Pulmoner Hipertansiyon Kemirgen Modeller Hemodinamik Karakterizasyonu
Summary
Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a disease of pulmonary arterioles that leads to their obliteration and the development of right ventricular failure. Rodent models of PAH are critical in understanding the pathophysiology of PAH. Here we demonstrate hemodynamic characterization, with right heart catheterization and echocardiography, in the mouse and rat.
Abstract
Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a rare disease of the pulmonary vasculature characterized by endothelial cell apoptosis, smooth muscle proliferation and obliteration of pulmonary arterioles. This in turn results in right ventricular (RV) failure, with significant morbidity and mortality. Rodent models of PAH, in the mouse and the rat, are important for understanding the pathophysiology underlying this rare disease. Notably, different models of PAH may be associated with different degrees of pulmonary hypertension, RV hypertrophy and RV failure. Therefore, a complete hemodynamic characterization of mice and rats with PAH is critical in determining the effects of drugs or genetic modifications on the disease.
Here we demonstrate standard procedures for assessment of right ventricular function and hemodynamics in both rat and mouse PAH models. Echocardiography is useful in determining RV function in rats, although obtaining standard views of the right ventricle is challenging in the awake mouse. Access for right heart catheterization is obtained by the internal jugular vein in closed-chest mice and rats. Pressures can be measured using polyethylene tubing with a fluid pressure transducer or a miniature micromanometer pressure catheter. Pressure-volume loop analysis can be performed in the open chest. After obtaining hemodynamics, the rodent is euthanized. The heart can be dissected to separate the RV free wall from the left ventricle (LV) and septum, allowing an assessment of RV hypertrophy using the Fulton index (RV/(LV+S)). Then samples can be harvested from the heart, lungs and other tissues as needed.
Introduction
Pulmoner arteriyel hipertansiyon (PAH) inflamatuar hücre infiltrasyonu, düz kas proliferasyonu ve endotel hücre apoptosis ile ilişkili pulmoner vasküler bir hastalıktır. Bu değişiklikler daha sonra sağ ventrikül (RV) disfonksiyonu ve kalp yetmezliğine yol açan, pulmoner arteriyollerde oblitere sonuçlanır. PAH PAH ve RV yetersizliğinin altında yatan patofizyoloji anlamak için, bu hastalığı incelemek için genetik ve farmakolojik modelleri dahil olmak üzere farklı modelleri, bir dizi (1,2 başka yerde gözden) geliştirilmiştir.
Bu modellerin, en popüler sıçan hipoksi kaynaklı fare (Hx) PAH ve monokrotalin (MCT) ve SU5416-hipoksi (SuHx) modellerdir. Fare Hx modelinde fareler medial çoğalması bileşke gelişimi ile, (0.10 FiO2 ile 18.000 feet irtifada karşılık, Normobarik veya hipobarik ya) hipoksi 4 hafta maruz RV syst arttıolic baskılar ve RV hipertrofisi 3 geliştirilmesi. Daha sonra PAH 4 geliştirilmesi ile sonuçlanan bir açık mekanizma yoluyla pulmoner endotel hücrelerine hasarı 60 mg / kg sonuçlar tek bir dozda, MCT. SU5416 benzer patolojik değişimler ile sürekli pulmoner hipertansiyon 3 hafta sonuçlar için kronik hipoksi ile, ardından, 60 mg / kg'lık bir defalık deri altına enjeksiyon ile vasküler endotelyal büyüme faktörü reseptörleri (VEGFR) 1 ve 2 engelleyici inhibitörü ve tedavi olduğu bu obliteratif vasküler lezyonların 5 oluşumu ile, insan hastalıklarında görüldüğü üzere. Geçmiş yıllarda, pulmoner hipertansiyon için çeşitli transgenik fare modelleri geliştirilmiştir. Bunlar BMPR2 gen mutasyonları PAH hem ailesel ve idiyopatik formlarda bulunurlar olarak, heme oksijenaz-1 nakavt ve IL-6 aşın (başka yerde 1,2 gözden) nakavt ve kemik morfogenetik protein reseptörü 2 (BMPR2) ait mutasyonlar dahildir.
PH Bu farklı kemirgen modelleri pulmoner hipertansiyon, RV hipertrofisi ve RV yetersizliği farklı seviyeleri var. Hipoksi ve çeşitli transgenik fare modelleri sıçan modelinde 1 ya daha hafif PAH neden olsa da, farklı genetik mutasyonlar ve bunlarla ilişkili moleküler sinyal yollarının test izin vermiyor. MCT birçok dokuda 4 endotel hücrelerine karşı toksik olduğu görünmektedir, ancak MCT modeli, ciddi PAH neden yoktur. hem farmakolojik manipülasyon ve hipoksi pozlama gerektirmesine rağmen vasküler ile karakterizedir SuHx modeli, insanlarda idiyopatik PAH görülen çok benzer değiştirir. Dahası, bu modellerin tümünde, PAH gelişimi ile ilişkili histopatolojik değişiklikler, pulmoner basınçlar ve rv fonksiyonu arasında bir kopukluk olabilir. Bu histopatolojik değişiklikler arasında orantılı bir ilişki, pulmon şiddeti Genellikle insan hastalığı, aksine birary hipertansiyon ve RV yetersizliği derecesi. Böylece, PH bu kemirgen modellerinde kapsamlı bir karakterizasyonu gereklidir ve (kardiyak kateterizasyon ile) (genellikle ekokardiyografi ile) RV işlevi değerlendirmeler, hemodinami ve kalbin histopatolojik ve (doku hasat) akciğerleri tutar edilir.
Bu protokol, biz sıçan ve fare PAH modelleri hemodinamik karakterizasyonu için kullanılan temel teknikleri açıklar. Bu genel teknikler, sağ ventrikül pulmoner damar herhangi bir çalışma uygulanabilir ve PAH modelleri ile sınırlı değildir. ekokardiyografi ile RV görselleştirme sıçanlarda nispeten basittir, fakat nedeniyle büyüklük ve RV karmaşık geometri farelerde daha zordur. Ayrıca, bu gibi TAPSE olarak ölçülmesi RV işlev için kullanılan bazı suretler, pulmoner arter (PA) hızlanma süresi ve PA Doppler dalga çentik, iyi insanlarda geçerliliği ve pu değerlendirmesi ile sadece zayıf korelasyonlmonary hipertansiyon ve invaziv hemodinami ile RV işlev. bir empedans kateter ile açık göğüs kateterizasyonu basınç-hacim (PV) belirlenmesini sağlar döngüler ve daha detaylı bir hemodinamik karakterizasyon rağmen RV hemodinaminin belirlenmesi en ilham ile negatif intratorasik basınç etkisini korumak için, bir kapalı göğüs ile yapılır . herhangi bir işlem olduğu gibi, prosedürlere deneyimi gelişen deneysel başarısı için kritik öneme sahiptir.
Protocol
Representative Results
Discussion
The protocols outlined here describe a comprehensive characterization of hemodynamics and right ventricular function in rodent models of pulmonary hypertension. While right heart catheterization as described here is a terminal procedure, the mortality associated with echocardiography is minimal, which allows for screening and follow-up of disease progression. However, similar to patients with PH having markedly increased mortality with anesthesia17, in our experience, rats with severe PH do not tolerate anesth…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
SR is supported by NIH K08HL114643, Gilead Research Scholars in Pulmonary Arterial Hypertension and a Burroughs Wellcome Fund Career Award for Medical Scientists.
Materials
| Vevo 2100 Imaging System (120V) | VisualSonics, inc. | VS-11945 | |
| Vevo 2100 Imaging Station | VisualSonics, inc. | ||
| High-frequency Mechanical Transducers | VisualSonics, inc. | MS250, MS550D, MS400 | |
| Ultrasound Gel Parker | Laboratories Inc. | 01-08 | |
| PowerLab 4/35 | ADInstruments | ML765 | |
| Labchart 8 | ADInstruments | ||
| BP transducer with stopcock and cable | ADInstruments | MLT1199 | |
| BP transducer calibration kit | ADInstruments | MLA1052 | |
| Mikro-Tip Pressure Catheter for mouse | Millar | SPR-1000 | Alternative catheter available from Scisense FT111B (mouse) and FT211B (rat) |
| Mikro-Tip Pressure Catheter for rat | Millar | SPR-513 | Alternative catheter available from Scisense FT111B (mouse) and FT211B (rat) |
| Millar Mikro-Tip ultra-miniature PV loop catheter for mice | Millar | PVR-1035 | Alternative catheter available from Scisense FT112 (mouse) |
| Millar Mikro-Tip ultra miniature PV loop catheter for rats | Millar | SPR-869 | Alternative catheter available from Scisense FT112 (mouse) |
| Millar PV system MPVS-300 | Millar | MPVS-300 | |
| 4-0 Silk Black Braid 100 Yard Spool | Roboz Surgical | SUT-15-2 | |
| 6-0 Silk Black Braid 100 Yard Spool | Roboz Surgical | SUT-14-1 | |
| Iris Scissors, Delicate, Integra Miltex | VWR | 21909-248 | |
| VWR Dissecting Scissors, Sharp/Blunt Tip | VWR | 82027-588 | |
| VWR Delicate Scissors, 4 1/2" | VWR | 82027-582 | |
| Two star Hemostats, Excelta | VWR | 63042-090 | |
| Neutral-buffered formalin | VWR | 89370-094 | |
| Crotaline | Sigma | C2401 | |
| SU5416 | Tocris Biosciences | 3037 | |
| 3.5X-45X Boom Stand Trinocular Zoom Stereo Microscope | AmScope | SM-3BX | |
| PE (Polyethylene Tubing)-10 | Braintree Scientific Inc | PE10 36 FT | |
| PE (Polyethylene Tubing)-50 | Braintree Scientific Inc | PE50 36 FT | |
| PE (Polyethylene Tubing)-60 | Braintree Scientific Inc | PE60 36 FT | |
| Tabletop Isoflurane Anesthesia Unit | Kent Scientific | ACV-1205S | |
| Surgisuite multi-functional surgical platform | Kent Scientific | Surgisuite | |
| Retractor set | Kent Scientific | SURGI-5002 | |
| Anesthesia induction chamber | VetEquip | 941443 | |
| Anesthesia Gas filter canister | Kent Scientific | ACV-2001 | |
| Rodent nose cone | VetEquip | 921431 |
Referências
- Gomez-Arroyo, J., et al. A brief overview of mouse models of pulmonary arterial hypertension: problems and prospects. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 302, 977-991 (2012).
- Ryan, J. J., Marsboom, G., Archer, S. L. Rodent models of group 1 pulmonary hypertension. Handbook of experimental pharmacology. 218, 105-149 (2013).
- Voelkel, N. F., Tuder, R. M. Hypoxia-induced pulmonary vascular remodeling: a model for what human disease. J Clin Invest. 106, 733-738 (2000).
- Gomez-Arroyo, J. G., et al. The monocrotaline model of pulmonary hypertension in perspective. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 302, 363-369 (2012).
- Abe, K., et al. Formation of plexiform lesions in experimental severe pulmonary arterial hypertension. Circulation. 121, 2747-2754 (2010).
- Pacher, P., Nagayama, T., Mukhopadhyay, P., Batkai, S., Kass, D. A. Measurement of cardiac function using pressure-volume conductance catheter technique in mice and rats. Nat Protoc. 3, 1422-1434 (2008).
- Brittain, E., Penner, N. L., West, J., Hemnes, A. Echocardiographic Assessment of the Right Heart in Mice. J. Vis. Exp. (81), e50912 (2013).
- Abraham, D. M., Mao, L. Cardiac Pressure-Volume Loop Analyses Using Conductance Catheters in Mice. J Vis Exp. , (2015).
- Vergadi, E., et al. Early macrophage recruitment and alternative activation are critical for the later development of hypoxia-induced pulmonary hypertension. Circulation. 123, 1986-1995 (2011).
- Mam, V., et al. Impaired vasoconstriction and nitric oxide-mediated relaxation in pulmonary arteries of hypoxia- and monocrotaline-induced pulmonary hypertensive rats. J Pharmacol Exp Ther. 332, 455-462 (2010).
- Wang, Z., Schreier, D. A., Hacker, T. A., Chesler, N. C. Progressive right ventricular functional and structural changes in a mouse model of pulmonary arterial hypertension. Physiol Rep. 1, 00184 (2013).
- Thibault, H. B., et al. Noninvasive assessment of murine pulmonary arterial pressure: validation and application to models of pulmonary hypertension. Circ Cardiovasc Imaging. 3, 157-163 (2010).
- Abe, K., et al. Long-term treatment with a Rho-kinase inhibitor improves monocrotaline-induced fatal pulmonary hypertension in rats. Circ Res. 94, 385-393 (2004).
- Ma, W., et al. hypoxia chamer info–Calpain mediates pulmonary vascular remodeling in rodent models of pulmonary hypertension, and its inhibition attenuates pathologic features of disease. J Clin Invest. 121, 4548-4566 (2011).
- de Man, F. S., et al. Bisoprolol delays progression towards right heart failure in experimental pulmonary hypertension. Circ Heart Fail. 5, 97-105 (2012).
- de Man, F. S., et al. Dysregulated renin-angiotensin-aldosterone system contributes to pulmonary arterial hypertension. Am J Respir Crit Care Med. 186, 780-789 (2012).
- Pritts, C. D., Pearl, R. G. Anesthesia for patients with pulmonary hypertension. Curr Opin Anaesthesiol. 23, 411-416 (2010).
- Paulin, R., et al. A miR-208-Mef2 Axis Drives the Decompensation of Right Ventricular Function in Pulmonary Hypertension. Circ Res. 116, 56-69 (2015).
- Brittain, E., Penner, N. L., West, J., Hemnes, A. Echocardiographic assessment of the right heart in mice. J Vis Exp. , (2013).
- Cheng, H. W., et al. Assessment of right ventricular structure and function in mouse model of pulmonary artery constriction by transthoracic echocardiography. J Vis Exp. , e51041 (2014).
