Farelerde Transvers Aort Daralması için Modifiye Bir Teknik

Bu protokol, kendi kendine yapılan bir retraktör kullanılarak minimal invaziv transvers aort daralması (TAC) prosedürü ile modifiye edilmiş ve basitleştirilmiş bir tekniği tanımlamaktadır. Bu prosedür ventilatör veya mikroskop olmadan yapılabilir ve sonunda kardiyak hipertrofi veya kalp yetmezliğine yol açan aşırı basınç yüküne neden olur.

Transvers aort daralması (TAC), fare modellerinde aşırı basınç yükü oluşumuna dayanan kalp yetmezliği ve kardiyak hipertrofi ile ilgili araştırmalarda sıklıkla kullanılan bir ameliyattır. Bu prosedürün ana zorluğu, enine aort arkını açıkça görselleştirmek ve hedef damarı hassas bir şekilde bantlamaktır. Klasik yaklaşımlar transvers aort arkını ortaya çıkarmak için kısmi torakotomi uygular. Ancak oldukça büyük bir cerrahi travmaya neden olan ve ameliyat sırasında ventilatör gerektiren açık göğüs modelidir. Gereksiz travmayı önlemek ve ameliyat prosedürünü basitleştirmek için, aort arkına sternumun proksimal oranı üzerinden yaklaşılır, bir tuzak içeren küçük bir kendi kendine yapılan retraktör kullanılarak hedef damara ulaşır ve bağlanır. Bu prosedür plevra boşluğuna girmeden yapılabilir ve fareleri fizyolojik solunum paternleriyle bırakan, prosedürü basitleştiren ve operasyon süresini önemli ölçüde azaltan bir ventilatör veya mikrocerrahi operasyona ihtiyaç duymaz. Daha az invaziv yaklaşım ve daha az operasyon süresi nedeniyle, fareler daha az stres reaksiyonuna maruz kalabilir ve hızla iyileşebilir.

Kalp yetmezliği, ventriküler dolgu veya kanın dışarı atılmasının yapı ve fonksiyonlarının bozulmasından kaynaklanan karmaşık bir klinik semptomdur¹. Hastalığın evresi esas olarak semptomların şiddetine ve fiziksel aktiviteye dayanan New York Kalp Derneği fonksiyon sınıflandırması ile tanımlanır². Ejeksiyon fraksiyonu %50'nin üzerinde olan hastalar için, yapısal ve/veya fonksiyonel anormallikler, korunmuş ejeksiyon fraksiyonu (HFpEF)² ile kalp yetmezliği tanısını desteklemek için natriüretik peptitleri yükseltmiştir. İskemik kalp hastalığı, kalp yetersizliğinin birçok etiyolojisi arasında önde gelen bir nedendir. Bu nedenle, miyokard enfarktüsü modeli (kalıcı koroner ligasyon gibi) genellikle kardiyak hipoperfüzyon veya iskemi-reperfüzyon hasarı sonrası patofizyolojiyi incelemek için kullanılır ^3,4. Akut miyokard hasarının yanı sıra, hipertansiyon, diyabet, obezite ve ailede kardiyomiyopati öyküsü gibi diğer risk faktörleri de kalp yetmezliğinin gelişimine katkıda bulunur. Hastalar Evre A'yı (kalp yetmezliği riski altında) geçtikten ve Evre B'ye (kalp yetmezliği öncesi) girdikten sonra, yapısal modifikasyon meydana gelir¹. Örneğin, hipertansif hastalar önce adaptif sol ventrikül hipertrofisinden geçer ve daha sonra yavaş yavaş maladaptif kardiyak hipertrofiye dönüşür ve patolojik yeniden yapılanma yoluyla kalp yetmezliğine geçer⁵.

Çeşitli kardiyovasküler hastalıkların terminal aşaması olarak, kronik kalp yetmezliği on yıllardır çalışılmaktadır⁶. İlaç infüzyonu (anjiyotensin II), metabolik bozukluklar (diyabet veya yüksek kalorili diyet) ve aort daralması⁷ dahil olmak üzere kalp yetmezliği araştırmalarında çoklu fare modelleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu modeller arasında, anjiyotensin II perfüzyonuna, böbrek⁷ gibi çeşitli organ yan etkileri eşlik eder. Metabolik bozuklukları indüklemek genellikle oldukça uzun bir süre gerektirir. Yükselen aort daralmasının insan hastalığı ile sınırlı bir ilgisi olduğu düşünülmektedir⁷.

TAC, artçı yükü artıran ve kalp yetmezliğinin yanı sıra kalp yetmezliğini de indükleyen güvenilir bir modeldir⁸. Açık göğüs TAC modeli ilk olarak Rockman ve ark. tarafından tanımlanmış ve dünya çapında çok sayıda laboratuvarda kullanılmıştır⁹. Bununla birlikte, bu klasik TAC prosedürü farelerde oldukça büyük bir travmaya neden olur ve normal davranışlarını değiştirir, bu da uzun bir iyileşme süresi alabilir ve daha sonraki tedaviyi bozabilir¹⁰. Diğer modifiye kapalı göğüs TAC prosedürleri bazı invaziv adımları azalttı, ancak mikrocerrahi beceriler veya mekanik ventilasyon gerektirdi^10,11.

Mevcut protokol, sternumun üst kenarının 3 mm'lik bir orta hat insizyonu yoluyla kendi kendine yapılan bir retraktör kullanarak aort arkına minimal invaziv bir yaklaşımla adım adım bir yöntemi detaylandırmaktadır. Bu model mikrocerrahi beceriye, mekanik ventilasyona veya kaburgaların kesilmesine ihtiyaç duymaz, böylece TAC ameliyatını gerçekleştirmek için hızlı, cerrahi travma sınırlı, karmaşık olmayan, ucuz bir yol sağlar.

Mevcut protokol, Tongji Hastanesi, Tongji Tıp Fakültesi, Huazhong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, Wuhan, Çin'in etik komitesi tarafından onaylanmıştır. Bu prosedür erkek yetişkin C57 / BL6 farelerde (>10 haftalık) gerçekleştirilir. Operasyon öncesinde tüm cerrahi aletler otoklavlama ile sterilize edildi.

1. Cerrahi aletin hazırlanması

1. 5 mL'lik bir şırınga hazırlayın ve iğnenin ucunu köreltmek için bir iğne tutucu ile sıkıştırın.
2. 27 G'lık bir iğne hazırlayın ve bir iğne tutucu ile köreltin. İğnenin ucunu oftalmik makasla kesmek, iğneyi köreltmenin alternatif bir yoludur.
3. 27 G iğnenin ucunu 90° bükün.
   NOT: Bu iğne, damar daralması için aort ile bağlamak için bir ara parça olarak kullanılacaktır.
4. Ticari olarak elde edilmiş bir demir tel kullanın (tıbbi sınıf, 0,5 mm çapında, Malzeme Tablosuna bakınız) ve iğnenin etrafında sicim kullanın (Şekil 1A). İğnenin körelmiş ucunda küçük bir tuzak veya halka oluşturun (Şekil 1B).
   NOT: Bu yeniden kullanılabilir alet, kendi kendine yapılan özel bir retraktör görevi görür ve sonraki adımlarda aortun altında ipek sütür geçmesine izin verir.
5. Sterilize etmek için ameliyattan önce tüm cerrahi aletleri (yukarıda yapılan özel retraktör dahil) otoklavlayın.

2. Hayvan hazırlama

1. Vücut ağırlığına göre pentobarbital sodyum çözeltisinin intraperitoneal enjeksiyonu ( 50 mg / kg, Malzeme Tablosuna bakınız) ile fareyi uyuşturun. Subkutan olarak cerrahi bölgeye lokal olarak 100 μL% 0.5 lidokain enjekte edin.
2. Farenin ayak parmağını forsepsin ucuyla sıkıştırarak farenin tamamen anestezi aldığını onaylayın.
3. Anestezi altındayken kuruluğu önlemek için her iki göze de oftalmik merhem uygulayın.
4. Saçları boğazdan ve üst göğüsten tüy dökücü krem veya bir kesme makinesi ile çıkarın.
5. Tüysüz alanı, dışa doğru hareket eden eşmerkezli dairelerde üç alternatif iyot ovma ve% 70 etanol ile dezenfekte edin.
6. Fareyi, başı operatöre bakacak şekilde steril bir örtü ile kaplı bir ısıtma yastığına sırtüstü pozisyonda yerleştirin. Ekstremiteleri yapışkan bant ve kesici dişlerle 4-0 sütürle sabitleyin (Şekil 2A).
7. Operasyon sırasında vücut ısısını izlemek için bir rektal prob yerleştirin ( bkz. Tüm operasyon boyunca vücut ısısını 37 ° C'de tutun.
8. Bir çift steril eldiven giyin.
   NOT: Steril eldivenler giyildikten sonra, sterilize edilmemiş diğer alanlara veya nesnelere dokunmayın.
9. Sterilize edilmiş oftalmik makas ile yeni bir tek kullanımlık steril örtüde bir delik (1-1,5 cm çapında) kesin. Steril örtüyü farenin üzerine yerleştirin ve tüysüz çalışma alanının delikten görülebildiğinden emin olun.
   NOT: Bu adım, operatörün diğer sterilize edilmemiş alanlara dokunmaktan kaçınmasını sağlar, bu da ameliyat sırasında steril koşulların korunmasına yardımcı olur.

3. Transvers aortun daralması

1. Neşter bıçağı ile suprasternal çentik hizasında 1,5 cm'lik dikey deri kesisi yapın (Şekil 2B). Cilt kesisini sternal açı seviyesine kadar genişletin.
   NOT: Suprasternal çentik, manubrium sterni'nin üst kenarında bulunan bir çentiktir. Fare kılı çıkarıldığında algılanabilen bir yüzey sembolüdür (Şekil 2B). Sternal açı, manubrium sterni ve corpora sterni arasındaki eklemdir. Sternum açığa çıktığında, sternum üzerinde aynı costa secunda seviyesinde yatay beyaz bir çizgi olarak ortaya çıkar (Şekil 2C).
2. Cildi ve yüzeysel fasyayı dikkatlice ayırın ve trakea ve proksimal sternali açığa çıkarın. Üst kenardan başlayarak sternal açıya kadar sternuma 3-4 mm uzunluğunda uzunlamasına orta hat insizyonunu dikkatlice yapın (Şekil 2D).
   NOT: Kesik sternal açıyı aşmamalıdır, çünkü farede akut pnömotoraksa neden olma riski vardır.
3. Sternumu forseps ve altındaki timus ve arkus aortu ile yavaşça kaldırın. Dikkatlice düz forseps kullanın ve hedef damarı ve etrafındaki dokuları açıkça diseke edin.
4. Kullanıcının sağ elinin ucunda bir tel tuzak içeren önceden kendi kendine yapılan retraktörü (adım 1.4) tutun.
5. Kendi kendine yapılan retraktörün tuzağını aortun altından, sol ortak karotis arter ile sağ innominat arterin orijini arasında dikkatlice geçirin (Şekil 2E).
6. Sağ eli diğer aletlere ayırmak için kendi kendine yapılan retraktörü sol ele geçirin.
7. Sağ eldeki mikroskobik cımbızla, sonundaki tuzak halkasından 7-0'lık bir ipek sütür geçirin ve retraktörü çıkarın. Bu, daha fazla ligasyon için ipek sütürünün arter etrafında bırakılmasına izin verecektir (Şekil 2F).
   NOT: Nazik olun ve aort kemerini orijinal konumundan çok fazla sürüklemeyin.
8. Aortun üzerine 27 G'lık bir iğne yerleştirin ve dikişi iğne ile aortun etrafına bağlayın (Şekil 2G,H).
   NOT: Sahte prosedür, aort ligasyonu olmaması dışında aynı olmalıdır.
9. Oftalmik forseps ve düğümü 27 G iğnesine ve aorta bağlı tutan başka bir forseps ile 27 G iğnesine tutun. 27 G iğnesini hızlı ama nazikçe ligasyondan çekin (Şekil 2H).
   NOT: Düğüm çok sıkı olmamalıdır, aksi takdirde iğneyi çıkarmak kolay olmayacaktır. Aortun yırtılması durumunda iğneyi çekerken dikkatli olun.
10. Cildi 4-0 sentetik monofilament sütür ile kesilmiş bir sütür paterninde dikiş atın (Şekil 2I).

4. Postoperatif bakım

1. Fareyi sıcak bir pedin üzerine yerleştirin (bkz. Malzeme Tablosu) ve canlanmasını bekleyin. Genel olarak, fare yaklaşık 60 dakika içinde canlanır.
   NOT: Hayvan, ana sternal yatışmaya yeterli bilinci yeniden kazanana kadar gözetimsiz bırakılmamalıdır.
2. Subkutan olarak 0.5 mL ılık salin enjekte edin ve hayvanların sıvı homeostazını izleyin.
   NOT: Bu adım, hayvanların dehidratasyonunu ve hipovolemik dolaşım durumunu önler.
3. Eritromisin merhemini 3 gün boyunca her gün yara yüzeyine uygulayın.
4. Ameliyat sonrası ağrı tedavisi için, insizyon bölgesine parenteral olarak 1 mg / L buprenorfin lokal anestezik uygulayın (bakınız Malzeme Tablosu).
5. Postoperatif olarak, fareyi enfeksiyon ve bozulma belirtileri (yetersiz beslenme, kambur duruş ve karıştırılmış kürk) açısından izleyin.
   NOT: Ameliyat edilen hayvanlar, tamamen iyileşene kadar diğer hayvanların yanına iade edilmez.

5. Ultrason görüntüleme

1. Ameliyattan 28 gün sonra bir ultrason görüntüleme sistemi^12,13 (24 MHz^, Malzeme Tablosuna bakınız) aracılığıyla kan akış hızını hesaplayarak transvers aortun başarılı bir şekilde bağlandığını onaylayın.
   1. Hayvanı% 20 oksijenle zenginleştirilmiş havada% 4.5 izofluran ile uyuşturun ve% 20 oksijenle zenginleştirilmiş havada% 0.5 izofluran ile koruyun.
   2. Fareyi sırtüstü pozisyona yerleştirin ve ekstremitelerini yapışkan bantla elektrota sabitleyin.
   3. Tüy dökücü krem kullanarak, göğüs kıllarını çıkarın ve göğsünüze ultrasonik bir bağlantı maddesi uygulayın.
   4. Platformu mümkün olduğunca sola doğru eğin. Probu dikey konumda tutarken, hayvanın çenesine işaret eden çentik ile göğüsteki sağ parasternal çizgi boyunca kademeli olarak indirin.
   5. Cihazın B modu altında, aort arkı ve daralma bölgesi açıkça görünene kadar X ve Y eksenini ayarlayın.
   6. Darbe dalgası moduna geçmek için Darbe Dalgası Doppler düğmesine tıklayın.
   7. Kesikli imleç numune hacmi kutusunu daraltılmış bölgeye distal olarak ayarlayın ve en yüksek hıza sahip stenotik jeti bulun.
   8. Aort akışının dalga formunu almak ve tepe hızını ölçmek için Darbe Dalgası Doppler düğmesine tekrar tıklayın. Dalga paternlerinin zirvesine göre kan akış hızını hesaplayın (Şekil 3A, B).
   9. Görüntüleyiciyi B moduna ayarlayın. Platformu yatay konumda dinlendirin. Probu sol parasternal çizgiye 30° döndürün.
   10. Kısa eksen görünümü elde etmek için X ve Y eksenlerini ayarlayın. Gösterge çizgisini göstermek için M moduna basın ve daha sonra kalp duvarı kalınlığı, oda boyutu ve ejeksiyon fraksiyonunun ölçümü için görüntüyü kaydetmek üzere Cine Store'a tıklayın.
       NOT: Ejeksiyon fraksiyonunu hesaplamak için formül: %100 * ((LV Vol;d - LV Vol;s) / LV Vol;d). Kalp debisini hesaplamak için formül: İnme Hacmi * Kalp atış hızı (çizilen ilk karede) / 1000. Ejeksiyon fraksiyonu ve kalp debisi gibi çoğu indeks, ultrasonik görüntüleme sisteminin yazılımı aracılığıyla otomatik olarak ölçülebilir. LV Vol;d: Sol ventrikülün diyastolik hacmi. LV Vol;s: Sol ventrikülün sistolik hacmi.

Başarılı TAC ameliyatından sonra, ultrason görüntüleme sistemi kullanılarak aşırı basınç yükü tespit edildi. Ameliyattan dört hafta sonra, fareler azalmış kalp fonksiyonu geliştirir. Bu çalışmada, TAK cerrahisinin etkinliği, 4 hafta sonra TAC cerrahisi uygulanan farelerin ejeksiyon fraksiyonu (EF), fraksiyonel kısalma (FS), sol ventrikül kitlesi (LV kitlesi) ve sol ventrikül iç çapı (LVID) ile doğrulanmıştır. EF, 4 hafta sonra TAC farelerde sahte farelere kıyasla anlamlı derecede azaldı (%47 ± %10'a karşılık %78 ± %4, p < 0.0001) (Şekil 4A). TAC farelerde AG kütlesi anlamlı olarak artmıştır (158.1 ± 50.5'e karşılık 91.8 ± 21.7 mg, p = 0.0226) (Şekil 4B). FS, TAC farelerde anlamlı olarak azaldı (23 ± 5'e karşı% 46 ±% 3, p < 0.0001) (Şekil 4C). LVID, TAC farelerde anlamlı olarak yükselmiştir (2.88 ± 0.39'a karşılık 1.81 ± 0.52 mm, p = 0.0044) (Şekil 4D). Veriler, TAC ve Sham grupları için her biri altı fareyi temsil eder. Küçük invaziv prosedürler nedeniyle, hayatta kalma oranı oldukça yüksektir ve esas olarak yetenekli bir sanatçı için% 5'in altına düşürülebilen kanamaya bağlıdır. Tamamen ustalaşıldığında, 4 hafta sonra C57BL / 6J farelerde sunulan genel hayatta kalma oranı% 95'in üzerindedir. Sahte ve TAC gruplarını karşılaştırmak için eşlenmemiş bir t-testi yapıldı. Tüm veriler ortalama ± SEM (hata çubukları) olarak sunulur.

Şekil 1: Aort kemerinin etrafına ipek sütür geçirmek için retraktör içeren kendi kendine yapılan tuzak . (A) Retraktörün genel görünümü. (B) Retraktörün detayı. Ok, ipeğin içinden geçeceği tuzağı gösterir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: TAC ameliyatının görüntüleri . (A) Sırtüstü pozisyon faresi bant ve dikiş ile sabitlenmiştir. (B) Sadece cerrahi alanı gösteren steril örtü. (C) 1,5 cm dikey cilt kesisi. Kırmızı ok sternal bir meleği gösterir. (D) Sternuma yapılan uzunlamasına orta hat insizyonu. (E) Aortun altından geçen kendi kendine yapılan retraktörün tuzağını gösteren görüntü. (F) Tuzak halkasından geçen 7-0 ipek sütürü gösteren resim. (G) Aort ile paralel olarak yerleştirilen 27 G'lik bir iğne. (H) Aortun 27 G iğne ile bağlanması. Beyaz ok bir ligasyon düğümünü gösterir. (I) 4-0 ipek dikişli dikişli cilt. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: 4 hafta sonra sahte ve TAC farelerin ultrason görüntüleme sisteminden temsili görüntü . (A) Şam aort arkının darbeli dalga Doppler görüntülemesi. (B) TAC sonrası aort arkının darbeli dalga Doppler görüntülemesi. (C) EF, AG Kütlesi, duvar kalınlığı ve LVID'yi hesaplayan sahte farenin M modu görüntüsü. (D) EF, AG Kütlesi, duvar kalınlığı ve LVID'yi hesaplayan TAC farenin M modu görüntüsü. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: Ultrason Görüntüleme Sistemi ile ölçülen kalp fonksiyonu. (A) İki grupta farelerin ejeksiyon fraksiyonu (EF). (B) Farelerin sol ventrikül kütlesi (AG kütlesi) iki gruptaydı. (C) Farelerin iki grupta fraksiyonel kısalması (FS). (D) İki grupta farelerin sol ventrikül iç çapı (LVID). *p < 0,05, **p < 0,005, ***p < 0,0005. Veriler, grup başına altı fareyi temsil eder. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Sürekli basınç aşırı yükünün indüklenmesi yavaş yavaş kardiyak hipertrofi ve kalp yetmezliğine neden olabilir. Bu model dünya çapında çok sayıda laboratuvarda kullanılmıştır^14,15,16. Protokol, mikrocerrahi becerilere veya mekanik ventilasyona ihtiyaç duymayan gelişmiş bir TAC yöntemi sağladı.

Bu protokoldeki en önemli adım ipek dikişin aort kemerinin altına geçirilmesidir. Tuzak aort arkını bağladığında, artere gereksiz çekişi azaltmak için tüm hareketler yumuşak olmalıdır. Ayrıca, aralayıcıyı dışarı çekerken zorluk olması durumunda aort etrafındaki dikiş çok sıkı olmamalıdır. Ameliyattan sonra, farenin hızla iyileşmesi için bol miktarda yiyecek ve su da önemlidir.

Önceki makaleler TAC için başka yöntemler de sağlamıştır. Eichhorn ve ark. transvers aort^10'u bağlayan kapalı bir göğüs yöntemi yayınladılar. Tüm prosedür kaburgaların sağlam kalmasını sağlar, böylece çok küçük travmalara neden olur. Zaw ve ark. plevral kaviteye girmeden bir TAC yöntemi sağlamışlardır¹⁷. Tavakoli ve ark. entübasyon ve ventilasyon gerektirmeyen minimal invaziv transvers aort daralması sunmuşlardır¹¹. Yukarıdaki tekniklerin tümü mikrocerrahi beceri gerektirir. Ek olarak, Lao ve ark. emilebilir dikişlerle TAC modelleri üretmek için bir yöntem sağlamıştır¹⁸. Bu çalışmadaki protokol, mikroskop altında çalışmasına gerek olmayan TAC ameliyatını hızlı bir şekilde (10 dakika içinde) gerçekleştirmek için alternatif bir yol sunmaktadır. Cerrahi travmayı en aza indirmek farelere fayda sağlar ve deney sırasında kafa karıştırıcı faktörleri azaltır. Açık göğüs modelinin aksine, bu model minimal invazivdir ve farenin normal solunum dinamiklerini etkilemez. Tamamen ustalaşıldığında, bu tekniğin hayatta kalma oranı% 95'in üzerindedir. Ayrıca, mekanik ventilasyon ve mikroskobik cerrahi becerilerine ihtiyaç duymaz; Kendi kendine yapılan yeniden kullanılabilir bir retraktör, ventilasyonun neden olduğu sistemik enflamatuar etkilerden kaçınarak tüm hileleri yapacaktır¹⁹. Tüm bunlar birlikte çalışma prosedürünü önemli ölçüde basitleştirir.

Bu tekniğin bazı sınırlamaları vardır. Artçı yükün akut artışı, arteriyel hipertansiyonun kademeli ilerlemesini tam olarak yansıtmaz. Multifaktöriyel kalp yetmezliği fare modelleri ile klinik kalp yetmezliği hastaları arasındaki patofizyolojideki tutarsızlıklar, araştırmacılar arasında endişelere yol açmıştır²⁰. Farelerde sunulan patofizyoloji insanlara tam olarak uygulanamaz.

Sonuç olarak, bu protokol, farelerde kalp yetmezliği veya kardiyak hipertrofi indüklerken araştırmacıları kolaylaştırabilecek TAC'yi yürütmek için alternatif bir prosedür sunmaktadır.

Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan etmişlerdir.

Bu çalışma Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (NSFC 81822002) tarafından finanse edilmektedir. Bu çalışmada emeği geçen tüm üyelerimize teşekkür ederiz.