מודל של שיפוץ לב באמצעות התכווצות של אבי העורקים בבטן בחולדות
Summary
A rat model of abdominal aortic constriction that induces cardiac hypertrophy and remodeling is described. An efficient, highly-reproducible, and minimally-invasive method is used to provide a simple yet useful platform for research in myocardial hypertrophy and dysfunction.
Abstract
Heart failure is one of the leading causes of death worldwide. It is a complex clinical syndromethat includes fatigue, dyspnea, exercise intolerance, and fluid retention. Changes in myocardial structure, electrical conduction, and energy metabolism develop with heart failure, leading to contractile dysfunction, increased risk of arrhythmias, and sudden death. Hypertensive heart disease is one of the key contributing factors of cardiac remodeling associated with heart failure. The most commonly-used animal model mimicking hypertensive heart disease is created via surgical interventions, such as by narrowing the aorta. Abdominal aortic constriction is a useful experimental technique to induce a pressure overload, which leads to heart failure. The surgery can be easily performed, without the need for chest opening or mechanical ventilation. Abdominal aortic constriction-induced cardiac pathology progresses gradually, making this model relevant to clinical hypertensive heart failure. Cardiac injury and remodeling can be observed 10 weeks after the surgery. The method described here provides a simple and effective approach to produce a hypertensive heart disease animal model that is suitable for studying disease mechanisms and for testing novel therapeutics.
Introduction
אי ספיקת לב היא תסמונת קלינית מורכבת, הסימפטומים מהם כוללים עייפות, קוצר נשימה, לממש סובלנות, והצטברות נוזלים ברקמות פריפריה. זה הוא הגורם המוביל למוות במדינות מפותחות 1. מלבד קרדיומיופתיה בירושה נגרמת על ידי מוטציות בחלבונים sarcomere או יון ערוצי 2, תפקוד שריר הלב יכולה להיגרם על ידי מגוון רחב של מצבים רפואיים, כולל יתר לחץ דם, מחלות לב מסתמית, השמנת יתר וסוכרת 3. שינויים במבנה שריר הלב, הולכה חשמלית, ועופרת מטבוליזם האנרגיה עד אפס מקום השאיבה של הלב לא מספיק לענות על דרישות הדם, אשר בסופו של דבר התוצאות אי ספיקת לב 3,4. חוקר את המנגנונים אי ספיקת לב, אם כן, הוא קריטי בתחום מחקר לב וכלי דם. זיהוי מנגנונים מולקולריים מה שמובילים להתפתחות אי ספיקת לב בסופו של דבר יכול לסייע לגילוי מטרות טיפוליות חדשניות או סמנים ביולוגיים שימושיים <sעד> 1. לכן חשוב לפתח מודלים של בעלי חיים באי ספיקת לב חולקות מאפיינים קליניים מפתח עם אי ספיקת לב בבני האדם 5.
היפרטרופיה שיפוץ לב מלא תפקיד קריטי בהתפתחות של אי ספיקת לב. מחלות לב יתר לחץ דם הוא גורם התורם המרכזי של היפרטרופיה לבבית ואת השיפוץ הסתגלותי לראות בחולים אנושיים 1. כדי לחקות את התנאים האנושיים הללו, במודלים של בעלי חיים מבוססים לעתים קרובות באמצעות ניתוחים. בפרט, אב העורקים הרוחביים או בטן יכול להיות מכווץ כדי להגביר את ההתנגדות נגד החדר השמאלי, אשר מוביל בסופו של דבר עומס לחץ בלב. תופעה זו בדרך כלל תוצאה היא היפרטרופיה לבבית, פיצוי פיסיולוגי של cardiomyocytes כדי לענות על הביקוש התפקודי של מערכת הלב וכלי הדם. עם זאת, הביקוש הפונקציונלי עוקף את מנגנוני פיצוי הפיסיולוגיים, שמוביל סיסטיק לב contracליקוי אריח. התכווצות העורקים רוחבי (TAC) ניתוח כרוך לעתים קרובות הליכים מסובכים, כולל פתיחת בית החזה, הנשמה מלאכותית, והפרדה של התימוס ורקמות שומן מן קשת אבי העורקים. לעומת זאת, היצרות אבי העורקים בבטן דורש ניסיוני בטכניקות פשוטות 6-8. אב העורקים בבטן, בין השמאל עורק כליות תקינות, הוא מכווץ במהלך הניתוח. היפרטרופיה שיפוץ הלב ניתן לצפות כמה שבועות לאחר הניתוח היצרות אאורטלית בטנית 6-8; הם מייצרים מחלות לב יתר לחץ דם חזק דומות לזה שנוצר על ידי הניתוח הרוחבי אב העורקים היצרות 9,10. כאן אנו מתארים פרוטוקול לנהל התכווצות אאורטלית בטנית בחולדות באמצעות שיטה יעילה, פערים לשחזור, מינימאלי פולשנית. אבי העורקים בבטן סמוך לעורקי הכליה הוא מוגבל בגלל לולאה 0.72 מ"מ נוצר על ידי חוט משי 4-0. עשרה שבועות לאחר הניתוח, היפרטרופיה לב remodelinניתן לצפות גרם. מודל החולדה של היפרטרופיה לבבית הנגרמת התכווצות אאורטלית בטנית מספק פלטפורמה ללימוד מנגנוני מחלה והפתופיזיולוגיה, כמו גם פיתוח תרופות פוטנציאליות.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hypertensive heart disease, a major health problem that contributes greatly to morbidity and mortality, can lead to cardiac hypertrophy and heart failure5. The pathogenesis and progression of hypertensive heart disease in humans is complex, so an appropriate animal model is critical to investigate the underlying mechanisms and to test novel therapeutics that aim to improve cardiac structure and function5. The abdominal aortic constriction model, which simulates chronic heart disease, is an effective…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors’ work was supported by a grant from Ministry of Science and Technology (MOST 103-2320-B-002-068-MY2), the National Health Research Institute (NHRI-EX104-10418SC), and National Taiwan University (NTU 104R4000).
Materials
| 22-Gauge syringe needle | BD Biosciences | 309572 | |
| EDTA Blood Collection Tubes | BD Biosciences | REF365974 | |
| 4-0 silk suture | Sharpoint™ Products | DC-2515N | |
| 6-0 silk suture | Sharpoint™ Products | DC-2150N | |
| Pentobarbital | Sigma Aldrich | 1507002 | |
| Paraformaldehyde | Sigma Aldrich | 441244 | |
| Acetaminophen | Sigma Aldrich | A7085 | |
| Picrosirius red solution | Abcam | ab150681 | |
| Cardiac troponin kit | Abcam | ab200016 | |
| Imagequant | Molecular Dynamics | ||
| Langendorff | ADInstruments | ML870B2 |
References
- Houser, S. R., et al. Animal models of heart failure: a scientific statement from the American Heart Association. Circ Res. 111, 131-150 (2012).
- Towbin, J. A. Inherited cardiomyopathies. Circ J. 78, 2347-2356 (2014).
- Breckenridge, R. Heart failure and mouse models. Dis Model Mech. 3, 138-143 (2010).
- van Bilsen, M., van Nieuwenhoven, F. A., van der Vusse, G. J. Metabolic remodelling of the failing heart: beneficial or detrimental?. Cardiovasc Res. 81, 420-428 (2009).
- Patten, R. D., Hall-Porter, M. R. Small animal models of heart failure: development of novel therapies, past and present. Circ Heart Fail. 2, 138-144 (2009).
- Gu, W. L., Chen, C. X., Huang, X. Y., Gao, J. P. The effect of angoroside C on pressure overload-induced ventricular remodeling in rats. Phytomedicine. 22, 705-712 (2015).
- Zhang, Y., et al. Alteration of cardiac ACE2/Mas expression and cardiac remodelling in rats with aortic constriction. Chin J Physiol. 57, 335-342 (2014).
- Tardif, K., et al. Nestin upregulation characterizes vascular remodeling secondary to hypertension in the rat. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 308, H1265-H1274 (2015).
- Li, C., et al. Myeloid mineralocorticoid receptor deficiency inhibits aortic constriction-induced cardiac hypertrophy in mice. PLoS One. 9, e110950 (2014).
- Ku, H. C., Su, M. J. DPP4 deficiency preserved cardiac function in abdominal aortic banding rats. PLoS One. 9, e85634 (2014).
- Lee, S. Y., et al. Caffeic acid ethanolamide prevents cardiac dysfunction through sirtuin dependent cardiac bioenergetics preservation. J Biomed Sci. 22, 80 (2015).
- Gs, A. K., Raj, B., Santhosh, K. S., Sanjay, G., Kartha, C. C. Ascending aortic constriction in rats for creation of pressure overload cardiac hypertrophy model. J Vis Exp. , e50983 (2014).
- deAlmeida, A. C., van Oort, R. J., Wehrens, X. H. Transverse aortic constriction in mice. J Vis Exp. , e1729 (2010).
- Schaefer, A., et al. A New Animal Model for Investigation of Mechanical Unloading in Hypertrophic and Failing Hearts: Combination of Transverse Aortic Constriction and Heterotopic Heart Transplantation. PLoS One. 11, e0148259 (2016).
- Rodriguez-Iturbe, B., Quiroz, Y., Kim, C. H., Vaziri, N. D. Hypertension induced by aortic coarctation above the renal arteries is associated with immune cell infiltration of the kidneys. Am J Hypertens. 18, 1449-1456 (2005).
- Ku, H. C., Lee, S. Y., Yang, K. C., Kuo, Y. H., Su, M. J. Modification of Caffeic Acid with Pyrrolidine Enhances Antioxidant Ability by Activating AKT/HO-1 Pathway in Heart. PLoS One. 11, e0148545 (2016).
- Bovill, J. G. Intravenous anesthesia for the patient with left ventricular dysfunction. Semin Cardiothorac Vasc Anesth. 10, 43-48 (2006).
- Inoko, M., Kihara, Y., Morii, I., Fujiwara, H., Sasayama, S. Transition from compensatory hypertrophy to dilated, failing left ventricles in Dahl salt-sensitive rats. Am J Physiol. 267, H2471-H2482 (1994).
- Heyen, J. R., et al. Structural, functional, and molecular characterization of the SHHF model of heart failure. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 283, H1775-H1784 (2002).
