Braz J Med Biol Res, February 2010, Volume 43(2) 206-210

An improved in vivo method for atrioventricular node ablation via thoracotomy

R.H. MacIver1, R.D. Stewart1, C.L. Backer1, S. Tsao2, D.A. Harrington1,3 and C., Cleveland, OH, USA

Abstract
Introduction
Material and Methods
Results
Discussion

Acknowledgments
Correspondence and Footnotes

Abstract

The atrioventricular (AV) node is permanently damaged in approximately 3% of congenital heart surgery operations, requiring implantation of a permanent pacemaker., Las mejoras en el diseño del marcapasos y en las modalidades alternativas de tratamiento requieren un modelo eficaz in vivo de bloqueo cardíaco completo (BCC) antes de que se pueda realizar la prueba en seres humanos. Este modelo debe permitir una inducción precisa, fiable y detectable de la patología quirúrgica. A través de los esfuerzos de nuestro laboratorio en el desarrollo de una terapia de ingeniería de tejidos para CHB, describimos aquí un modelo mejorado in vivo para inducir el bloqueo AV crónico. El método emplea una toracotomía derecha en el conejo adulto, de la cual la orejuela auricular derecha puede ser retraída para exponer un canal de acceso para el nodo AV., Se diseñó un nuevo dispositivo de inyección, que restringe físicamente la profundidad de la aguja y proporciona información eléctrica a través de la interfaz del electrocardiograma. Esta combinación de características proporciona orientación en tiempo real al investigador para confirmar el contacto con el nodo AV y documenta su ablación tras la inyección de formalina. Mientras que todos los animales analizados pudieron ser inducidos a un bloqueo AV agudo, aquellos con guía ECG fueron más propensos a mantener un bloqueo cardíaco crónico >12 h., Nuestro modelo permite al investigador reproducir tanto la HCC como la fibrosis periférica asociada que estaría presente en una cirugía abierta de corazón congénito, y que inevitablemente impactaría en el diseño y la utilidad de un reemplazo de ganglio AV por ingeniería tisular.,

Palabras Clave: nódulo auriculoventricular; bloqueo cardiaco; ablación; ingeniería tisular; Medicina Regenerativa; Modelo in vivo

Introducción

El nódulo auriculoventricular (AV) es un componente integral del sistema de conducción cardíaca, que actúa como estación repetidora y pausa temporal para la señal de estimulación desde el nódulo sinoauricular. Su delicada posición dentro del suelo de la aurícula derecha hace que el nodo AV sea una víctima inadvertida de procedimientos reconstructivos, con daño permanente en aproximadamente el 3% de las operaciones de cirugía cardíaca congénita (1)., Actualmente, el único tratamiento para el bloqueo cardíaco AV Clase III es la implantación de un marcapasos artificial permanente. Si bien tales dispositivos han revolucionado la supervivencia y la calidad de vida del paciente, su uso implica una serie de problemas asociados, incluida la vida útil limitada del dispositivo, la conciencia activa del paciente en campos magnéticos fuertes, la reducción gradual de la conductividad del plomo debido al desgaste o la formación de cicatrices en el electrodo y, para la población pediátrica, la incapacidad de un dispositivo artificial para crecer con el niño., Los tratamientos futuros, como los andamios biodegradables de ingeniería tisular, podrían abordar con éxito estos problemas, a través de la biointegración en el tejido existente (2).

Los investigadores en diseño de marcapasos y modalidades alternativas de tratamiento requieren un modelo efectivo in vivo de bloqueo cardíaco AV antes de que se pueda realizar la prueba en humanos. En la literatura se han descrito múltiples métodos de ablación del ganglio AV (3), como la ablación eléctrica, criogénica y química y/o el corte del tracto ganglionar AV., El primer uso de un agente esclerosante químico sin atriotomía para destruir el nodo AV fue reportado por Erlanger y Blackman en 1909 (4). Inyectaron una mezcla de yodo y alcohol directamente en el área del nodo AV, con malos resultados en cuanto al logro del bloqueo cardíaco completo (CHB). La técnica se modificó con mejores resultados cambiando a formalina al 10% (5) y utilizando un dispositivo de mapeo/inyección bipolar (6)., Williams y Lambert (7) describieron posteriormente una técnica de creación de bloqueo AV sin necesidad de toracotomía mediante el uso de un catéter guiado por presión, fluoroscopia y ECG para localizar el nodo AV. Muchos estudios utilizan este enfoque basado en catéter, ya que es menos estresante para el animal, logra una excelente orientación del nodo AV y permite realizar pruebas fisiológicas inmediatas en lugar de tener que esperar a que el animal se recupere de una toracotomía.,

Material y métodos

para nuestros propios experimentos, elegimos deliberadamente realizar una toracotomía seguida de inyección química en el nodo AV, ya que sentimos que coincide más estrechamente con las condiciones presentes en el estado patológico del bloqueo AV después de la cirugía cardíaca. La inducción del bloqueo AV a través de un catéter no crearía las adherencias periféricas y la cicatriz presente después de que el pericardio se haya abierto en una toracotomía., Esto es relevante cuando se prueba una posible terapia implantada, ya que la integración funcional del injerto se verá afectada significativamente por el tejido cicatricial circundante. El uso de una toracotomía también evita gran parte del costo y la configuración del abordaje con catéter.

optamos por realizar nuestros experimentos en el conejo adulto, ya que proporciona un mayor acceso quirúrgico que la rata, pero con un costo reducido en comparación con el perro, oveja o cerdo., Cabe destacar que el método de ablación con catéter también sería difícil en esta especie, ya que gran parte del equipo convencional disponible es adecuado solo para uso humano y animal grande.

mientras que estos puntos abordan los aspectos quirúrgicos prácticos del modelo, el éxito del método se basa principalmente en la capacidad del investigador para obtener acceso directo y preciso al nodo AV, para entregar de manera confiable pequeños volúmenes del agente de necrosis y para confirmar definitivamente la ablación del tejido del nodo AV., Para ello, se empleó una aguja de calibre 27, doblada a 90°, a 5 mm de la punta, para la inyección (figura 1a). Esta técnica mantiene una profundidad constante (como se aplicó anteriormente En otras especies (8,9) pero aún no se ha descrito en el conejo adulto) para asegurar la entrega a un lugar definido. Nuestros experimentos iniciales de factibilidad emplearon agujas con longitudes de inserción más cortas (3 mm) o ángulos de entrega alternativos (0°, 45°); sin embargo, encontramos que los parámetros anteriores de 5 mm y 90° fueron óptimos para acceder al surco auricular y evitar una sobreestimación de la ubicación del nodo AV.,

mientras que la adaptación de la aguja proporcionó una guía física para localizar el sitio de inyección adecuado, también buscamos una confirmación fisiológica. Para este propósito, un extremo de un plomo de cobre fue asegurado a la base de la aguja, y el otro extremo fue conectado a un ECG. Al insertar la aguja en el surco auricular y entrar en contacto con el nódulo AV, se forma una onda H en el ECG. Esta guía se utilizó en todos los procedimientos de ablación previos a la inyección., Sin esta confirmación eléctrica, muchas veces fueron necesarias inyecciones múltiples para la inducción inicial de HB; la confirmación de la onda H redujo sustancialmente esta necesidad.

un último parámetro relevante fue la elección de un agente de necrosis. Informes previos en conejos y otras especies habían indicado una inducción exitosa de HB mediante el uso de alcohol isopropílico al 70 o 100%. En contraste con estos informes, obtuvimos malos resultados utilizando estos agentes en nuestros primeros estudios de viabilidad, y luego elegimos formalina tamponada neutra (NBF) al 10% como el inyectable., NBF está fácilmente disponible en muchos laboratorios, y se sabe que induce la muerte celular rápida y completa. NBF fue empleado en todos los ensayos reportados en esta comunicación.

con estos parámetros en su lugar, realizamos un conjunto completo de experimentos para confirmar el método en conejos adultos de Nueva Zelanda. Después de la aprobación interna del Comité Institucional de cuidado y uso de animales (Children’s Memorial Research Center), las 8 conejas (peso promedio 3.7 ± 0.27 kg) fueron anestesiadas con 0.,5 mg/kg de acepromazina (Promace®, Fort Dodge Animal Health, EE.UU.), 40 mg/kg de ketamina (Vetalar®, Fort Dodge Animal Health) y 7 mg/kg de xilazina (Rompun®, Bayer Healthcare, LLC, EE.UU.) antes de ser intubado y colocado en un ventilador con 2% de isoflurano (Abbott Laboratories, EE.UU.), 1 L/min. Cada animal fue colocado en decúbito supino e inclinado hacia la izquierda 30° con la pata delantera derecha extendida hacia arriba. El área de interés fue rasurada y limpiada a fondo con betadine. Se accedió al tórax a través de una toracotomía derecha de aproximadamente 4 cm de longitud en el quinto espacio intercostal., Un bolsillo subcutáneo que se extiende posteriormente ~2 x 2 cm se hizo para albergar un generador de marcapasos Medtronic VVI (MicroMinex 8360®, Medtronic, EE. El pulmón fue retraído con una gasa húmeda de 4 x 4. Evitando el nervio frénico, el pericardio fue introducido y retraído con 6-0 suturas de Proleno a la pared torácica creando un pozo. Una derivación epicárdica fue asegurada a la superficie del ventrículo derecho con dos suturas Prolene 6-0. El otro extremo del cable del marcapasos se extrajo a través de un orificio de 1 mm en el sexto espacio intercostal y se insertó en el bolsillo subcutáneo.,

la orejuela auricular derecha fue retraída para exponer el área del nodo AV para la inyección. La localización del nodo AV se aproximó insertando la punta de la aguja modificada en el surco entre la aorta y la aurícula derecha y dirigiendo la punta hacia la cúspide septal de la válvula tricúspide. La localización fue confirmada por la identificación de una onda H, utilizando el cable aguja-ECG descrito anteriormente. Las inyecciones de 10% NBF se realizaron en volúmenes de 0,1 cc hasta que el bloqueo AV se observó visualmente por contracción auricular continua sin contracción ventricular coordinada posterior., Una vez preparado con éxito, el animal fue inmediatamente marcado a 180 lpm, primero por el programador CareLink® 2090 (Medtronic), y luego por el marcapasos implantado, con umbrales establecidos al doble de la tasa de captura. Los animales fueron monitorizados para la función del ganglio AV en el postoperatorio reduciendo la tasa del marcapasos por debajo de la tasa establecida de 180 lpm. Se determinó que los animales cuya frecuencia cardíaca cayó por debajo de 180 lpm estaban en bloqueo AV.

después de observar HB e iniciar la estimulación externa, se esperó 30 min para asegurar la ablación permanente del nodo AV., Se ha descrito la recuperación inadvertida del nodo AV debido a una ablación incompleta (3), y este mismo problema se observó en nuestros experimentos preliminares. Observamos empíricamente que la ablación AV se mantendría a corto plazo si la función no regresaba en 30 min, y utilizamos este valor para guiarnos en el conjunto completo de experimentos. Tras la retención exitosa de CHB, el tórax se cerró en capas de vicryl 4-0, y la piel se cerró con una sutura de nylon 5-0., Se utilizó una jeringa de 60 mL, unida a un tubo torácico, para evacuar la cavidad torácica circundante a medida que cada animal se recuperaba de la anestesia. Se administró enrofloxacina (5 mg/kg; Baytril®, Bayer Healthcare) para prevenir la infección y se administró 0,05 mg/kg de clorhidrato de buprenorfina (Buprenex®, Webster Veterinary, EE. UU.) según fuera necesario para el dolor en las primeras 24 h. cualquier signo de angustia incontrolada en el animal durante la monitorización diaria condujo a la eutanasia humana del animal.,

resultados

definimos el bloqueo cardíaco agudo como BCC mantenida durante 30 min después de la inyección, mientras que el bloqueo cardíaco crónico se definió como BCC mantenida durante 12 h. para el uso a largo plazo como modelo, la condición crónica fue claramente nuestro objetivo para los estudios, ya que notamos que si los animales no tuvieron recuperación de su función AV después de aproximadamente 12 h, la recuperación no ocurrió., Como se indica en la tabla 1, el bloqueo cardíaco agudo fue exitoso en 8/8 conejos, como se confirmó por el ECG y por la verificación visual de la contracción auricular continua sin contracción ventricular coordinada posterior. El inicio del bloqueo cardíaco fue inmediato después de la inyección de una alícuota de 0,1-0,2 mL de formalina al 10% en el plano correcto. Sin embargo, la recuperación del nodo AV dentro de las 12 h se produjo en el conejo 1, lo que nos llevó a desarrollar el dispositivo de guía de onda H, que se empleó para los animales restantes (3-8)., En estos animales, encontramos mejoras inmediatas en la localización del sitio de inyección deseado, y la entrega del injectado de una manera que crearía CHB a largo plazo según lo deseado.

hubo dos muertes operatorias. El primero (animal 2) ocurrió después de que el animal fue extubado antes de recuperarse completamente del anestésico, ya que la estimulación diafragmática se malinterpretó como respiraciones. La segunda muerte operatoria (animal 4) tuvo etiología desconocida, pero probablemente fue secundaria a un neumotórax a tensión no diagnosticado. No hubo infecciones relacionadas con el dispositivo.,

Los conejos que sobrevivieron al procedimiento fueron sacrificados en el tiempo pre-designado entre 1 y 2 semanas postoperatorias para su examen. El Animal 5 se mantuvo durante 37 días antes del sacrificio, como un medio para juzgar el límite superior de longevidad animal. Nuestro objetivo más grande de inducir el bloqueo AV crónico (>12 h de duración) se logró en 4 de 5 animales sobrevivientes utilizando la guía del inyector de onda H.

en las dos primeras semanas postoperatorias, los animales toleraron bien su bloqueo AV con ingesta nutricional suficiente y buena actividad, aunque con un aumento de peso insignificante., En las semanas siguientes, 2/7 conejos desarrollaron taquipnea progresiva y signos de angustia. Estos animales fueron posteriormente sacrificados. En la autopsia, se encontró que ambos tenían derrames pleurales bilaterales masivos. La inspección general del corazón, pecho y abdomen de estos animales no reveló ninguna otra anomalía.

la Figura 1. A, inyector modificado con punta doblada de 90°, profundidad de inyección de 5 mm y cable de cobre para la captura de señal., B, Sample electrocardiogram output, demonstrating the appearance of an H wave (white arrow), which indicates tip contact with the atrioventricular node.

Table 1. Experimental data for atrioventricular node ablation trials in adult rabbits.,

discusión

estos derrames fueron la principal patología en los conejos con mayor supervivencia, y creemos que fueron secundarios a la estimulación del animal a una velocidad insuficiente (180 lpm), disminuyendo así el gasto cardíaco. Habíamos observado un informe anterior (10) de conejos con CHB inducida que se ajustaban a ritmos tan bajos como 140 lpm, con efectos adversos mínimos a corto plazo. Sin embargo, también se observó una disminución en el gasto cardíaco en ese estudio, y los conejos caminaron a 140 lpm solo sobrevivieron durante 8 días., También se ha establecido previamente un modelo de insuficiencia cardiaca tras la creación de HB con estimulación insuficiente en perros (11). Una disminución en el gasto cardíaco podría ser apoyada por el hallazgo de nuestros animales» pérdida de peso, aunque esto también puede haber sido debido al estrés de la cirugía. Aunque existe la posibilidad de que los derrames sean puramente reactivos, es significativo que no hayamos encontrado grandes derrames en los animales que fueron sacrificados anteriormente.,

observamos frecuencias cardiacas fisiológicas de 200-300 lpm antes de la cirugía, y los resultados anteriores sugieren que 180 lpm permite una supervivencia intermedia, pero en última instancia puede ser insuficiente para el modelo. Desde entonces hemos reprogramado los marcapasos para permitir el ritmo a estas tasas más altas. Nuestros primeros experimentos preliminares comprensiblemente involucraron algunas muertes quirúrgicas debido a los factores anteriores., Estas muertes operatorias y postoperatorias generalmente se pueden evitar con experiencia y comprensión de las necesidades específicas de los animales, y hemos visto mejoras continuas en la supervivencia de los animales después de emplear los procedimientos revisados.

como se describió anteriormente, nuestros futuros experimentos se centrarán en reemplazos de nódulos AV con ingeniería tisular. En este escenario de cirugía de supervivencia, el bloqueo cardíaco se inducirá con nuestro método químico, y el animal se mantendrá en un marcapasos mecánico, imitando la condición clínica. En el momento de la inducción de CHB, también se tomará una muestra de tejido, p. ej.,, de los tejidos cardíacos, esqueléticos o de la médula ósea, para proporcionar una fuente celular para la construcción de ingeniería tisular. Este andamio se puede cultivar in vitro hasta que la densidad celular, La alineación y el estado de diferenciación sean suficientes para la reimplantación. En este modelo, el marcapasos original se puede encender o apagar para probar si el implante diseñado puede conducir su señal de forma independiente. Nuestra técnica del inyector encontrará otra vez utilidad, antes del sacrificio animal, identificando y ablando selectivamente el constructo implantado., Si el tejido implantado tiene éxito en la creación de una conexión eléctrica entre la aurícula y el ventrículo, la frecuencia cardíaca debe disminuir una vez más después de este injerto se ablata.

En resumen, hemos descrito un método mejorado para facilitar la ablación del nodo AV en el modelo de conejo, a través de la confirmación externa de la ubicación del nodo AV. Nuestro dispositivo de inyección, con una punta de inyección en ángulo, distancia de inyección fija y lectura de onda H, proporciona orientación física y eléctrica para llegar al sitio de interés., Estas características reducen el daño innecesario al tejido cardíaco circundante y disminuyen la cantidad de formalina necesaria para crear CHB. Mientras que el bloqueo AV agudo se podía inducir rápidamente con inyecciones de NBF en todos los animales, nuestro objetivo final del bloqueo AV crónico se logró con mayor éxito mediante el uso de este dispositivo de inyección mejorado. Este modelo in vivo proporciona un recurso necesario para el investigador, para probar nuevas terapias en la restauración de la conducción AV.

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11. Starzl TE, Gaertner RA. Bloqueo cardíaco crónico en perros; un método para producir insuficiencia cardíaca experimental. Circulation 1955; 12: 259-270.

Agradecimientos

agradecemos al Dr. J., Hernández y el personal de RSF del Children’s Memorial Research Center para la anestesia de conejos, el manejo de las vías respiratorias y el excelente cuidado de los animales. Todos los equipos de marcapasos fueron generosamente donados por Medtronic (Minneapolis, MN, EE.UU.). D. A. Harrington agradece el apoyo del Dr. Ralph y Marian C. Falk Medical Research Trust. Reconocemos el apoyo financiero del Children’s Memorial Hospital, Children’s Memorial Research Center.

correspondencia y notas de pie de Página

recibido el 4 de marzo de 2009. Aceptado El 20 De Octubre De 2009. Disponible en línea el 15 de enero de 2010.,e Brazilian Journal of Medical and Biological Research is partially financed by