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

Mekanik Havalandırmalı Domuz Yavrularında Glomerüler Filtrasyon Hızının Transdermal Ölçümü

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

Summary

Glomerüler filtrasyon hızı (GFR), böbrek fonksiyonlarını değerlendirmek için ideal bir belirteçtir. Bununla birlikte, seri kan ve idrar analizi ile inülin enjeksiyonu kullanan standart ölçüm yöntemi pratik değildir. Bu makalede, domuz yavrularında GFR’yi transdermal olarak ölçmek için pratik bir yöntem açıklanmaktadır.

Abstract

Glomerüler filtrasyon hızının (GFR) transdermal ölçümü, bilinçli hayvanlarda böbrek fonksiyonlarını değerlendirmek için kullanılmıştır. Bu teknik, akut böbrek hasarı ve kronik böbrek hastalığını incelemek için kemirgenlerde iyi kurulmuştur. Bununla birlikte, transdermal sistemi kullanan GFR ölçümü, insanlara benzer bir böbrek sistemine sahip bir tür olan domuzlarda doğrulanmamıştır. Bu nedenle, anestezi uygulanan ve mekanik olarak ventilasyona tabi tutulan yenidoğan domuzlarında sepsisin transdermal GFR üzerine etkisini araştırdık. Polimikrobiyal sepsis, çekal ligasyon ve ponksiyon (CLP) ile indüklendi. Minyatür bir floresan sensöründen oluşan transdermal GFR ölçüm sistemi, intravenöz olarak enjekte edilen bir GFR izleyici olan floresein-izotiyosiyanat (FITC) konjuge sinistrinin temizlenmesini belirlemek için domuzun traşlı derisine bağlandı. Sonuçlarımız, CLP sonrası 12 saat sonrasında, GFR’de bir azalma ile serum kreatinininin arttığını göstermektedir. Bu çalışma, ilk kez, mekanik olarak ventilasyona tabi tutulan yenidoğan domuzlarında böbrek fonksiyonunun belirlenmesinde transdermal GFR yaklaşımının yararlılığını göstermektedir.

Introduction

Böbrek fonksiyonunun pratik ve kantitatif bir değerlendirmesi, böbreklerin klirens prensibi1’e dayanarak kanı ne kadar iyi filtrelediğini söyleyen glomerüler filtrasyon hızı (GFR) ölçümüdür. GFR’yi ölçmenin daha önceki bir yöntemi, inülin veya sinistrin gibi eksojen bileşiklerin intravenöz enjeksiyonunu gerektirir ve klirenslerini tespit etmek için plazma / idrar seviyelerinin seri ölçümlerini yapar 2,3. Bu yöntem hantaldır, plazma ve idrar örneklerinin seri toplanmasını gerektirir4. Bir alternatif, kreatinin gibi endojen metabolik son ürünlerin ölçümüdür. Bununla birlikte, bu zaman alıcıdır ve zaman zaman yanlıştır, çünkü sadece glomerulus tarafından filtrelenmekle kalmaz, aynı zamandatübüller 5,6 tarafından da salgılanır. Ayrıca, kreatinin seviyesi cinsiyet, yaş, diyet ve kas kütlesi 7,8,9’dan etkilenir.

GFR’nin daha hassas, minimal invaziv ve yaygın olarak kullanılan bir ölçüsü, hayvanlarda gerçek zamanlı GFR’yi ölçen transdermal GFR monitörlerinin kullanılmasıdır 4,10. Yüksek oranda çözünür ve serbestçe filtrelenmiş eksojen bir böbrek belirteci olan Sinistrin, floresein-izotiyosiyanat (FITC) ile etiketlenmiştir. Bu konjuge bileşik intravenöz olarak enjekte edilir ve gerçek zamanlı böbrek fonksiyonu kan ve idrar örnekleri toplanmadan değerlendirilebilir11. Transdermal GFR ölçümünün kullanımı kemirgenlerde 12, köpekler13 ve kediler14’te doğrulanmıştır, ancak domuzlarda doğrulanmamıştır.

Domuz türleri, insanlarla çeşitli anatomik ve fizyolojik özellikleri paylaşır ve bu da onları çeşitli insan hastalıklarını incelemek için ideal hayvanlar haline getirir15. Translasyonel biyomedikal araştırmalarda domuzların kullanımı giderek daha popüler hale gelmiş ve insan fizyolojisini ve patofizyolojisini taklit ettiği için kemirgen modellerine göre tercih edilmiştir16. Yenidoğan domuzları, pediatrik hastalara özgü hastalıkların mekanizmalarını anlamada ilgi çekicidir17. Ayrıca, domuzdan insana organ naklindeki son gelişmeler, klinik öncesi ve klinik çalışmalar için tanı araçlarını genişletme dürtüsünü ortaya koymaktadır 18,19,20,21. Bu makale, ilk kez, yenidoğan domuzlarında GFR ölçümünde transdermal cihazın kullanımı için bir kılavuz sunmaktadır.

Protocol

Prosedürler, laboratuvar hayvanlarının bakımı ve kullanımı için ulusal standartlara göre yazılmıştır ve Tennessee Üniversitesi Sağlık Bilimleri Merkezi (UTHSC) Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi (IACUC) tarafından onaylanmıştır. NOT: Deney grubundaki domuz yavruları çekal ligasyonuna ve delinmeye maruz kalırken, sahte grup sadece çekal ligasyonu veya delinmesi olmadan karın açılmasına maruz kalır. Her iki gruptaki domuz yavruları, deney grubunda seps…

Representative Results

Bu bölümde, yenidoğan domuzlarda transdermal GFR kullanımından elde edilen temsili verileri ilk kez sunuyoruz. Daha önce böbrek fonksiyonlarını azalttığı gösterilen bir çekal ligasyon ve ponksiyon modeli kullandık28. Buna göre, CLP domuzlarımızda, GFR’de AKI’ya karşılık gelen akut bir düşüş olması gerektiğini ve bunun transdermal GFR cihazında artan boşluk süresi (t1/2) olarak tespit edilmesi ve böylece domuzlarda kullanımının doğrulanması gerektiğin…

Discussion

Bu yazıda, minyatür transdermal GFR monitörleri ve mekanik olarak havalandırılan, anestezi uygulanmış yenidoğan domuz modelinde FITC-sinistrin kullanılarak domuzlarda böbrek fonksiyonunu belirlemenin pratik adımları açıklanmaktadır. Önceki makaleler11,12,14 kemirgenlerinde deneysel transdermal GFR protokolleri oluşturmuştur, ancak domuzlarda protokol yoktur.

Son zamanlarda, inatçı …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu çalışma, Dr. Adebiyi’ye verilen Ulusal Sağlık Enstitüleri R01 DK120595 ve R01 DK127625 hibeleri ile desteklenmiştir. Bu makalenin içeriği yalnızca yazarların sorumluluğundadır ve Ulusal Sağlık Enstitüleri’nin resmi görüşlerini temsil etmek zorunda değildir. MediBeacon GmbH Saha Direktörü Dr. Daniel Schock-Kusch’a tavsiyeleri için teşekkür ederiz.

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