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Method Article
* Estes autores contribuíram igualmente
Este protocolo permite a quantificação in vivo da complacência venosa e da distensibilidade usando cateterismo e angiografia 3D como procedimento de sobrevida, permitindo uma variedade de aplicações potenciais.
Os enxertos vasculares sintéticos superam alguns desafios de aloenxertos, autoenxertos e xenoenxertos, mas geralmente são mais rígidos e menos complacentes do que o vaso nativo no qual são implantados. A correspondência de complacência com o vaso nativo está emergindo como uma propriedade fundamental para o sucesso do enxerto. O padrão ouro atual para avaliar a conformidade do vaso envolve a excisão do vaso e o teste mecânico biaxial ex vivo . Desenvolvemos um método in vivo para avaliar a complacência e a distensibilidade venosa que reflete melhor a fisiologia natural e leva em consideração o impacto de uma mudança de pressão causada pelo fluxo sanguíneo e por quaisquer alterações morfológicas presentes.
Este método é projetado como um procedimento de sobrevivência, facilitando estudos longitudinais e potencialmente reduzindo a necessidade de uso de animais. Nosso método envolve a injeção de um bolus de soro fisiológico de 20 mL/kg na vasculatura venosa, seguida da aquisição de angiografias 3D pré e pós-bolus para observar alterações induzidas pelo bolus, concomitantemente com medidas de pressão intravascular nas regiões-alvo. Podemos então medir a circunferência e a área da seção transversal do vaso pré e pós-bolo.
Com esses dados e a pressão intravascular, podemos calcular a complacência e a distensibilidade com equações específicas. Este método foi usado para comparar a complacência e a distensibilidade da veia cava inferior em ovinos nativos não operados com o conduto de ovinos implantados com enxerto de politetrafluoretileno expandido (PTFE) de longo prazo. O vaso nativo mostrou-se mais complacente e distensível do que o enxerto de PTFE em todos os locais medidos. Concluímos que este método fornece com segurança medidas in vivo de complacência e distensibilidade venosa.
Pacientes com anomalias cardíacas críticas requerem cirurgia reconstrutiva. A maioria das operações reconstrutivas requer o uso de materiais protéticos, incluindo enxertos vasculares. Os possíveis canais para preencher esse espaço incluem materiais sintéticos ou biológicos. Inicialmente, os homoenxertos foram usados como conduto de Fontan, mas desde então foram abandonados devido à alta incidência de calcificação e incidentes de fase aguda1. Atualmente, são utilizados enxertos vasculares sintéticos derivados de polímeros inorgânicos. Permanece o desafio de que esses enxertos sejam menos complacentes do que o vaso nativo no qual são implantados e tenham complicações a longo prazo, como estenose, oclusão e calcificação 1,2,3,4,5.
A estrutura dos enxertos vasculares sintéticos se presta à resistência à tração mecânica, levando à sua complacência invariavelmente menor em comparação com o tecido nativo2. A complacência vascular, que define a mudança de volume do vaso sobre uma mudança na pressão, serve como um indicador da capacidade de resposta de um vaso a cargas mecânicas. A diferença entre o material do enxerto e as propriedades do vaso nativo cria uma incompatibilidade de complacência, que demonstrou interromper os padrões de fluxo sanguíneo, resultando em áreas de recirculação e separação de fluxo 2,6,7,8,9. Esse fenômeno altera a tensão de cisalhamento na parede endotelial e induz hiperplasia intimal 2,7,8,9. Tais respostas podem levar a complicações relacionadas ao enxerto, necessitando de substituição ou reintervenção do enxerto6.
Como a complacência vascular assume um papel fundamental na determinação dos resultados do enxerto, a medição precisa dessa propriedade é essencial. O padrão-ouro atual para medir a complacência vascular é o teste mecânico biaxial tubular ex vivo . Este método envolve a excisão de um enxerto ou vaso de interesse, conectando-o a tubos de látex e pressurizando-o para avaliar o comportamento circunferencial de estiramento por estresse em várias pressões. A conformidade é determinada comparando a pressão com uma medição do diâmetro interno10. No entanto, os métodos ex vivo têm algumas desvantagens. Ao avaliar a funcionalidade dos enxertos implantados pelo método ex vivo , é necessário sacrificar os animais e explantar os enxertos, impossibilitando a realização de exames prolongados. Portanto, desenvolvemos um protocolo de medição de conformidade in vivo .
Nosso grupo se concentra no desenvolvimento de enxertos vasculares de engenharia de tecidos (TEVGs) para uso na cirurgia de Fontan para melhorar a síndrome do coração esquerdo hipoplásico congênito (SHCE). Desenvolvimentos recentes no campo da cirurgia cardíaca congênita melhoraram os resultados pós-operatórios, levando a uma expectativa de vida mais longa. Isso torna as propriedades de longo prazo e o sucesso do conduto vascular implantado cada vez mais cruciais. Atualmente, não existe nenhum modelo animal de SHCE, portanto, avaliamos nossos enxertos em um modelo acelerado de enxerto de interposição de veia cava inferior (VCI) de grandes animais. Embora este modelo não tente criar o fluxo da circulação de Fontan, ele efetivamente recapitula as condições hemodinâmicas únicas. Nosso uso recente deste protocolo in vivo demonstrou diferenças significativas na adesão do enxerto entre nosso TEVG e enxertos convencionais de politetrafluoretileno expandido (PTFE)11. Como este estudo anterior não se concentrou na metodologia, realizamos experimentos adicionais detalhando este novo método in vivo .
Implantamos o enxerto sintético atualmente servindo como padrão de tratamento, composto de politetrafluoretileno expandido (PTFE), em animais de estudo de ovinos Dorset e o comparamos com a VCI nativa em animais controle virgens de cirurgia. Este protocolo foi realizado no grupo PTFE 5-7 anos após o implante de um tubo de PTFE e animais controle não operados de idades variadas. Assim, nas seções subsequentes que descrevem o protocolo e os resultados representativos, ocasionalmente nos referiremos à região de interesse como, por exemplo, o meio da região do enxerto (enxerto médio) do enxerto de interposição da VCI.
Este protocolo nos permite analisar a complacência in vivo do tubo de PTFE, sabidamente não compatível em um ponto de tempo de longo prazo, com o veio nativo. Optou-se por comparar o material padrão clínico, PTFE, com a veia nativa não operada. Selecionamos um ponto de tempo de longo prazo porque o conduíte de PTFE é conhecido por permanecer não compatível e propenso a calcificar, reduzindo ainda mais sua conformidade11. Optou-se por realizar todas as comparações in vivo, pois as alterações hemodinâmicas sistêmicas são refletidas com precisão nas medidas obtidas por meio de métodos in vivo. A partir dessa comparação, verificamos que esse protocolo é capaz de confirmar a não conformidade do PTFE e obter medidas de complacência venosa in vivo de forma segura e reprodutível. Este método foi implementado com sucesso em um estudo publicado para demonstrar diferenças estatisticamente significativas entre condutos de PTFE e enxertos vasculares de engenharia de tecidos (TEVGs) in vivo11.
O objetivo geral deste protocolo é calcular a complacência e a extensibilidade da VCI torácica em um modelo animal ovino de grande porte usando medições in vivo de um procedimento de sobrevivência. Para tanto, visualizamos e medimos as mudanças na circunferência e na área de secção transversa da VCI torácica para um bolo de fluido. Medimos simultaneamente a mudança intravascular na pressão e usamos essas medidas para calcular a complacência e a distensibilidade. O uso de imagens de angiografia 3D nos permite várias vantagens, incluindo a capacidade de ajustar a visualização da imagem após a captura para garantir que nossas medições sejam feitas a partir de uma seção transversal da veia, além de nos permitir medir vários locais ao longo do vaso. As três áreas de interesse neste estudo foram a região do enxerto médio, bem como os dois locais de anastomose adjacentes do enxerto de PTFE e as áreas comparáveis na VCI nativa. Ao realizar experimentos in vivo, há vantagens em avaliar a funcionalidade dos enxertos dentro do fluxo real de sangue e cercados por tecidos e órgãos. Acredita-se que as medições obtidas por meio desse método reflitam a funcionalidade real dos enxertos em um organismo vivo.
O protocolo é dividido em seis seções principais, incluindo preparação pré-procedimento das ovelhas, cateterismo, coleta de dados pré-bolus de linha de base, coleta de dados do estudo, recuperação de animais e análise de dados. Na seção de preparação animal, discutimos sedação, início da anestesia e colocação de equipamentos de monitoramento usados durante o procedimento de cateterismo. Na segunda seção, explicamos o processo de colocação das duas bainhas de cateter necessárias para a aquisição de dados. Para este protocolo, ambas as bainhas são colocadas na veia jugular interna direita (IJV) para permitir que dois cateteres multipista sejam introduzidos no vaso. Um será posicionado na região de interesse para registrar a mudança na pressão e o outro será colocado mais abaixo na veia para injeção de contraste. Uma vez que os cateteres são colocados, um angiógrafo 3D pré-bolus basal é feito para comparação. A coleta de dados do estudo começa com a preparação do bolus salino em um sistema de bolsa pressurizada para administração, fornecendo o bolus salino com registro de pressões intravasculares e fazendo o angiógrafo 3D pós-bolus. Em seguida, descrevemos o processo para facilitar a recuperação dos ovinos após o protocolo. Por fim, discutimos o método para obter as imagens adequadas e medidas transversais para análise e comparação estatística.
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O protocolo do estudo foi aprovado pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais do Nationwide Children's Hospital Abigail Wexner Research Institute (AR22-0004). Todos os animais receberam cuidados humanitários em conformidade com o Guia para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório, publicado pelo National Institutes of Health.
1. Preparação animal
2. Cateterismo
Figura 1: Painel de controle. (A) Painel de controle do sistema de angiografia 3D (B) Pedais de fluoroscopia Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: Cateterismo animal. (A) O principal local cirúrgico, preparado para o cateterismo. (B) Técnica para visualização da veia jugular interna direita (setas pretas). (C) Dois cateteres angiográficos multipistas são colocados através da veia jugular interna direita (seta azul: medida da pressão no enxerto; seta vermelha: injeção de contraste na VCI abdominal; seta branca: fios rígidos). Abreviatura: IVC = veia cava inferior. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
3. Reunindo os pré-dados
Figura 3: Posicionamento do braço em C e amplitude de movimento. (A) Posicionamento das ovelhas para o início do procedimento (B) Primeira posição para o programa de angiografia 3D (C) Arco C movido no eixo xy (D) Braço C movido no eixo z (E) Arco C completando o teste de giro com amplitude total de movimento. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
4. Administração do bolo salino e coleta de dados
5. Recuperação
6. Análise dos dados
Figura 4: Análise de dados no visualizador DICOM. (A) Dados brutos do angiograma 3D carregados no visualizador DICOM. (B) A seção sagital do enxerto. (C) A seção coronal. (D) Uma seção transversal verdadeira é visualizada após o ajuste do ângulo nas seções sagital e coronal. (E) A ferramenta lápis é usada para delinear o vaso alvo para fazer medições da circunferência e da área da seção transversal. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Realizamos com sucesso este procedimento com mais de 25 ovelhas. É importante ressaltar que não houve casos de morbidade e mortalidade relacionados a esse procedimento. Todas as ovelhas exibiram recuperações sem complicações. Esses resultados representativos foram obtidos de três ovelhas implantadas com enxertos de PTFE e três ovelhas nativas não operadas. A Figura 5 fornece as medidas de pressão intravascular realizadas em ambos os grupos de animais do estudo durante o protocolo. ...
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A complacência e a distensibilidade são propriedades-chave para a função dos vasos sanguíneos, servindo como indicadores de possíveis complicações e intervenções. Quantificar e comparar com precisão as alterações nesses parâmetros é importante para avaliar a eficácia do enxerto. Nosso método in vivo supera as limitações da análise ex vivo e mantém resultados comparáveis. Comparando nossos dados in vivo com os dados ex vivo apresentados por Blum et al., ambos os m?...
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Este estudo foi patrocinado em parte pela Gunze Ltd.
Este trabalho foi apoiado por R01 HL163065 e W81XWH1810518. Estendemos nossa gratidão à equipe dedicada do Animal Research Core. Também desejamos expressar nossa gratidão a Carmen Arsuaga por sua inestimável experiência e cuidado vigilante durante todo o estudo.
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.035" x 260 cm Rosen Curved Wire Guide | Cook Medical | G01253 | Guide for holding placement swapping caths (Multi-track, IVUS, etc) |
0.035"x 150 cm Glidewire | Terumo | GR3507 | Guide for JR cath |
0.9% Sodium Chloride Saline | Baxter Healthcare Corporation | NCH pharmacy | For diluting norepinpherine, pressure monitoring |
10.0 Endotracheal tube | Coviden | 86117 | To secure airway |
16 G IV catheter | BD | 382259 | To administer fluids and anesthetic drugs |
22 G IV catheter | BD | 381423 | For invasive blood pressure |
5Fr x .35" JR2.5 | Cook Medical | G05035 | Guide for rosen wire |
70% isopropyl alcohol | Aspen Vet | 11795782 | Topical cleaning solution |
7Fr x 100 cm Multi-track | B. Braun | 615001 | Collecting pressure, Administering contrast to specific intravascular location |
9Fr Introducer sheath | Terumo | RSS901 | Access catheter through skin into vessel for wires to pass through |
ACT cartridge | Abbot Diagnostics | 03P86-25 | Activated Clotting Time |
Angiographic syringe w/ filling spike | Guerbet | 900103S | For contrast injector |
Bag decanter | Advance Medical Designs, LLC | 10-102 | Punctures saline bag to pour and fill sterile bowl with saline |
Butorphanol | Zoetis | NCH pharmacy | Sedation drug: Concentration 10 mg/mL, Dosage 0.1 mg/kg |
Cath Research Pack | Cardinal Health | SAN33RTCH6 | Cath pack with misc. supplies |
Cetacaine | Cetylite | 220 | Topical anesthetic spray |
Chloraprep | BD | 930825 | Topical cleaning solution |
Chlorhexidine 2% solution | Vedco INC | VINV-CLOR-SOLN | Topical cleaning solution |
Conform stretch bandage | Coviden | 2232 | Neck wrap to prevent bleeding |
Connection tubing | Deroyal | 77-301713 | Connects t-port to fluid/drug lines |
Diazepam | Hospira Pharmaceuticals | NCH pharmacy | Sedation drug: Concentration 5 mg/mL, Dosage 0.5 mg/kg |
EKG monitoring dots | 3M | 2570 | |
Fluid administration set | Alaris | 2420-0007 | |
Fluid warming set | Carefusion | 50056 | |
Hemcon Patch | Tricol Biomedical | 1102 | Patch for hemostasis |
Heparin | Hospira, Inc | NCH pharmacy | Angicoagulant: 1,000 USP units/mL |
Infinix-i INFX-8000C | Toshiba Medical Systems | 2B308-124EN*E | Interventional angiography system |
Invasive pressure transducer | Medline | 23DBB538 | For invasive blood pressure |
Isoflurane | Baxter Healthcare Corporation | NCH pharmacy | Anesthetic used in prep room |
Ketamine | Hospira Pharmaceuticals | NCH pharmacy | Sedation drug: Concentration 100 mg/mL, Dosage 4 mg/kg |
Lubricating Jelly | MedLine | MDS0322273Z | ET tube lubricant |
Micropuncture Introducer Set | Cook Medical | G47945 | Access through skin into vessel |
Needle & syringes | Cardinal Health | 309604 | For sedation |
Norepinpherine Bitartrate Injection, USP | Baxter Healthcare Corporation | NCH pharmacy | 1 mg/mL |
Optiray 320 | Liebel-Flarsheim Company, LLC | NCH pharmacy | Contrast |
Optixcare | Aventix | OPX-4252 | Corneal lubricant |
OsiriX MD | Pixmeo SARL | - | DICOM Viewer and Analysis software |
Pressure infusor bag | Carefusion | 64-10029 | To maintain invasive blood pressure |
Propofol | Fresenius Kabi | NCH pharmacy | Anesthetic drug: Concentration 10 mg/mL, Dosage 20-45 mg·kg-1·h-1 |
Silk suture 3-0 | Ethicon | C013D | To secure IV catheter |
SoftCarry Stretcher | Four Flags Over Aspen | SSTR-4 | |
Stomach tube | Jorgensen Lab, INC | J0348R | To release gastric juices and gas and prevent bloat |
T-port | Medline | DYNDTN0001 | Connects to IV catheter |
Urine drainage bag | Coviden | 3512 | Connects to stomach tube to collect gastric juices |
Warming blanket | Jorgensen Lab, INC | J1034B |
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