الدورة الدموية توصيف نماذج القوارض من الرئوي الشرياني ارتفاع ضغط الدم
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
الرئوي ارتفاع ضغط الدم الشرياني (الهيئة العامة للإسكان) هو مرض يصيب الأوعية الدموية الرئوية المرتبطة تسلل خلية التهابات، وانتشار العضلات الملساء وموت الخلايا المبرمج البطانية. هذه التغيرات تؤدي إلى طمس الشرايين الرئوية، مما يؤدي بعد ذلك إلى البطين الأيمن (RV) ضعف وقصور في القلب. من أجل فهم الفيزيولوجيا المرضية الكامنة الهيئة العامة للإسكان والفشل RV في الهيئة العامة للإسكان، وضعت عددا من النماذج المختلفة، بما في ذلك النماذج الوراثية والدوائية، لدراسة هذا المرض (إعادة النظر في أماكن أخرى 1،2).
من هذه النماذج، والأكثر شعبية هي (HX) الهيئة العامة للإسكان التي يسببها نقص الأكسجة في الماوس وmonocrotaline (MCT) ونماذج SU5416 نقص الأكسجة (SuHx) في الفئران. في نموذج HX الماوس، تتعرض الفئران إلى 4 أسابيع من نقص الأكسجة (إما نظامي الضغط أو ناقص الضغط الموافق على ارتفاع 18،000 قدم مع FiO2 من 0.10)، مع تطور الناتجة من انتشار وسطي، وزيادة RV نظم الالضغوط اوليتش وتطوير RV تضخم 3. MCT في جرعة واحدة من 60 ملغ / كغ من النتائج في إصابة الخلايا البطانية الرئة من خلال آلية واضحة أن ذلك يؤدي إلى تطوير الهيئة العامة للإسكان 4. SU5416 هو مثبط لمستقبلات الأوعية الدموية البطانية عامل النمو (VEGFR) 1 و 2 مانع، وعلاج مع الحقن تحت الجلد واحد من 60 ملغ / كغ تليها التعرض لنقص الأكسجين المزمن لمدة 3 أسابيع النتائج في ارتفاع ضغط الدم الرئوي الدائم مع تغيرات مرضية مشابهة لتلك التي شوهدت في الأمراض التي تصيب البشر، مع تشكيل الآفات الوعائية مسد 5. في السنوات الماضية، وقد تم تطوير عدة نماذج الماوس المعدلة وراثيا لارتفاع ضغط الدم الرئوي. وتشمل هذه بالضربة القاضية والطفرات من مخلق العظام مستقبلات البروتين 2 (BMPR2)، كما تم العثور على الطفرات الجينية BMPR2 في كل من الأشكال العائلية ومجهول السبب من الهيئة العامة للإسكان، الهيم أوكسيجيناز-1 بالضربة القاضية وIL-6 overexpression (مراجعة أماكن أخرى 1،2).
هذه النماذج القوارض مختلفة من PH لديهم مستويات مختلفة من ارتفاع ضغط الدم الرئوي، تضخم RV والفشل RV. في حين أن نقص الأكسجة ومختلف نماذج الماوس المعدلة وراثيا ينتج في الهيئة العامة للإسكان أكثر اعتدالا بكثير من نموذج الفئران إما 1، فإنه لا يسمح اختبار الطفرات الجينية المختلفة وما يرتبط بها من مسارات الإشارات الجزيئية الخاصة بهم. نموذج MCT لا يؤدي في الهيئة العامة للإسكان حادة، على الرغم من MCT يبدو أن تكون سامة للخلايا البطانية في الأنسجة المتعددة (4). نموذج SuHx تتميز الأوعية الدموية يتغير أكثر مماثلة لتلك التي شوهدت في الهيئة العامة للإسكان مجهول السبب في البشر، على الرغم من أن يتطلب كل من التلاعب ونقص الأكسجة الصيدلانية التعرض. وعلاوة على ذلك، في كل من هذه النماذج، قد يكون هناك انفصال بين التغيرات النسيجية، والضغوط الرئوية وظيفة RV المرتبطة تطوير الهيئة العامة للإسكان. هذا هو على النقيض من الأمراض التي تصيب البشر، حيث عادة ما يكون هناك علاقة طردية بين التغيرات النسيجية، وشدة pulmonارتفاع ضغط الدم آرى ودرجة الفشل RV. وبالتالي، لا بد من توصيف شامل لهذه النماذج من القوارض PH، وينطوي على تقييم وظيفة RV (عادة عن طريق السونار)، ديناميكا الدم (عن طريق القسطرة القلبية) والتشريح المرضي للقلب والرئتين (من حصاد الأنسجة).
في هذا البروتوكول، ونحن تصف التقنيات الأساسية المستخدمة لتوصيف الدورة الدموية نماذج الهيئة العامة للإسكان في الفئران والفأر. هذه التقنيات العامة التي يمكن تطبيقها على أي دراسة من البطين الأيمن والأوعية الدموية الرئوية ولا يقتصر على نماذج من الهيئة العامة للإسكان. تصور RV عن طريق السونار واضح ومباشر نسبيا في الفئران، ولكنه أكثر تحديا في الفئران بسبب حجمها والمعقدة لتشكيل RV. وعلاوة على ذلك، بعض بدائل المستخدمة لقياس وظيفة RV، مثل TAPSE، الشريان الرئوي (PA) تسارع الوقت والسلطة الفلسطينية دوبلر الموجي الإحراز، لا يتم التحقق من صحة بشكل جيد في البشر وترتبط بشكل ضعيف مع تقييم بوارتفاع ضغط الدم lmonary وظيفة RV كتبها ديناميكا الدم الغازية. تقرير للديناميكا الدم RV هو أفضل القيام به مع الصدر مغلقة، للحفاظ على آثار الضغط داخل الصدر السلبي مع إلهام، على الرغم من فتح قسطرة الصدر مع القسطرة مقاومة تتيح تحديد حجم الضغط (PV) حلقات وتوصيف الدورة الدموية أكثر تفصيلا . كما هو الحال مع أي إجراء، وتطوير تجربة مع الإجراءات أمر بالغ الأهمية لنجاح التجربة.
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…
Disclosures
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 |
References
- 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).
