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.
Até à data, muitos agentes farmacológicos usados para tratar ou prevenir arritmias em casos de coração aberto criam efeitos secundários sistémicos indesejados. Por exemplo, antiarrítmicos administrados por via intravenosa pode produzir gotas na pressão sistémica no paciente cardíaco já comprometido. Durante a execução de procedimentos de coração aberto, cirurgiões, muitas vezes, quer criar um pequeno porto ou formar uma base de pericárdio para criar domínios adequados para a operação. Obt-se de oportunidades de acesso para entrega alvo farmacológico (agentes anti-arrítmicos ou de pré-condicionamento isquémico) directamente para o tecido do miocárdio sem efeitos secundários indesejados.
Nós desenvolvemos um modelo suíno para testar agentes farmacológicos para a entrega alvo dentro do fluido pericárdico. Enquanto totalmente anestesiado, cada animal foi instrumentado com um cateter de Swan-Ganz, bem como cateteres pressão do ventrículo esquerdo e direito, e leads de estimulação foram colocados no apêndice atrial direito e do direitoventrículo. A esternotomia medial foi então realizada e um berço de acesso pericárdio foi criado; uma vantagem de imersão de estimulação foi colocado na aurícula esquerda e um eletrodo de estimulação bipolar foi colocado no ventrículo esquerdo. Utilizando um programador e um sistema de mapeamento cardíaco, o período refratário do nódulo atrioventricular (AVN), foi determinada átrios e ventrículos. Além disso, a fibrilação atrial (FA) indução foi produzida utilizando um estimulador Grass e tempo em FA foi observado. Estas medidas foram realizadas antes do tratamento, bem como 30 min e 60 min após o tratamento pericárdico. pontos de tempo foram adicionados para estudos selecionados. O coração foi então cardiopleged e reanimado em um modo de trabalho de quatro câmaras. medições e função de pressão foram registrados durante 1 h após a reanimação. Este modelo estratégia de tratamento permitiu observar os efeitos de agentes farmacológicos que podem diminuir a incidência de arritmias cardíacas e / ou dano isquêmico, durante e after cirurgia de coração aberto.
Actualmente procedimentos de coração aberto, os médicos utilizam agentes de tratamento anti-arrítmicos e outras sistemicamente. No entanto, isso pode ser problemático para muitos pacientes, especialmente aqueles que já estão comprometidos clinicamente. Por exemplo, tratamentos intravenosos pode resultar em quedas na pressão sanguínea sistémica ou disfunção renal; Além disso, eles podem criar problemas de gestão de anestesia e / ou outros efeitos colaterais a longo prazo.
Aqui criámos um modelo para testar a eficácia de administração de agentes farmacológicos para o espaço pericárdico. Por exemplo, esta abordagem pode ser utilizada para testar fármacos antiarrítmicos, estudando os compostos que possam aumentar a função cardíaca e / ou promover a recuperação do miocárdio após procedimentos cirúrgicos. Foram obtidos benefícios observados para a entrega alvo de tratamentos para o espaço pericárdico contra a administração intravenosa: por exemplo, o nosso laboratório demonstrou que a entrega localizada de antiardrogas rítmicos, tais como metoprolol, é protectora contra a incidência de arritmias, minimizando a redução da pressão arterial 1. Esta estratégia de entrega de destino também oferece a oportunidade para administrar concentrações focais maiores, minimizando os níveis sistêmicos. Por exemplo, elevados níveis de concentrações entregues por via intravenosa de ácidos gordos podem resultar em hemólise, mas a entrega pericárdico minimiza esta preocupação 2.
Este paradigma estudo consiste em três grandes objectivos para determinar a eficácia de pericárdio entregues compostos: 1) a determinação in situ dos períodos refractários do nó ventricular atrial, os átrios e ventrículos, antes do tratamento e 30 e 60 min após o tratamento; 2) a relação da carga AF situ antes do tratamento e 30 e 60 de tratamento min post (timepoints adicionais foram muitas vezes adicionados) 3) análise funcional do coração após ter sido reanimado 3 including monitorização hemodinâmica, freqüência cardíaca, o metabolismo do coração (lactato e glicose), amostrados no seio coronário, a fração de ejeção (EF%) e espessura da parede ventricular (cm) monitorado a cada 10 min pós reanimação Este modelo estratégia de tratamento nos permitiu observar os efeitos da agentes farmacológicos que podem diminuir a incidência de arritmias cardíacas e / ou dano isquêmico, durante e após a cirurgia de coração aberto ou transplante.
Este protocolo foi aprovado pela Universidade de Minnesota Institutional Animal Care e do Comitê Use.
Figura 1. Diagrama de Estudo Paradigm Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
1. Preparação cirúrgica do Swine
2. Preparação para a Monitorização eletrofisiológica
3. estudo in situ
Figura 2. EnSiteSystem: AERP, AVNERP e VERP Determinação Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
4. Coração Explantação e Reanimação (Transplant Model)
5. In Vitro Estudo Paradigm
Estes resultados são característica dos dados que podem ser recolhidas utilizando este modelo de entrega alvo de agentes farmacológicos no suína. Estes dados demonstraram aumentos notáveis nestes ventrículo períodos refratários efetivos (Verp) após uma infusão de DHA in situ. Além disso, os dados estabelece um aumento da pressão do ventrículo esquerdo de DHA em comparação com o controlo in vitro. A pressão LV nos corações tratados DHA foram significativamente maiores em relação ao controle em vários pontos de tempo. Estes dados valida uma janela farmacológico para testar estratégias de tratamento in situ e in vitro.
Figura 3. Mudança no ventrículo período refratário efetivo (VERP). O ventrículo período refratário efetivo (VERP) foi determinada 5 min antes da entrega do pericárdio de ag controleEnt (solução salina) ou ácido docosa-hexaenóico (DHA), ou infusão de DHA, em adição a 30 e 60 min pós-parto pericárdico de ambos os tratamentos ou controlo. O VERP do grupo DHA tenderam para o aumento em relação aos controles. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4. Pressão do Ventrículo Esquerdo em 4 câmaras Modelo de Trabalho A pressão máxima (mmHg) foi determinada a cada 5 minutos para 60 minutos após o coração foi reanimado utilizando as metodologias coração visíveis. DHA e DHA infusão (tratado durante mais de 10 minutos) os corações tratados tenderam para provocar pressão inicial maior do que o controlo para a maioria do período de teste. Um t-teste emparelhado-un foi concluída for cada ponto de tempo. (*, P = 0,065, +, P = 0,056, †, P = 0,059 ‡ .P = 0,058) Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
O ventrículo período refractário efectivo (VERP) foi determinada 5 minutos antes da entrega de pericárdio de agente de controlo (solução salina) ou ácido docosa-hexaenóico (DHA), ou DHA infusão (em 10 min), em adição a 30 e 60 min a entrega de pós-pericárdico de ambos os tratamentos ou controle. O VERP do grupo DHA tenderam para o aumento em relação aos controles.
A pressão máxima (mm Hg) foi determinada a cada 5 minutos durante 60 minutos após o coração foi reanimado utilizando as metodologias coração visíveis. DHA e DHA infusão corações tratados tenderam para provocar pressão inicial maior do que o controlo para a maioria do período de teste. Um t-teste emparelhado-un foi concluída para cada ponto de tempo. (*, P = 0,065, +, P = 00,056, †, P = 0,059 ‡ .P = 0,058)
Aqui, demonstramos uma abordagem única para testar a eficácia potencial de compostos alvo entregues no espaço pericárdico. Este paradigma estudo pode ser utilizado para testar mercado actual libertado produtos farmacêuticos ou compostos experimentais, fornecendo, assim, as aplicações directas traducionais para vários cenários clínicos. Dentro dessa estratégia de tratamento existem duas grandes aplicações clínicas para a entrega de produtos farmacêuticos para o espaço pericárdico: 1) open-coração ou minimamente invasivos procedimentos cirúrgicos cardíacos; e 2) o transplante de coração e de preservação de órgãos. Além disso, este paradigma estudo tem vários parâmetros que podem ser analisados para compreender melhor a eficácia preditivo dos próprios agentes farmacêuticos dentro destas estratégias de tratamento descrito no situ parâmetros incluem:. 1) os períodos refractários relativas da AVN, átrios e / ou ventrículos ; 2) a determinação da relação AF susceptibilidade / carga; e 3) hemodynam. ic e freqüência cardíaca respostas in vitro parâmetros incluem: 1) fração de ejeção relativos; 2) as respostas da espessura da parede do VE; 3) alterações metabólicas cardíacas; e 4) hemodinâmica e alterações do ritmo cardíaco. Os dados históricos que aqui apresentamos demonstram uma seleção desses parâmetros descritos. Os aspectos translacionais mais notáveis destes estudos são para aberto ou procedimentos minimamente invasivos cardíacos, bem como captação de órgãos antes do transplante.
Mais especificamente, um berço de pericárdio formada colocado durante uma cirurgia de coração aberto, seja minimamente invasiva ou na sequência de um full-esternotomia, fornece uma oportunidade importante para administrar os compostos localizadas: ou seja, em concentrações mais elevadas do que pode ser administrado por via intravenosa e / ou sem side sistêmica efeitos. Para procedimentos cardíacos ainda menos invasivos (por exemplo, acesso subxifoidea), uma pequena incisão é feita no pericárdio, que também poderia ser utilizada como um canal para a administração de fármaco alvo. MYOCardial irritabilidade / insulto é muito maior, enquanto o coração é manipulada durante vários procedimentos cardíacos. Tratar de arritmias e / ou déficits funcionais directamente, podem ser um meio benéficos e fáceis para melhorar os resultados dos pacientes.
aplicações semelhantes poderiam ser facilmente realizado durante os procedimentos para a recuperação de órgãos, por exemplo, pré-condicionamento do coração antes da aquisição. É crucial que o miocárdio é otimamente condicionado por um procedimento complexo, que inclui a desfibrilação coração de volta em um ritmo sinusal normal após o transplante. Em outras palavras, há um aumento dos riscos de taquicardias auriculares e ventriculares e / ou fibrilação cardíaca durante a colheita e após o transplante. Além disso, é importante preservar os outros órgãos no dador durante o processo de aquisição, onde as drogas administrada perifericamente podem comprometer estes órgãos. Por exemplo, o metoprolol administrado por via intravenosa pode resultar em dysfuncti renal agudaquando administrado para tratar arritmias durante procedimentos cirúrgicos / aquisições 1. Actualmente, o coração deve ser transplantado para o receptor dentro de cerca de 4-6 horas. Esta restrição de tempo permanece como um dos fatores limitantes na realização de transplantes cardíacos hoje. Assim, empregando o paradigma experimental descrevemos aqui pode ser um meio importante para a avaliação de compostos que podem ser benéficos no prolongamento do intervalo de tempo aceitável após a recuperação isquémica do órgão.
dados previamente recolhidos, a partir de nosso laboratório utilizando este paradigma estudo demonstraram que pode ser muito útil para a obtenção de vários parâmetros que podem ser analisados para prever a eficácia dos agentes farmacêuticos-se numa estratégia de tratamento descrito. Mais especificamente, o estudo dos períodos refractários eficazes seguinte pericárdio entregues DHA, DHA infusão, metoprolol e outras drogas in situ tem sido importante para compreender o seu umpotencial ntiarrhythmic para este método de entrega de destino. Prolongando os períodos refractários eficazes e / ou reduzir as velocidades de condutância na AVN muitas vezes pode encerrar certos tipos de arritmias 4. Aqui temos demonstrado aumentos notáveis nestes períodos refractários eficazes na sequência de uma infusão de DHA, bem como após a entrega metoprolol em relação ao controle (publicado anteriormente, 1. Além disso, é de interesse para determinar a carga AF relação por causa de sua relação com a a probabilidade de potenciação arrítmico num determinado paciente, aqui também notar alterações nesta resposta após o pré-condicionamento farmacológico.
A investigação dos parâmetros clínicos clinicamente relevantes após a reanimação de um coração pré-condicionado também dá idéias de translação quanto aos potenciais benefícios desta administração farmacológica em um receptor de transplante. Até à data, usando este objectivo de entrega / precondit geralioning abordagem de pesquisa, o nosso laboratório tem investigada uma variedade de agentes clinicamente administradas, bem como novos compostos farmacológicos que podem minimizar arritmias ou lesão isquêmica do coração (metoprolol, amiodarona, lidocaína, opióides delta, os ácidos ómega-3 gordos, ácido ursodyoxycholic, lipovenous , ácido docosa-hexaenóico e / ou combinações destes). Deve também notar-se que estes agentes também podem ser administrados como agentes de pós-condicionado no aspecto in vitro dos protocolos descritos dentro. Observando-se a hemodinâmica in vitro, os dados representativos para as pressões do LV são notavelmente mais elevado nos corações que foram tratados com uma infusão de DHA ou DHA em comparação com um controlo do veículo. Além disso, nosso laboratório tem observado mudanças na fração de ejeção e da espessura da parede do VE nos corações tratados em relação aos controles. Os parâmetros / fatores clínicos que podem ser estudadas são importantes para avaliar a função eficaz e observar o aparecimento de edema. Furtela, amostras do seio coronário, também pode ser obtida por análise de vários factores metabólicos: por exemplo, os níveis, de lactato e de glucose. Estes parâmetros são fundamentais para avaliar o metabolismo cardíaco relativa e / ou a função global do coração. Por exemplo, o aumento dos níveis de lactato são muitas vezes indicativo de acidose, por sua vez, resultando em função cardíaca pobre.
Os dados que obtivemos a partir de tais estudos têm demonstrado um modelo experimental viável (com limitações observadas devido à natureza aguda do estudo) para determinar a viabilidade de utilizar tanto medicamentos disponíveis clinicamente ou agentes experimentais de uma estratégia de entrega de destino pericárdio. Consideramos que a abordagem de investigação que descrevemos aqui é altamente reprodutível e proporciona novos conhecimentos relativos ao alvo e benefícios sistêmicos da entrega de vários agentes farmacológicos no espaço pericárdico. O resultado pode-se obter em tais protocolos projetados poderia ter imporimplicações translacionais tantes tanto para cirurgia cardíaca e transplante cardíaco.
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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