Hémodynamique Caractérisation des modèles rongeurs de l'hypertension artérielle pulmonaire
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
L'hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est une maladie du système vasculaire pulmonaire associée à une infiltration de cellules inflammatoires, prolifération du muscle lisse et l'apoptose des cellules endothéliales. Ces changements se traduisent par l'oblitération des artérioles pulmonaires, conduisant ensuite à ventriculaire droite (RV) dysfonction et l'insuffisance cardiaque. Afin de comprendre la physiopathologie sous – jacente des HAP et l' échec de RV dans l' HTAP, un certain nombre de modèles différents, y compris les modèles génétiques et pharmacologiques pour étudier cette maladie ont été développés (revue ailleurs 1,2).
Parmi ces modèles, les plus populaires sont induite par l'hypoxie (Hx) PAH chez la souris et le monocrotaline (MCT) et SU5416-hypoxie (SuHx) modèles chez le rat. Dans le modèle Hx de la souris, les souris sont exposées à une hypoxie de 4 semaines (soit normobares ou hypobare, ce qui correspond à une altitude de 18000 pieds avec une FiO2 de 0,10), avec le développement résultant de la prolifération médiale, une augmentation RV SYSTpressions PFR et le développement de l' hypertrophie RV 3. MCT à une dose unique de 60 mg / kg dans les résultats des blessures aux cellules endothéliales pulmonaires par un mécanisme pas certain que résulte alors dans le développement de l' HTAP 4. SU5416 est un inhibiteur des récepteurs vasculaires endothéliales de facteurs de croissance (VEGFR) 1 et 2 bloqueur, et le traitement avec une seule injection sous-cutanée de 60 mg / kg suivie d'une exposition à l'hypoxie chronique pendant 3 semaines des résultats dans l'hypertension artérielle pulmonaire permanente avec des changements pathologiques similaires à celui observé dans la maladie humaine, avec la formation de lésions vasculaires oblitérantes 5. Au cours des dernières années, plusieurs modèles de souris transgéniques pour l'hypertension pulmonaire ont été développés. Ceux – ci comprennent KO et mutations du récepteur de la protéine morphogénétique osseuse 2 (BMPR2), que les mutations du gène BMPR2 se trouvent dans les deux formes familiales et idiopathiques de l' HTAP, l' hème oxygénase-1 KO et IL-6 surexpression (revue ailleurs 1,2).
Ces différents modèles de rongeurs de PH ont différents niveaux de l'hypertension artérielle pulmonaire, RV hypertrophie et l'insuffisance RV. Alors que l'hypoxie et divers modèles de souris transgéniques entraînent des HAP beaucoup plus doux que le modèle de rat , soit 1, elle permet l' essai de différentes mutations génétiques et de leurs voies de signalisation associées moléculaires. Le modèle du TCM ne résulte de l'HTAP sévère, bien que MCT semble être toxique pour les cellules endotheliales dans des tissus multiples 4. Le modèle SuHx se caractérise par vasculaire change plus similaire à celle observée dans l'HTAP idiopathique chez l'homme, bien que nécessite à la fois la manipulation et de l'hypoxie exposition pharmacologique. En outre, dans tous ces modèles, il peut y avoir une déconnexion entre les changements histopathologiques, pressions pulmonaires et la fonction RV associés au développement de l'HTAP. Ceci est en contraste avec la maladie humaine, où il existe généralement une relation proportionnelle entre les changements histopathologiques, la gravité de pulmonhypertension ary et le degré d'insuffisance de RV. Ainsi, une caractérisation complète de ces modèles de rongeurs de PH est nécessaire, et implique des évaluations de la fonction RV (généralement par échocardiographie), hémodynamique (par cathétérisme cardiaque) et l'histopathologie du cœur et des poumons (à partir de la récolte des tissus).
Dans ce protocole, nous décrivons les techniques de base utilisées pour la caractérisation hémodynamique des modèles de HAP chez le rat et la souris. Ces techniques générales peuvent être appliquées à toute étude du ventricule droit et de la vascularisation pulmonaire et ne se limite pas aux modèles de HAP. Visualiser le RV par échocardiographie est relativement simple chez les rats, mais il est plus difficile chez les souris en raison de leur taille et de la géométrie complexe de la RV. En outre, certains substituts utilisés pour quantifier la fonction RV, comme TAPSE, artère pulmonaire (PA) Temps d'accélération et de PA Doppler forme d'onde entaillage, ne sont pas bien validées chez l'homme et sont en corrélation que faiblement avec l'évaluation de puhypertension lmonary et la fonction de RV par hémodynamique invasives. Détermination de l'hémodynamique RV est le mieux fait avec un thorax fermé, afin de maintenir les effets d'une pression intrathoracique négative avec l'inspiration, bien ouverte cathétérisme poitrine avec un cathéter d'impédance permet de déterminer la pression volume (PV) des boucles et une caractérisation hémodynamique plus détaillée . Comme pour toute procédure, le développement de l'expérience avec les procédures est essentielle au succès expérimental.
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
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