En simpel vognkonstruktion, bygget til at udføre forskningsekkokardiografi i stående vågne minigrise, beskrives sammen med bygningsovervejelser, træningsteknikker og repræsentative ultralydsbilleder.
Ekkokardiografi bruger ultralydbølger til ikke-invasivt at vurdere hjertestruktur og funktion og er standardplejen for hjertevurdering og overvågning. Minigrisen eller minipigen bruges i stigende grad som en model for hjertesygdomme i medicinsk forskning. Grise er notorisk vanskelige at fastholde og håndtere sikkert, og derfor udføres forskningsekkokardiografi i denne art næsten altid under anæstesi eller kraftig sedation. Anæstetika og beroligende midler påvirker universelt kardiovaskulær funktion og kan forårsage depression af hjerteudgang og blodtryk, stigninger eller fald i hjertefrekvens og systemisk vaskulær resistens, ændringer i den elektriske rytme og ændret koronar blodgennemstrømning. Derfor kan bedøvet eller bedøvet ekkokardiografi muligvis ikke nøjagtigt skildre udviklingen af hjertesygdomme i store dyremodeller, hvilket begrænser translationsværdien af disse vigtige undersøgelser. Dette papir beskriver en ny enhed, der giver mulighed for stående vågen ekkokardiografi hos minigrise. Derudover beskrives træningsteknikker, der bruges til at lære grise at tolerere denne smertefri og ikke-invasive procedure uden behov for hæmodynamisk ændrende anæstetika. Stående vågen ekkokardiografi repræsenterer en sikker og gennemførlig måde at udføre den mest almindelige hjerteovervågningstest hos minigrise til kardiovaskulær forskning.
Hjertesvigt er en stigende byrde for medicinske institutioner i USA og i udlandet med en verdensomspændende forekomst på 38 millioner patienter1. Cirka 19 millioner dødsfald globalt blev tilskrevet hjerte-kar-sygdomme i 2020, hvilket viser en stigning på 18.7% fra 20102. Ny terapiudvikling er langsom til at indhente denne alarmerende tendens. Hjertesvigt er derfor et kritisk forskningsområde, og vigtigheden af high-fidelity-værktøjer til at fange sygdomsudvikling og progression kan ikke overvurderes.
Ekkokardiografi er i dag det mest klinisk vigtige værktøj til ikke-invasiv måling af udviklingen af hjertesygdomme, men i store dyreforskningsmodeller kan det være udfordrende at implementere3. Ekkokardiografi bruger ultralydbølger til at vurdere hjertestruktur og funktion og er standardplejen i den kliniske indstilling til hjertevurdering og overvågning4. Prækliniske store dyremodeller af hjertesygdomme, såsom svin, spiller en afgørende rolle i at oversætte grundvidenskab til udvikling af kardiovaskulær terapi5. Det følger heraf, at oversættelse af ekkokardiografi til store dyremodeller i udviklingen af disse behandlinger er en vigtig del af denne kritiske bestræbelse.
Grise er en af flere arter, der almindeligvis anvendes som store dyremodeller af iskæmisk, trykoverbelastning og hurtige simuleringer af hjertesvigt 5,6. Svin er især vigtige i prækliniske studier, da neurohormonelle kompenserende mekanismer og hjertemodellering nøje afspejler human patofysiologi 6,7. For nylig har miniaturegrise eller minigrise vist løfte som en multipel comorbiditetsmodel for hjertesygdomme, med fedme, hypertension, hyperkolesterolæmi og diabetes, der pålideligt resulterer i hjertedysfunktion og ombygning 8,9.
Sikker udførelse af ekkokardiografi hos de fleste store dyr kræver kraftig sedation eller generel anæstesi. Imidlertid undertrykker alle bedøvelses- og beroligende lægemidler hjertefunktionen på en dosisafhængig måde10,11. Anæstetika og beroligende midler kan forårsage depression af hjerteudgang og blodtryk, stigninger eller fald i hjertefrekvens og systemisk vaskulær modstand, ændringer i den elektriske rytme og ændret koronar blodgennemstrømning12. I de fleste tilfælde reducerer anæstetika sympatisk tone, faldende venøs tilbagevenden og sænker blodtrykket13. Det er vigtigt, at anæstetika også påvirker ekkokardiografiske parametre, hvilket komplicerer fortolkningen af denne undersøgelse ved overvågning af hjertesygdomme i dyremodeller14. Vågen ekkokardiografi er den nærmeste repræsentation af den oprindelige hjertefunktion.
En fastholdelsesanordning til svin, der let accepteres af vågne minigrise, beskrives her, der kan bruges til grundlæggende ekkokardiografisk overvågning uden at kræve administration af hæmodynamisk ændrende anæstetika.
Ekkokardiografivognen repræsenterer en let replikerbar metode til overvågning af hjertestruktur og funktion i en vigtig hjerteforskningsmodel, minigrisen. Vognens nyhed ligger i evnen til at fange ekkokardiografiske billeder uden dens største advarsel: nødvendigheden af at bruge bedøvelsesmidler eller beroligende midler, der ændrer dyrenes hjertefunktion og ændrer selve målingerne, der bruges til at vurdere virkningerne af hjerteterapi. Desuden er vognen sikker, billig og et let træningsmål for grise.
Forfatterne identificerede først de ønskede funktioner i vognen og arbejdede derefter tæt sammen med en tømrer for at designe produktet. Standard positive forstærkningstræningsteknikker var lette og hurtige til at lære grisene frygtløst at acceptere vognen og bruge den. Med ultralydspraksis var forfatterne i stand til hurtigt at finde og registrere standard todimensionelle ekkokardiografiske billeddannelsesplaner til senere behandling. Under disse stående ekkokardiogrammer blev beroligende midler eller anæstetika aldrig administreret, og derfor var videoerne og billederne repræsentative for vågen hjertefunktion.
Bygningen af ekkokardiografivognen er relativt enkel for en erfaren tømrer eller håndværker efter at have identificeret de vigtigste funktioner, der er vigtige for forskningsgruppen (for eksempel størrelsesjustering, højde eller ultralydssondeadgangspunkter). Under byggeprocessen kan vognens funktioner ændres, så de passer til de enkelte laboratoriers behov. Materialerne er stort set billige, og bygning af vognen kan spare på omkostningerne ved at udføre ekkokardiogrammer med de beroligende midler og anæstetika, der typisk anvendes.
Teknikkens begrænsninger omfattede bevægelsen og den begrænsede tidsramme for at opnå billederne. Mens vognen kunne justeres til forskellige størrelser for at holde grisene tilbage, og mens dyrene ikke kunne vende sig og kun kunne bevæge sig et par centimeter i hver retning, var dyrene stadig i stand til at bevæge sig inden for vognens grænser. En hovedklap, klemmeskakt eller stanchion, som dem, der bruges til husdyr, kan potentielt give bedre tilbageholdenhed med yderligere træning. På samme måde var vellykket billeddannelse afhængig af, at dyrene blev distraheret af deres foder eller frosne godbidder under ekkokardiogrammerne. Dette tillod typisk ca. 15 minutters billeddannelse, hvilket ikke altid var tilstrækkeligt til at opnå alle de ønskede billeder. Evnen til let at erstatte fødetruget eller tilføje foder, mens dyret forblev fastholdt, kan have forlænget billeddannelsesvarighed. Endelig viste det sig på grund af begge ovennævnte begrænsninger at være vanskeligt at udføre mere følsomme billeddannelsesteknikker, såsom vævsdoppler, i den stående ekkokardiografivogn.
Andre svineforsøgsmodeller bruger ofte ikke-bedøvelsesteknikker, såsom den kommercielt tilgængelige Panepinto slynge17. Forfatterne fandt imidlertid slyngeteknikken mere besværlig til træning af grise, og slyngen gav ikke ultrasonografen adgang til de billedplaner, der kræves til ekkokardiografi. Andre potentielle anvendelser til ekkokardiografivognen kan omfatte andre ikke-smertefulde procedurer såsom abdominal ultralyd, observation af hudlæsion eller opnåelse af blodprøver fra en vaskulær adgangsport. Forfatterne bruger ofte vognen til let at begrænse grise til at udføre elektrokardiogrammer og programmere pacemakere, for eksempel.
Afslutningsvis er den beskrevne vågne ekkokardiografiteknik let at udføre og værdifuld for at opnå grundlæggende ultralydsbilleddannelse af hjertet uden den kardiovaskulære depression, der er typisk for bedøvelse eller beroligende brug. Denne teknik kan bruges til at sammenligne bedøvede billeder med vågne billeder hos store dyr eller til daglig overvågning af hjertesygdomsprogression i den værdifulde prækliniske translationelle model af hjertesygdomme og svigt.
The authors have nothing to disclose.
Finansiering til denne forskning omfatter NIH-T32 (T.H.), R01HL133286 (TT.H.), R01HL094414 (RMS), R01HL138577 (RMS), R01HL159983 og R21AG074593 (RMS og TT.H.). Vi udtrykker vores taknemmelighed over for alle medlemmer af forskningsgruppen, supplerende forskere og personale i Nora Eccles Harrison Cardiovascular Research and Training Institute og Comparative Medicine ved University of Utah. Vi vil også gerne udvide vores påskønnelse til Dr. Joseph Palatinus, MD, ph.d., for hans værdifulde ekkokardiografi træning og assistance.
Access Ramp | N/A – shop built | 58" L x 18" W. Rise of 19" not to exceed 22.5 degree angle. | Any removable aluminum ramp with capacity to hold weight of pigs |
Fence Feeder with Clips | DuraFlex | E011772 | Feed trough with clips for hanging on chain link, used for frozen treats or feed to distract pigs during echocardiography |
Heavy Duty Utility Cart | Baxter Medical Equipment & Supplies | Cart # unk / 45x25x33"; Pipes, sch 40 PVC | Made of heavy plastic, with three shelves |
Image Analysis Software | Image J FIJI | https://imagej.net/software/fiji/ | Free scientific image analysis software |
Lumify Ultrasound with S4-1 Phased Array Transducer | Philips | FUS6884 | Handheld bedside ultrasound with cardiac probe, used with a tablet device and proprietary software |
Video Editing Software | Adobe Premiere Pro 2022 | https://www.adobe.com/products/premiere.html | Commen software part of Adobe Creative Cloud. |