Uyanık Minyatür Domuzlarda Ekokardiyografi Kaydı
Summary
Uyanık duran minidomuzlarda araştırma ekokardiyografisi yapmak için inşa edilmiş basit bir araba yapısı, bina hususları, eğitim teknikleri ve temsili ultrason görüntüleri ile birlikte açıklanmaktadır.
Abstract
Ekokardiyografi, kardiyak yapı ve fonksiyonu non-invaziv olarak değerlendirmek için ultrasonik dalgalar kullanır ve kardiyak değerlendirme ve izleme için bakım standardıdır. Minyatür domuz veya minidomuz, tıbbi araştırmalarda giderek daha fazla kalp hastalığı modeli olarak kullanılmaktadır. Domuzların güvenli bir şekilde kısıtlanması ve ele alınması zordur ve bu nedenle, bu türdeki araştırma ekokardiyografisi neredeyse her zaman anestezi veya ağır sedasyon altında gerçekleştirilir. Anestezikler ve yatıştırıcılar kardiyovasküler fonksiyonu evrensel olarak etkiler ve kalp debisi ve kan basıncının depresyonuna, kalp atış hızında ve sistemik vasküler dirençte artışa veya azalmaya, elektrik ritminde değişikliklere ve koroner kan akışının değişmesine neden olabilir. Bu nedenle, sedasyonlu veya anestezili ekokardiyografi, büyük hayvan modellerinde kalp hastalığının ilerlemesini doğru bir şekilde göstermeyebilir, bu nedenle bu önemli çalışmaların translasyonel değerini sınırlayabilir. Bu yazıda, minidomuzlarda uyanık ekokardiyografiye izin veren yeni bir cihaz anlatılmaktadır. Ek olarak, domuzlara hemodinamik değiştirici anesteziklere ihtiyaç duymadan bu ağrısız ve invaziv olmayan prosedürü tolere etmeyi öğretmek için kullanılan eğitim teknikleri açıklanmaktadır. Ayakta uyanık ekokardiyografi, kardiyovasküler araştırmalar için minipiglerde en yaygın kardiyak izleme testini gerçekleştirmenin güvenli ve uygulanabilir bir yolunu temsil eder.
Introduction
Kalp yetmezliği, Amerika Birleşik Devletleri’ndeki ve yurtdışındaki sağlık kurumları için artan bir yüktür ve dünya çapında 38 milyon hastanın prevalansı1. 2020 yılında dünya çapında yaklaşık 19 milyon ölüm, kardiyovasküler hastalıklara atfedilmiş ve 2010 yılına göre% 18,7’lik bir artış göstermiştir2. Yeni terapi gelişimi bu endişe verici eğilimi yakalamak için yavaştır. Bu nedenle, kalp yetmezliği kritik bir araştırma alanıdır ve hastalık gelişimini ve ilerlemesini yakalamak için yüksek doğruluklu araçların önemi abartılamaz.
Ekokardiyografi şu anda kalp hastalığının ilerlemesini invaziv olmayan bir şekilde ölçmek için klinik olarak en önemli araçtır, ancak büyük hayvan araştırma modellerinde3’ü uygulamak zor olabilir. Ekokardiyografi, kardiyak yapıyı ve fonksiyonu değerlendirmek için ultrasonik dalgalar kullanır ve kardiyak değerlendirme ve izleme için klinik ortamda bakım standardıdır4. Domuzlar gibi kalp hastalıklarının klinik öncesi büyük hayvan modelleri, temel bilimin kardiyovasküler terapötiklerin gelişimine çevrilmesinde kritik bir rol oynamaktadır5. Öyleyse, ekokardiyografinin bu terapötiklerin geliştirilmesinde büyük hayvan modellerine çevrilmesinin, bu kritik çabanın önemli bir parçası olduğu sonucuna varılmıştır.
Domuzlar, iskemik, aşırı basınç yükü ve kalp yetmezliğinin hızlı tempolu simülasyonlarının büyük hayvan modelleri olarak yaygın olarak kullanılan birkaç türden biridir 5,6. Domuzlar klinik öncesi çalışmalarda özellikle önemlidir, çünkü nörohormonal telafi edici mekanizmalar ve kardiyak yeniden şekillenme insan patofizyolojisini yakından yansıtmaktadır 6,7. Daha yakın zamanlarda, minyatür domuzlar veya minidomuzlar, obezite, hipertansiyon, hiperkolesterolemi ve diyabetin güvenilir bir şekilde kardiyak disfonksiyon ve yeniden şekillenme ile sonuçlandığı çoklu bir komorbidite modeli olarak umut vaat etmiştir 8,9.
Çoğu büyük hayvanda ekokardiyografinin güvenli bir şekilde yapılması ağır sedasyon veya genel anestezi gerektirir. Bununla birlikte, tüm anestezik ve yatıştırıcı ilaçlar doza bağımlı bir şekilde kardiyak fonksiyonu baskılar10,11. Anestezikler ve yatıştırıcılar kalp debisi ve kan basıncının düşmesine, kalp atış hızında ve sistemik vasküler direncin artmasına veya azalmasına, elektrik ritminde değişikliklere ve koroner kan akışının değişmesine neden olabilir12. Çoğu durumda, anestezikler sempatik tonu azaltır, venöz dönüşü azaltır ve kan basıncını düşürür13. Önemli olarak, anestezikler ekokardiyografik parametreleri de etkiler ve bu incelemenin hayvan modellerinde kalp hastalığının izlenmesinde yorumlanmasını zorlaştırır14. Uyanık ekokardiyografi, doğal kardiyak fonksiyonun en yakın temsilidir.
Uyanık minipigler tarafından kolayca kabul edilen bir domuz kısıtlama cihazı, hemodinamik değiştirici anesteziklerin uygulanmasına gerek kalmadan temel ekokardiyografik izleme için kullanılabilecek bir domuz kısıtlama cihazı burada tanımlanmıştır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ekokardiyografi arabası, önemli bir kardiyak araştırma modeli olan minipig’de kalp yapısını ve işlevini izlemek için kolayca çoğaltılabilir bir yöntemi temsil eder. Arabanın yeniliği, en büyük uyarısı olmadan ekokardiyografik görüntüleri yakalama yeteneğinde yatmaktadır: hayvanların kardiyak fonksiyonlarını değiştiren ve kardiyak terapötiklerin etkilerini değerlendirmek için kullanılan ölçümleri değiştiren anestezik veya yatıştırıcıların kullanılması gerekliliği. Dahası, araba domuzlar için güvenli, ucuz ve kolay bir eğitim hedefidir.
Yazarlar önce arabanın istenen özelliklerini belirlediler ve daha sonra ürünü tasarlamak için bir marangozla yakın bir şekilde çalıştılar. Standart pozitif takviye eğitim teknikleri, domuzlara arabayı korkusuzca kabul etmelerini ve kullanmalarını öğretmek için kolay ve hızlıydı. Ultrasonografi uygulamasıyla, yazarlar daha sonraki işlemler için standart iki boyutlu ekokardiyografi görüntüleme düzlemlerini hızlı bir şekilde bulabildiler ve kaydedebildiler. Bu ayakta ekokardiyogramlar sırasında, sakinleştiriciler veya anestezikler asla uygulanmadı ve bu nedenle videolar ve görüntüler uyanık kalp fonksiyonunu temsil ediyordu.
Ekokardiyografi arabasının yapımı, araştırma grubu için önemli olan temel özellikleri (örneğin, boyut ayarlanabilirliği, yükseklik veya ultrason probu erişim noktaları) belirledikten sonra deneyimli bir marangoz veya tamirci için nispeten basittir. Yapım sürecinde, arabanın özellikleri bireysel laboratuvarların ihtiyaçlarına uyacak şekilde değiştirilebilir. Malzemeler büyük ölçüde ucuzdur ve arabayı inşa etmek, tipik olarak kullanılan yatıştırıcılar ve anesteziklerle ekokardiyogram yapma maliyetinden tasarruf sağlayabilir.
Tekniğin sınırlamaları, görüntüleri elde etmek için hareketi ve sınırlı zaman dilimini içeriyordu. Araba, domuzları dizginlemek için değişen boyutlara ayarlanabilse de ve hayvanlar geri dönemese ve her yönde sadece birkaç santim hareket edebilse de, hayvanlar hala arabanın sınırları içinde hareket edebiliyorlardı. Çiftlik hayvanlarında kullanılanlar gibi bir baş geçidi, sıkma oluğu veya stanchion, ek eğitimle potansiyel olarak daha iyi bir kısıtlama sağlayabilir. Benzer şekilde, başarılı görüntüleme, ekokardiyogramlar sırasında hayvanların yemleri veya dondurulmuş muameleleri tarafından dikkatlerinin dağılmasına dayanıyordu. Tipik olarak, bu, istenen tüm görüntüleri elde etmek için her zaman yeterli olmayan yaklaşık 15 dakikalık görüntülemeye izin verdi. Hayvan kısıtlanmış kalırken yiyecek oluğunu kolayca değiştirme veya yem ekleme yeteneği, görüntüleme süresinin uzamasına neden olabilir. Son olarak, yukarıdaki sınırlamaların her ikisi nedeniyle, doku Doppler gibi daha hassas görüntüleme tekniklerinin ayakta ekokardiyografi arabasında uygulanmasının zor olduğu kanıtlanmıştır.
Diğer domuz deneysel modelleri genellikle ticari olarak temin edilebilen Panepinto askı17 gibi anestezik olmayan taşıma tekniklerini kullanır. Bununla birlikte, yazarlar askı tekniğini domuzları eğitmek için daha hantal buldular ve askı, ultrasonografi uzmanına ekokardiyografi için gerekli görüntüleme düzlemlerine erişim sağlamadı. Ekokardiyografi arabası için diğer potansiyel uygulamalar, abdominal ultrasonografi, cilt lezyonu gözlemi veya vasküler erişim portundan kan örnekleri almak gibi diğer ağrılı olmayan prosedürleri içerebilir. Yazarlar, örneğin elektrokardiyogramları gerçekleştirmek ve kalp pillerini programlamak için domuzları kolayca kısıtlamak için arabayı sıklıkla kullanırlar.
Sonuç olarak, tarif edilen uyanık ekokardiyografi tekniğinin uygulanması kolaydır ve anestezik veya yatıştırıcı kullanımın tipik kardiyovasküler depresyonu olmadan kalbin temel ultrason görüntülemesini elde etmek için değerlidir. Bu teknik, anestezi uygulanan görüntüleri büyük hayvanlardaki uyanık görüntülerle karşılaştırmak veya kalp hastalığı ve yetmezliğinin değerli domuz preklinik translasyonel modelinde kalp hastalığı progresyonunun günlük olarak izlenmesi için kullanılabilir.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu araştırmanın finansmanı arasında NIH-T32 (T.H.), R01HL133286 (TT.H.), R01HL094414 (R.M.S.), R01HL138577 (R.M.S.), R01HL159983 ve R21AG074593 (R.M.S. ve TT.H.) bulunmaktadır. Araştırma grubunun tüm üyelerine, yardımcı araştırmacılara ve Nora Eccles Harrison Kardiyovasküler Araştırma ve Eğitim Enstitüsü ve Utah Üniversitesi Karşılaştırmalı Tıp personeline şükranlarımızı sunuyoruz. Ayrıca değerli ekokardiyografi eğitimi ve yardımı için Dr. Joseph Palatinus PhD’ye teşekkürlerimizi sunarız.
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).
