En enkel vagnkonstruktion, byggd för att utföra forskningsekokardiografi i stående vakna minigrisar, beskrivs, tillsammans med byggnadsöverväganden, träningstekniker och representativa ultraljudsbilder.
Ekokardiografi använder ultraljudsvågor för att icke-invasivt bedöma hjärtstruktur och funktion och är standard för vård för hjärtbedömning och övervakning. Miniatyrgrisen, eller minigrisen, används alltmer som en modell för hjärtsjukdomar i medicinsk forskning. Grisar är notoriskt svåra att hålla fast och hantera säkert, och därför utförs forskningsekokardiografi hos denna art nästan alltid under anestesi eller tung sedering. Anestetika och lugnande medel påverkar universellt kardiovaskulär funktion och kan orsaka depression av hjärtminutvolym och blodtryck, ökningar eller minskningar i hjärtfrekvens och systemisk vaskulär resistans, förändringar i den elektriska rytmen och förändrat koronar blodflöde. Därför kan sederad eller bedövad ekokardiografi inte korrekt skildra utvecklingen av hjärtsjukdom i stora djurmodeller, vilket begränsar translationsvärdet av dessa viktiga studier. Detta dokument beskriver en ny enhet som möjliggör stående vaken ekokardiografi hos minigrisar. Dessutom beskrivs träningstekniker som används för att lära grisar att tolerera denna smärtfria och icke-invasiva procedur utan behov av hemodynamiskt förändrande anestetika. Stående vaken ekokardiografi representerar ett säkert och genomförbart sätt att utföra det vanligaste hjärtövervakningstestet hos minigrisar för kardiovaskulär forskning.
Hjärtsvikt är en ökande börda för medicinska institutioner i USA och utomlands, med en global prevalens på 38 miljoner patienter1. Cirka 19 miljoner dödsfall globalt tillskrevs hjärt-kärlsjukdom 2020, vilket visar en ökning med 18,7% från 20102. Ny terapiutveckling är långsam för att komma ikapp med denna alarmerande trend. Hjärtsvikt är därför ett kritiskt forskningsområde, och vikten av hifi-verktyg för att fånga sjukdomsutveckling och progression kan inte överskattas.
Ekokardiografi är för närvarande det mest kliniskt viktiga verktyget för att icke-invasivt mäta utvecklingen av hjärtsjukdom, men i stora djurforskningsmodeller kan det vara utmanande att implementera3. Ekokardiografi använder ultraljudsvågor för att bedöma hjärtstruktur och funktion och är standard för vård i klinisk miljö för hjärtbedömning och övervakning4. Prekliniska stordjursmodeller av hjärtsjukdomar, såsom grisar, spelar en avgörande roll för att översätta grundvetenskap till utvecklingen av kardiovaskulära terapier5. Det följer då att översättning av ekokardiografi till stora djurmodeller för att utveckla dessa terapier är en viktig del av denna kritiska strävan.
Grisar är en av flera arter som vanligen används som stora djurmodeller av ischemiska, trycköverbelastning och snabba simuleringar av hjärtsvikt 5,6. Grisar är särskilt viktiga i prekliniska studier, eftersom neurohormonella kompensationsmekanismer och hjärtremodellering nära speglar mänsklig patofysiologi 6,7. På senare tid har miniatyrgrisar, eller minigrisar, visat löfte som en multipel comorbiditetsmodell av hjärtsjukdomar, med fetma, högt blodtryck, hyperkolesterolemi och diabetes som på ett tillförlitligt sätt resulterar i hjärtdysfunktion och ombyggnad 8,9.
Säkert utförande av ekokardiografi hos de flesta stora djur kräver tung sedering eller generell anestesi. Alla narkosmedel och lugnande läkemedel sänker dock hjärtfunktionen på ett dosberoende sätt10,11. Anestetika och lugnande medel kan orsaka depression av hjärtminutvolym och blodtryck, ökningar eller minskningar av hjärtfrekvens och systemisk vaskulär resistans, förändringar i den elektriska rytmen och förändrat koronar blodflöde12. I de flesta fall minskar anestetika sympatisk ton, minskar venös retur och sänker blodtrycket13. Viktigt är att anestetika också påverkar ekokardiografiska parametrar, vilket komplicerar tolkningen av denna undersökning vid övervakning av hjärtsjukdom i djurmodeller14. Vaken ekokardiografi är den närmaste representationen av den ursprungliga hjärtfunktionen.
En fasthållningsanordning för svin, lätt accepterad av vakna minigrisar, beskrivs här som kan användas för grundläggande ekokardiografisk övervakning utan att kräva administrering av hemodynamiskt förändrande anestetika.
Ekokardiografivagnen representerar en lätt reproducerbar metod för att övervaka hjärtstrukturen och funktionen i en viktig hjärtforskningsmodell, minigrisen. Vagnens nyhet ligger i förmågan att fånga ekokardiografiska bilder utan dess största varning: nödvändigheten av att använda bedövningsmedel eller lugnande medel som förändrar djurens hjärtfunktion och förändrar själva mätningarna som används för att bedöma effekterna av hjärtterapi. Dessutom är vagnen säker, billig och ett enkelt träningsmål för grisar.
Författarna identifierade först de önskade egenskaperna hos vagnen och arbetade sedan nära en snickare för att designa produkten. Standard träningstekniker för positiv förstärkning var enkla och snabba för att lära grisarna att orädd acceptera vagnen och använda den. Med ultraljudspraxis kunde författarna snabbt hitta och spela in standard tvådimensionella ekokardiografiska bildplan för senare bearbetning. Under dessa stående ekokardiogram administrerades aldrig lugnande medel eller anestetika, och därför var videorna och bilderna representativa för vaken hjärtfunktion.
Byggandet av ekokardiografivagnen är relativt enkelt för en erfaren snickare eller hantverkare efter att ha identifierat de viktigaste funktionerna som är viktiga för forskargruppen (till exempel storleksjustering, höjd eller ultraljudssondåtkomstpunkter). Under byggprocessen kan vagnens egenskaper ändras för att passa enskilda laboratoriers behov. Materialen är till stor del billiga, och att bygga vagnen kan spara på kostnaden för att utföra ekokardiogram med lugnande medel och anestetika som vanligtvis används.
Teknikens begränsningar inkluderade rörelsen och den begränsade tidsramen för att få bilderna. Medan vagnen kunde justeras till olika storlekar för att hålla fast grisarna, och medan djuren inte kunde vända sig om och bara kunde röra sig några centimeter i varje riktning, kunde djuren fortfarande röra sig inom vagnens gränser. En huvudgrind, klämränna eller stolpe, som de som används med husdjur, kan potentiellt ge bättre återhållsamhet med ytterligare träning. På samma sätt förlitade sig framgångsrik avbildning på att djuren distraherades av deras foder eller frysta godis under ekokardiogrammen. Vanligtvis tillät detta cirka 15 minuters avbildning, vilket inte alltid var tillräckligt för att få alla önskade bilder. Möjligheten att enkelt byta ut fodertråget eller lägga till foder medan djuret förblev fasthållet kan ha förlängd bildtid. Slutligen, på grund av båda ovanstående begränsningar, visade sig känsligare avbildningstekniker, såsom vävnadsdoppler, svåra att utföra i den stående ekokardiografivagnen.
Andra experimentella modeller av svin använder ofta icke-bedövningstekniker, såsom den kommersiellt tillgängliga Panepinto-selen17. Författarna fann emellertid slingtekniken mer besvärlig för träning av grisar, och slingan gav inte ultrasonografen tillgång till de bildplan som krävs för ekokardiografi. Andra potentiella tillämpningar för ekokardiografivagnen kan innefatta andra icke-smärtsamma procedurer såsom bukultraljud, hudlesionsobservation eller erhållande av blodprover från en vaskulär åtkomstport. Författarna använder ofta vagnen för att enkelt hålla fast grisar för att utföra elektrokardiogram och programmera pacemakers, till exempel.
Sammanfattningsvis är den beskrivna vakna ekokardiografitekniken lätt att utföra och värdefull för att erhålla grundläggande ultraljudsavbildning av hjärtat utan kardiovaskulär depression som är typisk för bedövningsmedel eller lugnande användning. Denna teknik kan användas för att jämföra sövda bilder med vakna bilder hos stora djur eller för daglig övervakning av hjärtsjukdomsprogression i den värdefulla porcina prekliniska translationella modellen av hjärtsjukdomar och misslyckande.
The authors have nothing to disclose.
Finansiering för denna forskning inkluderar NIH-T32 (T.H.), R01HL133286 (TT.H.), R01HL094414 (R.M.S.), R01HL138577 (R.M.S.), R01HL159983 och R21AG074593 (R.M.S. och TT.H.). Vi utökar vår tacksamhet till alla medlemmar i forskargruppen, adjungerade utredare och personal i Nora Eccles Harrison Cardiovascular Research and Training Institute och jämförande medicin vid University of Utah. Vi vill också utöka vår uppskattning till Dr. Joseph Palatinus, MD, PhD, för hans värdefulla ekokardiografiutbildning och hjälp.
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. |