Ecocardiografia transtoracica per valutare la disfunzione ventricolare sinistra post-rianimazione dopo infarto miocardico acuto e arresto cardiaco nei suini

Riepilogo

L'ecocardiografia transtoracica è il test diagnostico di prima linea per la disfunzione ventricolare sinistra post-rianimazione e i cambiamenti strutturali in un modello suino di arresto cardiaco.

Abstract

Una delle principali cause di arresto cardiaco extraospedaliero è l'infarto miocardico acuto (AMI). Dopo il successo della rianimazione da arresto cardiaco, circa il 70% dei pazienti muore prima della dimissione ospedaliera a causa della disfunzione miocardica e cerebrale post-rianimazione. Nei modelli sperimentali, la disfunzione miocardica dopo arresto cardiaco, caratterizzata da una compromissione sia della funzione sistolica del ventricolo sinistro (LV) che della funzione diastolica, è stata descritta come reversibile, ma sono disponibili pochissimi dati nei modelli di arresto cardiaco associati all'IMA nei suini. L'ecocardiografia transtoracica è il test diagnostico di prima linea per la valutazione della disfunzione miocardica, dei cambiamenti strutturali e/o dell'estensione dell'AMI. In questo modello suino di arresto cardiaco ischemico, l'ecocardiografia è stata eseguita al basale e 2-4 e 96 ore dopo la rianimazione. Nella fase acuta, gli esami vengono effettuati su suini anestetizzati e ventilati meccanicamente (peso 39,8 ± 0,6 kg) e l'ECG viene registrato continuamente. Vengono acquisite registrazioni mono- e bidimensionali, Doppler e Doppler tissutali. Vengono misurati il diametro dell'atrio aortico e sinistro, gli spessori della parete ventricolare sinistra end-sistolica e end-diastolica, i diametri end-diastolici e end-sistolici e la frazione di accorciamento (SF). Vengono acquisite viste apicali a 2, 3, 4 e 5 camere, vengono calcolati i volumi BT e la frazione di eiezione. L'analisi del movimento della parete segmentale viene eseguita per rilevare la localizzazione e stimare l'entità dell'infarto miocardico. L'ecocardiografia Doppler ad onda pulsata viene utilizzata per registrare le velocità del flusso trans-mitralico da una vista a 4 camere apicali e il flusso trans-aortico da una vista a 5 camere per calcolare la gittata cardiaca LV (CO) e il volume di ictus (SV). Viene registrato il Tissue Doppler Imaging (TDI) dell'anulu mitralico laterale e settale sinistro (velocità TDI settale e laterale s', e', a'). Tutte le registrazioni e le misurazioni sono fatte secondo le raccomandazioni delle linee guida americane ed europee delle società di ecocardiografia.

Introduzione

L'arresto cardiaco si verifica frequentemente pochi minuti dopo l'insorgenza del tipico dolore toracico e in alcuni casi è la prima manifestazione della malattia coronarica¹. Infatti, il 48% dei sopravvissuti ad arresto cardiaco extraospedaliero presenta occlusione di un'arteria coronaria all'angiografia². Inoltre, per i pazienti che ritornano alla circolazione spontanea (ROSC) dopo l'arresto cardiaco, la disfunzione cardiaca è uno dei determinanti più importanti della morbilità e della mortalità³.

L'ecocardiografia transtoracica (TTE) è uno strumento diagnostico e prognostico non invasivo utilizzato nei pazienti per valutare la disfunzione miocardica post-rianimazione, i cambiamenti strutturali e/o l'estensione dell'AMI dopo ROSC e nei giorni successivi. Nei modelli sperimentali di arresto cardiaco ischemico e non ischemico nei suini, la TTE viene frequentemente utilizzata per valutare in modo seriale non invasivo la funzione sistolica cardiaca, l'emodinamica e la risposta alla terapia. Nel 2008, sono stati descritti cambiamenti nella disfunzione diastolica in termini di aumento della velocità mitralica E e del Doppler tissutale (TDI) e del rapporto di velocità e' (E / e') e diminuzione della velocità mitralica E e del rapporto di velocità A (E / A) poco dopo la rianimazione in un modello di suino non ischemico di arresto cardiaco⁴.

Il presente studio descrive i diversi passaggi metodologici seguiti per valutare la struttura ventricolare sinistra (LV) e la funzione sistolica e diastolica del ventricolo sinistro (LV) mediante TTE in diversi punti temporali in un modello ischemico di arresto cardiaco di suino.

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Protocollo

Tutte le procedure che coinvolgono gli animali e la loro cura sono conformi alle leggi e alle politiche nazionali e internazionali. L'approvazione dello studio è stata ottenuta dal comitato di revisione istituzionale dell'Università degli Studi di Milano e dall'istituzione governativa (approvazione Ministero della Salute n. 84/2014-PR). I dati che supportano i risultati di questo studio sono disponibili presso l'autore corrispondente su richiesta ragionevole. Il modello sperimentale e i diagrammi del protocollo ecocardiografico sono dettagliati in Figura 1 e Figura 2.

1. Preparazione degli animali

1. Suini domestici maschi veloci (peso 39,8 ± 0,6 kg) per 8 ore durante la notte prima dell'esperimento. Fornire libero accesso all'acqua.

2. Induzione dell'anestesia e mantenimento, profilassi antibiotica

1. Indurre l'anestesia generale mediante iniezione intramuscolare di ketamina (20 mg/kg) seguita da propofol per via endovenosa (iv) (2 mg/kg). Verificare la profondità sufficiente dell'anestesia mediante perdita del tono della mascella, perdita del riflesso corneale con rilassamento muscolare e necessità di ventilazione meccanica.
2. Inserire un catetere nella vena giugulare destra e farlo avanzare nella vena cava superiore.
3. Mantenere l'anestesia con infusione endovenosa continua di propofol (4-8 mg/kg/h).
4. Iniettare sufentanyl (0,3 μg/kg) e poi ampicillina (1 g) per via endovenosa.

3. Ventilazione meccanica monitoraggio elettrocardiografico ed emodinamico

1. Posizionare un tubo tracheale ammanettato in modo che i suini siano ventilati meccanicamente con un volume corrente di 15 ml/kg e un FiO₂ di 0,21.
2. Regolare la frequenza respiratoria e mantenere la pressione parziale di fine marea dell'anidride carbonica (EtCO₂) tra 35-40 mmHg con un capnometro a infrarossi.
3. Rasare il maiale con un rasoio meccanico su tutto il torace e la gamba sinistra (dove verranno inseriti chirurgicamente i cateteri endovascolari per le misurazioni emodinamiche).
4. Applicare le placche di elettrocardiogramma frontale (ECG) sui piedi rasati e sull'addome inferiore, utilizzando tre cuscinetti ECG. Posizionane due sui piedi anteriori e il terzo sul lato sinistro dell'addome.
5. Inserire un catetere pieno di liquido nell'arteria femorale destra per le misurazioni della pressione arteriosa media e per il prelievo di sangue arterioso per la tensione arteriosa dell'ossigeno nel sangue (PO 2), la tensione dell'anidride carbonica (PCO₂) e il pH.
6. Far avanzare un catetere di termodiluizione 7 F pentalumen dalla vena femorale destra nell'arteria polmonare per misurare la pressione atriale destra, la temperatura interna e la gittata cardiaca.
7. Inserire un catetere con punta a palloncino 5 F dall'arteria carotide comune destra. Avanzalo nell'aorta e poi nell'arteria coronaria discendente anteriore sinistra oltre il primo ramo diagonale con l'aiuto dell'angiografia. Confermare il corretto posizionamento mediante iniezione di mezzo di contrasto radiografico.
8. Far avanzare un catetere di stimolazione 5 F dalla vena succlavia destra nel ventricolo destro (RV) per indurre la fibrillazione ventricolare (VF).

4. Ecocardiografia transtoracica basale

NOTA: In media l'ecocardiografia richiede 20-30 minuti. Per TTE, viene utilizzata una sonda multifrequenza phased-array da 2,5 a 5 MHz, mentre l'ECG viene registrato continuamente. Set di fotogrammi e cine-loop costituiti da almeno tre cicli cardiaci consecutivi vengono memorizzati per l'analisi off-line.

1. Prendere immagini ecocardiografiche monodimensionali (modalità M) e bidimensionali (2D) a breve e lungo asse a livello aortico e a livello LV per valutare lo spessore della parete, le dimensioni aortiche, atriali e LV, la funzione LV e il movimento della parete segmentale.
   1. Eseguire una vista 2D ad asse corto a livello aortico. Questa vista mostra l'atrio sinistro (LA, in basso al centro), la valvola aortica (al centro), l'atrio destro (in basso a sinistra), la valvola tricuspide (a sinistra), il tratto di efflusso ventricolare destro (in alto) e la valvola polmonare (a destra). Posizionare il cursore al centro dell'aorta e LA per registrare le rispettive immagini M-mode.
   2. Prendere una vista 2D parasternale sull'asse lungo. Questa vista consente la visualizzazione della radice aortica e dei lembi della valvola aortica, del setto interventricolare, della LV e della LA. L'aorta deve trovarsi sullo stesso piano orizzontale e in un continuum con il setto interventricolare; I lembi aortici devono essere chiaramente visibili. Posizionare il trasduttore nel terzo o quarto spazio intercostale sinistro, con il suo indicatore verso il fianco destro, apportando piccole modifiche all'angolazione della sonda per ottenere una vista standardizzata.
      NOTA: Le viste parasternali ad asse corto e lungo sono utilizzate per misurare la larghezza della radice aortica e la dimensione anteroposteriore del LA. Le immagini M-Mode possono essere prese da un asse lungo o corto a livello della valvola aortica (vedere il passaggio 4.1).
   3. Ottenere una vista 2D ad asse corto del LV a livello papillare. Utilizzare una vista ad asse corto a livello di papillare o corda per le misure dimensionali BT; In questo modo, in un animale ventilato, è più facile ottenere un'immagine standardizzata, rispetto a quella nella vista dell'asse lungo.
      NOTA: Il ventricolo sinistro deve apparire circolare ed entrambi i muscoli papillari devono essere chiaramente visibili. I muscoli papillari sono chiamati, per convenzione, anterolaterale e posteromediale. Se i lembi mitrali sono visibili e la parete libera ventricolare destra non è un continuum, l'immagine non è standardizzata.
   4. Posizionare il cursore al centro del LV e registrare un'immagine M-mode del LV a livello papillare.
   5. Ripetere i punti 4.1.3 e 4.1.4 cercando il livello subpapillare e apicale del ventricolo sinistro.
2. Prendere una vista apicale 2D a 4 camere (AP4CH). Il ventricolo sinistro, il LA, il ventricolo destro (RV) e l'atrio destro (RA) sono visibili insieme alle valvole mitrale e tricuspide e al setto interatriale e interventricolare. Posizionare la sonda a livello dell'apice cardiaco (quarto spazio intercostale; il marcatore sulla sonda deve essere orientato a sinistra). La struttura che aiuta a standardizzare la vista è il setto interventricolare, che dovrebbe essere visualizzato parallelamente al fascio di ultrasuoni. Ciò è possibile spostando il trasduttore sia medialmente che lateralmente.
   NOTA: la riduzione prospettica si verifica quando il piano di imaging non passa attraverso l'apice BT reale, con conseguente vista obliqua della cavità LV. La riduzione prospettica sottostima i volumi di LV e sovrastima la LVEF. Lo scorcio viene evitato modificando le posizioni della sonda e/o spostandola in uno spazio intercostale inferiore e lateralmente. L'asse lungo LV deve essere più grande di 4,8 cm nei suini con peso corporeo 33-35 kg.
3. Prendere una vista apicale a due camere (AP2CH). Da AP4CH, ruotare il trasduttore di 45-60° in senso antiorario; solo LA e LV devono essere visibili, quindi evitare il setto interventricolare e verificare che il cursore passi nel mezzo del LA e LV.
4. Prendi una vista apicale a tre camere (AP3CH) o un asse lungo apicale. Da AP4CH, ruotare il trasduttore di 45-60° in senso antiorario. In AP3CH, l'apice LV è visibile, insieme al setto anteriore e ai segmenti LV posterolaterali. Le altre strutture visibili sono LVOT, LA e la valvola aortica.
5. Prendere una vista apicale a cinque camere (AP5CH). Iniziare dalla vista AP4CH e inclinare la sonda ventralmente, e poi lateralmente per visualizzare un setto obliquo, l'aorta con LVOT, LV, RV ed entrambi gli atri.
6. Ecocardiografia Doppler Pulsata (PW)
   NOTA: Questo metodo consente: (1) la misurazione delle velocità del flusso transvalvolare, della gittata cardiaca e del volume dell'ictus; (2) misurazione degli intervalli, ad esempio il tempo di accelerazione dell'arteria polmonare, e (3) valutazione della funzione diastolica del ventricolo sinistro.
   NOTA: il fenomeno dell'aliasing viene evitato abbassando la frequenza di ripetizione dell'impulso di base o aumentandola quando compaiono nuove frequenze di disturbo.
   1. Per ottenere una vista AP4CH standardizzata, utilizzare Color Doppler e registrare un cine-loop.
   2. Posizionare il volume del campione PW alla cuspide dei lembi mitrali e utilizzare Color Doppler per posizionare il cursore ortogonalmente al flusso mitralico e allineato all'asse lungo LV. Quindi, passare a PW e registrare almeno tre cicli cardiaci.
   3. Per ottenere una vista AP5CH standardizzata, utilizzare Color Doppler e registrare un cine-loop con almeno tre cicli cardiaci.
   4. Utilizzare Color Doppler per posizionare il cursore ortogonalmente al flusso aortico. Spostare il volume del campione verso la valvola aortica fino a quando la velocità del flusso non accelera. Registrare almeno tre cicli cardiaci.
7. Utilizzare l'imaging Doppler tissutale (TDI): da un AP4CH standardizzato 2D, il PW TDI misura la velocità miocardica longitudinale di picco da un singolo segmento.
   NOTA: la limitazione principale di TDI è la sua dipendenza dall'angolo. Se l'angolo di incidenza supera i 15°, c'è circa il 4% di sottostima della velocità.

5. Induzione dell'infarto miocardico

1. Gonfiare il palloncino del catetere nell'arteria coronaria discendente anteriore sinistra con 0,7 ml di aria. Confermare l'occlusione mediante l'elevazione progressiva del segmento ST ECG rapido⁵.

6. Arresto cardiaco

1. L'arresto cardiaco è definito non appena si verifica la fibrillazione ventricolare. Dopo 10 minuti di occlusione, la fibrillazione ventricolare può verificarsi spontaneamente. Altrimenti inducerlo attraverso un catetere di stimolazione con corrente alternata (AC) da 1 a 2 mA erogata all'endocardio ventricolare destro.
2. Interrompere la ventilazione dopo l'inizio della fibrillazione ventricolare e sgonfiare il catetere con punta a palloncino⁵.

7. Rianimazione cardiopolmonare

1. Dopo 12 minuti di fibrillazione ventricolare non trattata, iniziare le manovre di rianimazione cardiopolmonare (CPR). Questi includono la compressione toracica con il compressore toracico meccanico e la ventilazione meccanica con ossigeno (volume corrente 500 ml, 10 respiri al minuto).
2. Dopo 2 minuti e ogni 5 minuti di RCP, iniettare adrenalina (30 μg/kg) attraverso il catetere posizionato nell'atrio destro.
3. Dopo 5 minuti di RCP, tentare la defibrillazione con shock da 150 joule, utilizzando un defibrillatore.
   NOTA: La rianimazione di successo è definita come il ripristino del ritmo cardiaco organizzato con pressione arteriosa media >60 mmHg⁵.

8. Terapia di supporto post-arresto cardiaco

1. Dopo aver rianimato con successo, mantenere l'anestesia e gonfiare il palloncino nell'arteria coronaria discendente anteriore sinistra.
2. Quarantacinque minuti dopo la rianimazione, sgonfiare il palloncino e ritirare il catetere coronarico discendente anteriore sinistro⁵ (Figura 1).
3. Se la rianimazione non viene raggiunta immediatamente, riprendere la RCP e continuarla per 1 minuto prima della successiva defibrillazione.
4. Se la fibrillazione ventricolare si ripresenta, trattarla con la defibrillazione immediata.
5. Non utilizzare misure di supporto diverse dall'epinefrina.

9. Quattro ore (h) di osservazione

1. Dopo aver rianimato con successo, mantenere l'anestesia.
2. Monitorare gli animali emodinamicamente durante il periodo di osservazione di 4 ore (a breve termine).
3. Mantenere la temperatura degli animali a 38 ± 0,5 °C.
4. A 2 ore e 4 ore dopo la rianimazione, ripetere un esame ecocardiografico completo, seguendo i passaggi descritti nel paragrafo 4.
   NOTA: Le costole rotte possono essere una conseguenza della compressione toracica. In questo caso, è importante muovere la sonda premendola delicatamente negli spazi intercostali.
5. Dopo un'osservazione di 4 ore, estubare i maiali e riportarli nella loro gabbia.
6. Somministrare l'analgesia con butorfanolo (0,1 mg/kg) per iniezione intramuscolare (IM) o come raccomandato dalle linee guida istituzionali per la cura degli animali.
7. Quindi, iniettare ampicillina (1 g) per IM.

10. 96 ore di osservazione ed eutanasia

1. Al termine delle 96 ore post-AMI-arresto cardiaco-ROSC (medio termine), ri-anestetizzare gli animali (fase 2) per l'esame ecocardiografico (fase 4). Monitorare continuamente l'ECG come descritto in precedenza (fase 3).

11. Misurazioni ecocardiografiche

NOTA: Effettuare tutte le registrazioni e le misurazioni secondo le raccomandazioni^{delle linee guida 6,7} delle Società americane ed europee di ecocardiografia. Inviare tutte le registrazioni ecocardiografiche tramite una connessione desktop remoto per essere memorizzate in un database locale per l'analisi. Un cardiologo in cieco ai gruppi di studio effettua in media almeno tre misurazioni per ciascuna variabile.

1. Per il diametro aortico e LA, misurare dal modo M delle viste dell'asse corto a livello dei seni aortici utilizzando il metodo da bordo d'attacco a bordo d'attacco.
2. Per il diametro del tratto di deflusso LV (LVOT), misurarlo 0,5-1 cm sotto la cuspide aortica (prossimale) da una vista parasternale dell'asse lungo.
3. Per lo spessore della parete diastolica anteroseptal e posteriore terminale diastolica a livello papillare, misurare a end-diastole dal confine tra la parete miocardica e la cavità e il confine tra la parete del miocardio e il pericardio.
4. Per la frazione di eiezione LV (LVEF), calcolarla come: (volume diastolico terminale LV (EDV)-volume end-sistolico LV (ESV)) / (LVEDV) * 100. Definisci la diastole terminale come il primo fotogramma dopo la chiusura della valvola mitrale o il telaio in cui la dimensione BT è più frequentemente la più grande. Definire la sistole finale come il telaio dopo la chiusura della valvola aortica o il telaio in cui le dimensioni cardiache sono più piccole. Seguire i tracciati delle misurazioni dell'area LV al confine tra il miocardio e la cavità LV. Misura le aree LV e calcola i volumi BT modificando la regola del piano singolo di Simpson dalla vista AP4CH.
5. Ripetere il passaggio 11.4 nella vista AP2CH per il metodo Simpson biplano che utilizza le viste AP4CH e AP2CH end-diastolica e end-sistolica per calcolare i volumi LV e LVEF.
6. Per la velocità di afflusso mitralico di picco PW (E vel) (cm/s), la velocità A (A vel) e il tempo di decelerazione dell'onda E (DT), misurarli dallo spettro del flusso mitralico (Figura 6).
7. Per le velocità s' sistolica TDI e le velocità diastoliche e' e a', misurarle dalle immagini dello spettro TDI alla vista AP4CH dall'anulus settale o laterale e calcolare le medie al basale e 96 ore dopo l'occlusione coronarica.
   NOTA: Il rapporto di velocità e' derivato da E vel a TDI (cm/sec) (E/e') è un indicatore della funzione diastolica. Il rapporto E/e′ normale dovrebbe essere pari o inferiore a 9 o superiore a 15; I valori compresi tra 8-14 presentano un significato non definito.
8. Calcolare il volume dell'ictus (SV) come il volume di sangue pompato fuori dal ventricolo sinistro con ciascuna sistole. La formula SV è: SV = π * [diametro LVOT/2]² * LVOT VTI.
9. Calcolare la gittata cardiaca (CO, mL / min) come il flusso sanguigno che passa attraverso il tratto di deflusso ogni minuto. Viene calcolato utilizzando la formula: CO = SV * HR.
10. Per l'analisi della motilità regionale LV, dividere LV in 16 segmenti (visualizzati nelle viste dell'asse corto e/o nelle viste apicali a 2, 3, 4 camere). Assegna un punteggio a ciascun segmento utilizzando i seguenti criteri: normo-kinesia (1 punto) per il normale ispessimento e l'escursione della parete; ipocinesia (2 punti) per un ridotto ispessimento della parete e una ridotta escursione della parete; acinesia (3 punti) nessun ispessimento della parete o escursione della parete; discinesia (4 punti); l'assottigliamento della parete sistolica verso l'esterno o del ventricolo sinistro include il movimento della parete aneurismatica, con rigonfiamenti eccentrici sia durante la sistole che durante la diastole. Calcolare l'indice di punteggio di movimento della parete (WMSI) utilizzando la formula: punteggio totale/16. In un ventricolo normo-cinetico, il WMSI è 1.

12. Analisi statistica

1. Esprimere i dati come media ± SEM. Utilizzare ANOVA unidirezionale, per misurazioni ripetute e test post-hoc di Tukey. *p < 0,05 vs basale (BL); § p < 0,05 2 h post AMI-arresto cardiaco-ROSC vs 96 h post AMI-arresto cardiaco-ROSC; # p < 0.05 4 h post AMI-arresto cardiaco-ROSC vs 96 h post AMI-arresto cardiaco-ROSC.

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Risultati

Dodici suini sono stati sottoposti a occlusione coronarica seguita da 12 minuti di fibrillazione ventricolare e 5 minuti di RCP. Otto maiali sono stati rianimati con successo e sette sono sopravvissuti a 96 ore dopo AMI-arresto cardiaco-ROSC. Tutte le variabili ecocardiografiche in diversi momenti durante lo studio sono riassunte nella Tabella 1.

Variazioni della frequenza cardiaca (FC) e dei parametri ecocardiografici sistolici
L'HR è aumentata significat...

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Discussione

Un esame ecocardiografico completo in un modello sperimentale suino di IMA, arresto cardiaco e rianimazione può fornire informazioni diverse sull'evoluzione della funzione LV e sui cambiamenti strutturali del ventricolo sinistro, sebbene alcuni dati siano disponibili nella letteratura ^5,8. Nei modelli "puri" di arresto cardiaco sperimentale (limitato alla fibrillazione ventricolare indotta), la compromissione della funzione miocardica si inverte nei primi giorni...

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Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Aquasonic	Parker	-	ultrasound gel
Adult foam ECG disposable monitoring and stress testing, wet gel, non-invasive patien	Philips	40493E	ECG electrode
Bellavista 1000	Bellavista	MB230000	ventilator with infrared capnometer
ComPACS	Medimatic SRL	-	local database and software
CX50	Philips	-	Echocardiographic machine
InTube Tracheal tube	Intersurgical Ltd	8040080	cuffed tracheal tube
LUCAS2	Phisio-Control Inc	-	mechanical chest compressor
MRx defibrillator	Philips	-	defibrillator
S5-1	Philips	-	Phased array probe
Swan-Ganz catheter 2 lumen 5fr	Edwards	110F5	for the coronary artery occlusion
Swan-Ganz catheter 2 lumen 7fr	Edwards	111F7	for mean arterial pressure measurement
Swan-Ganz catheter for thermodiluition 7fr	Edwards	131F7	to measure right atrial pressure, core temperature and cardiac output