Långsiktig kontinuerlig mätning av njurblodflödet hos medvetna råttor
Summary
Detta protokoll beskriver en långsiktig kontinuerlig mätning av njurblodflödet hos medvetna råttor och samtidigt registrering av blodtryck med implanterade katetrar (vätskefyllda eller genom telemetri).
Abstract
Njurarna spelar en avgörande roll för att upprätthålla homeostas av kroppsvätskor. Regleringen av njurblodflödet (RBF) är avgörande för de vitala funktionerna för filtrering och metabolism i njurfunktionen. Många akuta studier har utförts på bedövade djur för att mäta RBF under olika förhållanden för att bestämma mekanismer som är ansvariga för regleringen av njurperfusion. Av tekniska skäl har det dock inte varit möjligt att mäta RBF kontinuerligt (24 h/dag) hos ohämmade oestetiserade råttor under längre perioder. Dessa metoder möjliggör kontinuerlig bestämning av RBF under många veckor samtidigt som blodtrycket (BP) registreras med implanterade katetrar (vätskefyllda eller genom telemetri). RBF-övervakning utförs med råttor placerade i en cirkulär servokontrollerad råttbur som möjliggör råttans ohämmade rörelse under hela studien. Samtidigt förhindras trassel av kablar från flödessonden och arteriella katetrar. Råttor är först instrumenterade med en ultraljud flöde sond placering på vänster njurartär och en arteriell kateter implanteras i den högra lårbensartären. Dessa dirigeras subkutant till nacken och ansluts till flödesmätaren respektive tryckgivaren för att mäta RBF och BP. Efter kirurgisk implantation placeras råttor omedelbart i buret för att återhämta sig i minst en vecka och stabilisera ultraljudssondinspelningarna. Urinuppsamling är också möjlig i detta system. De kirurgiska och postkirurgiska ingreppen för kontinuerlig övervakning demonstreras i detta protokoll.
Introduction
Njurarna är bara 0,5% av kroppsvikten men rika på blodflödet och får 20%-25% av den totala hjärtminutvolymen1. Regleringen av njurblodflödet (RBF) är central för njurfunktion, kroppsvätska och elektrolythomeostas. Betydelsen av blodflödesreglering för njuren illustreras fint av den betydande ökningen av RBF i den återstående njuren efter ensidig nefrektomi 2,3,4 och av minskningarna av RBF som uppstår vid njursvikt 5,6,7. Huruvida sådana förändringar i RBF inträffar som svar på förändringar i njurfunktionen eller en minskning av funktionen på grund av minskning av RBF har varit utmanande att fastställa hos sövda kirurgiskt beredda djur eller människor. Tidsstudier krävs där händelserna kan bestämmas före och efter en definierad förändring och observeras hos samma djur under händelseförloppet. I djur- och humanstudierna har RBF uppskattats indirekt genom clearance av para-amino hippurinsyra (PAH)8,9,10 och på senare tid genom avbildningstekniker som ultraljud9,11,12, MRI4,13 och PET-CT 14,15 som ger användbara ögonblicksbilder av varje njure och som kan följa sjukdomsprogressionen. Det är utmanande att utvärdera RBF hos små djur genom ultraljud eller MR-skanningar utan anestesi. Det har varit omöjligt att kontinuerligt mäta RBF under medvetna förhållanden hos samma råtta under längre perioder.
Detta protokoll utvecklade därför tekniker som möjliggör samtidiga kontinuerliga 24 h/dag mätningar av RBF, vilket har kombinerats med kontinuerliga blodtrycksmätningsmetoder för fritt rörliga råttor som beskrivits tidigare 16,17,18,19,20,21 . Denna teknik möjliggör tidsmässig utvärdering av RBF i olika modeller av råttor för att studera orsakseffektrelationer vid olika njursjukdomar i framtiden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Det nuvarande protokollet beskriver en teknik som använder kommersiellt tillgänglig instrumentering för att registrera RBF och arteriellt tryck kontinuerligt under många veckor. Dessutom kan urin samlas in med hjälp av den anordning som beskrivs i steg 1.1. Det kan också användas för att utvärdera metaboliter i urinen och, när en arteriell kateter implanteras, blodprovtagning för analys.
Traditionellt har RBF-mätningar erhållits akut hos kirurgiskt beredda bedövade djur eller upp…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna studie stöddes av bidrag för vetenskaplig forskning (P01 HL116264, RO1 HL137748). Författarna vill tacka Theresa Kurth för hennes råd och hjälp med att upprätthålla den experimentella miljön som labbchef.
Materials
| 1RB probe | Transonic | 1RB | ultrasonic flow probe |
| Betadine | Avrio Health | povidone-iodine | |
| Buprenorphine SR-LAB | ZooPharm | Buprenorphine | |
| Cefazolin | APOTEX | NDC 60505 | Cefazolin |
| Crile Hemostats | Fine Surgical Instruments | 13004-14 | Hemostats for blunt dissection |
| Isoflurane | Piramal | NDC 66794 | Isoflurane |
| Medium Clear PVC cement | Oatey | PVC cement | |
| Mersilene polyester fiber mesh | Ethicon | polyester fiber mesh | |
| MetriCide28 | Metrex | SKU 10-2805 | 2.5% glutaraldehyde |
| Micro-Renathane 0.025 x 0.012 | Braintree Scientific | MRE 025 | use for catheter |
| MINI HYPE-WIPE | Current Technologies | #9803 | 1% sodium hypochlorite |
| Oatey Medium Clear PVC Cement | Oatey | #31018 | PVC cement |
| PHD2000 syringe pump | Harvard apparatus | 71-2000 | syringe pump |
| Ponemah software | DSI | recording software | |
| Precision 3630 Tower | Dell | Computer for recording | |
| Raturn Stand-Alone System | BASi | MD-1407 | a movement response caging system |
| RenaPulse High Fidelity Pressure Tubing 0.040 x 0.025 | Braintree Scientific | RPT 040 | use for catheter |
| Silicone cuff | Transonic | AAPC102 | skin button |
| Surgical lubricant sterile bacteriostatic | Fougera | 0168-0205-36 | gell for flow probe |
| Tergazyme | Alconox | protease contained anionic detergent | |
| TS420 Perivascular Flow Module | Transonic | TS420 | perivascular flow module |
| Vetbond | 3M | 1469SB | tissue adhesive |
| WinDaq software | DATAQ | recording software |
References
- Chonchol, M., Smogorzewski, M., Stubbs, J., Yu, A. . Brenner & Rector’s The Kidney. 11, (2019).
- Chen, J. -. K., et al. Phosphatidylinositol 3-kinase signaling determines kidney size. Journal of Clinical Investigation. 125 (6), 2429-2444 (2015).
- Sigmon, D. H., Gonzalez-Feldman, E., Cavasin, M. A., Potter, D. L., Beierwaltes, W. H. Role of nitric oxide in the renal hemodynamic response to unilateral nephrectomy. Journal of the American Society of Nephrology. 15 (6), 1413-1420 (2004).
- Romero, C. A., et al. Noninvasive measurement of renal blood flow by magnetic resonance imaging in rats. American Journal of Physiology-Renal Physiology. 314 (1), 99-106 (2018).
- Basile, D. P., Anderson, M. D., Sutton, T. A. Pathophysiology of acute kidney injury. Comprehensive Physiology. 2 (2), 1303-1353 (2012).
- Regan, M. C., Young, L. S., Geraghty, J., Fitzpatrick, J. M. Regional renal blood flow in normal and disease states. Urological Research. 23 (1), 1-10 (1995).
- Ter Wee, P. M. Effects of calcium antagonists on renal hemodynamics and progression of nondiabetic chronic renal disease. Archives of Internal Medicine. 154 (11), 1185 (1994).
- Mazze, R. I., Cousins, M. J., Barr, G. A. Renal effects and metabolism of isoflurane in man. Anesthesiology. 40 (6), 536-542 (1974).
- Corrigan, G., et al. PAH extraction and estimation of plasma flow in human postischemic acute renal failure. American Journal of Physiology-Renal Physiology. 277 (2), 312-318 (1999).
- Laroute, V., Lefebvre, H. P., Costes, G., Toutain, P. -. L. Measurement of glomerular filtration rate and effective renal plasma flow in the conscious beagle dog by single intravenous bolus of iohexol and p-aminohippuric acid. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 41 (1), 17-25 (1999).
- Wei, K., et al. Quantification of renal blood flow with contrast-enhanced ultrasound. Journal of the American College of Cardiology. 37 (4), 1135-1140 (2001).
- Cao, W., et al. Contrast-enhanced ultrasound for assessing renal perfusion impairment and predicting acute kidney injury to chronic kidney disease progression. Antioxidants & Redox Signaling. 27 (17), 1397-1411 (2017).
- Markl, M., Frydrychowicz, A., Kozerke, S., Hope, M., Wieben, O. 4D flow MRI. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 36 (5), 1015-1036 (2012).
- Juillard, L., et al. Dynamic renal blood flow measurement by positron emission tomography in patients with CRF. American Journal of Kidney Diseases. 40 (5), 947-954 (2002).
- Juárez-Orozco, L. E., et al. Imaging of cardiac and renal perfusion in a rat model with 13N-NH3 micro-PET. The International Journal of Cardiovascular Imaging. 31 (1), 213-219 (2015).
- Mori, T., Cowley, A. W. Role of pressure in angiotensin II-induced renal injury. Hypertension. 43 (4), 752-759 (2004).
- Mori, T., et al. High perfusion pressure accelerates renal injury in salt-sensitive hypertension. Journal of the American Society of Nephrology. 19 (8), 1472-1482 (2008).
- Polichnowski, A. J., Cowley, A. W. Pressure-induced renal injury in angiotensin II versus norepinephrine-induced hypertensive rats. Hypertension. 54 (6), 1269-1277 (2009).
- Polichnowski, A. J., Jin, C., Yang, C., Cowley, A. W. Role of renal perfusion pressure versus angiotensin II renal oxidative stress in angiotensin II-induced hypertensive rats. Hypertension. 55 (6), 1425-1430 (2010).
- Evans, L. C., et al. Increased perfusion pressure drives renal T-cell infiltration in the dahl salt-sensitive rat. Hypertension. 70 (3), 543-551 (2017).
- Shimada, S., et al. Renal perfusion pressure determines infiltration of leukocytes in the kidney of rats with angiotensin II-induced hypertension. Hypertension. 76 (3), 849-858 (2020).
- Cousins, M. J., Mazze, R. I. Anaesthesia, surgery and renal function: Immediate and delayed effects. Anaesthesia and Intensive Care. 1 (5), 355-373 (1973).
- Cousins, M. J., Skowronski, G., Plummer, J. L. Anaesthesia and the kidney. Anaesthesia and Intensive Care. 11 (4), 292-320 (1983).
- Schiffer, T. A., Christensen, M., Gustafsson, H., Palm, F. The effect of inactin on kidney mitochondrial function and production of reactive oxygen species. PLOS ONE. 13 (11), 0207728 (2018).
- Evans, R. G., et al. Chronic renal blood flow measurement in dogs by transit-time ultrasound flowmetry. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 38 (1), 33-39 (1997).
- Bell, T. D., DiBona, G. F., Biemiller, R., Brands, M. W. Continuously measured renal blood flow does not increase in diabetes if nitric oxide synthesis is blocked. American Journal of Physiology-Renal Physiology. 295 (5), 1449-1456 (2008).
