Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
* Эти авторы внесли равный вклад
Этот протокол позволяет проводить in vivo количественную оценку податливости и растяжимости вен с использованием катетеризации и 3D-ангиографии в качестве процедуры выживания, что позволяет использовать ее в различных потенциальных целях.
Синтетические сосудистые трансплантаты преодолевают некоторые проблемы, связанные с аллотрансплантатами, аутотрансплантатами и ксенотрансплантатами, но часто являются более жесткими и менее податливыми, чем нативный сосуд, в который они имплантируются. Соответствие соответствию нативному сосуду становится ключевым свойством для успеха трансплантата. Текущий золотой стандарт оценки соответствия судна требованиям включает в себя иссечение сосуда и двухосные механические испытания ex vivo . Мы разработали метод in vivo для оценки податливости и растяжимости вен, который лучше отражает естественную физиологию и учитывает влияние изменения давления, вызванного текущей кровью и любыми присутствующими морфологическими изменениями.
Этот метод разработан как процедура выживания, облегчающая продольные исследования и потенциально снижающая потребность в использовании животных. Наш метод включает в себя введение болюса с концентрацией физиологического раствора 20 мл/кг в венозную сосудистую сеть с последующим получением 3D-ангиограмм до и после болюса для наблюдения за изменениями, вызванными болюсом, одновременно с измерением внутрисосудистого давления в целевых областях. Затем мы можем измерить окружность и площадь поперечного сечения сосуда до и после болюса.
С помощью этих данных и внутрисосудистого давления мы можем рассчитать податливость и растяжимость с конкретными уравнениями. Этот метод был использован для сравнения податливости и растяжимости нижней полой вены у местных неоперированных овец с каналом овец, которым был имплантирован долгосрочный трансплантат из политетрафторэтилена (ПТФЭ). Было обнаружено, что нативный сосуд более податлив и растяжим, чем фторопластовый трансплантат во всех измеряемых местах. Мы приходим к выводу, что этот метод безопасно обеспечивает in vivo измерения податливости и растяжимости вен.
Пациенты с критическими аномалиями сердца нуждаются в реконструктивной хирургии. Большинство реконструктивных операций требуют использования протезных материалов, в том числе сосудистых трансплантатов. Потенциальными каналами для преодоления этого пространства являются синтетические или биологические материалы. Первоначально гомотрансплантаты использовались в качестве канала Фонтена, но с тех пор от них отказались из-за высокой частоты кальцификации и инцидентов острой фазы1. В настоящее время используются синтетические сосудистые трансплантаты, полученные из неорганических полимеров. Остается проблема, заключающаяся в том, что эти трансплантаты менее податливы, чем нативный сосуд, в который они имплантированы, и имеют долгосрочные осложнения, такие как стеноз, окклюзия и кальцификация 1,2,3,4,5.
Структура синтетических сосудистых трансплантатов обеспечивает механическую прочность на разрыв, что приводит к их неизменно более низкой податливости по сравнению с нативнойтканью2. Сосудистая податливость, определяющая изменение объема сосуда при изменении давления, служит индикатором реакции сосуда на механические нагрузки. Разница между материалом трансплантата и свойствами нативного сосуда создает несоответствие податливости, которое, как было продемонстрировано, нарушает характер кровотока, что приводит к образованию зон рециркуляции и разделения потока 2,6,7,8,9. Это явление изменяет напряжение сдвига на эндотелиальной стенке и вызывает гиперплазию интимы 2,7,8,9. Такие ответы могут привести к осложнениям, связанным с трансплантатом, что потребует замены трансплантата или повторного вмешательства6.
Поскольку податливость сосудов играет ключевую роль в определении исходов трансплантата, точное измерение этого свойства имеет важное значение. В настоящее время золотым стандартом для измерения податливости сосудов являются трубчатые двухосные механические испытания ex vivo . Этот метод включает в себя иссечение исследуемого трансплантата или сосуда, его подключение к латексным трубкам и нагнетание давления для оценки поведения кольцевого напряжения-растяжения при различных давлениях. Податливость определяется путем сравнения давления с измерением внутреннего диаметра10. Однако методы ex vivo имеют некоторые недостатки. При оценке функциональности имплантированных графтов методом ex vivo необходимо жертвовать животными и эксплантировать графты, что делает невозможным проведение длительных обследований. Поэтому мы разработали протокол измерения соответствия in vivo .
Наша группа специализируется на разработке тканеинженерных сосудистых трансплантатов (TEVG) для использования в хирургии Фонтена для улучшения врожденного порока сердца и синдрома гипоплазии левых отделов сердца (HLHS). Последние разработки в области хирургии врожденных пороков сердца улучшили послеоперационные результаты, что привело к увеличению продолжительности жизни. Это делает долгосрочные свойства и успех имплантированного сосудистого канала все более важными. В настоящее время не существует животной модели СГЛОС, поэтому мы оцениваем наши трансплантаты в ускоренной модели интерпозиционного трансплантата нижней полой вены крупного животного (IVC). Хотя эта модель не пытается создать течение циркуляции Фонтена, она эффективно повторяет уникальные гемодинамические условия. Недавнее использование нами этого протокола in vivo продемонстрировало значительные различия в податливости трансплантата между нашим TEVG и обычными трансплантатами из расширенного политетрафторэтилена (ПТФЭ)11. Поскольку это предыдущее исследование не было сосредоточено на методологии, мы провели дополнительные эксперименты, подробно описывающие этот новый метод in vivo .
Мы имплантировали синтетический трансплантат, который в настоящее время служит стандартом лечения, состоящий из расширенного политетрафторэтилена (ПТФЭ), у исследуемых животных из Дорсета и сравнили его с нативным НПВ у хирургически наивных контрольных животных. Данный протокол был выполнен на группе ПТФЭ через 5-7 лет после имплантации кондуита ПТФЭ и неоперированных контрольных животных различного возраста. Таким образом, в последующих разделах, описывающих протокол и репрезентативные результаты, мы будем иногда ссылаться на интересующую область, как, например, середину области трансплантата (мидграфта) интерпозиционного трансплантата IVC.
Этот протокол позволяет нам анализировать in vivo соответствие трубопровода из ПТФЭ, о котором известно, что он не соответствует требованиям в долгосрочной перспективе, с нативной жилой. Мы решили сравнить клинический стандартный материал, ПТФЭ, с нативной неоперированной веной. Мы выбрали долгосрочный временной момент, потому что известно, что трубопровод из ПТФЭ остается несоответствующим требованиям и склонен к образованию накипи, что еще больше снижает его соответствие11. Мы решили проводить все сравнения in vivo, поскольку системные гемодинамические изменения точно отражаются в измерениях, полученных с помощью методов in vivo. В результате этого сравнения мы обнаружили, что этот протокол способен подтвердить несоответствие ПТФЭ и получить измерения податливости вен in vivo безопасным и воспроизводимым способом. Этот метод был успешно реализован в опубликованном исследовании, чтобы продемонстрировать статистически значимые различия между кондуитами ПТФЭ и тканеинженерными сосудистыми трансплантатами (TEVG) in vivo11.
Общая цель этого протокола заключается в расчете податливости и растяжимости грудного НПВ в модели крупного животного овцы с использованием измерений in vivo в рамках процедуры выживания. С этой целью мы визуализировали и измерили изменения окружности и площади поперечного сечения грудного НПВ в сосудистый болюс. Мы одновременно измерили внутрисосудистое изменение давления и использовали эти измерения для расчета податливости и растяжимости. Использование 3D-ангиографии дает нам множество преимуществ, в том числе возможность корректировать вид изображения после захвата, чтобы гарантировать, что наши измерения проводятся от поперечного сечения вены, а также позволяет нам измерять несколько мест вдоль сосуда. Тремя областями, представляющими интерес в этом исследовании, были область мидграфта, а также два смежных участка анастомоза трансплантата из ПТФЭ и сопоставимые участки в нативной НПВ. Проведение экспериментов in vivo дает преимущества в оценке функциональности трансплантатов в пределах фактического потока крови и в окружении тканей и органов. Считается, что измерения, полученные с помощью этого метода, отражают фактическую функциональность трансплантатов в живом организме.
Протокол разделен на шесть основных разделов, включая предпроцедурную подготовку овец, катетеризацию, сбор исходных данных до болюса, сбор данных исследования, восстановление животных и анализ данных. В разделе, посвященном подготовке животных, мы обсуждаем седацию, инициацию анестезии и размещение оборудования для мониторинга, используемого во время процедуры катетеризации. Во втором разделе мы объясняем процесс установки двух оболочек катетера, необходимых для сбора данных. В соответствии с этим протоколом оба тубуса помещаются в правую внутреннюю яремную вену (IJV), чтобы позволить ввести в сосуд два многодорожечных катетера. Один из них будет расположен в интересующей области для регистрации изменения давления, а другой будет размещен ниже в вене для введения контрастного вещества. После установки катетеров для сравнения берется базовый предболюсный 3D-ангиограф. Сбор данных исследования начинается с подготовки болюса физиологического раствора в системе мешков под давлением для введения, обеспечения болюса физиологического раствора с регистрацией внутрисосудистого давления и снятия постболюсного 3D-ангиографа. Затем мы опишем процесс, облегчающий восстановление овец после протокола. Наконец, мы обсудим метод получения правильных изображений и поперечных измерений для анализа и статистического сравнения.
Протокол исследования был одобрен Комитетом по уходу за животными и их использованию Национальной детской больницы Исследовательского института Эбигейл Векснер (AR22-0004). Все животные получили гуманный уход в соответствии с Руководством по уходу за лабораторными животными и их использованию, опубликованным Национальными институтами здравоохранения.
1. Подготовка животных
2. Катетеризация
Рисунок 1: Панель управления. (A) Панель управления системой 3D-ангиографии (B) Ножные педали для рентгеноскопии Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2: Катетеризация животных. (A) Ключевое хирургическое место, подготовленное к катетеризации. (Б) Техника визуализации правой внутренней яремной вены (черные стрелки). (C) Два многодорожечных ангиографических катетера помещаются через правую внутреннюю яремную вену (синяя стрелка: измерение давления в трансплантате; красная стрелка: введение контраста в брюшную НПВ; белая стрелка: жесткие провода). Сокращение: IVC = нижняя полая вена. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
3. Сбор предварительной информации
Рисунок 3: Положение С-дуги и диапазон движения. (A) Положение овцы в начале процедуры (B) Первое положение для программы 3D-ангиограммы (C) С-рука перемещена по оси xy (D) С-рука перемещена по оси Z (E) С-рука завершает тестовое вращение с полным диапазоном движений. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
4. Введение болюса физиологического раствора и сбор данных
5. Восстановление
6. Анализ данных
Рисунок 4: Анализ данных в DICOM-просмотрщике. (А) Исходные данные 3D ангиограммы, загруженные в DICOM-просмотрщик. (Б) Сагиттальный срез трансплантата. (В) Коронковый отдел. (D) Истинное поперечное сечение визуализируется после регулировки угла на сагиттальном и корональном срезах. (E) Инструмент «Карандаш» используется для очерчивания целевого сосуда для измерения длины окружности и площади поперечного сечения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Мы успешно провели эту процедуру с более чем 25 овцами. Важно отметить, что не было случаев заболеваемости и смертности, связанных с этой процедурой. У всех овец наблюдалось неосложненное восстановление. Эти репрезентативные результаты были получены от трех овец, которым были имплантир?...
Податливость и растяжимость являются ключевыми свойствами для функции кровеносных сосудов, служащими индикаторами потенциальных осложнений и вмешательств. Точная количественная оценка и сравнение изменений этих параметров важны для оценки эффективности трансплантата. Наш метод ...
Это исследование было частично спонсировано компанией Gunze Ltd.
Эта работа была поддержана R01 HL163065 и W81XWH1810518. Мы выражаем нашу признательность преданным своему делу сотрудникам Центра исследований животных. Мы также хотели бы выразить нашу благодарность Кармен Арсуага за ее бесценный опыт и бдительную заботу на протяжении всего исследования.
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 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены