Модель ремоделирования сердца Через сужением брюшную аорту у крыс
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
Сердечная недостаточность представляет собой сложный клинический синдром, симптомы которого включают усталость, одышка, непереносимость физической нагрузки, и задержка жидкости в периферических тканях. Это является основной причиной смерти в развитых странах 1. Помимо наследственной кардиомиопатией , вызванной мутацией в саркомера белков или ионных каналов 2, дисфункции миокарда может быть вызвано различными заболеваниями, в том числе гипертонии, клапанными пороками сердца, ожирение и сахарный диабет 3. Изменения структуры миокарда, электрической проводимости и энергетического обмена приводят к неадекватной сердечной мощности накачки для удовлетворения кровеносную требования, которые в конечном итоге приводит к сердечной недостаточности 3,4. Исследуя механизмы, лежащие в основе сердечной недостаточности, поэтому, имеет решающее значение в области сердечно-сосудистых исследований. Выявление молекулярных механизмов, приводящих к прогрессированию сердечной недостаточности в конечном итоге может помочь в обнаружении новых терапевтических мишеней или полезных биомаркеров <sдо> 1. Поэтому важно разработать модели сердечной недостаточности на животных , которые разделяют основные клинические особенности с сердечной недостаточностью в организме человека 5.
Сердечная гипертрофия и ремоделирование играет критическую роль в развитии сердечной недостаточности. Гипертоническая болезнь сердца является ключевым фактором , способствующим сердечной гипертрофии и неадекватные ремоделирования видели в человеческих пациентов 1. Для того, чтобы имитировать эти человеческие условия, животные модели часто создаются с помощью хирургических процедур. В частности, поперечное или брюшной аортой может быть сужен, чтобы увеличить сопротивление против левого желудочка, что в конечном итоге приводит к перегрузке давления в сердце. Это явление обычно приводит к гипертрофии сердца, физиологическое компенсация кардиомиоцитов для удовлетворения спроса функциональной сердечно-сосудистой системы. Тем не менее, функциональное требование переопределяет нормальных физиологических компенсаторных механизмов, что приводит к сердечной фиброза и Contracплитка обесценения. Поперечные Сужение аортального (ТАС) хирургическое вмешательство часто включает в себя сложные процедуры, в том числе торакотомии, механической вентиляции и разделения тимуса и жировой ткани от дуги аорты. В отличие от этого , брюшной аорты Сужение требует более простых экспериментальных методов 6-8. Брюшную аорту, между левой и правой почечной артерии, стягивается во время операции. Сердечная гипертрофия и ремоделирование может наблюдаться через несколько недель после того, как брюшной аорты стягивания операции 6-8; они производят надежные гипертоническая болезнь сердца , аналогичную порождена поперечным сужением аорты хирургии 9,10. Здесь мы опишем протокол для проведения брюшной аорты перетяжку у крыс с помощью эффективной, высоко-воспроизводимый, и минимально-инвазивным методом. Брюшной аорты рядом с почечных артерий сужен петлей на 0,72 мм, образованный 4-0 шелковой нитью. Через десять недель после операции, гипертрофия сердца и remodelinг может наблюдаться. Модель крысы брюшной аорты гипертрофии сердца, вызванной сужением обеспечивает платформу для изучения механизмов болезни и патофизиологии, а также развитие потенциальных терапевтических средств.
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).
