Invasieve hemodynamische karakterisering van de Portal-hypertensieve syndroom bij Cirrhotic ratten
Summary
Hier beschrijven we een gedetailleerd protocol voor invasieve meting van hemodynamische parameters, met inbegrip van portal druk, splanchnic doorbloeding en systemische hemodynamica teneinde het karakteriseren van de portal hypertensieve syndroom bij ratten.
Abstract
Dit is een gedetailleerde beschrijving van invasieve hemodynamische metingen in cirrhotic ratten voor de karakterisatie van portal hypertensieve syndroom. Portal hypertensie (PHT) als gevolg van cirrose is verantwoordelijk voor de meest ernstige complicaties bij patiënten met leverziekten. Volledig beeld van de portal hypertensieve syndroom wordt gekarakteriseerd door verhoogde portal druk (PP) als gevolg van de toegenomen Intrahepatische vasculaire weerstand (IHVR), hyperdynamic verkeer en verhoogde splanchnic bloedtoevoer. Progressieve splanchnic arteriële vasodilatatie en verhoogde cardiale output met verhoogde hartslag (HR) maar lage arteriële druk kenmerkt de portal hypertensieve syndroom.
Nieuwe therapieën die erop gericht te verlagen van PP momenteel worden ontwikkeld door ofwel gericht op IHVR of splanchnic doorbloeding verhoogd — maar bijwerkingen op systemische hemodynamica kan optreden. Dus, een gedetailleerde karakterisering van portaal veneuze, splanchnic, en systemische hemodynamische parameters, met inbegrip van meting van PP, portal veneuze bloedstroom (PVBF), mesenterische arteriële bloedstroom, gemiddelde arteriële druk (kaart) en HR is nodig voor preklinische evaluatie van de werkzaamheid van nieuwe behandelingen voor PHT. Onze video artikel biedt de lezer met een gestructureerde protocol voor het uitvoeren van invasieve hemodynamische metingen in cirrhotic ratten. In het bijzonder, beschrijven we de catheterisatie van de femorale slagader en de ader van de portal via een ader van de ileocolic en de meting van portaal veneuze en splanchnic bloed stromen via gerelateerde Doppler-ultrageluid stroom sondes. Representatieve resultaten van verschillende rat modellen van PHT worden weergegeven.
Introduction
PHT is gedefinieerd als pathologisch verhoogde bloeddruk in de portal veneuze systeem dat leiden ernstige complicaties bij patiënten met levercirrose zoals variceal bloeden en ascites1 tot kan. Terwijl pre hepatische (b.v., portal veneuze trombose) en na hepatische (bijvoorbeeldBudd-Chiari Syndrome) PHT zijn zeldzaam, Intrahepatische PHT toe te schrijven aan levercirrose vertegenwoordigt de meest voorkomende oorzaak van PHT2.
In levercirrose, is PP vooral verhoogd als gevolg van verhoogde IHVR3. In gevorderde stadia, PHT wordt nog verergerd door de verhoogde PVBF als gevolg van verhoogde cardiale output en daalde van systemische en splanchnic vasculaire weerstand — de portal hypertensieve syndroom4definiëren. De wet van Ohm (ΔP = Q * R) impliceert dat de IHVR en bloed-flow in verhouding staan tot PP5. Bij patiënten is rechtstreekse meting van PP riskant en niet routinematig uitgevoerd; in plaats daarvan wordt de hepatische veneuze drukverschil (HVPG) gebruikt als een indirecte maat van PP6,7. De HVPG wordt berekend door de gratis hepatische veneuze druk (FHVP) van de steken hepatische veneuze druk (WHVP), die worden gemeten met behulp van een ballon catheter geplaatst in een hepatische ader8af te trekken. De fysiologische HVPG varieert tussen 1 – 5 mmHg, terwijl een HVPG ≥10 mmHg definieert klinisch significante portal hypertensie (CSPH) en geeft aan verhoogd risico voor PHT-gerelateerde complicaties, zoals variceal bloeden, ascites en hepatische encephalopathie9 . Hoewel PP (dat wil zeggen, HVPG) de meest relevante parameter voor PHT Ernst, informatie over andere onderdelen van PHT is, met inbegrip van de ernst van de omloop hyperdynamic (HR, kaart), zijn splanchnic/mesenterische arteriële bloedstroom, en IHVR, cruciaal voor het verkrijgen van een grondig inzicht in de verschillende onderliggende mechanisme van PHT.
Dus, in tegenstelling tot indirecte metingen van PP bij de mens, de geïntroduceerde methodologie voor ratten biedt het voordeel van een rechtstreekse meting van PP en staat de opname van aanvullende hemodynamische parameters karakteriseren de portal hypertensieve syndroom. Daarnaast de rechtstreekse meting van PP is een uitstekende integratieve uitlezing van het bedrag van leverfibrose (een belangrijke determinant van IHVR) en bepaalde beperkingen van fibrose kwantificering aan leverweefsel bemonstering fouten gerelateerde overwint.
De meest gebruikte knaagdier modellen van cirrhotic PHT omvatten chirurgische gal duct afbinding (BDL), toxine-geïnduceerde lever letsel (dat wil zeggen, door tetrachloorkoolstof, thioacetamide, of dimethylnitrosamine-administratie) en dieet-geïnduceerde metabole lever modellen van de ziekte. Prehepatic (niet-cirrhotic) PHT kan worden opgewekt door gedeeltelijke portal vein afbinding (PPVL)10.
Kleine knaagdieren zijn geschikt voor de onderhavige methode, met inbegrip van muizen, hamsters, ratten of konijnen, en zijn geassocieerd met relatief lage onderhoudskosten. Ondanks dat zijn allemaal de hemodynamische evaluaties zijn haalbaar om uit te voeren in muizen, betere nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid van de resultaten gezien met ratten of grotere knaagdieren als gevolg van het duidelijke voordeel van dierlijke grootte. Daarnaast zijn specifieke micro-instrumenten en apparaten nodig om het verkrijgen van vergelijkbare hemodynamische parameters bij muizen. Tot slot, ratten zijn robuuster met lagere geassocieerde morbiditeit en mortaliteit en de drop-out tarieven zijn dus waarschijnlijk lager bij ratten dan in muizen.
De voorgestelde methodologie is geschikt voor de evaluatie van specifieke behandelingen van de leverziekte (d.w.z., anti-fibrotische of anti-inflammatoire drugs) of Roman farmacologische benaderingen die invloed vasculaire Toon en/of endotheel biologie; en dus waarschijnlijk effect hemodynamische parameters in PHT.
Protocol
Representative Results
Discussion
PP is de belangrijkste uitkomst-parameter voor de evaluatie van het portal hypertensieve syndroom en weerspiegelt de ernst van de onderliggende cirrose. Zowel matrix afzetting (d.w.z., fibrose), en sinusoïdale vasoconstrictie (vanwege verhoogde hepatische uitdrukking van vasoconstrictors vooruit en verminderde alertheid op Vasodilatatoren) leiden tot verhoogde IHVR. Het belang van PP en de gevolgen daarvan voor chronische leverziekte is aangetoond in meerdere preklinische11,<s…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij danken de dierenartsen, verpleegsters en dierlijke keepers op de Center van biomedisch onderzoek voor hun voortdurende steun tijdens onze onderzoeksprojecten. De auteurs erkennen de belangrijke inbreng van alle revisoren van dit protocol. Een deel van het onderzoek werd gefinancierd door de “jonge Science Award” van de Oostenrijkse maatschappij voor gastro-enterologie en Hepatologie (ÖGGH) aan PS en het “Skoda Award” van de Oostenrijkse maatschappij van interne geneeskunde aan 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).
