Invasive hæmodynamiske karakterisering af Portal-hypertensive syndrom i Cirrhotic rotter
Summary
Her beskriver vi en detaljeret protokol for invasive målinger af hæmodynamiske parametre herunder portal pres, splanknisk blodgennemstrømningen og systemisk Hæmodynamik for at karakterisere portal hypertensive syndrom i rotter.
Abstract
Dette er en detaljeret protokol beskriver invasive hæmodynamiske målinger i cirrhotic rotter til karakterisering af portalen hypertensive syndrom. Portal hypertension (PHT) på grund af skrumpelever er ansvarlig for de mest alvorlige komplikationer hos patienter med leversygdom. Det fulde billede af portalen hypertensive syndrom er karakteriseret ved øget portal pres (PP) på grund af øget intrahepatisk vaskulære modstand (IHVR), hyperdynamisk omsætning og øget splanknisk blodgennemstrømning. Progressive splanknisk arteriel vasodilatation og øget minutvolumen med forhøjet puls (HR), men lavt arterielt tryk præger portal hypertensive syndrom.
Nye behandlingsformer er i øjeblikket udvikles det mål at reducere PP af enten målretning IHVR eller øget splanknisk blodgennemstrømning — men bivirkninger på systemisk Hæmodynamik kan forekomme. Således, en detaljeret karakterisering af portalen venøse, splanknisk og systemisk hæmodynamiske parametre, herunder måling af PP, portalen veneblod flow (PVBF), mesenteriallymfeknuderne arterielt blod flow, MIDDEL-arterielt tryk (kort) og HR er nødvendig for prækliniske evaluering af effekten af nye behandlinger for PHT. Vores video artikel giver læseren med en struktureret protokollen udfører invasive hæmodynamiske målinger i cirrhotic rotter. Navnlig, vi beskriver kateterisation af arteria femoralis og Vena via en ileocolic vene og måling af portalen venøse og splanknisk blodgennemstrømningen via perivascular Doppler-ultralyd flow sonder. Repræsentative resultater af forskellige rotte modeller af PHT er vist.
Introduction
PHT er defineret som patologisk forhøjet blodtryk i portalen venøse system, der kan forårsage alvorlige komplikationer hos patienter med cirrose som variceal blødning og ascites1. Mens præ hepatisk (fx, portalen venetrombose) og post hepatisk (fx, Budd-Chiari-syndrom) PHT er sjældne, intrahepatisk PHT på grund af levercirrose repræsenterer den mest almindelige årsag til PHT2.
I levercirrose øges PP primært som følge af forhøjet IHVR3. I fremskredne stadier, PHT forværres af den øgede PVBF på grund af øget minutvolumen og faldt systemiske og splanknisk vaskulære modstand – definere portal hypertensive syndrom4. Ohms lov (Δp = Q * R) indebærer, at IHVR og blood flow er proportional med PP5. Hos patienter er direkte måling af PP risikabelt og ikke rutinemæssigt udføres; i stedet, den hepatiske venøs trykgradient (HVPG) bruges som et indirekte mål for PP6,7. HVPG er beregnet ved at fratrække den gratis hepatisk venetryk (FHVP) fra den kilet hepatisk venetryk (WHVP), der måles ved hjælp af en ballonkateter placeret i en leverens vene8. Den fysiologiske HVPG svinger mellem 1-5 mmHg, mens en HVPG ≥10 mmHg definerer klinisk signifikant portal hypertension (CSPH) og viser øget risiko for PHT-relaterede komplikationer, såsom variceal blødning, ascites og hepatisk encefalopati9 . Selv om PP (dvs.HVPG) er den mest relevante parameter for PHT sværhedsgraden, oplysninger om andre komponenter af PHT, herunder sværhedsgraden af hyperdynamisk omsætning (HR, kort), er splanknisk/mesenteriallymfeknuderne arterielt blod flow, og IHVR, afgørende for få en bred forståelse af de forskellige underliggende mekanisme i PHT.
Således, i modsætning til indirekte målinger af PP i mennesker, metoden indført for rotter tilbyder fordelen ved en direkte måling af PP og giver mulighed for optagelse af yderligere hæmodynamiske parametre kendetegner portal hypertensive syndrom. Derudover direkte måling af PP er en fremragende Integrativ udlæsning af mængden af leverfibrose (en vigtig faktor for IHVR) og overvinder visse begrænsninger af fibrose kvantificering relateret til levervæv stikprøvefejl.
De mest almindeligt anvendte gnavere modeller af cirrhotic PHT omfatter kirurgisk galdegang ligatur (BDL), toksin-induceret leverskade (dvs.af tetrachlormethan, thioacetamide eller dimethylnitrosamine administration) og kost-induceret metaboliske leveren sygdomsmodeller. Prehepatic (ikke-cirrhotic) PHT kan være fremkaldt af delvis portåren ligatur (PPVL)10.
Små gnavere er velegnet til metoden præsenteres, herunder mus, hamstre, rotter eller kaniner, og er forbundet med relativt lave vedligeholdelsesomkostninger. På trods af at alle de hæmodynamiske vurderinger er muligt at udføre i mus, bedre nøjagtighed og reproducerbarhed af resultaterne ses med rotter eller større gnavere på grund af den åbenlyse fordel af dyrenes størrelse. Derudover specifikke mikro-instrumenter og enheder er nødvendig for at opnå lignende hæmodynamiske parametre i mus. Endelig, rotter er mere robuste med lavere tilknyttede sygelighed og dødelighed og således, at frafaldsprocenten er sandsynligvis lavere i rotter end i mus.
Den præsenterede metode er velegnet til at vurdere specifikke behandlinger af leversygdom (dvs., anti-fibrotisk eller anti-inflammatoriske lægemidler) eller roman farmakologiske metoder at indflydelse vaskulære tone og/eller endotel biologi; og dermed, sandsynlige virkninger hæmodynamiske parametre i PHT.
Protocol
Representative Results
Discussion
PP er parameteren Hovedresultatet for evaluering af portalen hypertensive syndrom og afspejler graden af underliggende skrumpelever. Både matrix deposition (dvs., fibrose) og sinusformet vasokonstriktion (skyldes øget hepatisk udtryk for vasoconstrictors og nedsat lydhørhed over for vasodilatorer) forårsage øget IHVR. Betydningen af PP og dens indvirkning på kronisk leversygdom har været vist i flere prækliniske11,12,…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi takker de dyrlæger, sygeplejersker og animalske ihændehavere på Center for biomedicinsk forskning for deres fortsatte støtte under vores forskningsprojekter. Forfatterne anerkender den vigtige input af alle anmeldere af denne protokol. Nogle af forskningen blev finansieret af “Unge Science Award” af den østrigske samfund for gastroenterologi og hepatologi (ÖGGH) til PS og “Skoda Award” af den østrigske Society of Internal Medicine at TR.
Materials
| Instruments | |||
| LabChart 7 Pro software | ADInstruments, Colorado Springs, CO, USA | - | Software |
| ML870 PowerLab 8/30 | ADInstruments, Colorado Springs, CO, USA | - | Electronic multichannel recorder |
| MLT0380/D | ADInstruments, Colorado Springs, CO, USA | - | Pressure transducer (x2: for Portal Pressure and Arterial Pressure) |
| ML112 Quad Bridge Amplifier | ADInstruments, Colorado Springs, CO, USA | - | Bridge amplifier |
| TS420 | Transonic Systems Inc., Ithaca, NY, USA | - | Flowmeter module |
| Biological Research Apparatus 7025 | UGO BASILE S.R.L., Comerio, Italy | - | Ventilator |
| Vapor 2000 | Dräger Medical AG & Co. KG, Lübeck, Germany | - | Isofluran Vaporizer |
| Perivascular probes (rat) for Transonic systems (Superior Mesenteric Artery) | Transonic Systems Inc., Ithaca, NY, USA | #MA1PRB | Ultrasonic flow probe (1mm) |
| Perivascular probes (rat) for Transonic systems (Portal Vein) | Transonic Systems Inc., Ithaca, NY, USA | #MA2PSB | Ultrasonic flow probe (2mm) |
| 1st for intubation & 2nd for clean skin incisions | - | - | Mayo scissor [x2] |
| Metzenbaum scissor | - | - | - |
| Cuticle scissor | - | - | - |
| e.g. Adson Brown tissue forceps | - | - | Tissue Forceps |
| High precision 45° angle broad point forceps [x2] | - | - | - |
| Hemostat [x4] | - | - | - |
| e.g. Mikulicz peritoneal clamp | - | - | Curved clamp |
| e.g. Dieffenbach clamp | - | - | Micro clamp |
| e.g. micro spatula with flat ends, width 4 mm, | - | - | Micro metal spatula |
| for transbuccal suture at intubation | - | - | Needle holder |
| Scalpel grip | - | - | - |
| selfmade | - | - | Intubation desk |
| blut, flexible and with a suitable diameter for arterial cannula and venflow | - | - | Blunt steel wire |
| modified arterial line 20G with Flowstich | Becton Dickinson, Farady Road, Swindon, UK | #682245 | Arterial line |
| Heating pad | - | - | - |
| Rectal temerature probe | - | - | - |
| Saline heater | - | - | - |
| Laryngoscope (specific for animal size, e.g. rat) | - | - | - |
| Inductionbox for inhalation anesthesia | - | - | - |
| Scale (able to measure mg) | - | - | - |
| Hair clipper | - | - | - |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Consumables | |||
| e.g. modified BD Venflon Pro Safety 14GA | Becton Dickinson Infusion Therapy, AB, SE251 06 Helsingborg, Sweden | #393230 | Peripheral venous catheter (14G) |
| Fine-Bore Polyethylene Tubing, ID 0.58mm, OD 0.96mm, Portex, | Smiths Medical International Ltd., Kent, UK | #800/100/200 | Catheter tube (PE-50) |
| e.g. Omnifix-F Solo | B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | #9161406V | Syringe 1mL |
| e.g. Injekt Solo | B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | #4606051V | Syringe 5mL |
| e.g. Injekt Solo | B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany | #4606205V | Syringe 20mL |
| e.g. BD Microlance 3, 18G – 1 1/2" | Becton Dickinson S.A., Fraga, Spain | #304622 | Cannula (18G) |
| e.g. BD Microlance 3, 23G – 1" | Becton Dickinson S.A., Fraga, Spain | #300800 | Cannula (23G) |
| e.g. BD Microlance 3, 30G – 1/2" | Becton Dickinson S.A., Fraga, Spain | #304000 | Cannula (30G) |
| e.g. Leukoplast S | BSN medical GmbH, Hamburg, Germany | #47619-00 | Adhesive tape |
| e.g. Gazin RK Mullkompressen (18x8cm) | Lohmann & Rauscher, Vienna, Austria | #10972 | Gauze compress (small) |
| e.g. Gazin RK Mullkompressen (5x5cm) | Lohmann & Rauscher, Vienna, Austria | #10961 | Gauze compress (big) |
| Silk Braided black, USP 4/0, EP 1.5 | SMI AG, St. Vith, Belgium | #2021-04 | Suture (Silk 4/0, EP 1.5) |
| e.g. Mersilk, 2-0 (3 Ph. Eur.), PS-1 Prime | Johnson & Johnson Medical GmbH – Ethicon Deutschland, Germany | #EH7552 | Transbuccal suture |
| e.g. Cottonbuds (2.2mm, 15cm) | Paul Hartmann AG, Heidenheim, Germany | #967936 | Cotton buds |
| e.g. Vue Ultrasoundgel | Optimum Medical Limited, UK | #1157 | Ultrasound gel |
| e.g. Glubran 2 | Gem srl, Viareggio, Italy | #G-NB2-50 | Tissue glue |
| e.g. Surgical scalpell knife Nr. 10 – carbon steel | Swann-Morton, England, B.S. | #202 | Scalpel Knife |
| Heparin, 5000 i.E./mL (Natriumheparin) | Medicamentum Pharma GmbH, Allerheiligen im Mürztal, Austria | - | Heparin |
| Florane | Aesica Queenborough Ltd., Queenborough, UK | - | Isoflurane |
| OeloVital (5g) | Fresenius Kabi Austira Gmbh, Graz, Austria | - | Eye gel |
| Ketasol | aniMedica GmbH, Senden-Bösensell, Germany | - | Ketamine |
| Rompun | Bayer Austria Ges.m.b.H., Vienna, Austria | - | Xylazine |
| Xylocain 10% Pumpspray | AstraZeneca Österreich GmbH, Vienna, Austria | - | Lidocaine pump spray |
| Dipidolor | Jansen-Cilag Pharma GmbH, Vienna, Austria | - | Piritramide |
| NaCl 0.9% Fresenius, 1L | Fresenius Kabi Austira GmbH, Graz, Austria | #13LIP132 | Physiological saline solution |
References
- Ripoll, C., et al. Hepatic venous pressure gradient predicts clinical decompensation in patients with compensated cirrhosis. Gastroenterology. 133 (2), 481-488 (2007).
- Bosch, J., Groszmann, R. J., Shah, V. H. Evolution in the understanding of the pathophysiological basis of portal hypertension: How changes in paradigm are leading to successful new treatments. J Hepatol. 62, S121-S130 (2015).
- Blachier, M., Leleu, H., Peck-Radosavljevic, M., Valla, D. C., Roudot-Thoraval, F. The burden of liver disease in Europe: a review of available epidemiological data. J Hepatol. 58 (3), 593-608 (2013).
- Colle, I., Geerts, A. M., Van Steenkiste, C., Van Vlierberghe, H. Hemodynamic Changes in Splanchnic Blood Vessels in Portal Hypertension. Advances in Integrative Anatomy and Evolutionary Biology. 291 (6), 699-713 (2008).
- Laleman, W., Van Landeghem, L., Wilmer, A., Fevery, J., Nevens, F. Portal hypertension: from pathophysiology to clinical practice. Liver International. 25 (6), 1079-1090 (2005).
- Franchis, R. d. . Updating Consensus in Portal Hypertension: Report of the Baveno III Consensus Workshop on definitions, methodology and therapeutic strategies in portal hypertension. Journal of Hepatology. 33 (5), 846-852 (2000).
- Zardi, E. M., Di Matteo, F. M., Pacella, C. M., Sanyal, A. J. Invasive and non-invasive techniques for detecting portal hypertension and predicting variceral bleeding in cirrhosis: a review. Annals of medicine. 46 (1), 8-17 (2014).
- Kumar, A., Sharma, P., Sarin, S. K. Hepatic venous pressure gradient measurement: time to learn. Indian J Gastroenterol. 27 (2), 74-80 (2008).
- Tsochatzis, E. A., Bosch, J., Burroughs, A. K. Liver cirrhosis. Lancet. 383 (9930), 1749-1761 (2014).
- Abraldes, J. G., Pasarín, M., García-Pagán, J. C. Animal models of portal hypertension. World Journal of Gastroenterology : WJG. 12 (41), 6577-6584 (2006).
- Reiberger, T., et al. Sorafenib attenuates the portal hypertensive syndrome in partial portal vein ligated rats. Journal of Hepatology. 51 (5), 865-873 (2009).
- Schwabl, P., et al. Pioglitazone decreases portosystemic shunting by modulating inflammation and angiogenesis in cirrhotic and non-cirrhotic portal hypertensive rats. Journal of Hepatology. 60 (6), 1135-1142 (2014).
- Reiberger, T., et al. Nebivolol treatment increases splanchnic blood flow and portal pressure in cirrhotic rats via modulation of nitric oxide signalling. Liver International. 33 (4), 561-568 (2013).
- Schwabl, P., et al. The FXR agonist PX20606 ameliorates portal hypertension by targeting vascular remodelling and sinusoidal dysfunction. Journal of Hepatology. 66 (4), 724-733 (2017).
- Mandorfer, M., et al. Sustained virologic response to interferon-free therapies ameliorates HCV-induced portal hypertension. J Hepatol. 65 (4), 692-699 (2016).
- Schwabl, P., et al. Interferon-free regimens improve portal hypertension and histological necroinflammation in HIV/HCV patients with advanced liver disease. Aliment Pharmacol Ther. 45 (1), 139-149 (2017).
- Reiberger, T., Mandorfer, M. Beta adrenergic blockade and decompensated cirrhosis. Journal of Hepatology. 66 (4), 849-859 (2017).
- Reiberger, T., et al. Carvedilol for primary prophylaxis of variceal bleeding in cirrhotic patients with haemodynamic non-response to propranolol. Gut. 62 (11), 1634-1641 (2013).
- Reiberger, T., et al. Austrian consensus guidelines on the management and treatment of portal hypertension (Billroth III). Wiener klinische Wochenschrift. 129 (3), 135-158 (2017).
- de Franchis, R. Expanding consensus in portal hypertension. Journal of Hepatology. 63 (3), 743-752 (2015).
- Pinter, M., et al. The effects of sorafenib on the portal hypertensive syndrome in patients with liver cirrhosis and hepatocellular carcinoma – a pilot study. Alimentary Pharmacology & Therapeutics. 35 (1), 83-91 (2012).
- Schwabl, P., Laleman, W. Novel treatment options for portal hypertension. Gastroenterol Rep (Oxf). 5 (2), 90-103 (2017).
- Klein, S., Schierwagen, R., Uschner, F., Trebicka, J. . Mouse and Rat Models of Induction of Hepatic Fibrosis and Assessment of Portal Hypertension. , (2017).
- Russell, W. M. S., Burch, R. L. . The Principles of Humane Experimental Technique. , (1959).
- Langhans, W., Myrtha, A., Riediger, T., Lutz, T. A. . Routine animal use procedures. , (2016).
- Animal Care and Use Program. . Rat and Mouse anesthesia and analgesia: Formulary and General Drug Information. , (2016).
- Davis, J. A. . Current Protocols in Neuroscience. , (2001).
- Albrecht, M., Henke, J., Tacke, S., Markert, M., Guth, B. Effects of isoflurane, ketamine-xylazine and a combination of medetomidine, midazolam and fentanyl on physiological variables continuously measured by telemetry in Wistar rats. BMC Veterinary Research. 10 (1), 198 (2014).
- Redfors, B., Shao, Y., Omerovic, E. Influence of anesthetic agent, depth of anesthesia and body temperature on cardiovascular functional parameters in the rat. Laboratory Animals. 48 (1), 6-14 (2014).
- Becker, K., et al. . Statement on anesthesia methodologies: Recommondations on anaesthesia methodologies for animal experimentation in rodents and rabbits. , (2016).
