Translasjonell kaninmodell av kronisk hjertepacing

Summary

Vi presenterer en minimalt invasiv leporinmodell for langsiktig hjertepacing som kan brukes til kunstig pacing og hjertesviktutvikling i prekliniske studier.

Abstract

Dyremodeller av hjertepacing er gunstige for å teste nye enheter, studere patofysiologien til kunstig tempo hjerterytmer, og studere arytmi-induserte kardiomyopatier og påfølgende hjertesvikt. Foreløpig er bare noen få slike modeller tilgjengelige, og de krever for det meste store ressurser. Vi rapporterer en ny eksperimentell hjertepacingmodell hos små pattedyr med potensial til å studere arytmiindusert hjertesvikt.

Hos seks newzealandske hvite kaniner (gjennomsnittsvekt: 3,5 kg) under generell inhalasjonsanestesi ble halsregionen dissekert og en enkelt pacingledning ble lagt inn via vena jugularis eksternt. Ved fluoroskopisk veiledning ble blyet videre ført videre til høyre ventrikkelapex, hvor det ble stabilisert med passiv fiksasjon. En hjertepacemaker ble deretter koblet til og begravd i en subkutan lomme.

Pacemakerimplantasjonen var vellykket med god helbredelse; Kaninens anatomi er gunstig for blyplasseringen. Under 6 måneders oppfølging med intermitterende pacing var gjennomsnittlig følsomt myokardpotensiale 6,3 mV (min: 2,8 mV, maks: 12 mV), og gjennomsnittlig blyimpedans målt var 744 Ω (min: 370 Ω, maks: 1014 Ω). Tempogrensen var opprinnelig 0,8 V ± 0,2 V og holdt seg stabil under oppfølgingen.

Denne nåværende studien er den første som presenterer vellykket transvenøs hjertepacing i en modell for små pattedyr. Til tross for størrelsen og vevsskjørheten, kan instrumentering i menneskelig størrelse med justeringer trygt brukes til kronisk hjertepacing, og dermed er denne innovative modellen egnet for å studere utviklingen av arytmiindusert kardiomyopati og påfølgende hjertesviktpatofysiologi.

Introduction

I hjertesviktforskning og hjertepacingutvikling er translasjonsmodeller ofte nødvendige for preklinisk testing¹. Videre må nye enheter, materialer og blyforbedringer testes for potensielle komplikasjoner før klinisk bruk. Dermed har hjertepacingmodeller et bredt spekter av applikasjoner, inkludert analyse av kunstig tempo hjerterytmer og studiet av deres patofysiologiske effekter på hjertefunksjon ^2,3. Hjertepacing- eller takykardi-induserte kardiomyopatieksperimenter kan benytte modeller av forskjellige dyrestørrelser, med utvikling av hjertesvikt innen uker med høy hastighet^pacing 1,3,4,5.

Tidligere studier har rapportert bruk av store dyremodeller – svin, hund og sau – i slike applikasjoner ^2,3,6. Tilgjengeligheten av disse modellene er imidlertid begrenset, og de krever store ressurser for dyrekirurgi og håndtering. I motsetning til dette kan bruken av små pattedyr løse de ovennevnte bekymringene og følgelig tjene som en optimal og rimelig forskningsmodell. Imidlertid har hjertepacingstudier på små pattedyr sjelden blitt rapportert, og dette kan skyldes deres delikate anatomi, vevssårbarhet og den høyere pacingfrekvensen som kreves 7,8,9,10,11,12.

Bare kirurgiske modeller av delvis implanterte pacingledninger med eksterne pacemakere^11,12 eller trådløse mikroskopiske pacingenheter 5,7,8,9 har blitt brukt i pacemakerstudier av små pattedyr, men så vidt vi vet^, har bruk av fullt implanterte, transvenøse pacemakersystemer i menneskelig størrelse ikke blitt rapportert til dags dato. Tidligere bevis i leporinmodeller viser at aktivitetsavpasning med raske hjertefrekvenser over uker fører til myokarddepresjon^11,12. Denne artikkelen presenterer den første praktisk levedyktige modellen for små pattedyr, som demonstrerer vellykket implantasjon av en pacemaker i menneskelig størrelse hos kaniner. Den beskrevne metodikken tar sikte på å presentere en klinisk relevant modell for hjertepacing og kan oversettes nært til humane studier av takykardi- eller pacingindusert kardiomyopati og den påfølgende hjertesviktpatofysiologien 2,11,12.

Protocol

Denne eksperimentelle protokollen ble gjennomgått og godkjent av Institutional Animal Expert Committee ved First Faculty of Medicine, Charles University, og utført ved Universitetet eksperimentelle laboratorium, Institutt for fysiologi, First Faculty of Medicine, Charles University i Praha, Tsjekkia, i samsvar med lov nr. 246/1992 Coll. om beskyttelse av dyr mot grusomhet. Alle dyrene ble behandlet og tatt vare på i samsvar med Guide for the Care and Use of Laboratory Animals, 8. utgave, utgitt av National Academies Press, 2011. Alle prosedyrene ble utført i henhold til standard veterinærkonvensjoner i nærvær og under veiledning av en lisensiert veterinær. Seks New Zealand hvite kaniner ble inkludert i denne serien av eksperimenter. Gjennomsnittlig kroppsvekt var 3,5 kg ± 1 kg på dagen for pacemakerimplantasjon. Alle verdiene uttrykkes som gjennomsnitt ± SEM og eventuelt av områder med minimums- og maksimumsmålte verdier. En P-verdi < 0,05 ble ansett som signifikant. For vellykket mastering av teknikken er grunnleggende ferdigheter i dyrebedøvelse og kirurgi nødvendig; Tidligere erfaring med hjertepacing er tilrådelig, men ikke nødvendig. 1. Preoperativ omsorg La kaninene akklimatisere seg til boliganlegget i minst 2 uker og bli komfortable med menneskelig berøring og manipulering for å lette håndteringen og håndteringen av dyrene på operasjonsdagen. Fôr dyrene hø og høybasert pelletert kanin diett. Gi ferskvann med jevne mellomrom. Utfør en kort daglig sjekk av vitaliteten (kroppstemperatur, respirasjonsfrekvens) og generell tilstand, inkludert optimalt diettinntak og fravær av nød. 2. Anestesi, premedikasjon og overvåking Etter 30 min faste, administrer premedisinering: buprenorfin (0,01-0,04 mg / kg IM), midazolam (0,3-0,6 mg / kg IM), medetomidin (0,03-0,06 mg / kg IM) og ketamin (5-10 mg / kg IM). Sett inn en kanyle i den marginale ørevenen for intravenøs legemiddelapplikasjon. Samle blodprøver ved hjelp av lavvolumrør (0,5 ml) for hematologiske og biokjemiske analyser. Barber kaninens hud ved hjelp av en barbermaskin på høyre halsområde på nakken – operasjonsstedet – og på lemmer for å feste elektrodene for EKG-overvåking. Barber med forsiktighet, da huden på kaniner er lett utsatt for irritasjon og små tårer er ofte sett. Plasser dyret på en varmepute for å forhindre hypotermi. Overvåk vitale funksjoner, inkludert EKG, rektal kroppstemperatur og oksygenmetning med et pulsoksymeter, i henhold til anestesiprotokollen. Plasser en maske over dyrets munn og nese og fest den med en gummipakning rundt dyrets ansikt. Bruk salve for å beskytte dyrets øyne mot tørrhet. For å oppnå tilstrekkelig sedasjon, gi dyrene isofluran (blandet med oksygen) via ansiktsmasken. Start med en 3,5% konsentrasjon og reduser etter behov i henhold til dyrets responser når det gjelder en undertrykt hornhinnerefleks og motorisk smerterespons.MERK: For å redusere risikoen for lungeskade under anestesi, anbefales spontan ventilasjon, men en neonatal manuell eller automatisk ventilator må holdes klar i tilfelle hypoventilasjon. Forbered all steril instrumentering. Plasser dyret på et fluoroskopibord. Bruk fullt røntgenapparat personlig verneutstyr. 3. Implantasjon av ventrikkelbly Finn den ytre halsvenen og merk dens posisjon på huden. Steriliser hele regionen ved hjelp av povidon-jod og fortsett å dekke operasjonsstedet med et sterilt drap med et hull over det markerte jugularområdet. Lag et snitt på huden parallelt over den markerte halsvenen. Finn den ytre jugularvenen og isoler en lengde på 1 cm fra det tilstøtende fibrøse vevet og det vaskulære bunten. Finn halspulsåren for orientering og for å forhindre skade. Lag en lomme i underhudsvevet for å få plass til pacemakeren. Bruk saks for stump disseksjon for å forhindre overdreven blødning og vevskader. Fest beholderen med et gummibånd i begge ender av det isolerte karsegmentet og okkluder blodstrømmen (figur 1). Bruk standard nedskjæringsteknikk, gjør et kutt på omtrent 1/3 av omkretsen av fartøyets vegg med et blad. Bruk et fartøyplukk for å åpne kuttet bredt og introdusere en enkelt passiv pacing-ledning i lumen. Under fluoroskopisk veiledning rykker spissen videre til apex av høyre ventrikkel (figur 2). Forform en stylet til en kurve og bruk den til å lede ledningen for å passere tricuspid annulus. Sørg for at spissen av ledningen ikke støttes av stilten, slik at ledningen forblir fleksibel og atraumatisk når den berører vevet. Test tempoparametrene. Ventrikkelledningssignalet og impedansen må være stabil, og tempoterskelen skal være lav. Det skal ikke være fascikulasjon av tilstøtende muskler (figur 3). Fest ledningsposisjonen ved å sy den over en beskyttende gummihylse til det underliggende fibrøse vevet og forsegle karets lumen rundt ledningen ved hjelp av et silkebånd (figur 4). 4. Pacemaker implantasjon Koble pacemakeren til pacingledningen og fest IS-1-kontakten med en skrue. Hvis den ikke-invasive pacingstudiefunksjonen (se trinn 6) skal benyttes under oppfølgingen, kobler du pacemakeren til atriekanalkontakten. Grav ned pacemakeren og den ekstra lengden på blyet i den forhåndsformede subkutane lommen (figur 5). Skyll lommen med povidon-jod. Sutur huden såret ved hjelp av en monofilament tråd. Still inn ønsket tempoprogram og utfør en siste kontroll av tempoparametrene (figur 3). 5. Postoperativ behandling Trekk ut bedøvelsen og observer dyret nøye til det gjenvinner tilstrekkelig bevissthet. Administrer atipamezol (0,01-0,03 mg/kg i.m.) for å tilbakestille virkningen av medetomidin. Etter at bevisstheten er gjenopprettet og optimal kroppstemperatur oppnådd, administreres meloksikam (0,4-0,6 mg/kg) subkutant for smertelindring. Tilsett buprenorfin etter 6-8 timer hvis smertelindringen ikke er tilstrekkelig i henhold til en gyldig smertevurderingsskala (f.eks. kaningrimaseskala). Administrer metoklopramid (0,5-1 mg / kg IV) for å forhindre ytterligere gastrointestinal stase og for å stimulere gastrisk motilitet og fortsett 3x per dag til tilstrekkelig matinntak og avføringsproduksjon er gjenopprettet. Følg et bredspektret intravenøst antibiotikaregime til sårene har grodd (enrofloxacin ved 10-20 mg / kg 2x per dag i 3-7 dager). Overfør dyret til et komfortabelt og kjent miljø og observer det til det gjenvinner tilstrekkelig bevissthet. Ikke returner kaninen til selskap med andre dyr før den har fullstendig gjenopprettet. Administrering av meloksikam (0,4-0,6 mg/kg subkutant) daglig i minst 5 dager. Overvåk og kle sårene regelmessig for å sikre trygg og rettidig helbredelse. Når den er fullstendig helbredet, ca. 14 dager etter inngrepet, fjern de ikke-absorberbare hudsuturene. Utfør fjernavhør og kontroller pacingparametrene regelmessig (dvs. pacingterskel, myokardsensing og blyimpedans).MERK: De oppnådde verdiene skal følge en stabil trend. 6. Pacingprotokoll og datainnsamling Finn ut pacemakeren, og angi tempomodus for sikkerhetskopiering ved å velge minimal basishastighet på Parametere-menyen.MERK: På grunn av den høye hjertefrekvensen og den høye variasjonen som er hjemmehørende hos små dyr, kan kontinuerlig kunstig pacing oppnås med en hastighet på 300-400 bpm, i henhold til de spesifiserte kravene. Intermitterende pacing kan oppnås under hvert pacemakeravhør (følg trinn 6.4 og figur 6). Registrer tempoledningsimpedansen kontinuerlig; i pacemakerprogrammererdiagnostikk-menyen, start datainnsamling. Registrer myokardpotensialet kontinuerlig og sjekk det manuelt hver uke ved avhør av pacemakeren; i pacemakerprogrammerertestmenyen under kategorien Sensing, måler du de unipolare og bipolare myokardpotensielle amplitudene. Vurder tempoterskelen regelmessig (ukentlig) ved avhør. Bruk funksjonen for ikke-invasiv pacingstudie (velg NIPS under Testmeny) til å måle tempoterskelen med tilstrekkelig tempohastighet (figur 6). Vurder tempoterskelen for ulike stimulusvarigheter (fra 0,1 ms til 1,5 ms) og uttrykk den i volt. Bruk de intrakardiale elektrogrammene eller overflate-EKG for bestemmelse av tap av fangst når pacingstimulusutgangen blir subterskel. Utfør alle prosedyrene i henhold til standard veterinærkonvensjoner, ofre dyret i henhold til institusjonelle forskrifter ved ferdigstillelse av hver studie, og utfør en nekropsy. Plant pacemakeren og bly og undersøk dem for inflammatoriske responser, biofilmdannelse og fibrose.MERK: En kaliumoverdose ble gitt under dyp anestesi for å avlive dyrene i denne protokollen.

Representative Results

Totalt seks dyr ble inkludert i studien. Hos alle dyrene ble pacingblyet vellykket implantert via vena jugularis utvendig inn i høyre ventrikkelapex (tilleggsfigur S1). Posisjonen ble verifisert ved fluoroskopi, og blyet ble sydd til tilstøtende vev over en gummihylse. Ifølge røntgenbildene opprettholdt ledningen sin posisjon over hele pacingprotokollperioden. Den vedlagte pacemakeren var palpabel i sidehalsregionen, og forårsaket ingen åpenbare problemer for dyret. Alle sårene helbredet fullt ut og uten lokale komplikasjoner. Blyspissen var utstyrt med to titan-platina-elektroder – en distal halvkuleformet ring og en proksimal sylindrisk ringelektrode – med en interelektrodeavstand på 25 mm (figur 2). Ledningene ble fritt avansert inn i toppunktet og passivt festet der av deres silisiumfestetinner. Dette tillot unipolar pacing fra spisselektroden og for bipolar pacing mellom begge elektrodene plassert i høyre ventrikkel. Et representativt ventrikkelsignal er vist i figur 3, og de målte aktivitetsparametrene er gitt i detalj i tabell 1 og figur 7. På tidspunktet for prosedyren var gjennomsnittlig senset myokardpotensiale 5,6 V ± 0,8 mV (min: 2,8 mV, maks: 8 mV), blyimpedansen var 675 Ω ± 74 Ω (min: 468 Ω, maks: 951 Ω), og pacingterskelen var 0,8 V ± 0,26 V (min: 0,2 V, maks: 2,2 V), med stimulusvarigheten satt til standard 0,4 ms. Etter oppfølging på 3 måneder og 6 måneder med intermitterende aktivitetsavpasning var gjennomsnittlig følsomt myokardpotensiale henholdsvis 7,4 mV ± 1,2 mV (min: 4,0 mV, maks: 12,0 mV) og 6,3 mV ± 1,0 mV (min: 4,2 mV, maks: 10,3 mV). Gjennomsnittlig blyimpedans målt var henholdsvis 869 Ω ± 32 Ω (min: 760 Ω, maks: 975 Ω) og 725 Ω ± 96 Ω (min: 370 Ω, maks: 1014 Ω), og pacingterskelen endret til henholdsvis 1,2 V ± 0,3 V (min: 0,2 V, maks: 2,2 V) og til 1,4 V ± 0,3 V (min: 0,5 V, maks: 2,3 V), henholdsvis. Alle parameterendringene var ikke statistisk signifikante i denne perioden (P > 0,05), og de bipolare og unipolare parametrene fulgte sammenlignbare trender (figur 7 og tabell 1). Ett tilfelle ble avsluttet tidlig på grunn av delvis blypenetrasjon, som presenterte et brått impedansfall observert den andre dagen etter implantasjonen. Senere, i løpet av den andre oppfølgingsmåneden, ble det lagt merke til en gradvis terskeløkning, og pacing på høy produksjon forårsaket muskelfascikulasjon. Dyret forble asymptomatisk, men under nekropi viste det seg at spissen av pacingledningen hadde trengt gjennom myokardveggen og inn i perikardiet med en lengde på ca. 3 mm. Ingen blødninger og ingen tegn på infeksjon ble observert. Før prosedyren, på dag 1 etter prosedyren, og på dag 7 etter prosedyren, var gjennomsnittlig antall hvite blodlegemer 5,9 × 10 9 / L, 7,37 × 10 9 / L og 7,42 × 10 9 / L, henholdsvis gjennomsnittlig hemoglobinnivå 105 g / L, 113 g / L og 110 g / L, og gjennomsnittlig blodplatetall var 317 × 10 9 / L, 274 × 109/L og 219 × 109/L. Laboratorieverdiene viste ingen signifikante endringer i løpet av den første uken etter inngrepet (P > 0,05 for alle). Under mikroskopisk evaluering ble pacingblysilisiumoverflaten dekket av fibrøst vev (med en omtrentlig tykkelse på 100 μm), men ingen celler ble funnet (figur 8). Figur 1 Kirurgisk jugulær venedisseksjon. Etter at huden er kuttet, dannes en subkutan lomme, og halsvenen blir eksponert, ligert distalt og støttet av et blått gummibånd proksimalt. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren. Figur 2: Fluoroskopi under pacemaker blyimplantasjon. En pacingledning føres via den ytre halsvenen, og ved hjelp av en forhåndsformet stilt går ledningen videre til høyre ventrikkelapex, hvor den sikres ved passiv fiksering av silisiumtindene. En vedlagt pacemaker er begravet i en subkutan lomme i nakkeområdet. Pilen peker på den distale halvkuleformede ringen (grønn) og den proksimale sylindriske ringen (røde) elektroder. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren. Figur 3 Representative målinger av senserte ventrikkelmyokardpotensialer. Ventrikkelsensing og amplitudemålinger vises i akuttfasen etter pacing-ledningsposisjonering (venstre) og etter pacemakerimplantasjonen (høyre). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren. Figur 4: Sikre pacingledningen. Festing av ledningen med to ikke-absorberbare suturer over en gummihylse (pil) til det underliggende vevet sikrer det på plass og forhindrer dislokasjon. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren. Figur 5: Plassering av pacemaker. Pacemakeren er begravet i subkutan lomme og skyllet med povidon-jod. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren. Figur 6: Måling av tempoterskel. Ved hjelp av pacemakerens ikke-invasive pacingstudiefunksjon utføres pacing med høyere enn den opprinnelige hjertefrekvensen. Tempostimuli er markert med P. Tempoterskelen evalueres med varierende stimulusutganger. (A) Et representativt eksempel på endokardipotensialet for ventrikkelfangst er vist for en utgang på 0,8 V ved 0,4 ms, (B), men et tap av fangst ses med utgangen redusert til 0,6 V ved 0,4 ms. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren. Figur 7: Oppfølging av pacingparametrene for leporin hjertepacingmodell. Trendene for (A) pacing-terskelen, (B) pacingimpedans og (C) myokardsensing for alle forsøkspersonene er plottet. Gjennomsnittlige unipolare (hele linjer) og bipolare verdier (stiplet linje) vises i fet skrift. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren. Figur 8: Eksplantet pacingblyprøve. Ventrikulær del kuttet av explanted pacing bly. (A) Det makroskopiske bildet og (B) mikroskopisk bilde farget med toluidinblått avslører silisiumoverflaten dekket av et lag av fibrøst vev. Skalastenger = (A ) 1 cm, (B) 10 μm. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren. Figur 9: Ventrikkelsensing og blyimpedanstrender. Et representativt eksempel på (A) kontinuerlig og stabil ventrikkelmyokardial sensing og (B) trender for ventrikkelblyimpedans over en oppfølging på 236 dager. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren. Figur 10: Ventrikulære endomyokardelektrogrammer. Pacemakeravhøret ante ventrikkelpotensialer er avbildet med (A) unipolare og (B) bipolare forbindelser. T-bølgepotensialet er tydeligere med den unipolare forbindelsen, men forårsaker ikke oversensing. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren. Unipolar periprosedural oppfølging 3 måneder 6 måneder Følte myokardpotensiale [mV] 5,6 ± 0,8 7.4 ± 1.2 6.3 ± 1.0 Tempoterskel [V ved 0,4 ms] 0,8 ± 0,3 1,2 ± 0,3 1,4 ± 0,3 Blyimpedans [Ω] 675 ± 74 869 ± 32 725 ± 96 Tabell 1: Oppfølging av pacingparametrene for leporin i hjertets pacingmodell. Verdiene av det sensede myokardpotensialet, pacingterskelen og blyimpedansen uttrykkes som gjennomsnittlig ± SEM i 3 måneder og 6 måneders oppfølging. Tilleggsfigur S1: Skjematisk fremstilling av det implanterte transvenøse pacingsystemet i menneskelig størrelse hos en kanin. Klikk her for å laste ned denne filen.

Discussion

Til tross for sine spesifikke begrensninger, gir små pattedyrmodeller fordeler for klinisk forskning¹³. Med en etablert metodikk kan hjertepacingmodeller gi en optimal plattform for simulering av et bredt spekter av kardiovaskulære sykdommer og sirkulasjonspatologiske tilstander ^7,14 med betydelig lavere ressursbehov sammenlignet med store dyremodeller eller kliniske studier. Denne artikkelen presenterer en innovativ, minimalt invasiv modell for langvarig hjertepacing hos kaniner. Ved å følge denne protokollen er det mulig å bruke et fullt implantert, menneskelig pacemakersystem i full størrelse, inkludert en pacingledning i full lengde, i en modell for små pattedyr.

Ved pacemakerimplantasjon kunne vi plassere blyet på en stabil og optimal plassering i spissen av høyre ventrikkel hos alle dyrene. De invasivt målte pacingparametrene var innenfor normalområdet, tilsvarende verdiene som er vanlige i store dyreforsøk eller humanmedisin ^2,3. Det målte gjennomsnittlige myokardpotensialet på 6,5 mV ± 1,9 mV i høyre kaninventrikkel gjenkjennes tydelig av en standard implanterbar pacemaker. Maksimal målt pacingterskel var 2,5 V, med stimulusvarighet på 0,4 ms, og impedansen holdt seg innenfor normalområdet under oppfølgingen. Samlet sett representerer disse optimale pacingparametere.

Under oppfølgingen ble pacingparametrene verifisert ikke-invasivt ved undersøkelse av den implanterte pacemakeren, og disse parametrene er oppsummert i figur 7, figur 9 og tabell 1. Ventrikkelsensing og blyimpedans viste ingen signifikante endringer i løpet av 6 måneder. Til tross for en økende trend i gjennomsnitt av pacingterskelen på tvers av alle forsøkspersoner, ble det ikke observert noen signifikante endringer, slik at aktivitetsavpasning kunne gjennomføres trygt gjennom hele studien. De små svingningene i pacingparametrene kan tilskrives lokale inflammatoriske responser eller fibrose og kan reduseres ved å benytte steroideluerende materialer. For bruk i langtidspacingstudier bør pacingparametrene overvåkes og justeres ofte.

Blodanalysen tydet ikke på systemisk inflammasjon eller anemi i løpet av den første uken etter implantasjon. Trenden med økt trombocyttall før inngrepet kan tilskrives den akutte belastningen forårsaket av dyrehåndtering og sedasjon, da verdiene holdt seg stabile under oppfølgingen. En fryktet komplikasjon ved pacemakerimplantasjon er blypenetrasjon. Spesielt med skjørheten i småpattedyrvev, bør penetrasjon mistenkes når pacingparametrene endres brått, og det må understrekes at blyet alltid skal manipuleres forsiktig til riktig posisjon. Et røntgenbilde kan bekrefte blypenetrasjon. En akutt hjerteimplanterbar elektronisk enhet (CIED)-assosiert bakteriell infeksjon er en annen potensielt alvorlig komplikasjon som bidrar betydelig til dødelighet og sykelighet¹⁵. Derfor er det ekstremt viktig å studere nye materialer, pacingteknikker og blyforbedringer for å redusere infeksjonshastigheten og forlenge holdbarheten til pacingsystemene. Den presenterte metodikken gir en passende dyremodell for slik vital eksperimentell forskning.

Ryu et al. induserte kardiomyopati med progressiv hjertesvikt ved hjelp av kirurgisk implanterte atriepacingledninger og en ekstern pulsgenerator¹². Tilsvarende konkluderte Freeman et al. at vedvarende ventrikkelpacing fører til myokarddepresjon hos kaniner over 3-4 uker¹¹. På grunn av små dyrs høye innfødte hjertefrekvens, må pacemakeren være i stand til å pace frekvenser rundt 300-400 bpm for å opprettholde en full temporytme. Da disse høyere tempofrekvensene fører til progressiv hjertesvikt i uke^11,12, er den presenterte leporinmodellen optimal for utvikling og undersøkelse av den resulterende kardiomyopatien. Tatt i betraktning størrelsen, er disse små modellene ideelle for spesifikke applikasjoner som evaluering av humorale eller myokardiale vevsendringer^11,16. Ekkokardiografi kan videre brukes til å evaluere dimensjonene og kontraktiliteten til leporinhjertet^12,17. Til sammenligning har større dyremodeller av hjertesvikt andre fordeler, for eksempel muligheten for detaljert invasiv hemodynamisk evaluering, inkludert koronar sirkulasjon eller trykkvolumvurderinger².

Det spesifikke valget av leporinmodellen for aktivitetsavpasningsstudier var basert på dens mange fordeler. Kaniner toler prosedyren godt, er et av de minste pattedyrene for å demonstrere kapasiteten til å motta et pacemakersystem av menneskelig størrelse, og krever utplassering av færre ressurser enn andre større dyr. Noen forfattere¹⁸ mener at fysiologien til små pattedyr kanskje ikke gjenspeiler menneskers, men vi fant at pacingparametrene observert i disse små pattedyrene er ganske lik de som er sett hos mennesker eller store dyr 1,2,3,19^, noe som betyr at de lett kan brukes til translasjonsforskning.

Under blyplassering og pacemakerimplantasjon i denne småpattedyrmodellen møtte vi likheter med tidligere forsøk i store dyremodeller, men de signifikante forskjellene bør påpekes. Leporinvev er skjøre, og karet og ventrikulære vegger er tynne. Lett manipulasjon er nødvendig under hele prosedyren; Blyspissen bør alltid ikke støttes av styleten, og dermed fleksibel. Spesielt når du passerer gjennom tricuspid ringrommet og plasserer blyspissen til toppen av høyre ventrikel, må manipulering utføres med stor forsiktighet og under fluoroskopisk veiledning for å unngå skade. Plassering av spissen på andre steder bør også være mulig. Vi har testet posisjonene til høyre atrievedheng og ventrikkelutløpskanal med optimale periprosedurale parametere, men blystabiliteten kan være begrenset, og de nåværende dataene kan ikke støtte alternative pacingsteder. Den ytre jugularvenen til kaninen er passende størrelse for innsetting av en enkelt pacingledning. Hvis implantasjon av flere ledninger er ment, kan bruk av et større dyr anbefales.

Blyfiksasjonen i myokardtrabekulasjonen ble gjort passivt med silisiumtinner i blyspissen. Basert på vår erfaring må bruk av aktiv fiksasjon av en heliks skrudd inn i det tynne myokardlaget unngås for å forhindre vevsskade på grunn av tamponade eller brystblødning. Til tross for den lille størrelsen på kaninens høyre ventrikkel, tillot de to pacingelektrodene fordelt på 25 mm både unipolare og bipolare sensor- og pacingkonfigurasjoner (figur 10). Dette kan tilby allsidighet for hjertepacingstudier.

På grunn av den høye opprinnelige hjertefrekvensen til små pattedyr¹⁸, kan kontinuerlig pacing oppnås ved tilpasset programmering av den implanterbare pacemakeren. Alternativt kan metoden for enkel intern modifisering av et felles menneskesertifisert pacingsystem brukes til å oppnå høyhastighets pacingfrekvenser, som beskrevet i detalj tidligere ^2,20. Tapet av fangst ble vurdert ved hjelp av den ikke-invasive pacingstudiefunksjonen, som er en unik tilnærming som gjør det mulig å teste selv i tilstanden med høy innfødt hjertefrekvens. De rapporterte pacingparametrene ble målt regelmessig. Den implanterte pacemakeren var i stand til å registrere sensing av myokardpotensialer og blyimpedans automatisk og kontinuerlig, men pacingterskelen måtte måles manuelt på grunn av den høye opprinnelige hjertefrekvensen. Dersom det er behov for kontinuerlig aktivitetsavpasning, anbefales derfor hyppige vurderinger for å forhindre tap av fangst.

Gutruf et al. rapporterte tidligere bruk av svært miniatyriserte, trådløse, batterifrie pacemakere i små dyremodeller⁷. Sammenlignet med studiene deres, representerer implantasjonen av en pacemaker i menneskelig størrelse beskrevet her en annen tilnærming som gir mulighet for innovativ blytesting, nær oversettelse til klinisk forskning og bredere applikasjoner med generelt tilgjengelige materialer. Zhou et al. presenterte utviklingen av en miniatyr hjertepacemaker designet for å bli implantert perkutant i fosterets hjerte for å behandle atrioventrikulært blokk. De rapporterte bruk av voksne kanineksperimenter for å bekrefte muligheten for en slik enhet⁹. Andre har tidligere rapportert fordelene med kaninintubasjon for invasive prosedyrer. Basert på vår erfaring har tilnærmingen til å opprettholde spontan pust med en oro-nasal maske flere fordeler for så korte prosedyrer, da det minimerer risikoen for komplikasjoner forårsaket av manipulering av luftveiene. Videre kan trykklungeskader også forebygges.

Selv om studieprotokollen ble utarbeidet nøye og det totale antallet inkluderte dyr var tilstrekkelig, må flere begrensninger påpekes. Den lille størrelsen på kaninens høyre ventrikkel tillot ikke flere blyplasseringer. Selv om vi prøvde å teste plasseringen av blyspissen i høyre ventrikkels utløpskanal, har vi begrenset kunnskap om stabiliteten og forventer at den vil være ganske begrenset. Trenden for tempoimpedans viste et fall i løpet av den første uken etter blyplasseringen. Dette kunne skyldes lokal inflammasjon og mild fibrose, men kort tid etter ble blyimpedansen gjenopprettet, og en trend med stabilitet ble kontinuerlig opprettholdt. Et enkeltkammer pacing system ble brukt i denne studien. I fremtidige studier bør det også undersøkes å fremme et par pacingledninger gjennom den ensidige jugularvenen. Selv om dette ikke ble testet i denne studien, tror vi at en annen bly kan introduseres og stabiliseres i høyre atrium.

Generelt har dyremodeller av hjertepacing mange anvendelser i kardiovaskulær forskning. For det første fører aktivitetsavpasning ved ikke-fysiologiske høye frekvenser over flere uker til takykardiindusert kardiomyopati, som tidligere rapportert, og muliggjør studier av patofysiologien og behandling av kronisk hjertesvikt 2,3,11,12. Videre kan forskning på raffinerte materialer og teknologier utnytte den presenterte leporinmodellen, som kan foreslås for mellomlangsiktige pacingstudier. Så vidt vi vet, er denne studien den første som demonstrerer fordelene med en så liten pattedyrmodell for komplekse hjertepacingeksperimenter²¹. Avslutningsvis, med den beskrevne metodikken, kan et menneskelig temposystem med hell implanteres i små pattedyr, til tross for vevets sårbarhet og delikat anatomi. Etter trening er denne teknikken lett reproduserbar, og den gir grunnlag for modeller av paced takykardi med brede anvendelser i kardiovaskulær forskning.

Materials

Medication
atipamezole	Eurovet Animal Health, B.V.	Atipam	anesthetic
buprenorphine	Vetoquinol	Bupaq	analgetic
enrofloxacin	Krka	Enroxil	antibiotic
isoflurane	Baxter	Aerrane	anesthetic
ketamine hydrochloride	Richter Gedeon	Calypsol	anesthetic
medetomidine	Orion Corp.	Domitor	anesthetic
meloxicam	Cymedica	Melovem	analgetic
povidone iodine	Egis Praha	Betadine	disinfection
Silver Aluminium Aerosol	Henry Schein	9003273	tincture
Surgical materials
2-0 Perma-Hand Silk	Ethicon	A185H	silk tie suture
2-0 Vicryl	Ethicon	V323H	absorbable braided suture
4-0 Monocryl	Ethicon	MCP494G	monofilament
BearHugger	3M	BearHugger	heating pad
cauterizer
Metzenbaum scissors, lancet with #22 blade, DeBakey forceps, needle driver			basic surgical equipment
sterile drapes
Diagnostic devices
Acuson VF10-5	Siemens Healthcare		sonographic vascular probe
Acuson x300	Siemens Healthcare		ultrasound system
ESP C-arm	GE Healthcare	ESP	X-ray fluoro C-arm
Pacing devices
400	Medico	CAT400	bipolar pacing lead
Effecta DR	Biotronic	371199	implantable pacemaker
ERA 3000	Biotronic	128828	external pacemaker
ICS 3000	Biotronic	349528	pacemaker programmer