized Experiments. (88), e50983 (2014).
- Angermann, C. E., Ertl, G. Natriuretic peptides–new diagnostic markers in heart disease. Herz. 29 (6), 609-617 (2004).
- Ordodi, V. L., Paunescu, V., Mic, F. A. Optimal access to the rat heart by transverse bilateral thoracotomy with double ligature of the internal thoracic arteries. American Association for Laboratory Animal Science. 47 (5), 44-46 (2008).
- Fay, D. S., Gerow, K. A biologist’s guide to statistical thinking and analysis. WormBook. , 1-54 (2013).
- Etz, C. D., et al. Medically refractory pulmonary hypertension: treatment with nonpulsatile left ventricular assist devices. The Annals of Thoracic Surgery. 83 (5), 1697-1705 (2007).
- Mikus, E., et al. Reversibility of fixed pulmonary hypertension in left ventricular assist device support recipients. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 40 (4), 971-977 (2011).
- Zelt, J. G. E., Chaudhary, K. R., Cadete, V. J., Mielniczuk, L. M., Stewart, D. J. Medical therapy for heart failure associated with pulmonary hypertension. Circulation Research. 124 (11), 1551-1567 (2019).
