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Medicine

血液透析通路相关手功能障碍的小鼠模型

Published: May 31, 2022 doi: 10.3791/63892

Summary

该协议详细介绍了鼠髂总动脉静脉瘘形成的手术步骤。我们开发了这个模型来研究血液透析通路相关的肢体病理生理学。

Abstract

慢性肾脏病是一个主要的公共卫生问题,需要血液透析等慢性肾脏替代疗法的终末期肾病(ESRD)的患病率持续增加。自体动静脉瘘 (AVF) 放置仍然是 ESRD 患者的主要血管通路选择。不幸的是,大约一半的血液透析患者会出现透析通路相关的手功能障碍(ARHD),从轻微的感觉异常到手指坏疽。值得注意的是,导致ARHD的潜在生物学驱动因素知之甚少,并且没有适当的动物模型来阐明其机制和/或开发预防/治疗ARHD的新疗法。在本文中,我们描述了一种新的小鼠模型,其中在左髂总动脉和静脉之间产生AVF,从而有助于评估肢体病理生理学。显微手术包括血管隔离、纵向静脉切开术、动静脉吻合术和静脉重建。假手术包括除AVF创建之外的所有关键步骤。髂骨 AVF 放置会导致中枢血流动力学、外周缺血和后肢神经运动性能受损的临床相关改变。这种新颖的临床前AVF模型提供了一个有用的平台,可以概括血液透析患者报告的常见神经运动扰动,使研究人员能够研究ARHD病理生理学的机制并测试潜在的治疗方法。

Introduction

建立和保存功能性血管通路仍然是通过血液透析接受肾脏替代治疗的终末期肾病(ESRD)患者的重要主要目标1。重复的血液透析治疗对于清除废物、使电解质正常化并在肾功能不足时维持体液平衡是必要的,因此对于长期生存是必要的2。因此,血管通路是 ESRD 患者的“生命线”,自体动静脉瘘 (AVF) 放置仍然是该队列3 的首选透析通路。然而,大约30%-60%的血液透析患者会出现一系列手部残疾,临床定义为通路相关性手部功能障碍(ARHD)。ARHD 的症状可以从虚弱和不协调到单瘫和手指坏疽,这些症状可能在 AVF 产生后早期发生,也可能随着瘘管成熟而逐渐发展。此外,AHD使ESRD治疗方案复杂化,这与生活质量差,心血管疾病高风险和死亡率增加有关234

已经开发了几种动物模型来研究AVF产生后血流动力学改变引起的血管重塑5678910,1112,131415具有髂动脉或股动脉AVF1617,1819,20的大型动物模型和使用颈动脉 - 颈静脉吻合术或肾下主动脉 - 下腔静脉瘘形成的啮齿动物模型已经建立以检查AVF成熟和通畅的上述方面21.例如,静脉高压、管腔直径增大和静脉壁厚度增加是 AVF 成功成熟的标志,而中枢大量纤维化和内膜增生或血栓形成且血流无变化通常是 AVF 衰竭的特征615。然而,大型动物模型缺乏小鼠模型的实验灵活性或转基因能力,而目前的啮齿动物模型由于解剖位置和/或缺乏相关的肢体病理学,不容易促进ARHD的研究。事实上,由于缺乏一个既定的临床前动物模型来概括相关的临床表型,尽管有症状的ARDH患者数量逐渐增加,但阐明病理生物学机制和开发新治疗策略的研究进展仍然停滞不前。因此,本研究的主要目的是引入一种独特的AHD小鼠模型,提供AVF显微外科手术的程序步骤和AVF相关病理生理学的表征。

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Protocol

所有程序均由佛罗里达大学机构动物护理和使用委员会(IACUC)和Malcom Randall退伍军人事务医疗中心批准。

注意:从杰克逊实验室购买年轻成年(8-10周龄)雄性C57BL / 6J小鼠,并饲养在光线(12小时光照:12小时黑暗循环),温度(22°C±1°C)和湿度(50%±10%)受控动物设施中。允许五只小鼠在每个笼子(宽:18厘米x 长:29厘米x 高:12.5厘米)中停留,并 随意提供筑巢材料,食物和水。在用标准食物适应栖息地7天后,将小鼠改为酪蛋白食物饮食7天作为饮食过渡阶段。此后,如前所述222324,在AVF手术之前,将小鼠喂食含有0.2%-0.15%腺嘌呤补充剂的酪蛋白食物2-3周以诱导肾功能障碍(CKD)。对照小鼠接受基于酪蛋白的饮食而不补充腺嘌呤(对照)。对照和CKD饮食在整个术后恢复期(POD)保持不变。

1. 术前测量

  1. 如前所述,使用双功超声成像和激光多普勒后肢灌注评估基线/术前结局测量、主髂血管直径和血流动力学流量参数25
  2. 如前所述,确定单侧后肢握力和跑步机步态评估以建立基线后肢功能。
  3. 通过 FITC-菊粉清除率和/或血清尿素氮 (BUN) 水平测量肾小球滤过率 (GFR) 来评估肾功能,如前所述222427

2. 手术准备

  1. 准备以下手术工具和用品(材料表):热珠消毒器,眼睛润滑剂,笔修剪器,酒精制剂,洗必泰湿巾,超细格雷夫钳,灭菌的0.9%盐水,29 G和31 G针头注射器,2 x 2无纺布海绵,中型单端圆形(SC-9)和小型双头硬,锋利,尖头(SC-4)棉签,低温烧灼, 直杜蒙钳、45° 角杜蒙镊子、直瓦纳斯弹簧剪刀、弯曲万纳弹簧剪刀、圆柄针架、多种尺寸的缝合线(4-0 丝、5-0 PGA、6-0 丝和 10-0 尼龙缝合线)、肝素、可吸收明胶海绵、直针架和丁丙诺啡。
    注意:腹部和腿部的肢体固定橡皮筋和牵开器是手工制作的。
  2. 使用高压灭菌器在120-125°C下蒸汽灭菌30分钟,然后在手术前干燥30分钟。利用70%乙醇清洁,然后在每次动物手术之间进行热珠灭菌(240-270°C3分钟)。
  3. 使用 29-31 G 针头注射器制备灭菌的 0.9% 生理盐水、肝素化盐水 (100 IU/mL) 和丁丙诺啡 (0.01 mg/mL)。

3.麻醉和定位

  1. 在诱导室(0.8mL / min,2.5%异氟醚)中启动小鼠麻醉。一旦小鼠充分麻醉,将小鼠仰卧在由无菌窗帘覆盖的手术台上。在剃须和定位步骤中将异氟醚浓度降低至~1.2%。
  2. 在手术过程中涂抹眼部润滑剂以保护眼睛免受干燥。
  3. 使用笔式修剪器,剃掉手术用的腹毛和术后灌注测量的腿毛。清除手术区域的毛发。
  4. 用橡皮筋和大头钉固定上肢和下肢,通过监测脚趾捏反射检查麻醉深度,并根据需要滴定麻醉。在整个外科手术过程中,每3-5分钟进行一次呼吸模式评估,以校准麻醉水平。

4. 手术靶区探索

  1. 清洁剃光的皮肤区域几次,在酒精准备和洗必泰湿巾之间以圆形模式交替进行消毒手术区域。
  2. 从胸骨边缘下缘到耻骨联合进行中线剖腹手术。解剖耻骨脂肪垫以获得更广阔的手术区域。
  3. 打开腹腔切开术,用牵开器进入腹膜内容物,并使用中等单端圆形棉签掏空小肠和大肠。用盐水浸泡的无纺布海绵覆盖肠道。
  4. 一旦获得足够的腹膜后脉管系统暴露,用盐水浸泡的小无纺布海绵覆盖剩余的肠道、肾脏和输尿管。根据需要用中等单端圆形棉签轻轻挤压膀胱圆顶,以排空膨胀的膀胱。
  5. 使用直 Dumont 镊子和小双头硬、锋利、尖头棉签,仔细解剖从主动脉分叉近端约 1 cm 处延伸至左髂分叉水平的血管周围筋膜和脂肪组织。
    注意:左髂动脉和静脉彼此粘附,同时集体隔离动静脉结构。这一步将提供足够的船只动员,以促进AVF的创建。
  6. 如果遇到任何源自左髂总静脉或与左髂总静脉汇合的小静脉分支,请根据需要使用低温烧灼术进行结扎,联合或不联合 6-0 丝线。
  7. 将倾斜的镊子尖端穿过左髂总血管束下方,并轻轻张开多次以从下面的腹膜后肌肉组织动员血管(图1A)。

5.形成髂总动静脉瘘吻合术

  1. 在孤立的左髂总动静脉束周围放置两条 4-0 丝缝线,并将它们用作血管束的结扎(例如交叉夹)。用每条4-0的真丝领带打一个结,并按从近端到远端的顺序打结。
  2. 确保丝带交叉夹放置得足够远,以隔离~2毫米的血管长度,并且缝合线结扎的顺序应用将沉淀左髂静脉充血。
  3. 使用4-0丝缝合线作为手柄,顺时针旋转左髂动静脉血管束并微调位置以暂时定位动脉前方的静脉(图1B)。
  4. 用直的Vannas弹簧剪刀进行纵向静脉切开术(~1毫米),并用0.9%盐水轻轻冲洗出静脉腔中的残留血液(图1C)。在此步骤中要小心,因为高压盐水冲洗会导致静脉破裂。
    注意:静脉冲洗后髂动脉中残留的红色区域为下一步提供了一个视觉窗口。
  5. 将浸润的10-0尼龙缝合线穿过静脉的后壁。
    注意:这部分髂静脉应立即与髂动脉前壁相连,并且髂动脉壁自然粘附。缝合线应穿过两壁,并用一个结将缝合线绑住(图1D)。请注意,一旦针穿过双壁,就会出现少量出血,这些出血源于髂动脉中的停滞血液。如果在这一步中腔内出血持续,则丝线交叉夹可能太松,需要进一步收紧。
  6. 抓住缝合线末端并将它们置于轻微的张力下,以将前壁从髂动脉后壁移位。使用弯曲的Vannas弹簧剪刀做一个~1.0 mm x 0.3 mm椭圆形切口,去除髂动脉和静脉的粘附壁。
    注意:一旦建立该公共通道,就会产生动静脉瘘。在此步骤中,由于髂后静脉/髂前动脉壁切口是通过静脉切开术进行的,因此可能会损伤静脉的侧壁。应注意避免这种并发症,因为这可以显着减小瘘管直径并导致血栓形成。
  7. 用0.9%盐水和肝素化盐水(100 IU / mL)轻轻冲洗暴露动脉腔的残留血液28图1E)。
  8. 创建AVF后,使用两个或三个10-0尼龙缝合线以中断方式修复初始前壁静脉切开术(图1F)。
  9. 将血管束恢复到其原始解剖方向,并在修复的静脉切开术附近放置一小块盐水浸泡的可吸收明胶海绵,以促进止血。
  10. 从远端到近端依次松开 4-0 单结交叉夹结扎。密切监测静脉切开部位是否有过多出血,同时松开每条缝合线。
  11. 如果修复不能充分止血,请重新应用交叉夹具,并在出血部位放置另一条10-0尼龙缝合线。如果确定止血,请拆下缝合线,然后取下可吸收的明胶海绵。
  12. 用小的双头硬,锋利,尖锐的棉签轻轻擦拭血管束,进一步促进血流的恢复。使用进入髂静脉并与从后肢返回的深色静脉血混合的脉动性鲜红色含氧血液的可视化来确认手术的技术成功。
  13. 将肝素化盐水 (0.2 IU/g)15 注射到 IVC 中进行全身抗凝治疗,以改善 AVF 通畅性结局。
    注意:虽然此步骤发生在血管重建之后(与在血管交叉钳夹之前发生肝素化的人类类似物相反),但在手术的这个阶段进行时观察到术中出血减少和AVF通畅性改善。最好注射到被筋膜和/或脂肪覆盖的部位,以防止穿刺部位出血。
  14. 注射肝素化盐水后重新检查手术部位是否有止血。如果没有出血问题,请以跑步方式关闭中线筋膜,然后用可吸收的5-0 PGA缝合线关闭皮肤切口。
  15. 对于假手术,请遵循除 AVF 形成之外的所有关键步骤。在左髂动静脉束的近端应用一个 4-0 丝结扎的单结,并将夹紧时间与 AVF 手术相匹配(例如,~20 分钟,取决于显微外科医生的熟练程度)。

6. 术后护理和测量

  1. 剖腹闭合术后,使用激光多普勒成像测量双侧胫骨前肌和腹爪的血液灌注。
    注意:单侧灌注缺陷将证实动脉血流的瘘管改道(“偷窃”)。
  2. 皮下施用0.1mg / kg丁丙诺啡,并将小鼠放回预热的小鼠笼中,该笼子带有高可吸收的带巢的柔软床上用品。
  3. 让小鼠在预热的小鼠笼中恢复,直到麻醉消失,当小鼠流动和互动(~2小时)时,这将很明显。在恢复期间,让小鼠轻松获得滋润、柔软的饮食。
  4. 每12小时至48小时给予丁丙诺啡和/或皮下盐水补液,并在术后5天进行每日监测。对病情恶化或组织坏死过多的动物实施安乐死,分类为改良缺血评分≥229
  5. 使用连续多普勒超声评估评估术后瘘管通畅性;患有瘘管血栓形成的小鼠被排除在后续分析之外,除非实验的目的是表征AVF成熟失败。
  6. 确定其他术后结局测量值,例如恢复期间的局部血流动力学、握力和步态表现。在处死期间收集瘘管和肌肉组织以评估实验结束时的组织形态学2527

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Representative Results

暴露于腺嘌呤饮食的动物肾小球滤过率降低(对照:441.3±54.2μL/min,CKD:165.1±118.3μL/min,p<0.05),血清尿素 氮水平升高(对照:20.39±4.2μL/min与CKD:38.20±10.65μL/min,p<0.05)相比,证实了动静脉瘘手术前存在肾功能不全。

AVF 通畅性的验证
虽然术中视觉确认技术成功是瘘管通畅的初步识别,但它并不能完全保证整个研究期间的通畅或生理成熟。术后通畅性结局(即成功或失败)使用双功超声成像和组织学检查确定,正如我们之前所证明的25图2 分别显示了动静脉瘘吻合术的代表性B模式、脉搏波多普勒和彩色多普勒超声图像和形态切片。在彩色多普勒分析中直接显示未闭瘘,具有湍流血流动力学,以及瘘管部位的光谱展宽。流入和流出容器的适应性流动介导的变化也间接证实了AVF通畅性。具体而言,主动脉的收缩期峰值和舒张末期速度升高,IVC以峰值速度升高的方式发生搏动,主动脉和IVC的血管扩张都很明显(图2A)。相比之下,失败或血栓形成的瘘管在流入或流出测量值方面几乎没有变化,左髂脉管系统内没有湍流或光谱展宽。通常,血栓形成引起的瘘管衰竭会部分或全部阻塞左髂动脉,脉搏波多普勒分析显示左髂动脉血流量极少或无血流。 图 2B 显示了手术创建后 2 周 AVF 的连续组织学切片。切片厚 5 μm,并用马森的三色染色。动脉和静脉的手术吻合明显,存在明显的静脉动脉化(静脉壁增厚和纤维化伴新生内膜增生)。在术后第3天进行超声成像以排除早期AVF失败的小鼠,然后在整个研究期间获得连续的非侵入性测量。形态学评估提供处死时特定时期的血管重塑细节,并用于确认超声检查结果。最初预计 AVF 通畅率约为 50%(20%-30% 的术后死亡和 20%-30% 的瘘管失败)25 ,但随着实践和熟练程度的提高,手术成功率显着提高(~5%-10% 失败率)。

髂动静脉瘘形成后的病理生理特征
血流动力学改变:必须量化 AVF 血流动力学和后肢远端灌注的特征,以结合通路相关的肢体病理生理学。手术后的 B 型和脉搏波多普勒超声测量显示流入和流出血管扩张(IVC:POD3 时为 1.4 倍,POD13 时为 1.6 倍,IRA 时为 IRA:POD3 时为 1.4 倍,POD13 时为 1.7 倍,p < 0.05)和收缩压峰值速度增加(IVC 收缩压峰值速度:POD3 时为 5.5 倍,POD13 时为 4.9 倍,IRA 收缩压峰值速度为 4.9 倍: 与假动物相比,POD3 处为 2.8 倍,POD13 时为 3.7 倍,P < 0.05)(图 3A-D)。此外,术后单侧后肢缺血明显,这证实了偷窃介导的瘘远端动脉灌注不足。左爪灌注缺陷预计为对侧肢体的~20%,胫骨前肌灌注缺陷为~60%。小鼠在整个研究期间部分恢复了这些缺陷(图3EF)。

后肢功能障碍:AVF 产生后预计会出现同侧肢体残疾,包括轻度(大多数病例)至重度(少数病例)腿部跛行,可持续数天。未解决的后肢麻痹和/或爪坏死可能提示瘘管大小超出正常范围引起的严重缺血性损伤。通过握力测试和跑步机步态模式分析量化后肢神经运动功能,这些分析在整个恢复期间依次进行。术后第 4 天的预期单侧握力为对侧肢体的 ~50%,并逐渐恢复。AVF小鼠在步态评估期间还需要降低跑步机速度(<20厘米/分钟)(图3GH)。

Figure 1
图1:动静脉瘘吻合口的显微外科步骤 。 (A)手术目标区域的暴露,包括中线剖腹手术和左髂动脉/静脉隔离。(B) 在左髂总静脉束的近端和远端部位进行 4-0 缝合结扎(例如用作临时血管夹)。(C)髂静脉前壁纵向静脉切开术。(D)通过髂静脉后壁和髂动脉前壁进行10-0浸润缝合。(E)椭圆形切口与膨胀。(F)使用中断的10-0缝合线修复图像C的初始纵向静脉切开术。比例尺 = 1 mm。 请点击此处查看此图的大图。

Figure 2
图 2:动静脉瘘通畅性的验证 。 (A)AVF通畅性的多普勒超声测定。瘘未闭的特征包括 B 型成像显示动脉和静脉扩张、左髂脉管系统彩色多普勒分析显示湍流、左髂血管脉搏波多普勒评估显示脉动光谱展宽、主动脉收缩期峰值和舒张末期速度增加,以及 IVC 内的搏动性随收缩压峰值速度的增加而增加。髂血管内血流减少或消失提示 AVF 衰竭/血栓形成。双功超声技术提供形态学和生理学数据。速度测量以毫米/秒为单位。(B)瘘管形成后14天AVF吻合术的形态学评估。图像上沾满了马森的三色。连续切片显微镜检查从近端(左端)到远端(右端)髂总动静脉解剖结构有解剖学变化。凝块和/或新生内膜增生过多导致的脉管系统闭塞可证实 AVF 衰竭。图像为10倍放大倍率。A:髂总动脉,V:髂总静脉。比例尺 = 500 μm。 请点击此处查看此图的大图。

Figure 3
图 3:AVF 形成之前和之后的病理生理特征。A)肾下主动脉直径,(B)肾下主动脉峰值收缩速度,(C)下腔静脉直径和(D)术前和术后第3天和第13天的下腔静脉收缩期峰值速度的超声成像定量。手术前和整个 2 周恢复期间对 (E) 胫骨前爪和 (F) 腹爪进行局部血液灌注(激光多普勒)测量。神经运动功能测试包括术前和术后的(G)握力和(H)跑步机测试。使用双向方差分析分析数据,并在适当的时候执行Tukey的事后测试。值是标准偏差±平均值。 *p < 0.05、**p < 0.01、***p < 0.001、****p < 0.0001 与 Control_Sham 的比较。 #p < 0.05, ##p < 0.01, ###p < 0.001, #### p < 0.0001 vs. CKD_Sham.N = 6-10/组。请点击此处查看此图的大图。

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Discussion

产生AVF后,AHD血液透析患者的患病率继续增加3031。事实上,未解决的症状并发症4,32,33,如疼痛,虚弱,感觉异常和/或运动范围减少会对患者的健康产生负面影响4,3233,34,3536并威胁到他们接受高质量重复血液透析治疗的能力。虽然实现持久的血液透析通路是ESRD患者的重中之重,但对于受ARHD折磨的受试者,必须解决这些潜在的衰弱症状,以改善以患者为中心的结果。在本研究中,作为AHD研究领域重要的临床前里程碑,我们引入了一种详细的外科手术来生成髂AVF小鼠模型,这有助于AVF相关肢体病理生理学的检查。除了主动脉-髂动脉和IVC血流动力学的预期改变外,髂AVF的产生还产生了肢体功能障碍的临床相关特征,包括外周组织缺血伴粗大运动障碍。

每个显微手术步骤都应小心谨慎地进行,以避免潜在的血管创伤,这可能导致血流动力学和肢体病理发生重大变化。在结扎过程中,4-0 丝系结应仅收紧到足以防止血液流过感兴趣的手术部位。过度的缝合结扎结张力会损伤血管壁,从而导致不良出血,并可能导致内膜增生,导致 AVF 通畅性降低。特别是,静脉切开术修复是外科手术中最重要的步骤之一。静脉壁咬合太大会导致血管狭窄,最终导致血栓形成,而修复太浅会导致裂开伴出血。同样,如果静脉切开术修复缝线间隔太远,也可能发生出血。根据我们的经验,缝合线之间的~0.025-0.03毫米间隔足以产生止血修复。

除了手术技术的可重复性外,利用疾病或症状特异性动物模型是当前工作最重要的贡献之一。在本研究中,动物在AVF手术之前和之后暴露于0.2%-0.15%腺嘌呤饮食2-3周,以建立肾功能不全和类似于ESRD患者的尿毒症环境。与外科CKD模型(例如,5/6肾切除术)相比,腺嘌呤饮食模型具有几个优点,包括非常低的死亡率和较少的观察者间变异2737。值得注意的是,严重程度和病理生理后果可以根据腺嘌呤饮食的浓度和/或持续时间进行修改3839。结合饮食诱导的肾病,本文描述的当前动物模型可以为研究人员研究尿毒症影响ARHD的病理生理机制奠定基础。此外,可以将其他疾病动物模型添加到手术模型中,以测试高度流行的合并症(例如糖尿病,高血压或冠状动脉疾病)的影响。

尽管所提出的髂AVF程序可重复地模拟了与AHD血液透析患者相关的肢体病理生理学的关键方面,但仍存在一些值得讨论的局限性和并发症。首先,接受这种手术的小鼠没有真正的“血管通路”;因此,涉及实验性血液透析治疗的实验是不可能的。其次,肢体功能障碍的严重程度受动静脉交通大小的影响,因此一致的AVF产生对于可重复的结果至关重要。例如,产生大的AVF可产生严重的后肢缺血,最终导致肢体坏死。鼓励开始手术的新显微外科医生对创建的AVF进行组织学分析,以分析大小的一致性。在接受其他AVF模型的小鼠中,心脏重塑,包括肥大和可能的心力衰竭,已经报道了404142。当前模型中的心脏改变尚未得到严格评估,尽管与假动物相比,我们已经定性观察到心脏肥大。此外,需要未来的长期分析来评估小鼠心血管系统如何适应髂骨AVF的形成和成熟。另一个问题是,年轻的C57BL6小鼠具有对缺血刺激产生动脉生成和血管生成反应的能力,导致侧支血管形成,如本研究中激光多普勒肢体灌注的适度恢复所示。因此,一旦形成更强大的侧支网络,小鼠可能会从AVF肢体病理中完全恢复;然而,未来的研究需要绘制侧支生长和远端脉管系统的变化。

迄今为止,手部功能受损和/或因放置AVF而加剧的潜在机制尚不完全清楚。鉴于小鼠基因组具有很好的特征,并且可以随时获得用于小鼠基因操作的各种转基因模型,这种髂AVF手术模型为围绕ARD的生物医学发现提供了有用的工具。与其他采用中央血管系统手术(例如主动脉瓣瘘模型)或具有股骨或髂动脉AVF的大型动物模型相比,目前的髂AVF模型有或没有腺嘌呤饮食诱导的尿毒症为研究人员提供了一个强大的实验平台,可用于询问与血液透析ARHD相关的潜在生物学机制并产生新的靶向治疗。此外,临床前模型通常被认为对药物疗法的早期开发和验证至关重要,目前尚无可用于治疗/预防ARHD的模型。值得注意的是,该模型也适用于AVF大小和肾功能不全严重程度的改变,这使得研究人员能够仔细调节病理的严重程度。总之,这种独特的临床前小鼠AVF模型可以作为一个实用的平台,促进临床前治疗开发,旨在减少AVF放置后的手部残疾。

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Disclosures

作者没有什么可透露的。

Acknowledgments

我们衷心感谢佛罗里达大学血管外科和血管内治疗系的卢冠义医生为髂骨AVF模型的开发以及外科培训提供的技术支持,以及佛罗里达大学应用生理学和运动机能学系的Ravi Kumar为获得实时显微外科图像的技术支持。

这项工作得到了美国国立卫生研究院和国家心脏,肺和血液研究所的资助,研究所编号R01-HL148697(到S.T.S.),以及美国心脏协会资助号POST903198(给K.K.)。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
0.15% Adenine diet ENVIGO TD.130899 20% casein, 0.15% adenine, 0.9% P
0.2% Adenine diet ENVIGO TD.130900 20% casein, 0.2% adenine, 0.9% P
10-0 Nylon suture AD surgical XXS-N1005T4
29 G needle syringes Exel International 14-841-32
31 G needle syringes Advocate U-100 insulin syringe
4-0 silk suture AD surgical S-S41813
45-degree angled dumont forceps Fine Science Tools 11253-25
5-0 PGA suture AD surgical PSGU-518R13
6-0 silk suture AD surgical S-S618R13
Absorbable gelatin sponge ETHICON 1975
Alcohol preps Covidien 5110-cs4000 70% isopropyl alcohol
Buprenorphine NA NA 0.01 g/mL
C57BL6/J mice Jaxon Laboratory
Casein diet ENVIGO TD.130898 20% casein, 0.9% P
Cotton swabs CONSTIX SC-9 Medium single-ended round cotton swab
Cotton swabs CONSTIX SC-4 Small double-ended hard, sharp, pointed cotton swab
Curity non-woven sponges (2x2) Covidien 9022
Curved Vannas spring scissors Fine Science Tools 15001-08
Doppler ultrasound VisualSonics Vevo 2100
Extra fine graefe forceps Fine Science Tools 11150-10 2 pairs
Eye lubricant CLCMEDICA Optixcare eye lube
Heparin (5000 U/mL) National Drug Codes List 63739-953-25 100 IU/mL
Hot bead sterilizer Fine Science Tools 18000-50
Low-temperature cautery Bovie AA04
Pen trimmer Wahl 5640-600
Powder-free surgical gloves Ansell 7824PF
Round handled needle holders Fine Science Tools 12076-12
Sterile towel drape Dynarex DY440-MI
Sterilized 0.9% saline National Drug Codes List 46066-807-25
Straight dumont forceps Fine Science Tools 11253-20
Straight needle holder Fine Science Tools FST 12001-13
Straight vannas spring scissors Fine Science Tools 25001-08
TrizChLOR4 National Drug Codes List 17033-279-50

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Gameiro, J., Ibeas, J. Factors affecting arteriovenous fistula dysfunction: a narrative review. The Journal of Vascular Access. 21 (2), 134-147 (2020).
  2. Culleton, B. F., Asola, M. R. The impact of short daily and nocturnal hemodialysis on quality of life, cardiovascular risk and survival. Journal of Nephrology. 24 (4), 405 (2011).
  3. Huber, T. S., et al. Access-related hand ischemia and the hemodialysis fistula maturation study. Journal of Vascular Surgery. 64 (4), 1050-1058 (2016).
  4. Rehfuss, J. P., et al. The spectrum of hand dysfunction after hemodialysis fistula placement. Kidney International Reports. 2 (3), 332-341 (2017).
  5. Caplice, N. M., et al. Neoangiogenesis and the presence of progenitor cells in the venous limb of an arteriovenous fistula in the rat. American Journal of Physiology-Renal Physiology. 293 (2), 470-475 (2007).
  6. Castier, Y., et al. Characterization of neointima lesions associated with arteriovenous fistulas in a mouse model. Kidney International. 70 (2), 315-320 (2006).
  7. Croatt, A. J., et al. Characterization of a model of an arteriovenous fistula in the rat: the effect of L-NAME. The American Journal of Pathology. 176 (5), 2530-2541 (2010).
  8. Guzman, R. J., Krystkowiak, A., Zarins, C. K. Early and sustained medial cell activation after aortocaval fistula creation in mice. Journal of Surgical Research. 108 (1), 112-121 (2002).
  9. Kojima, T., et al. The relationship between venous hypertension and expression of vascular endothelial growth factor: hemodynamic and immunohistochemical examinations in a rat venous hypertension model. Surgical Neurology. 68 (3), 277-284 (2007).
  10. Misra, S., et al. The rat femoral arteriovenous fistula model: increased expression of matrix metalloproteinase-2 and -9 at the venous stenosis. Journal of Vascular and Interventional Radiology. 19 (4), 587-594 (2008).
  11. Nath, K. A., Kanakiriya, S. K., Grande, J. P., Croatt, A. J., Katusic, Z. S. Increased venous proinflammatory gene expression and intimal hyperplasia in an aorto-caval fistula model in the rat. The American Journal of Pathology. 162 (6), 2079-2090 (2003).
  12. Nath, K. A., et al. The murine dialysis fistula model exhibits a senescence phenotype: pathobiological mechanisms and therapeutic potential. American Journal of Physiology-Renal Physiology. 315 (5), 1493-1499 (2018).
  13. Yamamoto, K., et al. The mouse aortocaval fistula recapitulates human arteriovenous fistula maturation. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 305 (12), 1718-1725 (2013).
  14. Yang, S. T., et al. Adult mouse venous hypertension model: common carotid artery to external jugular vein anastomosis. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (95), e50472 (2015).
  15. Wong, C. Y., et al. A novel murine model of arteriovenous fistula failure: the surgical procedure in detail. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (108), e53294 (2016).
  16. Krishnamoorthy, M. K., et al. Anatomic configuration affects the flow rate and diameter of porcine arteriovenous fistulae. Kidney International. 81 (8), 745-750 (2012).
  17. Wang, Y., et al. Venous stenosis in a pig arteriovenous fistula model-anatomy, mechanisms and cellular phenotypes. Nephrology Dialysis Transplantation. 23 (2), 525-533 (2008).
  18. Loveland-Jones, C. E., et al. A new model of arteriovenous fistula to study hemodialysis access complications. The Journal of Vascular Access. 15 (5), 351-357 (2014).
  19. Nugent, H. M., et al. Perivascular endothelial implants inhibit intimal hyperplasia in a model of arteriovenous fistulae: a safety and efficacy study in the pig. Journal of Vascular Research. 39 (6), 524-533 (2002).
  20. Butterfield, A. B., et al. Inverse effect of chronically elevated blood flow on atherogenesis in miniature swine. Atherosclerosis. 26 (2), 215-224 (1977).
  21. Kwei, S., et al. Early adaptive responses of the vascular wall during venous arterialization in mice. The American Journal of Pathology. 164 (1), 81-89 (2004).
  22. Berru, F. N., et al. Chronic kidney disease exacerbates ischemic limb myopathy in mice via altered mitochondrial energetics. Scientific Reports. 9 (1), 15547 (2019).
  23. Khattri, R. B., Thome, T., Ryan, T. E. Tissue-specific 1H-NMR metabolomic profiling in mice with adenine-induced chronic kidney disease. Metabolites. 11 (1), 45 (2021).
  24. Thome, T., et al. Impaired muscle mitochondrial energetics is associated with uremic metabolite accumulation in chronic kidney disease. Journal of Clinical Investigation Insight. 6 (1), 139826 (2021).
  25. Kim, K., et al. Development of a murine iliac arteriovenous fistula model for examination of hemodialysis access-related limb pathophysiology. Journal of Vascular Surgery-Vascular Science. 2, 247-259 (2021).
  26. Castro, B., Kuang, S. Evaluation of muscle performance in mice by treadmill exhaustion test and whole-limb grip strength assay. Bio-protocol. 7 (8), 2237 (2017).
  27. Kim, K., et al. Skeletal myopathy in CKD: a comparison of adenine-induced nephropathy and 5/6 nephrectomy models in mice. American Journal of Physiology-Renal Physiology. 321 (1), 106-119 (2021).
  28. Yang, B., Shergill, U., Fu, A. A., Knudsen, B., Misra, S. The mouse arteriovenous fistula model. Journal of Vascular and Interventional Radiology. 20 (7), 946-950 (2009).
  29. Brenes, R. A., et al. Toward a mouse model of hind limb ischemia to test therapeutic angiogenesis. Journal of Vascular Surgery. 56 (6), 1669-1679 (2012).
  30. Bello, A. K., et al. Assessment of global kidney health care status. Journal of the American Medical Association. 317 (18), 1864-1881 (2017).
  31. Levin, A., et al. Global kidney health 2017 and beyond: a roadmap for closing gaps in care, research, and policy. The Lancet. 390 (10105), 1888-1917 (2017).
  32. Hassabi, M., et al. Comparing strength and range of motion of the upper limb with AV fistula access with the contralateral upper limb among patients treated with hemodialysis. Researcher Bulletin of Medical Sciences. 22 (1), 1 (2017).
  33. Capitanini, A., Galligani, C., Lange, S., Cupisti, A. Upper limb disability in hemodialysis patients: evaluation of contributing factors aside from amyloidosis. Therapeutic Apheresis and Dialysis. 16 (3), 242-247 (2012).
  34. Altintepe, L., et al. Physical disability, psychological status, and health-related quality of life in older hemodialysis patients and age-matched controls. Hemodialysis International. 10 (3), 260-266 (2006).
  35. Castaneda, C., et al. Resistance training to reduce the malnutrition-inflammation complex syndrome of chronic kidney disease. American Journal of Kidney Diseases. 43 (4), 607-616 (2004).
  36. Hurton, S., et al. Upper extremity complications in patients with chronic renal failure receiving haemodialysis. Journal of Renal Care. 36 (4), 203-211 (2010).
  37. Mazumder, M. K., Giri, A., Kumar, S., Borah, A. A highly reproducible mice model of chronic kidney disease: Evidences of behavioural abnormalities and blood-brain barrier disruption. Life Sciences. 161, 27-36 (2016).
  38. Jia, T., et al. A novel model of adenine-induced tubulointerstitial nephropathy in mice. BioMed Central Nephrology. 14, 116 (2013).
  39. Kieswich, J. E., et al. A novel model of reno-cardiac syndrome in the C57BL/ 6 mouse strain. BioMed Central Nephrology. 19 (1), 346 (2018).
  40. Abassi, Z., Goltsman, I., Karram, T., Winaver, J., Hoffman, A. Aortocaval fistula in rat: a unique model of volume-overload congestive heart failure and cardiac hypertrophy. Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2011, 729497 (2011).
  41. Brower, G. L., Levick, S. P., Janicki, J. S. Inhibition of matrix metalloproteinase activity by ACE inhibitors prevents left ventricular remodeling in a rat model of heart failure. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 292 (6), 3057-3064 (2007).
  42. Francis, B. N., Abassi, Z., Heyman, S., Winaver, J., Hoffman, A. Differential regulation of ET (A) and ET (B) in the renal tissue of rats with compensated and decompensated heart failure. Journal of Cardiovascular Pharmacology. 44, 362-365 (2004).

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医学,第183期,动静脉瘘,手功能障碍,血液透析,血管外科
血液透析通路相关手功能障碍的小鼠模型
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Kim, K., Anderson, E. M., Fazzone,More

Kim, K., Anderson, E. M., Fazzone, B. J., O’Malley, K. A., Berceli, S. A., Ryan, T. E., Scali, S. T. A Murine Model of Hemodialysis Access-Related Hand Dysfunction. J. Vis. Exp. (183), e63892, doi:10.3791/63892 (2022).

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