מבחן פעילות גופנית להערכת היעילות התפקודית של מערכת הלב וכלי הדם של החזיר

Summary

הפרוטוקול הנוכחי מתאר מודל ניסוי גדול של פעילות גופנית בבעלי חיים כדי להעריך את היכולת התפקודית של מערכת הלב וכלי הדם להערכת היעילות של טיפולים חדשים בסביבה הפרה-קלינית. זה דומה למבחן תרגיל קליני.

Abstract

למרות ההתקדמות בטיפולים, מחלות לב וכלי דם הן עדיין אחד הגורמים הגדולים ביותר לתמותה ותחלואה בעולם. אנגיוגנזה טיפולית מבוססת ריפוי גנטי היא גישה מבטיחה לטיפול בחולים עם תסמינים משמעותיים, למרות טיפול תרופתי אופטימלי ופרוצדורות פולשניות. עם זאת, טכניקות מבטיחות רבות לטיפול גנטי קרדיווסקולרי לא הצליחו להשיג את הציפיות בניסויים קליניים. הסבר אחד הוא חוסר התאמה בין נקודות קצה פרה-קליניות וקליניות המשמשות למדידת יעילות. במודלים של בעלי חיים, הדגש היה בדרך כלל על נקודות קצה קלות לכימות, כגון מספר ושטח כלי הדם הנימים המחושבים מקטעים היסטולוגיים. מלבד תמותה ותחלואה, נקודות הקצה בניסויים קליניים הן סובייקטיביות, כגון סבילות לפעילות גופנית ואיכות חיים. עם זאת, נקודות הקצה הפרה-קליניות והקליניות מודדות ככל הנראה היבטים שונים של הטיפול היישומי. עם זאת, שני סוגי נקודות הקצה נדרשים לפיתוח גישות טיפוליות מוצלחות. במרפאות, המטרה העיקרית היא תמיד להקל על הסימפטומים של החולים ולשפר את הפרוגנוזה ואיכות החיים שלהם. כדי להשיג נתוני ניבוי טובים יותר ממחקרים פרה-קליניים, יש להתאים טוב יותר את מדידות נקודות הקצה לאלה שבמחקרים קליניים. כאן, אנו מציגים פרוטוקול לבדיקת אימון הליכון רלוונטית מבחינה קלינית בחזירים. מחקר זה נועד: (1) לספק בדיקת פעילות גופנית אמינה בחזירים שניתן להשתמש בה כדי להעריך את הבטיחות והיעילות התפקודית של ריפוי גנטי וטיפולים חדשניים אחרים, ו-(2) להתאים טוב יותר את נקודות הקצה בין מחקרים פרה-קליניים וקליניים.

Introduction

מחלות לב וכלי דם כרוניות הן גורמים משמעותיים לתמותה ותחלואה ברחבי העולם ^1,2. למרות שהטיפולים הנוכחיים יעילים עבור רוב החולים, רבים עדיין אינם יכולים להפיק תועלת מהטיפולים הנוכחיים בגלל, למשל, מחלות כרוניות מפושטות או תחלואה נלווית. בנוסף, בחלק מהחולים, הסימפטומים הלבביים אינם משוחררים על ידי הטיפולים הזמינים, ומחלת הלב וכלי הדם שלהם מתקדמת למרות הטיפול הרפואי האופטימלי³. לכן, יש צורך ברור לפתח אפשרויות טיפול חדשניות למחלות לב וכלי דם קשות.

במהלך השנים האחרונות התגלו מסלולים מולקולריים חדשים ודרכים לתמרן מטרות אלה, מה שהופך ריפוי גנטי, תרפיה תאית וטיפולים חדשניים אחרים לאופציה מציאותית לטיפול במחלות לב וכלי דם חמורות⁴. עם זאת, לאחר תוצאות פרה-קליניות מבטיחות, יישומים קרדיווסקולריים רבים לא הצליחו לעמוד בציפיות בניסויים קליניים. למרות היעילות הירודה בניסויים קליניים, מספר ניסויים ביססו פרופילי בטיחות טובים של טיפולים חדשניים 5,6,7,8,9. לפיכך, הבאת טיפולים קרדיווסקולריים חדשים לחולים תדרוש גישות משופרות ומודלים פרה-קליניים טובים יותר, הגדרות מחקר ונקודות קצה במחקרים פרה-קליניים שיכולים לחזות יעילות קלינית.

במודלים של בעלי חיים, הדגש היה בדרך כלל על נקודות קצה קלות לכימות, כגון מספר ושטח כלי הדם הנימיים המחושבים מקטעים היסטולוגיים או פרמטרים מהדמיית החדר השמאלי במנוחה ותחת לחץ פרמקולוגי. בניסויים קליניים, נקודות קצה רבות היו סובייקטיביות יותר, כגון סבילות לפעילות גופנית או הקלה בסימפטומים⁴. לפיכך, סביר להניח כי נקודות הקצה במחקרים פרה-קליניים ובניסויים קליניים מודדות היבטים שונים של הטיפול היישומי. לדוגמה, עלייה בכמות כלי הדם לא תמיד מתואמת עם זילוח טוב יותר, תפקוד הלב או סבילות לפעילות גופנית. עם זאת, שני סוגי נקודות הקצה נדרשים כדי לפתח גישות טיפוליות מוצלחות¹⁰. ובכל זאת, המטרה העיקרית היא תמיד להקל על הסימפטומים ולשפר את הפרוגנוזה ואיכות החיים של המטופל. כדי להשיג זאת, יש להתאים טוב יותר את מדידות נקודות הקצה בין מחקרים פרה-קליניים וקליניים⁴.

כושר לב-ריאה משקף את היכולת של מערכות הדם והנשימה לספק חמצן במהלך פעילות גופנית ממושכת, ובכך הוא מכמת את היכולת התפקודית של הפרט. יכולת תפקודית היא סמן פרוגנוסטי מרכזי מכיוון שהיא מנבא עצמאי חזק לסיכון לתמותה קרדיווסקולרית ותמותה מכל הסיבות¹¹. שיפורים בכושר הלב-ריאה קשורים לסיכון מופחת לתמותה¹². בדיקות פעילות גופנית מתאימות להערכת ביצועים אירוביים ותגובות טיפול במחלות לב וכלי דם. בהתאם לזמינות, הבדיקות מבוצעות על ארגומטר אופניים או הליכון. בדרך כלל משתמשים בעלייה הדרגתית בעומס העבודה לדקה, ונמנעים עליות פתאומיות; זה מוביל לתגובה פיזיולוגית ליניארית. המשתנים החשובים ביותר במבחני האימון כוללים את זמן האימון הכולל, מקבילות מטבוליות (METs) שהושגו, קצב הלב ושינויים בקו אלקטרוקרדיוגרמה (ECG) בין קומפלקס QRS (גלי Q, R ו- S) וגל T (קטע ST). למבחני מאמץ קליניים יש עלויות נמוכות והם נגישים בקלות¹³. מסיבות אלה, בדיקות מתח, כגון מבחן הליכה של 6 דקות, היו בשימוש נרחב במרפאות ויש להשתמש בהם גם בהערכה פרה-קלינית של טיפולים חדשים.

למיטב ידיעתנו, אין מודלים מתוארים היטב של בעלי חיים גדולים להערכת היעילות התפקודית של ריפוי גנטי או טיפולים חדשניים אחרים. לכן, מבחן התרגיל הרלוונטי מבחינה קלינית מספק פרספקטיבה מצוינת להערכת היעילות של טיפולים חדשים אלה בסביבה הפרה-קלינית.

Protocol

כל הניסויים מאושרים על ידי המועצה לניסויים בבעלי חיים של אוניברסיטת מזרח פינלנד. פרוטוקול זה מתאר בדיקת אימון הליכון רלוונטית מבחינה קלינית עבור חזירים כדי להעריך את הבטיחות והיעילות של טיפולים חדשניים למחלות לב. נקבות חזירי בית במשקל 25-80 ק"ג שימשו במחקר הנוכחי. בעלי החיים התקבלו ממקור מסחרי (ראו טבלת חומרים).

1. הגדרת מסלול הריצה

1. הגדירו את מסלול הריצה כך שבעלי חיים יוכלו לנוע בכיוון אחד בלבד. השתמש בשערים ובפתחים כדי למנוע מבעלי החיים לנוע לאחור. תוכנית הרצפה של מסלול הריצה מוצגת באיור 1, ודוגמה למסלול ריצה נמצאת באיור 2.
2. ודאו שלהליכון (ראו טבלת חומרים) יש מספיק מקום כדי לאפשר שינויים בשיפוע.
3. ודאו שלהליכון יש רוחב מתכוונן כדי למנוע מבעל החיים להסתובב במהלך הריצה.
4. השתמשו בפלסטיק שקוף כדי ליצור את הקיר הקדמי של ההליכון. זה מונע מהחיה לברוח מההליכון, אבל עדיין מאפשר לחיה לראות דרך הקיר.
   הערה: חיוני שבעלי החיים יוכלו לראות דרך הקיר הקדמי, מכיוון שהניסיון שלנו מצביע על כך שלחזירים יש יותר מוטיבציה לרוץ אם הם רואים את חבריהם החזירים בצד השני של הקיר.
5. הניחו צג אק"ג ודפיברילטור (ראו טבלת חומרים) ליד ההליכון.
   הערה: הפרעות קצב קטלניות עלולות להתרחש במהלך מבחן המאמץ, במיוחד אם לחזיר יש איסכמיה שריר הלב^14,15,16.
6. ודאו שמסלול הריצה כולל נקודת מים שבה בעלי החיים יכולים לשתות ולהתקרר לאחר הריצה.

2. תקופת ההסתגלות של החזירים לפני הבדיקה

1. שכן את החיות במשך שבועיים לפני תחילת הניסויים.
2. במהלך השבוע הראשון של ההתאקלמות, יש לוודא שבעלי החיים מתרגלים למפעיליהם ולסביבת המגורים החדשה, למעט מסלול הריצה.
3. במהלך השבוע השני של תקופת ההתאקלמות, יש לוודא שבעלי החיים מתרגלים למסלול הריצה.
4. התחילו להתרגל כדי שהחיות יכירו את מסלול הריצה. ראשית, השאירו את כל השערים פתוחים, כך שבעלי החיים יוכלו ללכת בחופשיות על המסלול ולחקור את הסביבה.
5. כאשר בעלי החיים מכירים טוב יותר את המסלול, הפעילו את ההליכון ותנו לבעל החיים לרוץ לפרקי זמן קצרים בכל פעם, כגון 7 דקות. יש להאריך את אורך זמני הריצה מדי יום.
   הערה: זכרו לתגמל את בעלי החיים במהלך תקופת ההתאקלמות. לדוגמה, החזירים תוגמלו בפופקורן ללא מלח במחקר הנוכחי.

3. מבחן התרגיל

הערה: חזירים צריכים להיות בצום לפחות 2 שעות לפני מבחן התרגיל או לתת רק מנה זעירה של מזון לפני הריצה.

1. הפעילו את ההליכון והגדירו את השיפוע ל-5%-10%.
2. ברגע שהחיה נמצאת על ההליכון, הפעל את ההליכון במהירות התחלה של 2 קמ"ש.
3. הגדל את המהירות ב -0.5 קמ"ש כל 60 שניות עד שמגיעים ל -5 קמ"ש. זמן הריצה הכולל הוא 15 דקות.
4. במקרה שבעל החיים אינו יכול לרוץ כל הזמן במהירות המרבית, בצע את השלבים הבאים.
   1. אם החזיר אינו רץ מהר כמו מהירות נבחרת, לדחוף אותו בעדינות מאחור, כמו זה עשוי לתת לחיה את התחושה שהיא צריכה לרוץ מהר יותר מבלי להאט.
   2. נסה לדחוף בעדינות את החיה מקסימום שלוש פעמים; לאחר מכן, האט את המהירות ב -0.5 קמ"ש בכל פעם עד שהחזיר יכול להתמודד עם המהירות. אין להאט אל מתחת ל-2 קמ"ש.
   3. אם בעל החיים מסרב לרוץ אפילו במהירות איטית, כבו את ההליכון ועצרו את הבדיקה.

4. ניטור אק"ג במהלך בדיקת התרגיל

1. מקמו אלקטרודות אק"ג (ראו טבלת חומרים) במקומות אנטומיים בעלי תנועה מינימלית במהלך הריצה, כגון עצם השכמה או החזה.
   הערה: השתמש באלקטרודות אק"ג המיועדות לבדיקות פעילות גופנית כדי להשיג הידבקות טובה יותר לעור. זכרו לגלח את השיער מהאזור שבו יוצבו אלקטרודות האק"ג.
2. רשום את שינויי הדופק במהלך הריצה.
   הערה: הניסיון שלנו מצביע על כך שניתוחי מקטעי ST הם לעתים קרובות מסובכים בגלל תנועה וממצאים אחרים. ניטור קצב יכול להיעשות גם באמצעות מקליט לולאה מושתל או קוצב לב.

5. איסוף נתונים

1. תעד את מרחק הריצה, הזמן הכולל והמהירות בכל פעם שהמהירות משתנה.
   הערה: הליכונים מודרניים עשויים לאסוף נתונים רבים אחרים, ולכן חיוני להכיר את מדריך ההליכון כדי לנצל את מלוא הפוטנציאל של הציוד.
2. שימו לב לשינויים אפשריים בהתנהגות בעלי החיים, כגון צליעה.
   הערה: במידת הצורך, פנה לווטרינר וודא כי בעל החיים מקבל משככי כאבים הדרושים. הסר את החיה מתרגילים עתידיים עד שהיא מתאוששת לחלוטין.

6. טיפול פוסט-פרוצדורלי

1. ודא שלבעל החיים יש גישה לנקודת המים.
2. לתגמל את החיה, למשל, עם פינוקים או צעצועים.
3. עקוב אחר בעל החיים במשך 30 דקות לאחר הריצה עבור תופעות לוואי אפשריות.

תוצאות

צריך ניסיון בעבודה עם בעלי חיים גדולים כדי להצליח עם פרוטוקול זה. חוקרים צריכים להיות מסוגלים להעריך אם בעל חיים מפסיק לרוץ בגלל עייפות או חוסר מוטיבציה. רישום המהירות והמרחק עשוי לעזור להעריך זאת, מאחר שבדרך כלל, חיות חסרות מוטיבציה מפסיקות לרוץ לחלוטין, בעוד שחיות עייפות ממשיכות לרוץ אח?...

Discussion

ניסוי גדול זה בהתעמלות בבעלי חיים מחקה את הבדיקה המשמשת במרפאות, ומצמצם את הפער בנקודות הקצה בין המחקרים הפרה-קליניים לבין הניסויים הקליניים. זה יכול להיות מיושם כדי להעריך את היעילות של טיפולים חדשים עבור מחלות לב וכלי דם חמורות, כגון טרשת עורקים obliterans, אי ספיקת לב, ומחלות לב איסכמי. נקודו...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Defibrillator	Zoll M series	TO9K116790	All portable defribrillators will work
Defibrillator pads	Philips	M3713A	All pads work, as long as the pads are compatible with the defibrillator
ECG electrodes	Several providers		Prefer ECG electrodes designed for exercise tests
Loop recorder	Abbott Oy	DM3500	Optional for rhythm monitoring
Patient monitor	Schiller Argus LCM Plus	7,80,05,935	All portable ecg monitors will work
Pigs	Emolandia Oy
Treadmill	NordicTrack		All treadmills with adjustable incline and speed are suitable for the exercise test.  The treadmill should be as long and wide as possible.
Ultrasound system	Philips EPIQ 7 ultrasound
Various building materials	Several providers		For building fences, ramps and gates according to the Figure 1 and Figure 2
Various treats for the animals