Chronisches Schafmodell der rechtsventrikulären Insuffizienz und funktioneller Trikuspidalinsuffizienz

Zusammenfassung

Rechtsventrikuläre Insuffizienz und funktionelle Trikuspidalinsuffizienz sind mit linksseitigen Herzerkrankungen und pulmonaler Hypertonie assoziiert, die signifikant zur Morbidität und Mortalität der Patienten beitragen. Die Etablierung eines Modells für chronische Schafe zur Untersuchung der rechtsventrikulären Insuffizienz und der funktionellen Trikuspidalinsuffizienz wird helfen, ihre Mechanismen, ihren Verlauf und mögliche Behandlungen zu verstehen.

Zusammenfassung

Die Pathophysiologie der schweren funktionellen Trikuspidalinsuffizienz (FTR) im Zusammenhang mit rechtsventrikulärer Dysfunktion ist nur unzureichend verstanden, was zu suboptimalen klinischen Ergebnissen führt. Unser Ziel war es, ein chronisches Schafmodell für FTR und Rechtsherzinsuffizienz zu etablieren, um die Mechanismen der FTR zu untersuchen. Zwanzig erwachsene männliche Schafe (6-12 Monate alt, 62 ± 7 kg) wurden einer linken Thorakotomie und einer Baseline-Echokardiographie unterzogen. Ein Pulmonalarterienband (PAB) wurde um die Hauptpulmonalarterie (PA) gelegt und eingeklemmt, um den systolischen Pulmonalarteriendruck (SPAP) mindestens zu verdoppeln, was zu einer rechtsventrikulären (RV) Drucküberlastung und Anzeichen einer RV-Dilatation führte. PAB erhöhte den SPAP akut von 21 ± 2 mmHg auf 62 ± 2 mmHg. Die Tiere wurden 8 Wochen lang beobachtet, die Symptome der Herzinsuffizienz wurden mit Diuretika behandelt und mittels Überwachungsechokardiographie wurde die Pleura- und Bauchflüssigkeitsentnahme beurteilt. Drei Tiere starben während der Nachbeobachtungszeit an Schlaganfall, Blutungen und akuter Herzinsuffizienz. Nach 2 Monaten wurden eine mediane Sternotomie und eine epikardiale Echokardiographie durchgeführt. Von den überlebenden 17 Tieren entwickelten 3 eine leichte Trikuspidalinsuffizienz, 3 eine mäßige Trikuspidalinsuffizienz und 11 eine schwere Trikuspidalinsuffizienz. Acht Wochen pulmonalarterielles Banding führten zu einem stabilen chronischen Schafmodell mit rechtsventrikulärer Dysfunktion und signifikanter FTR. Diese Großtierplattform kann genutzt werden, um die strukturellen und molekularen Grundlagen des RV-Versagens und der funktionellen Trikuspidalinsuffizienz weiter zu untersuchen.

Einleitung

Die rechtsventrikuläre Insuffizienz (RVF) gilt als wichtiger Faktor für die Morbidität und Mortalität von Herzpatienten. Die häufigsten Ursachen für RVF sind linksseitige Herzerkrankungen und pulmonale Hypertonie¹. Während des Fortschreitens der RVF kann eine funktionelle Trikuspidalinsuffizienz (FTR) als Folge einer rechtsventrikulären (RV) Dysfunktion, einer ringförmigen Dilatation und eines subvalvulären Umbaus auftreten. Eine mittelschwere bis schwere FTR ist ein unabhängiger Prädiktor für die Mortalität^2,3, und es wird geschätzt, dass 80%-90% der Fälle von Trikuspidalinsuffizienz funktioneller Natur sind⁴. Die FTR selbst kann ein nachteiliges ventrikuläres Remodeling fördern, indem sie entweder die Nachlast oder die Vorlast beeinflusst⁵. Die Trikuspidalklappe wurde historisch als die vergessene Klappe⁶ angesehen, und es wurde angenommen, dass die Behandlung der linksseitigen Herzkrankheit die damit verbundene RV-Pathologie und FTR⁷ beheben würde. Jüngste Daten haben gezeigt, dass dies eine fehlerhafte Strategie ist, und die aktuellen klinischen Leitlinien befürworten einen viel aggressiveren Ansatz für FTR⁴. Die Pathophysiologie der schweren FTR in Verbindung mit rechtsventrikulärer Dysfunktion ist jedoch noch unzureichend verstanden, was zu suboptimalen klinischen Ergebnissen führt⁸. Die derzeit verfügbaren Großtiermodelle von RVF basieren auf Druck, Volumen oder gemischter Überlastung. Wir haben bereits ein großes Tiermodell von RVF und TR beschrieben, jedoch nur in einem akuten Setting⁹.

Die aktuelle Studie konzentriert sich auf ein chronisches Schafmodell des pulmonalarteriellen Bandings (PAB), um die RV-Nachlast (Drucküberlastung) zu erhöhen und RV-Dysfunktion und FTR zu induzieren. Das Nachlastmodell ist zuverlässig und reproduzierbar im Vergleich zu pulmonalen Hypertoniemodellen, bei denen Veränderungen der Mikrogefäße weniger vorhersagbar und wahrscheinlicher sind¹⁰. Ziel der Studie war es, ein chronisches Großtiermodell von RVF und FTR zu entwickeln, das die RV-Drucküberlastung bei Patienten mit linksseitiger Herzerkrankung und pulmonaler Hypertonie am genauesten nachahmt. Die Etablierung eines solchen Modells würde vertiefte Studien zur Pathophysiologie des ventrikulären und valvulären Remodellings ermöglichen, das mit RV-Dysfunktion und Trikuspidalinsuffizienz einhergeht. Das Schafmodell wurde auf der Grundlage unserer früheren Arbeiten über die Mitralklappe und der veröffentlichten Literatur ausgewählt, die die anatomischen und physiologischen Ähnlichkeiten zwischen menschlichen und Schafherzen unterstützt^11,12,13.

Für diese Studie wurden 20 erwachsene Schafe (62 ± 7 kg) einer linken Thorakotomie und einem Hauptpulmonalarterienband (PAB) unterzogen, um den systolischen Pulmonalarteriendruck (SPAP) mindestens zu verdoppeln, wodurch eine RV-Drucküberlastung induziert wurde. Die Tiere wurden 8 Wochen lang beobachtet und die Symptome einer Herzinsuffizienz wurden mit Diuretika behandelt, wenn sie klinisch offensichtlich waren. In regelmäßigen Abständen wurde eine Überwachungsechokardiographie durchgeführt, um die RV-Funktion und die Klappenkompetenz zu beurteilen. Nach Abschluss des experimentellen Protokolls für die Modellentwicklung (8 Wochen) wurden die Tiere für die mediane Sternotomie und die Implantation von Sonomikrometriekristallen in die epikardialen und intrakardialen Strukturen zurück in den Operationssaal gebracht. Dieser Eingriff wurde mittels kardiopulmonalem Bypass mit Herzschlag und bibavaler Kontrolle durchgeführt. Es gab keine Probleme bei der Entwöhnung der Tiere vom kardiopulmonalen Bypass oder bei der Erfassung der Sonomikrometriedaten in einer stabilen, stationären hämodynamischen Umgebung, ohne dass Inotropika zur Unterstützung des rechten Herzens erforderlich waren. Wir gehen davon aus, dass wir in naher Zukunft eine Trikuspidalring-Anuloplastik und andere Eingriffe am rechten Herzen mit einem rechten Thorakotomie-Ansatz sowohl in Terminal- als auch in Überlebensexperimenten durchführen werden. Die aktuellen Erfahrungen lassen vermuten, dass es möglich sein wird, die Tiere problemlos vom Herz-Lungen-Bypass zu entwöhnen und langfristig zu überleben. Daher glauben wir, dass das Modell die Durchführung klinisch relevanter kardialer Eingriffe ermöglichen wird. Nachfolgend finden Sie eine Beschreibung der Schritte (perioperativ und operativ), die zur Durchführung des Versuchsprotokolls für Schafe durchgeführt werden.

Protokoll

Das Protokoll wurde vom Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) der Michigan State University genehmigt (Protokoll 2020-035, genehmigt am 27.07.2020). Für diese Studie wurden 20 erwachsene männliche Schafe mit einem Gewicht von 62 ± 7 kg verwendet.

1. Präoperative Schritte

1. Fasten Sie das Tier 12 Stunden vor der Operation (über Nacht).
2. Setzen Sie das Tier in einen Schafstuhl (Abbildung 1) und bereiten Sie die Kanülierung der rechten Halsvene mit einer langen 11-Fr-Einführscheide (Schleusenlänge = 10 cm) vor.
3. Rasieren Sie sich mit einer Haarschneidemaschine entlang der IV-Platzierungsstelle - dem rechten vorderen Teil des Halses, etwa 10-15 cm seitlich von der Mittellinie für die rechte Halsvene.
4. Drehen Sie den Kopf des Tieres nach links, so dass die rechte vordere und seitliche Seite des Halses freigelegt wird. Lokalisieren Sie den Verlauf der Halsvene. Um dies zu erleichtern, drücken Sie die Unterseite des Halses zusammen, um die Vene zu dehnen.
5. Mit einem Peeling auf Chlorhexidin- und Alkoholbasis reinigen und lokal mit 1% Lidocain betäuben.
6. Kanulieren Sie die Halsvene im mittleren bis oberen Drittel des Halses, wie beschrieben.
   1. Schneiden Sie die Haut über der Vene mit einer Klinge mit der Nummer 11 senkrecht zur Vene auf.
   2. Kanülieren mit einem 14-G-Angiokatheter; Wenn es angebracht ist (Blut tritt aus der Nadel aus oder Blut ist fleckig), entfernen Sie die Nadel, verlassen Sie den Katheter, führen Sie den Führungsdraht durch, entfernen Sie den Katheter, setzen Sie die 11-Fr-Hülle ein und befestigen Sie sie.
   3. Stellen Sie die Durchgängigkeit und die richtige Platzierung der Kanüle sicher, indem Sie dunkelrotes Blut entnehmen und eine Kochsalzspülung durchführen, um den Fluss und das Fehlen von Schwellungen an der Einstichstelle zu bestätigen.
7. Beginnen Sie mit der Induktion von Propofol bei 1,0-1,5 mg/kg intravenös (i.v.).
8. Intubieren Sie mit einem Endotrachealtubus (ET) Nr. 9 unter Verwendung eines Laryngoskops mit einer Klinge Nr. 5. Dazu sollte eine Person die Kiefer und die Zunge sichern, während die andere Person die Luftröhre identifiziert, den ET-Tubus einführt und die Verschlussmanschette aufbläst. Bestätigen Sie die korrekte Platzierung anhand der beidseitigen Atemgeräusche und der Kondensation auf dem ET-Schlauch.
9. Verabreichen Sie das Analgetikum Buprenorphin intravenös in einer Dosierung von 0,01 mg/kg und verwenden Sie 240 mg Gentamicin und 1 g Cefazolin zur Antibiotikaprophylaxe.
10. Legen Sie das Tier vom Schafstuhl auf einen Operationstisch und positionieren Sie es auf der rechten Seite.

2. Chirurgische Schritte

1. Beatmung bei 15 ml/kg (12-18 Atemzüge/min), mit einem Sauerstofffluss von 4 l/min und Isofluran von 2,5 %-4,0 %. Bestätigen Sie die richtige Anästhesie, um sicherzustellen, dass sich der Patient auf chirurgischer Ebene befindet (Stadium 3), indem Sie den Kiefertonus und die Augenrotation überprüfen.
2. Befeuchten Sie beide Augen, indem Sie eine ophthalmologische Oination auftragen und eine Magensonde einführen, um die Entleerung von Gas und Nahrung zu gewährleisten. Schließen Sie das Elektrokardiogramm (EKG), das Pulsoximeter (SpO 2), den Kapnographen (ETCO₂) und die Körpertemperaturmessgeräte an. Befestigen Sie die EKG-Gliedmaßenleitungen (I, II, III) über Krokodilklemmen an der Haut, den_SpO2-Sensor an der Wange des Tieres und den ETCO_2-Schlauch am Endotrachealtubus und führen Sie den Temperaturfühler durch das Nasenloch in den Nasen-Rachen-Raum.
3. Bereiten Sie das Operationsfeld vor. Rasieren Sie den linken vorderen Brustkorb, reinigen Sie ihn mit einem Peeling auf Chlorhexidin- und Alkoholbasis und decken Sie ihn mit sterilen Abdecktüchern ab.
4. Machen Sie einen 10 cm langen Haut- und Unterhautschnitt auf Höhe des vierten Zwischenrippenraums.
5. Bestätigen Sie den korrekten Zwischenrippenraum, indem Sie den thorakalen Einlass identifizieren und die Zwischenrippenräume nach unten zählen. Setzen Sie anschließend den Schnitt in der Mitte und entlang des vierten Zwischenrippenraums fort.
6. Teilen Sie die Zwischenrippenmuskeln, öffnen Sie die Brusthöhle und spreizen Sie die Rippen mit einem Mini-Thorakotomie-Retraktor im Finochietto-Stil. Achten Sie bei der Durchführung der Thorakotomie darauf, dass die linke innere Brustarterie (LIMA) am sternalen Rand des Schnittes und die Lunge am oberen Rand nicht verletzt werden.
7. Führen Sie eine epikardiale Echokardiographie durch, um die biventrikuläre Funktion und die Klappenkompetenz zu beurteilen. Das Auftreten von nicht standardmäßigen Ansichten kann auf die Mini-Thorakotomie zurückzuführen sein, die sich auf die Trikuspidalklappe (TV), die rechts- und linksventrikuläre Funktion und den Fluss der Pulmonalarterien konzentriert.
8. Identifizieren Sie die LIMA am sternalen Rand des Schnitts, entfernen Sie das angrenzende Gewebe um sie herum und bereiten Sie sich darauf vor, einen arteriellen Zugang zur Drucküberwachung zu legen.
9. Platzieren Sie zwei 4-0-Seidennähte um die Arterie, mit einer proximalen und einer distal zur Kanülierungsstelle (zur Befestigung des arteriellen Katheters).
10. Verwenden Sie Titanclips mit einem Clip-Applikator, um die LIMA distal an der geplanten Kanülierungsstelle zu befestigen, um Rückflussblutungen während der Kanülierung zu verhindern.
11. Machen Sie einen senkrechten Schnitt, der die Hälfte des Umfangs des Katheters in der LIMA mit einer Klinge mit der Nummer 11 ausmacht.
12. Legen Sie einen 18-G-Angiokatheter ein und befestigen Sie ihn am arteriellen Leitungsmodul. Wenn ein Druck von etwa 120/80 mmHg erreicht ist, befestigen Sie den Katheter mit den beiden zuvor platzierten 4-0-Seidennähten.
13. Führen Sie eine Perikardiotomie durch, beginnend auf Höhe der Sinus der Pulmonalarterien und 4-5 cm seitlich entlang der Hauptpulmonalarterie (MPA), wobei darauf zu achten ist, dass der linke Zwerchfellnerv nicht verletzt wird.
14. Wenden Sie vier bis fünf Retraktionsstiche auf das geöffnete Perikard an, um eine Perikardvertiefung zu schaffen, da dies die Freilegung und Dissektion zwischen dem Truncus pulmonalis und der Aorta erleichtert.
15. Die MPA von der aufsteigenden Aorta (AA) etwa 2-3 cm von ihrem Ursprung entfernt wird mit einer stumpfen rechtwinkligen Pinzette präpariert, beginnend auf Höhe des linken Vorhofohrs und in Richtung AA. Um die MPA vollständig von der AA zu trennen, verwenden Sie Elektrokauter oder eine Schere, um das Bindegewebe zwischen den beiden Strukturen zu entfernen.
16. Führen Sie ein Nabelband mit einer stumpfen rechtwinkligen Klemme um die MPA. Legen Sie eine MPA-Drucklinie fest, indem Sie eine 5-0-Monofilament-Beutelschnurnaht 1 cm distal von den MPA-Sinus platzieren.
17. Legen Sie einen 20-G-Angiokatheter ein und schließen Sie ihn an eine Überwachungsleitung an. Stellen Sie sicher, dass vor dem Einklemmen des Nabelbandes korrekte MPA- und arterielle Leitungswerte erreicht werden. Der arterielle und pulmonale Druck kann variieren, sollte aber mit den Werten des menschlichen Patienten vergleichbar sein.
18. Halten Sie beide Enden des Nabelbandes fest und klemmen Sie sie zusammen, um das Lumen des MPA zu reduzieren.
19. Straffen Sie das Band schrittweise durch die sukzessive Anwendung eines Clip-Appliers, wobei jeder Clip unter dem vorherigen Clip platziert wird, bis der systemische Blutdruck stetig zu sinken beginnt (Abbildung 2). Entfernen Sie an dieser Stelle den zuletzt platzierten Clip, um den systemischen Blutdruck zu stabilisieren.
20. Wenn ein maximales Einklemmen und stabile hämodynamische Bedingungen erreicht sind, befestigen Sie das Nabelband mit einer 5-0-Monofilamentnaht an der Adventitia der MPA, um eine distale Migration zu vermeiden.
21. Führen Sie eine Postbanding-Echokardiographie durch, um die biventrikuläre Funktion und die Herzklappenkompetenz zu beurteilen, wie in Schritt 2.7 beschrieben. Entfernen Sie die MPA-Druckleitung und die arterielle Leitung und sorgen Sie für eine gute Hämostase, indem Sie nach Blutungen aus dem Bereich suchen, in dem das Band und die arteriellen Leitungen platziert wurden.
22. Legen Sie eine Thoraxsonde in den linken Brustkorb, wobei die Eintrittsstelle einen Zwischenrippenraum unterhalb des ersten Schnitts liegt. Verschließen Sie die Rippen mit zwei Vicryl-Nähten der Größe 2 und verschließen Sie die Wunde mit dreilagigen durchgehenden Nähten: Vicryl 2-0 für den Muskel und das Unterhautgewebe und Prolene 3-0 für die Haut.
23. Wenn keine Anzeichen von Blutungen zu sehen sind, entfernen Sie die Thoraxsonde, bevor Sie das Tier vom Beatmungsgerät entwöhnen.
24. Entwöhnen Sie das Tier vom Beatmungsgerät, extubieren Sie, bringen Sie es in einen einzigen Käfig und beobachten Sie es mindestens 1 Stunde lang genau. Lassen Sie den zentralen Infusionsschlauch an Ort und Stelle und befestigen Sie ihn mit einem locker angelegten Verband um den Hals.
    HINWEIS: Die postoperative intravenöse Analgesie wurde mit Buprenorphin (0,05 mg/kg) und Flunixin (1,2 mg/kg) für 3 Tage postoperativ aufrechterhalten.

Ergebnisse

Nach Abschluss des experimentellen Protokolls für die Modellentwicklung (fast 8 Wochen) wurden die Tiere für die mediane Sternotomie und die Implantation von Sonomikrometriekristallen auf die epikardialen und intrakardialen Strukturen zurück in den Operationssaal gebracht. Dieser Eingriff wurde mittels kardiopulmonalem Bypass mit Herzschlag und bibavaler Kontrolle durchgeführt, wie von unserer Gruppe zuvor ausführlich beschrieben⁹. Es gab keine Probleme bei der Entwöhnung der Tiere vom kardi...

Diskussion

In diesem Modell führte ein 8-wöchiges Pulmonalarterienband zu einem stabilen chronischen Schafmodell mit rechtsventrikulärer Dysfunktion und in den meisten Fällen zu einer signifikanten FTR. Zu den Stärken des vorgestellten chronischen PAB-Modells gehört die präzise Nachlastanpassung während des Eingriffs, obwohl ihr Einfluss auf die RV-Reaktionen unterschiedlich sein kann. Das Modell eignet sich zur Beurteilung unterschiedlicher Grade von RV-Versagen oder FTR, wobei der Schweregrad durch den Grad der Pulmonalar...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Anesthesia Machine Drager Narkomed MRI-2	Drager	4116091-001
angiocatheter	BD	BD382268	14GAx8.25cm
BD ChloraPrep Scrub Teal 26 ml applicator with a sterile solution
Blade #11	Bard-Parker	371111
Buprenorphine	HIKMA
cefazolin 1.0g	Hikma	0143-9924-90
Diprivan 200mg/20ml	63323-0269-29	FRESENIUS KABI
Electrosurgical generator Valleylab Force FX	Valleylab	CF5L44233A
Gentamicin Sulfate 40 mg / mL	Fresenius	406365
i-Stat Blood analyzer MN 300	Abbott
Lidocaine HCl 1%	Pfizer	243243
Open ligating clip appliers Horizon Medium	Teleflex	237061
PERMAHAND Silk Suture	PERMA HAND	SA 63H
Pinnacle Introducer sheath	Terrumo	RSS102	sheath length 10cm
Prolene 3-0	ETHICON	8684H
Titanium Clips Medium	Teleflex	2200
Umbilical tape	Ethicon	EFA 1165
VICRYL 2 coated undyed 1X54" TP-1	ETHICON	J 880T
Vicryl 2-0	ETHICON	J269H