Viene descritto un semplice costrutto di carrello, costruito per eseguire l’ecocardiografia di ricerca in maialini svegli in piedi, insieme a considerazioni di costruzione, tecniche di allenamento e immagini ecografiche rappresentative.
L’ecocardiografia utilizza onde ultrasoniche per valutare in modo non invasivo la struttura e la funzione cardiaca ed è lo standard di cura per la valutazione e il monitoraggio cardiaco. Il maiale in miniatura, o minipig, viene sempre più utilizzato come modello di malattia cardiaca nella ricerca medica. I maiali sono notoriamente difficili da trattenere e gestire in sicurezza e, pertanto, l’ecocardiografia di ricerca in questa specie viene quasi sempre eseguita in anestesia o sedazione pesante. Anestetici e sedativi influenzano universalmente la funzione cardiovascolare e possono causare la depressione della gittata cardiaca e della pressione sanguigna, aumenti o diminuzioni della frequenza cardiaca e della resistenza vascolare sistemica, cambiamenti nel ritmo elettrico e alterazione del flusso sanguigno coronarico. Pertanto, l’ecocardiografia sedata o anestetizzata potrebbe non rappresentare accuratamente la progressione della malattia cardiaca in modelli animali di grandi dimensioni, limitando così il valore traslazionale di questi importanti studi. Questo articolo descrive un nuovo dispositivo che consente l’ecocardiografia in piedi sveglio nei maialini. Inoltre, vengono descritte le tecniche di addestramento utilizzate per insegnare ai suini a tollerare questa procedura indolore e non invasiva senza la necessità di anestetici che alterano l’emodinamica. L’ecocardiografia stand-awake rappresenta un modo sicuro e fattibile per eseguire il test di monitoraggio cardiaco più comune nei maialini per la ricerca cardiovascolare.
L’insufficienza cardiaca è un onere crescente per le istituzioni mediche negli Stati Uniti e all’estero, con una prevalenza mondiale di 38 milioni di pazienti1. Circa 19 milioni di decessi a livello globale sono stati attribuiti a malattie cardiovascolari nel 2020, dimostrando un aumento del 18,7% rispetto al 20102. Lo sviluppo di nuove terapie è lento a raggiungere questa tendenza allarmante. L’insufficienza cardiaca è, quindi, un’area critica di ricerca e l’importanza di strumenti ad alta fedeltà per catturare lo sviluppo e la progressione della malattia non può essere sopravvalutata.
L’ecocardiografia è attualmente lo strumento clinicamente più importante per misurare in modo non invasivo la progressione della malattia cardiaca, ma nei modelli di ricerca su animali di grandi dimensioni, può essere difficile da implementare3. L’ecocardiografia utilizza onde ultrasoniche per valutare la struttura e la funzione cardiaca ed è lo standard di cura in ambito clinico per la valutazione e il monitoraggio cardiaco4. I grandi modelli animali preclinici di malattie cardiache, come i suini, svolgono un ruolo fondamentale nel tradurre la scienza di base nello sviluppo di terapie cardiovascolari5. Ne consegue, quindi, che la traduzione dell’ecocardiografia in grandi modelli animali nello sviluppo di queste terapie è una parte importante di questo sforzo critico.
I maiali sono una delle numerose specie comunemente usate come grandi modelli animali di simulazione ischemica, di sovraccarico di pressione e di rapida insufficienza cardiaca 5,6. I suini sono particolarmente importanti negli studi preclinici, poiché i meccanismi di compensazione neuro-ormonale e il rimodellamento cardiaco rispecchiano da vicino la fisiopatologia umana 6,7. Più recentemente, i maiali in miniatura, o maialini, hanno dimostrato di essere promettenti come modello di comorbidità multiple di malattia cardiaca, con obesità, ipertensione, ipercolesterolemia e diabete con conseguente disfunzione cardiaca e rimodellamento 8,9.
L’esecuzione sicura dell’ecocardiografia nella maggior parte degli animali di grandi dimensioni richiede sedazione pesante o anestesia generale. Tuttavia, tutti i farmaci anestetici e sedativi deprimono la funzione cardiaca in modo dose-dipendente10,11. Anestetici e sedativi possono causare depressione della gittata cardiaca e della pressione sanguigna, aumenti o diminuzioni della frequenza cardiaca e della resistenza vascolare sistemica, cambiamenti nel ritmo elettrico e alterazione del flusso sanguigno coronarico12. Nella maggior parte dei casi, gli anestetici riducono il tono simpatico, diminuendo il ritorno venoso e abbassando la pressione sanguigna13. È importante sottolineare che gli anestetici influenzano anche i parametri ecocardiografici, complicando l’interpretazione di questo esame nel monitoraggio della malattia cardiaca nei modelli animali14. L’ecocardiografia da sveglio è la rappresentazione più vicina della funzione cardiaca nativa.
Qui viene descritto un dispositivo di ritenuta suino, prontamente accettato dai maialini svegli, che può essere utilizzato per il monitoraggio ecocardiografico di base senza richiedere la somministrazione di anestetici emodinamici.
Il carrello ecocardiografico rappresenta un metodo facilmente replicabile per monitorare la struttura e la funzione cardiaca in un importante modello di ricerca cardiaca, il minipig. La novità del carrello risiede nella capacità di catturare immagini ecocardiografiche senza il suo più grande avvertimento: la necessità di utilizzare anestetici o sedativi che modificano la funzione cardiaca degli animali e alterano le stesse misurazioni utilizzate per valutare gli effetti delle terapie cardiache. Inoltre, il carrello è sicuro, economico e un facile obiettivo di addestramento per i maiali.
Gli autori hanno prima identificato le caratteristiche desiderate del carrello e poi hanno lavorato a stretto contatto con un falegname per progettare il prodotto. Le tecniche standard di addestramento al rinforzo positivo erano facili e rapide per insegnare ai maiali ad accettare senza paura il carro e utilizzarlo. Con la pratica dell’ecografia, gli autori sono stati in grado di trovare e registrare rapidamente piani di imaging ecocardiografico bidimensionale standard per l’elaborazione successiva. Durante questi ecocardiogrammi in piedi, non sono mai stati somministrati sedativi o anestetici e, pertanto, i video e le immagini erano rappresentativi della funzione cardiaca sveglia.
La costruzione del carrello ecocardiografico è relativamente semplice per un falegname esperto o tuttofare dopo aver identificato le caratteristiche chiave importanti per il gruppo di ricerca (ad esempio, regolazione delle dimensioni, altezza o punti di accesso alla sonda ecografica). Durante il processo di costruzione, le caratteristiche del carrello possono essere modificate per soddisfare le esigenze dei singoli laboratori. I materiali sono in gran parte poco costosi e la costruzione del carrello può far risparmiare sul costo di esecuzione di ecocardiogrammi con i sedativi e gli anestetici tipicamente utilizzati.
I limiti della tecnica includevano il movimento e il tempo limitato per ottenere le immagini. Mentre il carro poteva essere regolato a varie dimensioni per trattenere i maiali, e mentre gli animali non potevano girarsi e potevano muoversi solo di pochi centimetri in ogni direzione, gli animali erano ancora in grado di muoversi entro i confini del carro. Un portellone, uno scivolo di compressione o un montante, come quelli usati con gli animali da fattoria, potrebbero potenzialmente fornire una migliore moderazione con un addestramento aggiuntivo. Allo stesso modo, l’imaging di successo si basava sul fatto che gli animali fossero distratti dal loro mangime o dalle prelibatezze congelate durante gli ecocardiogrammi. In genere, ciò consentiva circa 15 minuti di imaging, che non erano sempre sufficienti per ottenere tutte le immagini desiderate. La capacità di sostituire facilmente la mangiatoia o aggiungere mangime mentre l’animale rimaneva trattenuto può avere una durata prolungata dell’imaging. Infine, a causa di entrambe le limitazioni di cui sopra, le tecniche di imaging più sensibili, come il Doppler tissutale, si sono rivelate difficili da eseguire nel carrello ecocardiografico in piedi.
Altri modelli sperimentali suini utilizzano spesso tecniche di manipolazione non anestetiche, come la fionda Panepinto17 disponibile in commercio. Tuttavia, gli autori hanno trovato la tecnica dell’imbracatura più ingombrante per l’addestramento dei maiali e l’imbracatura non ha fornito all’ecografista l’accesso ai piani di imaging richiesti per l’ecocardiografia. Altre potenziali applicazioni per il carrello ecocardiografico potrebbero includere altre procedure non dolorose come l’ecografia addominale, l’osservazione delle lesioni cutanee o l’ottenimento di campioni di sangue da una porta di accesso vascolare. Gli autori utilizzano spesso il carrello per trattenere facilmente i maiali per eseguire elettrocardiogrammi e programmare pacemaker, per esempio.
In conclusione, la tecnica di ecocardiografia da sveglio descritta è facile da eseguire e preziosa per ottenere l’ecografia di base del cuore senza la depressione cardiovascolare tipica dell’uso anestetico o sedativo. Questa tecnica può essere utilizzata per confrontare immagini anestetizzate con immagini di risveglio in animali di grandi dimensioni o per il monitoraggio quotidiano della progressione della malattia cardiaca nel prezioso modello traslazionale preclinico suino di malattie cardiache e fallimento.
The authors have nothing to disclose.
I finanziamenti per questa ricerca includono NIH-T32 (T.H.), R01HL133286 (TT.H.), R01HL094414 (R.M.S.), R01HL138577 (R.M.S.), R01HL159983 e R21AG074593 (R.M.S. e TT.H.). Estendiamo la nostra gratitudine a tutti i membri del gruppo di ricerca, agli investigatori aggiunti e al personale del Nora Eccles Harrison Cardiovascular Research and Training Institute and Comparative Medicine presso l’Università dello Utah. Vorremmo anche estendere il nostro apprezzamento al Dr. Joseph Palatinus MD PhD per la sua preziosa formazione e assistenza ecocardiografica.
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