Anæstesi og intubation af præadolescent museunger til kardiothoracic kirurgi
Summary
Kardiothoraciske kirurgiske modeller hos mus >7 dage gamle kræver intubation, men dette er udfordrende for præadolescent (8-14 dage gamle) musehvalpe, og der er lidt information om bedøvelsesregimer til intubation. Her præsenterer vi doseringsregimer af ketamin / xylazin / atropin i 10 dage gamle C57BL / 6J museunger, der tillader endotracheal intubation, samtidig med at dyredødeligheden minimeres.
Abstract
Murine kirurgiske modeller spiller en vigtig rolle i præklinisk forskning. Mekanistisk indsigt i myokardieregenerering efter hjerteskade kan opnås fra kardiothoraciske kirurgiske modeller hos 0-14 dage gamle mus, hvis kardiomyocytter i modsætning til voksne bevarer proliferativ kapacitet. Museunger op til 7 dage gamle immobiliseres effektivt af hypotermi og kræver ikke intubation til kardiothoracisk kirurgi. Preadolescent (8-14 dage gamle) museunger kræver dog intubation, men dette er udfordrende, og der er lidt information om anæstesi for at lette intubation. Her præsenterer vi doseringsregimer af ketamin / xylazin / atropin i 10 dage gamle C57BL / 6J museunger, der tillader endotracheal intubation, samtidig med at dyredødeligheden minimeres. Empirisk titrering af ketamin/xylazin/atropindoseringsregimer til legemsvægt indikerede, at responsen på anæstesi hos museunger af forskellig vægt var ikke-lineær, hvorved doser på 20/4/0,12 mg/kg, 30/4/0,12 mg/kg og 50/6/0,18 mg/kg lettede intubation af hvalpe, der vejer mellem 3,15-4,49 g (n = 22), 4,50-5,49 g (n = 20) og 5,50-8,10 g (n = 20), henholdsvis. Hvalpe med lavere kropsvægt krævede flere intubationsforsøg end tungere hvalpe (p < 0,001). Overlevelse efter intubation korreleret med kropsvægt (59%, 70% og 80% for henholdsvis lav-, mellem- og højvægtsgrupper,R2 = 0,995). Til myokardieinfarktkirurgi efter intubation blev et kirurgisk anæstesiplan induceret med 4,5% isofluran i 100% ilt og opretholdt med 2% isofluran i 100% ilt. Overlevelsen efter operationen var ens for de tre vægtgrupper med 92%, 86% og 88% (p = 0,91). Sammen med forbedringer i dyrehåndteringspraksis til intubation og kirurgi og minimering af kannibalisering ved dæmningen efter operationen korrelerede den samlede overlevelse for hele proceduren (intubation plus kirurgi) med kropsvægt (henholdsvis 55%, 60% og 70% for lav-, mellem- og højvægtsgrupper, R2 = 0,978). I betragtning af vanskelighederne med intubation af 10-dages gamle hvalpe og den tilhørende høje dødelighed anbefaler vi, at kardiothoracisk kirurgi hos 10-dages gamle hvalpe begrænses til hvalpe, der vejer mindst 5,5 g.
Introduction
Murine-modeller er uvurderlige værktøjer i præklinisk kardiothoracisk forskning, især på grund af den lethed, hvormed genetisk konstruerede muselinjer kan genereres, og også den lethed, hvormed musene kan manipuleres kirurgisk for at give patologiske sygdomsmodeller for at tillade for eksempel undersøgelse af myokardieregenerering efter hjerteskade1 . I denne henseende er det interessant, at i modsætning til voksne mus, hvor kardiomyocytter har trukket sig tilbage fra cellecyklussen, reparerer 0-2 dage gamle neonatale musehjerter med minimal ardannelse efter apikal resektion eller induktion af myokardieinfarkt 2,3,4. I modsætning hertil regenererer 7 dage gamle neonatale hjerter ufuldstændigt med en højere forekomst af ardannelse 2,3. Da kardiomyocytter i toppen af venstre ventrikel bevarer proliferativ kapacitet i op til 2 uger efter fødslen, kan mekanistiske undersøgelser af regenerering efter hjerteskade hos 0-14 dage gamle mus være informative til identifikation af terapeutiske mål for regenerering af det skadede voksne hjerte5.
Udviklingen af musemodeller af hjerteskade involverer kirurgisk manipulation under anæstesi. Dette kræver, at brystkassen åbnes for at få adgang til hjertet, hvilket generelt kræver intubation og mekanisk ventilation. Musebelastning, kropsvægt og alder påvirker følsomheden over for anæstetika6. Voksne mus kan bedøves med en lang række midler, et almindeligt regime for intubation er ketamin / xylazin / atropin ved 100/13/0,5 mg / kg 6,7. Neonatale mus (0-7 dage gamle) mangler en centraliseret smerterefleks og kan effektivt immobiliseres på is og udsættes for kirurgi uden intubation 6,8,9. Preadolescent (8-14 dage gamle) museunger kan ikke bedøves med hypotermi 9,10; de kræver intubation til kardiothoracic kirurgi. Der er ingen tidligere undersøgelser af kardiothoracic kirurgi i præadolescent mus mindre end 14 dage gamle. Det er vores erfaring, at intubation af isofluranbedøvede præadolescente mus under 14 dage er vanskelig. Det anbefalede injicerbare bedøvelsesregime rapporteret for mus ældre end 7 dage er 50-150 mg / kg ketamin og 5-10 mg / kg xylazin10. Preadolescent mus udvikler sig stadig neurologisk, og deres reaktioner på stoffer og lægemiddelmetabolisme er meget forskellige fra voksne dyr6. Dette udgør øget risiko for væske-, elektrolyt- og syre-base ubalance samt hypoglykæmi og hypotermi på grund af ikke kun deres høje stofskifte, som hurtigt nedbryder deres begrænsede energilagre, men også på grund af deres termoregulerende umodenhed 6,11,12. Der er således lidt information om bedøvelsesregimer, der både letter intubation og maksimerer overlevelsen af præadolescente mus.
Her titrerede vi empirisk doseringsregimer af ketamin / xylazin / atropin i 10 dage gamle C57BL / 6J museunger, der spænder i vægt fra 3-8 g for at opnå et anæstesiplan, der er tilstrækkeligt til at tillade endotracheal intubation til efterfølgende kardiothoracisk kirurgi, samtidig med at dyredødeligheden minimeres. Vi har også forbedret dyrehåndteringspraksis for at reducere dødeligheden fra intubation, kirurgi og postkirurgisk maternel kannibalisme.
Protocol
Representative Results
Discussion
I øjeblikket er der ingen veldokumenterede metoder til anæstesi og intubation af 10 dage gamle mus til kardiothoracisk kirurgi. Til dette formål har vi titreret ketamin / xylazin / atropin doseringsregimer til legemsvægt, hvorved doser på 20/4/0,12 mg / kg, 30/4/0,12 mg / kg og 50/6/0,18 mg / kg lettede intubation af hvalpe med lav (3,15-4,49 g), mellem (4,50-5,49 g) og høj (5,50-8,10 g) kropsvægt. Overlevelse efter intubation korreleret med kropsvægt (59%, 70% og 80% for henholdsvis lav-, mellem- og højvægtsgr…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af NHMRC Program Grant [ID 1074386], et Leducq Transatlantic Network of Excellence in Cardiovascular Research grant [RMG] og et tilskud fra RT Hall Trust [RMG & SEI].
Materials
| Atipamezole (Antisedan) | Provet (NSW) Pty Ltd | ATIP I | |
| Atropine 600 mcg/mL | Clifford Hallam Healthcare Pty Ptd | 1957699 PFIZER-0143386 | |
| Betadine | Livingstone International | BU0520 | |
| Buprenorphine (Temgesic) | Provet (NSW) Pty Ltd | TEMG I | |
| Fiber-optic light | Leica | 3011350 | CLS 150X |
| GraphPad Prism | GraphPad Software, LLC | Version 9.1.2 | |
| Intubation platform | – | – | Any sturdy box (e.g. plastic tip box) with approximate dimensions 12 (L) x 8.5 x (W) x 7.5 cm (H) |
| Isoflurane | Provet (NSW) Pty Ltd | ISOF 07 | |
| Ketamine 100 mg/mL | Provet (NSW) Pty Ltd | KETAI1 | |
| Plastic intravenous cannula 24-gauge Polywin Safety | BD Insyte | CE0086 | 19 mm length of plastic tubing (0.7 mm outer diameter) attached to a 21mm plastic female luer lock adaptor; total volume of annula 130 μL |
| Single lumen polyethylene tube | Critchley Electrical Products Pty Ltd Auburn NSW | Outer diameter 0.61 mm, inner diameter 0.28 mm | |
| Small forceps | F.S.T. | NO 11051-10 | |
| Surgical microscope (camera optional) | Leica | M651 (Leica IC80 HD camera) | 10x and 16x objective |
| Suture 7-0 prolene | Ethicon | 8708H | |
| Suture 9-0 polypropylene monofilament | Ethicon | 2813 | |
| V-1 Tabletop with Active Scavenging isoflurane anesthesia systm | VetEquip | 901820 | |
| Vented 2-Liter plexiglass induction chamber | VetQuip Pty Ltd | 942102 | 25 cm (L) x 13 cm (W) x 11 cm (H) |
| Warming lamp | Brilant Lighting | 99223 | |
| Xylazine | Provet (NSW) Pty Ltd | XYLA Z 2 |
Riferimenti
- Klocke, R., Tian, W., Kuhlmann, M. T., Nikol, S. Surgical animal models of heart failure related to coronary heart disease. Cardiovascular Research. 74 (1), 29-38 (2007).
- Porrello, E. R., et al. Transient regenerative potential of the neonatal mouse heart. Science. 331 (6020), 1078-1080 (2011).
- Porrello, E. R., et al. Regulation of neonatal and adult mammalian heart regeneration by the miR-15 family. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (1), 187-192 (2013).
- Naqvi, N., et al. A proliferative burst during preadolescence establishes the final cardiomyocyte number. Cell. 157 (4), 795-807 (2014).
- Bogush, N., et al. DUSP5 expression in left ventricular cardiomyocytes of young hearts regulates thyroid hormone (T3)-induced proliferative ERK1/2 signaling. Scientific Reports. 10 (1), 21918 (2020).
- Flecknell, P. . Laboratory Animal Anaesthesia. Third edition. , (2009).
- Iismaa, S. E., et al. Cardiac hypertrophy limits infarct expansion after myocardial infarction in mice. Scientific Reports. 8 (1), 6114 (2018).
- Mahmoud, A. I., Porrello, E. R., Kimura, W., Olson, E. N., Sadek, H. A. Surgical models for cardiac regeneration in neonatal mice. Nature Protocols. 9 (2), 305-311 (2014).
- . Anesthesia and Analgesia: Neonatal Mice and Rats Available from: https://www.bu.edu/researchsupport/compliance/animal-care/working-with-animals/anesthesia/anesthesia-and-analgesia-neonatal-mice-and-rats-iacuc/ (2019)
- . Mouse-Specific Anesthesia Guidance Available from: https://research.utexas.edu/qpcontent/uploads/sites/7/2020/02/Mouse_Anesthesia_guidance_ARC_112519.pdf (2019)
- Paddleford, R. . Manual of Small Animal Anaesthesia. Second edition. , (2000).
- Gargiulo, S., et al. Mice anesthesia, analgesia, and care, Part I: anesthetic considerations in preclinical research. Institute for Laboratory Animal Research Journal. 53 (1), 55-69 (2012).
- Daubenspeck, J. A., Li, A., Nattie, E. E. Acoustic plethysmography measures breathing in unrestrained neonatal mice. Journal of Applied Physiology. 104 (1), 262-268 (2008).
- Lim, R., et al. Measuring respiratory function in mice using unrestrained whole-body plethysmography. Journal of Visulaized Experiments. (90), e51755 (2014).
- Brown, R. H., Walters, D. M., Greenberg, R. S., Mitzner, W. A method of endotracheal intubation and pulmonary functional assessment for repeated studies in mice. Journal of Applied Physiology. 87 (6), 2362-2365 (1999).
- Du, X. -. J., Gao, X., Ramsey, D. Surgical methods of inducing transverse aortic stenosis and myocardial infarction in the mouse. Asia Pacific Heart Journal. 7 (3), 187-192 (1998).
- Wu, J., et al. Anesthesia and intubation of 10-Day old C57BL/6J mouse pups for cardiothoracic surgery. Research Square. , (2021).
- Silver, L. M. Mouse Genetics: Concepts and Applications. Mouse Genome Informatics, The Jackson Laboratory. , (2008).
- West, G. B., Woodruff, W. H., Brown, J. H. Allometric scaling of metabolic rate from molecules and mitochondria to cells and mammals. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99, 2473-2478 (2002).
- Moscovitz, J. E., Aleksunes, L. M. Establishment of metabolism and transport pathways in the rodent and human fetal liver. International Journal of Molecular Science. 14 (12), 23801-23827 (2013).
- Blevins, C. E., Celeste, N. A., Marx, J. O. Effects of oxygen supplementation on injectable and inhalant anesthesia in C57BL/6 mice. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 60 (3), 289-297 (2021).
