Un nuovo modello di cuore di suinetto carico di volume ventricolare destro e pressione per lo studio della funzione della valvola tricuspide.

Per lo studio della funzione della valvola tricuspide viene descritto un nuovo modello di cuore di suinetto di recupero con sovraccarico combinato di pressione e volume sul ventricolo destro.

Le condizioni cardiache in cui la valvola tricuspide (TV) deve affrontare un aumento del volume o dei fattori di stress della pressione sono associate a un'insufficienza valvolare prematura. Mancano studi meccanicistici per migliorare la nostra comprensione della fisiopatologia sottostante responsabile dello sviluppo del fallimento prematuro della TV. A causa dell'impossibilità di condurre questi studi sull'uomo, è necessario un modello animale. In questo manoscritto, descriviamo i protocolli per un nuovo modello di cuore di suinetto neonato a recupero cronico per lo studio dei cambiamenti nella TV quando posto sotto stress combinato di volume e pressione. In questo modello, il carico di volume del ventricolo destro e del televisore si ottiene attraverso la rottura della valvola polmonare. Quindi il carico di pressione viene effettuato attraverso il posizionamento di una fascia dell'arteria polmonare. Il successo di questo modello viene valutato a quattro settimane dall'intervento chirurgico attraverso l'ecocardiografia, la misurazione della pressione intracardiaca e l'esame patologico dei campioni cardiaci.

Il normale televisore funziona in un ambiente a basso volume e stress da pressione. Tuttavia, ci sono condizioni cardiache pediatriche e adulte in cui la TV è congenitamente malformata o la fisiologia cardiaca è tale che il ventricolo destro e la TV sono sfidati da un aumento del volume (precarico) e/o della pressione (postcarico) stress, come la tetralogia di Fallot, l'anomalia di Ebstein, la trasposizione congenitamente corretta delle grandi arterie, i pazienti con trasposizione delle grandi arterie a seguito di una procedura di commutazione atriale, ipertensione polmonare idiopatica e sindrome del cuore sinistro ipoplasico. In queste condizioni cardiache, la TV è soggetta a insufficienza valvolare prematura, che aumenta la morbilità e la mortalità 1,2,3,4,5. Sebbene si possa ipotizzare che l'insufficienza TV prematura in queste lesioni cardiache possa essere correlata al fatto che la TV sia sottoposta a un aumento del volume e/o dei fattori di stress pressorio, l'eziologia esatta è sconosciuta. La ricerca dell'ultimo decennio ha dimostrato che la valvola mitrale, l'altra valvola atrioventricolare, è in grado di provocare cambiamenti strutturali in risposta a fattori di stress ^6,7,8. Tuttavia, la letteratura attuale manca di studi meccanicistici che valutino l'adattamento della TV ai fattori di stress. Questo aspetto può essere in parte dovuto alla mancanza di un adeguato modello di cuore animale che consenta tali studi.

In letteratura, ci sono modelli che individualmente caricano il volume o la pressione del ventricolo destro. Tuttavia, la combinazione di pressione cronica e carico di volume del ventricolo destro è stata più difficile da raggiungere. Ci sono modelli animali in letteratura che utilizzano il posizionamento di una fascia arteriosa polmonare per caricare la pressione del ventricolo destro e creare un difetto del setto interatriale per caricare il volume del ventricolo destro⁹. Questa tecnica non è stata in grado di raggiungere l'obiettivo di un carico cronico simultaneo di pressione e volume del ventricolo destro, poiché la presenza di una fascia arteriosa polmonare stretta può provocare uno shunt da destra a sinistra attraverso il difetto del setto interatriale. Ciò fa sì che il difetto del setto interatriale non fornisca più un carico di volume al ventricolo destro. Uno shunt del setto interatriale da destra a sinistra si tradurrà in un animale cianotico¹⁰. Per superare questa complicanza, il modello richiede l'esclusione di animali con difetti del setto interatriale presenti in natura.

Altri modelli hanno utilizzato la chirurgia palliativa ibrida di stadio I per la sindrome del cuore sinistro ipoplasico nei suinetti¹¹. Si tratta di un modello di recupero che consente il carico combinato di pressione e volume del ventricolo destro. Tuttavia, la procedura richiede costosi stent espandibili con palloncino che possono essere finanziariamente proibitivi. Gli studi di Zeltser et ^al.12 e Lambert et ^al.13 prevedono il taglio del tratto di efflusso ventricolare destro e della valvola polmonare e la cucitura di un cerotto in politetrafluoroetilene sopra, imitando il cerotto transanulare Tetralogia della tecnica di riparazione di Fallot, per caricare il volume del ventricolo destro. Quindi il carico di pressione del ventricolo destro si ottiene attraverso il posizionamento di una fascia dell'arteria polmonare. Questo modello può essere tecnicamente impegnativo ed è svantaggiato lasciando una cicatrice da ventricolotomia sul tratto di efflusso ventricolare destro, che può influenzare la funzione RV e quindi la funzione TV.

Questo studio descrive un innovativo modello di cuore di suinetto a recupero cronico che suscita un aumento combinato della pressione e dello stress di volume sul ventricolo destro senza ventricolotomia. Questo modello consentirà studi meccanicistici dei cambiamenti adattativi della TV all'aumento cronico simultaneo dei fattori di stress di pressione e volume.

Il protocollo e le procedure in questo manoscritto sono stati sviluppati sotto la supervisione di un veterinario ed eseguiti in conformità con le linee guida del Canadian Council on Animal Care e la guida per la cura e l'uso degli animali da laboratorio. Il protocollo è stato approvato dal comitato istituzionale per la cura degli animali dell'Università di Alberta. Tutte le persone coinvolte nelle procedure del manoscritto hanno ricevuto un'adeguata formazione sulla biosicurezza.

1. Preparazione pre-procedura, anestesia e accesso

1. Criteri di inclusione ed esclusione degli animali.
   1. Criteri di inclusione: Utilizzare suinetti incrociati Duroc femmine e maschi di età compresa tra le quattro e le cinque settimane per questo modello. I suinetti di questa età hanno una maturità umana equivalente ai neonati di età compresa tra i quattro e i sei mesi.
   2. Criteri di esclusione: escludere i suinetti con difetto del setto interatriale e/o dotto arterioso pervio (valutato mediante ecocardiografia), malformazioni cardiache o extracardiache o in cui si sospettava una malattia infettiva.
2. Trasferire i suinetti nella struttura di stabulazione almeno cinque-sette giorni prima dell'intervento chirurgico per l'acclimatazione.
3. Un giorno prima dell'intervento, esaminare il suinetto per assicurarsi dell'idoneità all'intervento chirurgico e dell'assenza di segni di malattia, come tosse, vomito, diarrea, pallore, debolezza, letargia o lesioni cutanee.
4. Suinetti veloci da mangime solido per almeno tre ore prima dell'intervento, consentendo l'accesso all'acqua fino al momento dell'intervento.
5. Trasferire il suinetto nella sala operatoria.
6. Somministrare la premedicazione procedurale di atropina (0,04 mg/kg), midazolam (0,2 mg/kg) e ketamina (2 mg/kg) attraverso un'iniezione intramuscolare. Inoltre, somministrare una preparazione a lento rilascio di buprenorfina (0,01 mg/kg) per via sottocutanea per l'analgesia perioperatoria.
7. Sul tavolo operatorio posizionare una coperta di ricircolo dell'acqua e impostare la temperatura dell'acqua inizialmente a circa 40 °C. Regolare la temperatura della coperta d'acqua per mantenere la temperatura corporea interna tra 38,0 e 39,5 °C nel suinetto.
8. Una volta che la mascella è completamente rilassata, spruzzare la laringe con lidocaina all'1%. Eseguire l'intubazione endotracheale standard con il monitoraggio del pulsossimetro portatile.
9. Controllare, collegare e garantire il corretto funzionamento delle apparecchiature di monitoraggio: pulsossimetro, capnografo, elettrocateteri per telemetria ECG e sonda di temperatura.
10. Somministrare al suinetto isoflurano inalato (2-5%) come anestetico durante la procedura chirurgica, regolato in base alla profondità dell'anestesia. Monitora la profondità dell'anestesia attraverso la valutazione della frequenza cardiaca, della frequenza respiratoria e del modello di respirazione, della saturazione di ossigeno, della palpebra e del riflesso di sospensione.
11. Utilizzare le seguenti impostazioni iniziali del ventilatore: PEEP di 4 cmH₂O, volume corrente compreso tra 8 e 10 ml/kg e un rapporto inspiratorio/espiratorio di 1:1. La frequenza del ventilatore varia tra 26-36/min, regolata per ottenere pCO₂ tra 35-42 mmHg su un emogasanalisi arterioso analizzato utilizzando un analizzatore di emogasanalisi point-of-care.
12. Metti il maialino in posizione supina. Applicare un unguento oftalmico sterile su entrambi gli occhi per lubrificare durante la procedura.
13. Radere i peli sul sito chirurgico. Utilizzando una garza sterile e uno scrub disinfettante (povidone-iodio 7,5%), disinfettare il torace con un movimento circolare dall'interno verso l'esterno per tre volte. Rimuovere la soluzione di scrub in eccesso con una garza sterile. Utilizzando una tecnica asettica, drappeggiare i siti chirurgici (collo e lato sinistro del torace) e l'area circostante.
14. Utilizzando una tecnica di Seldinger modificata, posizionare i cateteri centrali sia nell'arteria carotide (catetere francese a lume singolo da 3,5 o catetere IV calibro 24) che nella vena giugulare interna (catetere a cinque o sei gradi francesi a doppio o triplo lume) per il monitoraggio della pressione, il prelievo di sangue e l'accesso venoso durante la procedura per la somministrazione dei farmaci.
15. Somministrare una dose endovenosa di cefazolina (30 mg/kg) per la profilassi della sepsi perioperatoria e di ranitidina (1 mg/kg) per la profilassi delle ulcere da stress. Iniziare il fluido di mantenimento per via endovenosa (D5WNS) attraverso il catetere venoso centrale.

2. Interruzione del bioptome delle cuspidi della valvola polmonare

1. Dopo la conferma del piano chirurgico, eseguire una toracotomia sinistra nel terzo spazio intercostale per garantire un'esposizione adeguata per visualizzare l'arteria polmonare principale.
2. Utilizzando un gel sterile e un manicotto, eseguire lo studio ecocardiografico epicardico attraverso la toracotomia sinistra per valutare la presenza di difetto del setto interatriale, dotto arterioso pervio, quindi passare attraverso le valvole polmonare e tricuspide per valutare le anomalie congenite.
3. Attraverso l'incisione della toracotomia sinistra, posizionare le suture del cordone della borsa sull'arteria polmonare principale (MPA) e fissarle a una trappola.
4. Utilizzando un introduttore di aghi, forare l'MPA al centro delle suture del cordone della borsa e far avanzare un filo. Sul filo, far avanzare una guaina flangiata a sette cateteri francesi progettata su misura attraverso l'incisione MPA. Ancorare saldamente il catetere sulla superficie dell'MPA avvolgendo le suture del cordino della borsa attorno alla flangia del catetere e la trappola può essere serrata (Figura 1).
5. Introdurre un bioptome nella guaina e avanzare sotto guida ecocardiografica epicardica fino alla valvola polmonare.
6. Sotto la visualizzazione ecocardiografica epicardica diretta, utilizzare il bioptome per fissare i morsi nelle cuspidi della valvola polmonare. Ritirare il bioptome provoca lacerazioni della cuspide e interrompe la valvola polmonare.
   1. Ripetere questo processo secondo necessità per ottenere un rigurgito polmonare da moderato a grave. Questo viene valutato utilizzando l'interrogatorio Doppler a onde pulsate nelle arterie polmonari di ramo. Miriamo a raggiungere un rapporto tra l'integrale del tempo (VTI) della velocità inversa a quella in avanti compreso tra 0,6 e 0,7 al momento della procedura. Una volta soddisfatto, prelevare il bioptoma.
7. Durante la procedura, somministrare infusioni endovenose di adrenalina (0,05 - 0,15 μg/kg/min) e/o noradrenalina (0,05 - 0,15 μg/kg/min) come richiesto per mantenere la normale pressione sanguigna durante la procedura (pressione arteriosa sistemica media tra 60 e 80 mmHg).

3. Posizionamento della fascia arteriosa polmonare

1. Inserire un catetere ombelicale a cinque French a lume singolo attraverso la guaina precedentemente posizionata e farlo avanzare nel ventricolo destro (RV) per il monitoraggio della pressione RV durante il posizionamento di una fascia arteriosa polmonare.
2. Intreccia seta o una sutura sintetica intrecciata non assorbibile attraverso il centro di una fascia silastica per rinforzo e resistenza. Avvolgere questa fascia silastica attorno all'MPA tra la valvola polmonare e prossimalmente al sito di puntura del catetere.
3. Attraverso la misurazione diretta della pressione del ventricolo destro, stringere la fascia dell'arteria polmonare e regolare utilizzando una clip vascolare per raggiungere una pressione sistolica sistemica del ventricolo destro del ≥60%. Una volta raggiunta la pressione desiderata, legare i punti di sutura per fissare la fascia dell'arteria polmonare.
4. Far avanzare il catetere ombelicale attraverso la fascia dell'arteria polmonare e nell'MPA distale per ottenere un gradiente della fascia dell'arteria polmonare pull-back. Rimuovere il catetere ombelicale e la guaina.
5. Legare la sutura del cordone della borsa per chiudere il sito di puntura dell'MPA (Figura 2).
6. Chiudere l'incisione della toracotomia sinistra in tre strati utilizzando suture non assorbibili per il primo strato e poi suture riassorbibili per chiudere gli strati muscolari. Applicare le graffette per chiudere lo strato cutaneo.
7. Infiltrate intorno all'incisione cutanea con Bupivacaina (0,5%, dose massima 2 mg/kg) per l'analgesia locale. Somministrare una singola dose endovenosa di meloxicam (0,2 mg/kg) per l'analgesia postoperatoria in aggiunta alla buprenorfina a lento rilascio per via sottocutanea precedentemente somministrata.
8. Rimuovere entrambe le linee centrali arteriose e venose e legare i vasi per garantire l'emostasi.
9. Applicare la crema Hibitane (clorexidina all'1%) sulle incisioni e fissare una benda per coprire l'incisione.
10. Spegnere l'isoflurano inalato. Una volta che il suinetto respira da solo con adeguati meccanismi di protezione delle vie aeree, estubare con il monitoraggio e la cura del recupero postoperatorio.
11. Per la profilassi dell'infezione incisionale, somministrare al suinetto un ciclo empirico di cinque giorni di cefalexina orale 30 mg/kg BID.

4. Valutazione ecocardiografica

1. Valutare qualitativamente il rigurgito polmonare mediante color Doppler e grado da 0 a 4 [0 = nessuno, 1 = banale (singolo getto stretto), 2 = lieve (singolo getto leggermente più largo con lunghezza del getto < 10 mm, rapporto tra larghezza del getto prossimale e tratto di efflusso RV < 0,25), 3 = moderato (getti singoli o multipli con il rapporto combinato tra larghezza del getto prossimale e tratto di efflusso RV compreso tra 0,25 e 0,65), e 4 = grave (getto largo con rapporto tra larghezza del getto prossimale e tratto di deflusso RV > 0,65)].
   1. Nel gruppo di intervento, semi-quantificare il rigurgito polmonare misurando un rapporto tra l'integrale del tempo (VTI) della velocità inversa a quella in avanti utilizzando il Doppler a onde pulsate nell'arteria polmonare di branca (Figura 3).
   2. Classificare qualitativamente la gravità del rigurgito tricuspidale da 0 a 4 attraverso la valutazione color Doppler [0 = nessuno, 1 = banale (getto stretto singolo), 2 = lieve (getti stretti multipli), 3 = moderata (getto largo che raggiunge la porzione centrale dell'atrio destro) e 4 = grave (getto largo che raggiunge la parete posteriore dell'atrio destro)]. Sia i sistemi di classificazione del rigurgito della valvola polmonare che quella della valvola tricuspide sono conformi alle attuali linee guida 14,15,16,17,18,19.
2. Valutare la funzione sistolica del ventricolo destro utilizzando la variazione dell'area frazionaria del ventricolo destro (RV FAC), che è stata misurata tracciando l'area delimitata dai bordi endocardici del ventricolo destro alla fine della diastole e alla fine della sistole nella vista apicale a quattro camere. Calcola il FAC del ventricolo destro come la differenza tra le due aree, espressa come percentuale dell'area del ventricolo destro telediastolico. Un valore RVFAC < 35% rappresenta una funzione sistolica RV anomala²⁰.

Per la convalida del modello, dieci suinetti (5 maschi e 5 femmine) sottoposti a toracotomia sinistra con rottura della valvola polmonare e posizionamento della fascia dell'arteria polmonare (gruppo di intervento, IP) sono stati confrontati con dieci suinetti di controllo con corrispondenza di età e sesso sottoposti a toracotomia sinistra (gruppo di controllo, CP). Al basale, prima dell'intervento, tutti i suinetti presentavano rigurgito polmonare nullo o banale con geometria e funzione...

Durante lo sviluppo di questo nuovo modello di cuore, diverse considerazioni hanno influenzato la progettazione finale del modello.

Età dei suinetti ed esposizione chirurgica
Prima della formulazione dell'attuale modello di suinetto, il team ha lavorato su cadaveri di suinetti di età compresa tra una e sei settimane con l'obiettivo di determinare la fascia di età in cui la strumentazione procedurale e l'esposizione sono adeguate. Poiché...

Gli autori non hanno divulgazioni.

Questo lavoro di ricerca è stato sostenuto attraverso generosi finanziamenti forniti dalla Stollery Children's Hospital Foundation attraverso il Women and Children's Hospital Research Institute.