Ein neuartiges Modell für rechtsventrikuläres Volumen und Druck für Ferkelherzen zur Untersuchung der Funktion der Trikuspidalklappe.

Zusammenfassung

Für die Untersuchung der Trikuspidalklappenfunktion wird ein neuartiges Regenerationsferkelherzmodell mit kombinierter Druck- und Volumenüberlastung am rechten Ventrikel beschrieben.

Zusammenfassung

Herzerkrankungen, bei denen die Trikuspidalklappe (TV) entweder einem erhöhten Volumen oder Druckstressoren ausgesetzt ist, sind mit einem vorzeitigen Klappenversagen verbunden. Es fehlen mechanistische Studien, um unser Verständnis der zugrundeliegenden Pathophysiologie zu verbessern, die für die Entwicklung eines vorzeitigen TV-Versagens verantwortlich ist. Da diese Studien nicht am Menschen durchgeführt werden können, ist ein Tiermodell erforderlich. In diesem Manuskript beschreiben wir die Protokolle für ein neuartiges Modell für das Herz eines Säuglingspinners mit chronischer Genesung zur Untersuchung von Veränderungen im TV, wenn es unter kombiniertem Volumen- und Druckstress gesetzt wird. Bei diesem Modell wird die Volumenbelastung des rechten Ventrikels und des Fernsehers durch die Störung der Pulmonalklappe erreicht. Dann wird die Druckbelastung durch das Platzieren eines Lungenarterienbandes erreicht. Der Erfolg dieses Modells wird vier Wochen nach der Operation durch Echokardiographie, intrakardiale Druckmessung und pathologische Untersuchung der Herzproben beurteilt.

Einleitung

Der normale Fernseher funktioniert in einer Umgebung mit geringer Lautstärke und Druckbelastung. Es gibt jedoch Herzerkrankungen bei Kindern und Erwachsenen, bei denen der Fernseher entweder angeboren missgebildet ist oder die Herzphysiologie so beschaffen ist, dass der rechte Ventrikel und der Fernseher durch erhöhten Volumen- (Vorlast) und/oder Druck (Nachlast) belastet sind, wie z. B. die Fallot-Tetralogie, die Ebstein-Anomalie, die angeborene korrigierte Transposition der großen Arterien, Patienten mit einer Transposition der großen Arterien nach einem Vorhofswitch-Verfahren, idiopathische pulmonale Hypertonie und hypoplastisches Linksherzsyndrom. Bei diesen Herzerkrankungen ist das Fernsehgerät anfällig für ein vorzeitiges Klappenversagen, was die Morbidität und Mortalität erhöht 1,2,3,4,5. Obwohl man die Hypothese aufstellen könnte, dass ein vorzeitiges TV-Versagen bei diesen Herzläsionen damit zusammenhängen könnte, dass das Fernsehgerät einem erhöhten Volumen und/oder Druckstressoren ausgesetzt ist, ist die genaue Ätiologie unbekannt. Die Forschung der letzten zehn Jahre hat gezeigt, dass die Mitralklappe, die andere atrioventrikuläre Klappe, in der Lage ist, strukturelle Veränderungen als Reaktion auf Stressoren hervorzurufen ^6,7,8. In der aktuellen Literatur fehlen jedoch mechanistische Studien, die die Anpassung des Fernsehens an Stressoren bewerten. Dieser Aspekt könnte zum Teil darauf zurückzuführen sein, dass es kein adäquates Tierherzmodell gibt, das solche Studien ermöglicht.

In der Literatur gibt es Modelle, die den rechten Ventrikel individuell volumen- oder druckbelasteten. Die Kombination aus chronischem Druck und Volumenbelastung des rechten Ventrikels war jedoch schwieriger zu erreichen. Es gibt Tiermodelle in der Literatur, die die Platzierung eines Lungenarterienbandes verwenden, um den rechten Ventrikel unter Druck zu setzen, sowie die Schaffung eines Vorhofseptumdefekts, um den rechten Ventrikel volumenmäßig zu belasten⁹. Mit dieser Technik konnte das Ziel einer chronischen gleichzeitigen Druck- und Volumenbelastung des rechten Ventrikels nicht erreicht werden, da das Vorhandensein eines engen Lungenarterienbandes zu einem Rechts-Links-Shunt über den Vorhofseptumdefekt führen kann. Dies hat zur Folge, dass der Vorhofseptumdefekt den rechten Ventrikel nicht mehr volumenbelastet. Ein Vorhofseptum-Rechts-Links-Shunt führt zu einem zyanotischen Tier¹⁰. Um diese Komplikation zu überwinden, erfordert das Modell den Ausschluss von Tieren mit natürlich vorhandenen Vorhofseptumdefekten.

Andere Modelle haben die hybride Palliationschirurgie im Stadium I für das hypoplastische Linksherzsyndrom bei Ferkeln verwendet¹¹. Dabei handelt es sich um ein Erholungsmodell, das eine kombinierte Druck- und Volumenbelastung des rechten Ventrikels ermöglicht. Das Verfahren erfordert jedoch teure, ballonexpandierbare Stents, die finanziell unerschwinglich sein können. Studien von Zeltser et ^al.12 und Lambert et ^al.13 beinhalten das Durchtrennen des rechtsventrikulären Ausflusstrakts und der Pulmonalklappe und das anschließende Aufnähen eines Polytetrafluorethylen-Pflasters darüber, das die transannulare Pflaster-Tetralogie der Fallot-Reparaturtechnik nachahmt, um den rechten Ventrikel volumenmäßig zu belasten. Dann wird die Druckbelastung des rechten Ventrikels durch das Anlegen eines Lungenarterienbandes erreicht. Dieses Modell kann technisch anspruchsvoll sein und ist im Nachteil, indem es eine Ventrikulotomienarbe im rechtsventrikulären Ausflusstrakt hinterlässt, die die RV-Funktion und damit die TV-Funktion beeinflussen kann.

Diese Studie beschreibt ein innovatives Modell des Ferkelherzmodells zur chronischen Genesung, das ohne Ventrikulotomie eine kombinierte erhöhte Druck- und Volumenbelastung des rechten Ventrikels hervorruft. Dieses Modell wird mechanistische Studien von adaptiven Veränderungen des Fernsehens bei gleichzeitigem chronischen Anstieg von Druck- und Volumenstressoren ermöglichen.

Protokoll

Das Protokoll und die Verfahren in diesem Manuskript wurden unter der Aufsicht eines Tierarztes entwickelt und in Übereinstimmung mit den Richtlinien des Canadian Council on Animal Care und dem Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren durchgeführt. Das Protokoll wurde vom institutionellen Tierpflegeausschuss der University of Alberta genehmigt. Alle Personen, die an den Manuskriptverfahren beteiligt waren, erhielten eine angemessene Biosicherheitsschulung.

1. Vorbereitung vor dem Eingriff, Anästhesie und Zugang

1. Ein- und Ausschlusskriterien für Tiere.
   1. Einschlusskriterien: Für dieses Modell werden sowohl weibliche als auch männliche Duroc-Kreuzungsferkel im Alter von vier bis fünf Wochen verwendet. Ferkel dieses Alters haben eine menschliche Reife, die der von Säuglingen im Alter von vier bis sechs Monaten entspricht.
   2. Ausschlusskriterien: Ausschluss: Ausschluss: Ferkel mit Vorhofseptumdefekt und/oder offenem Ductus arteriosus (beurteilt durch Echokardiographie), kardialen oder extrakardialen Fehlbildungen oder bei Verdacht auf eine Infektionskrankheit.
2. Bringen Sie die Ferkel mindestens fünf bis sieben Tage vor der Operation zur Akklimatisation in die Haltungseinrichtung.
3. Untersuchen Sie das Ferkel einen Tag vor der Operation, um sicherzustellen, dass es für die Operation geeignet ist und keine Krankheitszeichen wie Husten, Erbrechen, Durchfall, Blässe, Schwäche, Lethargie oder Hautläsionen aufweist.
4. Schnelle Ferkel von festem Futter für mindestens drei Stunden vor der Operation, um den Zugang zu Wasser bis zum Zeitpunkt der Operation zu ermöglichen.
5. Bringen Sie das Ferkel in den Operationssaal.
6. Verabreichen Sie eine prozedurale Prämedikation von Atropin (0,04 mg/kg), Midazolam (0,2 mg/kg) und Ketamin (2 mg/kg) durch eine intramuskuläre Injektion. Verabreichen Sie außerdem ein Präparat mit langsamer Freisetzung von Buprenorphin (0,01 mg/kg) subkutan zur perioperativen Analgesie.
7. Legen Sie eine Umlaufwasserdecke auf den OP-Tisch und stellen Sie die Wassertemperatur zunächst auf ca. 40 °C ein. Passen Sie die Temperatur der Wasserdecke an, um die Körperkerntemperatur des Ferkels zwischen 38,0 und 39,5 °C zu halten.
8. Sobald der Kiefer vollständig entspannt ist, besprühen Sie den Kehlkopf mit 1% Lidocain. Führen Sie eine standardmäßige endotracheale Intubation mit tragbarer Pulsoximeterüberwachung durch.
9. Prüfung, Befestigung und Sicherstellung der ordnungsgemäßen Funktion der Überwachungsgeräte: Pulsoximeter, Kapnograph, EKG-Telemetrieleitungen und Temperaturfühler.
10. Geben Sie dem Ferkel während des chirurgischen Eingriffs inhalatives Isofluran (2-5%) zur Anästhesie, das je nach Anästhesietiefe angepasst wird. Überwachen Sie die Narkosetiefe durch Beurteilung der Herzfrequenz, der Atemfrequenz und des Atemmusters, der Sauerstoffsättigung, des Augenlids und des Rückzugsreflexes.
11. Verwenden Sie die folgenden anfänglichen Beatmungsgeräteeinstellungen: PEEP von 4 cmH₂O, Tidalvolumen zwischen 8-10 ml/kg und ein inspiratorisches zu exspiratorisches Verhältnis von 1:1. Die Beatmungsrate liegt zwischen 26 und 36 Minuten/min, angepasst an einen pCO_2-Wert zwischen 35 und 42 mmHg bei einem arteriellen Blutgas, das mit einem Point-of-Care-Blutgasanalysator analysiert wurde.
12. Bringen Sie das Ferkel in Rückenlage. Tragen Sie während des Eingriffs eine sterile Augensalbe auf beide Augen auf, um sie zu befeuchten.
13. Rasieren Sie die Haare über der Operationsstelle. Desinfizieren Sie den Brustkorb mit steriler Gaze und Desinfektionspeeling (Povidon-Jod 7,5%) dreimal in kreisenden Bewegungen von innen nach außen. Wischen Sie die überschüssige Scheuerlösung mit steriler Gaze ab. Mit aseptischer Technik die Operationsstellen (Hals und linke Brustseite) und den umliegenden Bereich drapieren.
14. Legen Sie mit einer modifizierten Seldinger-Technik Zentralkatheter sowohl in die Halsschlagader (3,5 französischer Einlumenkatheter oder 24 Gauge IV-Katheter) als auch in die Vena jugularis interna (fünf oder sechs französische Doppel- oder Dreilumkatheter) zur Drucküberwachung, Blutentnahme und venösen Zugang während des Eingriffs zur Medikamentenverabreichung.
15. Verabreichen Sie eine intravenöse Dosis von Cefazolin (30 mg/kg) zur perioperativen Sepsisprophylaxe und Ranitidin (1 mg/kg) zur Prophylaxe von Stressgeschwüren. Die intravenöse Erhaltungsflüssigkeit (D5WNS) wird durch den zentralen Venenkatheter eingeleitet.

2. Bioptom-Störung der Pulmonalklappenhöcker

1. Nach Bestätigung der Operationsebene ist eine linke Thorakotomie am dritten Interkostalraum durchzuführen, um eine ausreichende Exposition zur Visualisierung der Hauptpulmonalarterie zu gewährleisten.
2. Führen Sie unter Verwendung eines sterilen Gels und einer Hülle eine epikardiale echokardiographische Untersuchung durch die linke Thorakotomie durch, um das Vorhandensein eines Vorhofseptumdefekts und eines offenen Ductus arteriosus zu beurteilen, und streichen Sie dann durch die Lungen- und Trikuspidalklappe, um nach angeborenen Anomalien zu suchen.
3. Legen Sie durch den linken Thorakotomieschnitt die Nähte an der Lungenhauptarterie (MPA) an und befestigen Sie sie an einer Schlinge.
4. Punktieren Sie mit einem Nadeleinführer die MPA in der Mitte der Naht und schieben Sie einen Draht vor. Führen Sie über den Draht eine speziell entwickelte geflanschte Katheterschleuse mit sieben französischen Türen durch den MPA-Schnitt. Verankern Sie den Katheter sicher auf der Oberfläche des MPA, indem Sie die Nähte um den Katheterflansch wickeln, und die Schlinge kann festgezogen werden (Abbildung 1).
5. Führen Sie ein Bioptom in die Schleuse ein und schieben Sie es unter epikardialer echokardiographischer Anleitung zur Pulmonalklappe vor.
6. Unter direkter epikardialer echokardiographischer Visualisierung wird das Bioptom verwendet, um Bisse in den Pulmonalklappenhöckern zu sichern. Das Zurückziehen des Bioptoms führt zu Höckerrissen und einer Störung der Pulmonalklappe.
   1. Wiederholen Sie diesen Vorgang nach Bedarf, um eine mittelschwere bis schwere Lungeninsuffizienz zu erreichen. Dies wird mittels Pulswellen-Doppler-Abfrage in den Lungenastarterien beurteilt. Unser Ziel ist es, zum Zeitpunkt des Eingriffs ein VTI-Verhältnis (Reverse to Forward Velocity Time Integral) zwischen 0,6 und 0,7 zu erreichen. Wenn Sie zufrieden sind, ziehen Sie das Bioptom zurück.
7. Während des Eingriffs sind intravenöse Infusionen von Adrenalin (0,05 - 0,15 μg/kg/min) und/oder Noradrenalin (0,05 - 0,15 μg/kg/min) zu verabreichen, die zur Aufrechterhaltung eines normalen Blutdrucks während des Eingriffs erforderlich sind (mittlerer systemischer arterieller Blutdruck zwischen 60 und 80 mmHg).

3. Platzierung des Lungenarterienbandes

1. Führen Sie einen Nabelkatheter mit einem Lumen und fünf französischen Nabelkörpern durch die zuvor platzierte Schleuse und schieben Sie ihn in den rechten Ventrikel (RV) vor, um den RV-Druck während der Platzierung eines Lungenarterienbandes zu überwachen.
2. Weben Sie entweder Seide oder eine synthetische, geflochtene, nicht resorbierbare Naht durch die Mitte eines silastischen Bandes, um Verstärkung und Festigkeit zu erzielen. Wickeln Sie dieses silastische Band um das MPA zwischen der Pulmonalklappe und proximal zur Katheterpunktionsstelle.
3. Durch die direkte RV-Druckmessung wird das Lungenarterienband gestrafft und mit einem Gefäßclip so eingestellt, dass ein systemischer RV-Systol von ≥60 % erreicht wird. Sobald der gewünschte Druck erreicht ist, binden Sie Nähte, um das Lungenarterienband zu sichern.
4. Schieben Sie den Nabelkatheter über das Lungenarterienband und in die distale MPA vor, um einen Gradienten des pulmonalarteriellen Pulmonalarterienbandes nach hinten zu ziehen. Entfernen Sie den Nabelkatheter und die Nabelscheide.
5. Binden Sie die Naht ab, um die MPA-Einstichstelle zu schließen (Abbildung 2).
6. Schließen Sie den linken Thorakotomieschnitt in drei Schichten mit nicht resorbierbaren Nähten für die erste Schicht und dann resorbierbaren Nähten, um die Muskelschichten zu schließen. Tragen Sie Hautklammern auf, um die Hautschicht zu schließen.
7. Infiltrieren Sie um den Hautschnitt herum mit Bupivacain (0,5%, maximale Dosis 2 mg/kg) zur lokalen Analgesie. Verabreichen Sie eine intravenöse Einzeldosis Meloxicam (0,2 mg/kg) zur postoperativen Analgesie zusätzlich zu dem zuvor verabreichten subkutanen Buprenorphin mit langsamer Freisetzung.
8. Entfernen Sie sowohl den arteriellen als auch den venösen Mittelzugang und binden Sie die Gefäße ab, um die Blutstillung zu gewährleisten.
9. Tragen Sie Hibitan-Creme (1% Chlorhexidin) auf die Schnitte auf und befestigen Sie einen Verband, um den Schnitt abzudecken.
10. Schalten Sie inhaliertes Isofluran aus. Sobald das Ferkel selbstständig atmet und über angemessene Atemwegsschutzmechanismen verfügt, extubieren Sie unter postoperativer Erholungsüberwachung und -pflege.
11. Zur Prophylaxe einer Inzisionsinfektion wird dem Ferkel eine empirische fünftägige Kur mit oralem Cephalexin 30 mg/kg BID verabreicht.

4. Echokardiographische Beurteilung

1. qualitative Beurteilung der Lungeninsuffizienz durch Farbdoppler und Grad von 0 bis 4 [0 = keine, 1 = trivial (einfacher schmaler Strahl), 2 = mild (einzelner etwas breiterer Strahl mit Strahllänge < 10 mm, Verhältnis von proximaler Strahlbreite zu RV-Ausflusstrakt < 0,25), 3 = mäßig (einzelner oder mehrfacher Strahl mit einem kombinierten Verhältnis von proximaler Strahlbreite zu RV-Abflusstrakt zwischen 0,25 und 0,65), und 4 = schwer (breiter Strahl mit proximaler Strahlbreite zum Verhältnis des RV-Abflusstrakts > 0,65)].
   1. In der Interventionsgruppe wurde die pulmonale Regurgitation semi-quantifiziert, indem ein VTI-Verhältnis (Reverse to Forward Velocity Time Integral) mittels Pulswellendoppler in der Pulmonalarterie des Astes gemessen wurde (Abbildung 3).
   2. Qualitative Bewertung des Schweregrads der Trikuspidalinsuffizienz von 0 bis 4 durch Farbdoppler-Beurteilung [0 = keine, 1 = trivial (einzelner schmaler Strahl), 2 = leicht (mehrere schmale Düsen), 3 = mäßig (breiter Strahl, der den mittleren Teil des rechten Vorhofs erreicht) und 4 = schwer (breiter Strahl, der die Rückwand des rechten Vorhofs erreicht)]. Sowohl das Einstufungssystem für die Pulmonalklappe als auch das für die Trikuspidalklappeninsuffizienz entsprechen den aktuellen Richtlinien 14,15,16,17,18,19.
2. Beurteilung der rechtsventrikulären systolischen Funktion anhand der rechtsventrikulären fraktionierten Bereichsänderung (RV FAC), die durch Verfolgung des durch endokardiale Grenzen des rechten Ventrikels begrenzten Bereichs an der Enddiastole und der Endsystole in der apikalen Vierkammeransicht gemessen wurde. Berechnen Sie den RV FAC als die Differenz zwischen den beiden Bereichen, ausgedrückt als Prozentsatz der enddiastolischen RV-Fläche. Ein RVFAC-Wert < 35 % stellt eine abnormale systolische Funktion des RV²⁰ dar.

Ergebnisse

Zur Modellvalidierung wurden zehn Ferkel (5 männlich und 5 weiblich), die sich einer linken Thorakotomie mit Pulmonalklappenstörung und Platzierung des Pulmonalarterienbandes unterzogen hatten (Interventionsgruppe, IP), mit zehn Kontrollferkeln verglichen, die sich einer linken Thorakotomie unterzogen hatten (Kontrollgruppe, CP). Zu Studienbeginn, vor der Intervention, hatten alle Ferkel entweder keine oder eine triviale Lungeninsuffizienz mit normaler rechtsventrikulärer Geometrie un...

Diskussion

Bei der Entwicklung dieses neuartigen Herzmodells haben sich mehrere Überlegungen auf das endgültige Modelldesign ausgewirkt.

Ferkelalter und chirurgische Exposition
Vor der Formulierung des aktuellen Ferkelmodells hat das Team an Ferkelkadavern im Alter von ein bis sechs Wochen gearbeitet, mit dem Ziel, die Altersgruppe zu bestimmen, in der die Verfahrensinstrumentierung und Exposition angemessen ist. Da der chirurgische Eingriff eine di...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Drugs
1% lidocaine spray	WDDC	103365	Lidodan 30 mL
atropine sodium injection	WDDC/Rafter 8 Products		0.5 mg/mL
bupivacaine	WDDC/Sterimax		5 mg/mL
buprenorphine HCl slow release injection	Chiron Compounding Pharmacy		1 mg/mL
buprenorphine regular	WDDC/Champion Alstoe	121378	Vetergesic 0.3 mg/mL
cefazolin	WDDC/Fresenius Kabi	102016	1 g/vial
cephalexin capsule	WDDC/Novopharm		Novo-Lexin 250 mg/capsule
epinephrine	WDDC		Adrenalin (1:1000) 1 mg/mL
furosemide tablet	WDDC/Novopharm		10 mg tablet
Iodine Scrub/Spray	Cardinal Health	KF22422	Betadine brand
ketamine hydrochloride injection	WDDC/Vetoquinol	131771	Narketan 100 mg/mL
midazolam	WDDC/Sandoz	101100	5 mg/mL
norepinephrine	WDDC		1 mg/mL
pentobarbital sodium	WDDC/Bimeda-MTC	127189	Euthanyl 240 mg/mL
ranitidine injection	WDDC		25 mg/mL
ranitidine tablet	Sanis		300 mg tablet
Surgical Scrub Sponge	Stevens	333-377479	4% CHG Surgical Soap scrub brush
Equipment
24G peripehral IV catheter	BD		Insyte-N
5Fr double lumen central venous catheter	Arrow	CS-14502	20cm
5Fr single lumen umbilical vessel catheters	Covidien/Kendall	8888160333	Argyle 15 inches
6" Chest retractor	RRSMRI
6Fr triple lumen central venous catheter	Arrow	JR-42063-HPHNM	20cm
7Fr catheter sheath with flange	Dr. Coe custom designed
Adson forceps	RRSMRI
Aestiva/5 Ventilator	GE Datex Ohmeda
Atraumatic forceps	Teleflex	351865
bioptome	Dr. Coe lab		Mansfield Biopsy Forceps
Curved hemostat	RRSMRI
Curved mosquito hemostat	RRSMRI
Debakey Forceps (Long)	Teleflex	351804
Debakey Forceps (Narrow)	Teleflex	351802
Debakey Forceps (Rg)	Teleflex	351800
Echo probe cover	Civco
Endotracheotube	Stevens	180-112082055	Rusch Murphy Eye Low Press. Cuff
Iris Spring scissors	Fisher Scientific	NC0127560
iSTAT 1 blood gas analyzer	Abbott Laboratories		MN:300-G
iSTAT CG4+ cartridges	Abbott Laboratories	03P85-50
Kelly Hemostat	Fine Science Tools	1301914
Kocher forceps	RRSMRI
Large Army/Navy Retractor	RRSMRI
Laryngoscope	MACO CE Miller#4 Blade	LA6226-4	Macolaryngoscope.com
Liga-clip applicator L	Ethicon	LC430
Liga-clip applicator M	Ethicon	LX210
Liga-clip applicator S	Ethicon	LX110
Metal suction tip	RRSMRI
Metzenbaum Scissors (Lg)	RRSMRI
Metzenbaum Scissors (Md)	RRSMRI
Mixter - long/mid wide	RRSMRI
Mixter - long/narrow	RRSMRI
Mixter - long/wide	RRSMRI
Mixter - short/narrow	RRSMRI
Needle Driver 10"	RRSMRI
Needle Driver 6"	RRSMRI
Needle Driver 7"	RRSMRI
Philips iE33 Echocardiography machine	Philips		X7 and S12 probes
pressure line tubing and 3-way stopcock	Dr. Freed lab
Rat tooth forcep	RRSMRI
silastic reinforced sheeting	Bioplexus	SH-21001-040	6" x 8" x .040" Gloss
Small Army/Navy Retractor	RRSMRI
Straight hemostat	RRSMRI
Straight mosquito hemostat	RRSMRI
Sutures: 4-0 and 5-0 synthetic, non-absorbable suture, 2-0 silk	Dr. Freed lab
Towel clamp	RRSMRI
vascular tourniquet	Dr. Freed lab
Weitlaner retractor (Md)	RRSMRI
Weitlaner retractor (Sm)	RRSMRI
Zoll R Series Monitor Defibrillator	Zoll technologies