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Method Article
* Ces auteurs ont contribué à parts égales
La présente étude démontre un modèle animal hautement reproductible d’ischémie myocardique régionale aiguë et de lésion de reperfusion chez le lapin en utilisant une mini-thoracotomie gauche pour les cas de survie ou une sternotomie médiane pour les cas de non-survie.
Le protocole fournit ici une méthodologie simple et hautement reproductible pour induire in situ une ischémie myocardique régionale aiguë chez le lapin pour des expériences de non-survie et de survie. Le lapin adulte blanc de Nouvelle-Zélande est mis sous sédation avec de l’atropine, de l’acépromazine, du butorphanol et de l’isoflurane. L’animal est intubé et placé sous ventilation mécanique. Un cathéter intraveineux est inséré dans la veine marginale de l’oreille pour la perfusion de médicaments. L’animal est prémédiqué avec de l’héparine, de la lidocaïne et de la solution de Ringer lactée. Une réduction de la carotide est effectuée pour obtenir un accès à la ligne artérielle pour la surveillance de la pression artérielle. Certains paramètres physiologiques et mécaniques sont surveillés et enregistrés par une analyse continue en temps réel.
Une fois l’animal sous sédation et complètement anesthésié, on effectue soit une quatrième thoracotomie de l’espace intercostal gauche (survie), soit une sternotomie médiane (non-survie). Le péricarde est ouvert et l’artère descendante antérieure gauche (LAD) est située.
Une suture en polypropylène est passée autour de la deuxième ou de la troisième branche diagonale de l’artère LAD, et le filament de polypropylène est enfilé à travers un petit tube en vinyle, formant un piège. L’animal est soumis à 30 min d’ischémie régionale, obtenue en occlusant le LAD en resserrant le collet. L’ischémie myocardique est confirmée visuellement par une cyanose régionale de l’épicarde. Après une ischémie régionale, la ligature est relâchée et le cœur est autorisé à se reperfuser.
Pour les expériences de survie et de non-survie, la fonction myocardique peut être évaluée par une mesure échocardiographie (ECHO) du raccourcissement fractionnaire. Pour les études de non-survie, les données de sonométrie recueillies à l’aide de trois sondes ultrasoniques piézoélectriques numériques implantées dans la zone ischémique et la pression développée du ventricule gauche (LVDP) à l’aide d’un cathéter du ventricule gauche (VG) inséré apicalement peuvent être acquises en continu pour évaluer la fonction myocardique régionale et globale, respectivement.
Pour les études de survie, l’incision est fermée, une thoracentèse à l’aiguille gauche est effectuée pour l’évacuation de l’air pleural et le contrôle de la douleur postopératoire est réalisé.
Les maladies cardiovasculaires sont la première cause de décès dans le monde et contribuent à plus de 18 millions de décès chaque année 1,2,3. L’infarctus aigu du myocarde (IM) est une urgence médicale courante qui se développe lorsqu’un caillot sanguin ou un morceau de plaque d’athérome bloque la circulation sanguine d’une artère coronaire. Cela provoque une ischémie myocardique régionale dans le territoire perfusé par l’artère.
La présente étude décrit un protocole qui utilise une méthodologie simple et fiable pour créer une ischémie myocardique régionale aiguë in situ dans un modèle de lapin pour des expériences de non-survie et de survie. L’objectif initial de cette méthode était d’évaluer les effets de la transplantation mitochondriale sur la modulation de la nécrose myocardique et l’augmentation de la fonction cardiaque post-ischémique à la suite d’un événement ischémique. Des recherches antérieures ont démontré l’apparition d’altérations mitochondriales et d’une baisse rapide des niveaux de phosphate à haute énergie après l’apparition de l’ischémie et une réduction de l’apport en oxygène, entraînant une diminution drastique des réserves d’énergie cardiaque4. Les chercheurs ont tenté d’améliorer la fonction post-ischémique et de réduire la nécrose du tissu myocardique à l’aide d’interventions pharmacologiques et/ou de techniques procédurales, mais ces techniques offrent une cardioprotection limitée et ont un impact minimal sur les lésions et le dysfonctionnement mitochondrial 5,6,7. Notre équipe et d’autres ont déjà montré que les lésions mitochondriales se produisent principalement pendant l’ischémie et que la récupération contractile peut être améliorée et que la taille de l’infarctus du myocarde diminue avec la préservation de la fonction respiratoire mitochondriale pendant la reperfusion 8,9,10. Ainsi, nous avons émis l’hypothèse que la transplantation mitochondriale de tissus non affectés par l’ischémie dans la zone d’ischémie avant la reperfusion fournirait une approche alternative pour réduire la nécrose myocardique et améliorer la fonction myocardique. Nous détaillons ici le protocole utilisé pour tester cette théorie et les résultats représentatifs obtenus à partir de l’analyse initiale de notre étude.
De plus, plusieurs chercheurs se sont penchés sur d’autres sujets essentiels à la définition de l’impact de l’ischémie-reperfusion myocardique et à la mise en place d’interventions thérapeutiques appropriées. L’un de ces domaines de recherche est celui du préconditionnement. Le préconditionnement ischémique myocardique est un mécanisme cardioprotecteur activé par un bref stress ischémique qui entraîne une réduction du taux de nécrose des cellules cardiaques lors d’épisodes ultérieurs d’ischémie prolongée. Ces mécanismes peuvent être activés par hypoxie ou occlusion coronaire. Mandel et al. ont démontré que le préconditionnement hypoxique-hyperoxique aidait à maintenir l’équilibre des métabolites de l’oxyde nitrique, à réduire l’hyperproduction d’endothéline-1 et à soutenir la protection des organes11. De plus, le concept de préconditionnement ischémique à distance, un phénomène par lequel le préconditionnement d’un seul organe fournit une protection systémique, a été exploré. Ali et al. ont constaté que, chez les patients subissant une réparation élective de l’anévrisme de l’aorte abdominale ouverte, le préconditionnement à distance, effectué par clampage croisé intermittent de l’artère iliaque commune pour servir de stimulus, réduisait l’incidence des lésions myocardiques postopératoires, de l’infarctus du myocarde et de l’insuffisance rénale12.
Les modèles de lapin offrent des avantages potentiels par rapport aux modèles avec d’autres espèces et ont été utilisés dans de multiples scénarios différents depuis des décennies, y compris l’induction d’arythmies, les modèles ischémiques mondiaux et régionaux et la recherche sur la contraction cardiaque, entre autres13,14,15. Bien que le cœur de lapin soit plus petit que celui d’un chien ou d’un porc, il est suffisamment grand pour effectuer facilement des interventions chirurgicales à un coût beaucoup plus faible13. Le cœur de lapin est souvent utilisé car il est étroitement parallèle au cœur humain ; En effet, il a un taux métabolique similaire, exprime la chaîne lourde β-myosine, et n’a pas de xanthine oxydase16 myocardique significative. La technique décrite ici pour induire une ischémie myocardique régionale est simple, reproductible et rentable. Cette méthode permet à la fois des cas de non-survie et de survie, car seule l’ischémie régionale est induite plutôt que l’ischémie globale, et le matériel nécessaire n’est pas spécialisé. Deux approches chirurgicales différentes (c’est-à-dire la sternotomie et la mini-thoracotomie) peuvent être utilisées, offrant ainsi à l’opérateur et aux protocoles expérimentaux une plus grande liberté en termes de conception de l’étude. De plus, la procédure ne nécessite pas l’utilisation d’un pontage cardiopulmonaire. Dans ce contexte, les approches mini-invasives du pontage aortocoronarien sont devenues des alternatives précieuses pour les patients ayant besoin d’une revascularisation multivasculaire17,18. Ce modèle pourrait être utilisé pour étudier les différences entre ces approches et fournir un outil d’apprentissage basé sur l’animal pour les stagiaires en chirurgie. De plus, la réalisation d’un cathétérisme cardiaque à l’aide de ce modèle peut être utile pour la recherche physiologique et/ou la formation chirurgicale.
Notre modèle fournit une méthodologie pour les applications dans lesquelles l’induction d’une ischémie myocardique régionale et la mesure ultérieure de la taille de l’infarctus, de la fonction myocardique et des changements cellulaires sont importantes. Avec ce protocole, nous avons pu évaluer plusieurs marqueurs de la fonction cellulaire et de l’adaptation à l’ischémie et à l’intervention thérapeutique proposée (i.e., transplantation mitochondriale) en examinant l’internalisation des organites, la consommation d’oxygène, la synthèse de phosphate à haute énergie et l’induction de médiateurs cytokiniques et de voies protéomiques. Ces résultats sont importants pour préserver l’énergétique du myocarde, la viabilité cellulaire et la fonction cardiaque et permettent l’évaluation objective des techniques cardioprotectrices à la suite d’une lésion d’ischémie-reperfusion. Ce modèle pourrait être utilisé pour étudier des voies biologiques similaires et des alternatives dans le domaine de la pathologie myocardique post-ischémique et du rétablissement.
L’objectif de ce protocole est de fournir une méthodologie hautement reproductible pour induire in situ une ischémie myocardique régionale aiguë chez le lapin pour des expériences de non-survie et de survie. Ce modèle fournit une méthodologie avec un taux de survie élevé, une faible mortalité peropératoire et une morbidité minimale19. D’autres modèles d’ischémie myocardique régionale aiguë ont été décrits à l’aide de matériaux radiomarqués, d’agents de contraste, d’imagerie par résonance magnétique ou de simulations informatiques20,21,22. Notre protocole fournit une méthodologie fiable et simple, rentable, reproductible de manière cohérente et à faible exigence technique et, par conséquent, peut être réalisée par des investigateurs sans expertise chirurgicale. Ce protocole s’adapte soit à un projet de survie utilisant une mini-thoracotomie gauche, soit à un modèle de non-survie utilisant une sternotomie médiane.
Cette enquête a été menée conformément aux lignes directrices des National Institutes of Health sur les soins et l’utilisation des animaux et a été approuvée par le comité de protection et d’utilisation des animaux de l’hôpital pour enfants de Boston (protocole 20-08-4247R). Tous les animaux ont reçu des soins sans cruauté conformément au Guide sur le soin et l’utilisation des animaux de laboratoire.
1. Espèces animales, agents anesthésiques et analgésiques
2. Étapes de la procédure (figure 1)
Suivant le protocole (Figure 1), l’ischémie myocardique a été confirmée immédiatement par la visualisation directe de la cyanose de l’épicarde.
Des ECG standard (trois dérivations de membres : I, II et III, et trois dérivations augmentées par ordinateur : aVL, aVR et aVF) ont été enregistrées en continu avant l’ischémie, pendant l’ischémie et à la reperfusion (Figure 2). Les ECG mettent en évidence une tachycar...
Notre protocole démontre une méthodologie fiable pour réaliser une ischémie myocardique régionale aiguë chez le lapin. L’approche de la mini-thoracotomie gauche est idéale pour les cas de survie, pour lesquels l’incision et la douleur associée doivent être minimisées. Il est important de noter que le traitement diurétique n’était pas nécessaire avant l’extubation et qu’il n’y avait pas de mortalité peropératoire dans le groupe non survie ou à 4 semaines postopératoire dans le groupe survie. L...
Aucun conflit d’intérêts, financier ou autre, n’est déclaré par les auteurs.
L’étude originale dans laquelle ce protocole a été utilisé a été financée par les subventions HL-103642 et HL-088206 de l’Institut national du cœur, des poumons et du sang
Name | Company | Catalog Number | Comments |
#10 blade | Bard Parker | 371210 | |
#11 blade | Fisher Scientific | B3L | |
22 G PIV needle | BD Insyte | 381423 | |
Acepromazine | VETONE | NDC 13985-587-50 | 0.5 mg/kg IM and IV |
Aline pressure bag | Infu-Stat | 2139 | |
Angiocath | Becton Dickinson | 382512 | |
Arterial Catheter | Teleflex | MC-004912 | |
Atropine | Hikma Pharmaceuticals | NDC 0641-6006-01 | 0.01 mg/kg IM |
Betadine and 70% isopropyl alcohol | McKesson | NDC 68599-2302-6 | |
Blood gas machine | Siemens | MRK0025 | |
Bovie | Valleylab | E6008 | |
Bulldog clamps | World Precision Instruments | 14119 | |
Bupivacaine | Auromedics | NDC 55150-249-50 | 3 mg/kg IM |
Butorphanol | Roxane | NDC 2054-3090-36 | 0.5 mg/kg IM |
Clear acetate sheet | Oxford Instruments | ID 51-1625-0213 | |
Clipers | Andis | AGC2 | |
DeBakey forceps | Integra | P6280 | |
Echocardiography machine | Philips | IE33 F1 | |
Electrocardiography machine | Meditech | MD908B | |
Endotracheal tube | Medline | #922774 | |
Fentanyl | West-Ward | NDC 0641-6030-01 | 1–4 µg/kg transdermal patch |
Formaldehyde solution 10% | Epredia | 94001 | |
Glass plates | United Scientific | B01MUHX6MR | |
Heparin Sodium | Sagent | NDC 69-0058-02 | 1000U in 1 mL 3 mg/kg |
Hot water blanket | 3M | 55577 | |
Isoflurane | Penn Veterinary Supply, INC | NDC 50989-606-15 | 1%–3% |
Ketamine | Dechra | NDC 42023-138-10 | 10 mg/kg IV |
Lab Chart 7 Acquisition Software | Adinstruments | ||
Lactated Ringer's solution | ICUmedical | NDC 0990-7953-09 | 10 mL/kg/h |
Laryngoscope | Welch Allyn | 68044 | |
Left ventricule lumen catheter 3Fr | McKesson | 385764-EA | |
Lidocaine (1%) | Pfizer | 4276-01 | 1–1.5 mL/kg IV |
LVDP transducer | Edward | PDP-ED | |
Marking pen | Viscot | 1451SR-100 Unsterile | |
Mayo scissors | Mayo | S7-1098 | |
Medetomidine | Entireoly Pets Pharmacy | NDC 015914-005-01 | 0.25 mg/kg IM |
Metzenbaum scissors | Cole-Parmer | UX-10821-05 | |
Monastra. Blue pigment 98% | Chemsavers | MBTR1100G | |
Monocryl 5-0 | Ethicon | Y463G | |
Mosquito clamp | Shioda | 802N | |
PDS 3-0 | Ethicon | 42312201 | |
Piezoelectric sonomicrometry crystals | Sonometrics | Small 2mm round | |
Plegets | DeRoyal | 32-363 | |
Povuine Iodine Prep Solutions | Medline | MDS093940 | |
Precision vaporized system face mask | Yuwell | B07PNH69BF | |
Prolene 3-0 | Ethicon | 8665G | |
Proline 5-0 | Ethicon | 8661G | |
Pulse oximetry probe | Masimo | 9216-U | |
Rib spreader | Medline | MDS5621025 | |
S12 Pediatric Sector Probe | Phillips | 21380A | |
Sonomicrometer | Sonometrics | BZ10123724 | |
Sterile gauze | Medline | 3.00802E+13 | |
Sterile towels | McKesson | MON 277860EA | |
Sternal retractor | Medline | MDS5610321 | |
Sutures for closure | J&J Dental | 8698G | |
Telemetriy monitor | Meditech | MD908B | |
Temperature probe | Omega | KHSS-116G-RSC-12 | |
Triphenyl tetrazolium chloride (1%) | Millipore | MFCD00011963 | |
Ventilator | MedGroup | MSLGA 11 | |
Vicryl 2-0 | Ethicon | V635H | |
Vinyl tubing | ABE | DISW 3001 |
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