A ligação permanente da artéria coronária descendente anterior esquerda em Ratos: Um Modelo de Remodelação pós-infarto do miocárdio e insuficiência cardíaca

Resumo

Heart failure is the leading cause of hospitalization and a major cause of mortality. A model of permanent ligation of the left anterior descending coronary artery in mice is applied to investigate ventricular remodelling and cardiac dysfunction post-myocardial infarction. The technique of invasive hemodynamic measurements in mice is presented.

Resumo

A insuficiência cardíaca é uma síndrome em que o coração não consegue bombear o sangue a uma taxa proporcional aos requisitos celulares de oxigênio em repouso ou durante o estresse. É caracterizada pela retenção de líquidos, falta de ar e fadiga, em particular no esforço. A insuficiência cardíaca é um problema crescente de saúde pública, a principal causa de hospitalização, e uma das principais causas de mortalidade. Doença isquêmica do coração é a principal causa de insuficiência cardíaca.

A remodelação ventricular refere-se a alterações na estrutura, tamanho e forma do ventrículo esquerdo. Esta remodelação arquitetônica do ventrículo esquerdo é induzida por lesão (por exemplo, infarto do miocárdio), por sobrecarga de pressão (por exemplo, hipertensão arterial sistêmica ou estenose aórtica), ou por sobrecarga de volume. Uma vez que a remodelação ventricular afecta o stress da parede, que tem um profundo impacto sobre a função cardíaca e no desenvolvimento de insuficiência cardíaca. Um modelo de ligadura permanente da descendin anterior esquerdag artéria coronária em ratos é usado para investigar o remodelamento ventricular e função cardíaca pós-infarto do miocárdio. Este modelo é fundamentalmente diferente, em termos de objetivos e relevância fisiopatológica em comparação com o modelo de ligadura transiente da artéria descendente anterior coronária. Neste último modelo de lesão de isquemia / reperfusão, o grau inicial do enfarte pode ser modulado por factores que afectam o salvamento do miocárdio após a reperfusão. Em contraste, a área de enfarte em 24 horas após a ligação permanente da artéria coronária descendente anterior da artéria coronária é fixo. A função cardíaca neste modelo será afetado por 1) o processo de expansão do infarto, a cura do infarto, e formação de cicatriz; e 2) o desenvolvimento concomitante de dilatação do ventrículo esquerdo, hipertrofia cardíaca, e remodelamento ventricular.

Além do modelo de ligadura permanente da artéria coronária descendente anterior da artéria coronária, a técnica de mea hemodinâmica invasivame- em ratinhos é apresentado em pormenor.

Introdução

Heart failure is a syndrome in which the heart fails to pump blood at a rate commensurate with the cellular oxygen requirements at rest or during stress. It is characterized by fluid retention, shortness of breath, and fatigue, in particular on exertion. Heart failure is a growing public health problem, the leading cause of hospitalization, and a major cause of mortality. Ischemic heart disease is the main cause of heart failure¹.

Ventricular remodelling refers to changes in structure, size, and shape of the left ventricle. In other words, ventricular remodelling concerns an alteration of the left ventricular architecture. This architectural remodelling of the left ventricle is induced by injury (e.g., myocardial infarction), by pressure overload (e.g., systemic arterial hypertension or aortic stenosis), or by volume overload (e.g., mitral insufficiency). Since ventricular remodelling affects wall stress, it has a profound impact on cardiac function and on the development of heart failure.

Loss of myocardial tissue following acute myocardial infarction results in a decreased systolic ejection and an increased left ventricular end-diastolic volume and pressure. The Frank-Starling mechanism, implying that an increased end-diastolic volume results in an increased pressure developed during systole, may help to restore cardiac output. However, the concomitant increased wall stress may induce regional hypertrophy in the non-infarcted segment, whereas in the infarcted area expansion and thinning may occur. Experimental animal studies show that the infarcted ventricle hypertrophies and that the degree of hypertrophy is dependent on the infarct size².

The loss of myocardial tissue following acute myocardial infarction results in a sudden increase in loading conditions. Post-infarct remodelling occurs in the setting of volume overload, since the stretched and dilated infarcted tissue increases the left ventricular volume. An increased ventricular volume not only implies increased preload (passive ventricular wall stress at the end of diastole) but also increased afterload (total myocardial wall stress during systolic ejection). Afterload is increased since the systolic radius is increased. Therefore, ventricular remodelling post-myocardial infarction is characterized by mixed features of volume overload and pressure overload.

The myocardium consists of 3 integrated components: cardiomyocytes, extracellular matrix, and the capillary microcirculation. All 3 components are involved in the remodelling process. Matrix metalloproteinases produced by inflammatory cells induce degradation of intermyocyte collagen struts and cardiomyocyte slippage. This leads to infarct expansion characterized by the disproportionate thinning and dilatation of the infarct segment³. In later stages of remodelling, interstitial fibrosis is induced, which negatively affects the diastolic properties of the heart.

The vascular and cardiomyocyte compartment in the myocardium should remain balanced in the process of ventricular remodelling to avoid tissue hypoxia^4,5. Whether hypertrophy progresses to heart failure or not may be critically dependent on this balance between the vascular and cardiomyocyte compartment in the myocardium.

A model of permanent ligation of the left anterior descending coronary artery in mice is used to investigate ventricular remodelling and cardiac function post-myocardial infarction. This model is fundamentally different in terms of objectives and pathophysiological relevance compared to the model of transient ligation of the left anterior descending coronary artery. In this latter model of ischemia/reperfusion injury, the initial extent of the infarct may be modulated by factors that affect myocardial salvage following reperfusion⁶. In contrast, the infarct area at 24 hours after permanent ligation of the left anterior descending coronary artery is fixed. Cardiac function in this model will be affected by 1) the process of infarct expansion, infarct healing, and scar formation; and 2) the concomitant development of left ventricular dilatation, cardiac hypertrophy, and ventricular remodelling.

Protocolo

NOTA: Todos os procedimentos experimentais descritos nesta seção foram aprovados pelo Animal Care and Research Comité Consultivo da Katholieke Universiteit Leuven Institucional (Project: 154/2013-B De Geest).

1. A ligação permanente da artéria coronária descendente anterior esquerda

1. Anestesiar o rato por administração intraperitoneal de 40 mg / kg a 70 mg / kg de pentobarbital de sódio. Verifique se o mouse atinge o seu bom plano de anestesia quando já não reage uma pitada dedo do pé firme. Sempre confirme anesthetization adequada dessa forma antes de qualquer procedimento cirúrgico ou intervenção. Use lubrificante pomada oftálmica para prevenir o ressecamento da córnea, enquanto sob anestesia. Proporcionar analgesia pré-operatória 2-4 h antes do início do procedimento (buprenorfina 0,05 mg / kg SQ).
   1. Aplicar técnicas de assepsia consistentes durante a cirurgia sobrevivência. Implementar procedimentos que inibem a um máximo possível extensão con microbianacontaminação por isso que a infecção significativa ou supuração não ocorre. Estes procedimentos incluem a utilização de instrumentos esterilizados e materiais estéreis, desinfecção da área cirúrgica, e remoção de pele / cabelo sobre o local da cirurgia e desinfecção deste site.
2. Intubate do mouse com um embotado agulha de calibre 20 auto-preparado.
   1. Coloque o mouse em decúbito dorsal, com hiperextensão da cabeça.
      1. Focalizar a luz na região do pescoço. Levante a língua com uma pincet embotada. A entrada da laringe pode ser claramente visto.
      2. Passe a agulha embotada pela laringe na traqueia sob visão direta. Avaliar intubação correta ligando o mouse para o ventilador (volume AVC em ul: 3 x peso corporal (g) + 155; frequência: 120 batidas por minuto).
   2. Alternativamente, melhorar a visualização de entubação endotraqueal, expondo primeiro cuidadosamente a traquéia.
      1. Faça um 5 milímetros incisão mid-neck e retrairtecido muscular, um pouco acima da traqueia.
      2. Realize a intubação usando um microscópio estereoscópico cirúrgico para a visualização direta da traquéia. Levante a língua e entrar na agulha de calibre 20 auto-preparado embotados na traquéia. Confirme intubação correta ligando o mouse para o ventilador (volume AVC em ul: 3 x peso corporal (g) + 155; frequência: 120 batidas por minuto).
3. Mantenha o mouse na posição supina e corrigir o mouse com fita adesiva. Realizar a cirurgia em uma almofada de aquecimento para evitar a hipotermia.
   1. Raspar e desinfectar a pele com Betadine. Tome cuidado para que o membro posterior esquerdo cruza o membro posterior direito, a fim de obter uma melhor visão sobre o ventrículo esquerdo durante a cirurgia.
4. Fazer uma pequena incisão cutânea transversal acima do esterno e separar a pele e os músculos subjacentes.
5. Puxe de lado a m. peitoral menor e m. peitoral maior com uma sutura 5-0 seda.
6. Faça um incision no terceiro espaço intercostal por inserção de um pincet embotada.
7. Mova o pincet sob os músculos intercostais de lateral para medial até o esterno é atingido. Perfurar a parede torácica, empurrando o pincet a partir do interior para a pele. Complete a toracotomia com cuidado cortando o músculo intercostal pouco acima do pincet com uma pequena tesoura. Utilizar esta técnica para prevenir puncionamento dos pulmões.
8. Coloque uma esponja imersos em NaCl a 0,9% na cavidade, para proteger os pulmões. Introduzir um espalhador de ferida (afastador peito) para o espaço intercostal para obter uma exposição do lado esquerdo do coração. A partir de agora, o átrio esquerdo, o ventrículo esquerdo, e descendente anterior esquerda da artéria coronária são visíveis ao microscópio estereoscópico.
9. Realize uma ligadura da artéria descendente anterior coronária com um único ligadura 6-0 prolene cerca de 1 mm sob a ponta do átrio esquerdo. Isto é distal a partir do primeiro ramo diagonal.
   NOTA: Como alternativa, 7-0 (00,05 milímetros de diâmetro) ou 8-0 segmentos (0,04 mm de diâmetro) podem ser utilizados. A agulha é um círculo Taper agulha Ponto C-1 13 milímetros 3/8. Ligação bem sucedida da artéria coronária descendente anterior da artéria coronária induz descoloração imediata, resultando em um miocárdio pálido aparecendo no território afectado.
10. Remova o espalhador de ferida (afastador no peito).
    1. Coloque três 6-0 Ti-Cron em torno do espaço intercostal. Antes de apertar as suturas, remova a esponja da cavidade torácica e re-expandir os pulmões, bloqueando a saída do ventilador. Ao fazer isso, os pulmões se reconectar com a pleura parietal.
    2. Posteriormente, puxe os fios para suturas apertado e repetir re-expansão, pressionando para baixo no peito. Confirmar o encerramento bem sucedido do tórax usando uma pequena quantidade de solução salina (sem bolhas de ar deve ser visto quando se aplica pressão sobre o peito).
    3. Olhe através do músculo intercostal para confirmar expansão normal dos pulmões. Reposicionar ambos os músculos peitorais, servindo como umbarreira adicional para a prevenção de um pneumotórax.
11. Feche a pele com 5-0 silk-suturas.
12. Desconecte o mouse do ventilador e permitir a recuperação na almofada de aquecimento. Não deixe um animal sem supervisão até que ele recuperou a consciência suficiente para manter decúbito esternal. Não devolva um animal que passou por uma cirurgia para a companhia de outros animais até que esteja totalmente recuperado.
13. Consistentemente fornecer analgesia pós-operatória (buprenorfina 0,05 mg / kg SQ BID por pelo menos 48 horas após a cirurgia).

2. as medidas in vivo hemodinâmica invasiva em camundongos

1. Antes do procedimento, submergir o cateter Millar 1.0 French pressão em água estéril a 37 ° C durante pelo menos 30 minutos para minimizar a variação de sinal. Eletronicamente calibrar o sensor de pressão a 0 mm Hg e 100 mm Hg e gravar dados a 2.000 Hz.
2. Realizar a anestesia por administração intraperitoneal de 1,4 g / kg de uretano. Verifique seo mouse atinge o seu bom plano de anestesia quando já não reage uma pitada dedo do pé firme.
3. Posicione o mouse anestesiados em decúbito dorsal. Fixe seus membros com fita adesiva. Manter a temperatura corporal com uma almofada de aquecimento e acompanhar com uma sonda retal. Raspar a região do pescoço e fazer uma incisão na linha média na região do pescoço para expor a glândula tireóide.
4. Fixar o pescoço com agulhas tortas.
5. Puxe de lado a glândula salivar e expor a artéria carótida comum direita. O nervo vago, que se assemelha a um fio branco, encontra-se ao longo da artéria. Separe cuidadosamente a artéria carótida do nervo vago com pinça curvas.
6. Passar uma pinça curva sob a artéria carótida comum direita para separá-lo de outros tecidos. Remover o tecido conjuntivo em torno da artéria.
7. Passe dois fios de seda 6-0 sob a artéria carótida comum direita. Faça um nó apertado no fio top, que é colocado na direção da cabeça, fechar e fixar com um kocher (ligadura oclusiva distal). Passar a proxifio mal duas vezes da esquerda para a direita e fixar com 2 kochers (fio não oclusivo proximal).
8. Manter a artéria carótida húmido soltando estéril 0,9% de NaCl. Seque o excesso de líquido com cotonetes.
9. Realizar uma incisão na artéria carótida comum direita com uma agulha de calibre 26 entre a ligadura distal e o fio não oclusivo proximal.
10. Introduzir o sensor de pressão no interior da artéria. Verificar que não há perda de sangue. Empurrar suavemente o cateter de pressão Francesa Millar 1.0 para a frente e ajustar o fio não oclusivo proximal de tal modo que o cateter pode passar cuidadosamente através do fio sob a clavícula.
    1. Minimizar a perda de sangue durante o ajuste do fio não oclusivo proximal. Não comprimir o sensor de pressão demasiada ao avançar, uma vez que é muito frágil. Desde o fio proximal não deve obstruir a artéria, o navio deve permanecer cheia de sangue.
11. Comece a gravar o sinal de pressão. Um sinal de pressão arterial Fluctuates em um rato saudável entre a pressão diastólica de 60-70 mmHg e uma pressão sistólica de 100-120 mm Hg.
12. Direcionar o cateter através da artéria inominada e através da aorta para o ventrículo esquerdo. A pressão ventricular oscila entre 0 mmHg e 100-120 mm Hg. Permitir que o cateter para estabilizar no interior do ventrículo esquerdo. Registar o sinal durante 30 min a 60 min, dependendo dos requisitos experimentais.
13. Após a conclusão da experiência, embeber o cateter em Alconox 1% durante 30 min. Lavar o cateter com água Milli-Q. Guarde o cateter em um bloco de espuma.
14. Recuperar dados do software de gravação, para posterior análise.
    1. Para a análise dos dados, considere um intervalo de tempo em que o sinal de pressão é estável. Escolha pelo menos 10 ciclos cardíacos consecutivos de os dados gravados de interesse.
    2. Use software LabChart versão 8.0 ou similar para analisar a freqüência cardíaca, a pressão sistólica ventricular esquerda máxima, o Ventr esquerda diastólica mínimapressão icular, a taxa de pico de contração isovolumétrica ventricular esquerda (dP / dt _max), a taxa de pico de relaxamento isovolumétrica ventricular esquerda (dP / dt _min), a pressão ventricular esquerda diastólica final, e a constante de tempo do isovolumétrica ventricular esquerda queda de pressão (tau) ^7.
       NOTA: A pressão diastólica final corresponde à pressão no ponto de tempo imediatamente antes do aumento súbito de pressão induzida pela contração isovolumétrica. O cálculo de tau é baseada no ajustamento da pressão do ventrículo esquerdo para uma curva de decaimento monoexponencial, expressa como P _(t) = P ₀ e ^{-t / tau} + b, Nesta fórmula, P _(t) é a pressão ventricular esquerda em vez t depois que o valor negativo máximo de dP / dt foi atingido. O parâmetro b correspondente à assimptota teórico, em que uma abordagem simplificada pode ser assumido como sendo zero. Relaxamento isovolumétrico aprimorada resulta em um valor menor do tau.

Resultados

A extensão do infarto do miocárdio pode ser avaliada por Evans azul / cloreto de 2,3,5-trifeniltetrazólio (TTC) dupla marcação. TTC é um indicador redox, o qual é convertido para vermelho escuro 1,3,5-triphenylformazan em tecidos, devido à actividade de várias desidrogenases, na presença de NADH ⁸ vivo. A Figura 1 mostra uma secção representativa do coração às 24 h após ligadura da artéria descendente anterior coronária. As áreas azuis manchados de indicar regiões não-isq...

Discussão

Alterações crônicas na estrutura e função do miocárdio, o desenvolvimento de disfunção ventricular esquerda, e progressão para insuficiência cardíaca pode ser investigado em vários modelos de murino ^12. A remodelação cardíaca e disfunção pode ser induzida pela lesão do miocárdio ou por pressão sobrecarregar secundário para transversal constrição da aorta, ou podem ser investigados em modelos genéticos de cardiomiopatia dilatada ^12. Obviamente, o benefício mais pronunciado d...

Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
Reagents
Buprenorphine (Buprenex®)	Bedford Laboratories
Sodium Pentobarbital (Nembutal®)	Ceva
Betadine®	VWR internationals	200065-400
5 - 0 silk suture	Ethicon, Johnson & Johnson Medical	K890H
6 - 0 prolene suture	Ethicon, Johnson & Johnson Medical	F1832
6 - 0 Ti- Cron suture	Ethicon, Johnson & Johnson Medical	F1823
Urethane	Sigma	94300
Alconox	Alconox Inc.
Equipment
Ventilator, MiniVent Model 845	Hugo Sachs	73-0043
Chest retractor or Thorax retractor	Kent Scientific corporation	INS600240	ALM Self-retaining, serrated, 7cm long, 4 x 4 "L" shaped prongs, 3mm x 3mm
1.0 French Millar pressure catheter	Millar Instruments	SPR - 1000/NR
Powerlab	ADInstruments Pty Ltd.
LabChart® software	ADInstruments Pty Ltd.
Rectal probe	ADInstruments Pty Ltd.