JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
자동 번역
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
의학

القياس عبر الجلد لمعدل الترشيح الكبيبي في الخنازير ذات التهوية الميكانيكية

Published: September 13, 2022
doi:
10.3791/64413
, , , , ,
1Department of Physiology,College of Medicine University of Tennessee Health Science Center

Summary

معدل الترشيح الكبيبي (GFR) هو العلامة المثالية لتقييم وظائف الكلى. ومع ذلك ، فإن طريقة القياس القياسية باستخدام حقن الأنسولين مع تحليل الدم والبول التسلسلي غير عملية. تحدد هذه المقالة طريقة عملية لقياس GFR عبر الجلد في الخنازير.

Abstract

تم استخدام القياس عبر الجلد لمعدل الترشيح الكبيبي (GFR) لتقييم وظائف الكلى في الحيوانات الواعية. هذه التقنية راسخة في القوارض لدراسة إصابة الكلى الحادة وأمراض الكلى المزمنة. ومع ذلك ، لم يتم التحقق من صحة قياس GFR باستخدام النظام عبر الجلد في الخنازير ، وهو نوع له نظام كلوي مشابه للبشر. ومن ثم ، قمنا بالتحقيق في تأثير الإنتان على GFR عبر الجلد في الخنازير حديثي الولادة المخدرة والتهوية الميكانيكية. تم تحفيز الإنتان متعدد الميكروبات عن طريق ربط وثقب cecal (CLP). تم إرفاق نظام قياس GFR عبر الجلد الذي يتكون من مستشعر مضان مصغر بجلد الخنزير المحلوق لتحديد إزالة الفلوريسئين-أيزوثيوسيانات (FITC) السينيسترين المترافق ، وهو متتبع GFR عن طريق الوريد. تظهر نتائجنا أنه في 12 ساعة بعد CLP ، زاد الكرياتينين في الدم مع انخفاض في GFR. توضح هذه الدراسة ، لأول مرة ، فائدة نهج GFR عبر الجلد في تحديد وظيفة الكلى في الخنازير حديثي الولادة ذات التهوية الميكانيكية.

Introduction

التقييم العملي والكمي لوظيفة الكلى هو قياس معدل الترشيح الكبيبي (GFR) ، والذي يوضح مدى جودة تصفية الكلى للدم بناء على مبدأ التخليص1. طريقة سابقة لقياس GFR تستلزم الحقن في الوريد للمركبات الخارجية مثل الأنسولين أو sinistrin ، وإجراء قياسات متسلسلة لمستويات البلازما / المسالك البولية للكشف عن تخليصها 2,3. هذه الطريقة مرهقة ، وتتطلب الجمع التسلسلي لعينات البلازما والبول4. البديل هو قياس المنتجات النهائية الأيضية الذاتية مثل الكرياتينين. ومع ذلك ، فإن هذا يستغرق وقتا طويلا ، وفي بعض الأحيان ، غير دقيق ، حيث لا يتم ترشيحه بواسطة الكبيبة فحسب ، بل يتم إفرازه أيضا بواسطة الأنابيب 5,6. علاوة على ذلك ، يتأثر مستوى الكرياتينين بالجنس والعمر والنظام الغذائي وكتلة العضلات7،8،9.

مقياس أكثر دقة وأقل توغلا واستخداما على نطاق واسع ل GFR هو استخدام شاشات GFR عبر الجلد ، والتي تقيس GFR في الوقت الفعلي في الحيوانات 4,10. Sinistrin ، علامة كلوية خارجية عالية الذوبان ومرشحة بحرية ، موسومة بالفلوريسئين-أيزوثيوسيانات (FITC). يتم حقن هذا المركب المترافق عن طريق الوريد ، ويمكن تقييم وظائف الكلى في الوقت الفعلي دون جمع عينات الدم والبول11. تم التحقق من صحة استخدام قياس GFR عبر الجلد في القوارض 12 والكلاب13 والقطط14 ، ولكن ليس في الخنازير.

تشترك أنواع الخنازير في العديد من الخصائص التشريحية والفسيولوجية مع البشر ، مما يجعلها مثالية لدراسة الأمراض البشرية المختلفة15. أصبح استخدام الخنازير في البحوث الطبية الحيوية الانتقالية شائعا بشكل متزايد ومفضلا على نماذج القوارض لأنه يحاكي علم وظائف الأعضاء البشرية والفيزيولوجيا المرضية16. تهتم الخنازير الوليدية بفهم آليات الأمراض الفريدة لمرضى الأطفال17. علاوة على ذلك ، فإن التقدم الأخير في زراعة الخنازير إلى الأعضاء البشرية يضع الرغبة في توسيع أدوات التشخيص للتجارب قبل السريرية والسريرية18،19،20،21. تقدم هذه الورقة ، لأول مرة ، دليلا لاستخدام الجهاز عبر الجلد في قياس GFR في الخنازير الوليدية.

Protocol

تمت كتابة الإجراءات وفقا للمعايير الوطنية لرعاية واستخدام المختبر وتمت الموافقة عليها من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدام الحيوانات (IACUC) التابعة لمركز العلوم الصحية بجامعة تينيسي (UTHSC). ملاحظة: تتعرض الخنازير في المجموعة التجريبية لربط وثقب cecal ، في حين أن المجموعة الوه…

Representative Results

في هذا القسم ، نقدم لأول مرة البيانات التمثيلية من استخدام GFR عبر الجلد في الخنازير الوليدية. استخدمنا نموذج ربط وثقب cecal الذي ثبت سابقا أنه يقلل من وظائف الكلى28. وفقا لذلك ، افترضنا أنه في خنازير CLP الخاصة بنا ، يجب أن يكون هناك انخفاض حاد في GFR المقابل ل AKI ، ويجب اكتشاف ذلك على ج…

Discussion

تصف هذه الورقة الخطوات العملية لتحديد وظائف الكلى في الخنازير باستخدام أجهزة مراقبة GFR المصغرة عبر الجلد و FITC-sinistrin في نموذج خنزير حديثي الولادة المخدر والتهوية ميكانيكيا. أنشأت الأوراق السابقة بروتوكولات GFR التجريبية عبر الجلد في القوارض11،12،14</su…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

تم دعم هذه الدراسة من قبل منح المعاهد الوطنية للصحة R01 DK120595 و R01 DK127625 الممنوحة للدكتور أديبيي. محتوى هذه الورقة هو مسؤولية المؤلفين فقط ولا يمثل بالضرورة الآراء الرسمية للمعاهد الوطنية للصحة. شكرا للدكتور دانيال شوك كوش ، مدير الموقع في MediBeacon GmbH ، على نصيحته.

Materials

Alpha – Chloralose Sigma-Aldrich C0128-25G Used for maintanining anesthesia
Black braided silk  3-0 Surgical Specialties SP117 Silk tie for blood vessel traction and ligation
Centrifugation machine AccuSpin 8C Fischer Scientific 75-008-821 Used to extract plasma from whole blood sample
Endotracheal Tube 3.0 uncuffed Progressive Medical International 1109021995 Inserted through tracheostomy
FITC-Sinistrin 1.0 g MediBeacon Inc. FTCF S001 Store at room temp and protect from light
GEM Premier 3000 Blood gas analyzer Instrumentation Laboratory 5700 For bedside blood gas analysis
Heating Pad medium size 20 in x 29 in Adroit Medical Systems V029 Connects to heat therapy pump
HTP-Heat Therapy Pump Adroit Medical Systems HTP Allows you to set temperature as needed.
IDEXX Catalyst One IDEXX Laboratories 89-92525-00 Plasma creatinine analysis
Invasive blood pressure catheter 3.5Fr Millar SPR-524 Inserted in femoral artery
IV adminstration set with flow regulator True Care TCRTCBINF033G Used to connect IV fluid bag to vein catheter
Ketamine Covetrus 68317 Used for induction of Anesthesia
MediBeacon analysis software version 3.0 MediBeacon Inc. N/A Software program used for analysing data to obtain sinistrin clearance half life and curve
Millex-GV Syringe Filter Unit 0.22 µm Millipore Sigma SLGVR33RS Syringe filter for chloralose injection
Neonate/Infant Ventilator Sechrist Millennium 20409 Connected to air supply to provide ventilation through endotracheal tube
Phenobarbital Sodium + Phenytoin Sodium (Euthasol) Covetrus 72934 Used for euthanasia
Ringer Lactate 500 mL bag Baxter 2B2323Q Maintanence fluid infusion
Sterile Gloves Henry Schein 104-5920 Used by operator during surgery
Sterile Gown Halyard Health 95021 Used by operator during surgery
Steril Towel Medline 42131704 Used as drape to maintaine sterile field when operating
Suture 3-0 silk reverse cutting needle Ethicon NC1842168 Used for suturing abdominal wall layers
Transdermal Mini GFR Monitor MediBeacon Inc. TDM004 Battery and USB connector included in package
Transdermal monitor adhesive patch MediBeacon Inc. PTC-SM001 Doubl sided adhesive patch for GFR probe
Umbilical Tape 1/8 in x 20 yds Fisher Scientific NC9303017 To secure endotracheal tube
Venous Catheter size PE/5 Micro medical tubing BB31695 For femoral vein cannulation
Xylazine Covetrus 61035 Used for induction of anesthesia
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Pasala, S., Carmody, J. B. How to use… serum creatinine, cystatin C and GFR. Archives of Disease in Childhood Education and Practice Edition. 102 (1), 37-43 (2017).
  2. Smith, H. W. . The Kidney: Structure and Function in Health and Disease. , (1951).
  3. Gutman, Y., Gottschalk, C. W., Lassiter, W. E. Micropuncture study of inulin absorption in the rat kidney. Science. 147 (3659), 753-754 (1965).
  4. Ellery, S. J., Cai, X., Walker, D. D., Dickinson, H., Kett, M. M. Transcutaneous measurement of glomerular filtration rate in small rodents: through the skin for the win. Nephrology. 20 (3), 117-123 (2015).
  5. Eisner, C., et al. Major contribution of tubular secretion to creatinine clearance in mice. Kidney International. 77 (6), 519-526 (2010).
  6. Wendt, M., Waldmann, K. H., Bickhardt, K. Comparative studies of the clearance of inulin and creatinine in swine. Zentralblatt fur Veterinarmedizin. Reihe A. 37 (10), 752-759 (1990).
  7. Schwartz, G. J., Brion, L. P., Spitzer, A. The use of plasma creatinine concentration for estimating glomerular filtration rate in infants, children, and adolescents. Pediatric Clinics of North America. 34 (3), 571-590 (1987).
  8. Boer, D. P., de Rijke, Y. B., Hop, W. C., Cransberg, K., Dorresteijn, E. M. Reference values for serum creatinine in children younger than 1 year of age. Pediatric Nephrology. 25 (10), 2107-2113 (2010).
  9. Guignard, J. P., Drukker, A. Why do newborn infants have a high plasma creatinine. Pediatrics. 103 (4), 49 (1999).
  10. Friedemann, J., Schock-Kusch, D., Shulhevich, Y. Transcutaneous measurement of glomerular filtration rate in conscious laboratory animals: state of the art and future perspectives. Reporters, Markers, Dyes, Nanoparticles, and Molecular Probes for Biomedical Applications IX. 10079, 63-71 (2017).
  11. Herrera Pérez, Z., Weinfurter, S., Gretz, N. Transcutaneous assessment of renal function in conscious rodents. Journal of Visualized Experiments. (109), e53767 (2016).
  12. Scarfe, L., et al. Transdermal measurement of glomerular filtration rate in mice. Journal of Visualized Experiments. (140), e58520 (2018).
  13. Mondritzki, T., et al. Transcutaneous glomerular filtration rate measurement in a canine animal model of chronic kidney disease. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 90, 7-12 (2018).
  14. Steinbach, S., et al. A pilot study to assess the feasibility of transcutaneous glomerular filtration rate measurement using fluorescence-labelled sinistrin in dogs and cats. PLoS One. 9 (11), 111734 (2014).
  15. Almond, G. W. Research applications using pigs. The Veterinary Clinics of North America Food Animal Practice. 12 (3), 707-716 (1996).
  16. Bassols, A., et al. The pig as an animal model for human pathologies: A proteomics perspective. Proteomics Clinical Applications. 8 (9-10), 715-731 (2014).
  17. Ayuso, M., Irwin, R., Walsh, C., Van Cruchten, S., Van Ginneken, C. Low birth weight female piglets show altered intestinal development, gene expression, and epigenetic changes at key developmental loci. FASEB Journal. 35 (4), 21522 (2021).
  18. Pierson, R. N. Progress toward pig-to-human xenotransplantation. The New England Journal of Medicine. 386 (20), 1871-1873 (2022).
  19. Montgomery, R. A., et al. Results of two cases of pig-to-human kidney xenotransplantation. The New England Journal of Medicine. 386 (20), 1889-1898 (2022).
  20. Reardon, S. First pig kidneys transplanted into people: what scientists think. Nature. 605 (7911), 597-598 (2022).
  21. Lu, T., Yang, B., Wang, R., Qin, C. Xenotransplantation: current status in preclinical research. Frontiers in Immunology. 10, 3060 (2019).
  22. Pattison, R. J., English, P. R., MacPherson, O., Roden, J. A., Birnie, M. Hypothermia and its attempted control in newborn piglets. Proceedings of the British Society of Animal Production. 1990, 81 (1972).
  23. Tucker, B. S., Petrovski, K. R., Kirkwood, R. N. Neonatal piglet temperature changes: effect of intraperitoneal warm saline injection. Animals. 12 (10), 1312 (2022).
  24. Alcalá Rueda, I., et al. A live porcine model for surgical training in tracheostomy, neck dissection, and total laryngectomy. European Archives of Oto-Rhino-Laryngology. 278 (8), 3081-3090 (2021).
  25. Swindle, M. M., Smith, A. C. . Swine in the Laboratory: Surgery, Anesthesia, Imaging, and Experimental Techniques, Third Edition. , (2016).
  26. Steinbacher, R., von Ritgen, S., Moens, Y. P. Laryngeal perforation during a standard intubation procedure in a pig. Laboratory Animals. 46 (3), 261-263 (2012).
  27. Ettrup, K. S., et al. Basic surgical techniques in the Göttingen minipig: intubation, bladder catheterization, femoral vessel catheterization, and transcardial perfusion. Journal of Visualized Experiments. (52), e2652 (2011).
  28. Soni, H., Adebiyi, A. Early septic insult in neonatal pigs increases serum and urinary soluble Fas ligand and decreases kidney function without inducing significant renal apoptosis. Renal Failure. 39 (1), 83-91 (2017).
  29. Bütz, D. E., Morello, S. L., Sand, J., Holland, G. N., Cook, M. E. The expired breath carbon delta value is a marker for the onset of sepsis in a swine model. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 29 (4), 606-613 (2014).
  30. Turner, A. S., McIlwraith, C. W. . Techniques in Large Animal Surgery. , (1989).
  31. Steinbach, S., et al. A pilot study to assess the feasibility of transcutaneous glomerular filtration rate measurement using fluorescence-labelled sinistrin in dogs and cats. PLoS One. 9 (11), 111734 (2014).
  32. Mondritzki, T., et al. Transcutaneous glomerular filtration rate measurement in a canine animal model of chronic kidney disease. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 90, 7-12 (2018).
  33. Schock-Kusch, D., et al. Transcutaneous measurement of glomerular filtration rate using FITC-sinistrin in rats. Nephrology Dialysis Transplantation. 24 (10), 2997-3001 (2009).
  34. Peters, A. M. Expressing glomerular filtration rate in terms of extracellular fluid volume. Nephrology Dialysis Transplantation. 7 (3), 205-210 (1992).
  35. Groth, S., Christensen, A. B., Nielsen, H. CdTe-detector registration of 99mTc-DTPA clearance. European Journal of Nuclear Medicine. 8 (6), 242-244 (1983).
  36. Guyton, A. C., Hall, J. E. The body fluid compartments: extracellular and intracellular fluids; interstitial fluid and edema. Textbook of Medical Physiology. 9, 306-308 (2000).
  37. Luis-Lima, S., et al. Iohexol plasma clearance simplified by dried blood spot testing. Nephrology, Dialysis, Transplantation. 33 (9), 1597-1603 (2018).
  38. Kobayashi, E., Hishikawa, S., Teratani, T., Lefor, A. T. The pig as a model for translational research: overview of porcine animal models at Jichi Medical University. Transplantation Research. 1 (1), 8 (2012).
  39. Swindle, M. M., et al. Swine as models in biomedical research and toxicology testing. Veterinary Pathology. 49 (2), 344-356 (2012).
  40. Ibrahim, Z., et al. Selected physiologic compatibilities and incompatibilities between human and porcine organ systems. Xenotransplantation. 13 (6), 488-499 (2006).
  41. Judge, E. P., et al. Anatomy and bronchoscopy of the porcine lung. A model for translational respiratory medicine. American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology. 51 (3), 334-343 (2014).
  42. Stevens, L. A., Levey, A. S. Measured GFR as a confirmatory test for estimated GFR. Journal of the American Society of Nephrology. 20 (11), 2305-2313 (2009).
  43. Bankir, L., Yang, B. New insights into urea and glucose handling by the kidney, and the urine concentrating mechanism. Kidney International. 81 (12), 1179-1198 (2012).
  44. Ruiz, S., et al. Sepsis modeling in mice: ligation length is a major severity factor in cecal ligation and puncture. Intensive Care Medicine Experimental. 4 (1), 22 (2016).
  45. Schock-Kusch, D., et al. Transcutaneous assessment of renal function in conscious rats with a device for measuring FITC-sinistrin disappearance curves. Kidney International. 79 (11), 1254-1258 (2011).
  46. Frennby, B., Sterner, G. Contrast media as markers of GFR. European Radiology. 12 (2), 475484 (2002).
  47. Burchardi, H., Kaczmarczyk, G. The effect of anaesthesia on renal function. European Journal of Anaesthesiology. 11 (3), 163-168 (1994).
  48. Fusellier, M., et al. Influence of three anesthetic protocols on glomerular filtration rate in dogs. American Journal of Veterinary Research. 68 (8), 807811 (2007).
  49. Arant, B. S. Functional immaturity of the newborn kidney-paradox or prostaglandin. Homeostasis, Nephrotoxicity, and Renal Anomalies in the Newborn. , 271-278 (1986).
  50. Gattineni, J., Baum, M. Developmental changes in renal tubular transport-an overview. Pediatric Nephrology. 30 (12), 2085-2098 (2015).
  51. Gu, X., Yang, B. Methods for assessment of the glomerular filtration rate in laboratory animals. Kidney Diseases. , 1-11 (2022).
  52. Mullins, T. P., Tan, W. S., Carter, D. A., Gallo, L. A. Validation of non-invasive transcutaneous measurement for glomerular filtration rate in lean and obese C57BL/6J mice. Nephrology. 25 (7), 575-581 (2020).

Tags

Keywords: Transdermal GFR MeasurementKidney FunctionSwine ModelXenotransplantationPigletsCecal LigationTracheostomyVessel CannulationReal-time AssessmentNon-invasive
check_url/kr/64413?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Fanous, M. S., Afolabi, J. M., Michael, O. S., Falayi, O. O., Iwhiwhu, S. A., Adebiyi, A. Transdermal Measurement of Glomerular Filtration Rate in Mechanically Ventilated Piglets. J. Vis. Exp. (187), e64413, doi:10.3791/64413 (2022).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image