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., Îmbunătățirile în proiectarea stimulatorului cardiac și în modalitățile alternative de tratament necesită un model eficient in vivo de bloc cardiac complet (CHB) înainte ca testarea să poată fi efectuată la om. Un astfel de model ar trebui să permită inducerea exactă, fiabilă și detectabilă a patologiei chirurgicale. Prin eforturile laboratorului nostru în dezvoltarea unei terapii de inginerie tisulară pentru CHB, descriem aici un model îmbunătățit in vivo pentru inducerea blocului AV cronic. Metoda utilizează o toracotomie dreaptă la iepurele adult, din care apendicele atrial drept poate fi retras pentru a expune un canal de acces pentru nodul AV., A fost proiectat un nou dispozitiv de injecție, care limitează fizic adâncimea acului și furnizează informații electrice prin interfața electrocardiogramei. Această combinație de caracteristici oferă îndrumări în timp real cercetătorului pentru confirmarea contactului cu nodul AV și documentează ablația acestuia la injectarea formalinei. În timp ce toate animalele testate ar putea fi induse la blocul AV acut, cele cu îndrumare ECG au avut mai multe șanse să mențină blocul cardiac cronic >12 ore., Modelul nostru permite cercetătorului să reproducă atât CHB, cât și fibroza periferică asociată care ar fi prezentă într-o intervenție chirurgicală cardiacă congenitală deschisă și care ar avea un impact inevitabil asupra proiectării și utilității unei înlocuiri a nodului AV proiectat de țesut.,

cuvinte Cheie: nod Atrioventricular; bloc Cardiac; Ablatie; inginerie Tisulară; medicina Regenerativă; In vivo model

Introducere

atrioventricular (AV) nod este o componentă integrantă a conducerii cardiace sistem, care acționează atât ca o stație de releu și o pauză temporară pentru ritmul semnalului de la nodul sinoatrial. Poziția sa delicată în podeaua atriului drept face ca nodul AV să fie un accident inadvertent al procedurilor reconstructive, cu leziuni permanente în aproximativ 3% din operațiile de chirurgie cardiacă congenitală (1)., În prezent, singurul tratament pentru blocul cardiac av de clasa III este implantarea unui stimulator cardiac artificial permanent. În timp ce astfel de dispozitive au revoluționat supraviețuire a pacientului și a calității vieții, utilizarea lor implică o serie de probleme asociate, inclusiv dispozitiv limitată de viață, activă a pacientului conștientizare în câmpuri magnetice puternice, de reducere treptată a duce conductivitate din cauza uzurii sau formarea de cicatrice pe electrod, și, pentru populația pediatrică, incapacitatea unui dispozitiv artificial să crească cu copilul., Tratamentele viitoare, cum ar fi structurile biodegradabile prin inginerie tisulară, ar putea aborda cu succes aceste probleme, prin biointegrare în țesutul existent (2).

cercetătorii în proiectarea stimulatorului cardiac și modalitățile alternative de tratament necesită un model eficient in vivo al blocului cardiac AV înainte ca testarea să poată fi efectuată la om. În literatura de specialitate (3) au fost descrise mai multe metode de ablație a nodului AV, inclusiv ablația electrică, crio și chimică și/sau tăierea tractului nodal AV., Prima utilizare a unui agent sclerozant chimic fără o atriotomie pentru a distruge nodul AV a fost raportată de Erlanger și Blackman în 1909 (4). Ei au injectat un amestec de iod și alcool direct în zona nodului AV, cu rezultate slabe în ceea ce privește realizarea blocului cardiac complet (CHB). Tehnica a fost modificată cu rezultate îmbunătățite prin trecerea la 10% formalină (5) și prin utilizarea unui dispozitiv bipolar de cartografiere/injectare (6)., Williams și Lambert (7) au descris ulterior o tehnică de creare a blocului AV fără a fi nevoie de o toracotomie prin utilizarea unui cateter ghidat de presiune, fluoroscopie și ECG pentru a localiza nodul AV. Multe studii folosesc această abordare bazată pe cateter, deoarece este mai puțin stresantă pentru animal, realizează o direcționare excelentă a nodului AV și permite testarea fiziologică imediată, mai degrabă decât să aștepte recuperarea animalului după o toracotomie.,

Material și Metode

Pentru experimentele noastre, am ales în mod deliberat pentru a efectua o toracotomie, urmată de o injecție chimică în nodul AV, deoarece suntem de părere că se potrivește cel mai bine condițiilor prezente în patologice stat de bloc AV după o intervenție chirurgicală cardiacă. Inducerea blocului AV printr-un cateter nu ar crea aderențele Periferice și cicatricea prezentă după ce pericardul a fost deschis într-o toracotomie., Acest lucru este relevant atunci când se testează o terapie potențială implantată, deoarece integrarea funcțională a grefei va fi afectată în mod semnificativ de țesutul cicatrician din jur. Utilizarea unei toracotomii evită, de asemenea, o mare parte din costul și configurarea abordării cateterului.am ales să efectuăm experimentele noastre la iepurele adult, deoarece oferă un acces chirurgical mai mare decât șobolanul, dar cu costuri reduse în comparație cu câinele, oaia sau porcul., În special, metoda de ablație a cateterului ar fi, de asemenea, dificilă la această specie, deoarece o mare parte din echipamentul convențional disponibil este adecvat numai pentru uz uman și animal mare.în timp ce aceste puncte abordează aspectele chirurgicale practice ale modelului, succesul metodei se bazează în primul rând pe capacitatea cercetătorului de a obține acces direct și precis la nodul AV, de a furniza în mod fiabil volume mici de agent de necroză și de a confirma definitiv ablația țesutului nodului AV., În acest scop, am folosit un ac de calibru 27, îndoit la 90°, la 5 mm de vârf, pentru injectare (figura 1a). Această tehnică menține o adâncime constantă (așa cum a fost aplicată anterior la alte specii (8,9), dar care urmează să fie descrisă la iepurele adult) pentru asigurarea livrării într-o locație definită. Experimentele noastre inițiale de fezabilitate au folosit ace cu lungimi de inserție mai scurte (3 mm) sau unghiuri alternative de livrare (0°, 45°); cu toate acestea, am constatat că parametrii de mai sus de 5 mm și 90° au fost optimi pentru accesarea canelurii atriale și prevenirea supraestimării locației nodului AV.,în timp ce adaptarea acului a oferit un ghid fizic pentru localizarea locului adecvat de injectare, am căutat, de asemenea, o confirmare fiziologică. În acest scop, un capăt al unui plumb de cupru a fost fixat la baza acului, iar celălalt capăt a fost conectat la un ECG. La introducerea acului în canelura atrială și contactul cu nodul AV, se formează o undă H pe ECG. Acest ghid a fost utilizat în fiecare procedură de ablație înainte de injectare., Fără această confirmare electrică, mai multe injecții au fost adesea necesare pentru inducerea inițială a CHB; confirmarea undei H a redus substanțial această nevoie.un parametru relevant final a fost alegerea unui agent de necroză. Rapoartele anterioare efectuate la iepuri și la alte specii au indicat inducerea cu succes a HCB prin utilizarea a 70 sau 100% alcool izopropilic. Spre deosebire de aceste rapoarte, am obținut rezultate slabe folosind acești agenți în studiile noastre de fezabilitate timpurii și, ulterior, am ales 10% formalină tamponată neutră (NBF) ca injector., NBF este disponibil în multe laboratoare și este cunoscut pentru a induce moartea celulară rapidă și completă. NBF a fost angajat în toate studiile raportate în această comunicare.cu acești parametri în loc, am efectuat un set complet de experimente pentru a confirma metoda la iepurii adulți din Noua Zeelandă. După aprobarea Comitetului instituțional intern de îngrijire și utilizare a animalelor (Centrul de cercetare Memorial pentru copii), cele 8 iepuri de sex feminin (greutate medie 3.7 ± 0.27 kg) au fost anesteziați cu 0.,5 mg/kg acepromazina (Promace®, Fort Dodge Animal Health, SUA), 40 mg/kg ketamină (Vetalar®, Fort Dodge Animal Health) și 7 mg/kg xilazină (Rompun®, Bayer Healthcare, LLC, SUA) înainte de a fi intubat și plasate pe un ventilator cu 2% isofluran (Abbott Laboratories, statele UNITE ale americii), 1 L/min. Fiecare animal a fost așezat în sus și înclinat spre stânga la 30°, cu piciorul drept din față extins în sus. Zona de interes a fost rasă și tamponată cu betadină. Pieptul a fost accesat printr-o toracotomie dreaptă de aproximativ 4 cm lungime la cel de-al cincilea spațiu intercostal., Un buzunar subcutanat care se extinde posterior ~2 x 2 cm a fost realizat pentru a găzdui un generator de stimulatoare cardiace Medtronic VVI (MicroMinex 8360®, Medtronic, SUA). Plămânul a fost retras cu un tifon umed 4 x 4. Evitând nervul frenic, pericardul a fost introdus și retras cu 6-0 suturi Prolene pe peretele toracic creând un puț. Un plumb epicardic a fost apoi fixat pe suprafața ventriculului drept cu două suturi Prolene 6-0. Celălalt capăt al plumbului stimulatorului cardiac a fost tras printr-o gaură de 1 mm în al șaselea spațiu intercostal și filetat în buzunarul subcutanat.,apendicele atrial Drept a fost retras pentru a expune zona nodului AV pentru injectare. Locația nodului AV a fost aproximată prin introducerea vârfului acului modificat în canelura dintre aorta și atriul drept și direcționarea vârfului spre cuspul septal al valvei tricuspide. Locația a fost confirmată prin identificarea unui val H, folosind plumbul ECG descris mai sus. Injecțiile de 10% NBF au fost făcute în volume de 0,1 cc până când blocul AV a fost observat vizual prin contracție atrială continuă, fără contracție ventriculară coordonată ulterioară., Odată pregătit cu succes, animalul a fost imediat ritmat la 180 bpm, mai întâi de către programatorul CareLink® din 2090 (Medtronic), apoi de stimulatorul cardiac implantat, cu praguri stabilite la o rată de captare de două ori mai mare. Animalele au fost monitorizate pentru funcția nodului AV postoperator prin reducerea ratei stimulatorului cardiac sub rata stabilită de 180 bpm. Animalele ale căror ritmuri cardiace au scăzut sub 180 bpm au fost determinate să fie în bloc AV.

după observarea CHB și inițierea stimulării externe, am așteptat 30 min pentru a ne asigura că s-a obținut ablația permanentă a nodului AV., Recuperarea accidentală a nodului AV din cauza ablației incomplete a fost descrisă (3) și aceeași problemă a fost observată în experimentele noastre preliminare. Am observat empiric că ablația AV ar fi păstrată pe termen scurt dacă funcția nu s-ar întoarce în 30 min și am folosit această valoare pentru a ne ghida în setul complet de experimente. După reținerea cu succes a CHB, pieptul a fost închis în straturi de 4-0 vicryl, iar pielea a fost închisă cu o sutură de nylon 5-0., O seringă de 60 mL, atașată la un tub toracic, a fost utilizată pentru a evacua cavitatea toracică înconjurătoare, pe măsură ce fiecare animal sa recuperat din anestezie. Enrofloxacina (5 mg/kg; Baytril®, Bayer Healthcare) a fost dat pentru a preveni infecția și 0,05 mg/kg formă de clorhidrat de buprenorfină (Buprenex®, Webster Veterinar, statele UNITE ale americii) a fost dat în caz de durere în primele 24 h. Orice semne de necontrolat primejdie în animal în timpul monitorizarea zilnică a condus la eutanasia uman de cel animal.,

Rezultate

Am definit cardiacă acută bloc ca CHB-a menținut timp de 30 min după injectare, în timp ce cardiacă cronică bloc a fost definit ca CHB-a menținut timp de 12 sec. Pentru utilizarea pe termen lung ca un model, starea cronică a fost în mod clar obiectivul nostru de studii, după cum am remarcat faptul că în cazul în care animalele nu au avut de recuperare a lor AV funcție după aproximativ 12 ore, de recuperare nu a avut loc., Așa cum este prezentat în tabelul 1, blocul cardiac acut a avut succes la 8/8 iepuri, după cum a fost confirmat de ECG și prin verificarea vizuală a contracției atriale continue, fără o contracție ventriculară coordonată ulterioară. Debutul blocului cardiac a fost imediat după injectarea unei alicote de 0, 1-0, 2 mL formalină 10% în planul corect. Cu toate acestea, recuperarea nodului AV în decurs de 12 ore a avut loc la rabbit 1, ceea ce ne-a determinat să dezvoltăm dispozitivul de ghidare a undei H, care a fost folosit pentru animalele rămase (3-8)., La aceste animale, am găsit îmbunătățiri imediate în localizarea locului de injectare dorit și în administrarea injectatului într-un mod care ar crea CHB pe termen lung, după dorință.au existat două decese operative. Primul (animal 2) a apărut după ce animalul a fost extubat înainte de recuperarea completă de la anestezic, deoarece ritmul diafragmatic a fost interpretat greșit ca respirații. A doua moarte operativă (animalul 4) a avut etiologie necunoscută, dar a fost probabil secundară unui pneumotorax de tensiune nediagnosticat. Nu au existat infecții legate de dispozitiv.,iepurii, care au supraviețuit procedurii, au fost sacrificați la o perioadă prestabilită între 1 și 2 săptămâni postoperatorii pentru examinare. Animalul 5 a fost menținut timp de 37 de zile înainte de sacrificiu, ca mijloc de a judeca limita superioară a longevității animalelor. Obiectivul nostru mai mare de inducere a blocului AV cronic (> 12 h duration) a fost atins la 4 din 5 animale supraviețuitoare folosind ghidarea injectorului cu unde H.în primele două săptămâni postoperatorii, animalele și-au tolerat bine blocul AV cu un aport nutrițional suficient și o activitate bună, deși cu o creștere neglijabilă în greutate., În săptămânile următoare, 2/7 iepuri au dezvoltat tahipnee progresivă și semne de primejdie. Aceste animale au fost ulterior eutanasiate. La autopsie, s-a constatat că ambele au efuzii pleurale bilaterale masive. Inspecția brută a inimii, pieptului și abdomenului acestor animale nu a evidențiat nicio altă anomalie.

Figura 1. Un injector modificat cu vârf îndoit la 90°, adâncime de injecție de 5 mm și plumb de cupru pentru captarea semnalului., 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.,

Discuții

Aceste efuziuni fost șef patologie în iepuri cu cea mai lungă supraviețuire, și credem că acestea au fost secundare de stimulare animalul la o insuficientă rata (180 bpm), prin reducerea debitului cardiac. Am observat un raport anterior (10) de iepuri cu CHB induse care au fost ritmate la rate de până la 140 bpm, cu efecte minime pe termen scurt. Cu toate acestea, o scădere a debitului cardiac a fost de asemenea observată în acel studiu, iar iepurii ritmați la 140 bpm au supraviețuit doar 8 zile., Un model de insuficiență cardiacă după crearea CHB cu stimulare insuficientă a fost, de asemenea, stabilit anterior la câini (11). O scădere a debitului cardiac ar putea fi susținută de constatarea animalelor noastre” pierderea în greutate, deși acest lucru s-ar fi putut datora și stresului din operație. Deși există posibilitatea ca efuziunile să fie pur reactive, este semnificativ faptul că nu am întâlnit efuziuni mari la animalele care au fost sacrificate mai devreme.,am observat rate cardiace fiziologice de 200-300 bpm înainte de intervenția chirurgicală, iar rezultatele de mai sus sugerează că 180 bpm permite supraviețuirea intermediară, dar în cele din urmă poate fi insuficientă pentru model. De atunci am reprogramat stimulatoarele cardiace pentru a permite stimularea la aceste rate mai mari. Experimentele noastre preliminare timpurii au implicat în mod evident unele decese chirurgicale din cauza factorilor de mai sus., Aceste decese operative și postoperatorii pot fi, în general, evitate cu experiență și înțelegere a nevoilor specifice ale animalelor și am văzut îmbunătățiri continue în supraviețuirea animalelor după utilizarea procedurilor revizuite.după cum s-a descris mai sus, experimentele noastre viitoare se vor concentra pe înlocuirea nodurilor AV prin inginerie tisulară. În acest scenariu de chirurgie de supraviețuire, blocul cardiac va fi indus cu metoda noastră chimică, iar animalul va fi menținut pe un stimulator cardiac mecanic, imitând starea clinică. În momentul inducerii CHB, se va lua și o probă de țesut, de exemplu,, din țesuturile cardiace, scheletice sau ale măduvei osoase, pentru a furniza o sursă de celule pentru construcția proiectată în țesut. Această schelă poate fi cultivată in vitro până când densitatea celulară, alinierea și starea de diferențiere sunt suficiente pentru reimplantare. În acest model, stimulatorul cardiac original poate fi pornit sau oprit pentru a testa dacă implantul proiectat își poate conduce independent semnalul. Tehnica noastră de injectare va găsi din nou utilitate, înainte de sacrificarea animalelor, prin identificarea și ablarea selectivă a construcției implantate., Dacă țesutul implantat are succes în crearea unei conexiuni electrice între atrium și ventricul, ritmul cardiac ar trebui să scadă din nou după ce această grefă este ablată.pe scurt ,am descris o metodă îmbunătățită pentru a facilita ablația nodului AV în modelul rabbit, prin confirmarea externă a locației nodului AV. Dispozitivul nostru de injecție, cu vârf de injecție înclinat, distanță fixă de injecție și citire a undelor H, oferă îndrumări fizice și electrice pentru a ajunge la locul de interes., Aceste caracteristici reduc deteriorarea inutilă a țesutului cardiac înconjurător și reduc cantitatea de formalină necesară pentru a crea CHB. În timp ce blocul AV acut ar putea fi indus rapid cu injecții NBF la toate animalele, obiectivul nostru final de bloc AV cronic a fost atins cu succes prin utilizarea acestui dispozitiv de injecție îmbunătățit. Acest model in vivo oferă o resursă necesară pentru investigator, pentru a testa noi terapii în restaurarea conducerii AV.

1. Suntem o echipa de profesionisti., Durata blocului atrioventricular complet după intervenția chirurgicală congenitală a bolii cardiace. Am J Cardiol 1998; 82: 525-527.

3. Boucher M, Duchene-Marullaz P. metode pentru producerea blocului atrioventricular complet experimental la câini. J Pharmacol Metode 1985; 13: 95-107.

4. Erlanger J, Blackman JR. studii suplimentare în fiziologia blocului cardiac la mamifere. Bloc cardiac auriculo-ventricular cronic la câine. Inimă 1909; 1: 177.

5. Guzman SV, Deleon AC Jr, West JW, Bellet S., Efectele cardiace ale izoproterenolului, norepinefrinei și epinefrinei în blocul cardiac complet A-V în timpul acidozei experimentale și hiperkaliemiei. Circ Res 1959; 7: 666-672.

6. Karpawich PP, Bharati S, Roskamp JO, Lev M. ablația Transepicardică selectivă în miocardul canin imatur. O metodă mai precisă. J Thorac Cardiovasc Surg 1989; 97: 893-899.

7. Williams J, Lambert E. producția de bloc cardiac la câini fără toracotomie. Fed Proc 1964; 23.

8. Steiner C, Kovalik la. O tehnică simplă pentru producerea de bloc cardiac complet cronic la câini., J Appl Physiol 1968; 25: 631-632.

9. Lee RJ, Sievers RE, Gallinghouse GJ, Ursell PC. Dezvoltarea unui model de bloc cardiac complet la șobolani. J Appl Physiol 1998; 85: 758-763.

10. Suto F, Cahill SA, Wilson GJ, Hamilton RM, Greenwald I, Gross GJ. Un nou model de iepure de bloc cardiac complet compensat variabil. J Appl Physiol 2002; 92: 1199-1204.

11. Starzl TE, Gaertner RA. Bloc cardiac cronic la câini; o metodă pentru producerea insuficienței cardiace experimentale. Circulație 1955; 12: 259-270.

Aprecieri

vă mulțumim Dr. J., Hernandez și personalul RSF de la Centrul de cercetare memorială pentru copii pentru anestezie de iepure, gestionarea căilor respiratorii și îngrijirea excelentă a animalelor. Toate echipamentele de pacemaking au fost donate generos de Medtronic (Minneapolis, MN, SUA). D. A. Harrington recunoscătoare sprijin din partea Dr. Ralph și Marian C. Falk Medical Research Trust. Recunoaștem sprijinul financiar acordat de Spitalul Memorial pentru copii, Centrul de cercetare Memorial pentru copii.

corespondență și note de subsol

primit 4 martie 2009. Acceptat 20 Octombrie 2009. Disponibil online 15 ianuarie 2010.,e Brazilian Journal of Medical and Biological Research is partially financed by