Myokardiell ischemi-reperfusionsmodell av råtthjärta förbättras genom att använda en självtillverkad retraktor, polyvinylkloridrör och en unik knutmetod. Elektrokardiogram, trifenyltetrazoliumklorid och histologisk färgning samt resultat från procentöverlevnadsanalys visade att den förbättrade modellgruppen har högre framgång och överlevnad än den redan existerande modellgruppen.
Myokardiell ischemi och reperfusionsskada (MIRI), inducerad av kranskärlssjukdom (CHD), orsakar skador på kardiomyocyterna. Dessutom tyder bevis på att trombolytisk behandling eller primär perkutan koronarintervention (PPCI) inte förhindrar reperfusionsskada. Det finns fortfarande ingen idealisk djurmodell för MIRI. Denna studie syftar till att förbättra MIRI-modellen hos råttor för att göra operationen enklare och mer genomförbar. En unik metod för att etablera MIRI utvecklas genom att använda ett mjukt rör under ett viktigt steg i den ischemiska perioden. För att utforska denna metod delades trettio råttor slumpmässigt in i tre grupper: bluffgrupp (n = 10); experimentell modellgrupp (n = 10); och befintlig modellgrupp (n = 10). Fynd av trifenyltetrazoliumkloridfärgning, elektrokardiografi och procentuell överlevnad jämförs för att bestämma noggrannheten och överlevnadsgraden för operationerna. Baserat på studieresultaten har man kommit fram till att den förbättrade kirurgimetoden är associerad med en högre överlevnad, förhöjt ST-T-segment och större infarktstorlek, vilket förväntas efterlikna patologin för MIRI bättre.
Ischemisk hjärtsjukdom är den främsta orsaken till dödlighet över hela världen. Kardiovaskulär dödlighet har en avgörande roll för folkhälsan och epidemiologin globalt1. Myokardiell ischemi och reperfusionsskada spelar viktiga funktioner vid ischemisk hjärtsjukdom, som hänvisar till en komplex patofysiologisk process som inkluderar utarmning av adenosintrifosfat2, överdriven generering av reaktiva syrearter3, inflammatoriska reaktioner4 och mitokondriell dysfunktion på grund av kalciumöverbelastning5, vilket utlöser akut hjärtinfarkt via metabolisk dysfunktion och strukturell skada6.
De detaljerade mekanismerna bakom myokardiell ischemi och reperfusionsskada (MIRI) är dock fortfarande okända. Detta arbete syftar till att utveckla en unik djurmodell som på ett adekvat sätt simulerar den kliniska presentationen och behandlingen av MIRI. Annars, i processen med MIRI-modellforskning, kräver stora djur7 (som grisar) interventionell kirurgi, vilket är dyrt. Små djur (som kaniner8, möss 9,10,11,12 och råttor13) kräver känslig kirurgi under mikroskopi10, fjärrstyrda saccules 8,11 eller klämma hjärtat ut ur hålrummet9, vilket kräver en hög tekniknivå och kan orsaka flera postoperativa komplikationer som stör noggrannheten i fynden. En idealisk MIRI-modell med högre överlevnad och lägre kostnad kommer att spela en avgörande roll i patologisk forskning.
Denna studie syftade till att bekämpa dessa problem genom att etablera en mer tillgänglig och genomförbar modell av MIRI hos råttor för att underlätta forskningen om patologin för MIRI, vilket kan leda till upptäckten av kliniska terapier för MIRI.
Huvudskillnaden mellan de redan befintliga och förbättrade metoderna var användningen av PVC-rör i ligeringsprocessen. I den befintliga kirurgimetoden ligerades myokardvävnaden endast med 6-0 silkesutur, vilket inducerade skador på myokardiet under ligering vilket resulterade i intraoperativ död. Dessutom skulle hjärtats pulsering lossa slipknoten. Däremot, i den förbättrade metoden med PVC-röret, kunde slipknoten placerad i rörets spår dras åt och myokardiets yta som påverkas av ligering ökade. Dessa fördelar observerades under experimentproceduren och bekräftades av TTC-färgningen och procentöverlevnadsfynden.
Det kritiska steget i den förbättrade kirurgimetoden var att placera det mjuka röret på den proximala LAD-kransartären, åtföljd av nerver, lymfkärl och myokardvävnad under ligering under den ischemiska perioden. Detta förberedda mjuka rör kan fungera som en kudde som skyddar de perifera vävnaderna (nerver, myokardi och lymfkärl) och minskar dödligheten under kranskärlsligering. Operationen som utfördes med den redan befintliga metoden liknade operationen för hjärtinfarkt. De procentuella överlevnadsresultaten indikerade att råttor i den befintliga modellgruppen huvudsakligen dog under den ischemiska perioden (två råttor dog vid 2 min efter ligering och två råttor dog vid 45 min efter ligering). Annars är de bakomliggande dödsorsakerna fortfarande oklara, och det finns en rad hypoteser, inklusive ytterligare skador på nervstrukturerna23, lymfkärl och myokardi.
När det gäller nervskador har tidigare studier visat att under den ischemiska perioden i djurmodellen, förutom de direkta lokala effekterna av ischemi på nervstrukturerna, finns det förmodligen också en signifikant minskning av neuropeptid Y (NPY) nivåer som bidrar till störningar i axoplasmatisk transport i den sympatiska innervationen24. Detta resultat överensstämmer med resultat som rapporterats av Han et al.25, som avslöjade att ett gradvis försvinnande av NPY inträffade inom det infarkterade myokardiet efter ligering av LAD-kransartären hos råttor. Npys roll i detta sammanhang är dock fortfarande oklar. Dess radering dämpar hjärtdysfunktion och apoptos under akut hjärtinfarkt26 och är associerad med arytmi27, högt blodtryck och koronar mikrovaskulär funktion28.
Dessutom inträffade negativ obstruktion av hjärtlymfflödet under den ischemiska perioden, vilket ledde till allvarligt hjärtödem, vänster dysfunktion och blödningar29, vilket kan vara en annan dödsorsak hos råttor. Under denna patologiska process kan ligaturen hos LAD-kransartären hänföras till obstruktion av kranskärl eller hjärtlymfatisk transport inom infarktområdet, vilket kan orsaka ytterligare komplikationer, såsom negativ ombyggnad av epikardiell samlarlymfatika, minskat lymfflöde och ihållande ödem30.
Därför spelar cirkulationen i lymfkärl en funktionell roll i hjärthomeostas31 och sårläkning32, och de procentuella överlevnadsresultaten i denna studie tyder på att det förbättrade MIRI-kirurgiska ingreppet kan undvika lymfatisk skada och främja lymfatisk reperfusion genom att placera det mjuka röret på LAD-kransartären under ligaturen. I jämförelse är den befintliga kirurgimetoden mer benägna att riva hjärtmuskeln och orsaka en massiv blödning under ligering av LAD-kransartären, utan den dämpande effekten av det mjuka röret. Dessutom var den förberedda mjuka rördiametern mycket större än 6-0-silkesuturen, och röret kan ha dragit ihop sig och inducerat en större infarktstorlek när slipknoten var bunden till röret under den ischemiska perioden.
Denna studie hade några begränsningar. Hjärtats infarktstorlek analyserades i det preliminära experimentet. Substitutionsformeln (N = 7,75) beräknades med hjälp av en tidigare rapporterad ekvation33. Med tanke på råttornas möjliga död under operationen höjdes N med 25%; därför bestämdes n = 10 (tio råttor för varje grupp). Annars hade den redan befintliga metoden för att generera MIRI-modellen en hög dödlighet. Därför påverkade få fall (låg urvalsstorlek) i den experimentella modellgruppen de statistiska resultaten. Flera bedömningar, inklusive ekokardiografi30, Evans blåfärgning34 och myokardiell enzymmätning35, var avgörande för utvärdering och analys av hjärtfunktionen. På grund av den låga urvalsstorleken i detta arbete utfördes inte dessa bedömningar och kommer att beskrivas i en framtida studie av farmakodynamisk forskning i MIRI. Med tanke på att det befintliga kirurgiska ingreppet för att generera MIRI-modellen är förknippat med omfattande myokardskador, är det dock värt att rapportera denna nuvarande metod för att förbättra modelleringen av MIRI hos råttor och ge ljus till denna prekliniska modell som korrekt simulerar ischemisk hjärtsjukdom.
Sammanfattningsvis hade den förbättrade kirurgimetoden för att generera MIRI-modellen en högre överlevnad, ett förhöjt ST-T-segment och en större infarktstorlek än den befintliga MIRI-modellgenereringsmetoden, vilket tyder på att den förbättrade modellen bättre simulerar MIRI-patologi.
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete stöddes av Administration of Traditional Chinese Medicine [SLJ0204], Jiangsu Provincial Hospital of Chinese Medicine (Y21017), National Natural Science Foundation of China [81973763, 81973824,82004239].
10% Neutral Formalin | Chunyu, China | _ | |
2,3,5-Triphenyl-2H-Tetrazolium Chloride | Solarbio, China | T8107 | |
75% Alchol | SCR, China | 10009261 | |
Artery Clip | Zhonglin Dongsheng, China | 6.5cm | |
Camera | Olympus Corporation, Japan | EPL5 | |
Cotton ball | Huachen, China | _ | |
Dpilatory cream | Veet, China | _ | |
Eye speculum | Shanghai Jingzhong, China | _ | |
Gauze | Zhonggan, China | _ | |
GraphPad | GraphPad Software, USA | 8.0 | |
H&E Kit | Solarbio, China | G1120 | |
High-pressure steam sterilizer | TOMY, Japan | SX-500 | |
ImageJ | NIH, USA | _ | |
Masson Kit | Solarbio, China | G1340 | |
Medical Tape | Mr.Song, China | _ | |
Microscope | Olympus Corporation, Japan | CKX31 | |
Microscopy | TEKSQRAY, China | _ | |
Microtome | Leica, Germany | RM2235 | |
Microtome Blade | Leica, Germany | 819 | |
Needle holder | Shanghai Jingzhong, China | _ | |
Ophthalmic scissors | Shanghai Jingzhong, China | _ | |
Ophthalmic tweezers | Shanghai Jingzhong, China | _ | |
Paper clip | Chenguang, China | ABS91613 | |
Physiological saline solution | Kelun, China | _ | |
Powerlab ECG | ADINSTRUMENTS ,China | 4/35 | |
PVC tube | Guanzhijia, China | _ | |
Small animal ventilator | TECHMAN, China | HX-101E | |
Sodium Pentobarbital | SIGEMA, USA | 1030001 | |
Suction trocar | TECHMAN, China | HX-101E | |
Suture line | Lingqiao, China | 4-0 | |
Suture needle with thread | Shanghai Pudong Jinhua Medical Products Co LTD, China | 6-0 |