Method Article
We have developed a swine model for the target delivery of pharmacological agents within the pericardial space/fluid. Using this approach, the relative benefits of administered agents on induced atrial fibrillation, relative refractory periods and/or ischemic protection can be investigated.
Fino ad oggi, molti agenti farmacologici usati per trattare o prevenire le aritmie nei casi a cuore aperto creare effetti collaterali sistemici indesiderati. Ad esempio, i farmaci antiaritmici somministrati per via endovenosa in grado di produrre gocce di pressione sistemica nel paziente cardiaco già compromesso. Durante l'esecuzione delle procedure a cuore aperto, i chirurghi spesso creare un piccolo porto o formare una culla pericardica per creare campi adatti per il funzionamento. Questo accesso produce opportunità per obiettivo la consegna farmacologica (agenti di precondizionamento antiaritmici o ischemiche) direttamente al tessuto miocardico senza effetti collaterali indesiderati.
Abbiamo sviluppato un modello di suini per testare agenti farmacologici per la consegna di destinazione all'interno del fluido pericardico. Mentre completamente anestetizzato, ogni animale è stato strumentato con un catetere di Swan-Ganz e cateteri pressione ventricolo sinistro e destro, e elettrocateteri di stimolazione sono stati collocati in appendice atriale destra e il dirittoventricolo. Un sternotomia mediana è stata poi eseguita e una culla accesso pericardico è stato creato; un cavo tuffo di stimolazione è stato posto in dell'atrio sinistro e un elettrocatetere bipolare è stato collocato nel ventricolo sinistro. Utilizzando un programmatore e un sistema di mappatura cardiaca, il periodo refrattario del nodo atrioventricolare (AVN), atri e ventricoli è stata determinata. Inoltre, la fibrillazione atriale (AF) induzione è stata prodotta utilizzando uno stimolatore Grass e tempo AF è stato osservato. Queste misurazioni sono state effettuate prima del trattamento, nonché 30 minuti e 60 minuti dopo il trattamento pericardico. Ulteriori punti di tempo sono stati aggiunti per gli studi selezionati. Il cuore è stato poi cardiopleged e rianimato in una modalità di lavoro di quattro camera. Le misure di pressione e la funzione sono stati registrati per 1 ora dopo la rianimazione. Questo modello strategia di trattamento ci ha permesso di osservare gli effetti di agenti farmacologici che possono diminuire l'incidenza di aritmie cardiache e / o danno ischemico, durante e AFter chirurgia a cuore aperto.
Attualmente in procedure a cuore aperto, i medici utilizzano agenti di trattamento antiaritmici e altre sistemica. Tuttavia, questo può essere problematico per molti pazienti, soprattutto quelli che sono già clinicamente compromessi. Ad esempio, i trattamenti per via endovenosa può causare cadute sistemici della pressione sanguigna o disfunzione renale; inoltre, possono creare problemi di gestione di anestesia e / o altri effetti collaterali a lungo termine.
Qui abbiamo creato un modello per testare l'efficacia di somministrazione di agenti farmacologici nello spazio pericardico. Ad esempio, questo approccio può essere utilizzato per testare farmaci antiaritmici, studiando composti che potrebbero aumentare la funzione cardiaca e / o promuovere il recupero del miocardio dopo procedure chirurgiche. Ci sono stati osservati benefici alla consegna bersaglio di trattamenti nello spazio pericardico contro somministrazione endovenosa: per esempio, il nostro laboratorio ha dimostrato che la consegna localizzata di antiarfarmaci ritmici, come metoprololo, è protettivo contro l'incidenza di aritmie minimizzando riduzioni della pressione sanguigna 1. Questa strategia di fornitura di destinazione offre anche la possibilità per l'amministrazione di concentrazioni focali più elevate riducendo al minimo i livelli sistemici. Ad esempio, alti livelli di concentrazioni endovenosa forniti di acidi grassi possono provocare emolisi, ma la consegna pericardico minimizza questa preoccupazione 2.
Questo studio paradigma consiste di tre obiettivi principali per determinare l'efficacia del pericardio consegnato composti: 1) nella determinazione del situ dei periodi refrattari del nodo ventricolare atriale, atri e ventricoli, prima del trattamento e post trattamento 30 e 60 min; 2) la relativa in situ onere AF prima del trattamento e 30 e 60 min dopo trattamento (timepoints supplementari sono stati spesso aggiunti) 3) analisi funzionale del cuore dopo che è stato rianimato 3 incLuding monitoraggio emodinamico, la frequenza cardiaca, il metabolismo del cuore (lattato e glucosio) campionata dal seno coronarico, frazione di eiezione (EF%) e lo spessore della parete ventricolare (cm) monitorato ogni 10 min dopo rianimazione Questo modello strategia di trattamento ci ha permesso di osservare gli effetti del agenti farmacologici che possono diminuire l'incidenza di aritmie cardiache e / o danno ischemico, durante e dopo l'intervento chirurgico a cuore aperto o al trapianto.
Questo protocollo è stato approvato dalla University of Minnesota Istituzionale cura degli animali e del Comitato uso.
Figura 1. Schema di studio paradigma Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
1. Preparazione chirurgica del suina
2. Preparazione per il monitoraggio elettrofisiologico
3. In Situ Studio
Figura 2. EnSiteSystem: AERP, AVNERP e VERP Determinazione Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
4. Cuore espianto e Rianimazione (trapianto Model)
5. studio in vitro Paradigma
Questi risultati sono caratteristici dei dati che possono essere raccolti utilizzando questo modello di distribuzione bersaglio di agenti farmacologici in suina. Questi dati hanno dimostrato notevoli aumenti in questi ventricolo efficaci periodi refrattari (Verp) a seguito di una infusione di DHA in situ. Inoltre, i dati stabilisce un aumento della pressione ventricolare sinistra di DHA rispetto al controllo in vitro. La pressione LV nei cuori DHA trattati erano significativamente più alti rispetto al controllo in diversi punti temporali. Questi dati convalida una finestra farmacologica per testare strategie di trattamento in situ e in vitro.
Figura 3. Variazione nel ventricolo periodo refrattario effettivo (VERP). Il ventricolo periodo refrattario effettivo (VERP) è stata determinata 5 minuti prima della consegna del pericardio di controllo agent (salina) o acido docosaesaenoico (DHA), o per infusione DHA, oltre a 30 e 60 min consegna post-pericardico sia dei trattamenti o controllo. Il VERP del gruppo DHA è tendenzialmente verso l'aumento rispetto ai controlli. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 4. pressione del ventricolo sinistro in 4 Camera Working Model La pressione massima (mmHg) è stato determinato ogni 5 minuti per 60 minuti dopo che il cuore è stato rianimato utilizzando le metodologie cuore visibili. DHA e DHA infusione (trattato per oltre 10 min) cuori trattati i trend di suscitare pressione superiore rispetto al controllo iniziale per la maggior parte del periodo di prova. Un T-test non-accoppiato è stato completato FOr ogni time-point. (*, P = 0,065, +, P = 0,056, †, P = 0,059 ‡ .P = 0,058) Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Il ventricolo periodo refrattario effettivo (VERP) è stata determinata 5 min prima della consegna pericardico di agente di controllo (soluzione fisiologica) o acido docosaesaenoico (DHA), o DHA infusione (oltre 10 min), oltre a 30 e 60 min consegna post-pericardico di entrambi i trattamenti o di controllo. Il VERP del gruppo DHA è tendenzialmente verso l'aumento rispetto ai controlli.
La pressione massima (mmHg) è stata determinata ogni 5 min per 60 minuti dopo il cuore è stato rigenerato in base alle metodologie cuore visibili. DHA e DHA infusione trattata cuori i trend di suscitare pressione superiore rispetto al controllo iniziale per la maggior parte del periodo di prova. Un T-test non-accoppiato è stato completato per ogni time-point. (*, P = 0,065, +, P = 0.056, †, P = 0,059 ‡ .P = 0,058)
Qui, abbiamo dimostrato un approccio unico per testare l'efficacia potenziale di composti consegnati bersaglio nello spazio pericardico. Questo paradigma studio può essere utilizzato per testare mercato attuale rilasciato prodotti farmaceutici o composti sperimentali, fornendo così applicazioni traslazionali scalo a varie situazioni cliniche. All'interno di questa strategia di trattamento ci sono due principali applicazioni cliniche per la distribuzione di prodotti farmaceutici allo spazio pericardico: 1) a cuore aperto o minimamente invasivi interventi chirurgici cardiaci; e 2) il trapianto di cuore e la conservazione degli organi. Inoltre, questo studio paradigma ha molteplici parametri che possono essere analizzati per comprendere meglio l'efficacia predittiva dei stessi agenti farmaceutici all'interno di queste strategie terapeutiche descritte in situ parametri comprendono:. 1) relativi periodi refrattari della AVN, atri e / o ventricoli ; 2) la determinazione del relativo AF suscettibilità / onere; e 3) hemodynam. ic e frequenza cardiaca risposte in vitro parametri includono: 1) relativi frazione di eiezione; 2) le risposte di spessore della parete LV; 3) cardiache alterazioni metaboliche; e 4) l'emodinamica e variazioni della frequenza cardiaca. I dati storici dimostrano che presentiamo qui una selezione di questi parametri descritti. Gli aspetti traslazionali più importanti di questi studi sono per aperture o minimamente invasive procedure di cuore, così come reperimento di organi prima del trapianto.
Più in particolare, una culla pericardica formata posto nel corso di un intervento a cuore aperto, sia minimamente invasiva oa seguito di una full-sternotomia, offre un'importante opportunità per amministrare composti localizzate: vale a dire, a concentrazioni più elevate di quanto possa essere somministrata per via endovenosa e / o senza collaterali sistemici effetti. Per procedure cardiache anche meno invasivi (accesso ad subxyphoid), una piccola incisione nel pericardio che potrebbe essere utilizzato anche come un condotto per la consegna di droga bersaglio. Myocardial irritabilità / insulto è notevolmente aumentato, mentre il cuore è manipolata durante le varie procedure cardiache. Il trattamento di aritmie e / o deficit funzionali direttamente può essere un mezzo benefiche e facile per migliorare i risultati del paziente.
applicazioni simili potrebbero essere facilmente eseguiti durante procedure di recupero organo, per esempio, precondizionamento cuore prima approvvigionamento. E 'fondamentale che il miocardio è ottimamente condizionato per una procedura complicata che include defibrillazione cuore di nuovo in un normale ritmo sinusale dopo il trapianto. In altre parole, vi sono maggiori rischi di tachicardie atriali e ventricolari e / o fibrillazione durante il prelievo di cuore e dopo il trapianto. Inoltre, è importante mantenere gli altri organi del donatore durante il processo di approvvigionamento, dove i farmaci somministrati perifericamente possono compromettere questi organi. Ad esempio, metoprololo somministrato per via endovenosa può provocare dysfuncti renale acutasu quando somministrato per trattare le aritmie durante le procedure chirurgiche / appalti 1. Attualmente, il cuore deve essere trapiantato al destinatario entro circa 4-6 ore. Questo vincolo di tempo rimane come uno dei fattori che limitano a eseguire trapianti di cuore oggi. Così, utilizzando il paradigma sperimentale che descriviamo qui potrebbe essere un mezzo importante per valutare composti che possono essere di beneficio nel prolungare l'intervallo di tempo accettabile ischemico dopo il recupero di organi.
I dati precedentemente raccolti dal nostro laboratorio utilizzando questo studio paradigma hanno dimostrato che può essere molto utile per ottenere più parametri che possono essere analizzati per predire l'efficacia degli agenti farmaceutici loro entro la strategia di trattamento descritto. Più in particolare, lo studio dei periodi refrattari effettivi seguente pericardico consegnato DHA, DHA infusione, metoprololo e altri farmaci in situ è stato importante in modo da capire loro unpotenziale ntiarrhythmic per questo metodo di consegna di destinazione. Prolungare il periodo refrattario effettivo e / o ridurre le velocità di conduttanza all'interno del AVN spesso può terminare alcuni tipi di aritmie 4. Qui abbiamo dimostrato notevoli aumenti in questi periodi refrattari efficaci dopo una infusione DHA, così come dopo l'erogazione di metoprololo rispetto al controllo (precedentemente pubblicata, 1. Inoltre, è di interesse per determinare l'onere AF causa della sua relazione la probabilità di potenziamento aritmica in un dato paziente, qui abbiamo anche notato alterazioni in questa risposta seguenti precondizionamento farmacologico.
L'indagine dei parametri clinici clinicamente rilevanti dopo la rianimazione di un cuore condizionato dà anche intuizioni traslazionali per quanto riguarda i potenziali benefici di questa amministrazione farmacologica su un destinatario del trapianto. Fino ad oggi con questa consegna target / precondit generaleioning approccio di ricerca, il nostro laboratorio ha studiato una varietà di agenti clinicamente somministrati, nonché i composti farmacologici innovativi che possono ridurre al minimo aritmie o danno ischemico al cuore (metoprololo, amiodarone, lidocaina, oppioidi delta, gli acidi grassi omega-3, acidi ursodyoxycholic, lipovenous , acido docosaesaenoico e / o combinazioni di questi). Va anche notato che questi agenti possono anche essere somministrati come agenti post-condizionamento nell'aspetto in vitro dei protocolli descritti all'interno. Osservando l'emodinamica in vitro, i dati rappresentativi per le pressioni LV sono notevolmente più elevata nei cuori che sono stati trattati con DHA o infusione DHA rispetto ad un controllo del veicolo. Inoltre, il nostro laboratorio ha osservato cambiamenti nella frazione di eiezione e lo spessore della parete LV nei cuori trattati rispetto ai controlli. Le cliniche dei parametri / fattori che possono essere studiati sono importanti in modo da valutare la funzione efficace e di osservare la comparsa di edema. Furtlei, campioni dal seno coronarico può essere ottenuta anche per l'analisi di vari fattori metabolici: ad esempio, lattato e glucosio livelli. Questi parametri sono indispensabili per valutare il metabolismo cardiaco relativa e / o la funzione generale del cuore. Ad esempio, un aumento dei livelli di lattato sono spesso indicativi di acidosi, a sua volta, con conseguente scarsa funzionalità cardiaca.
I dati che abbiamo ottenuto da questi studi hanno dimostrato un modello sperimentale valida (con le limitazioni noti a causa della natura acuta dello studio) per determinare la praticità di utilizzare entrambi i farmaci clinicamente disponibili o agenti sperimentali per una strategia di consegna bersaglio pericardico. Riteniamo che l'approccio investigativo che descriviamo qui è altamente riproducibile e fornisce nuovi spunti relativi al bersaglio e vantaggi sistemici di consegna dei vari agenti farmacologici all'interno dello spazio pericardico. Il risultato si può ottenere in tali protocolli progettati potrebbe avere imporimplicazioni traslazionali Tant sia per la cardiochirurgia e trapianto di cuore.
The authors have nothing to disclose
We would like to give a big thanks to the Visible Heart Laboratory staff and students that have helped with this project: Nate Menninga, Lars Mattison and Megan Schmidt.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
SelectSecure 3830 lead | Medtronic | Pacing Lead | |
C304 Deflectable Catheter | Medtronic | Steerable catheter for placing leads | |
SelectSecure 3830 lead | Medtronic | active fixation pacing leads | |
Grass S48 Stimulator | Electrical Stimulator | ||
Premium 6500 Unipolar Pacing | Plunge pacing lead for LAA | ||
EnSite Cardiac Mapping | Electrophysiology mapping system | ||
CareLink Programer 2092 | Medtronic | programmer for pacing leads | |
GEM II pacemaker | Medtronic | pacemaker can | |
DLP Aortic Root Cannula | Medtronic | aortic root cannula for transplant | |
C-Arm Fluoroscopy | Ziehm | fluoroscopic imaging | |
Oscilliscope | Tektronix | ||
11F Hemostasis introducer | SafeSheath | Hemostasis introducers | |
Swan-Ganz Catheter 8.0F | ICU Medical | thermal dilution catheter | |
Venogram balloon | Oscor | pressure monitoring | |
Ultraview SL | Spacelabs | EKG and blood pressure | |
s/5 Avance | General Electric | Anesthesia machine | |
Atrial 6492 – Unipolar Temporary Atrial Pacing Lead | Medtronic | temporary pacing lead | |
VIVID i | General Electric | 2D electrocardiography unit |
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