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Method Article
右心衰竭 (RHF) 的特征是右侧心脏扩张和肥大,导致心室和心房功能障碍。与 RHF 相关的心肺疾病伴随着心律失常的风险增加。本文描述了肺动脉束带诱导的 RHF 与增强的室性和房性心律失常发生相关的标准化模型。
包括慢性阻塞性肺病或肺动脉高压 (PAH) 在内的临床状况可导致慢性右心室压力超负荷和进行性右心衰竭 (RHF)。RHF 可通过与影响 RV 和右心房 (RA) 的异常心肌功能相关的右侧心脏肥大和扩张来识别。我们最近证明,严重的 RHF 伴随着心房炎症、心房纤维化和心房颤动 (AF) 的风险增加,这是最常见的心律失常 (CA) 类型。最近的研究表明,RV 和 RA 炎症在 CA 的心律失常发生中起重要作用,包括 AF。然而,炎症对 RHF 中 CA 和 AF 发展的影响描述甚少。
需要 RHF 的实验模型来更好地了解右侧心肌炎症与 CA 之间的关联。野百合碱 (MCT) 诱导的肺动脉高压 (PH) 大鼠模型已建立起诱发 RHF 的模型。然而,MCT 会引发严重的肺毒性和肺部炎症。因此,MCT 诱导的 RHF 无助于区分随后的心肌炎症是源自 RHF 本身还是受伤肺分泌的循环炎症信号。
在本文中,使用一种涉及肺动脉干束带 (PAB) 的机械方法来引发右侧心律失常的发生。PAB 包括对肺动脉干进行 3 周的永久缝合。这种方法会增加右侧压力超负荷。在 PAB 后第 21 天,缝合导致 RV 和 RA 肥大、扩张和发炎。PAB 诱导的 RHF 还伴有室性和房性心律失常的易感性,包括 AF。
右心衰竭 (RHF) 的特征是右心室 (RV) 和心房 (RA) 肥大和扩张,由于肺动脉 (PA) 收缩导致慢性 RV 压力超负荷,导致右侧心脏功能障碍1。因此,引起 PA 狭窄的情况可能导致 RHF 1,2,3,4 的风险增加。临床数据显示,RHF 是 PA 高血压 (PAH) 患者住院的主要原因 (56%)2。临床研究表明,无论 PAH 的病因如何,包括血栓栓塞性肺动脉高压 (PH) 和特发性 PAH,患者经常受到 RHF 的影响,并且患心律失常的几率要高 20%,包括室上性快速性心律失常和心房颤动 (AF)2,5,6。
为了更好地了解 PAH 和 RHF 之间的关联,动物研究,包括单剂量野百合碱 (MCT) 的模型,已被用于诱发严重的肺部炎症和 RHF 7,8。我们最近观察到 MCT 诱导的 RHF 与 RA 炎症和 AF9 相关。然而,由于 MCT 诱导的肺部炎症和循环细胞因子的重要性,很难描述 MCT 诱导的 RA 炎症是否仅是 RHF 的结果9。因此,需要一种新的 RHF 诱导的心律失常模型来研究 RA 炎症状态。
PA 躯干带 (PAB) 实验模型已用于各种动物物种,以模拟阻塞性 PA 疾病并研究影响心脏右侧的相关病理性心脏重塑10。在各种模拟 RV 超负荷10、11、12、13、14、15、16 的研究中,PAB 已被报道为诱导右侧 RV 功能障碍和失败的有效方法。从技术上讲,PAB 是在 PA 躯干上放置永久缝合线,引起 PA 躯干直径的机械减小10。PAB 会给 RV10 带来更大的压力过载。首先,作为对 RV 后负荷突然增加的补偿性适应,RV 腔扩张,导致慢性 RV 肥大10,13。右心室扩张和肥大影响三尖瓣,三尖瓣渗漏13.更准确地说,右心室的明显扩张与高 RV 后负荷相结合,具有拉伸位于 RV 和 RA 之间的三尖瓣环的效果13,17。由于瓣膜的不完全闭塞,在收缩期间从 RV 射出的一部分血液将流向 RA 腔17。三尖瓣渗漏可以通过超声心动图观察到,称为三尖瓣反流17。然后,RA 接受不适当的高血压,导致 RA 扩张和肥大增加13。慢性 RV 和 RA 重塑伴有局部心肌炎症反应,导致 RV 和 RA 纤维化和功能丧失 9,13。心脏纤维化的特征是低电压区的发展,这些低压区的收缩性较低,更容易引发与心律失常发展有关的传导阻滞和折返回路,包括心室颤动和 AF18,19。
本文的独创性在于利用 PAB 诱导的右侧心脏重塑的标准化方法来激发和研究 PAB 后 3 周内心律失常的诱发性。这种手术方法的主要优点是:i) 直接控制 PA 干直径的减小,以及 ii) 避免肺部炎症,专注于 RHF 诱导的心肌炎症,以研究心律失常,包括 AF。
此处描述的方法包括精确的显微外科手术以创建 PAB、评估增加的 RV 后负荷、超声心动图观察 PAB 诱导的心肌结构和功能重塑,以及评估心律失常(包括 AF)易感性的电生理学研究。
以下描述的所有程序均已获得蒙特利尔心脏研究所伦理委员会的批准(方案编号:2021-2938-2021-47-01 和 2024-3412-2024-48-01),并严格遵循加拿大动物护理委员会 (CCAC) 指南。使用 6-8 周龄的雄性 Wistar 大鼠 (225-275 g) 进行手术。所有动物都被安置在蒙特利尔心脏研究所的动物护理设施中,可以免费获得水和食物。
1. 术前准备
2. 麻醉诱导和动物准备
注意:对 6-8 周龄的雄性 Wistar 大鼠 (225-275 g) 进行分析。在以下程序的所有步骤中使用加热垫,将动物的体温保持在 37 °C 左右。 使用直肠探针监测体温。
3. 插管
注意:插管按照前面描述的20.
图 1:准备 PAB 显微外科手术所需的关键器械。 (A) 使用 19 G 改良针作为导线,在 PAB 后获得直径为 1 mm 的 PA 躯干。(B) 大鼠使用的气管内工具或成功插管。 1. 刮刀用作麻醉大鼠的压舌器,以暴露气管。 2. 16G 导管在钝化其触针尖端后充当气管插管。 请单击此处查看此图的较大版本。
4. PAB 手术(图 2)
注意:所有程序必须按照严格的无菌手术技术进行。
图 2:PAB 程序和 5.0 丝缝合线与金属夹的验证。 PA 躯干逐步分离和结扎的照片,显示 (A) PA 躯干的暴露和隔离,(B) 缝合线(5.0 丝)围绕 PA 躯干的位置,(C) PA (PAB) 的结扎(使用 19 G 针作为引线);(D) PAB 后心脏运动以及 PA 根和 RV 超负荷的验证;(E) 用丝缝合与金属夹进行的 PAB 的比较;(F) 验证 PAB 丝缝合线的选择,以在 PA 躯干周围产生 1 毫米的更可重复的直径。 请单击此处查看此图的较大版本。
5. 术后恢复
6. 经胸超声心动图
注:本文显示了手术后第 21 天获得的数据,当时大鼠接受了经胸超声心动图检查。然而,根据研究目标和研究设计的要求,研究人员可以定义 PAB 前后经胸超声心动图的其他时间点。
7. 电生理学研究(图 3)
图 3:静息时心跳和用于 体内 电生理研究的经食管导管的适当位置的图示。 (A) 静息时两个连续心跳的代表性心电图,显示 P 波、PR 间期、QRS 复合波、QT 间期和 R-R 间期。(B) 心脏 (1) 和食道 (2) 的纵切图,其中引入四极导管 (3) 以刺激和获得心房心电图。(C) 当来自表面心电图(上迹线)的心房信号(红线)与导管心电图的心房信号(下迹线)重合时,显示经食管导管首选位置的代表性心电图信号。 请单击此处查看此图的较大版本。
8. 心电图分析
注意:心电图记录和刺激是使用心电图采集软件进行的。使用心电图分析软件进行分析(图 3A)。
9. 组织学分析
10. 统计分析
目视确认手术期间 PA 躯干的适当结扎
在 PAB 手术期间,缝合线位置良好的迹象是血压立即升高,并在与 RV 交界处迅速扩张 RV 和 PA 干根部。缝合线不得移动,以确保 3 周内持续和永久的压力超负荷。在这项研究中,使用 5-0 Silk 被验证为比金属夹更稳定(图 2E,F)。如果特定研究设计需要,5-0 Silk 还允许移除缝合线。
PAB 的成功性能是该协议最关键的部分。正确区分主动脉和 PA 干很重要。必须仔细进行 PA 的隔离,以避免在手术过程中撕裂、出血和死亡。必须迅速在 19G 导联周围进行缝合,然后立即移除导联,以避免由于导联的存在而导致 PA "完全阻塞"太长。
根据调查的要求,我们确定 5-0 Silk 比金属夹更稳定来执行 PAB10,13
作者没有什么可披露的。
作者感谢 Colombe Roy、YanFen Shi、Sandra Query 和 Josiane Deslandes 对经胸超声心动图的技术性能,并感谢 Nathalie L'Heureux 在 PAB 方法标准化期间提供的初步技术援助。我们感谢蒙特利尔心脏研究所动物护理机构的成员。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.9% Sodium Chlorine Injection USB (100 ml) | Baxter | JB1302P | Solution used for drugs (analgesic and anti-inflammatory) dilution and for preparing saline water syringes dedicated to rehydrating the animal after the surgery |
19 G x 1 1/2 PrecisionGlide Needle | BD | 305187 | Needle modified (bent and blunted) to be used as a spacer during for the partial constriction of the pulmonary trunk |
2" x 2" Non Woven Non-Sterile Ritmed Gauze Sponge, 4-Ply | AMD-Ritmed | A2101-CH | Gauze sponges used to absorb blood from the wound or to gently push organs (ex: thymus) aside. |
4" x 4" Non Woven Non-Sterile Ritmed Gauze Sponge, 4-Ply (x200) | AMD-Ritmed | A2100-CH | Gauze sponges used to absorb blood from the wound or to gently push organs (ex: thymus) aside. |
5-0 Vicryl Violet Suture RB-1 1/2 Circle Needle 17mm 27" | Ethicon | J303H | Synthetic absorbable sterile surgical suture with a taperpoint needle used for muscle and skin wounds closure. |
Anafen (100 mg/mL) | Merial Canada, Inc. | 1938126 | Diluted injectable solution of ketoprofen administered as a nonsteroidal anti-inflammatory, analgesic and antipyretic drug. |
AutoClip System | FST | 12020-00 | Can be used to close the skin wound. Includes a clip applier, wound clips (9 mm) and a clip remover. |
Dumont #5/45 Forceps | FST | 11251-35 | Dumoxel forceps with tips angled at 45°. Used to tighten the knots around the spacer placed on the pulmonary trunk. |
Fine Scissors - Sharp | FST | 14060-10 | Stainless steel iris scissors dedicated to intercostal muscles incision and suture cutting. |
Forane (Isoflurane) 100 mL | Baxter Canada | BAXCA2L9100 | Inhalation anesthetic used for rodents during their PAB surgery. |
IV Catheter 16 G x 1.77 " (Straight) | BD Insyte | 381257 | Catheter used as an endotracheal tube with its metal stylet blunted. |
Light LED 130 F - DrMach | Eickemeyer | M130300 | LED wall mounted light. |
Magnetic Fixator Retraction System: Base plate | FST | 18200-50 | Metal plate on which the associated fixtures are installed. It is placed around the heating plate. |
Magnetic Fixator Retraction System: Elastomer (2 m Roll) | FST | 18200-07 | Used to attach the retractors to the fixators. |
Magnetic Fixator Retraction System: Fixators | FST | 18200-02 | Movable anchors that can be placed on the base plate. |
Magnetic Fixator Retraction System: Retractors | FST | 18200-11 | Retractors allowing to maintain the surgical wound with the desired opening |
Metzenbaum Scissors (Curved) | FST | 14017-14 | Stainless steel blunt scissors used for blunt dissection of the skin and muscles. |
Micro-Adson Forceps | FST | 11018-12 | Stainless steel serrated forceps used to grasp skin and other tissues. |
Oster Golden A5 2-Speed Clipper | Oster Professional | 34264416949 | Pet grooming clipper used to prepare the surgical field. Since it's meant to be used with large animals, the user needs to be careful with rats. |
Rodent heating plate or warming system | Custom made | N/A | Plate connected to a unit equipped with a LED screen displaying the temperature detected by the rectal probe as well as the target temperature. |
Rodent Ventilator Model 683 | Harvard Apparatus | 74240-2 | Mechanical ventilator used for small laboratory animals (max 5 kg). |
Semken Forceps with Serrations (Curved) | FST | 11009-13 | Stainless steel forceps used for tissue dissection. |
Semken Forceps with Serrations (Straight) | FST | 11008-13 | Stainless steel forceps used for tissue dissection. |
Silky Fresh Hair removal Cream | Veet | 62200825036 | Hair removal product used to prepare the surgical site after shaving. |
Soluprep | 3M | 103.26 | Bottled antiseptic solution tinted with 2% chlorhexidine and 70 % alcohol 225 mL. |
Stainless steel spatula 195 mm | Heathrow Scientific | HS15907 | Spatula used as a tongue depressor during rat intubation. |
Stereomicroscope System SZ61TR | Olympus | 88-126 | Microscope equipped with binoculars and a built-in camera allowing for video filming. |
Sterile Sodium Chloride 0.9% Irrigation Bottle (60 mL) | Saline H2O | 25-6048SA-L | Solution used to keep the wound moist throughout the surgery. |
Surgical Scissors - Sharp-Blunt (Straight) | FST | 14001-12 | Stainless steel scissors used to make the initial skin incision. |
Suture 5-0 Silk No Needle | Henry Schein | 102-6344 | Silk thread used to do the constriction of the pulmonary trunk |
Systane Ointment | Alcon | 2444062 | Eyes lubricant providing a temporary relief of burning and irritation caused by the dryness of the eyes during surgery. |
SZ2-STU2 stereomicroscope stand | Olympus | N1198900 | The arm attached to the base provides a great freedom of movement to the microscope head. |
Tissue forceps - 1X2 Teeth | FST | 11021-15 | Stainless steel forceps allowing to grasp, hold and manipulate tissues (skin and muscles). |
Transpore Surgical Tape | 3M | 1527-1 | Medical tape used to immobilized the rats' forelimbs and hindlimbs. |
Vetbond Tissue Adhesive (3 mL) | 3M | 1469SB | Surgical glue that can be applied in small amounts on the skin It can be used as a complement to subcutaneous sutures. |
Vetergesic Multidose (0.3 mg/mL) 10 mL | Ceva Canada | 2342510 | Diluted injectable solution of buprenorphine administered as an analgesic drug. |
Veterinary anesthesia evaporator Tec 4 | Dispomed | 34001 Iso | Enables vaporization of isoflurane and concentration at 0–5%. |
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