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摘要

本文提出了一种在猪中产生心动过速诱发心肌病的方案。该模型是研究进展性慢性心力衰竭的血流动力学和应用治疗效果的有效方法。

摘要

许多实验都需要一种稳定可靠的慢性心力衰竭模型来了解血流动力学或检测新治疗方法的效果。在此, 我们提出了这样一个模型的心动过速诱发心肌病, 可以产生的快速心脏起搏在猪。

一个单一的起搏铅被引入 transvenously 完全麻醉健康的猪, 到右心室的顶端, 并固定。它的另一端然后隧道背到旁地区。在那里, 它连接到一个内部的改良心脏起搏器单元, 然后植入皮下袋。

经过 4-8 周的快速心室起搏率为 200-240 节拍/分钟, 体格检查显示严重心力衰竭的迹象-呼吸急促, 自发性窦性心动过速, 和疲劳。超声心动图和 X 线显示所有心脏室、积液和严重收缩功能障碍的扩张。这些发现与失代偿性扩张型心肌病有很好的对应, 在停止起搏后也保留下来。

这种模型的心动过速诱发心肌病可用于研究进展性慢性心力衰竭的病理生理学, 尤其是血液动力学的变化所造成的新的治疗方式, 如机械循环支持。这种方法很容易执行, 结果是健壮和重现性的。

引言

新的心力衰竭治疗方法 (HF) 的多样性, 特别是在全球范围内使用的机械循环支持和体外膜氧合 (ECMO) 在临床实践中, 反映在前体实验试验。主要关注的是血液动力学的变化所造成的检查治疗方式, 即系统性血压1, 心肌收缩力, 压力和体积变化的心脏室和心脏工作2,3,动脉血流在全身和外周动脉, 以及代谢补偿4 -区域组织饱和度, 肺灌注和血气分析。其他研究是针对循环支持的长期影响5, 伴随炎症, 或发生溶血。所有这些类型的研究需要一个稳定的 biomodel 充血性 HF。

对于急性 HF2、6、7、8的实验模型, 大多数已发表的左心室 (LV) 表现和机械循环支持的血流动力学实验进行了研究。,9,10, 甚至在完全完整的心脏上。另一方面, 在临床实践中, 机械循环支持经常被应用于一种在以前存在慢性心脏病的基础上发展的循环失代偿状态。在这种情况下, 适应机制得到充分发展, 并可发挥重要作用, 不一致的结果观察, 根据 "尖锐或慢性" 的潜在心脏病11。因此, 一个稳定的慢性 HF 模型可以为病理生理机制和血流动力学提供新的见解。虽然有理由使用慢性 HF 模型是稀缺的-时间消耗准备, 心律不稳, 伦理问题和死亡率-他们的优势是明确的, 因为他们提供长期神经体液激活的存在,全身适应, 心肌细胞功能改变, 心肌和瓣膜结构改变12,13。

一般而言, 用于血流动力学研究的动物模型的可用性和多样性是广泛的, 为许多特定需求提供了选择。对于这些实验, 主要是猪, 犬, 绵羊, 或小鼠模型, 正在选择和提供一个良好的模拟预期的人体反应14。此外, 单器官实验的形式越来越频繁15。为了可靠地模仿 HF 的病理生理学, 循环正在被人为地恶化。对心脏的损伤可能是由各种方法造成的, 往往是由缺血、心律失常、压力超负荷或 cardiotoxic 作用引起的, 这些都导致了模型的血流动力学恶化。为了产生一个真正的慢性 HF 模型, 必须为发展整个生物体的长期适应提供时间。心动过速诱发的心肌病 (TIC) 是一种可靠稳定的模型, 可以通过实验动物快速心脏起搏产生。

结果表明, 在易感性的心脏, 长期持续不断的失常可能导致收缩功能障碍和扩张与减少的心脏输出。被称为 TIC 的条件首先在 1913年16中被描述, 在 1962年17的实验中被广泛使用, 现在已经是公认的紊乱。它的起源可能存在于各种类型的心律失常-室性和心室心动过速可导致收缩功能的渐进性恶化, 心室扩张, 以及包括腹水, 肿鼓, 嗜睡等症状的渐进性临床征象, 最终心脏失代偿导致晚期 HF, 如果不治疗, 死亡。

通过在动物模型中引入高速率心脏起搏, 观察了循环抑制的相似效应。在猪模型中, 心房或心室心率超过200次/分钟, 足以诱发末期 HF 在 3-5 周 (渐进期) 与 TIC 的特点, 虽然个体差异确实存在18, 19. 这些发现与失代偿性心肌病有很好的对应, 重要的是, 在停止起搏 (慢性相位)19,20,21,22,23。

猪、犬或绵羊 TIC 模型反复准备研究 HF14的病理生理学, 因为对 LV 的改变模仿扩张型心肌病24的特点。血流动力学特征有很好的描述-心室终末期舒张压增高, 心输出量降低, 系统性血管阻力增加, 心室扩张。相比之下, 墙体肥大没有被一致观察, 甚至壁薄也被一些研究人员描述为25,26。随着心室尺寸的发展, 房室瓣膜的返流发展为26。

在这份出版物中, 我们提出了一个协议, 以产生 TIC 长期快速心脏起搏在猪。本 biomodel 是研究失代偿性扩张型心肌病、慢性心力衰竭患者血流动力学及应用治疗效果的有力手段。

研究方案

这项实验性议定书是由查尔斯大学第一医学院的机构动物专家委员会审查和批准的, 并在大学生理学系的实验实验室进行, 第一院医学, 查尔斯大学在布拉格捷克共和国根据246/1992 号法令, 关于保护动物免受虐待。根据2011《国家科学院出版社出版的第八版实验动物护理指南》, 对所有动物进行了治疗和照顾。所有的程序都是按照标准的兽医惯例进行的, 在每项研究完成后, 动物被牺牲, 尸检执行。由于解剖学的原因, 本实验包括五只健康的杂交雌性猪 (Sus 鲷家蝇), 其年龄可达6个月。他们的平均体重是 66, 20 公斤的数据收集当天。

1. 全身麻醉

  1. 禁食1天后, 通过肌肉注射咪达唑仑 (0.3 毫克/千克) 和盐酸氯胺酮 (15-20 毫克/千克) 对臀区域进行麻醉。
  2. 将外周套管插入边缘耳静脉, 用于静脉用药。
  3. 静脉 boluses 丙泊酚 (2 毫克/千克) 和吗啡 (0.1-0.2 毫克/千克)。
  4. 通过面膜向动物提供氧气, 并提前气管插管, 并带一个直径 6.5-7.5 毫米的袖口气管导管。
  5. 采用异丙酚 (6-12 毫克/千克/小时), 继续全身静脉麻醉, 咪达唑仑 (0.1-0.2 毫克/千克/小时), 吗啡 (0.1-0.2 毫克/千克/小时), 根据个别反应调整剂量-抑制自发性呼吸, 角膜反射, 和motoric 反应。用药膏保护动物的眼睛, 防止干燥。
  6. 通过闭环自动装置设置为自适应支持通风操作机械通气, 以维持目标潮汐 CO2的 38-42 mmHg 和充足的血红蛋白饱和度 95-99%。监测所有重要功能, 特别是心率和体温。
  7. 将其腿轻轻地固定在仰卧位的操作表上, 将动物附着在一起。
  8. 采用耳静脉插管法 (静脉注射1克头孢唑啉) 治疗广谱抗生素。

2. 心室铅植入术

  1. 用剃刀在 (1) 胸锁乳突肌上方的颈静脉区, (2) 在动物颈部的后侧一侧旁区域, 定位外科部位并正确剃须皮肤。
  2. 采用超声血管探针, 可视化颈外静脉, 并标记其在皮肤上的位置。定位颈动脉并预防其损伤。
  3. 经广泛的皮肤消毒使用聚维酮碘, 覆盖与无菌手术悬垂与孔在明显的颈动脉区域。
  4. 准备所有必要的工具, 为起搏器植入和保持他们不育。在整个过程中保持一个不育的环境是至关重要的。
  5. 切开皮肤平行于颈外静脉, 形成浅皮下袋, 软组织不超过10毫米深。不要暴露任何大型船只。
  6. 从预制袋的底部, 使用标准的 Seldinger 技术, 将鞘插入颈外静脉。首先, 插入一个软尖端导丝通过12G 穿刺针, 然后在导丝介绍一个7法国塑料撕裂介绍人鞘与扩张。
  7. 在透视指导下, 引入一个58厘米起搏铅通过这个鞘和位置它的尖端到右心室的顶端。然后, 去掉鞘并将电极的主动尖端紧盯着它的螺旋状的心肌。
  8. 测试起搏参数-心室心电图和阻抗的导感信号必须稳定, 起搏阈值应低于 1 V 的振幅和0.4 毫秒的脉宽。
  9. 在起搏导线上拉一个橡胶套管, 并用两条不可吸收的缝线编织线缝合, 将两个固定在颈动脉皮下袋的底。重要的是, 考虑到动物未来可能的生长, 必须插入足够长的起搏铅。

3. 皮下铅隧道

  1. 把动物放在它的一侧, 对以前剃过的皮肤区域进行消毒, 然后用一个空洞的无菌的手术悬垂盖住。确保颈静脉皮袋和铅保持不育。
  2. 切开的皮肤侧向骨干和形成一个深, 宽敞, 皮下口袋。使用枯燥的准备, 并停止任何可能的出血。
  3. 从无菌输液器中取一个软橡胶延伸管, 并切断两端。使用隧道工具, 预制一个直接皮下隧道连接颈动脉和背部皮下口袋与这个延长管。
  4. 将管的游离端连接到心室引线上, 将其拉到其 IS-1 连接器上, 并通过拔管背将引导穿过预制的隧道插入背部皮下口袋。这可能是有用的, 以确保连接与丝绸领带。
  5. 移除隧道工具和延伸管, 从背部皮下口袋露出心室铅。

4. 起搏器植入术

  1. 用 "Y" 连接部分建立植入式双腔心脏起搏器装置。"Y" 连接允许两个起搏器输出的收敛连接与单个起搏引线 (图 1和图 2) 连接在一起。此设置稍后将提供一系列的起搏频率。
  2. 连接起搏引线后, 将所有 IS-1 连接螺钉固定在起搏器头单元和 "Y" 引线连接上。
  3. 隐藏整个起搏系统在深背口袋。必须有足够的空间来舒适地容纳起搏器单元和任何多余的铅。
  4. 检查最后的起搏参数。确保心脏心室起搏是可能的两个起搏器输出。
  5. 冲洗与聚维酮碘和关闭两个皮下口袋。使用可吸收的编织线缝合纤维组织层和不可吸收的缝合为皮肤适应。

5. 术后护理

  1. 仔细观察动物, 直到它恢复足够的意识。
  2. 继续在广泛的静脉抗生素治疗方案, 直到伤口愈合-头孢唑啉1克每12小时管理镇痛药在适当的剂量, 例如,吗啡0.2 毫克/千克每 6-12 h 3 天通过皮下注射。如有必要, 进行剂量调整, 以充分预防疼痛。
  3. 在室温下, 将动物放在舒适、平静的设施中。允许自由进入水和适当的营养。
  4. 定期用无菌磨砂包扎伤口, 以保持清洁愈合。
  5. 在手术后提供休息, 保持起搏器受原生心律抑制至少3天。
  6. 清除不可吸收的皮肤缝合时, 完全愈合, 大约 10-14 天后的程序。

6. 起搏协议

  1. 在适当的休息期后启动起搏协议。最初, 通过将双腔起搏器设置为模式 D00, 100 节拍/分钟, 并同时调整 AV 延迟为300毫秒 (与速度间隔完全匹配, 请参阅表 1), 将节奏心室心率提高到200次/分钟。选择两个输出中的单极起搏。
  2. 在2周 (图 3) 之后, 将节奏心率逐步提高到220次/分钟, 1 周后240次跳动/分钟。保持连续起搏在这个频率, 除非它不是血流动力学容忍。如果 HF 进展得太快, 在再增加一周之后, 降低心跳速度。
  3. 每日使用心脏跳动、心电图和起搏器审讯的听诊来验证心率和恒定的起搏参数, 包括电池寿命。

7. 心力衰竭的诱导和监测

  1. 确保由专业兽医定期护理, 并监测动物的一般健康状况。临床观察增加本机心脏和呼吸率, 评估周围脉搏氧, 减少自发的体力活动或食欲提供有关 HF 进展的信息。
  2. 利用无线经皮起搏器审讯的优势, 如果可能的话, 持续心电图记录-频繁的非持续性心室心动 (VT) 是严重 HF 进展的标志。
  3. 使用超声心动图评估, 以揭示结构和功能的心脏变化。注意找到一个最佳的图像窗口根据猪的解剖和心脏扩张-对于一个典型的4室视图, 将传感器放置在右侧的剑突和角度, 以指向颈部或左肩。对于短轴视图, 请使用肋间窗口。在几周后, 在原生心律和房室 regurgitations 中降低心室射血分数是值得注意的。
    注意: 高速率心室起搏耐受存在显著的个体差异。因此, 经常监测和个别适应调整的起搏协议是必要的。

figure-protocol-3561
图 1: 心脏起搏单元示意图.双腔起搏器 (1), 一个 "Y" 形适配器 (2) 传导 convergently 两个起搏器输出一起到一个单一的起搏铅 (3)。铅的尖端被固定在 RV 腔 (4) 的顶端部分。此设置提供了一系列高起搏频率。请单击此处查看此图的较大版本.

figure-protocol-3951
图 2: 心脏起搏单元.X 射线 (A) 和摄影 (B) 的双腔起搏器 (1), 一个 "Y" 形适配器 (2) 和心室起搏铅 (3)。请单击此处查看此图的较大版本.

期望 HR设置起搏器率速度与速度间隔
节拍/分钟节拍/分钟女士
200100300
220110270
240120250
250125240

表 1: 起搏器参数.为了允许高心率的心脏起搏与植入室内改良双腔起搏器单元, 该表显示预期的节奏心率 (HR) 和匹配速度的速度间隔值。起搏器必须设置为 D00 操作模式, 速度为所需 HR 的一半, 而 AV 延迟设置为相应的速度, 以毫秒为单位的速度间隔。

figure-protocol-5103
图 3: 起搏协议.TIC 诱导的进步阶段在休息的时期以后开始3天。然后, 起搏器设置为 D00 模式, 其起搏频率为所需的节奏频率的 50%, 而 AV 延迟设置为与速度间隔的匹配速度 (见表 1)。多亏了 "Y" 形适配器, 两个起搏器输出都进行一个单一的起搏引线。bpm = 节拍/分钟。请单击此处查看此图的较大版本.

结果

测试模型:在失代偿性慢性 HF 症状出现后, 麻醉和人工通气再次按照上述原则进行, 但由于心脏输出量降低27, 剂量调整。由于麻醉药可能 cardiodepressive 的影响, 需要对重要功能进行仔细的密集监测。

动物被附着在仰卧位, 所有侵入的方法开始。采用标准经皮腔内鞘, 对股静脉、动脉和颈静脉进行穿?...

讨论

慢性 HF 是严重的健康问题, 对发病率和死亡率有很大的贡献。HF 在人类中的发病机制和进展是复杂的, 因此适当的动物模型对于研究其潜在的机制和测试旨在干预本病严重疾病进展的新疗法是至关重要的。为了研究其发病机理, 大型动物模型被用于实验测试。

一般来说, 慢性 HF 的外科模型密切模仿这种疾病。与急性 hf 模型相比, 慢性 hf 模型可以更深入地了解病理生理学, 但代?...

披露声明

作者没有什么可透露的。

致谢

这项工作得到了查尔斯大学研究资助 GA 英国538216号和 ga 英国1114213号的支持。

材料

NameCompanyCatalog NumberComments
Medication
midazolamRocheDormicumanesthetic
ketamine hydrochlorideRichter GedeonCalypsolanesthetic
propofolB.BraunPropofolanesthetic
cefazolinMedochemieAzepoantibiotic
Silver Aluminium AerosolHenry Schein9003273tincture
povidone iodineEgis PrahaBetadinedisinfection
morphineBiotika BohemiaMorphin 1% injanalgetic
Tools
Metzenbaum scissors, lancet with #22 blade, DeBakey forceps, needle driverbasic surgical equipment
cauterizer
2-0 VicrylEthiconV323Habsorbable braided suture
2-0 Perma-Hand SilkEthiconA185Hsilk tie suture
2-0 ProleneEthicon8433Hnon-absorbable suture
Diagnostic devices
ESP C-armGE HealthcareESPX-ray fluoro C-arm
Acuson x300Siemens Healthcareultrasound system
Acuson P5-1Siemens Healthcareechocardiographic probe
Acuson VF10-5Siemens Healthcaresonographic vascular probe
3PSB, 4PSB and 6PSBTransonic Systemsperivascular flow probes
TS420Transonic Systemsperivascular flow module
TruWave Edwards LifesciencesT001660Afluid-filled pressure transducer
7.0F VSL PigtailTransonic Systemspressure sensor catheter
INVOS 5100C Cerebral/Somatic OximeterSomanetics/Medtronicnear infrared spectroscopy
CCO Combo CatheterEdwards Lifesciences744F75Swan-Ganz pulmonary artery catheter
Vigillace IIEdwards LifesciencesVIG2Ecardiac output monitor
7.0F VSL PigtailTransonic Systemspressure-volume catheter
ADV500Transonic Systemspressure-volume system
LabChart and PowerLabADInstrumentsdata acquisition and analysis system
Prism 6GraphPadstatistical analysis software
Pacing devices
ICS 3000Biotronic349528pacemaker programmer
ERA 3000Biotronic128828external pacemaker
Effecta DRBiotronic371199dual-chamber pacemaker
Tendril STSSt. Jude Medical2088TC/58ventricular pacing lead
Lead permanent adapterOsypkaArticle 53422convergent "Y" connecting part
Lead permanent adapterOsypkaArticle 53904convergent "Y" connecting part
Tear-Away Introducer 7FB.Braun5210593tear away introducer sheath 
Split Cath TunnelermedCompAST-Ltunneling tool
infusion lineMPH Medical Devices2200045connecting line

参考文献

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