En återhämtning hjärt Bypass modell utan Transfusion eller inotropa medel hos råttor
Summary
Här presenterar vi ett protokoll för att beskriva en enkel återställning hjärt bypass modell utan transfusion eller inotropa medel i en råtta. Denna modell tillåter studier av den långsiktiga flera orgel följdtillstånd av hjärt bypass.
Abstract
Cardiopulmonary bypass (CPB) är oumbärlig i hjärt-och kärlkirurgi. Trots den dramatiska förfiningen av CPB teknik och enheter, flera organ komplikationer relaterade till långvarig CPB fortfarande äventyra resultatet av kardiovaskulära operationer och kan förvärra postoperativ morbiditet och mortalitet. Djurmodeller går igenom den kliniska användningen av CPB aktivera klargörandet av de patofysiologiska processer som inträffar under CPB och underlätta prekliniska studier för att utveckla strategier för att skydda mot dessa komplikationer. Rat CPB modeller är fördelaktigt på grund av deras större kostnadseffektivitet, praktiskt experimentella processer, riklig testmetoder på den genetiska eller proteinnivåer och genetisk enhetlighet. De kan användas för att utreda immunförsvaret aktivering och syntes av proinflammatoriska cytokiner, komplimang aktivering och produktion av fria syreradikaler. Råtta modellerna har förfinats och har gradvis tagit plats i stora djurbaserade modeller. Här, beskriver vi en enkel CPB modell utan transfusion eller inotropa agenter i en råtta. Detta återställningsmodellen tillåter studier av den långsiktiga flera orgel följdtillstånd av CPB.
Introduction
1953, Dr. John H. Gibbon Jr genomfört den första hjärtkirurgi använder CPB1, och därefter blev det en nödvändiga modaliteten i hjärt-och kärlkirurgi. De tekniker och enheter har förfinats dramatiskt, flera organ komplikationer relaterade till CPB fortfarande äventyra resultatet av kardiovaskulära operationer medan kan påverka postoperativ morbiditet och mortalitet2. CPB-relaterade organskada orsakas av immunsystemets aktivering och syntes av proinflammatoriska cytokiner, komplimang aktivering och produktion av syre fria radikaler2. Dess patofysiologi, dock är inte helt klarlagd.
Djurmodeller går igenom den kliniska användningen av CPB aktivera klargörandet av de patofysiologiska processerna under och efter CPB; Detta kan underlätta prekliniska studier i utveckla strategier för att undvika dessa komplikationer. Sedan Popovic et al. först rapporterades en råtta CPB modell 19673, råtta CPB modeller har förfinats och har gradvis tagit plats i stora djurbaserade modeller på grund av större kostnadseffektivitet, praktiskt experimentella processer och en uppsjö av testmetoder i genetiska och proteinnivåer. Dessutom, kan inavlade råttor vara genetiskt identiska, minska möjliga biologiska fördomar.
Fabre et al. först etablerade en Återställningsmodell som tillät att studera de långsiktiga flera orgel följdtillstånd av CPB4. Fördelarna med denna enkla överlevnad modell är den flexibilitet (CPB flöde och varaktighet), stabila förutsättning och reproducerbarhet i systemisk inflammation. Rat CPB modeller har blivit avgörande för utredning av terapeutiska strategier som syftar till att förhindra att flera organ skada under CPB5, och olika modeller för att simulera de kliniska situationerna under CPB har nyligen utvecklats. De Lange et al. utvecklat ett hjärtstillestånd modell, som kan användas för att karaktärisera de enzymatiska, genetiska och histologiska svar relaterade till myokardskada7. Peters et al. ordnade hjärtinfarkt och kontrollerad reperfusion med en miniatyriserade CPB-modell för att analysera hjärtat disfunction genom fokal ischemi och reperfusion skada8. Jungwirth et al. först etablerade en djup hypotermi cirkulatorisk arrest (DHCA) modell, som kan belysa den globala ischemi och reperfusion skadan av DHCA och stöder potentiella neuroprotektiva strategier6. Studier med DHCA undersöka påverkan av hypotermi, reperfusion eller hemolys-utlöst signalering händelser9. Djup hypotermi kan påverka aktivering och inaktivering av olika enzymer och spridningsvägar och mekanismerna förbli okänd10. Däremot, måste hjärtstillestånd modeller eller hjärtat ischemi modeller användas för att undersöka ischemi och reperfusion hjärt-skada. Dessa olika råtta CPB modeller som mycket recapitulate mänskliga CPB kan avslöja patologiska processer relaterade till CPB och bidra till att lindra CPB-relaterade komplikationer.
Detta protokoll visar en enkel CPB modell utan transfusion eller inotropa medel i en råtta. Denna modell tillåter för att studera långsiktiga flera orgel följdtillstånd av CPB.
Protocol
Representative Results
Discussion
I denna råtta CPB modell, serum och lung uttrycksnivåerna av inflammatoriska cytokiner och HMGB-1, en nyckel transkriptionsfaktor som reglerar inflammatoriska svar, dramatiskt ökat efter CPB. Tidigare kliniska studier visade att serum utsöndringen av HMGB-1 nivå är förhöjd hos patienter som genomgår kardiovaskulär kirurgi11och peak serum HMGB-1 nivån under CPB var förknippade med mer allvarlig systemisk inflammatorisk reaktion syndrom och lung syresättning nedskrivningar efter CPB<sup…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Uppskattning förlängs till Dr. T. Taki och Dr. M. Funamoto för deras tekniska support.
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
- Gibbon, J. H. Application of a mechanical heart and lung apparatus to cardiac surgery. Minn Med. 37 (3), 171-185 (1954).
- Apostolakis, E., Filos, K. S., Koletsis, E., Dougenis, D. Lung dysfunction following cardiopulmonary bypass. J Cardiac Surg. 25 (1), 47-55 (2010).
- 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).
- Fabre, O., et al. A recovery model of partial cardiopulmonary bypass in the rat. Perfusion. 16 (3), 215-220 (2001).
- Hirao, S., Masumoto, H., Minatoya, K. Rat cardiopulmonary bypass models to Investigate multi-organ injury. Clin Surg. 2, 1-6 (2017).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Hirao, S., et al. Recombinant human soluble thrombomodulin prevents acute lung injury in a rat cardiopulmonary bypass model. J Thorac Cardiov Sur. , (2017).
- 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).
- 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).
- Liu, K., et al. Curcumin attenuates cardiopulmonary bypass-induced lung oxidative damage in rats. J Cardiovasc Pharm T. 17 (4), 395-402 (2012).
- 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).
- Zhu, X., et al. Establishment of a novel rat model without blood priming during normothermic cardiopulmonary bypass. Perfusion. 29, 63-69 (2014).
- Inoue, K., et al. Deep anesthesia worsens outcome of rats with inflammatory responses. Inflamm Res. 65 (7), 563-571 (2016).
- 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).
