Ein Modell der kardialen Remodeling Durch Zusammenziehen der Bauchaorta bei Ratten
Summary
A rat model of abdominal aortic constriction that induces cardiac hypertrophy and remodeling is described. An efficient, highly-reproducible, and minimally-invasive method is used to provide a simple yet useful platform for research in myocardial hypertrophy and dysfunction.
Abstract
Heart failure is one of the leading causes of death worldwide. It is a complex clinical syndromethat includes fatigue, dyspnea, exercise intolerance, and fluid retention. Changes in myocardial structure, electrical conduction, and energy metabolism develop with heart failure, leading to contractile dysfunction, increased risk of arrhythmias, and sudden death. Hypertensive heart disease is one of the key contributing factors of cardiac remodeling associated with heart failure. The most commonly-used animal model mimicking hypertensive heart disease is created via surgical interventions, such as by narrowing the aorta. Abdominal aortic constriction is a useful experimental technique to induce a pressure overload, which leads to heart failure. The surgery can be easily performed, without the need for chest opening or mechanical ventilation. Abdominal aortic constriction-induced cardiac pathology progresses gradually, making this model relevant to clinical hypertensive heart failure. Cardiac injury and remodeling can be observed 10 weeks after the surgery. The method described here provides a simple and effective approach to produce a hypertensive heart disease animal model that is suitable for studying disease mechanisms and for testing novel therapeutics.
Introduction
Herzinsuffizienz ist ein komplexes klinisches Syndrom, die Symptome von denen Müdigkeit, Dyspnoe, Belastungsintoleranz und Flüssigkeitsretention in den peripheren Geweben. Es ist die häufigste Todesursache in den Industrieländern 1. Abgesehen von ererbten Kardiomyopathie verursacht durch Mutationen in Sarkomers Proteine oder Ionenkanäle 2 können myokardialen Dysfunktion durch eine Vielzahl von medizinischen Bedingungen verursacht werden, einschließlich Bluthochdruck, Herzklappenerkrankungen, Fettleibigkeit, Diabetes und 3. Veränderungen der myokardialen Struktur, die elektrische Leitfähigkeit und den Energiestoffwechsel führen zu einer unzureichenden Herzpumpleistung Kreislauf- Anforderungen gerecht zu werden, was letztlich bei Herzinsuffizienz ergibt 3,4. Untersuchung der Mechanismen Herzinsuffizienz zugrunde liegt, ist daher kritisch im Bereich der Herz-Kreislauf-Forschung. molekularen Mechanismen identifizieren zu Herzinsuffizienz Progression führt, kann in der Entdeckung neuer therapeutischer Targets oder nützliche Biomarker schließlich helfen <sup> 1. Es ist daher wichtig , Herzinsuffizienz Tiermodelle , die teilen wichtigsten klinischen Merkmale mit Herzinsuffizienz beim Menschen 5 zu entwickeln.
Herzhypertrophie und Remodellierung spielt eine kritische Rolle in der Entwicklung von Herzinsuffizienz. Hypertensive Herzkrankheit ist der Schlüssel Faktor der Herzhypertrophie und der unpassenden Remodeling bei menschlichen Patienten gesehen 1. Um diese menschlichen Bedingungen, Tiermodelle imitieren häufig durch chirurgische Verfahren etabliert. Insbesondere kann die Quer oder abdominalen Aorta eingeschnürt werden, um den Widerstand gegen den linken Ventrikel zu erhöhen, die letztlich in dem Herzen zu einer Drucküberlastung führt. Dieses Phänomen führt in der Regel Herzhypertrophie, eine physiologische Kompensation der Kardiomyozyten die funktionelle Nachfrage des kardiovaskulären Systems zu erfüllen. Allerdings überschreibt die funktionelle Forderung, die normalen physiologischen Kompensationsmechanismen, was zu Herzfibrose und contracFliesen Beeinträchtigung. Quer Aortakonstriktion (TAC) Chirurgie umfasst oft komplizierte Verfahren, einschließlich Thorakotomie, mechanische Belüftung und die Trennung des Thymus und Fettgewebe aus dem Aortenbogen. Im Gegensatz dazu benötigt Bauch – Aorten – Verengung einfacher experimentelle Techniken 6-8. Die abdominale Aorta, zwischen der linken und der rechten Nierenarterien, ist während der Operation eingeschnürten. Herzhypertrophie und Umbau kann mehrere Wochen nach der Bauch Aortakonstriktion Chirurgie 6-8 beobachtet werden; sie produzieren robuste hypertensive Herzerkrankung ähnlich der 9,10 durch die Quer Aortakonstriktion Operation erzeugt. Hier beschreiben wir ein Protokoll abdominal aortic Einschnürung in Ratten durchzuführen unter Verwendung eines effizienten, hoch reproduzierbar und minimal-invasive Verfahren. Die Bauchaorta neben den Nierenarterien wird durch eine 0,72 mm Schleife durch einen 4-0 Seidenfaden gebildet schnürt. Zehn Wochen nach der Operation, Herzhypertrophie und remodeling beobachtet werden. Das Rattenmodell der abdominal aortic Einschnürung induzierter bietet Herzhypertrophie eine Plattform zur Untersuchung von Krankheitsmechanismen und Pathophysiologie sowie die Entwicklung von potentiellen Therapeutika.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hypertensive heart disease, a major health problem that contributes greatly to morbidity and mortality, can lead to cardiac hypertrophy and heart failure5. The pathogenesis and progression of hypertensive heart disease in humans is complex, so an appropriate animal model is critical to investigate the underlying mechanisms and to test novel therapeutics that aim to improve cardiac structure and function5. The abdominal aortic constriction model, which simulates chronic heart disease, is an effective…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors’ work was supported by a grant from Ministry of Science and Technology (MOST 103-2320-B-002-068-MY2), the National Health Research Institute (NHRI-EX104-10418SC), and National Taiwan University (NTU 104R4000).
Materials
| 22-Gauge syringe needle | BD Biosciences | 309572 | |
| EDTA Blood Collection Tubes | BD Biosciences | REF365974 | |
| 4-0 silk suture | Sharpoint™ Products | DC-2515N | |
| 6-0 silk suture | Sharpoint™ Products | DC-2150N | |
| Pentobarbital | Sigma Aldrich | 1507002 | |
| Paraformaldehyde | Sigma Aldrich | 441244 | |
| Acetaminophen | Sigma Aldrich | A7085 | |
| Picrosirius red solution | Abcam | ab150681 | |
| Cardiac troponin kit | Abcam | ab200016 | |
| Imagequant | Molecular Dynamics | ||
| Langendorff | ADInstruments | ML870B2 |
References
- Houser, S. R., et al. Animal models of heart failure: a scientific statement from the American Heart Association. Circ Res. 111, 131-150 (2012).
- Towbin, J. A. Inherited cardiomyopathies. Circ J. 78, 2347-2356 (2014).
- Breckenridge, R. Heart failure and mouse models. Dis Model Mech. 3, 138-143 (2010).
- van Bilsen, M., van Nieuwenhoven, F. A., van der Vusse, G. J. Metabolic remodelling of the failing heart: beneficial or detrimental?. Cardiovasc Res. 81, 420-428 (2009).
- Patten, R. D., Hall-Porter, M. R. Small animal models of heart failure: development of novel therapies, past and present. Circ Heart Fail. 2, 138-144 (2009).
- Gu, W. L., Chen, C. X., Huang, X. Y., Gao, J. P. The effect of angoroside C on pressure overload-induced ventricular remodeling in rats. Phytomedicine. 22, 705-712 (2015).
- Zhang, Y., et al. Alteration of cardiac ACE2/Mas expression and cardiac remodelling in rats with aortic constriction. Chin J Physiol. 57, 335-342 (2014).
- Tardif, K., et al. Nestin upregulation characterizes vascular remodeling secondary to hypertension in the rat. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 308, H1265-H1274 (2015).
- Li, C., et al. Myeloid mineralocorticoid receptor deficiency inhibits aortic constriction-induced cardiac hypertrophy in mice. PLoS One. 9, e110950 (2014).
- Ku, H. C., Su, M. J. DPP4 deficiency preserved cardiac function in abdominal aortic banding rats. PLoS One. 9, e85634 (2014).
- Lee, S. Y., et al. Caffeic acid ethanolamide prevents cardiac dysfunction through sirtuin dependent cardiac bioenergetics preservation. J Biomed Sci. 22, 80 (2015).
- Gs, A. K., Raj, B., Santhosh, K. S., Sanjay, G., Kartha, C. C. Ascending aortic constriction in rats for creation of pressure overload cardiac hypertrophy model. J Vis Exp. , e50983 (2014).
- deAlmeida, A. C., van Oort, R. J., Wehrens, X. H. Transverse aortic constriction in mice. J Vis Exp. , e1729 (2010).
- Schaefer, A., et al. A New Animal Model for Investigation of Mechanical Unloading in Hypertrophic and Failing Hearts: Combination of Transverse Aortic Constriction and Heterotopic Heart Transplantation. PLoS One. 11, e0148259 (2016).
- Rodriguez-Iturbe, B., Quiroz, Y., Kim, C. H., Vaziri, N. D. Hypertension induced by aortic coarctation above the renal arteries is associated with immune cell infiltration of the kidneys. Am J Hypertens. 18, 1449-1456 (2005).
- Ku, H. C., Lee, S. Y., Yang, K. C., Kuo, Y. H., Su, M. J. Modification of Caffeic Acid with Pyrrolidine Enhances Antioxidant Ability by Activating AKT/HO-1 Pathway in Heart. PLoS One. 11, e0148545 (2016).
- Bovill, J. G. Intravenous anesthesia for the patient with left ventricular dysfunction. Semin Cardiothorac Vasc Anesth. 10, 43-48 (2006).
- Inoko, M., Kihara, Y., Morii, I., Fujiwara, H., Sasayama, S. Transition from compensatory hypertrophy to dilated, failing left ventricles in Dahl salt-sensitive rats. Am J Physiol. 267, H2471-H2482 (1994).
- Heyen, J. R., et al. Structural, functional, and molecular characterization of the SHHF model of heart failure. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 283, H1775-H1784 (2002).
