Индукция и фенотипирование острой правой сердечной недостаточности в крупной животной модели хронической тромбоэмболической легочной гипертензии

Резюме

Представлен протокол индуцирования и фенотипа острой правой сердечной недостаточности на крупной животной модели с хронической легочной гипертензией. Эта модель может быть использована для тестирования терапевтических вмешательств, для разработки показателей правого сердца или для улучшения понимания патофизиологии острой правой сердечной недостаточности.

Аннотация

Развитие острой правой сердечной недостаточности (АРГФ) в условиях хронической легочной гипертензии (ЛГ) связано с плохими краткосрочными исходами. Морфологическое и функциональное фенотипирование правого желудочка имеет особое значение в контексте гемодинамического компромисса у пациентов с АРХЛ. Здесь мы описываем метод индуцирования ARHF в ранее описанной модели хронического PH крупного животного и фенотипа, динамически, функции правого желудочка с использованием метода золотого стандарта (т.е. давления-объемных PV-петель) и с неинвазивным клинически доступным методом (т.е. эхокардиографией). Хронический ЛГ впервые индуцируется у свиней перевязкой левой легочной артерии и эмболией правой нижней доли биологическим клеем один раз в неделю в течение 5 недель. Через 16 недель АРГФ индуцируется последовательной объемной нагрузкой с использованием физиологического раствора с последующей итеративной легочной эмболией до тех пор, пока отношение систолического легочного давления к системному давлению не достигнет 0,9 или пока систолическое системное давление не снизится ниже 90 мм рт.ст. Гемодинамику восстанавливают с помощью инфузии добутамина (от 2,5 мкг/кг/мин до 7,5 мкг/кг/мин). PV-петли и эхокардиография выполняются во время каждого состояния. Каждое состояние требует около 40 минут для индукции, гемодинамической стабилизации и сбора данных. Из 9 животных 2 умерли сразу после легочной эмболии и 7 завершили протокол, что иллюстрирует кривую обучения модели. Модель индуцировала 3-кратное увеличение среднего давления в легочной артерии. Анализ PV-петли показал, что вентрикуло-артериальная связь сохранялась после объемной нагрузки, уменьшалась после острой легочной эмболии и восстанавливалась с помощью добутамина. Эхокардиографические данные позволили качественно количественно оценить параметры морфологии и функции правого желудочка. Мы идентифицировали ишемические поражения правого желудочка в модели. Модель может быть использована для сравнения различных методов лечения или для подтверждения неинвазивных параметров морфологии и функции правого желудочка в контексте АРХФ.

Введение

Острая правосердечная недостаточность (ARHF) недавно была определена как быстро прогрессирующий синдром с системным застоем в результате нарушения наполнения правого желудочка (RV) и / или снижения выхода потока ^RV1. ARHF может возникать при нескольких состояниях, таких как левосторонняя сердечная недостаточность, острая легочная эмболия, острый инфаркт миокарда или легочная гипертензия (PH). В случае PH начало ARHF связано с 40% риском краткосрочной смертности или срочной трансплантации легких2,3,4. Здесь мы расскажем, как создать большую животную модель ARHF в условиях хронической легочной гипертензии и как оценить правильный желудочек с помощью эхокардиографии и петель давления-объема.

Патофизиологические особенности ARHF включают перегрузку давления RV, объемную перегрузку, снижение выхода RV, повышение центрального венозного давления и / или снижение системного давления. При хроническом ЛГ наблюдается начальное увеличение сократимости RV, позволяющее сохранить сердечный выброс, несмотря на увеличение легочного сосудистого сопротивления. Поэтому в контексте АРХФ на хроническом PH правый желудочек может генерировать почти изосистемные давления, особенно при инотропной поддержке. Взятые вместе, ARHF на хроническом PH и гемодинамическое восстановление с инотропами приводят к развитию острых ишемических поражений RV, как недавно описано в нашей модели крупного ^{животного5}. Увеличение инотропов создает повышенную энергетическую потребность, которая может в дальнейшем развить ишемические поражения и, наконец, привести к развитию дисфункции конечного органа и плохим клиническим результатам. Тем не менее, нет единого мнения о том, как вести пациентов с АРГФ на лГ, в основном в отношении управления жидкостью, инотропов и роли внетелесной поддержки кровообращения. Следовательно, большая животная модель острой правой сердечной недостаточности может помочь предоставить доклинические данные о клиническом лечении АРХВ.

В качестве первого шага для количественной оценки ответа на терапию необходимы простые и воспроизводимые методы фенотипа правого желудочка. На сегодняшний день нет единого мнения о том, как улучшить фенотип морфологию RV и функцию пациентов с ARHF. Золотым стандартом метода оценки сократимости RV (т.е. внутренней способности к сокращению) и вентрикуло-артериальной связи (т.е. сократимости, нормируемой желудочковой после нагрузкой; индекс желудочковой адаптации) является анализ петель давления-объема (PV). Этот метод является дважды инвазивным, поскольку он требует катетеризации правого сердца и преходящего снижения предварительной нагрузки RV с использованием баллона, вставленного в нижнюю полую вену. В клинической практике необходимы неинвазивные и повторяемые методы оценки правильного желудочка. Сердечный магнитный резонанс (CMR) считается золотым стандартом для неинвазивной оценки правого желудочка. У пациентов с АРГФ на хронической ЛГ, которые лечатся в отделении интенсивной терапии (ОИТ), использование CMR может быть ограничено из-за нестабильного гемодинамического состояния пациента; кроме того, повторные оценки КДПГ несколько раз в день, в том числе ночью, могут быть ограничены из-за их стоимости и ограниченной доступности. И наоборот, эхокардиография позволяет проводить неинвазивные, воспроизводимые и недорогие оценки морфологии и функций RV у пациентов оИТ.

Модели на крупных животных идеально подходят для проведения доклинических исследований, посвященных взаимосвязи между инвазивными гемодинамическими параметрами и неинвазивными параметрами. Анатомия большой белой свиньи близка к человеческой. Следовательно, большинство эхокардиографических параметров, описанных у людей, поддаются количественной оценке у свиней. Существуют некоторые незначительные различия между сердцем человека и свиньи, которые необходимо учитывать при эхокардиографических исследованиях. У свиней наблюдается конституциональная декстрокардия и слегка против часовой стрелки вращение оси сердца. В результате апикальный 4-камерный вид становится апикальным 5-камерным видом, а акустическое окно расположено ниже мечевидного аппендикса. Кроме того, на правой стороне грудины расположены парастернальные окна с длинным и коротким видом на ось.

Здесь мы описываем новый метод индуцирования ARHF в большой животной модели хронической тромбоэмболической PH и восстановления гемодинамики с использованием добутамина. Мы также сообщаем об ишемических поражениях RV, присутствующих в модели в течение 2−3 часов после гемодинамического восстановления добутамином. Кроме того, мы описываем, как получить RV PV-петли и эхокардиографические параметры RV при каждом условии, предоставляя представление о динамических изменениях в морфологии и функции RV. Поскольку ранее были описаны модель хронического тромбоэмболического РН на крупных животных и методы PV-петли6, эти разделы будут кратко описаны. Кроме того, мы сообщили о результатах эхокардиографических оценок, которые считаются потенциально сложными в моделях свиней. Мы объясним методы достижения повторной эхокардиографии в модели.

Модель ARHF по хронической PH, о которой сообщалось в этом исследовании, может быть использована для сравнения различных терапевтических стратегий. Методы RV-фенотипирования могут быть использованы в других крупных животных моделях, имитирующих клинически значимые ситуации, такие как острая легочная эмболия7, инфаркт МИОКАРДА ^RV8, острый респираторный дистресс-синдром9 или правосердечная недостаточность, связанная с левожелудочковой ^{недостаточностью10} или левожелудочковой механической поддержкой ^{кровообращения11}.

протокол

Исследование соответствовало принципам ухода за лабораторными животными в соответствии с Национальным обществом медицинских исследований и было одобрено местным этическим комитетом для экспериментов на животных в больнице Marie Lannelongue.

1. Хроническая тромбоэмболическая РН

1. Индуцируют хроническую тромбоэмболическую РН, как описано ^{ранее6,12}.
2. Вкратце, индуцируйте модель хронического тромбо-эмболического PH у крупных белых свиней весом около 20 кг (sus scrofa). Выполняют лигатуру перевязки левой легочной артерии через левую торакотомию на 0 неделе (закрытый перикард); и еженедельно проводить эмболизацию правой нижней доли легочной артерии (от 0,2 мл до 0,4 мл в неделю) смешанным раствором, состоящим из 1 мл клея мягких тканей, включая N-бутил-2-цианоакрилат и 2 мл липидного контрастного красителя (липиодола) в течение 5 недель.
3. Выполните ксифоидэктомию на 0 неделе во время перевязки левой легочной артерии для улучшения возможности эхокардиографии. Для этого выполняют продольный разрез 4 см перед мечевидным отростком. Удалите клифозный процесс с помощью диатермического ножа. Закройте подкожный план и кожу бегущим швом.
4. Выполните дополнительную тромбоэмболию легочной доли правой нижней доли на 10-й неделе, используя тот же протокол, который описан выше (шаг 1.2).
5. Выполните модель индукции ARHF (раздел 6) через 6 недель после последней эмболизации правой нижней доли (неделя 16), чтобы избежать острых поражений правого сердца, вызванных острой легочной эмболией.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Может быть использована другая крупная животная модель правой сердечной недостаточности, или другие патологические состояния могут быть вызваны в модели хроническо-тромбоэмболического PH.

2. Позиционирование животных и размещение катетеров

1. Выполняют общую анестезию, как описано ^ранее6.
   1. Вкратце, дайте животному поститься в течение 12 ч. Затем выполняют внутримышечную инъекцию кетамина гидрохлорида (30 мг/кг) для премедикации. Выполните внутривенное введение фентанила (0,005 мг/кг), пропофола (2 мг/кг) и цизатракурия (0,3 мг/кг) внутривенно через ушную вену и неселективно интубировать свинью с помощью 7 французских зондов.
   2. Поддерживать общую анестезию ингаляционным 2% изофлураном, непрерывной инфузией фентанила (0,004 мг/кг) и пропофола (3 мг/кг).
2. После общей индукции анестезии расположите свинью на спине с передними ногами в слегка растопыренном положении, чтобы обеспечить парастернальное эхокардиографическое получение (раздел 3).
3. Поместите электроды прибора на руки и ноги (эхокардиограф, рабочее место для гемодинамических приобретений) перед размещением стерильных полей.
4. Поместите 8-французскую оболочку в яремную вену с помощью метода ^{Зельдингера13}.
   1. Введите катетер 18 G (1,3 мм x 48 мм) IV в яремную вену.
      1. Выполняют чрескожную пункцию на средней линии на 2 см выше манубриума с ориентацией 45°.
      2. После получения венозного рефлюкса вставьте в катетер направляющую проволоку (0,035 дюйма / 0,089 мм, 180 см, под углом).
      3. Проверьте правильность размещения направляющей проволоки в верхней полой вене с помощью рентгеноскопии и утилизируйте 8-французскую оболочку на направляющей проволоке в верхнюю полую вену.
         ПРИМЕЧАНИЕ: Направляющая проволока правильно размещена, когда она проходит через нижнюю полую вену вдоль правой границы позвоночника.
5. Выполните деление правых бедренных сосудов, чтобы ввести заполненный жидкостью катетер в правую бедренную артерию для непрерывного системного мониторинга давления и баллонный катетер расширения в нижнюю полую вену через бедренную вену.
   1. Выполните поперечный разрез 4 см в паху.
   2. Поместите ретрактор Бекмана и разделите переднюю поверхность бедренной вены и бедренной артерии с помощью щипцов Debackey и ножниц Метценбаума.
   3. Поместите катетер 20 г в бедренную артерию под прямым визуальным контролем и подключите его к одноразовому датчику с заполненным жидкостью катетером для получения непрерывного системного мониторинга артериального давления.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Среднее артериальное давление должно быть постоянно выше 60 мм рт.ст.
   4. Используйте катетер 18 G для вставки направляющей проволоки (0,035 дюйма / 0,089 мм, 180 см, под углом) в бедренную вену через нижнюю полую вену под флюороскопическим контролем.
   5. Вставьте баллонный дилатационный катетер на направляющую проволоку через нижнюю полую вену на внутриперикардиальном уровне под флюороскопическим контролем.
6. Выполняйте флюороскопическое управление с помощью С-образного кронштейна с использованием переднезаднего вида. Поместите видимые маркеры баллона непосредственно над уровнем диафрагмы под флюороскопическим контролем. Снимите направляющую проволоку при установке воздушного шара.
7. Пришейте кошелек с полипропиленовым монофиламентным швом 5,0 вокруг баллонного катетера для расширения вен, чтобы избежать кровотечения из бедренной вены.

3. Эхокардиография

1. Выполните эхокардиографию сразу после позиционирования животного и установки катетера (раздел 2) у животных, все еще находящихся под общей анестезией и искусственной вентиляцией легких.
2. Приобретайте каждый эхокардиографический вид в формате кинопетли в течение не менее 3 сердечных циклов во время апноэ в конце выдоха.
3. Получайте все виды в 2-мерном и тканевом допплеровском режимах.
4. Приобретите апикальный 5-камерный вид под мечевидным отростком.
5. Приобретите виды парастернальной короткой и длинной оси с правой стороны грудины.
6. Получение клапанного потока с помощью непрерывного и импульсного доплеровских режимов.
7. Приобретайте тканевые допплеровские сигналы латерального трикуспидального кольца и латерального и септального митрального кольца.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Используйте последние рекомендации по эхокардиографической оценке у людей для эхокардиографических приобретений и ^{интерпретаций14}.

4. Катетеризация правого сердца

1. Выполните катетеризацию правого сердца после сердечного эха (раздел 3) и до получения петли давления-объема (раздел 5)
2. Подключите катетер Swan-Ganz к одноразовому преобразователю.
3. Ввести катетер Лебедя-Ганца в яремную 8-французскую оболочку, предварительно вставленную в яремную вену (раздел 2.4), и получить среднее давление правого предсердия, правого желудочка и легочной артерии. Поместите катетер под рентгеноскопию, если это необходимо.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что заполненные жидкостью катетеры хорошо продуваются физиологическим раствором, и удалите пузырьки воздуха, чтобы избежать демпфирования сигнала давления.
4. После помещения катетера Swan-Ganz в легочную артерию измерьте сердечный выброс методом терморазбавления, как поясняется в инструкциях производителя; измерять одновременно частоту сердечных сокращений для расчета ударного объема.
   1. Убедитесь, что физиологический раствор находится при 4 °C, чтобы избежать переоценки сердечного выброса.
   2. Подключите одноразовый преобразователь к рабочей станции PV-контура для получения в реальном времени давлений, полученных от заполненных жидкостью катетеров.

5. Получение контура объема давления методом проводимости

ПРИМЕЧАНИЕ: Этот раздел был ранее ^{опубликован15}.

1. Вводят проводящий катетер в правый желудочек под флюороскопическим контролем.
   1. Проверьте качество сигнала, используя « в прямом эфире» получение контуров давления-объема.
2. Активируйте адекватные электроды для получения оптимального сигнала (т.е. PV-петли против часовой стрелки с физиологической формой).
3. Следите за этапами калибровки давления и объема рабочего процесса в соответствии с инструкцией производителя (проводимость крови, параллельный объем, калибровка ударного объема = альфа-калибровка).
   ПРИМЕЧАНИЕ: Наружный инсульт с катетером Swan-Ganz может быть повторен для каждого состояния; в то время как другие этапы калибровки могут быть выполнены только один раз.
4. Приобретайте семейства PV-петли в установившихся состояниях и во время острого снижения преднагрузки (т.е. острой окклюзии нижней полой вены) во время апноэ с конечным выдохом.
5. Выполните не менее 3 приобретений на каждое условие (устойчивый + окклюзия IVC).

6. Индукция острой правой сердечной недостаточности по объемной и напорной перегрузке (рисунок 1).

1. Индуцируйте объемную перегрузку с помощью 3-ступенчатой инфузии физиологического раствора (около 2 ч).
   1. Начинают первую инфузию 15 мл/кг физиологического раствора со свободным инфузионным выходом.
   2. Выполняют измерения (катетеризм правого сердца, PV-петли и эхокардиографию) через 5 мин после стабилизации гемодинамики после окончания каждой инфузии.
   3. Начинайте вторую объемную инфузию 15 мл/кг сразу после окончания измерений.
   4. Начинают третью объемную инфузию 30 мл/кг физиологического раствора сразу после окончания измерений.
      ВНИМАНИЕ: Объемная нагрузка может вызвать гемодинамический компромисс или отек легких в зависимости от используемой модели животного. В этой модели объемная нагрузка выявила адаптивную реакцию, характеризующуюся увеличением сердечного выброса, стабильным давлением в правом предсердии и сохраненной вентрикуло-артериальной связью.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Объемная нагрузка может быть прекращена в случае плохой дыхательной или гемодинамической толерантности.
2. Индуцируют перегрузку давлением итеративной легочной эмболией.
   1. Вставьте 5 французских ангиографических катетеров через яремную оболочку в правую нижнюю долю легочной артерии под флюороскопическим контролем.
   2. Эмболизируют правую нижнюю долю легочной артерии болюсом 0,15 мл смешанного раствора, состоящего из 1 мл клея мягких тканей, включая N-бутил-2-цианоакрилат и 2 мл липидного контрастного красителя. Промойте катетер 10 мл физиологического раствора.
   3. Оценить гемодинамический ответ через 2 минуты после эмболизации с помощью системного давления и давления легочной артерии.
   4. Повторяйте эмболии по 0,15 мл каждые 2 минуты до получения гемодинамического компромисса (т.е. систолического системного давления <90 мм рт.ст. или систолического легочного давления над соотношением систолических системных давлений >0,9).
      ОСТОРОЖНО: Легочная эмболия может вызвать серьезный гемодинамический компромисс, иногда необратимый, что приводит к немедленной смерти. Перед началом этапа эмболизации будьте готовы начать гемодинамическую поддержку (протокол добутамина или адреналин в случае остановки кровообращения). Будьте готовы к запуску PV-контуров и эхокардиографического мониторинга. Поскольку этот шаг может быть связан с серьезным гемодинамическим компромиссом, катетеризации правого сердца с использованием катетера Swan-Ganz можно избежать, чтобы быстрее начать поддержку добутамина.

7. Индуцировать восстановление системной гемодинамики добутамином

1. После достижения гемодинамического компромисса и выполнения PV-циклов и эхокардиографических захватов начинают инфузию добутамина со скоростью 2,5 мкг/кг/мин.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Другие препараты или методы лечения могут быть начаты в этот момент времени.
2. Подождите 10-15 минут для стабилизации гемодинамики.
3. Выполняют катетеризацию правого сердца, PV-петли и эхокардиографические захваты.
4. Дозу инфузии добутамина увеличивают до 5 мкг/кг/мин.
5. Подождите 15 мин для стабилизации гемодинамики и повторных приобретений.
6. Повторите катетеризацию правого сердца, PV-петли и эхокардиографические приобретения.
7. Дозу инфузии добутамина увеличивают до 7,5 мкг/кг/мин.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Могут быть начаты другие дозы, лекарства или методы лечения.

8. Эвтаназия и забор сердечной ткани

1. В конце протокола выполните срединную стернотомию с помощью колеблющейся пилы.
2. Вскрыть перикард и ввести летальный раствор калия хлорида (0,2 г/кг).
3. Соберите сердце; отбор образцов свободных стенок правого и левого желудочка для патологических и молекулярных оценок.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Ранее сообщалось о методах патологических оценок правого желудочка и ^{статистики5}.

Результаты

Осуществимость
Описаны результаты 9 последовательных процедур индукции АРХЛ в модели CTEPH крупного животного, о которой сообщалось ^ранее5. Продолжительность протокола составляла около 6 часов, включая индукцию анестезии, установку, сосудистый д...

Обсуждение

Описан метод моделирования основных патофизиологических особенностей АРГФ на хроническом ЛГ в модели крупного животного происхождения, включая перегрузку объема и давления и гемодинамическое восстановление добутамином. Мы также сообщили, как получить гемодинамические и визуальные...

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
Radiofocus Introducer II	Terumo	RS+B80K10MQ	catheter sheath
Equalizer, Occlusion Ballon Catheter	Boston Scientific	M001171080	ballon for inferior vena cava occlusion
Guidewire	Terumo	GR3506	0.035; angled
Vigilance monitor	Edwards	VGS2V	Swan-Ganz associated monitor
Swan-Ganz	Edwards	131F7	Swan-Ganz catheter 7 F; usable lenghth 110 cm
Echocardiograph; Model: Vivid 9	General Electrics	GAD000810 and H45561FG	Echocardiograph
Probe for echo, M5S-D	General Electrics	M5S-D	Cardiac ultrasound transducer
MPVS-ultra Foundation system	Millar	PL3516B49	Pressure-volume loop unit; includes a powerLab16/35, MPVS-Ultra PV Unit, bioamp and bridge amp and cables
Ventricath 507	Millar	VENTRI-CATH-507	conductance catheter
Lipiodol ultra-fluid	Guerbet	306 216-0	lipidic contrast dye
BD Insyte Autoguard	Becton, Dickinson and Company	381847	IV catheter
Arcadic Varic	Siemens	A91SC-21000-1T-1-7700	C-arm
Prolene 5.0	Ethicon	F1830	polypropilene monofil