רישום אקוקרדיוגרפיה בחזירים מיניאטוריים ערים
Summary
מבנה עגלה פשוט, שנבנה לביצוע אקוקרדיוגרפיה מחקרית במיני-חזירים ערים בעמידה, מתואר, יחד עם שיקולי בנייה, טכניקות אימון ותמונות אולטרסאונד מייצגות.
Abstract
אקוקרדיוגרפיה משתמשת בגלים על-קוליים כדי להעריך באופן לא פולשני את מבנה הלב ותפקודו והיא הטיפול הסטנדרטי להערכה וניטור לבבי. החזיר המיניאטורי, או המיני-חזיר, משמש יותר ויותר כמודל למחלות לב במחקר הרפואי. חזירים ידועים לשמצה קשה לרסן ולטפל בבטחה, ולכן, אקוקרדיוגרפיה מחקרית במין זה מבוצעת כמעט תמיד תחת הרדמה או טשטוש כבד. חומרי הרדמה ותרופות הרגעה משפיעים באופן אוניברסלי על תפקוד הלב וכלי הדם ועלולים לגרום לדיכאון של תפוקת הלב ולחץ הדם, עלייה או ירידה בקצב הלב ובהתנגדות כלי הדם המערכתית, שינויים בקצב החשמלי ושינויים בזרימת הדם הכלילית. לכן, אקוקרדיוגרפיה מורדמת או מורדמת עשויה שלא לתאר במדויק את התקדמות מחלת הלב במודלים של בעלי חיים גדולים, ובכך להגביל את הערך התרגומי של מחקרים חשובים אלה. מאמר זה מתאר מכשיר חדשני המאפשר אקוקרדיוגרפיה בעמידה ערה במיני-חזירים. בנוסף, מתוארות טכניקות אימון המשמשות ללימוד חזירים לסבול הליך זה ללא כאבים ולא פולשני ללא צורך בהרדמה המודינמית. אקוקרדיוגרפיה בעמידה ערה מייצגת דרך בטוחה ואפשרית לבצע את בדיקת ניטור הלב הנפוצה ביותר במיני-חזירים למחקר לב וכלי דם.
Introduction
אי ספיקת לב מהווה נטל הולך וגובר על מוסדות רפואיים בארצות הברית ומחוצה לה, עם שכיחות עולמית של 38 מיליון חולים1. כ-19 מיליון מקרי מוות ברחבי העולם יוחסו למחלות לב וכלי דם בשנת 2020, עלייה של 18.7% משנת 20102. פיתוח טיפול חדש איטי כדי להדביק את המגמה המדאיגה הזו. אי ספיקת לב היא, אם כן, תחום מחקר קריטי, ולא ניתן להפריז בחשיבותם של כלים בעלי נאמנות גבוהה ללכידת התפתחות המחלה והתקדמותה.
אקוקרדיוגרפיה היא כיום הכלי החשוב ביותר מבחינה קלינית למדידה לא פולשנית של התקדמות מחלות לב, אך במודלים גדולים של מחקר בבעלי חיים, יישום 3 עלול להיות מאתגר. אקוקרדיוגרפיה משתמשת בגלים על-קוליים להערכת מבנה הלב ותפקודו והיא הטיפול הסטנדרטי במסגרת הקלינית להערכה וניטור לב4. מודלים פרה-קליניים של בעלי חיים גדולים של מחלות לב, כגון חזירים, ממלאים תפקיד קריטי בתרגום המדע הבסיסי לפיתוח טיפולים קרדיווסקולריים5. מכאן, אם כן, שתרגום אקוקרדיוגרפיה למודלים של בעלי חיים גדולים בפיתוח טיפולים אלה הוא חלק חשוב במאמץ קריטי זה.
חזירים הם אחד מכמה מינים הנפוצים כמודלים של בעלי חיים גדולים של איסכמיה, עומס לחץ והדמיות בקצב מהיר של אי ספיקת לב 5,6. חזירים חשובים במיוחד במחקרים פרה-קליניים, שכן מנגנוני פיצוי נוירו-הורמונליים ועיצוב מחדש של הלב דומים מאוד לפתופיזיולוגיה האנושית 6,7. לאחרונה, חזירים מיניאטוריים, או מיני-חזירים, הוכיחו הבטחה כמודל תחלואה נלווית מרובה של מחלות לב, עם השמנת יתר, יתר לחץ דם, היפרכולסטרולמיה וסוכרת באופן אמין וכתוצאה מכך תפקוד לקוי של הלב ועיצוב מחדש 8,9.
ביצוע אקוקרדיוגרפיה בבטחה ברוב בעלי החיים הגדולים דורש טשטוש כבד או הרדמה כללית. עם זאת, כל תרופות ההרדמה וההרגעה מדכאות את תפקוד הלב באופן תלוי מינון10,11. חומרי הרדמה ותרופות הרגעה עלולים לגרום לדיכאון של תפוקת הלב ולחץ הדם, עלייה או ירידה בקצב הלב ובהתנגדות כלי הדם המערכתית, שינויים בקצב החשמלי ושינויים בזרימת הדם הכלילית12. ברוב המקרים, חומרי הרדמה מפחיתים את הטון הסימפתטי, מפחיתים את החזרה הוורידית ומורידים את לחץ הדם13. חשוב לציין, הרדמה משפיעה גם על פרמטרים אקוקרדיוגרפיים, מה שמסבך את הפרשנות של בדיקה זו במעקב אחר מחלות לב במודלים של בעלי חיים14. אקוקרדיוגרפיה ערה היא הייצוג הקרוב ביותר של תפקוד הלב הטבעי.
כאן מתואר מכשיר ריסון חזירי, המקובל בקלות על ידי מיני-חזירים ערים, שניתן להשתמש בו לניטור אקוקרדיוגרפי בסיסי ללא צורך במתן חומרי הרדמה המודינמיים.
Protocol
Representative Results
Discussion
עגלת האקוקרדיוגרפיה מייצגת שיטה קלה לשכפול לניטור מבנה הלב ותפקודו במודל מחקר לב חשוב, המיני-חזיר. החידוש של העגלה טמון ביכולת ללכוד תמונות אקו לב ללא האזהרה הגדולה ביותר שלה: הצורך להשתמש בחומרי הרדמה או הרגעה המשנים את תפקוד הלב של בעלי החיים ומשנים את עצם המדידות המשמשות להערכת ההשפעות של טיפולי לב. יתר על כן, העגלה בטוחה, זולה, ויעד אילוף קל לחזירים.
המחברים זיהו תחילה את התכונות הרצויות של העגלה ולאחר מכן עבדו בשיתוף פעולה הדוק עם נגר כדי לעצב את המוצר. טכניקות סטנדרטיות לאימון חיזוקים חיוביים היו קלות ומהירות כדי ללמד את החזירים לקבל את העגלה ללא פחד ולהשתמש בה. עם תרגול אולטרה-סאונד, המחברים הצליחו למצוא ולהקליט במהירות מטוסי הדמיה אקוקרדיוגרפיים דו-ממדיים סטנדרטיים לעיבוד מאוחר יותר. במהלך אקו לב בעמידה, תרופות הרגעה או הרדמה מעולם לא ניתנו, ולכן הסרטונים והתמונות ייצגו את תפקוד הלב הער.
בניית עגלת אקוקרדיוגרפיה פשוטה יחסית עבור נגר או שיפוצניק מנוסה לאחר זיהוי התכונות העיקריות החשובות לקבוצת המחקר (למשל, כוונון גודל, גובה או נקודות גישה לבדיקת אולטרסאונד). במהלך תהליך הבנייה, ניתן לשנות את תכונות העגלה כך שיתאימו לצרכים של מעבדות בודדות. החומרים זולים ברובם, ובניית העגלה עשויה לחסוך בעלות ביצוע אקו לב עם תרופות הרגעה והרדמה המשמשות בדרך כלל.
מגבלות הטכניקה כללו את התנועה ואת מסגרת הזמן המוגבלת להשגת התמונות. בעוד שניתן היה לכוונן את העגלה לגדלים שונים כדי לרסן את החזירים, ובעוד החיות לא יכלו להסתובב ויכלו לנוע רק כמה סנטימטרים לכל כיוון, החיות עדיין היו מסוגלות לנוע בתוך גבולות העגלה. שער ראש, מצנח לחיצה, או סטנצ’יון, כגון אלה המשמשים עם חיות משק, עשויים לספק ריסון טוב יותר עם הכשרה נוספת. באופן דומה, הדמיה מוצלחת הסתמכה על כך שדעתם של בעלי החיים הוסחה על ידי המזון שלהם או פינוקים קפואים במהלך אקו לב. בדרך כלל, זה איפשר בערך 15 דקות של הדמיה, אשר לא תמיד היה מספיק כדי לקבל את כל התמונות הרצויות. היכולת להחליף בקלות את שוקת המזון או להוסיף מזון בזמן שהחיה נשארת מרוסנת עשויה להיות בעלת משך הדמיה ממושך. לבסוף, בשל שתי המגבלות הנ”ל, טכניקות הדמיה רגישות יותר, כגון דופלר רקמות, התגלו כקשות לביצוע בעגלת אקוקרדיוגרפיה עומדת.
מודלים ניסיוניים חזיריים אחרים משתמשים לעתים קרובות בטכניקות טיפול ללא הרדמה, כגון קלע Panepinto17 הזמין מסחרית. עם זאת, המחברים מצאו את טכניקת הקלע מסורבלת יותר לאימון חזירים, והקלע לא סיפק לאולטרה-סונוגרף גישה למישורי הדימות הדרושים לאקוקרדיוגרפיה. יישומים פוטנציאליים אחרים עבור עגלת אקוקרדיוגרפיה יכולים לכלול הליכים אחרים שאינם כואבים כגון אולטרה-סאונד בטן, תצפית על נגעים בעור, או קבלת דגימות דם מפתח גישה וסקולרית. המחברים משתמשים לעתים קרובות בעגלה כדי לרסן בקלות חזירים כדי לבצע אלקטרוקרדיוגרמים ולתכנת קוצבי לב, למשל.
לסיכום, טכניקת אקוקרדיוגרפיה ערה המתוארת קלה לביצוע ובעלת ערך להשגת הדמיית אולטרסאונד בסיסית של הלב ללא דיכאון לב וכלי דם האופייני לשימוש בהרדמה או הרגעה. טכניקה זו יכולה לשמש להשוואת תמונות מורדמות לתמונות ערות בבעלי חיים גדולים או לניטור יומיומי של התקדמות מחלות לב במודל התרגום הפרה-קליני החזירי יקר הערך של מחלות לב ואי ספיקת לב.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המימון למחקר זה כולל את NIH-T32 (T.H.), R01HL133286 (TT.H.), R01HL094414 (R.M.S.), R01HL138577 (R.M.S.), R01HL159983 ו-R21AG074593 (R.M.S. ו-TT.H). אנו מודים לכל חברי קבוצת המחקר, החוקרים הנלווים והצוות במכון נורה אקלס הריסון למחקר והכשרה קרדיווסקולרית ורפואה השוואתית באוניברסיטת יוטה. ברצוננו גם להביע את הערכתנו לד”ר יוסף פלטינוס MD PhD על הכשרתו וסיועו רב הערך בתחום האקוקרדיוגרפיה.
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).
