Method Article
Here we present a protocol to assess cardiopulmonary function in awake swine, at rest and during graded treadmill exercise. Chronic instrumentation allows for repeated hemodynamic measurements uninfluenced by cardiodepressive anesthetic agents.
这个协议描述了外科手术,长期仪器猪和行使的电动跑步机猪的过程。早期心肺功能障碍是难以诊断,尤其是在动物模型中,如心肺功能通常侵入测量,需要麻醉。由于许多麻醉剂是cardiodepressive,心血管功能的细微变化可以被屏蔽。与此相反,慢性仪器允许在清醒状态心肺功能的测量,以便测量可以安静休息条件下获得,无需麻醉和急性手术创伤的影响。此外,当动物被适当训练,也可以分级平板运动期间获得的测量结果。
流探头放在围绕主动脉或肺动脉为心输出量的测量和周围的左冠状动脉前降支为科伦的测量进制血流量。充满液体的导管被植入在主动脉,肺动脉,左心房,左心室和右心室的压力测量和血液取样。此外,一个20G的导管被定位在前室间静脉以允许冠状静脉采血。
恢复一周后,猪被放置在由马达驱动的跑步机,该导管被连接到压力和流量计,和猪经受五阶段逐步行使协议,每个阶段持续3分钟。血液动力学信号被连续记录和血样每次锻炼阶段的最后30秒期间拍摄。
研究慢性仪器动物的主要优点是,它允许心肺功能的串行评估,不仅在休息而且物理应力如锻炼期间。此外,心肺功能,可反复在疾病发展的评估第二慢性治疗期间,从而提高了统计功率,从而限制了一个研究所需的动物数量。
足够心肺功能是必不可少的氧气和营养供给人体,尤其是在诸如运动1在代谢需求增加的条件。锻炼心肺响应的特征在于由若干在心脏功能 ,即适应的,在心脏速率,收缩力和行程体积,和微血管功能 ,即,血管舒张的血管床供给锻炼肌肉增加以及在肺脉管,和血管收缩在供给胃肠系统的血管床以及非活性肌肉1。受损的运动能力是心肺功能不全的早期标志,心肺运动试验作为一种有效的方法心功能不全,血管功能不全和/或肺功能不全的患者受损的运动能力2之间划定。早期心肺功能不全是difficult诊断,尤其是在动物模型中,如心肺功能通常侵入测量,需要麻醉,与许多麻醉剂具有cardiodepressive属性3。
慢性仪器允许在清醒状态心肺功能的测量,并且当动物充分调整到实验室条件测量可以安静休息的条件下没有麻醉和急性手术创伤的影响而获得。此外,当将动物适当训练的,也可以分级平板运动4,5-期间获得的测量结果。更具体地,左,右心室功能可以评估和与心肌灌注,而在冠状动脉,全身和肺部微循环血管舒缩音的调节可被确定。使用充满液体的导管允许的压力测量以及采血样不强加广告在动物ditional压力。研究慢性仪器动物的另一个优点是,心肺运动测试可以重复允许使用的动物作为其自身的控制,无论是在疾病的发展或慢性治疗期间,从而提高了统计功率,从而限制了一个研究所需的动物数量。
猪的心肺解剖学非常类似于人类的和有可能诱导各种形式的心肺疾病,如糖 尿病6,心肌梗塞7,肺动脉高血压8,9和起搏诱导心脏衰竭10,11。此外,猪的尺寸允许慢性仪表,以及足够量的重复血液采样分析不仅血液气体,而且以执行神经体液测量和/或要搜索的疾病的生物标志物。
本协议描述用于慢性手术LY仪器猪以及行使上的马达驱动的跑步机的猪的协议。
涉及动物主题手续已经批准的动物护理委员会在Erasmus医学中心鹿特丹(荷兰)。猪6和80 kg的重量都使用该协议被成功检测。
1.动物人工处理的适应
2.准备手术
3.手术
图1.概述外科左上面板:动物,应剃光和消毒的布鲁线之间的谎言的无菌区。切口部位被描绘为红色虚线。左下图:导管和流量探测器图片:充满液体的导管(A),主动脉/肺血流探测包括橡胶带(B),冠状静脉导管,包括20G的针头(C)和冠脉流量探头(D)。右上图:导管和流量探测器放置的示意图。 MAP,平均动脉压;林前静脉,冠状静脉导管; LAP,左心房压力; LVP左心室压力; RVP,右心室压力; PAP,肺动脉压; CO,心输出量; CBF,冠状动脉血流量。右下图:隧道式导管退出了缝合和打结沿缝合线在大约为1厘米的距离固定后,请点击此处查看该图的放大版本。
4.跑步机实验(图2)
图2.跑步机实验,左窗格LS:仪器在跑步机上猪。充满液体的导管连接到压力换能器,放置在猪的背部。右上图:总的实验装置,包括跑步机,放大器和记录电脑的概述。右下图:记录血流动力学数据的典型例子。从上到下;主动脉压(AOP,蓝色)和左心室压力(LVP,红色);左心房压力(LAP,蓝色)和左心室压力(红色);肺动脉压(PAP,蓝色)和右心室压力(RVP,红色);主动脉血流/心输出量(AOF,蓝色);冠状动脉血流量(CBF,红色)。 请点击此处查看该图的放大版本。
运动长达5公里/小时导致心输出量增加了一倍,从4.3±0.3到8.5±0.7升/分钟将其主要由从每分钟137±7 256±8次在心脏速率的增加组合与完成小的增加心搏量从32±2到36±3毫升( 图3)。搏出量的增加通过增加左心室收缩容易,通过增加最大左室压的第一导数的证明DP /与左心室舒张的增加速率,并增加了左一起下降速率心房压,作为左心室的填充压力(图3)。与血红蛋白浓度(9.2±0.4克/分升8.5±0.4)增加一起心输出量的增加和71±1%,增加体内氧提取45±1允许一个TR体耗氧IPL引导(图3)。发生全身血管舒张的增加全身血管电导和全身血管阻力的降低,这容纳于心输出量的增加几乎完全证明,使平均动脉压(图3)仅略有增加。运动也导致肺循环温和血管舒张,通过在肺血管电导增加了33±8%所证实。然而,增加心输出量101±8%,而在左心房压力的增加(从3±1到10±1毫米汞柱)一起,导致增加的肺动脉压,并由此在增加右心室负荷( 图3)。
与动脉压略有增加心脏速率的增加,同时导致增加左心室心肌耗氧缺点umption,这主要是由增加冠状动脉血流量其中,在与血红蛋白浓度的增加组合导致心肌氧输送(738±68微摩尔/分钟从310±37)的增加得到满足。在心肌需氧量的增加与心肌供氧的增加相称,作为心肌氧萃取(在79.8±1.9%其余81.6±最大运动时1.9%)基本上保持恒定,导致在一个不变的冠状静脉氧饱和度和冠状动脉静脉氧张力(图3)。
图3.典型血流动力学响应练习。车身氧消耗(BVO2)用作用于运动强度(面板AL的x轴)的指数。示出的是心脏心率(HR,A组),每搏量(SV,B组),最大的响应imum和左心室压力(上升/下降速率,面板C和DP / DTMIN,图D RESP)作为收缩性和松弛速率的指数的一阶导数的最小值,心输出量(CO,图E),平均动脉压(MAP ,面板F),全身血管电导(SVC,面板G),全身血管阻力(SVR,面板高),肺动脉压(PAP,板J),左心房压力(LAP,面板I),肺血管电导(PVC ,面板K)。全肺阻力(TPR指数为右心室后负荷运动过程中增加,面板L)。与动脉压略有增加心脏速率的增加,同时导致(板的x轴线MP)的增加左心室心肌耗氧量,这主要是由增加冠状动脉血流量满足(CBF,面板M)的,心肌氧摄取(MEO2,面板N),冠状静脉血氧饱和度(CVSO2,面板O)和冠状静脉氧张力(cvPO2,面板P)的影响最小。所有的数据都带有平均值(SEM)的标准误差平均值。 请点击此处查看该图的放大版本。
本研究描述了一种用于猪的慢性仪器的手术以及用于锻炼仪表猪上的马达驱动的跑步机,同时测量血流动力学和采取血液样本的动脉,混合静脉和冠状静脉血氧含量测定的协议。
该议定书中的关键步骤
有迹象表明,在插管过程中,已经开始在协议中的几个关键步骤。硫喷妥钠(2.1.5)是一种呼吸道抑郁剂,因此需要在管理迅速插管。另外,在手术过程中仔细监测呼吸机设置是很重要的。因而,当胸腔打开(步骤3.1.4),这导致在胸内负压的损失。为了弥补这一损失,并防止肺泡萎陷,通气需要呼气末正压(PEEP)。此外,呼吸机设置(吸气峰新闻URE)应调节以保持约10毫升/ kg的潮气量。还注意,当左肺被推开(3.1.6。)潮气量是可能的,因为只有在左肺的一部分通风,以降低。呼吸机的设置应该根据血液中的气体进行调整。
相对于血流动力学测量与流体填充导管的另一个重要注意的是,有压力传感器和填充流体的导管的插入部位插入心血管系统之间的静水压力差。在弹性背心(4.2),以及在导管的插入点的压力传感器的压力水平之间的高度差应在手术过程中,并在动物的牺牲来估计并通过内插前或后的处理校正数据。
另一个需要考虑的很重要的一点使用这种技术时是失血,无论是手术期间或重复期间血液采样应该最小化,尽管事实上,猪是比较大的,因此有一个大的血液体积(65毫升/公斤)。在手术中,导管的插入过程中的失血可以通过简单地对穿刺伤口施加压缩最小化。根据动物实验指南,循环血液量的高达10%,可以采取从正常的,健康的动物具有最小的不利影响单个场合,但需要的动物约14天补充的血液 15这个量。这意味着,当血液显著量丢失从手术恢复被延长。
在演习实验期间反复血液采样,一个最大的动物的循环血液量的1.0%,或0.6毫升/公斤可以每24 小时 15被移除。这也意味着,平板运动期间被采样的血液量,应该是有计划,即,去除的ini的后TiAl金属凝块是不变地存在于与血液中,剩余的血液抽出冲洗线的界面处的尖端附近的导管的管腔应给予回动物。
修改和故障排除
注入流体填充导管应每天冲洗,以防止误动作,因为血液凝块的形成。根据在充满液体的导管的血块的量,肝素的每行中的量可以从1000国际单位/毫升至5000国际单位/毫升内变化。肝素的量应保持在第一周的最小手术后防止由于抗凝血剂的肝素的存在下手术切口伤口出血。
然而,每天冲洗即使一些充满液体的导管将堵塞。发生这种情况时,尝试通过施加最小的和/或脉动抽吸具有较小2毫升注射器抽出血液。它可能需要几分钟前导管将取消堵塞。当这不工作,仔细冲洗盐水少量进入导管,并立即尝试抽回血。注意,输注可能导致释放血栓入远侧器官,这取决于导管的位点上的循环和栓塞。当仔细冲洗不工作,堵塞线连接到一个压力传感器,以检查是否仍然有血流动力学信号。如果不存在信号时,充满液体的线应该由几个结被密封和切断。
解释和限制
当所有的点进行了上述考虑,血流动力学测量和血液样品的组合允许在整个身体和心肌耗氧量,方面行使响应这对于比单独跑步机的速度-7,12-锻练强度更好措施的解释-14。
为了满足身体,简体字课程的增加的代谢需求CISE需要局部灌注心脏功能的变化以及修改。组织灌流通过在小动脉和血管床供给的组织的动脉直径的变化调节。无数的血管活性因子,神经体液从系统,内皮细胞和地方的代谢物衍生的互动,以确定血管张力并确保有足够的组织灌注1,5,12,16。在全身和肺血管阻力或逆,血管电导变化,可从血液中的压力和流量信号来计算并在全身和肺血管在血管舒缩音的变化来解释。直观地,血管阻力通常被用来评估在血管张力的变化。然而,在我们的研究小组,我们主张采用电导虽然电导和阻力是数学相关,与电导是压力流归一化,耐压力等于流动分歧。虽然电导和RESistance可互换如果调查仅单个刺激的效果(即运动)7,17,这两个参数的解释可以与药理学干预相结合的运动时,对各种血管活性系统的贡献调查对血管紧张4的调控有所不同,5,7,14,18。
在运动过程中,全身循环从静止的系统,该系统的特点是低流量和高电阻(即,低电导)到系统中以高流量和低电阻,(高电导)变换。因此,药理血管舒张有休息与运动中的电导和阻力不同的后果。由静止的血管扩张药物产生抗性下降较大,而在导的增加仅仅是小的。相比之下,运动时同样程度的血管扩张转化为电导的大量增加,但ØNLY阻力小幅下降。因此,当使用电导,有较大的血管舒张似乎运动过程中发生,而在寻找阻力血管舒张时似乎是静止大。对数据的解释用电阻或电导时因而不同。虽然电阻和电导之间的选择可能看起来相当随意,在物理该经历主变化的变量被指定为索引的分子的响应7,17,18。由于在运动过程中的主动脉血压仍而心输出量增加相当恒定明显,最合适的参数来描述全身血管反应演习似乎是全身血管传导(心输出量/主动脉血压),而不是阻力。此外,该系统循环由血管床的来自各种被以并行的方式主要充盈器官的众多的。由于并联电阻加起来往复式卡利,而平行导体以线性方式加起来,在特定区域血管床的电导的任何变化转换成总全身血管电导的相同(绝对)的变化。这种考虑贷款给使用血管传导来描述全身血管反应进一步支持运动和药物干预。
对于任何一个电阻或电导来描述血管反应在肺床上行使的选择似乎是不太明显的,因为运动产生的心输出量增加,以及肺动脉压力7,17。一种用于任一电阻或电导选择也是不太重要,鉴于在PVR和聚氯乙烯的相对较小的运动引起的变化相比,所产生的血管舒张的程度,例如,ET受体阻断7。其结果,使用任一电阻或电导的表征血管作用Ò在肺循环发药理血管舒张剂将产生类似的结论。
在冠脉循环,对数据的解释是即使不仅在冠脉阻力血管张力改变的内源性血管活性物质的结果药理拮抗剂全身用药比较复杂,但往往也会产生全身血流动力学参数7,14,17明显的变化, 19。这些改变血流动力学的影响心脏做功,从而导致从心脏的或自动调节,而不是对冠状动脉血管张力干预的直接影响代谢需求的变化导致冠状动脉血流量的变化。例如,内源性血管收缩剂系统的阻断降低平均动脉压,全身血管舒张的结果,并引起在冠状动脉微血管音自身调节的调整。此外,压力感受性反射激活的作用是增加心脏率第二心肌收缩力。在心脏速率和/或血压这些变化随后将导致心肌代谢的改变,要求在心肌供氧并因此在冠状动脉血流量的调节。
考虑到心肌耗氧量等药物引起的变化的影响,研究者检查冠状静脉氧含量和心肌耗氧量(MVO 2)4,5之间的关系,因为这种方法使冠脉阻力血管张力的调节评估独立心肌耗氧量的变化。血管扩张剂的管理将在MVO 2的一定水平增加心肌氧的输送。因为这增加氧气输送时不会发生在氧消耗的变化,心肌耗氧萃取会降低,从而导致在冠状静脉氧含量,因此在该关系的MVO 2之间的一个向上移位的增加和冠状静脉氧含量。因此,必须同时测量心肌需氧量的以及心肌供氧量,以便正确地研究调控冠脉阻力血管张力4,5。
尽管它的优雅和实用性,一些研究者指出,这种方法20的局限性。因此,绘制MVO 2与冠状静脉PO 2或冠状静脉SO 2,可以考虑,因为这些变量实际上公式来计算MVO 2的一部分,是不合适的。因此,MVO 2不是变量,它是独立的冠状静脉PO 2或SO 2。可替代地,调查人员应考虑使用的心肌工作另一个索引,速率压力乘积(RPP),其是心脏速率和左心室收缩压的产物。然而,如RPP和MVO 2几乎线性相关,Substituting RPP为MVO 2产生几乎相同的结果14,以及 MVO 2和冠状静脉氧气水平之间的关系被认为是在冠状动脉血管紧张研究改变的一个敏感的方式。
相对于现有方法的意义
常用来评估血管张力的变化调节另一种方法是在压力或丝肌动描记6,14,21采用隔离冠状动脉和肺小动脉或小动脉。肌动描记研究的优点是,容器可以研究独立周围组织的和没有潜在的从循环因子混淆效应。因此,这些体外技术是在体内测量的互补性。然而, 在体内和 体外技术有时给相对的结果。例如,到了有力的血管收缩内皮素的响应在完整冠状动脉环流减少 Ñ 心肌梗死后,但在从心肌梗死猪分离的冠状小动脉增强相比健康对照猪21至由前列腺素内皮素的血管收缩影响增加抑制在体内和体外数据这种差异是由于在体内 21。
未来应用
鉴于在这两个左,右心室功能不全的冠状动脉微血管功能的改变的建议的作用,需要这些变化在心血管疾病的相关模型的评估。使用长期仪器动物允许与微血管(DYS)功能的疾病的严重程度的相关性。此外,无论是冠心病和肺微血管功能可能会出现基础静息状态下正常,而微血管功能障碍可能心血管胁迫下显露出来,如运动时。
总之,利用长期仪器灵魂的LS允许使用疾病或治疗的评估开发期间心肺功能的串行评估,从而增加了统计功率和限制要研究所需的动物数量。
作者什么都没有透露。
这项研究是由荷兰心脏基金会资助2000T038(以DJ Duncker)授予2000T042(到D Merkus)的支持,欧盟FP7 - 健康 - 2010批MEDIA-261409(以DJ Duncker和D Merkus),荷兰心血管研究倡议:荷兰心脏基金会,荷兰联邦大学医疗中心,荷兰组织健康研究与发展的科学荷兰皇家科学院 CVON- ARENA CVON 2011-11(DJ到Duncker),CVON-PHAEDRA CVON2012-08(到D Merkus)和CVON重新连接CVON 2014-11(以DJ Duncker和D Merkus),索菲亚基金会(以德D.韦氏-Meijler,D Merkus和IKM赖斯)。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
3-way stopcocks | B. Braun | 16496 | |
Perfusor lines PVC (DEHP-free) 150 cm/2.6 ml | B. Braun | 8722960 | Used for fluid filled catheters |
“python “ silicontubing | Rubber BV | 1757 ID 1 mm, OD 2 mm | Used for fluid filled catheters |
Sodium Chloride 0.9% | Baxter | TKF7124 | |
Glucose 10% | Baxter | WE0163 | |
Suction device | |||
Slim-Line electrosurgical pencil with 2 buttons | ERBE ELEKTROMEDIZIN GMBH | 20190-066 | |
Servo Ventilator SV900C | Siemens-Elema AB | ||
Laryngoscoop | Vererinary Technics Int. | 11.02.47 | |
Sterile surgical gloves | |||
tie-on surgical mask | 3M | 1818FS | |
surgical hat | Klinidrape | 621301 | |
Procedure pack | Molnlycke Health Care | 97027809 | Surgical drape, gauze pads, syringes, beaker etc |
Droptears | Alcon | 288-28282-01 | |
Betadine scrub 75 mg/ml Povidone-iodine | Meda Pharma BV | RVG08939 | |
Betadine solution 100 mg/ml Povidone-iodine | Meda Pharma BV | RVG01331 | |
Cuffed Endotracheal tube | Emdamed | size depends on animal size | |
Breathing filter Hyrdo therm 3HME | Intersurgical | 1560000 | |
Laryngoscope Handle+ Miller blade size 4 | Kawe Germany | ||
Manual resuscitator- Combibag | Weinmann | 6515-12-313-5596 | |
Perivascular flow probe 3PS | Transonic | For coronary artery; Size 2.5 - 4 mm depending on animal size | |
Confidence flow probe | Transonic | For aorta/pulmonary artery, 16 - 20 mm; size depends on animal size | |
Venflon-Venisystem 20 G x 32 mm | BD | 393224 | For coronary venous catheter |
Blunt Needle 18 G | For coronary venous catheter | ||
Tygon Tubing | Rubber BV | 2802 ID 0.8 mm (1/32’’), OD 2.4 mm (3/32’’) | For coronary venous catheter |
Suction Handle 17 cm 6 6/8 " Coupland 18/8 martinit with tube connector | KLS Martin Group | 18-575-24 | |
Scalple blade | |||
Scalpel Handle 13.5 cm 5 3/8 " Stainless Steel solid | KLS Martin Group | 10-100-04 | |
Vascular Forceps 20.2 cm 8 " De Bakey Stainless Stee | KLS Martin Group | 24-388-20 | ± 14 cm |
Dressing Forceps 17 cm 6 6/8 " Cushing Stainless Steel | KLS Martin Group | 12-189-17 | ± 18 cm |
halsted-musquito straight 12.5 cm - 5" | Rudolf Medical | RU-3100-13 | ± 12 cm |
halsted-musquito curved 12.5 cm - 5" | Rudolf Medical | RU-3101-12 | ± 12 cm |
Dissecting and Ligature Forceps 13 cm 5 1/8 " Gemini Stainless Steel | KLS Martin Group | 13-451-13 | ± 12 cm |
Dissecting and Ligature Forceps 18.5 cm 7 2/8 " Schnidt Stainless Steel | KLS Martin Group | 13-363-18 | |
Rib Retractor Finochietto, Baby Aluminium - | KLS Martin Group | 24-162-01 | |
suture forceps Mayo-Hegar 3 mm 18 cm - 7" | Rudolf Medical | RU-6050-18 | |
Metchenbaum blunt curved 14.5 cm - 5(3/4)" | Rudolf Medical | RU-1311-14M | |
Retrector farabeuf 12 cm - 4 (3/4)" | Rudolf Medical | RU-4497-12 | |
Towel forceps schrädel curved 9cm - 3,5" | Rudolf Medical | RU-3550-09 | |
surgical scissors blunt 13 cm - 5" | Rudolf Medical | RU-1001-13 | |
Gauzes Cutisoft 10 x 10 cm 4-ply | BSN Medical | 45846-00 | |
Gauzes Cutisoft 5 x 5 cm 4-ply | BSN Medical | 45844-00 | |
Flowmeter -CM2 / SF2 - 2gas (O2 and Air) | UNO BV | 180000008 | |
Tec 7 Vaporizer | Datex-Ohmeda | ||
Acederm wound spay | Ecuphar NV | ||
Vaseline Album | Bufa | 165313 | |
silkam 3-0 Natural silk, non-absorbable | B. Braun | F 1134043 | sutures for placement of catheters |
silkam 2-0 Natural silk, non-absorbable | B. Braun | F 1134051 | sutures for muscular approximation |
dagrofil 3-0 Polyester, non-absorbable | B. Braun | C 0842478 | sutures for fluid fille catheters after tunneling |
Vicryl rapide 3-0, 1 x 45 cm FS2, V2930G | Daxtrio medische producten | 15560 | sutures for electrical catheters after tunneling |
Vitafil 6 USP | SMI | 6080 | Ties |
Syringes | 10 ml and 2.5 ml | ||
Heparin LEO (heparin sodium) | LEO Pharma A/S | ||
Zoletil | Virbac | tiletamine / zolazepam | |
Sedazine | AST farma | 108855 | xylazine |
Temgesic | RB Pharmaceuticals | 5429 | buprenorphine |
Tensogrip | BSN Medical | 71522-00 | elastic vest |
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