Трансляционная кроличья модель хронической кардиостимуляции

Несмотря на специфические ограничения, модели мелких млекопитающих предлагают преимущества для клинических исследований¹³. Обладая установленной методологией, модели кардиостимуляции могут обеспечить оптимальную платформу для моделирования широкого спектра сердечно-сосудистых заболеваний и патологических состояний кровообращения ^7,14 со значительно меньшими требованиями к ресурсам по сравнению с моделями крупных животных или клиническими испытаниями. В этой статье представлена инновационная, минимально инвазивная модель длительной сердечной стимуляции у кроликов. Следуя этому протоколу, можно использовать полностью имплантированную полноразмерную систему кардиостимулятора человека, включая полноразмерный кардиостимулятор, в модели мелких млекопитающих.

Во время имплантации кардиостимулятора мы смогли расположить поводок в стабильном, оптимальном месте в верхушке правого желудочка у всех животных. Инвазивно измеренные параметры стимуляции находились в пределах нормы, аналогично значениям, распространенным в экспериментах на крупных животных или в медицине^{человека 2,3}. Измеренный средний потенциал миокарда 6,5 мВ ± 1,9 мВ в правом желудочке кролика четко распознается стандартным имплантируемым кардиостимулятором. Максимальный измеренный порог стимуляции составлял 2,5 В при длительности стимула 0,4 мс, а импеданс оставался в пределах нормы во время наблюдения. В целом, они представляют собой оптимальные параметры темпа.

Во время наблюдения параметры стимуляции были проверены неинвазивно путем опроса имплантированного кардиостимулятора, и эти параметры обобщены на рисунке 7, рисунке 9 и таблице 1. Желудочковое зондирование и импеданс отведения не продемонстрировали каких-либо существенных изменений в течение 6 месяцев. Несмотря на тенденцию к увеличению порога стимуляции, усредненного по всем субъектам, существенных изменений не наблюдалось, что позволяло безопасно проводить стимуляцию на протяжении всего исследования. Небольшие колебания параметров стимуляции могут быть связаны с местными воспалительными реакциями или фиброзом и могут быть смягчены путем использования материалов с элюированием стероидов. Для использования в долгосрочных исследованиях кардиостимуляции параметры стимуляции следует контролировать и часто корректировать.

Анализ крови не показал системного воспаления или анемии в течение первой недели после имплантации. Тенденция увеличения количества тромбоцитов перед процедурой может быть связана с острым стрессом, вызванным обращением с животными и седацией, поскольку значения оставались стабильными во время наблюдения. Опасным осложнением имплантации кардиостимулятора является проникновение свинца. Особенно при хрупкости тканей мелких млекопитающих следует подозревать проникновение при резком изменении параметров стимуляции, и следует подчеркнуть, что поводком всегда следует осторожно манипулировать в его правильное положение. Рентгеновское изображение может подтвердить проникновение свинца. Острая бактериальная инфекция, связанная с имплантируемым электронным устройством сердца (CIED), является еще одним потенциально тяжелым осложнением, которое вносит значительный вклад в показатели смертности и заболеваемости¹⁵. Следовательно, чрезвычайно важно изучать новые материалы, методы стимуляции и усовершенствования свинца, чтобы снизить скорость заражения и продлить долговечность систем стимуляции. Представленная методология обеспечивает подходящую модель на животных для таких жизненно важных экспериментальных исследований.

Ryu et al. индуцировали кардиомиопатию с прогрессирующей сердечной недостаточностью с использованием хирургически имплантированных предсердных отведений и внешнего генератора импульсов¹². Аналогичным образом, Фримен и др. пришли к выводу, что устойчивая стимуляция желудочков приводит к депрессии миокарда у кроликов в течение 3-4 недель¹¹. Из-за высокой частоты сердечных сокращений у мелких животных кардиостимулятор должен быть способен регулировать частоту около 300-400 ударов в минуту, чтобы поддерживать ритм в полном темпе. Поскольку эти более высокие частоты стимуляции приводят к прогрессирующей сердечной недостаточности в течение^11,12 недель^, представленная лепориновая модель является оптимальной для развития и исследования результирующей кардиомиопатии. Учитывая их размер, эти небольшие модели идеально подходят для конкретных применений, таких как оценка гуморальных изменений или изменений ткани миокарда^11,16. Эхокардиография может быть дополнительно использована для оценки размеров и сократительной способности лепоринового сердца^12,17. Для сравнения, более крупные животные модели сердечной недостаточности имеют другие преимущества, такие как возможность детальной инвазивной гемодинамической оценки, включая коронарное кровообращение или оценку давления и объема².

Конкретный выбор модели лепорина для исследований кардиостимуляции был основан на ее многочисленных преимуществах. Кролики хорошо переносят процедуру, являются одними из самых маленьких млекопитающих, демонстрирующих способность получать систему кардиостимулятора размером с человека, и требуют использования меньшего количества ресурсов, чем другие более крупные животные. Некоторые авторы¹⁸ считают, что физиология мелких млекопитающих может не отражать физиологию человека, но мы обнаружили, что параметры стимуляции, наблюдаемые у этих мелких млекопитающих, очень похожи на те, которые наблюдаются у людей или крупных животных 1,2,3,19, что означает^, что они могут быть легко использованы для трансляционных исследований.

Во время установки свинца и имплантации кардиостимулятора в этой модели мелких млекопитающих мы столкнулись со сходством с предыдущими экспериментами на моделях крупных животных, но следует отметить существенные различия. Ткани лепорина хрупкие, а стенки сосудов и желудочков тонкие. В течение всей процедуры необходимы щадящие манипуляции; Свинцовый наконечник всегда должен быть неподдерживаемым стилетом и, следовательно, гибким. Особенно при прохождении через трехстворчатое кольцо и позиционировании ведущего кончика к вершине правого желудочка манипуляция должна проводиться с особой осторожностью и под рентгеноскопическим контролем, чтобы избежать травм. Также должно быть возможно размещение наконечника в других местах. Мы проверили положение правого придатка предсердия и желудочкового оттока с оптимальными перипроцедурными параметрами, но стабильность отведения может быть ограничена, и текущие данные не могут поддерживать альтернативные места стимуляции. Наружная яремная вена кролика имеет соответствующий размер для введения одного отведения. Если предполагается имплантация нескольких отведений, может быть рекомендовано использование более крупного животного.

Фиксация свинца при трабекуляции миокарда осуществлялась пассивно с помощью силиконовых зубцов на кончике свинца. Исходя из нашего опыта, следует избегать использования активной фиксации спиралью, ввинченной в тонкий слой миокарда, чтобы предотвратить травмирование тканей из-за тампонады или грудного кровотечения. Несмотря на небольшой размер правого желудочка кролика, пара электродов для стимуляции, расположенных на расстоянии 25 мм, позволяла использовать как униполярные, так и биполярные конфигурации зондирования и стимуляции (рис. 10). Это может обеспечить универсальность для исследований кардиостимуляции.

Из-за высокой нативной частоты сердечных сокращений мелких млекопитающих¹⁸ непрерывная стимуляция может быть достигнута путем специального программирования имплантируемого кардиостимулятора. В качестве альтернативы, метод простой внутренней модификации общей сертифицированной человеком системы кардиостимуляции может быть использован для получения высокоскоростных частот стимуляции, как подробно описано ранее ^2,20. Потеря захвата оценивалась с помощью функции исследования неинвазивной стимуляции, которая является уникальным подходом, позволяющим проводить тестирование даже в условиях высокой нативной частоты сердечных сокращений. Сообщаемые параметры стимуляции измерялись регулярно. Имплантированный кардиостимулятор мог автоматически и непрерывно регистрировать восприятие потенциалов миокарда и импеданса свинца, но порог стимуляции приходилось измерять вручную из-за высокой частоты сердечных сокращений. Поэтому, если требуется непрерывный темп, рекомендуется частая оценка, чтобы предотвратить потерю захвата.

Gutruf et al. ранее сообщали об использовании высокоминиатюрных, беспроводных, безбатарейных кардиостимуляторов на моделях мелких животных⁷. По сравнению с их исследованиями, имплантация кардиостимулятора размером с человека, описанная здесь, представляет собой другой подход, который обеспечивает возможность инновационного тестирования свинца, близкого перевода в клинические исследования и более широкого применения с общедоступными материалами. Zhou et al. представили разработку миниатюрного кардиостимулятора, предназначенного для чрескожной имплантации в сердце плода для лечения атриовентрикулярной блокады. Они сообщили об использовании экспериментов на взрослых кроликах для подтверждения осуществимости такого устройства⁹. Другие ранее сообщали о преимуществах интубации кроликов для инвазивных процедур. Исходя из нашего опыта, подход поддержания спонтанного дыхания с помощью ороносальной маски имеет больше преимуществ для таких коротких процедур, поскольку сводит к минимуму риск осложнений, вызванных манипуляциями с дыхательными путями. Кроме того, травмы легких под давлением также могут быть предотвращены.

Несмотря на то, что протокол исследования был тщательно подготовлен и общее количество включенных животных было адекватным, необходимо отметить несколько ограничений. Маленький размер правого желудочка кролика не позволял размещать несколько отведений. Хотя мы пытались проверить расположение свинцового наконечника в выходном тракте правого желудочка, у нас есть ограниченные знания о его стабильности, и мы ожидаем, что она будет довольно ограниченной. Тенденция импеданса стимуляции показала снижение в течение первой недели после размещения свинца. Это может быть связано с местным воспалением и легким фиброзом, но вскоре после этого импеданс свинца был восстановлен, и тенденция стабильности постоянно сохранялась. В этом исследовании использовалась однокамерная система стимуляции. В будущих исследованиях также следует изучить продвижение пары кардиостимуляторов через одностороннюю яремную вену. Хотя это не было проверено в этом исследовании, мы считаем, что второе отведение может быть введено и стабилизировано в правом предсердии.

В целом, животные модели сердечной стимуляции имеют множество применений в сердечно-сосудистых исследованиях. Во-первых, стимуляция с нефизиологически высокой частотой в течение нескольких недель приводит к кардиомиопатии, вызванной тахикардией, как сообщалось ранее, и позволяет изучать патофизиологию и лечение хронической сердечной недостаточности 2,3,11,12. Кроме того, в исследованиях усовершенствованных материалов и технологий может использоваться представленная модель лепорина, которая может быть предложена для среднесрочных исследований темпов. Насколько нам известно, это исследование является первым, демонстрирующим преимущества такой модели мелких млекопитающих для сложных экспериментов по кардиостимуляции²¹. В заключение, с помощью описанной методики система стимуляции размером с человека может быть успешно имплантирована мелким млекопитающим, несмотря на хрупкость тканей и тонкую анатомию. После обучения этот метод легко воспроизводим и обеспечивает основу для моделей пейс-тахикардии с широким применением в сердечно-сосудистых исследованиях.