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Presentamos un método quirúrgico para inducir hipertrofia ventricular derecha y el fracaso en ratas.
Falta ventricular correcta (RV) inducida por sobrecarga de presión sostenida es un contribuyente importante a la morbilidad y mortalidad en varios desordenes cardiopulmonares. Confiables y reproducibles modelos animales de insuficiencia RV por lo tanto, están garantizados para investigar mecanismos de la enfermedad y los efectos de posibles estrategias terapéuticas. Anillado del tronco pulmonar es un método común para inducir la hipertrofia aislada de RV, pero en general, los modelos anteriormente descritos no han tenido éxito en la creación de un modelo estable de RV hipertrofia y falla.
Presentamos un modelo de rata de presión sobrecarga inducida por RV hipertrofia causada por el tronco pulmonar (PTB) de bandas permite que diferentes fenotipos de la hipertrofia de RV con y sin falta de RV. Utilizamos un aplicador de clips adherente modificado para comprimir un clip de titanio alrededor del tronco pulmonar a un diámetro interno preestablecido. Utilizamos diámetros diferentes de clip para inducir diferentes etapas de progresión de la enfermedad de la leve hipertrofia de RV a insuficiencia descompensada de RV.
Hipertrofia de RV se convierte constantemente en ratas sometidas al procedimiento de PTB y dependiendo del diámetro del clip bandas aplicado, podemos reproducir con precisión las gravedades diversas enfermedades desde hipertrofia compensada a RV descompensada severa falta con manifestaciones extra cardíacas.
El modelo PTB presentado es que un modelo válido y sólido de la sobrecarga de presión inducida RV hipertrofia y falla que tiene varias ventajas a otros modelos de bandas como alta reproducibilidad y la posibilidad de inducir falta de RV severa y descompensada.
El ventrículo derecho (VD) puede adaptarse a una sobrecarga de presión persistente. En el tiempo, sin embargo, mecanismos adaptativos capaces de mantener el gasto cardiaco, Vd se dilata y finalmente falla el RV. Función de RV es el principal factor pronóstico de varios desordenes cardiopulmonares como la hipertensión arterial pulmonar (HAP), la hipertensión pulmonar tromboembólica (CTEPH) y diversas formas de cardiopatía congénita con sobrecarga de presión (o volumen) de la RV A pesar de un tratamiento intenso, falta de RV sigue siendo una causa predominante de muerte en estas condiciones.
Como consecuencia de las propiedades únicas1,2 y3 de desarrollo embriológico de la RV, el conocimiento derivado de la insuficiencia cardíaca izquierda simplemente no pueden extrapolarse a paro cardíaco derecho. Modelos animales de insuficiencia cardíaca derecha por lo tanto son necesarios para investigar los mecanismos de falla de RV y posibles estrategias de tratamiento farmacológico.
Hay experimental modelos de hipertensión pulmonar inducida por el SU5416 combinación con hipoxia (SuHx)4 o monocrotaline (MCT)5, que inducen la falta RV secundaria a enfermedad de la vasculatura pulmonar. Estos modelos se utilizan para evaluar los efectos terapéuticos de los medicamentos orientados a la vasculatura pulmonar. El SuHx y el modelo MCT son modelos no fija la poscarga de la falta de RV. Por lo tanto, no es posible concluir si una mejora en la función del RV después de una intervención es secundaria a la reducción de efectos vasculares pulmonares de la poscarga o si es causada por efectos directos en la RV. Además, el modelo MCT tiene varios efectos extra cardiacas.
En modelos de bandas experimentales tronco pulmonar, la poscarga del Vd es fijo debido a una constricción mecánica del tronco pulmonar. Esto permite la investigación de efectos cardiacos directos de una intervención en la RV independiente de cualquier efectos vasculares pulmonares6,7,8,9. Generalmente, las bandas se realizan colocando una aguja a lo largo del tronco pulmonar. Una ligadura se coloca alrededor de la aguja y el tronco pulmonar y atada con un nudo y se retira la aguja dejando la sutura alrededor del tronco pulmonar. Según el calibre de la aguja, pueden aplicar diferentes grados de limitaciones, pero a pesar de este enfoque es ampliamente utilizado, tiene algunas desventajas. En primer lugar, el diámetro de las bandas no es exactamente el mismo que el diámetro exterior de la aguja como la ligadura es atada alrededor de la aguja y el tronco pulmonar. En segundo lugar, puede haber una variación significativa a cómo firmemente el nudo se ata lo que es difícil reproducir un cierto grado de bandas. Esto dará lugar a una variación en el diámetro de las bandas y de tal modo una dispersión más grande. Por último, el nudo puede aflojarse con el tiempo.
Un estudio aplica a un clip de tantalio medio cerrado alrededor del tronco pulmonar10. Había comprimido el clip alrededor del tronco pulmonar a un área interno de 1,10 mm2 y comparado a ratas sometidas a bandas con una sutura con una aguja de 18 G. En general, las bandas con el clip fue asociada con menos complicaciones peri quirúrgico y variación de datos.
Basado en los principios descritos por Schou et al11, más desarrollado y caracterizado el tronco pulmonar bandas modelo (PTB) de RV hipertrofia y falla. Presentamos nuestra experiencia con este modelo basado en los resultados de anteriores estudios12,13. Para este modelo, un clip de titanio se comprime alrededor del tronco pulmonar a un exacto diámetro interno preestablecido, que puede ajustarse para inducir fenotipos distintos de la falta de RV.
Todas las ratas fueron tratadas según las directrices nacionales danesas que se describe en la ley danesa en experimentos con animales y Orden Ministerial en experimentos con animales. Todos los experimentos fueron aprobados por la junta institucional de revisión ética y realizados de conformidad con la ley danesa para la investigación animal (número de autorización de 2012-15-2934-00384, Ministerio danés de Justicia).
1. Ajuste del adherente aplicador de clips
Nota: Las bandas del tronco pulmonar se realizan con un aplicador de clips adherente abierto modificado con una quijada angulosa. El aplicador se modifica con un mecanismo ajustable de parada para detener la compresión cuando las mordazas a una distancia exacta entre sí. Cuando un pequeño titanio clip la ligadura está comprimido con el aplicador modificado, un lumen persiste entre las piernas del clip con un diámetro específico según el ajuste del mecanismo de parada (figura 1).
Figura 1: procedimiento de la PTB. (A) el quirúrgico instrumentos utilizados para el procedimiento PTB entre el aplicador de clips adherente (flecha azul). (B) el tope ajustable mecanismo de la ligadura de los acorte aplicador. Girando la rueda dentada (flecha azul) ajustará la posición del perno (flecha amarilla), que para el cierre del aplicador cuando las fauces llegan a una cierta distancia unos de otros. La distancia corresponde a dos veces el grosor de las patas de la pinza y el diámetro interior del clip cuando el clip está comprimido y puede ser calibrado usando por ejemplo una aguja con un diámetro exterior conocido. (C) el aplicador comprime un clip de titanio para un diámetro interno exacto previamente especificado por el ajuste del aplicador. Diámetro (D) el interior del clip comprimido puede ajustarse con el fin de inducir diversos severities de RV hipertrofia y falla. Los datos presentados, un diámetro interno de 1.0 mm se utiliza para inducir la hipertrofia leve de RV, un diámetro interno de 0,6 mm se utiliza para inducir la falta moderada de RV, y un diámetro interno de 0,5 mm se utiliza para inducir la falta severa de RV. (E) el clip después de la aplicación alrededor del tronco pulmonar. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
2. preparación de la rata
Nota: Pueden aplicar otros regímenes de analgésicos.
3. aislamiento del tronco pulmonar
4. aplicación del Clip
5. cierre del tórax
6. simulacro de cirugía
Utilizando el procedimiento descrito de PTB en estudios previos de nuestro grupo12,13, indujo hipertrofia de RV (PTB suave) por las bandas con un clip de 1.0m m, un grado moderado de insuficiencia de RV (PTB moderada) por las bandas con un clip de 0,6 mm y un grado severo de la falta de RV (PTB grave) por las bandas con un clip de 0,5 mm. Las ratas sometidas a las manifestaciones extra cardíacas desarrolladas bandas graves de insuficiencia de RV, incluyendo insuficiencia hepática y ascitis (figura 5E). Todas las ratas se evaluaron siete semanas después del parto prematuro y las ratas sham experimentaron el mismo procedimiento pero sin la aplicación del clip. La mortalidad perioperatoria fue menos de 1 en 6. Siete semanas la tasa de supervivencia fue de 80% para las ratas sometidas a severas bandas y cerca del 100% en ratas sometidas a bandas de leve o moderada o cirugía ficticia.
Para la evaluación de los efectos del procedimiento PTB, utilizamos la ecocardiografía junto con resonancia magnética cardiaca (MRI) para determinar volúmenes de RV y gasto cardiaco. Excursión sistólica del plano anular tricúspide (TAPSE) se mide como la distancia del plano anular tricúspide con la contracción de RV en la vista apical de cuatro cámaras. Un promedio de tres ciclos de respiración fue utilizado como un valor representativo. Volumen telediastólico del Vd (EDV) y el volumen telesistólico (ESV) se evaluaron por el dibujo del endocardio en una serie de imágenes de eje corto a través de la RV obtenida por resonancia magnética para cada rata y fracción de eyección (EF) del RV calculado como EF = (EDV-ESV) / EDV. Cardiaco se midió entre las válvulas pulmonares y el clip mediante una secuencia de MRI de contraste de fase. Grabaciones digitales de las presiones de la RV se obtuvieron mediante un catéter con punta de micro instalado en RV antes de eutanasia. Más detalles de los métodos han sido descritos anteriormente12. Hipertrofia de RV se evaluó como la proporción del peso RV dividido por el peso del ventrículo izquierdo (LV) más tabique y como el peso de la RV dividido por la longitud de la tibia para corregir el tamaño de la rata. Todos los métodos fueron aplicados como se describe anteriormente12.
En una semana, elevadas presiones de RV y RV disfunción evidente por una disminución de gasto cardiaco y TAPSE habían desarrollado en las ratas PTB en comparación con el tratamiento simulado ratas operadas. Por consiguiente, las intervenciones o tratamientos farmacológicos se pueden iniciar ya en este momento si uno tiene como objetivo investigar efectos en establecido falta de RV. Después de seis semanas adicionales, RV presión había aumentado aún más. Las diferencias del fenotipo moderado vs Vd grave fracaso fueron pronunciadas aún más demostrado por una disminución gradual en el gasto cardiaco y la TAPSE con aumento de la severidad de las bandas (figura 2 y figura 3). Detallada hemodinámicas diferencias PTB suaves ratas y ratas severas PTB 4 semanas después de la cirugía han sido publicadas por nuestro grupo previousely15.
El procedimiento PTB también causado dilatación RV evidente por un aumento en la EDV RV y RV ESV en las ratas PTB moderadas en comparación con el tratamiento simulado ratas operadas y en las ratas PTB severas comparadas con moderada PTB y farsa. Una gradual disminución de RV EF también fue visto (figura 4).
El desarrollo de la hipertrofia de la RV se asoció a la magnitud de la sobrecarga de presión aplicada por el clip. La relación de la caravana sobre el peso del LV más tabique aumentado paso a paso de ratas con una banda suave con un clip de 1.0 mm sobre ratas en bandas con un clip de moderado de 0,6 mm para ratas en bandas con un clip de severo 0.5 mm. Resultados similares se observaron para el RV peso corregido por el tamaño de la rata al dividir la longitud de la tibia. La hipertrofia también fue vista como un aumento en cardiomiocitos Cruz área seccional en las ratas PTB en comparación con el tratamiento simulado ratas operadas. Aparte de la hipertrofia de los cardiomiocitos, la sobrecarga de presión induce también otros cambios morfológicos de la RV asociado a falta de RV incluyendo fibrosis de RV. En ratas sometidas a bandas graves, insuficiencia descompensada RV fue inducido. Este fenotipo se caracterizó por signos de insuficiencia al revés incluyendo congestión hepática como una coloración oscura del hígado. Congestión hepática fue acompañado generalmente por ascitis (figura 5).
Figura 2: efectos del PTB una semana y siete semanas después del procedimiento. (A) derecha ventricular gasto cardiaco (RV) la presión sistólica (B) y (C) excursión sistólica plano anular tricúspide (TAPSE) medido una semana después de la farsa o la operación de la PTB con un moderado o un bandeo severa respectivamente. (D, E y F) El mismo mide siete semanas después de los procedimientos y desarrollo de RV falta12. Datos que se presentan como promedio ± SEM. One-Way ANOVA con análisis post hoc de Bonferroni. ** p < 0.01, *** p < 0.001, y *** simulacro de p < 0.0001 PTB vs y PTB severa vs PTB moderada. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: efectos de la intervención PTB evaluada por ecocardiografía. (A) A representante cuatro cámara vista y (B) las mediciones de la integral de tiempo velocidad (VTI) en el tronco pulmonar (panel superior) y la excursión sistólica del plano anular tricúspide (TAPSE) (panel inferior) en una rata de farsa operada. Imágenes similares (C y D) para una rata PTB sometidos a moderada las bandas. Todas las imágenes son siete semanas después de la operación simulada o bandas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: imagen de resonancia magnética de las ratas de la PTB. Resonancia magnética cardiaca (MRI) de PTB y sham operado ratas. (A) cuatro representante cámara imágenes (panel superior) y vista de eje corto (panel inferior) de ratas sham (izquierdas) y las ratas de la PTB con un grado moderado de insuficiencia de RV (derecha). En la rata PTB, las altas presiones de RV causaron abultada (asterisco azul) de tabique. (B) el PTB procedimiento inducida por RV dilatación evidente por aumento de volumen diastólico final del Vd (EDV) y volumen sistólico final del Vd (ESV). (C) RV fracción de eyección (fe) disminuyó12. Datos presentados como media ± SEM. ANOVA unidireccional con post hoc de Bonferroni análisis. * p < 0.05, ** p < 0.01, y *** simulacro de p < 0.0001 PTB vs y PTB severa vs PTB moderada. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5: datos de anatomo e histología. Hipertrofia de RV medida RV (A) dividido por el peso de RV LV plus tabique y (B) dividido por la longitud de la tibia de ratas con leve hipertrofia de RV, moderada insuficiencia de RV y falta severa de RV siete semanas después del procedimiento PTB. (C) imágenes representativas de las secciones histológicas teñidas con eosina hematoxyline para medición de cardiomiocitos cruzan área seccional y Picrosirio (D) rojo analizada bajo luz polarizada para la fibrosis de las ratas sham (izquierdas) y las ratas PTB con moderada falta de RV (derecha). Hígado sano (E) A (izquierda) y un hígado descolorido con congestión (derecha) de una rata de la PTB con severo fallo de RV12,13. Datos que se presentan como promedio ± SEM. One-Way ANOVA con análisis post hoc de Bonferroni. ** p < 0.01 y *** simulacro de p < 0.0001 PTB vs, PTB moderadas vs PTB suave y PTB severa vs PTB moderada. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Describimos un método accesible y altamente reproducible de tronco pulmonar bandas usando un aplicador de clips adherente modificado para comprimir un clip de titanio alrededor del tronco pulmonar. Ajustando el aplicador para comprimir el clip de diferentes diámetros internos, pueden inducir fenotipos distintos de RV hipertrofia e insuficiencia incluyendo insuficiencia grave de RV con manifestación extra cardiaco de la descompensación.
Aunque es simple, el protocolo contiene algunos pasos críticos. Lo importante, las ratas no pueden ser demasiado grandes cuando pasan por el procedimiento PTB. En nuestra experiencia, weanlings de rata Wistar con 100-120 g de peso son adecuados para el procedimiento. En ratas más grandes, aplicación de bandas de una severa puede llevar a la aguda falta de RV y muerte. Otros estudios6,7,8,9,10,16 han utilizado principalmente las ratas más grandes (160 – 260 g) pero también diámetros más grandes de sus respectivas bandas (1.27-1.65 mm).
La aplicación de las bandas de menor gravedad también puede explicar que la relativa modesta aumenta en RV presiones reportadas por otros grupos. Bandas con un 18 G aguja (1,27 mm) conduce a presiones sistólica de RV en el rango de 70-90 mmHg en6,7,8,9. En un estudio de6, esto no fue suficiente para causar fibrosis de RV o reducir el gasto cardíaco. Aquí, Divulgamos a presiones de RV de aproximadamente 90 mmHg para una franja moderada y 110 mmHg para un severo de bandas. Con una severa las bandas, también hemos sido capaces de crear un fenotipo de insuficiencia descompensada de RV con manifestaciones extra cardíacas incluyendo ascitis y congestión hepática12. Tronco pulmonar de bandas por la ligadura mediante una aguja de 20G (0,902 mm) causaron fibrosis del hígado, nuez moscada molida moscada como congestión hepática y ascitis en ratas de Sprague Dawley16 a pesar de la constricción relativamente suave comparada con nuestro estudio. Esto puede explicarse por cepas diferentes de la rata responde diferentemente a las bandas. Existen diferencias significativas en cuanto a metabolismo17, tono adrenérgico y pulso18 entre cepas de ratas. Incluso dentro de la misma cepa de ratas, varias características incluyendo la tasa de crecimiento pueden variar con diferentes proveedores19. Esto debe tenerse siempre en cuenta. Para la cepa de rata específico utilizada, por lo tanto es fundamental que se realizan estudios experimentales bien diseñados para determinar el diámetro de las bandas y el tiempo de seguimiento necesario para que el fenotipo deseado de falta de RV desarrollar. El modelo de clip puede utilizarse potencialmente en neonatos de rata en contraposición a la técnica utilizada anteriormente adherente20, pero no tienen experiencia con esto y las mismas consideraciones como se ha mencionado anteriormente se aplica antes de iniciar un estudio.
El PTB tiene algunas limitaciones. En primer lugar, la oclusión muy proximal de la pinza alrededor del tronco pulmonar representa las condiciones de la estenosis pulmonar o CTEPH más que el estrechamiento distal de las arterias pulmonares más pequeñas en PAH. La adaptación del Vd a la mayor poscarga puede variar dependiendo de la localización de las obstrucciones21. En segundo lugar, la aplicación del clip durante la cirugía provoca un aumento muy repentino en afterload RV diferente del aumento gradual en la resistencia vascular pulmonar en PAH. El procedimiento es, sin embargo, realiza en weanlings rata (100-120 g) dando lugar a una progresivamente creciente afterload RV con respecto a peso corporal con el crecimiento de los animales. Durante el período de siete semanas después de la cirugía, el peso corporal de las ratas aumenta aproximadamente cuatro veces y por lo tanto poscarga RV relativa proporcional induce una enfermedad progresiva de desarrollo6.
Utilizando un aplicador de clips adherente modificado y un clip de titanio para las bandas del tronco pulmonar, hemos sido capaces de inducir falta de RV. El método tiene varias ventajas como alta reproducibilidad y la posibilidad de crear las gravedades diversas enfermedades de la leve hipertrofia de RV a insuficiencia descompensada RV ajustando el diámetro de la pinza las bandas. Cambiando el diámetro de 0,1 mm dio lugar a fenotipos distintos de la falta de RV que van desde moderados y había compensado no RV severa y descompensada insuficiencia RV demostrando la exactitud de este tronco pulmonar método de bandas.
Los autores no tienen nada que revelar
Este trabajo fue apoyado por el Consejo Danés de investigación independiente [11e108410] la Fundación danesa de corazon [12e04-R90-A3852 y 12e04-R90-A3907] y el Novo Nordisk Foundation [NNF16OC0023244].
Name | Company | Catalog Number | Comments |
17 G IV Venflon Cannula | Becton Dickinson, US | 393228 | Distal 2 mm of the needle have been cut off |
1 mL syringe + 26 G needle | Becton Dickinson, US | 303172 & 303800 | |
4-0 absorbable multifilament suture | Covidien, US | GL-46-MG | Polysorb, violet, 5x18" |
4-0 multifilament ligature | Covidien, US | LL-221 | Polysorb, violet, 98" |
Buprenorphine | Indivior UK Limited | Local procurement, Temgesic 0.3 mg/mL | |
Carprofene | ScanVet, DK | 27693 | Norodyl 50 mg/mL |
Chlorhexidine | Faaborg Pharma, DK | Local procurement | |
Contractor | Aesculap, Germany | BV010R | Blunt, self retaining, 70 mm |
Ear Hooklet | Lawton, Germany | 66-0261 | Small, 14 cm, tip modified to an angle of 85° |
Eye gel | Decra, UK | Lubrithal, Local procurement | |
Forceps, Delicate Tissue | Lawton, Germany | 09-0020 | |
Forceps, Dissecting | Lawton, Germany | 09-0013 | 1 regular, 1 with tip modified to an angle of 100° |
Gas Anesthesia System | Penlon Limited, UK | SD0217SL | Sigma Delta Vaporizer |
Hair trimmer | Oster | 76998-320-051 | |
Horizon Open Ligating Clip Applier | Teleflex, US | 137085 | Modified with adjustable stop mechanism |
Horizon Titanium Clips | Teleflex, US | 001200 | Small |
Induction chamber | N/A | ||
Iris Scissor | Lawton, Germany | 05-1450 | |
Iris Scissor | Aesculap, Germany | BC060R | |
Mechanical ventilator | Ugo Basile, Italy | 7025 | |
Microscissor | Lawton, Germany | 63-1406 | |
Microscope | Carl Zeiss, Germany | 303294-9903 | |
Needle Holder | Lawton, Germany | 08-0011 | TITEGRIP |
Pean | Lawton, Germany | 06-0100 | Halsted-Mosquito, straight |
Pro-Optha | Lohmann & Rauscher, Germany | 16515 | Tampon |
Saline 9 mg/mL | Fresenius Kabi, DK | 209319 | |
Sevoflurane | AbbVie, US | Sevorane, Local procurement | |
Surgical hook | Lawton, Germany | 51-0665 | Cushing, 19 cm, tip modified to an angle of 90° |
Surgical Tape | 3M, US | 1530-0 | Micropore |
Temperature Controller | CMA Microdialysis; Sweden | 8003760 | CMA 450 |
Weighing machine | VWR, US | ||
Wistar rat weanlings | Janvier Labs, France | RjHan:WI, 100-120 g |
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