Uma das estratégias mais utilizadas para o estudo das alterações fisiopatológicas decorrentes da oclusão coronariana é o uso do modelo do infarto experimental no rato. Entre outros fatores, esse fato é decorrência da similaridade com as alterações fisiopatológicas que ocorrem após o infarto, em humanos. Devemos considerar, entretanto, que esse modelo possui características que podem dificultar tanto o uso como a interpretação de eventuais resultados. Assim, essa revisão tem como objetivo discutir as principais características do modelo do infarto experimental no rato, abordando a técnica da oclusão coronariana, as consequências e os métodos de avaliação morfológica e funcional do infarto e suas implicações clínicas.
Faculdade de Medicina de Botucatu, Botucatu, SP - Brasil
Uma das estratégias mais utilizadas para o estudo das alterações fisiopatológicas decorrentes da oclusão coronariana é o uso do modelo do infarto experimental no rato. Entre outros fatores, esse fato é decorrência da similaridade com as alterações fisiopatológicas que ocorrem após o infarto, em humanos. Devemos considerar, entretanto, que esse modelo possui características que podem dificultar tanto o uso como a interpretação de eventuais resultados. Assim, essa revisão tem como objetivo discutir as principais características do modelo do infarto experimental no rato, abordando a técnica da oclusão coronariana, as consequências e os métodos de avaliação morfológica e funcional do infarto e suas implicações clínicas.
O infarto agudo do miocárdio (IAM) é definido como foco de necrose resultante de baixa perfusão tecidual, com sinais e sintomas consequentes da morte celular cardíaca.
Estima-se que, em todo o mundo, esta síndrome possa ocorrer em proporções epidêmicas. Poucas patologias tiveram a sua evolução alterada de maneira tão radical como o IAM, com redução acentuada da mortalidade, em consequência das mudanças ocorridas no tratamento nos últimos 30 anos1,2. A mudança no tratamento foi o resultado dos avanços obtidos no estudo da patogênese do IAM e de suas complicações. Este fato ressalta a importância de melhor entendimento sobre os mecanismos fisiopatológicos das síndromes coronarianas agudas.
Um dos modelos mais utilizados para o estudo das alterações fisiopatológicas decorrentes da oclusão coronariana é o modelo do infarto experimental no rato. No entanto, o modelo apresenta diversas características peculiares que podem dificultar seu manuseio. Assim, o objetivo dessa revisão é discutir os principais aspectos metodológicos relacionados ao modelo de infarto experimental, no modelo do rato.
O modelo de IAM experimental no rato pela oclusão da coronária esquerda foi descrito inicialmente por Heimburger em 19463. Com o passar dos anos, a técnica foi modificada progressivamente por Johns e Olson4, Kaufman e cols.5 e Seyle e cols.6. No início da década de 1980, o método foi introduzido no Brasil na Faculdade de Medicina de Botucatu7, disseminando-se por outros serviços. Resumidamente, após anestesia é realizada toracotomia esquerda, entre o 4º e o 5º espaços intercostais. O coração é exteriorizado por compressão lateral do tórax e a artéria coronária esquerda ligada com fio de sutura 5-0 a, aproximadamente, 2 mm da origem, entre a borda do átrio esquerdo e o sulco da artéria pulmonar (
As cepas mais frequentemente utilizadas são Wistar e Sprague-Dawley, dependendo do serviço. Usualmente, utilizam-se animais pesando entre 200 e 250 gramas. Nessa faixa de peso, o rato é considerado adulto jovem, situa-se numa fase evolutiva caracterizada por crescimento lento e apresenta mortalidade cirúrgica menor que animais mais velhos. Recomenda-se também trabalhar com animais do mesmo sexo, pelo fato de que essa variável pode ser importante fator de regulação das adaptações cardíacas, em resposta a diversos estímulos10,11.
Em relação à anestesia, diversos agentes têm sido utilizados. Dentre eles, destacam-se os inalatórios, como o éter e o isoflurano, pois esses fármacos são relativamente baratos e apresentam a vantagem de terem curta duração de ação, além de permitirem a variação da intensidade da anestesia durante a cirurgia10.
Barbitúricos ou a associação de cloridrato de cetamina (50 mg/kg) e cloridrato de xilidino (1mg/kg) também são frequentemente utilizados por via intraperitonial ou intramuscular. Esses agentes são de rápida ação e podem produzir plano anestésico em 5 minutos. É importante lembrar que os agentes com curta meia vida são preferíveis aos de longa ação10.
Durante o procedimento, recomenda-se que os animais sejam ventilados artificialmente, com suplementação de oxigênio. Para isso, os animais podem ser ventilados por compressão nasal, com cateter, ou serem submetidos à ventilação mecânica após entubação orotraqueal com cateter número 1610.
Após a cirurgia, os analgésicos mais utilizados são morfina, meperidina, dipirona ou paracetamol. Outro aspecto é que as condições ambientais devem ser mantidas constantes, pois variações de temperatura, por exemplo, podem aumentar a mortalidade após o infarto.
A mortalidade verificada nas primeiras 24 horas após a cirurgia situa-se comumente entre 40 e 60%. Entre as causas de morte nesse período destacam-se fatores relacionados ao procedimento cirúrgico, como pneumotórax e depressão respiratória e fatores associados à falência da bomba cardíaca, como o edema agudo de pulmão10,12. A principal causa de óbito nesse modelo, entretanto, é a alta prevalência de arritmias malignas, como a taquicardia ventricular sustentada e a fibrilação ventricular. Opitz e cols. encontraram mortalidade de 65% nas 48 horas após o infarto. Por meio de monitorisação contínua, os autores mostraram que 96% dos animais submetidos ao IAM apresentaram centenas de episódios de taquicardia ventricular e ao menos 20 episódios de fibrilação ventricular. Adicionalmente, foram evidenciados 2 períodos distintos de arritmia: o primeiro período incluiu os primeiros 30 minutos após a oclusão coronariana e o segundo, responsável por 65% dos óbitos, incluiu o período entre 1,5 e 9 horas após o infarto13.
Em relação ao período crônico pós-IAM, a mortalidade encontrada nesse modelo é extremamente variável, sendo que o principal determinante desse evento é o tamanho do infarto. Nesse sentido, Pfeffer e cols.14, acompanhando animais infartados por período de um ano, verificaram que para infartos pequenos (5 a 19,9% do ventrículo esquerdo), moderados (20 a 39,9%) e grandes (
Um dos aspectos mais relevantes desse modelo relaciona-se ao tamanho do infarto. Aceita-se que esse parâmetro resultante da oclusão coronariana, em sua porção proximal, não é uniforme, variando de 4% a 65%12. Esse fato é consequência da incapacidade de se ocluir a coronária exatamente no mesmo ponto, em todos os animais e de eventuais variações anatômicas entre eles. Assim, esse modelo não é adequado para a verificação de efeito redutor de tamanho do infarto por meio de diferentes intervenções, já que eventuais diferenças no tamanho do infarto podem ser inerentes à variabilidade do método. Em consequência, recomenda-se primeiro a análise da área de risco comprometida pela ligação da artéria coronária em determinado ponto, por meio da injeção de corantes. Posteriormente, partindo-se da área de risco, verifica-se o tamanho da área infartada final15,16.
Outro fator a ser considerado é o local de oclusão da artéria coronária. Ocorrendo oclusão muito próxima à origem, há o comprometimento da artéria septal e o tamanho do infarto pode ser maior que 65%. Nesse caso, entretanto, a mortalidade dos animais é de 100%12,14.
Outra característica relevante é que, nesse modelo de IAM experimental, a porcentagem do infarto no ápice é maior que na base do ventrículo esquerdo. Por esse motivo, o método mais utilizado para a determinação do tamanho do infarto é o que utiliza vários cortes transversais. O tamanho do infarto é determinado pela média de todos os cortes. Diferentes autores, no entanto, observaram que o corte transverso medial do ventrículo esquerdo, entre 5 e 6 mm a partir do ápice, reflete o tamanho do infarto de todo o ventrículo esquerdo17,18. Assim, a utilização apenas dessa região simplificaria a determinação do tamanho do infarto.
Em relação aos métodos utilizados para a determinação do tamanho do infarto, essa variável vem sendo avaliada, preferencialmente, por 4 diferentes métodos: 1) determinação da área infartada em relação à área do ventrículo esquerdo, determinada por histologia ou por planimetria; 2) histologia com a determinação do perímetro interno da região infartada em relação ao perímetro total da cavidade; 3) histologia com a determinação das circunferências epicárdicas e endocárdicas dos segmentos infartados e não infartados e 4) ecocardiograma com a determinação do perímetro interno da região infartada em relação ao perímetro total da cavidade.
O método mais recomendado para a determinação do tamanho do infarto é a determinação das circunferências epicárdicas e endocárdicas dos segmentos infartados e não infartados (
Em relação à determinação do tamanho do infarto pela área, devemos considerar que, após o infarto ocorrem alterações dinâmicas tanto no segmento infartado como na região não infartada. Na região infartada, o tecido necrótico é substituído por tecido fibroso de cicatrização. Nas fases mais tardias do processo cicatrização, ocorre contração da área fibrótica8. Por outro lado, na área não infartada do ventrículo esquerdo ocorrem diferentes graus de hipertrofia cardíaca, como adaptação à perda dos miócitos. Por causa dessas alterações, a determinação do tamanho do infarto por volume ou área pode resultar em erro, já que a reabsorção e retração da área infartada, somadas à hipertrofia da área não infartada, podem resultar em subestimação do tamanho do infarto em relação à área infartada original12,14,20.
Outro método utilizado para a determinação do tamanho do infarto é a medida do perímetro interno do segmento infartado, em relação ao perímetro total da cavidade ventricular. Essa análise pode ser feita por dois métodos: ecocardiograma e histologia. No entanto, a exemplo da estimativa por área, esses métodos podem apresentar importantes limitações. Simultaneamente à necrose das miofibrilas, há desintegração do colágeno interfibrilar pela ativação de enzimas proteolíticas. Esse fato ocasiona perda do tecido de sustentação, o que torna a região mais distensível e, consequentemente, mais susceptível às deformações. Assim, pode ocorrer deslizamento de áreas musculares necróticas, com realinhamento dos miócitos na parede infartada. Como resultado, há afilamento da região e dilatação do segmento infartado. Essa dilatação aguda, caracterizada por adelgaçamento e distensão da região infartada é denominada expansão do infarto21-23. Portanto, em decorrência da expansão, a determinação do tamanho do infarto pelos perímetros internos pode superestimar o tamanho do IAM20.
Em relação às características anatômicas do coração do rato, a artéria coronária esquerda origina-se entre a borda do átrio esquerdo e o sulco da artéria pulmonar. Adicionalmente, verificou-se que a artéria coronária esquerda em sua porção proximal, é usualmente intramiocárdica, retornando à superfície epicárdica a aproximadamente 3 a 4 mm de sua origem4. O rato não possui artéria cincunflexa verdadeira6. A porção proximal da artéria coronária esquerda, praticamente no óstio, dá origem ao ramo septal e, mais abaixo, ao ramo correspondente à circunflexa17. Essa característica anatômica assegura que o ramo septal tenha origem acima do local onde é realizada a oclusão coronariana. Assim, este modelo caracteriza-se por apresentar infarto da parede livre do ventrículo esquerdo, sem comprometimento do septo interventricular. Consequentemente, essa região é usada como controle para estudos morfológicos e bioquímicos17.
Outra característica anatômica desse modelo é que o rato tem escassa circulação colateral, a exemplo do humano. A oclusão coronária ocasiona, dessa forma, infartos invariavelmente transmurais, tornando os infartos subendocárdicos evento raro, ao redor de 3%24.
Outro aspecto pertinente desse modelo relaciona-se ao comprometimento do músculo papilar. Ao contrário do modelo do cão, em que a oclusão coronariana leva à necrose do músculo papilar em 85% dos casos, o modelo de infarto no rato caracteriza-se por preservação do músculo papilar posterior. Análise histológica mostrou que, no rato, a oclusão coronariana não resultou em comprometimento, ou leva a comprometimento mínimo, desse músculo. A explicação para esse fenômeno é que a irrigação do músculo papilar posterior é feita pelo ramo septal da artéria coronária esquerda que, como discutido acima, não é comprometido pela oclusão coronariana17.
Em relação às características da cicatrização após a oclusão coronariana, o modelo do rato também mostra peculiaridades25-31. Ativação de metaloproteases (MMP), enzimas proteolíticas responsáveis pela degradação do colágeno, foi identificada 1 hora após a oclusão coronariana28. Inicialmente, a MMP-1 degrada o colágeno fibrilar e posteriormente, as MMP-2, MMP-3 e MMP-9 degradam esses fragmentos26. Estudo prévio sugere que, 3 horas após a oclusão coronariana, cerca de 50% do colágeno já tenha sido degradado28. Essa atividade proteolítica cessa após uma semana do infarto27. Concomitantemente à atividade proteolítica, outras alterações foram identificadas. Com 24 horas, a necrose muscular torna-se evidente, acompanhada inicialmente por infiltração neutrofílica e, posteriormente, por infiltrado linfocítico e monocítico30. Após 3 a 4 dias da oclusão coronariana, inicia-se o acúmulo de células semelhantes aos fibroblastos, mas com actina em sua composição, os miofibroblastos. Aceita-se que os miofibroblastos sejam fibroblastos modificados pelo TGF-β secretado pelos monócitos e responsáveis pela síntese de colágeno I e III, que começa a acumular-se na região periférica do infarto no terceiro dia e torna-se bem organizado 14 dias após o IAM. O processo de cicatrização estaria completo após 21 dias da oclusão coronariana25-31.
Outro aspecto que deve ser considerado é que, em animais com grandes infartos, as áreas não infartadas do ventrículo esquerdo e do ventrículo direito exibem aumento da expressão de RNAm para pré-colágeno tipo I e III, iniciando-se entre os dias 4 e 7 após o IAM podendo resultar em acúmulo de colágeno progressivo. Dessa forma, grandes infartos frequentemente acompanham-se de diferentes graus de fibrose nas áreas não infartadas26.
Uma das principais características do infarto do miocárdio liga-se ao fato de que a perda de tecido contrátil desencadeia processo adaptativo de crescimento celular do tecido não infartado32-37. No modelo do rato, a hipertrofia do ventrículo esquerdo se caracteriza por ser de padrão excêntrico, é evento precoce e pode ser detectada no terceiro dia após a oclusão coronariana. Após três a quatro semanas, o grau de hipertrofia aumenta entre 30% e 60%. No ventrículo direito, também pode ocorrer hipertrofia, caracteristicamente de padrão concêntrico e correlacionada a elevações da pressão diastólica final do ventrículo esquerdo e da pressão sistólica ventricular direita12. No entanto, de forma semelhante ao que ocorre no ventrículo infartado, a hipertrofia do ventrículo direito está presente no terceiro dia e atinge porcentual de 30%, ao final de um mês38,39.
Finalmente, a exemplo do que ocorre na região infartada, a região não infartada, principalmente a que separa o tecido infartado do tecido não comprometido, também pode ser alvo da ativação das MMP. Como consequência, feixes de miócitos viáveis podem sofrer processo de deslizamento e realinhamento muscular (
Assim, consequentemente ao processo de expansão, de hipertrofia ventricular (de característica excêntrica) e do deslizamento celular na região limítrofe com o infarto, a cavidade infartada pode aumentar de diâmetro e perder sua geometria elíptica normal, assumindo configuração esférica. Essas mudanças no tamanho, massa e geometria ventricular caracterizam, clinicamente, o processo de remodelação cardíaca após o infarto41-47.
As consequências hemodinâmicas decorrentes da oclusão coronariana no rato já estão bem documentadas. Em diferentes estudos, verificou-se que o infarto ocasiona queda de diversas variáveis funcionais como: volume sistólico, débito cardíaco, pressão sistólica do ventrículo esquerdo, primeira derivada positiva de pressão e derivada negativa de pressão. Paralelamente, ocorre aumento da pressão diastólica final do ventrículo esquerdo e da constante de tempo de declínio da pressão isovolumétrica. O infarto se acompanha, portanto, por disfunção tanto sistólica como diastólica, que já são identificadas 3 horas após a oclusão coronariana12,48-51.
Em relação aos mecanismos envolvidos na disfunção ventricular, existem evidências de que até as primeiras três semanas após grandes infartos, a função do músculo não infartado é normal, apesar da função da câmera estar deprimida37. Por outro lado, com seis semanas, a função muscular está deprimida52. Assim, essas evidências sugerem que, inicialmente, a disfunção ventricular é consequência da perda de tecido contrátil, secundária ao infarto. Cronicamente, entretanto, o músculo remanescente fica disfuncional, provavelmente em decorrência do processo de remodelação pós-infarto.
Uma das principais características desse modelo é que as alterações funcionais guardam estreita relação com o tamanho do infarto. Assim, ratos com infartos menores que 30% não apresentaram anormalidades hemodinâmicas. Animais com infartos moderados (31-46%) tiveram valores hemodinâmicos basais normais, mas reduzida capacidade de gerar pressão. Por outro lado, ratos com infartos grandes ( >46%) apresentaram insuficiência cardíaca, com elevadas pressões de enchimento e redução do débito cardíaco12. Portanto, esse modelo propicia o estudo de diferentes graus de disfunção ventricular.
Finalmente, o modelo de infarto experimental no rato também permite a avaliação da função ventricular direita. Assim, em estudo prévio, no qual utilizou-se preparação de coração isolado, perfundido por solução nutriente, identificou-se diminuição da pressão sistólica, que se correlacionava, de forma linear, ao aumento da massa ventricular direita53.
Para avaliação de hipertrofia, em diferentes modelos de agressão cardíaca, comumente se utiliza a relação entre o peso do ventrículo esquerdo ajustado pelo peso corporal do animal ou pela tíbia. No modelo do infarto, no entanto, a complexa interação de eventos tais como a reabsorção do tecido necrótico e a quantidade de colágeno da cicatriz pode interferir com o peso do ventrículo infartado de modo a não refletir real crescimento celular. Desse modo, a utilização do diâmetro transverso do miócito é preferível para a avaliação do grau de hipertrofia do ventrículo esquerdo, nesse modelo54. Por outro lado, para a determinação da hipertrofia do ventrículo direito, relações com o peso corporal podem ser usadas55.
Para a avaliação da quantidade de colágeno do tecido não infartado, os métodos mais usualmente utilizados são: determinação da hidroxiprolina56, fração de colágeno intersticial57 e detecção de colágeno I e III26, por meio da análise do RNA ou de anticorpos anti colágeno I e III. Um dado importante é que apesar de ser método indireto, verificou-se estreita correlação entre o método bioquímico e a quantidade de colágeno analisada por morfometria58,59.
Para avaliação funcional, diversos métodos estão disponíveis: análise pelo músculo papilar60, coração isolado61,62 e avaliação hemodinâmica invasiva12,63. Nos últimos anos, porém, o ecocardiograma vem ganhando espaço na avaliação morfológica e funcional de ratos infartados. Existem inúmeras variáveis funcionais que podem ser utilizadas, mas as mais frequentes são: fração de variação de área, fração de encurtamento, débito cardíaco, escores de movimentação da parede infartada, fluxo transmitral e índice de performance cardíaca51,64-67.
Existem diversas variáveis clínicas que podem ser utilizadas para o diagnóstico de insuficiência cardíaca nesse modelo, dentre as quais destaca-se: aparência geral, lentidão de movimentos, alterações na pelagem, retardo de crescimento, peso corporal e dispnéia. Essas variáveis, entretanto, podem ser pouco sensíveis para o diagnóstico de congestão ou de baixo débito cardíaco12. Os trabalhos pioneiros para a detecção clínica dos sinais de insuficiência cardíaca em ratos foram realizados por Bing e cols., que estudaram ratos espontaneamente hipertensos com disfunção cardíaca68-70. Os dados sobre a incidência de insuficiência cardíaca pós-infarto e a possibilidade de seu reconhecimento clínico em ratos, no entanto, são escassos. Recentemente, utilizando-se o modelo de ratos com infartos moderados e grandes, verificou-se que a prevalência de sinais clínicos e anátomo-patológicos de insuficiência cardíaca foi: taquipnéia (46%), congestão hepática (21%), trombo em átrio esquerdo (21%), ascite (25%), derrame pleuro-pericárdico (71%) e presença de hipertrofia do ventrículo direito (100%)71.
A primeira implicação desse modelo relaciona-se ao fato de que, por resultar frequentemente em grandes infartos transmurais, localizados na parede anterior, o modelo de infarto no rato é ideal para o estudo da fisiopatologia da remodelação pós-infarto, já que essas variáveis são as grandes determinantes da presença e intensidade do processo de remodelação41-47.
Outra implicação é a similaridade com as alterações fisiopatológicas que ocorrem após o infarto, em humanos52. Por essa razão, esse modelo é ideal para o estudo de intervenções terapêuticas para minimizar as alterações morfológicas e funcionais que podem ocorrer após o infarto. Assim, muitas das intervenções utilizadas em pacientes com infarto foram inicialmente analisadas no modelo do rato como, por exemplo: inibidores da enzima conversora da angiotensina14,41, antagonistas dos receptores da angiotensina II72, antagonistas da aldosterona73 e beta-bloqueadores74.
Pelo exposto, o modelo do infarto experimental em ratos tem sido muito utilizado para o estudo das repercussões que ocorrem após a oclusão coronariana. Pelas particularidades inerentes ao animal, acreditamos que a discussão dos principais aspectos desse modelo seja extremamente útil para aqueles que se dedicam ao estudo do infarto agudo do miocárdio.
Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.
O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.
Não há vinculação deste estudo a programas de pós-graduação.
Correspondência: Leonardo Antônio Mamede Zornoff Faculdade de Medicina de Botucatu Departamento de Clínica Médica, Rubião Jr 18.618-000, Botucatu, SP - Brasil E-mail:
Artigo recebido em 18/04/08; revisado recebido 29/05/08; aceito em 29/05/08.
One of the most often used strategies to study the physiopathological alterations caused by coronary occlusion is the use of the experimental infarction model in rats. Among other factors, this is due to the similarities in the physiopathological alterations that occur after the infarction in humans. One must consider, however, that this model has characteristics that can hinder the use as well as the interpretation of eventual outcomes. Thus, this review aims at analyzing the main characteristics of the experimental infarction model in rats, discussing the coronary occlusion technique, the consequences and the methods of morphological and functional assessment of the infarction and its clinical implications.
Faculdade de Medicina de Botucatu, Botucatu, SP - Brazil
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One of the most often used strategies to study the physiopathological alterations caused by coronary occlusion is the use of the experimental infarction model in rats. Among other factors, this is due to the similarities in the physiopathological alterations that occur after the infarction in humans. One must consider, however, that this model has characteristics that can hinder the use as well as the interpretation of eventual outcomes. Thus, this review aims at analyzing the main characteristics of the experimental infarction model in rats, discussing the coronary occlusion technique, the consequences and the methods of morphological and functional assessment of the infarction and its clinical implications.
The acute myocardial infarction (AMI) is defined as a focus of necrosis that results from low tissue perfusion, with signs and symptoms that are the consequence of the cardiac cell death.
It is estimated that this syndrome can occur in epidemic proportions worldwide. Few pathologies had their evolution altered so radically as the AMI, with an accentuated decrease in mortality due to the changes regarding its treatment in the last 30 years1,2. The change in the treatment was the result of advances obtained in the study of the pathogenesis of the AMI and its complications. This fact emphasizes the importance of a better understanding of the physiopathological mechanisms of the acute coronary syndromes.
One of the most often used models to study the physiopathological alterations caused by coronary occlusion is the experimental infarction model in rats. However, the model presents several particular characteristics that can make it difficult to handle. Thus, the objective of this review is to discuss the main methodological aspects related to the experimental infarction model in the rats.
The experimental AMI model in rats due to left coronary occlusion was initially described by Heimburger in 19463. With the passing time, the technique was progressively modified by Johns and Olson4, Kaufman et al5 and Seyle et al6. In the beginning of the 1980s, the method was introduced in Brazil at the School of Medicine of Botucatu7, and from there it spread to other Services. In short, after the anesthesia, a left thoracotomy is performed, between the 4th and the 5th intercostal spaces. The heart is exteriorized through lateral compression of the chest and the left coronary artery is ligated with 5-0-size suture thread at approximately 2 mm from its origin, between the left atrium border and the pulmonary artery sulcus (
The most often used rat strains are Wistar and Sprague-Dawley, depending on the Service and animals weighing 200 to 250g are usually used in the studies. In this weight range, a rat is considered a young adult, when its evolution phase is characterized by slow growth and presents lower surgical mortality than older animals. It is also recommended to use animals of the same sex, as this variable can be an important regulation factor of the cardiac adaptations in response to several stimuli10,11.
Regarding the anesthesia, several agents have been used, and among them, inhalation agents such as ether and isoflurane, as these drugs are relatively inexpensive plus the advantage of having a short-term action, in addition to allowing the variation of anesthesia intensity during surgery10.
Barbiturates or the association of ketamine chloride (50/ mg/kg) and xylidine chloride (1mg/kg) are also frequently used via intraperitoneal or intramuscular routes. These agents are fast-acting and can produce anesthesia within 5 minutes. It is important to remember that the agents with short half-life are preferable to the long-action ones10.
During the procedure, it is recommended that the animals be artificially ventilated, with oxygen supplementation. Therefore, the animals can be ventilated by nasal compression, with catheter, or be submitted to mechanical ventilation after orotracheal intubation with a number 16 catheter10.
After the surgery, the most commonly used analgesic drugs are morphine, dipyrone or paracetamol. Another aspect is that the environmental conditions must be kept constant, as temperature variations, for instance, can increase the mortality after the infarction.
The observed mortality within the first 24 hrs after surgery is usually 40 to 60%. Among the causes of death in this period are mainly the factors related to the surgical procedure, such as pneumothorax and respiratory depression as well as factors associated to the cardiac pump failure, such as acute pulmonary edema10,12. The main cause of death in this model is, however, the high prevalence of malignant arrhythmias, such as sustained ventricular tachycardia and ventricular fibrillation. Opitz and cols. found a mortality of 65% in the first 48 hours after the infarction. Through continuous monitoring, the authors demonstrated that 96% of the animals submitted to the AMI presented hundreds of episodes of ventricular tachycardia and at least 20 episodes of ventricular fibrillation. Additionally, two distinct periods of arrhythmia were demonstrated: the first period included the first 30 minutes after the coronary occlusion and the second, responsible for 65% of the deaths, included the period between 1.5 and 9 hours after the infarction13.
Regarding the chronic period after the AMI, the mortality observed in this model is extremely variable, with the size of the infarction being the main determinant of this event. In this sense, Pfeffer et al14, following infarcted animals for a period of one year, verified that for small (5 to 19.9% of the left ventricle), moderate (20 to 39.9%) and large infarctions (
One of the most relevant aspects of this model is related to the size of the infarction. It is accepted that this parameter resulting from the coronary occlusion, in its proximal region, is not uniform, varying from 4% to 65%12. This fact is a consequence of the incapacity of occluding the coronary exactly at the same point in all animals, as well as of eventual anatomic variations among them. Thus, this model is not adequate for the verification of the reduction effect of infarct size through different interventions, as eventual differences in the infarction size might be inherent to the variability of the method. Consequently, it is recommended first the analysis of the risk area affected by the coronary artery ligation in a certain point, through the injection of dyes. Subsequently, starting from the risk area, the size of the final infarcted area is verified15,16.
Another factor to be considered is the site of the occlusion of the coronary artery. When the occlusion occurs too close to the origin, there is the septal artery involvement and the size of the infarction can be higher than 65%. In this case, however, the mortality of the animals is 100%12,14.
Another relevant characteristic is that, in this experimental model of AMI, the percentage of infarction at the apex is higher than that at the basis of the left ventricle. For this reason, the most often used method to determine the size of the infarction is the one that uses several transversal cuts. The size of the infarction is determined by the mean of all cuts. Different authors, however, have observed that the medial transversal cut of the left ventricle, between 5 and 6 mm from the apex, reflects the size of the infarction of the entire left ventricle17,18. Therefore, the use of this region alone would simplify the measurement of the infarction size.
Regarding the methods used to determine the infarction size, this variable has been assessed, preferentially, by 4 different methods: 1) measurement of the infarcted area in relation to the left ventricle area, determined by histology or planimetry; 2) histology with the measurement of the internal perimeter of the infarcted area in relation to the total perimeter of the cavity; 3) histology with the measurement of epicardial and endocardial circumferences of the infarcted and non-infarcted segments and 4) echocardiogram with the measurement of the internal perimeter of the infarcted region in relation to the total perimeter of the cavity.
The most often recommended method for determining the infarction size is the measurement of the epicardial and endocardial circumferences of the infarcted and non-infarcted segments (
Regarding the measurement of the infarction size by the area, one must consider that, after the infarction, dynamic alterations occur in the infarcted segment as well as in the non-infarcted area. In the infarcted region, the necrotic tissue is substituted by fibrous scar tissue. At the later phases of the healing process, the contraction of the fibrotic area occurs8. On the other hand, in the non-infarcted area of the left ventricle, different degrees of cardiac hypertrophy occur, such as adaptation to the loss of the myocytes. Due to these alterations, the measurement of the infarction size by volume or area can result in error, as the resorption and retraction of the infarcted area, added to the hypertrophy of the non-infarcted region, can result in the underestimation of the infarction size in relation to the original infarcted area12,14,20.
Another method used to determine the size of the infarction is the measurement of the internal perimeter of the infarcted segment, in relation to the total perimeter of the ventricular cavity. This analysis can be attained by two methods: echocardiogram and histology. However, similarly to the estimate made by area, these methods can present important limitations. Simultaneously to the necrosis of the myofibrils, there is interfibrillar collagen disintegration by the activation of proteolytic enzymes. This fact causes loss of the support tissue, which makes the region more distensible and, consequently, more susceptible to deformations. Thus, the slippage of muscular necrotic areas can occur, with the realignment of the myocytes on the infarcted wall. As a result, there is a narrowing of the region and dilation of the infarcted segment. This acute dilation, characterized by the thinning and distension of the infarcted region is called the infarction expansion21-23. Therefore, as a consequence of the expansion, the measurement of the infarction size by the internal perimeters can overestimate the size of the AMI20.
Regarding the anatomic characteristics of the rat's heart, the left coronary artery originates between the border of the left atrium and the pulmonary artery sulcus. Additionally, it was observed that the left coronary artery, in its proximal region, is usually intramyocardial, returning to the surface epicardially at approximately 3 to 4 mm from its origin4. The rat does not have a true circumflex artery6. The proximal region of the left coronary artery, practically at the ostium, gives origin to the septal branch and, farther down, to the branch that corresponds to the circumflex artery17. This anatomic characteristic ensures that the septal branch originates above the site where the coronary occlusion is performed. Thus, this model is characterized by presenting infarction of the left ventricular free wall, without involving the interventricular septum. Consequently, this region is used as control for morphological and biochemical studies17.
Another anatomic characteristic of this model is that the rat has scarce collateral circulation, similarly to humans. The coronary occlusion invariably causes, therefore, transmural infarctions, making the subendocardial infarction a rare event, of around 3%24.
Another pertinent aspect of this model is related to the involvement of the papillary muscle. Contrary to the dog model, in which the coronary occlusion leads to necrosis of the papillary muscle in 85% of the cases, the infarction model in rats is characterized by the preservation of posterior papillary muscle. The histological analysis showed that, in rats, the coronary occlusion does not affect or minimally affects this muscle. The explanation for this phenomenon is that the irrigation of the posterior papillary muscle is carried out by the septal branch of the left coronary artery, which, as discussed above, is not affected by the coronary occlusion17.
Regarding the healing characteristics after the coronary occlusion, the rat model also shows some peculiarities25-31. The activation of metalloproteases (MMP), proteolytic enzymes responsible for collagen degradation, was identified 1 hour after the coronary occlusion28. Initially, the MMP degrades the fibrillar collagen and, subsequently, the MMP-2, MMP-3 and MMP-9 degrade these fragments26. A previous study suggests that, 3 hours after the coronary occlusion, around 50% of the collagen has been degraded28. This proteolytic activity ceases one week after the infarction27. Concomitant to the proteolytic activity, other alterations have been identified. After 24 hours, the muscular necrosis becomes evident, initially followed by a neutrophilic infiltration and later, by a lymphocytic and monocytic infiltrate30. Three to four days after the coronary occlusion, the accumulation of fibroblast-like cells start, but with actin in its composition, the myofibroblasts.
It is accepted that the myofibroblasts are fibroblasts modified by the TGF-β secreted by the monocytes and responsible for the synthesis of collagen I and III, which starts to accumulate in the peripheral region of the infarction on the third day and becomes well organized 14 days after the AMI. The healing process is complete 21 days after the coronary occlusion25-31.
Another aspect that must be considered is that, in animals with large infarctions, the non-infarcted areas of the left ventricle and the of the right ventricle show an increase in the expression of pre-collagen types I and III mRNA, starting between 4 to 7 days after the AMI, which can result in the accumulation of progressive collagen. Therefore, large infarctions are often accompanied by different degrees of fibrosis in the non-infarcted areas26.
One of the main characteristic of myocardial infarction is associated to the fact that the loss of contractile tissue triggers an adaptive cell growth process in the non-infarcted tissue32-37. In the rat model, the left ventricular hypertrophy is characterized for having an eccentric pattern, being an early event and being detectable on the third day after the coronary occlusion.
After three to four weeks, the degree of hypertrophy increases between 30% and 60%. Hypertrophy can also occur in the right ventricle, characteristically with a concentric pattern and correlated to increases in the left-ventricular end-diastolic pressure and right ventricular systolic pressure12. However, similarly to what occurs in the infarcted ventricle, the right ventricular hypertrophy is present on the third day and affects around 30% at the end of one month38,39.
Finally, similarly to what occurs in the infarcted area, the non-infarcted area, mainly the one that separates the infarcted tissue from the non-affected tissue, can also be the target of MMP activation. As a consequence, bundles of viable myocytes can undergo muscular slippage and realignment processes (side-to-side slippage)40.
Thus, as a consequence of the processes of expansion, of ventricular hypertrophy (of eccentric characteristic) and of cell slippage in the region that is borderline with the infarction area, the infarcted cavity can increase in diameter and lose its normal elliptical geometry, taking on a spherical configuration. These changes in size, mass and ventricular geometry clinically characterize the process of cardiac remodeling after the infarction41-47.
The hemodynamic consequences caused by the coronary occlusion in the rat have been well documented. Different studies have shown that the infarction causes the decrease of several functional variables, such as systolic volume, cardiac output, left ventricular systolic pressure, first positive pressure derivative and negative pressure derivative. In parallel, there is an increase in the left ventricular-end diastolic pressure and of the decline time constant of the isovolumetric pressure. The infarction is accompanied, therefore, by systolic as well as diastolic dysfunctions, which are identified as early as 3 hours after the coronary occlusion12,48-51.
Regarding the mechanisms involved in the ventricular dysfunction, there is evidence that up to the three first weeks after large infarctions, the non-infarcted muscle function is normal, although the chamber function is depressed37. On the other hand, after 6 weeks, the muscular function is depressed52. Thus, this evidence suggests that, initially, the ventricular dysfunction is a consequence of the loss of contractile tissue, secondary to the infarction. Chronically, however, the remaining muscle becomes dysfunctional, probably due to the post-infarction remodeling process.
One of the main characteristics of this model is that the functional alterations are closely related to the size of the infarction. Therefore, rats with infarctions < 30% did not present hemodynamic abnormalities. Animals with moderate infarctions (31-46%) had normal basal hemodynamic values, but reduced pressure-generating capacity. On the other hand, rats with large infarctions (> 46%) presented heart failure, with elevated filling pressures and cardiac output decrease12. Therefore, this model allows the study of different degrees of ventricular dysfunction.
Finally, the experimental infarction model in rats allows the evaluation of the right ventricular function. Thus, in a previous study, in which an isolated heart preparation was used, perfused with a nutrient solution, a decrease in the systolic pressure was identified, which correlated, in linear form, with the increase in the right ventricular mass53.
To evaluate hypertrophy in different models of cardiac injury, the ratio between the left ventricular weight, adjusted by the body weight of the animal of by the tibia, is commonly used.
In the infarction model, however, the complex interaction of events such as the resorption of the necrotic tissue and the amount of collagen of the scar can interfere with the weight of the infarcted ventricle so that it won't reflect the actual cell growth. Therefore, the use of the myocyte transversal diameter is preferable for the evaluation of the degree of left ventricular hypertrophy in this model54. On the other hand, to determine the right ventricular hypertrophy, ratios with body weight can be used55.
To evaluate the amount of collagen of the non-infarcted tissue, the most commonly used methods are: hydroxyproline measurement56, interstitial collagen fraction57 and detection of collagens I and III26 through the RNA analysis or anti-collagen I and III antibodies. An important fact is that, although it is an indirect method, a close correlation between the biochemical method and the amount of collagen analyzed by morphometry was verified58,59.
For the functional assessment, several methods are available: analysis by the papillary muscle60, isolated heart61,62 and invasive hemodynamic evaluation12,63. In the recent years, however, the echocardiogram has become increasingly important in the morphological and functional assessment of infarcted rats. There are several functional variables that can be used, but the most frequent ones are: variation in area fraction, shortening fraction, cardiac output, segmental wall motion score, transmitral flow and cardiac performance index51,64-67.
There are several clinical variables that can be used for the diagnosis of heart failure in this model, among which are: general appearance, slow movements, alterations in fur texture, delayed growth, body weight and dyspnea. These variables, however, can be little sensitive for the diagnosis of congestion or low cardiac output12. The first studies for the clinical detection of heart failure signs in rats were carried out by Bing and cols. that studied spontaneously hypertensive rats with heart dysfunction68-70. The data on the incidence of post-infarction heart failure and the possibility of its clinical recognition in rats, however, are scarce. Recently, using the rat model with moderate and large infarctions, the observed prevalence of clinical and anatomopathological signs of heart failure was tachypnea, (46%); liver congestion, (21%); thrombus in the left atrium, (21%); ascites, (25%); pleural-pericardial effusion, (71%) and right ventricular hypertrophy, (100%)71.
The first implication of this model is related to the fact that, as it frequently results in large transmural infarctions located in the anterior wall, the infarction model in rats is ideal for the study of the physiopathology of post-infarction remodeling, as these variables are the great determinants of the presence and intensity of the remodeling process41-47.
Another implication is the similarity with the physiopathological alterations that occur after infarctions in humans52. For this reason, this model is ideal for the study of therapeutic interventions to minimize the morphological and functional alterations that can occur after the infarction. Thus, many of the interventions used in infarction patients were initially analyzed in the rat model, such as: angiotensin-converting enzyme inhibitors14,41, angiotensin-II receptor antagonists72, aldosterone antagonists73 and betablockers74.
As demonstrated, the experimental infarction model in rats has been widely used for the study of the outcomes that occur after the coronary occlusion. Due to the animal's inherent characteristics, we believe that the discussion of the main aspects of this model is extremely useful for those dedicated to the study of the acute myocardial infarction.
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
There were no external funding sources for this study.
This study is not associated with any post-graduation program.
Una de las estrategias que se utiliza más en el estudio de las alteraciones fisiopatológicas resultantes de la oclusión coronaria es el uso del modelo del infarto experimental en el ratón. Entre otros factores, este hecho resulta de la similitud con las alteraciones fisiopatológicas que ocurren tras el infarto, en humanos. Sin embargo, debemos tener en cuenta que este modelo tiene características que pueden dificultar tanto el empleo como la interpretación de eventuales resultados. Así, esta revisión tiene por objeto discutir las principales características del modelo del infarto experimental en el ratón, y que se aborde la técnica de la oclusión coronaria, las consecuencias y los métodos de evaluación morfológicos y funcionales del infarto y sus implicaciones clínicas.
Faculdade de Medicina de Botucatu, Botucatu, SP - Brasil
Correspondência
Una de las estrategias que se utiliza más en el estudio de las alteraciones fisiopatológicas resultantes de la oclusión coronaria es el uso del modelo del infarto experimental en el ratón. Entre otros factores, este hecho resulta de la similitud con las alteraciones fisiopatológicas que ocurren tras el infarto, en humanos. Sin embargo, debemos tener en cuenta que este modelo tiene características que pueden dificultar tanto el empleo como la interpretación de eventuales resultados. Así, esta revisión tiene por objeto discutir las principales características del modelo del infarto experimental en el ratón, y que se aborde la técnica de la oclusión coronaria, las consecuencias y los métodos de evaluación morfológicos y funcionales del infarto y sus implicaciones clínicas.
El infarto agudo de miocardio (IAM) se define como el enfoque de necrosis resultante de baja perfusión tisular, con señales y síntomas consecuentes de la muerte celular cardiaca.
Se estima que, en todo el mundo, este síndrome pueda ocurrir en proporciones epidémicas. Pocas patologías tuvieron su evolución alterada de modo tan radical como el IAM, con una reducción acentuada de la mortalidad, en consecuencia de los cambios ocasionados en el tratamiento en los últimos 30 años1,2. El cambio en el tratamiento fue el resultado de los avances obtenidos en el estudio de la patogénesis del IAM y de sus complicaciones. Este hecho resalta la importancia de mejor entendimiento sobre los mecanismos fisiopatológicos de los síndromes coronarios agudos.
Uno de los modelos que más se utiliza en el estudio de las alteraciones fisiopatológicas resultantes de la oclusión coronaria es el del infarto experimental en el ratón. No obstante, el modelo presenta diversas características peculiares que pueden dificultar su manejo. De ese modo, el objetivo de esta revisión es que se discuta los principales aspectos metodológicos relacionados con el modelo de infarto experimental en el modelo del ratón.
Heimburger, en el 19463, describió inicialmente el modelo de IAM experimental en el ratón mediante la oclusión de la coronaria izquierda. Con el paso de los años, Johns y Olson4, Kaufman et al.5 y Seyle et al.6 modificaron la técnica progresivamente. A principios de la década del 1980, se introdujo el método en Brasil, en la Facultad de Medicina de Botucatu7, diseminándolo en otros servicios. En suma, tras la anestesia se realiza la toracotomia izquierda, entre el 4º y el 5º espacios intercostales. El corazón se exterioriza a través de compresión lateral del tórax y la arteria coronaria izquierda unida con hilo de sutura 5-0 a, aproximadamente, 2 mm del origen, entre el borde del atrio izquierdo y el surco de la arteria pulmonar (
Las cepas que se utilizan más frecuentemente son la Wistar y la Sprague-Dawley, dependiendo del servicio. Usualmente, se utilizan animales con peso entre 200 y 250 gramos. En esta franja de peso, se considera el ratón como adulto joven, y se lo sitúa en una fase evolutiva caracterizada por crecimiento lento y presenta mortalidad quirúrgica menor que animales más viejos. Se recomienda también que se trabaje con animales del mismo sexo, debido al hecho de esta variable ser un importante factor de regulación de las adaptaciones cardíacas, en respuesta a diversos estímulos10,11.
Respecto a la anestesia, diversos agentes vienen siendo utilizados. De entre ellos, se destacan los inhalatorios, como el éter y el isoflurano, ya que estos fármacos son relativamente baratos y presentan la ventaja de tener una corta duración de acción, además de permitir la variación de la intensidad de la anestesia durante la cirurgía10.
Barbitúricos o la asociación de clorhidrato de ketamina (50mg/kg) y clorhidrato de xilidino (1mg/kg) también se utilizan frecuentemente por vía intraperitoneal o intramuscular. Estos agentes son de rápida acción y pueden producir un plano anestésico en 5 minutos. Es importante acordar que los agentes con corta vida media son preferibles a los de larga acción10.
Durante el procedimiento, se recomienda que se ventilen a los animales, artificialmente, con suplementación de oxígeno. Para ello, se pueden ventilar a los animales por medio de compresión nasal, con catéter, o mediante ventilación mecánica tras la entubación orotraqueal con catéter número 1610.
Después de la cirugía, los analgésicos que más se utilizan son la morfina, la meperidina, la dipirona o el paracetamol. Otro aspecto es que las condiciones ambientales se deben mantener constantes, ya que variaciones de temperatura, por ejemplo, pueden aumentar la mortalidad tras el infarto.
La mortalidad verificada en las primeras 24 horas tras la cirugía está ubicada comúnmente entre el 40% y el 60%. Entre las causas de muerte en este período están destacados factores relacionados con el procedimiento quirúrgico, como neumotórax y depresión respiratoria y factores asociados a la falla de la bomba cardiaca, como el edema agudo de pulmón10,12. La principal causa de óbito en este modelo, sin embargo, es el alta prevalencia de arritmias malignas, como la taquicardia ventricular sostenida y la fibrilación ventricular. Opitz et al encontraron mortalidad del 65% en las 48 horas tras el infarto. Por medio de monitoreo continuo, los autores mostraron que el 96% de los animales sometidos al IAM presentaron centenas de episodios de taquicardia ventricular y como mínimo 20 episodios de fibrilación ventricular. Adicionalmente, se evidenciaron 2 períodos distintos de arritmia: el primer período incluyó los primeros 30 minutos luego de la oclusión coronaria y el segundo, responsable del 65% de los óbitos, incluyó el período entre 1,5 y 9 horas tras el infarto13.
En cuanto el período crónico post-IAM, la mortalidad encontrada en este modelo es extremamente variable, lo que es el principal determinante de este evento es el tamaño del infarto. De ese modo, Pfeffer et al.14, siguiendo a animales infartados durante el período de un año, verificaron que para infartos pequeños (entre el 5% y el 19,9% del ventrículo izquierdo), moderados (20-39,9%) y grandes (
Uno de los aspectos más relevantes de este modelo está relacionado con el tamaño del infarto. Se acepta que este parámetro resultante de la oclusión coronaria, en su porción proximal, no sea uniforme, variando desde el 4% hasta el 65%12. Este hecho es consecuencia de la incapacidad de se ocluir la coronaria exactamente en el mismo punto, en todos los animales y de eventuales variaciones anatómicas entre ellos. Así, este modelo no es adecuado para la verificación de efecto reductor de tamaño del infarto mediante diferentes intervenciones, ya que eventuales diferencias en el tamaño del infarto pueden ser inherentes a la variabilidad del método. En consecuencia, se recomienda primero el análisis del área de riesgo comprometida por la unión de la arteria coronaria en determinado punto, por medio de la inyección de colorantes. Posteriormente, partiendo desde el área de riesgo, se puede verificar el tamaño del área infartada final15,16.
Otro factor a tenerse en cuenta es el local de oclusión de la arteria coronaria. Cuando ocurre oclusión muy próxima al origen, hay el compromiso de la arteria septal y el tamaño del infarto puede ser mayor que el 65%. En ese caso, sin embargo, la mortalidad de los animales es del 100%12,14.
Otra característica relevante es que, en este modelo de IAM experimental, el porcentaje del infarto en el ápice es mayor que en la base del ventrículo izquierdo. Por este motivo, el método más empleado para la determinación del tamaño del infarto es el que utiliza diversos cortes transversales. El promedio de todos los cortes determina el tamaño del infarto. Distintos autores, sin embargo, observaron que el corte transverso medial del ventrículo izquierdo, entre 5 y 6 mm desde el ápice, refleja el tamaño del infarto de todo el ventrículo izquierdo17,18. Así, la utilización solamente de esta región simplificaría la determinación del tamaño del infarto.
Respecto a los métodos utilizados para la determinación del tamaño del infarto, esta variable viene siendo evaluada, preferencialmente, mediante 4 diferentes métodos:
1) determinación del área infartada en cuanto al área del ventrículo izquierdo, determinada por histología o por planimetría;
2) histología con la determinación del perímetro interno de la región infartada con relación al perímetro total de la cavidad;
3) histología con la determinación de las circunferencias epicárdicas y endocárdicas de los segmentos infartados y no infartados y
4) ecocardiograma con la determinación del perímetro interno de la región infartada en cuanto al perímetro total de la cavidad.
El método más recomendado para que se determine el tamaño del infarto es la determinación de las circunferencias epicárdicas y endocárdicas de los segmentos infartados y no infartados (
En cuanto a la determinación del tamaño del infarto por el área, debemos tener en cuenta que, tras el infarto ocurren alteraciones dinámicas tanto en el segmento infartado como en la región no infartada. En la región infartada, el tejido fibroso de cicatrización sustituye el tejido necrótico. En las fases más tardías del proceso de cicatrización, ocurre contracción del área fibrótica8. Por otra parte, en el área no infartada del ventrículo izquierdo ocurren diferentes grados de hipertrofia cardiaca, como la adaptación a la pérdida de los dos miocitos. A causa de estas alteraciones, la determinación del tamaño del infarto por volumen o área puede resultar en error, ya que la reabsorción y la retracción del área infartada, más la hipertrofia del área no infartada, pueden resultar en subestimación del tamaño del infarto en relación con el área infartada original12,14,20.
Otro método utilizado para la determinación del tamaño del infarto es la medida del perímetro interno del segmento infartado, con relación al perímetro total de la cavidad ventricular. Este análisis se puede llevar a cabo a través de dos métodos: el ecocardiograma y la histología. Sin embargo, a ejemplo de la estimación por área, estos métodos pueden presentar importantes limitaciones. Simultáneamente a la necrosis de las miofibrillas, hay desintegración del colágeno interfibrilar por la activación de enzimas proteolíticas. Ese hecho ocasiona pérdida del tejido de sustentación, lo que convierte la región en algo más distensible y, consecuentemente, más susceptible a las deformaciones. Así, puede ocurrir deslizamiento de áreas musculares necróticas, con realineamiento de los miocitos en la pared infartada. Como resultado, hay medición de la región y dilatación del segmento infartado. Esta dilatación aguda, caracterizada por adelgazamiento y distensión de la región infartada se denomina expansión del infarto21-23. Por lo tanto, como consecuencia de la expansión, la determinación del tamaño del infarto por los perímetros internos puede superestimar el tamaño del IAM20.
En cuanto a las características anatómicas del corazón del ratón, la arteria coronaria izquierda se origina entre el borde del atrio izquierdo y el surco de la arteria pulmonar. Adicionalmente, se pudo verificar que la arteria coronaria izquierda en su porción proximal, es usualmente intramiocárdica, retornando a la superficie epicárdica a aproximadamente 3 a 4 mm de su origen4. El ratón no tiene arteria circunfleja verdadera6. La porción proximal de la arteria coronaria izquierda, prácticamente en el ostio, origina la rama septal y, más abajo, la rama correspondiente a la circunfleja17. Esta característica anatómica asegura que la rama septal tenga origen arriba del local donde se realiza la oclusión coronaria. Así, este modelo se caracteriza por presentar infarto de la pared libre del ventrículo izquierdo, sin el compromiso del septo interventricular. Consecuentemente, se utiliza esta región como control para estudios morfológicos y bioquímicos17.
Otra característica anatómica de este modelo es que el ratón tiene escasa circulación colateral, a ejemplo del humano. La oclusión coronaria ocasiona, de esta forma, infartos invariablemente transmurales, volviendo los infartos subendocárdicos evento raro, rondando el 3%24.
Otro aspecto pertinente de este modelo está relacionado con el compromiso del papilar. A diferencia del modelo del perro, en el que la oclusión coronaria conlleva la necrosis del músculo papilar en el 85% de los casos, el modelo de infarto en el ratón se caracteriza por la preservación del músculo papilar posterior. El análisis histológico reveló que, en el ratón, la oclusión coronaria no resultó en compromiso, o lleva el compromiso mínimo, de este músculo. La explicación para este fenómeno es que la irrigación del músculo papilar posterior se hace por la rama septal de la arteria coronaria izquierda que, como discutido anteriormente, no se afecta por la oclusión coronaria17.
Respecto a las características de la cicatrización tras la oclusión coronaria, el modelo del ratón también revela peculiaridades25-31. La activación de metaloproteasas (MMP), enzimas proteolíticas responsables de la degradación del colágeno, se identificó tras 1 hora de la oclusión coronaria28. Inicialmente, la MMP-1 degrada el colágeno fibrilar y posteriormente, las MMP-2, MMP-3 y MMP-9 degradan estos fragmentos26. Un estudio previo sugiere que, 3 horas después de la oclusión coronaria, cerca de un 50% del colágeno ya haya sido degradado28. Esta actividad proteolítica se detiene tras una semana del infarto27. Concomitantemente a la actividad proteolítica, otras alteraciones se identificaron. Con 24 horas, la necrosis muscular se vuelve evidente, seguida inicialmente por infiltración neutrofílica y, posteriormente, por infiltrado linfocítico y monocítico30. Tras de 3 a 4 días de la oclusión coronaria, se inicia la acumulación de células semejantes a los fibroblastos, y con actina en su composición, los miofibroblastos. Se acepta que los miofibroblastos sean fibroblastos modificados por el TGF-β secretado por los monocitos y responsables de la síntesis de colágeno I e III, que empieza a acumularse en la región periférica del infarto en el tercer día y se convierte en algo bien organizado tras 14 días del IAM. El proceso de cicatrización estaría completo tras 21 días de la oclusión coronaria25-31.
Otro aspecto que se debe tener en cuenta es que, en animales con grandes infartos, las áreas no infartadas del ventrículo izquierdo y del ventrículo derecho exhiben aumento de la expresión de mRNA para precolágeno tipo I e III, iniciándose entre los días 4 y 7 tras el IAM pudiendo resultar en acumulación de colágeno progresiva. De este modo, grandes infartos frecuentemente se siguieron de diferentes grados de fibrosis en las áreas no infartadas26.
Una de las principales características del infarto de miocardio está relacionada al hecho de que la pérdida de tejido contráctil desencadena un proceso adaptativo de crecimiento celular del tejido no infartado32-37. En el modelo del ratón, la hipertrofia del ventrículo izquierdo se caracteriza por ser de estándar excéntrico, es evento precoz y se puede detectar en el tercer día tras la oclusión coronaria. Después de tres a cuatro semanas, el grado de hipertrofia aumenta entre el 30% y el 60%. En el ventrículo derecho, también puede ocurrir hipertrofia característicamente de estándar concéntrico y correlacionada a elevaciones de la presión diastólica final del ventrículo izquierdo y de la presión sistólica ventricular derecha12. Sin embargo, de forma semejante al que ocurre en el ventrículo infartado, la hipertrofia del ventrículo derecho está presente en el tercer día y alcanza el porcentaje del 30%, al final de un mes38,39.
Finalmente, a ejemplo de lo que ocurre en la región infartada, la región no infartada, principalmente la que separa el tejido infartado del tejido no comprometido, también pueden ser blanco de la activación de las MMP. Como consecuencia, haces de miocitos viables pueden sufrir proceso de desplazamiento y realineamiento muscular (
Así, consecuentemente al proceso de expansión, de hipertrofia ventricular (de característica excéntrica) y del desplazamiento celular en la región limítrofe con el infarto, la cavidad infartada puede aumentar de diámetro y perder su geometría elíptica normal, asumiendo una configuración esférica. Dichos cambios en el tamaño, masa y geometría ventricular caracterizan, clínicamente, el proceso de remodelación cardiaca tras el infarto41-47.
Las consecuencias hemodinámicas resultantes de la oclusión coronaria en el ratón ya están bien documentadas. En diferentes estudios, se verificó que el infarto ocasiona baja de diversas variables funcionales como: volumen sistólico, gasto cardiaco, presión sistólica del ventrículo izquierdo, primera derivada positiva de presión y derivada negativa de presión. Paralelamente, ocurre aumento de la presión diastólica final del ventrículo izquierdo y de la constante de tiempo de descenso de la presión isovolumétrica. El infarto viene acompañado, por lo tanto, de disfunción tanto sistólica como diastólica, que ya se identifican 3 horas tras la oclusión coronaria12,48-51.
En cuanto a los mecanismos implicados en la disfunción ventricular, hay evidencias de que hasta las primeras tres semanas tras grandes infartos, la función del músculo no infartado es normal, pese a que está deprimida la función de la cámara37. Por otro lado, con seis semanas, la función muscular está deprimida52. Así, estas evidencias sugieren que, inicialmente, la disfunción ventricular es consecuencia de la pérdida de tejido contráctil, secundaria al infarto. Crónicamente, sin embargo, el músculo remaneciente se vuelve disfuncional, probablemente en consecuencia del proceso de remodelación postinfarto.
Una de las principales características de este modelo es que las alteraciones funcionales guardan una estrecha relación con el tamaño del infarto. De esa manera, los ratones con infartos menores que el 30% no presentaron anormalidades hemodinámicas. Animales con infartos moderados (31-46%) tuvieron valores hemodinámicos basales normales, y reducida capacidad de generar presión. Por otra parte, los ratones con infartos grandes (>46%) presentaron insuficiencia cardiaca, con elevadas presiones de llenado y reducción del débito cardiaco12. Por lo tanto, ese modelo propicia el estudio de diferentes grados de disfunción ventricular.
Finalmente, el modelo de infarto experimental en el ratón también permite la evaluación de la función ventricular derecha. Así, en estudio previo, en el que se utilizó una preparación de corazón aislado, perfundido por solución nutriente, se identificó disminución de la presión sistólica, que se correlacionaba, de forma linear, al aumento de la masa ventricular derecha53.
Para la evaluación de hipertrofia, en distintos modelos de agresión cardiaca, comúnmente se utiliza la relación entre el peso del ventrículo izquierdo ajustado por el peso corporal del animal o por la tibia. En el modelo del infarto, sin embargo, la compleja interacción de eventos tales como la reabsorción del tejido necrótico y la cantidad de colágeno de la cicatriz puede interferir con el peso del ventrículo infartado de modo a no reflejar real crecimiento celular. De este modo, la utilización del diámetro transverso del miocito es preferible para la evaluación del grado de hipertrofia del ventrículo izquierdo, en este modelo54. Por otro lado, para la determinación de la hipertrofia del ventrículo derecho, relaciones con el peso corporal se pueden utilizar55.
Para la evaluación de la cantidad de colágeno del tejido no infartado, los métodos más usualmente utilizados son: determinación de la hidroxiprolina56, fracción de colágeno intersticial57 y detección de colágeno I e III26, por medio del análisis del RNA o de anticuerpos anti colágeno I e III. Un dato importante es que a pesar de que sea un método indirecto, se pudo verificar una estrecha correlación entre el método bioquímico y la cantidad de colágeno analizada por morfometria58,59.
Para la evaluación funcional, diversos métodos están disponibles: análisis mediante músculo papilar60, corazón aislado61,62 y evaluación hemodinámica invasiva12,63. En los últimos años, además, el ecocardiograma viene ganando espacio en la evaluación morfológica y funcional de ratones infartados. Hay innumeras variables funcionales que se pueden utilizar, y las más frecuentes son: fracción de variación de área, fracción de acortamiento, gasto cardiaco, scores de movimiento de la pared infartada, flujo transmitral e índice de performance miocárdico51,64-67.
Hay diversas variables clínicas que se pueden utilizar para el diagnóstico de insuficiencia cardiaca en este modelo, de ellas se puede destacar: apariencia general de lentitud de movimientos, alteraciones en el pelaje, retardo de crecimiento, peso corporal y disnea. Estas variables, sin embargo, pueden ser poco sensibles para el diagnóstico de congestión o de bajo débito cardiaco12. Los trabajos pioneros para la detección clínica de los signos de insuficiencia cardiaca en ratones se llevaron a cabo por Bing et al, que estudiaron ratones espontáneamente hipertensos con disfunción cardiaca68-70. Los datos sobre la incidencia de insuficiencia cardiaca postinfarto y la posibilidad de su reconocimiento clínico en ratones, no obstante, son escasos. Recientemente, al emplear el modelo de ratones con infartos moderados y grandes, se pudo verificar que la prevalencia de señales clínicos y anátomo-patológicos de insuficiencia cardiaca fue: taquinea el 46%, congestión hepática el 21%, trombo en atrio izquierdo el 21%, ascitis el 25%, derramen pleuropericárdico el 71% y presencia de hipertrofia del ventrículo derecho el 100%71.
La primera implicación de este modelo está relacionada al hecho de que, por resultar frecuentemente en grandes infartos transmurales, ubicados en la pared anterior, el modelo de infarto en el ratón es ideal para el estudio de la fisiopatología de la remodelación postinfarto, ya que estas variables son las grandes determinantes de la presencia e intensidad del proceso de remodelación41-47.
Otra implicación es la similitud con las alteraciones fisiopatológicas que ocurren tras el infarto, en humanos52. Por esta razón, este modelo es ideal para el estudio de intervenciones terapéuticas para minimizar las alteraciones morfológicas y funcionales que pueden ocurrir tras el infarto. Así, muchas de las intervenciones utilizadas en pacientes con infarto se analizaron inicialmente en el modelo del ratón como, por ejemplo: inhibidores de la enzima conversora de la angiotensina14,41, antagonistas de los receptores de la angiotensina II72, antagonistas de la aldosterona73 y betabloqueantes74.
Teniendo en cuenta lo expuesto, el modelo del infarto experimental en ratones viene siendo muy utilizado para el estudio de las repercusiones que ocurren tras la oclusión coronaria. Debido a las particularidades inherentes al animal, nos parece que la discusión de los principales aspectos de este modelo sea extremamente útil para aquellos que se dedican al estudio del infarto agudo de miocardio.
Declaro no haber conflicto de intereses pertinentes.
El presente estudio no tuvo fuentes de financiación externas.
No hay vinculación de este estudio a programas de postgrado.