Summary

Ein Wiederherstellungsmodell kardiopulmonalen Bypass ohne Transfusion oder inotrope Substanzen bei Ratten

Published: March 23, 2018
doi:

Summary

Hier präsentieren wir ein Protokoll, um ein einfaches Wiederherstellungsmodell der kardiopulmonalen Bypass ohne Transfusion oder inotrope Agenten in eine Ratte zu beschreiben. Dieses Modell ermöglicht die Untersuchung der langfristigen mehrere Orgel Folgeerscheinungen von kardiopulmonalen Bypass.

Abstract

Herz-Lungen-Bypass (CPB) ist unverzichtbar in der kardiovaskulären Chirurgie. Trotz der dramatischen Verfeinerung der CPB Technik und Geräte, Multi-Organ Komplikationen im Zusammenhang mit längerer CPB noch beeinträchtigen das Ergebnis des Herz-Kreislauf-Operationen und verschlechtern postoperativen Morbidität und Mortalität. Tiermodellen Rekapitulation der klinischen Einsatz von CPB ermöglichen die Klärung der pathophysiologischen Prozesse, die bei CPB auftreten und prä-klinischen Studien zur Entwicklung von Strategien zum Schutz vor diesen Komplikationen erleichtern. Ratte CPB Modelle sind aufgrund ihrer mehr Wirtschaftlichkeit, komfortable Versuchsabläufe, reichlich Testmethoden an den genetischen oder Proteingehalte und genetische Konsistenz vorteilhaft. Sie sind einsetzbar für die Untersuchung von der Aktivierung des Immunsystems und die Synthese von proinflammatorischen Zytokinen, Kompliment-Aktivierung und Produktion von freien Sauerstoffradikalen. Die Ratte-Modelle wurden verfeinert und haben allmählich an die Stelle der großen Tiermodelle. Hier beschreiben wir ein einfaches CPB-Modell ohne Transfusion und/oder inotrope Agenten in eine Ratte. Das Wiederherstellungsmodell ermöglicht der Untersuchung der langfristigen mehrere Orgel Folgeerscheinungen von CPB.

Introduction

1953 Dr. John H. Gibbon Jr. erfolgreich die erste Herzchirurgie mit CPB1durchgeführt, und es wurde nachträglich eine wesentliche Modalität in der kardiovaskulären Chirurgie. Während die Techniken und Geräte erheblich verfeinert wurden, Multi-Organ Komplikationen im Zusammenhang mit CPB noch beeinträchtigen das Ergebnis des Herz-Kreislauf-Operationen, und postoperative Morbidität und Mortalität2beeinträchtigen. CPB-bezogene Organschäden verursacht durch Aktivierung des Immunsystems und Synthese von proinflammatorischen Zytokinen, Kompliment-Aktivierung und Produktion von Sauerstoff freie Radikale2. Die Pathophysiologie, hat jedoch nicht vollständig aufgeklärt.

Rekapitulation der klinischen Einsatz von CPB Tiermodellen ermöglichen die Klärung der pathophysiologischen Prozesse während und nach der CPB; Dadurch können prä-klinischen Studien bei der Entwicklung von Strategien, um diese Komplikationen zu vermeiden. Seit Popovic Et Al. zunächst berichtete einem Rattenmodell CPB in 19673, Ratte CPB Modelle wurden verfeinert und haben allmählich an die Stelle der großen Tiermodelle durch höhere Wirtschaftlichkeit, komfortable Versuchsabläufe und eine Vielzahl von Testmethoden in genetische und Protein-Ebene. Darüber hinaus können Inzucht Ratten genetisch identische, Verringerung der möglichen biologischen Vorurteile sein.

Fabre Et Al. ein Wiederherstellungsmodell, die der Untersuchung der langfristigen mehrere Orgel Folgeerscheinungen von CPB4 erlaubtgegründet. Die Vorteile dieses einfachen Überleben-Modells sind die Flexibilität (CPB Durchfluss und Dauer), stabile Lebenszustand und Reproduzierbarkeit bei systemischen Entzündungen. Ratte-CPB-Modelle sind entscheidend für die Untersuchung der therapeutischen Strategien, die darauf abzielen, Multi-Organ Verletzungen während der CPB5, geworden und verschiedene Modelle zur Simulation der klinischen Situationen während der CPB vor kurzem entwickelt worden. De Lange Et Al. ein Herzstillstand Modell entwickelt, die verwendet werden können, um die enzymatischen, genetischen und histologischen Antworten in Bezug auf Myokard-Schädigung7zu charakterisieren. Peters Et Al. Myokardinfarkt und kontrollierte Reperfusion mit einem miniaturisierten CPB Modell analysieren Herz Dysfunktion durch die fokale Ischämie und Reperfusion Verletzungen8angeordnet. Jungwirth Et Al. gegründet ein tief hypothermen Herz-Kreislauf-Verhaftung (DHCA) Modell, das die globale Ischämie und Reperfusion Verletzungen durch DHCA und unterstützt mögliche neuroprotektive Strategien6erläutern kann. Studien mit DHCA untersuchen den Einfluss von Hypothermie, Reperfusion und/oder Hämolyse ausgelöst Signalisierung Veranstaltungen9. Tiefe Hypothermie kann Einfluss auf die Aktivierung und Inaktivierung verschiedener Enzyme und Wege und Mechanismen bleiben unbekannt10. Auf der anderen Seite Herzstillstand Modelle oder Herzen Ischämie anzuwenden, Ischämie und Reperfusion Herz Verletzungen zu untersuchen. Diese Ratte CPB-Modelle, die sehr menschlichen CPB rekapitulieren können pathologische Prozesse im Zusammenhang mit CPB zu offenbaren und CPB-bedingte Komplikationen verringern.

Dieses Protokoll zeigt ein einfaches CPB-Modell ohne Transfusion oder inotrope Agenten in eine Ratte. Dieses Modell ermöglicht die Untersuchung der langfristigen mehrere Orgel Folgeerscheinungen von CPB.

Protocol

Vor dem Experiment sollten alle Ratten eine Woche gegeben werden zu akklimatisieren. Alle chirurgischen Eingriffe an Tieren sollte gemäß dem Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren (www.nap.edu/catalog/5140.html) oder anderen entsprechenden ethischen Richtlinien erfolgen. Protokolle zu genehmigen des Tierschutz-Ausschusses bei der entsprechenden Institution, bevor Sie fortfahren. Alle nachfolgenden Verfahren müssen unter aseptischen Bedingungen durchgeführt werden. 1. Vorber…

Representative Results

Abbildung 1 zeigt die gesamte CPB-Schaltung. Die physiologischen Variablen in diesem Modell sind in Abbildung 2gezeigte und Rektaltemperatur gehören, meine arteriellen Blutdruck und die Herzfrequenz. Abbildung 3 zeigt die arterielle Blut Gasanalysen während CPB, einschließlich der arterielle Sauerstoff-Partialdruck, Partialdruck des arteriellen Kohlendioxid, Hämatokrit, Basenabweichung, Serum Aus…

Discussion

In diesem Modell Ratte CPB Serum und Lunge Ausdruck Niveaus von inflammatorischen Zytokinen und HMGB-1, einen wichtigen Transkriptionsfaktor reguliert die Entzündungsreaktionen drastisch erhöht nach CPB. Bisherige klinische Studien zeigten, dass die Serum-Sekretion von HMGB-1-Ebene ist bei Patienten mit kardiovaskulären Chirurgie11erhöht, und der Spitzenpegel Serum HMGB-1 bei CPB mit schwerer systemischer Entzündungsreaktion-Syndrom war und Lunge Sauerstoffversorgung Wertminderung nach CPB<su…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Anerkennung erstreckt sich auf Dr. T. Taki und Dr. M. Funamoto für ihre technische Unterstützung.

Materials

Rodent Ventilator 7025 Ugo Basile 7025 Ventilator
OxiQuant B ENVITEC 46-00-0023 Oxygen Sensor
CMA 450 Temperature Controller CMA 8003759 Temperature Controller
CMA 450 Heating Pad CMA 8003763
CMA 450 Rectal Probe CMA 8003761
DIN(8) to Disposable BP Transducer ADInstruments MLAC06
Disposable BP Transducer ADInstruments MLT0670
IX-214 Data Recorder iWorx Systems IWX-214 amplifier
LabScribe software iWorx Systems software
Roller pump Furue Science Model RP-VT pump
Happy Cath Medikit EB 19G 4HCLs PP 17-gauge multiorifice angiocatheter
SURFLO ETFE I.V. Catheter Terumo SR-OX2419CA 24-gauge angiocatheter
Oxygenator Mera HPO-002
CPB circuit Mera custom-made
Hespander fluid solution Fresenius Kabi 3319547A4035 Hydroxyethyl starch

Riferimenti

  1. Gibbon, J. H. Application of a mechanical heart and lung apparatus to cardiac surgery. Minn Med. 37 (3), 171-185 (1954).
  2. Apostolakis, E., Filos, K. S., Koletsis, E., Dougenis, D. Lung dysfunction following cardiopulmonary bypass. J Cardiac Surg. 25 (1), 47-55 (2010).
  3. Popovic, P., Horecky, J., Popovic, V. P. Instrumental responses in rats after hypothermic cardiopulmonary by-pass. P Soc Exp Biol Med. 126 (1), 225-228 (1967).
  4. Fabre, O., et al. A recovery model of partial cardiopulmonary bypass in the rat. Perfusion. 16 (3), 215-220 (2001).
  5. Hirao, S., Masumoto, H., Minatoya, K. Rat cardiopulmonary bypass models to Investigate multi-organ injury. Clin Surg. 2, 1-6 (2017).
  6. Jungwirth, B., et al. Neurologic outcome after cardiopulmonary bypass with deep hypothermic circulatory arrest in rats: description of a new model. J Thorac Cardiov Sur. 131 (4), 805-812 (2006).
  7. de Lange, F., Yoshitani, K., Podgoreanu, M. V., Grocott, H. P., Mackensen, G. B. A novel survival model of cardioplegic arrest and cardiopulmonary bypass in rats: a methodology paper. J Cardiothorac Surg. 3, 51 (2008).
  8. Peters, S., et al. An experimental model of myocardial infarction and controlled reperfusion using a miniaturized cardiopulmonary bypass in rats. Interact Cardiovasc Th. 19 (4), 561-564 (2014).
  9. Engels, M., et al. A cardiopulmonary bypass with deep hypothermic circulatory arrest rat model for the investigation of the systemic inflammation response and induced organ damage. J Inflamm. 11 (26), (2014).
  10. Pinto, A., et al. The extracellular isoform of superoxide dismutase has a significant impact on cardiovascular ischaemia and reperfusion injury during cardiopulmonary bypass. Eur J Cardio-Thorac. 50 (6), 1035-1044 (2016).
  11. Zhang, Z., Wu, Y., Zhao, Y., Xiao, X., Liu, J., Zhou, X. Dynamic changes in HMGB1 levels correlate with inflammatory responses during cardiopulmonary bypass. Exp Ther Med. 5 (5), 1523-1527 (2013).
  12. Kohno, T., et al. Impact of serum high-mobility group box 1 protein elevation on oxygenation impairment after thoracic aortic aneurysm repair. Heart Vessels. 26 (3), 306-312 (2011).
  13. Tseng, C. C., et al. Impact of serum biomarkers and clinical factors on intensive care unit mortality and 6-month outcome in relatively healthy patients with severe pneumonia and acute respiratory distress syndrome. Dis Markers. 2014, (2014).
  14. Paparella, D., Yau, T. M., Young, E. Cardiopulmonary bypass induced inflammation: pathophysiology and treatment. An update. Eur J Cardio-Thorac. 21 (2), 232-244 (2002).
  15. Hirao, S., et al. Recombinant human soluble thrombomodulin prevents acute lung injury in a rat cardiopulmonary bypass model. J Thorac Cardiov Sur. , (2017).
  16. Yamazaki, S., Inamori, S., Nakatani, T., Suga, M. Activated protein C attenuates cardiopulmonary bypass-induced acute lung injury through the regulation of neutrophil activation. J Thorac Cardiov Sur. 141 (5), 1246-1252 (2011).
  17. Wang, C. T., Zhang, L., Wu, H. W., Wei, L., Xu, B., Li, D. M. Doxycycline attenuates acute lung injury following cardiopulmonary bypass: involvement of matrix metalloproteinases. Int J Clin Exp Patho. 7 (11), 7460-7468 (2014).
  18. Liu, K., et al. Curcumin attenuates cardiopulmonary bypass-induced lung oxidative damage in rats. J Cardiovasc Pharm T. 17 (4), 395-402 (2012).
  19. Taki, T., et al. Fetal mesenchymal stem cells ameliorate acute lung injury in a rat cardiopulmonary bypass model. J Thorac Cardiov S. 153 (3), 726-734 (2017).
  20. Zhu, X., et al. Establishment of a novel rat model without blood priming during normothermic cardiopulmonary bypass. Perfusion. 29, 63-69 (2014).
  21. Inoue, K., et al. Deep anesthesia worsens outcome of rats with inflammatory responses. Inflamm Res. 65 (7), 563-571 (2016).
  22. Bradfield, J. F., Schachtman, T. R., McLaughlin, R. M., Steffen, E. K. Behavioral and physiologic effects of inapparent wound infection in rats. Lab Anim Sci. 42 (6), 572-578 (1992).
check_url/it/56986?article_type=t

Play Video

Citazione di questo articolo
Hirao, S., Masumoto, H., Itonaga, T., Minatoya, K. A Recovery Cardiopulmonary Bypass Model Without Transfusion or Inotropic Agents in Rats. J. Vis. Exp. (133), e56986, doi:10.3791/56986 (2018).

View Video