تسجيل تخطيط صدى القلب في الخنازير المصغرة المستيقظة
Summary
تم وصف بنية عربة بسيطة ، تم بناؤها لإجراء تخطيط صدى القلب البحثي في الخنازير الصغيرة المستيقظة ، جنبا إلى جنب مع اعتبارات البناء وتقنيات التدريب وصور الموجات فوق الصوتية التمثيلية.
Abstract
يستخدم تخطيط صدى القلب الموجات فوق الصوتية لتقييم بنية القلب ووظيفته بشكل غير جراحي وهو معيار الرعاية لتقييم القلب ومراقبته. يتم استخدام الخنزير المصغر ، أو الخنزير الصغير ، بشكل متزايد كنموذج لأمراض القلب في الأبحاث الطبية. من المعروف أن الخنازير يصعب كبحها والتعامل معها بأمان ، وبالتالي ، يتم إجراء تخطيط صدى القلب البحثي في هذا النوع دائما تحت التخدير أو التخدير الشديد. يؤثر التخدير والمهدئات عالميا على وظيفة القلب والأوعية الدموية وقد يتسبب في انخفاض النتاج القلبي وضغط الدم ، ويزيد أو ينقص في معدل ضربات القلب ومقاومة الأوعية الدموية الجهازية ، والتغيرات في الإيقاع الكهربائي ، وتغير تدفق الدم التاجي. لذلك ، قد لا يصور تخطيط صدى القلب المخدر أو المخدر بدقة تطور أمراض القلب في النماذج الحيوانية الكبيرة ، مما يحد من القيمة الانتقالية لهذه الدراسات المهمة. تصف هذه الورقة جهازا جديدا يسمح بالوقوف مستيقظا تخطيط صدى القلب في الخنازير الصغيرة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم وصف تقنيات التدريب المستخدمة لتعليم الخنازير تحمل هذا الإجراء غير المؤلم وغير الجراحي دون الحاجة إلى تخدير يغير الدورة الدموية. يمثل تخطيط صدى القلب أثناء الوقوف مستيقظا طريقة آمنة ومجدية لإجراء اختبار مراقبة القلب الأكثر شيوعا في الخنازير الصغيرة لأبحاث القلب والأوعية الدموية.
Introduction
يشكل قصور القلب عبئا متزايدا على المؤسسات الطبية في الولايات المتحدة وخارجها ، حيث يبلغ معدل انتشار 38 مليون مريض في جميع أنحاء العالم1. يعزى ما يقرب من 19 مليون حالة وفاة على مستوى العالم إلى أمراض القلب والأوعية الدموية في عام 2020 ، مما يدل على زيادة بنسبة 18.7٪ عن عام2010 2. تطوير العلاج الجديد بطيء في اللحاق بهذا الاتجاه المقلق. وبالتالي ، فإن قصور القلب هو مجال مهم للبحث ، ولا يمكن المبالغة في أهمية الأدوات عالية الدقة لالتقاط تطور المرض وتطوره.
يعد تخطيط صدى القلب حاليا الأداة الأكثر أهمية من الناحية السريرية لقياس تطور أمراض القلب بشكل غير جراحي ، ولكن في نماذج البحوث الحيوانية الكبيرة ، قد يكون من الصعب تنفيذ3. يستخدم تخطيط صدى القلب الموجات فوق الصوتية لتقييم بنية القلب ووظيفته وهو معيار الرعاية في الإعداد السريري لتقييم القلب ومراقبته4. تلعب النماذج الحيوانية الكبيرة قبل السريرية لأمراض القلب ، مثل الخنازير ، دورا مهما في ترجمة العلوم الأساسية إلى تطوير علاجات القلب والأوعية الدموية5. ويترتب على ذلك أن ترجمة تخطيط صدى القلب إلى نماذج حيوانية كبيرة في تطوير هذه العلاجات هو جزء مهم من هذا المسعى الحاسم.
الخنازير هي واحدة من عدة أنواع شائعة الاستخدام كنماذج حيوانية كبيرة لنقص تروية القلب ، والضغط الزائد ، والمحاكاة سريعة الإيقاع لفشل القلب 5,6. تعتبر الخنازير مهمة بشكل خاص في الدراسات قبل السريرية ، حيث أن الآليات التعويضية الهرمونية العصبية وإعادة تشكيل القلب تعكس عن كثب الفيزيولوجيا المرضية البشرية 6,7. في الآونة الأخيرة ، أثبتت الخنازير المصغرة ، أو الخنازير الصغيرة ، أنها واعدة كنموذج متعدد للأمراض المصاحبة لأمراض القلب ، مع السمنة وارتفاع ضغط الدم وفرط كوليسترول الدم ومرض السكري بشكل موثوق مما يؤدي إلى خلل وظيفي في القلب وإعادة تشكيل 8,9.
يتطلب إجراء تخطيط صدى القلب بأمان في معظم الحيوانات الكبيرة تخديرا شديدا أو تخديرا عاما. ومع ذلك ، فإن جميع الأدوية المخدرة والمهدئة تخفض وظيفة القلب بطريقة تعتمد على الجرعة10,11. قد تسبب التخدير والمهدئات انخفاض النتاج القلبي وضغط الدم ، وزيادة أو نقصان في معدل ضربات القلب ومقاومة الأوعية الدموية الجهازية ، والتغيرات في الإيقاع الكهربائي ، وتغيير تدفق الدم التاجي12. في معظم الحالات ، يقلل التخدير من النغمة المتعاطفة ، مما يقلل من العائد الوريدي ويخفض ضغط الدم13. الأهم من ذلك ، يؤثر التخدير أيضا على معلمات تخطيط صدى القلب ، مما يعقد تفسير هذا الفحص في مراقبة أمراض القلب في النماذج الحيوانية14. تخطيط صدى القلب المستيقظ هو أقرب تمثيل لوظيفة القلب الأصلية.
يوصف هنا جهاز تقييد الخنازير ، الذي يتم قبوله بسهولة من قبل الخنازير الصغيرة المستيقظة ، والذي يمكن استخدامه لمراقبة تخطيط صدى القلب الأساسي دون الحاجة إلى إعطاء مخدر يغير الدورة الدموية.
Protocol
Representative Results
Discussion
تمثل عربة تخطيط صدى القلب طريقة سهلة التكرار لمراقبة بنية القلب ووظيفته في نموذج أبحاث القلب المهم ، وهو minipig. تكمن حداثة العربة في القدرة على التقاط صور تخطيط صدى القلب دون أكبر تحذير: ضرورة استخدام التخدير أو المهدئات التي تغير وظيفة القلب للحيوانات وتغير القياسات المستخدمة لتقييم آثار علاجات القلب. علاوة على ذلك ، فإن العربة آمنة وغير مكلفة وهدف تدريب سهل للخنازير.
حدد المؤلفون أولا الميزات المطلوبة للعربة ثم عملوا عن كثب مع نجار لتصميم المنتج. كانت تقنيات تدريب التعزيز الإيجابي القياسية سهلة وسريعة لتعليم الخنازير قبول العربة بلا خوف واستخدامها. من خلال ممارسة التصوير بالموجات فوق الصوتية ، تمكن المؤلفون من العثور بسرعة على طائرات تصوير صدى القلب ثنائية الأبعاد القياسية وتسجيلها للمعالجة اللاحقة. خلال هذه الواقفة تخطيط صدى القلب ، لم يتم إعطاء المهدئات أو التخدير أبدا ، وبالتالي ، كانت مقاطع الفيديو والصور ممثلة لوظيفة القلب أثناء اليقظة.
يعد بناء عربة تخطيط صدى القلب بسيطا نسبيا بالنسبة لنجار أو عامل بارع متمرس بعد تحديد الميزات الرئيسية المهمة لمجموعة البحث (على سبيل المثال ، قابلية ضبط الحجم أو الارتفاع أو نقاط وصول مسبار الموجات فوق الصوتية). أثناء عملية البناء ، يمكن تغيير ميزات العربة لتناسب احتياجات المختبرات الفردية. المواد غير مكلفة إلى حد كبير ، وقد يوفر بناء العربة تكلفة إجراء تخطيط صدى القلب باستخدام المهدئات والتخدير المستخدم عادة.
تضمنت قيود التقنية الحركة والإطار الزمني المحدود للحصول على الصور. بينما يمكن تعديل العربة إلى أحجام مختلفة لكبح الخنازير ، وبينما لا تستطيع الحيوانات الالتفاف ولا يمكنها التحرك إلا بضع بوصات في كل اتجاه ، كانت الحيوانات لا تزال قادرة على الحركة داخل حدود العربة. يمكن أن يوفر الباب الأمامي أو شلال الضغط أو الدعامة ، مثل تلك المستخدمة مع المزرعة ، ضبطا أفضل للنفس مع تدريب إضافي. وبالمثل ، اعتمد التصوير الناجح على تشتيت انتباه الحيوانات بسبب علفها أو علاجاتها المجمدة أثناء تخطيط صدى القلب. عادة ، سمح هذا بحوالي 15 دقيقة من التصوير ، وهو ما لم يكن كافيا دائما للحصول على جميع الصور المطلوبة. قد يكون للقدرة على استبدال حوض الطعام بسهولة أو إضافة العلف بينما يظل الحيوان مقيدا مدة تصوير طويلة. أخيرا ، نظرا لكلا القيودين المذكورين أعلاه ، أثبتت تقنيات التصوير الأكثر حساسية ، مثل دوبلر الأنسجة ، صعوبة أدائها في عربة تخطيط صدى القلب الدائمة.
غالبا ما تستخدم النماذج التجريبية الأخرى للخنازير تقنيات مناولة غير مخدرة ، مثل حبال Panepinto المتاحة تجاريا17. ومع ذلك ، وجد المؤلفون أن تقنية المعلاق أكثر تعقيدا لتدريب الخنازير ، ولم توفر الرافعة لأخصائي الموجات فوق الصوتية إمكانية الوصول إلى طائرات التصوير المطلوبة لتخطيط صدى القلب. يمكن أن تشمل التطبيقات المحتملة الأخرى لعربة تخطيط صدى القلب إجراءات أخرى غير مؤلمة مثل التصوير بالموجات فوق الصوتية في البطن أو مراقبة الآفات الجلدية أو الحصول على عينات دم من منفذ وصول الأوعية الدموية. غالبا ما يستخدم المؤلفون العربة لكبح الخنازير بسهولة لإجراء تخطيط القلب الكهربائي وأجهزة تنظيم ضربات القلب ، على سبيل المثال.
في الختام ، فإن تقنية تخطيط صدى القلب المستيقظ الموصوفة سهلة الأداء وقيمة للحصول على التصوير بالموجات فوق الصوتية الأساسية للقلب دون الاكتئاب القلبي الوعائي النموذجي للاستخدام المخدر أو المهدئ. يمكن استخدام هذه التقنية لمقارنة الصور المخدرة بالصور المستيقظة في الحيوانات الكبيرة أو للمراقبة اليومية لتطور أمراض القلب في النموذج الانتقالي قبل السريري القيم لأمراض القلب والفشل.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يشمل تمويل هذا البحث NIH-T32 (T.H.) و R01HL133286 (TTH) و R01HL094414 (R.M.S.) و R01HL138577 (R.M.S.) و R01HL159983 و R21AG074593 (R.M.S. و TT.H.). نعرب عن امتناننا لجميع أعضاء مجموعة البحث والباحثين المساعدين والموظفين في معهد نورا إكليس هاريسون لأبحاث وتدريب القلب والأوعية الدموية والطب المقارن في جامعة يوتا. نود أيضا أن نعرب عن تقديرنا للدكتور جوزيف بالاتينوس دكتوراه في الطب لتدريبه ومساعدته القيمة في تخطيط صدى القلب.
Materials
| Access Ramp | N/A – shop built | 58" L x 18" W. Rise of 19" not to exceed 22.5 degree angle. | Any removable aluminum ramp with capacity to hold weight of pigs |
| Fence Feeder with Clips | DuraFlex | E011772 | Feed trough with clips for hanging on chain link, used for frozen treats or feed to distract pigs during echocardiography |
| Heavy Duty Utility Cart | Baxter Medical Equipment & Supplies | Cart # unk / 45x25x33"; Pipes, sch 40 PVC | Made of heavy plastic, with three shelves |
| Image Analysis Software | Image J FIJI | https://imagej.net/software/fiji/ | Free scientific image analysis software |
| Lumify Ultrasound with S4-1 Phased Array Transducer | Philips | FUS6884 | Handheld bedside ultrasound with cardiac probe, used with a tablet device and proprietary software |
| Video Editing Software | Adobe Premiere Pro 2022 | https://www.adobe.com/products/premiere.html | Commen software part of Adobe Creative Cloud. |
References
- Braunwald, E. The war against heart failure: The Lancet lecture. Lancet. 385, 812-824 (2015).
- Tsao, C. W., Aday, A. W., Almarzooq, Z. I., et al. Heart disease and stroke statistics – 2022 Update: A report from the American Heart Association. Circulation. 145 (5), e153-e639 (2022).
- Billig, S., et al. Transesophageal echocardiography in swine: evaluation of left and right ventricular structure, function, and myocardial work. International Journal of Cardiovascular Imaging. 37 (3), 835-846 (2021).
- Boon, J. A. . Veterinary Echocardiography., 2nd edition. , (2011).
- Silva, K. A. S., Emter, C. A. Large animal models of heart failure: A translational bridge to clinical success. Journal of the American College of Cardiology: Basic to Translational Science. 5 (8), 840-856 (2020).
- Pilz, P. M., et al. Large and small animal models of heart failure with reduced ejection fraction. Circulation Research. 130 (12), 1888-1905 (2022).
- Paslawska, U., et al. Normal electrocardiographic and echocardiographic (M-mode and two-dimensional) values in Polish Landrace pigs. Acta Veterinaria Scandinavica. 56 (1), 54 (2014).
- Sharp, T. E., et al. Novel Gottingen miniswine model of heart failure with preserved ejection fraction integrating multiple comorbidities. Journal of the American College of Cardiology: Basic to Translational Science. 6 (2), 154-170 (2021).
- Olver, T. D., et al. Western diet-fed, aortic-banded Ossabaw swine: A preclinical model of cardio-metabolic heart failure. Journal of the American College of Cardiology: Basic to Translational Science. 4 (3), 404-421 (2019).
- Merin, R. G. Effect of anesthetic drugs on myocardial performance in man. Annual Review of Medicine. 28, 75-83 (1977).
- El Mourad, M. B., Shaaban, A. E., El Sharkawy, S. I., Afandy, M. E. Effects of propofol, dexmedetomidine, or ketofol on respiratory and hemodynamic profiles in cardiac patients undergoing transesophageal echocardiography: A prospective randomized study. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 35 (9), 2743-2750 (2021).
- Stoelting, R. K., Hillier, S. C. . Handbook of Pharmacology & Physiology in Anesthetic Practice., 2nd edition. , (2006).
- Kristensen, S. D., et al. ESC/ESA Guidelines on non-cardiac surgery: Cardiovascular assessment and management: The Joint Task Force on non-cardiac surgery: Cardiovascular assessment and management of the European Society of Cardiology (ESC) and the European Society of Anaesthesiology (ESA). European Heart Journal. 35 (35), 2383-2431 (2014).
- Roth, D. M., Swaney, J. S., Dalton, N. D., Gilpin, E. A., Ross Jr, J. Impact of anesthesia on cardiac function during echocardiography in mice. American Journal of Physiology – Heart and Circulatory Physiology. 282 (6), H2134-H2140 (2002).
- Chengode, S. Left ventricular global systolic function assessment by echocardiography. Annals of Cardiac Anaesthesia. 19 (Suppl 1), S26-S34 (2016).
- Cacciapuoti, F. Echocardiographic evaluation of ejection fraction: 3DE versus 2DE and M-Mode. Heart Views. 9 (2), 71-79 (2008).
- Yang, H., Galang, K. G., Gallegos, A., Ma, B. W., Isseroff, R. R. Sling training with positive reinforcement to facilitate porcine wound studies. JID Innovations. 1 (2), 100016 (2021).
