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., L’amélioration de la conception du stimulateur cardiaque et des modalités de traitement alternatives nécessite un modèle in vivo efficace de bloc cardiaque complet (CHB) avant que les tests puissent être effectués chez l’homme. Un tel modèle devrait permettre une induction précise, fiable et détectable de la pathologie chirurgicale. Grâce aux efforts de notre laboratoire pour développer une thérapie d’ingénierie tissulaire pour le CHB, nous décrivons ici un modèle in vivo amélioré pour induire le bloc AV chronique. Le procédé utilise une thoracotomie droite chez le lapin adulte, à partir de laquelle l’appendice auriculaire droit peut être rétracté pour exposer un canal d’accès pour le nœud AV., Un nouveau dispositif d’injection a été conçu, qui limite physiquement la profondeur de l’aiguille et fournit des informations électriques via une interface d’électrocardiogramme. Cette combinaison de fonctionnalités fournit des conseils en temps réel au chercheur pour confirmer le contact avec le nœud AV et documente son ablation lors de l’injection de formol. Alors que tous les animaux testés pouvaient être induits par un bloc AV aigu, ceux qui étaient guidés par ECG étaient plus susceptibles de maintenir un bloc cardiaque chronique >12 h., Notre modèle permet au chercheur de reproduire à la fois le CHB et la fibrose périphérique associée qui serait présente dans une chirurgie cardiaque congénitale ouverte, et qui aurait inévitablement un impact sur la conception et l’utilité d’un remplacement de nœud AV par ingénierie tissulaire.,

mots clés: nœud auriculo-ventriculaire; bloc cardiaque; Ablation; ingénierie tissulaire; médecine régénérative; modèle in vivo

Introduction

le nœud auriculo-ventriculaire (AV) fait partie intégrante du système de conduction cardiaque, servant à la fois de station relais et de pause temporaire pour le signal de stimulation du nœud sino-auriculaire. Sa position délicate dans le plancher de l’oreillette droite fait du nœud AV une victime accidentelle des procédures de reconstruction, avec des dommages permanents dans environ 3% des opérations de chirurgie cardiaque congénitale (1)., Actuellement, le seul traitement pour le bloc cardiaque AV de classe III est l’implantation d’un stimulateur cardiaque artificiel permanent. Bien que de tels dispositifs aient révolutionné la survie et la qualité de vie des patients, leur utilisation implique un certain nombre de problèmes associés, notamment une durée de vie limitée, une sensibilisation active du patient aux champs magnétiques puissants, une réduction progressive de la conductivité du plomb due à l’usure ou à la formation de cicatrices sur l’électrode et, pour, Les traitements futurs, tels que les échafaudages biodégradables fabriqués par des tissus, pourraient résoudre ces problèmes avec succès, grâce à la biointégration dans les tissus existants (2).

Les chercheurs dans la conception de stimulateurs cardiaques et les modalités de traitement alternatives nécessitent un modèle in vivo efficace de bloc cardiaque AV avant de pouvoir effectuer des tests chez l’homme. Plusieurs méthodes d’ablation des nœuds AV ont été décrites dans la littérature (3), y compris l’ablation électrique, cryo et chimique, et/ou la Coupe du tractus Nodal AV., La première utilisation d’un agent sclérosant chimique sans atriotomie pour détruire le nœud AV a été rapportée par Erlanger et Blackman en 1909 (4). Ils ont injecté un mélange d’iode et d’alcool directement dans la zone du nœud AV, avec de mauvais résultats en ce qui concerne la réalisation du bloc cardiaque complet (CHB). La technique a été modifiée avec de meilleurs résultats en passant à 10% de formol (5) et en utilisant un dispositif de cartographie/injection bipolaire (6)., Williams et Lambert (7) ont ensuite décrit une technique consistant à créer un bloc AV sans avoir besoin d’une thoracotomie en utilisant un cathéter guidé par pression, fluoroscopie et ECG pour localiser le nœud AV. De nombreuses études utilisent cette approche à base de cathéter car elle est moins stressante pour l’animal, permet un excellent ciblage des nœuds AV et permet des tests physiologiques immédiats plutôt que d’attendre que l’animal se remette d’une thoracotomie.,

matériel et méthodes

pour nos propres expériences, nous avons délibérément choisi de réaliser une thoracotomie suivie d’une injection chimique dans le nœud AV, car nous pensons qu’elle correspond le mieux aux conditions présentes dans l’état pathologique du bloc AV après une chirurgie cardiaque. L’Induction du bloc AV via un cathéter ne créerait pas les adhérences périphériques et la cicatrice présentes après l’ouverture du péricarde lors d’une thoracotomie., Ceci est pertinent lors du test d’une thérapie implantée potentielle, car l’intégration fonctionnelle du greffon sera significativement affectée par le tissu cicatriciel environnant. L’utilisation d’une thoracotomie évite également une grande partie du coût et de la configuration de l’approche par cathéter.

Nous avons choisi de mener nos expériences chez le lapin adulte, car il offre un meilleur accès chirurgical que le rat, mais avec un coût réduit par rapport au chien, au mouton ou au cochon., Notamment, la méthode d’ablation par cathéter serait également difficile chez cette espèce, car une grande partie de l’équipement conventionnel disponible ne convient qu’aux humains et aux gros animaux.

bien que ces points traitent des aspects chirurgicaux pratiques du modèle, le succès de la méthode repose principalement sur la capacité du chercheur à obtenir un accès direct et précis au nœud AV, à délivrer de manière fiable de petits volumes de l’agent de nécrose et à confirmer définitivement l’ablation du tissu du nœud AV., À cette fin, nous avons utilisé une aiguille de calibre 27, pliée à 90°, à 5 mm de la pointe, pour injection (Figure 1A). Cette technique maintient une profondeur constante (comme précédemment appliquée chez d’autres espèces (8,9) mais qui reste à décrire chez le lapin adulte) pour assurer la livraison à un endroit défini. Nos premières expériences de faisabilité ont utilisé des aiguilles avec des longueurs d’insertion plus courtes (3 mm) ou des angles de distribution alternatifs (0°, 45°); cependant, nous avons constaté que les paramètres ci-dessus de 5 mm et 90° étaient optimaux pour accéder à la rainure auriculaire et éviter une surestimation de l’emplacement du nœud AV.,

bien que l’adaptation de l’aiguille ait fourni un guide physique pour localiser le site d’injection approprié, nous avons également cherché une confirmation physiologique. A cet effet, une extrémité d »un fil de cuivre a été fixée à la base de l » aiguille, et l  » autre extrémité a été connectée à un ECG. Lors de l’insertion de l’aiguille dans la rainure auriculaire et du contact avec le nœud AV, une onde H s’est formée sur L’ECG. Ce guide a été utilisé dans chaque procédure d’ablation avant l’injection., Sans cette confirmation électrique, des injections multiples étaient souvent nécessaires pour l’induction initiale du CHB; la confirmation de l’onde H réduisait considérablement ce besoin.

un dernier paramètre pertinent était le choix d’un agent de nécrose. Des rapports antérieurs chez le lapin et d’autres espèces avaient indiqué une induction réussie du CHB par l’utilisation de 70 ou 100% d’alcool isopropylique. Contrairement à ces rapports, nous avons obtenu de mauvais résultats en utilisant ces agents dans nos premières études de faisabilité, et par la suite, nous avons choisi le formol tamponné neutre à 10% (NBF) comme injectat., La FNB est facilement disponible dans de nombreux laboratoires et est connue pour induire une mort cellulaire rapide et complète. La FNB a été utilisée dans tous les essais rapportés dans la présente Communication.

avec ces paramètres en place, Nous avons mené une série complète d’expériences pour confirmer la méthode chez des lapins adultes de Nouvelle-Zélande. Après l’approbation interne du Comité institutionnel de soins et D’utilisation des animaux (Children’s Memorial Research Center), les 8 lapins femelles (poids moyen 3.7 ± 0.27 kg) ont été anesthésiés avec 0.,5 mg/kg d’acépromazine (Promace®, Fort Dodge Animal Health, USA), 40 mg/kg de kétamine (Vetalar®, Fort Dodge Animal Health) et 7 mg/kg de xylazine (Rompun®, Bayer Healthcare, LLC, USA) avant d’être intubé et placé sur un ventilateur avec 2% d’isoflurane (Abbott Laboratories, USA), 1 L/min. Chaque animal a été placé en décubitus dorsal et incliné vers la gauche de 30° avec la jambe avant droite étendue vers le haut. La zone d’intérêt a été rasée et soigneusement tamponnée avec de la bétadine. La poitrine a été accessible par une thoracotomie droite d’environ 4 cm de longueur au cinquième espace intercostal., Une poche sous-cutanée s’étendant vers l’arrière d’environ 2 x 2 cm a été réalisée pour abriter un générateur de stimulateur cardiaque Medtronic VVI (MicroMinex 8360®, Medtronic, USA). Le poumon a été rétracté avec une gaze humide 4 x 4. En évitant le nerf phrénique, le péricarde a été entré et rétracté avec 6-0 sutures de Prolène à la paroi thoracique créant un puits. Un plomb épicardique a ensuite été fixé à la surface du ventricule droit avec deux sutures de Prolène 6-0. L’autre extrémité du plomb du stimulateur cardiaque a été tirée à travers un trou de 1 mm dans le sixième espace intercostal et enfilée dans la poche sous-cutanée.,

l’appendice auriculaire droit a été rétracté pour exposer la zone du nœud AV pour injection. L « emplacement du nœud AV a été approximé en insérant la pointe de l » aiguille modifiée dans la rainure entre l « aorte et l » oreillette droite et en dirigeant la pointe vers la cuspide septale de la valve tricuspide. L’emplacement a été confirmé par l’identification d’une onde H, à l’aide du fil aiguille-ECG décrit ci-dessus. Des Injections de 10% de FNB ont été faites dans des volumes de 0,1 cc jusqu’à ce que le bloc AV soit noté visuellement par une contraction auriculaire continue sans contraction ventriculaire coordonnée ultérieure., Une fois préparé avec succès, l’animal a été immédiatement stimulé à 180 bpm, d’abord par le programmateur CareLink® 2090 (Medtronic), puis par le stimulateur cardiaque implanté, avec des seuils fixés à deux fois le taux de capture. Les animaux ont été surveillés pour la fonction du nœud AV postopératoire en réduisant le taux du stimulateur cardiaque en dessous du taux défini de 180 bpm. Les animaux dont la fréquence cardiaque est tombée en dessous de 180 bpm ont été déterminés comme étant en bloc AV.

Après avoir observé CHB et initié la stimulation externe, nous avons attendu 30 min pour nous assurer que l’ablation permanente des nœuds AV était obtenue., La récupération accidentelle du nœud AV due à une ablation incomplète a été décrite (3), et ce même problème a été noté dans nos expériences préliminaires. Nous avons observé empiriquement que L’ablation AV serait conservée à court terme si la fonction ne revenait pas dans les 30 minutes, et nous avons utilisé cette valeur pour nous guider dans l’ensemble des expériences. Lors de la rétention réussie de CHB, la poitrine a été fermée en couches de vicryl 4-0 et la peau a été fermée avec une suture en nylon 5-0 en cours d’exécution., Une seringue de 60 mL, fixée à un tube thoracique, a été utilisée pour évacuer la cavité thoracique environnante à mesure que chaque animal se remettait de l’anesthésie. L’enrofloxacine (5 mg/kg; Baytril®, Bayer Healthcare) a été administrée pour prévenir l’infection et 0,05 mg/kg de chlorhydrate de buprénorphine (Buprenex®, Webster Veterinary, USA) a été administrée au besoin pour la douleur dans les 24 premières heures. tout signe de détresse incontrôlée chez l’animal pendant la surveillance quotidienne a conduit à,

résultats

Nous avons défini le bloc cardiaque aigu comme CHB maintenu pendant 30 min après l’injection, tandis que le bloc cardiaque chronique était défini comme CHB maintenu pendant 12 h. Pour une utilisation à long terme comme modèle, la maladie chronique était clairement notre objectif pour les études, car nous avons noté que si les animaux n’avaient pas récupéré leur fonction AV après environ 12 h, la récupération ne se produisait pas. , Comme indiqué dans le tableau 1, le bloc cardiaque aigu a réussi chez 8/8 lapins, comme confirmé par ECG, et par la vérification visuelle de la contraction auriculaire continue sans contraction ventriculaire coordonnée subséquente. Le début du blocage cardiaque a été immédiat après l’injection d’une aliquote de 0,1-0,2 mL de formol à 10% dans le plan correct. Cependant, la récupération du nœud AV dans les 12 h s’est produite chez rabbit 1, ce qui nous a amenés à développer le dispositif de guidage des ondes H, qui a été utilisé pour les animaux restants (3-8)., Chez ces animaux, nous avons constaté des améliorations immédiates dans la localisation du site d’injection souhaité et l’administration de l’injectat d’une manière qui créerait du CHB à long terme comme souhaité.

Il y a eu deux décès opératoires. Le premier (animal 2) s’est produit après que l’animal a été extubé avant de se remettre complètement de l’anesthésique, car la stimulation diaphragmatique a été mal interprétée comme une respiration. Le deuxième décès opératoire (animal 4) avait une étiologie inconnue, mais était probablement secondaire à un pneumothorax de tension non diagnostiqué. Il n’y avait pas d’infections liées à l’appareil.,

Les lapins, qui ont survécu à l’intervention, ont été sacrifiés à une heure prédéterminée entre 1 et 2 semaines postopératoires pour examen. L’Animal 5 a été maintenu pendant 37 jours avant le sacrifice, afin de juger de la limite supérieure de la longévité de l’animal. Notre objectif plus large d’induire un bloc AV chronique (>durée de 12 h) a été atteint chez 4 des 5 animaux survivants en utilisant le guidage de l’injecteur H-wave.

au cours des deux premières semaines postopératoires, les animaux ont bien toléré leur bloc AV avec un apport nutritionnel suffisant et une bonne activité, bien qu’avec un gain de poids négligeable., Au cours des semaines suivantes, 2/7 lapins ont développé une tachypnée progressive et des signes de détresse. Ces animaux ont ensuite été euthanasiés. À l’autopsie, les deux ont été trouvés pour avoir des épanchements pleuraux bilatéraux massifs. L’inspection grossière du cœur, de la poitrine et de l’abdomen de ces animaux n’a révélé aucune autre anomalie.

la Figure 1. A, injecteur modifié avec pointe coudée à 90°, profondeur d’injection de 5 mm et fil de cuivre pour la capture du signal., 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.,

Discussion

ces épanchements étaient la principale pathologie chez les lapins ayant la survie la plus longue, et nous pensons qu’ils étaient secondaires à la stimulation de l’animal à un taux insuffisant (180 bpm), abaissant ainsi le débit cardiaque. Nous avions noté un rapport précédent (10) de lapins avec CHB induit qui étaient rythmés à des taux aussi bas que 140 bpm, avec des effets néfastes minimes à court terme. Cependant, une diminution du débit cardiaque a également été notée dans cette étude, et les lapins au rythme de 140 bpm n’ont survécu que pendant 8 jours., Un modèle d’insuffisance cardiaque après la création de CHB avec une stimulation insuffisante a également été précédemment établi chez le chien (11). Une diminution du débit cardiaque pourrait être soutenue par la découverte de la perte de poids de nos animaux, bien que cela puisse également être dû au stress de la chirurgie. Bien qu’il soit possible que les épanchements soient purement réactifs, il est significatif que nous n’ayons pas rencontré de grands épanchements chez les animaux sacrifiés plus tôt.,

nous avons noté des fréquences cardiaques physiologiques de 200 à 300 bpm avant la chirurgie, et les résultats ci-dessus suggèrent que 180 bpm permettent une survie intermédiaire, mais peuvent finalement être insuffisantes pour le modèle. Nous avons depuis reprogrammé les stimulateurs cardiaques pour permettre la stimulation à ces taux plus élevés. Nos premières expériences préliminaires impliquaient naturellement des décès chirurgicaux dus aux facteurs ci-dessus., Ces décès opératoires et postopératoires peuvent généralement être évités grâce à l’expérience et à la compréhension des besoins spécifiques des animaux, et nous avons constaté des améliorations continues de la survie des animaux après l’utilisation des procédures révisées.

comme décrit ci-dessus, nos futures expériences seront centrées sur les remplacements de nœuds AV par ingénierie tissulaire. Dans ce scénario de chirurgie de survie, le bloc cardiaque sera induit avec notre méthode chimique, et l’animal sera maintenu sur un stimulateur cardiaque mécanique, imitant l’état clinique. Au moment de l’induction du CHB, un échantillon de tissu sera également prélevé, par exemple,, à partir de tissus cardiaques, squelettiques ou de moelle osseuse, pour fournir une source cellulaire pour la construction tissulaire. Cet échafaudage peut être cultivé in vitro jusqu’à ce que la densité cellulaire, l’alignement et l’état de différenciation soient suffisants pour la réimplantation. Dans ce modèle, le stimulateur cardiaque d’origine peut être allumé ou éteint pour tester si l’implant conçu peut conduire indépendamment son signal. Notre technique d’injection trouvera à nouveau une utilité, avant le sacrifice animal, en identifiant et en ablant sélectivement la construction implantée., Si le tissu implanté réussit à créer une connexion électrique entre l’oreillette et le ventricule, la fréquence cardiaque devrait encore diminuer après cette greffe est l’ablation.

En résumé, nous avons décrit une méthode améliorée pour faciliter l’ablation du nœud AV dans le modèle rabbit, grâce à une confirmation externe de l’emplacement du nœud AV. Notre dispositif d’injection, avec une pointe d’injection inclinée, une distance d’injection fixe et une lecture D’onde H, fournit des conseils physiques et électriques pour atteindre le site d’intérêt., Ces caractéristiques réduisent les dommages inutiles au tissu cardiaque environnant et diminuent la quantité de formol nécessaire pour créer du CHB. Bien que le bloc AV aigu puisse être rapidement induit par des injections de FNB chez tous les animaux, notre objectif ultime de bloc AV chronique a été atteint avec le plus de succès grâce à l’utilisation de ce dispositif d’injection amélioré. Ce modèle in vivo fournit une ressource nécessaire pour l’investigateur, pour tester de nouvelles thérapies dans la restauration de la conduction AV.

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Remerciements

Nous remercions M. J., Hernandez et le personnel de RSF au Children’s Memorial Research Center pour l’anesthésie du lapin, la gestion des voies respiratoires et l’excellent soin des animaux. Tous les équipements de pacemaking ont été généreusement donnés par Medtronic (Minneapolis, MN, USA). Le D. A. Harrington remercie chaleureusement le Dr Ralph and Marian C. Falk Medical Research Trust pour son soutien. Nous reconnaissons le soutien financier du Children’s Memorial Hospital, du Children’s Memorial Research Center.

correspondance et notes de bas de page

reçu le 4 mars 2009. Accepté Le 20 Octobre 2009. Disponible en ligne Le 15 janvier 2010.,e Brazilian Journal of Medical and Biological Research is partially financed by