Etablering av djup hypotermisk cirkulationsarrest hos råttor
Summary
Detta protokoll presenterar upprättandet av djup hypotermisk cirkulationsstopp hos råttor, som kan tillämpas för att undersöka systemiskt inflammatoriskt responssyndrom, ischemi / reperfusionsskada, oxidativ stress, neuroinflammation etc.
Abstract
Djup hypotermisk cirkulationsstopp (DHCA) appliceras rutinmässigt under operationer för komplex medfödd hjärtsjukdom och aortabågsjukdom. Denna studie syftar till att tillhandahålla en metod för att etablera DHCA hos råttor. För att utvärdera effekten av DHCA-processen på vitala tecken användes en normal temperatur kardiopulmonell bypass (CPB) råttmodell utan cirkulationsstopp som en kontroll. Som förväntat ledde DHCA till en signifikant minskning av kroppstemperaturen och det genomsnittliga arteriella blodtrycket. Blodgasanalysen indikerade att DHCA ökade mjölksyranivåerna men inte påverkade blodets pH och koncentrationerna av hemoglobin, hematokrit, Na+, Cl−, K+ och glukos. Dessutom, jämfört med CPB-råttor med normal temperatur, visade resultaten av transmissionselektronmikroskopin en mild ökning av hippocampus autofagosomer hos DHCA-råttorna.
Introduction
Djup hypotermisk cirkulationsstillestånd (DHCA) har använts vid hjärtkirurgi sedan 19531. DHCA innebär att patientens kärntemperatur sänks till djupt hypotermiska nivåer (15-22 °C) innan blodflödet till kroppen avbryts globalt2. Cirkulationsstoppet kan ge ett relativt oblodigt operationsfält. Djup hypotermi minskar ämnesomsättningen, särskilt i hjärnan och myokardiet, vilket är en effektiv metod för skydd mot ischemi3. DHCA används vanligtvis under operationer för komplex medfödd hjärtsjukdom, aortabågssjukdom och till och med njur- eller binjuretumörer med en vena cava trombus 4,5. Därför ger upprättandet av DHCA-djurmodeller en viktig referens för förfining av proceduren och förebyggande av komplikationer i kliniska miljöer.
Även om modeller kan etableras med hundar6, kaniner7 och andra djur, är det att föredra att använda råttor på grund av deras användbarhet och låga kostnader. DHCA-råttmodellen beskrevs för första gången 2006 av Jungwirth et al.8. Det visade sig att varaktigheten av cirkulationsstoppet hade en inverkan på de neurologiska resultaten. Sedan dess har DHCA-råttmodeller undersökts brett. Det har klargjorts att DHCA kan provocera systemiskt inflammatoriskt responssyndrom (SIRS)9. I efterföljande studier, farmakologer fann att DHCA-relaterade neuroinflammation inducerad av SIRS kunde dämpas av resveratrol10 och triptolid11. Vårt team fann också att DHCA-relaterad neuroinflammation kunde dämpas genom att hämma det kallinducerbara RNA-bindande proteinet12. I hjärt-kärlsystemet har superoxiddismutas en hjärtskyddande effekt på ischemi/reperfusionsskador (I/R) under DHCA13. Dessa resultat utvidgade förståelsen för DHCA-relaterade patofysiologiska processer och erbjöd nya riktningar för att förbättra resultaten av DHCA. Emellertid, resultaten om endotoximi, oxidativ stress, och autofagi efter DHCA är ofullständiga. DHCA använder samma operativa teknik som hjärt-lung-bypass (CPB)14, men dess hanteringsstrategi är annorlunda och stegen för att generera DHCA skiljer sig åt mellan olika team 8,9,10,11. Denna studie syftar till att tillhandahålla en metod för att fastställa DHCA-förfarandet hos råttor.
Protocol
Representative Results
Discussion
Cannulation är det mest grundläggande förfarandet för att etablera DHCA hos råttor. Före cannulation kommer blötläggning av artären med 0,5 ml 2% lidokain att göra det lättare att kannulatera. Efter cannulation är heparinisering med 500 IE/kg heparin via den yttre halsvenen nödvändig för att undvika mikrotrombbildning17. Vi har upprepade gånger funnit att denna dos heparin kan uppnå målet om en aktiverad koagulationstid (ACT) >480 s. Omvärmningsperioden är den svårast…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna tackar Liang Zhang för att ha hjälpt till att samla in videodata under experimentet. Denna studie stöddes av National Natural Science Foundation of China (bidragsnummer: 82070479) och grundforskningsfonderna för de centrala universiteten (bidragsnummer: 3332022128).
Materials
| Heat Exchanger | Xi’an Xijing Medical Appliance Co., Ltd | Animal-M | |
| Membrane Oxygenator | Dongguan Kewei Medical Instrument Co., Ltd. | Micro-M | |
| Monitor | Chengdu Techman Co., Ltd | BL-420s | |
| Roller Pump | Changzhou Prefluid Technology Co.,Ltd | BL100 | |
| SD Rat | HFK Bioscience Co.,Ltd. | / | |
| Sevoflurane | Maruishi Pharmaceutical Co. Ltd | H20150020 | |
| Shaver | Hangzhou Huayuan Pet Products Co.,Ltd. | / | |
| Vaporizer | SPACECABS | / | |
| Ventilator | Shanghai Alcott Biotech Co., Ltd | ALC-V8S | |
| Water Tank | Maquet Critical Care AB | Jostra HCU20-600 |
Riferimenti
- Lewis, F. J., Taufic, M. Closure of atrial septal defects with the aid of hypothermia; experimental accomplishments and the report of one successful case. Surgery. 33 (1), 52-59 (1953).
- Miler, R. D., et al. . Miller’s Anesthesia., eighth edition. , (2015).
- Gocoł, R., et al. The role of deep hypothermia in cardiac surgery. International Journal of Environmental Research and Public Health. 18 (13), 7061 (2021).
- Zhu, P., et al. The role of deep hypothermic circulatory arrest in surgery for renal or adrenal tumor with vena cava thrombus: A single-institution experience. Journal of Cardiothoracic Surgery. 13 (1), 85 (2018).
- Poon, S. S., Estrera, A., Oo, A., Field, M. Is moderate hypothermic circulatory arrest with selective antegrade cerebral perfusion superior to deep hypothermic circulatory arrest in elective aortic arch surgery. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 23 (3), 462-468 (2016).
- Giuliano, K., et al. Inflammatory profile in a canine model of hypothermic circulatory arrest. Journal of Surgical Research. 264, 260-273 (2021).
- Wang, Q., et al. Hyperoxia management during deep hypothermia for cerebral protection in circulatory arrest rabbit model. ASAIO Journal. 58 (4), 330-336 (2012).
- Jungwirth, B., et al. Neurologic outcome after cardiopulmonary bypass with deep hypothermic circulatory arrest in rats: Description of a new model. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 131 (4), 805-812 (2006).
- 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. Journal of Inflammation. 11, 26 (2014).
- Chen, Q., Sun, K. P., Huang, J. S., Wang, Z. C., Hong, Z. N. Resveratrol attenuates neuroinflammation after deep hypothermia with circulatory arrest in rats. Brain Research Bulletin. 155, 145-154 (2020).
- Chen, Q., Lei, Y. Q., Liu, J. F., Wang, Z. C., Cao, H. Triptolide improves neurobehavioral functions, inflammation, and oxidative stress in rats under deep hypothermic circulatory arrest. Aging. 13 (2), 3031-3044 (2021).
- Liu, M., et al. A novel target to reduce microglial inflammation and neuronal damage after deep hypothermic circulatory arrest. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 159 (6), 2431-2444 (2020).
- Pinto, A., et al. The extracellular isoform of superoxide dismutase has a significant impact on cardiovascular ischaemia and reperfusion injury during cardiopulmonary bypass. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 50 (6), 1035-1044 (2016).
- Hirao, S., Masumoto, H., Itonaga, T., Minatoya, K. A recovery cardiopulmonary bypass model without transfusion or inotropic agents in rats. Journal of Visualized Experiments. (133), e56986 (2018).
- Ha, J. Y., Kim, J. S., Kim, S. E., Son, J. H. Simultaneous activation of mitophagy and autophagy by staurosporine protects against dopaminergic neuronal cell death. Neuroscience Letters. 561, 101-106 (2014).
- Yamamoto, A., Yue, Z. Autophagy and its normal and pathogenic states in the brain. Annual Review of Neuroscience. 37, 55-78 (2014).
- You, X. M., et al. Rat cardiopulmonary bypass model: Application of a miniature extracorporeal circuit composed of asanguinous prime. Journal of Extra-Corporeal Technology. 37 (1), 60-65 (2005).
- Chen, Q., Lei, Y. Q., Liu, J. F., Wang, Z. C., Cao, H. Beneficial effects of chlorogenic acid treatment on neuroinflammation after deep hypothermic circulatory arrest may be mediated through CYLD/NF-κB signaling. Brain Research. 1767, 147572 (2021).
- Li, Y. A., et al. Differential expression profiles of circular RNAs in the rat hippocampus after deep hypothermic circulatory arrest. Artificial Organs. 45 (8), 866-880 (2021).
- Linardi, D., et al. Slow versus fast rewarming after hypothermic circulatory arrest: effects on neuroinflammation and cerebral oedema. European Journal of Cardiothoracic Surgery. 58 (4), 792-780 (2020).
- Engelman, R., et al. The Society of Thoracic Surgeons, The Society of Cardiovascular Anesthesiologists, and The American Society of ExtraCorporeal Technology: Clinical practice guidelines for cardiopulmonary bypass–Temperature management during cardiopulmonary bypass. Annals of Thoracic Surgery. 100 (2), 748-757 (2015).
- Jenke, A., et al. AdipoRon attenuates inflammation and impairment of cardiac function associated with cardiopulmonary bypass-induced systemic inflammatory response syndrome. Journal of the American Heart Association. 10 (6), 018097 (2021).
