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방법 논문

생리학 실험실 데모 : 쥐의 사구체 여과 속도

17K 조회수

DOI:

10.3791/52425

2015년 7월 26일

이 논문에서

요약

이 프로토콜의 목적은 쥐의 사구체 여과율, 소변 유량, 나트륨 및 칼륨 배설을 측정하고 계산하는 원리와 기술을 시연하는 것입니다. 이 시연은 학생들에게 신장 기능을 측정하는 방법에 대한 전반적인 개념적 이해를 제공하는 데 사용할 수 있습니다.

초록

사구체여과율(GFR)과 나트륨(Na) 및 칼륨(K)의 분획 배설 측정은 건강 및 질병에서 신장 기능을 평가하는 데 중요합니다. 사구체여과율(GFR)은 사구체에서 여과되지만 네프론을 따라 분비되거나 재흡수되지 않는 이눌린의 정상 상태 신장 청소율로 측정됩니다. Na와 K의 분획 배설은 혈장과 소변에서 Na와 K의 농도에서 결정할 수 있습니다. 이눌린의 신장 청소는 대퇴 동맥, 대퇴 정맥 및 방광에 카테터가 있는 마취된 동물에서 입증될 수 있습니다. 이 절차에 사용되는 장비 및 소모품은 연구 핵심 시설에서 일반적으로 사용할 수 있는 장비이므로 이 절차는 신장 기능을 측정하기 위한 실용적인 수단입니다. 이 비디오의 목적은 이뇨제 전후에 신장 기능을 평가하는 실험실 시연을 수행하는 데 필요한 절차를 보여주는 것입니다. 제시된 기술은 신장 질환의 쥐 모델에서 신장 기능을 평가하는 데 사용할 수 있습니다.

서론

신장의 가장 중요한 기능은 세포 외의 수분과 전해질 함량의 항상성 조절입니다. 신장은 정상적인 생리적 수준을 유지하기 위해 세포 외의 수분, 나트륨(Na) 및 칼륨(K)을 밀접하게 조절합니다. 신장 기능의 장애는 치명적일 수 있는 심각한 대사 장애를 초래할 수 있습니다. 기본적인 신장 과정은 네프론에서 발생하며 사구체에서 혈장을 여과하는 것으로 시작하여 소변 배설로 끝납니다. 소변 내 수분, Na 및 K의 최종 농도를 결정하는 다른 과정은 네프론 내 분비 및 재흡수입니다. 사구체여과율(GFR)과 Na 및 K의 분획 배설 측정은 건강 및 질병에서 신장 기능을 평가하는 데 중요합니다. 독자는 신장 기능에 대한 보다 철저한 논의를 위해 이전에 출판된 리뷰 논문 및 교과서를 참조한다1-4.

GFR은 사구체에서 여과되지만 네프론을 따라 분비되거나 재흡수되지 않는 이눌린의 정상 상태 신장 청소율로 측정할 수 있습니다5. 이 기술은 마취, 수술 준비 및 말기 실험이 필요하지만 GFR 측정의 황금 표준으로 간주됩니다. 플루오레세인-이소티오시아네이트(FITC)가 표시된 이눌린을 사용하면 FITC-이눌린의 혈장 및 소변 농도를 소량으로 쉽게 측정할 수 있으며 실험의 여러 시점에서 GFR을 계산하는 데 사용할 수 있습니다. Na와 K의 분획 배설은 혈장과 소변에서 Na와 K의 농도에서 결정할 수 있습니다.

신장 기능을 측정하는 방법에 대한 개념적 이해는 학생들이 실험의 일부 측면에 적극적으로 참여할 수 있도록 설계된 짧은 실험실에서 쉽게 입증할 수 있습니다. 이 비디오는 실험 전 준비, 신장 기능 시연 및 결과의 실험 후 평가를 묘사합니다. 사구체여과율(GFR)을 측정하는 데 필요한 수술 기법은 마취된 쥐에서 입증되었습니다. 또한, GFR에 대한 계산 예시와 Na 및 K의 분획 배설은 이뇨제 투여 전과 후를 보여줍니다.

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프로토콜

전에 어떤 동물 절차, 기관 동물 관리 및 사용위원회 (IACUC)의 프로토콜을 승인해야합니다. 이 프로토콜은 미시간 주립 대학 IACUC 승인을 받았다.

FITC - 이눌린 솔루션 1. 사전 실험 준비

  1. 모든 이눌린이 용해 될 때까지 천천히 따뜻한 20 ~ 70 ° C의 식염수 용액 및 FITC - 이눌린 (5 ㎎ / ㎖ FITC - 이눌린) 100 mg을 안으로 약동.
  2. 차가운 용액을 RT 및 소 혈청 알부민의 800 mg을 추가 (40 ㎎ / ㎖ BSA, 동결 건조 분말, 본질적으로 아가 로스 겔 전기 영동에 의해 무료, 낮은 내 독소, ≥98 % 순도 글로불린).
  3. 여과지 (1 등급)과 이눌린-BSA 솔루션을 필터링합니다. 주사기 팁 필터 (0.2 μm의)와 20 ML의 주사기에서 여과 된 용액을 넣고 빛으로부터 보호하기 위해 호일로 커버한다.

2. 마취 및 수술

  1. 마취를 유도하기 위해 5 %의 이소 플루 란 가득 유도 챔버에서 쥐를 놓습니다. 기록 죽인다Y 중량 (250~350g)와 실험을하는 동안 37 ° C의 체온을 유지하기위한 가열 외과 플랫폼 쥐 놓는다. 조심스럽게 발을 통해 실험실 테이프로 플랫폼에 쥐를 고정합니다. 0.8-1.0 L / 분의 공기 흐름 속도로 의료 학년 100 % O 2와 1 ~ 2 %의 이소 플루 란으로 마취를 유지한다.
  2. 혈압과 심장 박동 모니터링, 혈액 샘플링에 대한 대퇴 동맥에 테이퍼 카테터 (혈관 팁 외경, 2.7F)를 삽입합니다.
  3. 이눌린 주입에 대한 대퇴 정맥에 카테터 (PE-50)를 삽입합니다. 5-O 꼰 실크 수술 봉합사 (6)와 주변 조직에 카테터를 고정합니다.
  4. 스트레인 게이지 압력 변환기에 동맥 카테터를 연결. 녹음 혈압 실시간으로 컴퓨터 스크린상에서의 데이터 수집 소프트웨어를 이용하여 디스플레이 및 심박수. 이 기술은 비디오 6에 상세하게 설명된다.
  5. 치골 상부 절개를 통해 방광을 노출. 작은 컷방광의 끝 부분에 구멍 열을 캐 뉼러 (PE-190)를 삽입 소변 수집 방광 내부의 팁 플레어. 지갑 문자열 봉합과 방광에 캐 뉼러를 고정합니다.

3. 소변 및 혈액 수집

  1. (300g 무게 쥐에 대한 3 ㎖ / 시간)를 체중 100g 당 1 ㎖ / hr의 유량 설정 주사기 펌프에 FITC - 이눌린의 주사기를 놓습니다. 대퇴 정맥 카테터에 주사기를 연결합니다. 이눌린의 주입을 시작하고 1 ~ 2 시간의 평균 기간을 허용합니다. 빛으로부터 보호하기 위해 호일로 덮여 주사기를 유지합니다.
  2. 소변 유량이 안정하고 10 분 동안 예비 칭량 수집 바이알에 소변 시료를 수집하여 분석 샘플 (20 μL / 분)에 적합한 지 여부를 결정. 디지털 규모 중량 측정 소변의 양을 결정합니다. 10 분 동안 수거 적절한 소변 부피는 0.2 ml 인 것을. 두 개의 연속 콜렉션 20 μL / m의 소변 유량을 나타낼 때까지 소변을 채취 계속또는 더.
  3. 사전 의약품 샘플
    1. 20 분 기간 동안 소변 시료를 수집. 소변 수집 기간의 중간 지점에서 동맥 카테터로부터 혈액 시료 (0.5 ml)에 수집. 1 U 헤파린를 포함한 컬렉션 유리 병에 혈액 샘플을 수집하기 전에 식염수 완전히 명확 동맥 카테터에주의해야합니다. 동맥혈 0.5ml의 수집을 용이하게하기 위해 볼륨 표시와 수집 튜브를 사용한다.
    2. 피 (약. 0.1 ㎖)의 카테터을 취소 헤파린 식염수 (20 U / mL)로 동맥 카테터를 플래시합니다. 플러시 할 필요 헤파린 식염수의 부피를 제한하기 위해 가능한 동맥 카테터의 길이가 짧아야한다.
      참고 : 희석 된 혈액 샘플은 사구체 여과율과 나 그리고 케이의 분수 배설의 부정확 한 계산을 생산
    3. 10 분을 기다린 두 번째 사전 약물 소변과 혈액 샘플의 수집을 반복합니다.
  4. 두 사전 약물 샘플의 수집을 따르면, 이뇨제 DRU 관리g, 푸로 세 미드 (10 ㎎ / ㎏), 동맥 카테터를 통해. 약물의 카테터을 취소 헤파린 식염수 동맥 카테터를 플래시합니다. 동맥 카테터를 통해 공기의 주입을 방지하기 위해주의해야합니다. 푸로 세 미드 주입의 시간을 기록한다.
  5. 포스트 - 약물 샘플 아래 3 시점들 각각에서, 10 분간 수거 기간 소변 샘플 및 뇨 수집 기간의 중간 지점에서 혈액 샘플 (0.5 ㎖)에 모은다.
    1. 후 약물 샘플 1 - 후 푸로 세 미드 다섯 분을 수집합니다.
    2. 후 약 샘플 2의 - 후 푸로 세 미드 십 분을 수집합니다.
    3. 후 약물 샘플 3의 - 후 푸로 세 미드 십오 분을 수집합니다.
  6. 모든 샘플을 수집 한 후, 개흉하고 심장을 제거함으로써 제도적 절차에 따라 래트를 안락사. 모두 신장을 제거합니다. 디 캡슐은 (주변 막 제거) 및 초과 혈액을 제거하는 신장시킨다. 신장의 무게를.

4. 샘플 분석

  1. 모든 중량 측정 디지털 스케일과 소변 샘플 볼륨, 기록의 무게를 측정한다.
  2. 테이블 탑 원심 분리기 (1800 XG)와 원심 전혈 시료는 혈장을 분리한다. 작은 유리 병 라벨에 플라즈마 샘플을 전송합니다.
  3. 나트륨 / 칼륨 분석기 소변과 혈장 시료에서 나와 K 농도를 분석합니다.
  4. 혈장과 소변에서 FITC - 이눌린의 측정
    1. 전 소변 약물을 희석하고 HEPES 완충액 (500 mM의, pH 7.4의)와 후 약물 소변 (1시 10분) (1 : 400 : 200-1).
    2. 96 웰 플레이트 (물론 당 하나의 샘플)에 HEPES 버퍼의 표준 또는 샘플 60 μL의 40 μl를 추가하고 알루미늄 호일로 덮여 동안 10 분 동안 혼합 할 수 있습니다.
    3. 농도에 대한 FITC - 이눌린에 대한 표준 곡선을 생성 6.25, 12.5, 25, 50, 100, 200, 400 μg의 / ㎖ (도 1). EX와 마이크로 플레이트 리더를 사용하여 시료와 표준에 FITC - 이눌린 형광을 결정각각 485과 538 나노 미터의 인용 및 방출 파장.
    4. 4 있었던 파라미터 물류 기능 회귀 분석 표준에 대한 형광 값을 맞 춥니 다. 회귀 함수 파라미터는 플라즈마 및 소변 샘플 (표 1)에 FITC-이눌린 농도를 계산하는데 사용된다.

결과 5. 후 실험실 분석 : 계산

  1. (UV를; ㎖ / 분) 소변 유량을 계산한다 [소변 수집 부피 (㎖)] ÷ [콜렉션의 시간 (분)]
  2. 사구체 여과 속도 계산 (GFR을, ml / 분) ÷ [플라즈마 이눌린 진한 [소변 이눌린 농도 (μg의 / ㎖) UV (ml / 분) X]를. (μg의 / ㎖)]
  3. 혈장 나트륨 농도 (μmol / ㎖) × GFR (㎖ / 분) : 필터링 나트륨로드 (μmol / 분)을 계산
  4. 나트륨 배설 속도 (U V를; μmol / 분) 계산 : 소변 나트륨 농도 (μmol / ㎖) (㎖ / 분)을 X UV
  5. 계산 나트륨의 소수 배설 (FE 나, %)[U V (μmol / 분)] ÷ [필터링 나트륨로드 (μmol / 분)] × 100
  6. 필터링 칼륨로드 (μmol / 분)를 계산 : 혈장 칼륨 농도 (μmol / ㎖ 것은) GFR을 X (ml / 분)
  7. 칼륨 배설 속도 (U V를 K; μmol / 분) 계산 : 소변 칼륨 농도 (μmol / ㎖) (㎖ / 분)을 X UV
  8. 계산 칼륨의 배출율 (FE K; %) : [U V K (μmol / 분)] ÷ [필터링 칼륨로드 (μmol / 분)] × 100

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결과

실험실 데모에 사용되는 이뇨제는 매우 신속하게 약물 투여의 분 이내에 증가 나, K의 결과 신장, 물 배설에 의해 필터링 나와 K의 재 흡수를 억제 푸로 세 미드이었다. 그것의 기본 메커니즘에 의해, 푸로 세 미드는 사구체 여과율과 나 그리고 K의 필터링 된 부하에 최소한의 영향을해야하지만, 나 그리고 케이의 소변 흐름과 분수 배설을 증가

마취 된 래트에서, GFR위한 예비 약물 값의 평균 / 분, 나트륨 배설이 0.58 μmol / 분 (여과 하중의 0.1 %)를 3.2 ml의이었다 및 K 배설 해당 테이블의 대표적인 결과가도 3 4.4이었다 μmol / 분 (필터링 된 부하의 27 %). 푸로 세 미드 (후 약 1), 사구체 여과율과 나 그리고 K의 필터링 된 부하 후 5 분은 영향을받지 않았다. 하지만, 나트륨의 배출율은 11.5 %로 증가하고, K의 배출율은 각 여과 하중은 63 %로 증가 하였다. MA의 측...

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토론

4 가지 기준을 충족시켜야 GFR 측정 적절한 마커 : 자유롭게 사구체에서 여과 될, 혈장 단백질에 결합되지 않은, 그리고 둘 흡수하지도 네프론으로 분비 될 수있다. 이눌린은 이러한 기준을 만족 과당 중합체이다. 그 결과, 신장 이눌린 클리어런스 GFR 7 측정 금 표준 여겨진다. 입증 기술은 이눌린 8,9의 지속적인 주입하는 동안 시간 제한 소변 컬렉션을 사용하여 이눌린의 신장 클리어런스를 결정하는 전통적인 접근 방식을 나타냅니다. 전통적인 이눌린 측정은 분광 광도계 (10, 11)에 의해 측정 된 이눌린 비색 정량 결정을 제조 트론 방식을 사용하여 제조되었다. 그러나, 소변과 플라즈마의 이눌린, 소량의 측정을 용이하게하기위한 시도로, 이눌린은 12-14 방사성, 형광 라벨 15-17 태그로하고있다. 이 비디오 U에 제시된 실험 시연SED FITC 때문에 인체 피폭의 위험의 부족 및 FITC 형광 (15)을 ...

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공개 사항

저자는 그들이 더 경쟁 재정적 이익이 없다는 것을 선언합니다. 의견 또는 여기에 포함 된 주장은 저자의 개인 의견이며, 공식 또는 육군의 부 또는 국방부의 의견을 반영하는 것으로 해석되어서는 안된다.

감사의 글

실험실 시연을위한 자금 조달 원은 NIGMS 부여했다 : GM077119. 우리는 통합적인 장기 및 시스템 약리학의 짧은 나오긴의지지 박사 조셉 R. 헤이 우드 박사 피터 Cobbett 감사합니다. 우리는 또한 실험실 데모 그녀의 기술 지원 양 한나 가버 감사합니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
5-0 브레이디드 실크 수술용 봉합수술 전문 CorpSP1033
분석 플레이트, 96-웰코스타 3922
소 혈청 알부민 시그마 화학 CoA2934-25G
원심분리기Beckman CoulterMicroFuge 18, 357160
원뿔형 샘플 튜브Dot Scientific Inc. #711-FTG
면 팁 애플리케이터Solon Manufacturing Co56200
데이터 수집 소프트웨어ADInstrumentsLabChart Pro 7.0
디지털 스케일 덴버 기기APX-4001
FITC-이눌린시그마 화학 공동F3272-1G
거즈 스폰지Covidien2146
가열식 수술 침대EZ-마취EZ-212
HeparinSagnetNDC 25021-402-10
HEPESSigma Chemical CoH3375
이소플루란Abbott Animal HealthIsoFlo, 5260-04-05
Isoflurane 기화기EZ-AnesthesiaEZ-190F
마이크로 해부 겸자생물 의학 연구 기기 Inc.70-1020
마이크로플레이트 리더 - 플루오로스칸ThermoScientificAscent FL, 5210460
NOVA 5+ 나트륨/칼륨 분석기NOVA BioMedical14156
Olsen-Hegar 바늘 홀더 가위와Fine Science Tools12002-12
PE-190 (방광 카테터용)BD Medical427435
압력 변환기& 주의;ADInstrumentsMLT1199
Pyrex Culture Tubes코닝 Inc.99445-12
쥐 대퇴 테이퍼 동맥 카테터전략적 응용 Inc.RFA-01
Salix Furosemide 5%Intervet#34-478
사시 가위정밀 과학 도구14075-11
학생 수술용 가위정밀 과학 도구91402-12
수술용 장갑Kimberly-Clark스털링 니트릴 장갑
주사기 펌프Razel ScientificR99-E
티슈 펜치파인 사이언스 도구91121-12
티슈 가위George Tiemann  Co105-420

5-0 브레이디드 실크 수술용 봉합사 Surgical Specialties Corp SP1033 분석 플레이트, 96-Well Costar  3922 소 혈청 알부민 시그마 화학 Co A2934-25G 원심분리기 Beckman Coulter MicroFuge 18, 357160 원뿔형 샘플 튜브 Dot Scientific Inc.  #711-FTG Cotton Tipped Applicators Solon Manufacturing Co 56200 데이터 수집 소프트웨어 ADInstruments LabChart Pro 7.0 Digital 규모  Denver Instrument APX-4001 FITC-Inulin Sigma Chemical Co F3272-1G 거즈 스폰지 Covidien 2146 가열식 수술 침대 EZ-Anesthesia EZ-Agnese NDC 25021-402-10 HEPES Sigma Chemical Co H3375 Isoflurane Abbott Animal Health IsoFlo, 5260-04-05 Isoflurane Vaporizer EZ-Anesthesia EZ-190F Micro Dissecting Forceps Biomedical Research Instruments Inc. 70-1020 마이크로플레이트 리더 - Fluoroskan ThermoScientific Ascent FL, 5210460 NOVA 5+ 나트륨/칼륨 분석기 NOVA BioMedical 14156 Olsen-Hegar 가위가 있는 바늘 홀더 Fine Science Tools 12002-12 PE-190 (방광 카테터용) BD 의료 427435 압력 변환기  ADInstruments MLT1199 Pyrex Culture Tubes Corning Inc. 99445-12 Rat Femoral Tapered Artery Catheter Strategic Applications Inc. RFA-01 Salix Furosemide 5% Intervet #34-478 Strabismus Scissors Fine Science Tools 14075-11 Student Surgical Scissors Fine Science Tools 91402-12 Surgical Gloves Kimberly-Clark Sterling Nitrile Gloves 주사기 펌프 Razel Scientific R99-E 조직 집게 미세 과학 도구 91121-12 조직 가위 George Tiemann  Co 105-420

참고문헌

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