쥐의 심부 저체온 순환 정지 확립

심부 저체온 순환 정지 (DHCA)는 1953 년부터 심장 수술에 사용되었습니다¹_. DHCA는 신체의 혈류를 전 세계적으로 차단하기 전에 환자의 심부 온도를 심히 저체온 수준(15-22°C)으로 낮추는 것을^{포함합니다2.} 순환 정지는 상대적으로 무혈 수술장을 제공 할 수 있습니다. 깊은 저체온증은 특히 뇌와 심근에서 신진 대사를 감소 시키며, 이는 허혈에 대한 효과적인 보호 방법입니다³. DHCA는 일반적으로 복잡한 선천성 심장 질환, 대동맥 궁 질환, 심지어 대정맥^{혈전 4,5}가 있는 신장 또는 부신 종양에 대한 수술 중에 적용됩니다. 따라서 DHCA 동물 모델을 확립하는 것은 임상 환경에서 절차의 개선과 합병증 예방에 중요한 참고 자료를 제공합니다.

개⁶, 토끼⁷ 및 기타 동물로 모델을 설정할 수 있지만 조작성과 저렴한 비용 때문에 쥐를 사용하는 것이 바람직합니다. DHCA 래트 모델은 2006년 Jungwirth et ^al.8에 의해 처음으로 기술되었다. 순환 정지 기간이 신경 학적 결과에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 그 이후로 DHCA 쥐 모델이 광범위하게 조사되었습니다. DHCA가 전신 염증 반응 증후군 (SIRS)을 유발할 수 있음이 밝혀졌습니다 ⁹. 후속 연구에서 약리학자들은 SIRS에 의해 유도된 DHCA 관련 신경염증이 레스베라트롤¹⁰ 및 트립톨라이드¹¹에 의해 감쇠될 수 있음을 발견했습니다. 우리 팀은 또한 DHCA 관련 신경 염증이 감기 유도 성 RNA 결합 단백질¹²를 억제함으로써 약화 될 수 있음을 발견했습니다. 심혈관계에서 슈퍼옥사이드 디스뮤타제는 DHCA¹³ 동안 허혈/재관류(I/R) 손상에 심장 보호 효과가 있습니다. 이러한 결과는 DHCA 관련 병태생리학적 과정에 대한 이해를 넓히고 DHCA의 결과를 개선하기 위한 새로운 방향을 제시했습니다. 그러나 DHCA 후 내독소혈증, 산화 스트레스 및 자가포식에 관한 결과는 결정적이지 않습니다. DHCA는 심폐 우회술(CPB)¹⁴과 동일한 운영 기술을 사용하지만 관리 전략이 다르며 DHCA를 생성하는 단계는 다양한 팀마다 다릅니다 8,9,10,11. 본 연구는 래트에서 DHCA 절차를 확립하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 프로토콜은 기관 검토를 거쳐 중국 의학원 후와이 병원 기관 동물 관리 및 사용 위원회(FW-2021-0005)의 승인을 받았습니다. 모든 실험 절차는 국립 보건원에서 발행 한 실험실 동물의 관리 및 사용 가이드에 따라 수행되었습니다.

참고 : 수컷 Sprague-Dawley 쥐 (체중 : 500-600g, 연령 : 12-14 주)는 음식과 물에 자유롭게 접근 할 수있는 표준 실험실 조건에서 보관되었습니다. 래트를 무작위로 2개의 그룹 (n=6, 각 그룹): DHCA 그룹 및 정상 온도 CPB 그룹 (NtCPB 그룹)으로 할당하였다.

1. 준비 작업

1. 실험 전에 수술 도구 (집게, 가위, 마이크로 집게, 전기 응고기, 면도기 등)를 소독하십시오 (그림 1).
2. 2-0 실크, 16G 캐뉼라(기관 내 카테터), 22G 캐뉼라, 수제 16G 캐뉼라(다중 오리피스 정맥 카테터), 주사 주사기, 거즈 및 테이프를 포함한 소모품의 가용성을 확인하십시오.
   알림: 수제 16G 캐뉼러의 경우 메스를 사용하여 캐뉼라 끝에서 직경 2mm의 구멍 2 개 또는 3 개를 자르면 정맥 배수를 더 매끄럽게 만드는 데 도움이됩니다.
3. 세보 플루 란, 2 % 리도카인, 식염수, 헤파린 (5 IU / mL, 250 IU / mL), 에피네프린 (40 μg / mL), 노르 에피네프린 (20 μg / mL), 히드 록시 에틸 전분 및 중탄산염의 가용성을 보장합니다.
4. DHCA 회로에 저장소(Murphy의 스포이드로 수정됨), 롤러 펌프, 열교환기, 멤브레인 산소 공급기, 연결 튜브 및 물 탱크가 포함되어 있는지 확인합니다(그림 2). 회로를 연결하고 하이드록시에틸 전분 12mL와 헤파린 나트륨(250IU) 1mL 및 식염수 1mL를 혼합합니다. 롤러 펌프가 부드럽게 회전(10-40mL/분)하여 프라이밍 용액 14mL로 회로를 프라이밍합니다.
   알림: 저장소는 Murphy의 스포이드로 수혈 장치에서 재성형됩니다. 점 적기의 정맥 유입 부분은 10-15cm로 유지되고 정맥 출구 부분은 10cm로 유지됩니다.

2. 마취와 캐뉼레이션

1. 쥐를 2%-3% 세보플루란으로 마취한 다음 쥐가 의식을 잃은 후 결막 반사 및 근육 이완이 없는지 테스트합니다.
   참고: 결막 반사는 각막을 만질 때마다 눈꺼풀이 즉시 닫히는 것을 말합니다. 면봉을 사용하여 각막을 약간 만지십시오. 마취 깊이가 충분하면 눈꺼풀이 닫히지 않습니다.
2. 결막 반사가 사라지고 근육 저항이 관찰되지 않은 후 16G 캐뉼러로 기관 내 삽관을 수행하십시오. 튜브를 인공 호흡기에 연결하고 인공 호흡기의 버튼을 클릭하여 매개 변수를 설정합니다 (일회 호흡량 : 1.0-1.2 mL / 100g, 심박수 : 분당 80 회 [bpm], I : E = 1 : 1, 흡기 산소 분율 : 60 %).
3. 쥐 밑에 전기 난방 담요를 놓고 쥐를 테이프로 고정하십시오. 건조를 방지하기 위해 눈에 안과 용 연고를 바르십시오. 면도기로 왼쪽 사타구니 부위, 오른쪽 자궁 경부 및 꼬리의 머리카락을 면도하십시오. 그런 다음 요오드와 알코올로 피부를 세 번 소독하십시오.
4. 다음 단계로 넘어 가기 전에 마취 깊이를 확인하십시오. 호흡 속도가 인공 호흡기 (80bpm)에 의해 설정된 것보다 높거나 근육 강직이있는 경우 세보 플루 란의 출력 농도를 높이십시오.
   알림: 마취 깊이가 적절하면 호흡 리듬이 인공 호흡기와 동기화되어야하며 근육은 긴장없이 완전히 이완되어야합니다. 쥐가 시술 전반에 걸쳐 의식 회복을 경험하지 않는지 확인하기 위해 30 분마다 마취 깊이를 확인하십시오.
5. 메스를 사용하여 왼쪽 사타구니 부위 (약 1cm)의 피부를 자르고 근육과 조직을 부드럽게 해부하여 왼쪽 대퇴 정맥과 동맥을 노출시킵니다. 동맥을 조심스럽게 분리하십시오.
6. 22G 정맥 카테터를 왼쪽 대퇴 동맥에 캐뉼러합니다. 동맥과 카테터를 2-0 실크 (캐뉼러 영역)로 결찰하십시오. 식염수 함유 헤파린 (5 UI / mL)을 사용하여 응고를 피하기 위해 캐뉼러를 세척하십시오. 카테터를 압력 센서와 연결하여 혈압을 모니터링합니다.
7. 꼬리의 피부 (약 1.5cm)를 자른 다음 메스를 사용하여 꼬리 동맥의 표면 근막을 잘라 수술 분야의 중간에있는 꼬리 동맥을 노출시킵니다.
8. 22G 정맥 카테터로 꼬리 동맥을 캐뉼러하십시오. 동맥과 카테터를 2-0 실크 (캐뉼러 영역)로 결찰하십시오. 식염수 함유 헤파린(5UI/mL)을 사용하여 응고를 방지하기 위해 카테터를 세척합니다.
   참고: 정맥 카테터를 캐뉼레이션할 때 왼손은 집게로 동맥/정맥을 잡고 오른손은 카테터 내부의 바늘로 동맥/정맥을 관통한 다음 캐뉼러를 동맥에 넣습니다.
9. 오른쪽 경정맥 (약 2cm)의 피부를 자른 다음 근육과 조직을 분리하여 정맥을 노출시킵니다. 수제 다중 구멍 정맥 카테터 16G을 오른쪽 외부 경정맥에 삽입하고 오른쪽 하대 정맥 또는 우심방에 조심스럽게 넣습니다.
   참고: 왼쪽 대퇴 정맥과 동맥은 왼쪽 사타구니 부위의 표면 아래에 있습니다. 정맥은 동맥보다 두껍고 동맥의 혈액 색은 밝은 빨간색입니다. 오른쪽 경정맥은 오른쪽 자궁 경부의 중간에 있습니다. 피부를 자르고 근육을 분리하면 정맥을 볼 수 있습니다 (약 0.3-0.4cm 너비). 카테터의 끝이 우심방에 닿으면 혈압의 파동이 변동합니다. 그런 다음 카테터를 약간 뒤로 당긴 후 카테터의 끝이 상대 정맥에 있습니다.
10. 오른쪽 외부 정맥 을 통해 헤파린 나트륨 (500 IU / kg)을 투여하십시오. 오염을 피하기 위해 각 통조림 부위를 축축한 거즈로 덮으십시오.
    참고: 수술대 아래에 상자를 놓아 약 40cm 높이십시오.

3. DHCA 개시

1. 먼저 DHCA 회로를 꼬리 동맥의 카테터와 연결하고 펌프 유속을 1-2mL/min으로 유지합니다. 그런 다음 저장소를 오른쪽 외부 경정맥의 카테터와 연결하십시오. 저수지에 항상 약 1cm의 혈중 농도가 있는지 확인하십시오.
2. 물 탱크를 켜고 먼저 수온을 37 ° C로 설정하십시오.
3. 혈압이 안정되면 펌프 흐름을 최대 80-100mL/kg/min까지 부드럽게 증가시켜 혈액을 펌핑합니다.

4. 냉각

1. 실내 온도를 약 20 ° C로 설정하십시오. 일회용 장갑에 얼음 조각을 넣은 다음 쥐의 머리와 옆구리에 놓습니다. 쥐의 직장 온도에 따라 탱크의 온도를 실시간으로 조절하십시오.
2. 왼쪽 대퇴 동맥에서 0.1mL의 혈액을 채취하여 혈액 가스 분석을 위해 혈액 가스 기계에 놓습니다. 혈액 가스 분석 결과에 따라 인공 호흡기의 관련 매개 변수를 적절하게 변경하십시오 (예 :_PaCO2).
   알림: 심박수와 혈압이 변할 수 있으며 펌프 유량은 그에 따라 조정되어야 합니다. 물 탱크와 쥐 사이의 온도 구배는 10 ° C 미만이어야합니다. 30분 이내에 온도를 15-20°C로 낮출 수 있는지 확인하십시오. PaCO₂ 의 정상 범위는 35-45 mmHg입니다. 혈액 가스 결과가 PaCO₂ 미만을 나타내면 일회 호흡량이 감소 할 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

5. 심부 저체온 순환 정지

1. 직장 온도가 15-20 °C로 떨어지면 순환 정지 중에 깊은 저체온증을 유지하기 위해 일회용 장갑 (얼음 포함)을 교체하십시오.
2. 롤러 펌프를 멈추고 저수지를 환경과 접촉시킨 다음 외부 경정맥에서 저장소로 혈액을 천천히 배출하십시오.
3. 혈압 파형에주의하십시오. 혈압과 심장 박동수가 0이면 배수를 중지하고 저장소를 닫은 상태로 유지하십시오. 인공 호흡기를 끕니다.
   참고: 순환 정지 기간은 실험 목적에 따라 다릅니다.

6. 워밍업 및 재관류

1. 일회용 장갑을 모두 제거하고 실내 온도를 25 ° C로 높입니다. 정맥 배액관 클리핑을 유지하면서 막 산소 공급기 환기를 복원하십시오. 롤러 펌프를 켜서 저수지의 혈액이 천천히 쥐의 몸으로 돌아가는지 확인하십시오.
2. 인공 호흡기를 켭니다. 저장소의 혈중 농도가 1cm로 유지되면 배수관을 풀고 우심방에서 저장소로 혈액을 천천히 배출하십시오.
3. 가열 램프, 가열 패드 및 물 탱크를 켭니다. 먼저 물 탱크의 온도를 25 °C로 설정 한 다음 쥐의 직장 온도에 따라 적시에 출구 온도를 조정하십시오.
   알림: 가열 램프는 쥐 흉강의 큰 혈관을 향해야하며 조직이 타지 않도록 일정 거리를 유지해야합니다. 출구 온도와 쥐의 직장 온도 (<10 ° C)의 온도 차이에주의하십시오. 필요한 경우 혈액 가스를 테스트 한 다음 그에 따라 인공 호흡기 매개 변수를 조정하고 중탄산염, 전해질 등을 투여하십시오.
4. 직장 온도가 34 °C로 돌아온 후 가열 램프를 제거하십시오.
   알림: 이 단계는 빠른 재가열 과정의 연속으로서 느려야 합니다. 이 단계에서 세보 플루 란 기화기, 기계식 인공 호흡기 및 롤러 펌프의 장비 매개 변수를 CPB 시작 수준으로 복원 할 수 있습니다.

7. CPB 중단

1. 롤러 펌프 유량을 천천히 점차적으로 줄이고 유속이 1mL/min으로 감소할 때까지 정맥 배수 속도를 조정합니다.
   알림: 각 유량 조정은 3-5분 동안 관찰해야 합니다.
2. 저수지가 환경과 접촉하도록 유지하십시오 (저수지 캡을 벗겨서). 회로에 남아 있는 혈액에 1mL/min의 유속으로 주입합니다.
3. 멤브레인 산소 공급과 롤러 펌프를 중지하십시오.
4. 깊은 마취하에 기계 환기 기간 후에 쥐를 안락사시킵니다.
   참고: 이것은 터미널 절차입니다. CPB에서 이유식과 안락사 사이의 기간은 다른 연구 프로토콜에 따라 다릅니다. 요오드와 알코올로 상처를 소독 한 다음 안락사 전에 오염을 피하기 위해 각 통조림 부위를 축축한 거즈로 덮는 것을 잊지 마십시오. 세보 플루 란의 출력 농도를 증가시켜 마취 깊이를 증가시킵니다.

대조군으로서, 순환기 정지가 없는 정상 온도 CPB(NtCPB) 래트는 전체 시술 동안 안정적인 평균 동맥 혈압(MAP) 및 체온을 보인 반면, DHCA 래트의 MAP는 심정지 동안 감소하였다(p < 0.01, 도 3A). DHCA 랫트의 온도는 냉각 단계 동안 빠르게 떨어졌고 재가온 단계 동안 점차적으로 회복되었습니다. 쥐를 DHCA 회로에서 떼어냈을 때, DHCA 쥐의 온도는 정상으로 돌아왔다(도 3B).

쥐에 대한 DHCA 과정의 효과를 혈액 가스 분석에 의해 조사하였다. 프라이밍 용액과 전혈 접촉 후 헤모글로빈 (Hb) 농도는 두 그룹 모두에서 6g / dL보다 높았습니다 (그림 4A). 쥐를 DHCA 회로에서 떼어 놓을 때 CPB 회로에 남아있는 혈액을 쥐에게 주입했기 때문에 농도가 9g / dL로 증가했습니다. 헤마토크릿(HCT)은 Hb와 유사한 경향을 보였다(도 4B). CPB 절차를 시작할 때 Hb와 HCT의 차이는 쥐의 다른 무게 때문일 수 있습니다. DHCA 래트의 평균 체중은 571.1g ± 7.254g인 반면, NtCPB 그룹의 래트의 평균 체중은 535.0g ± 8.317g이었다(p=0.075). Hb 농도의 차이는 혈액이 산소를 운반하는 능력에 차이를 가져 오지만 두 그룹의 변화 경향은 동일하여 DHCA가 Hb 농도에 추가로 영향을 미치지 않았 음을 나타냅니다. DHCA와 재관류 후, 젖산의 수준은 빠르게 증가했고, 이는 DHCA 그룹에서 더 두드러졌다(도 4C). DHCA 절차 후 pH가 감소했는데, 이는 젖산 축적의 결과일 가능성이 가장 높습니다(그림 4D). 전체 실험 동안 Na+, Cl-, K+ 및 포도당의 농도는 어느 시점에서도 유의미한 차이를 나타내지 않았습니다(그림 5). 이러한 결과는 DHCA가 젖산 증가만을 유발하고 혈중 pH와 헤모글로빈, 헤마토크릿, Na+, Cl-, K+ 및 포도당의 농도에는 영향을 미치지 않았음을 시사합니다.

자가포식은 진핵 세포가 리소좀을 사용하여 세포질 단백질과 손상된 세포 기관을 분해하는 과정입니다15. 생리적 및 일부 병리학 적 조건에서 경미한 수준의자가 포식은 세포 항상성 유지에 필수적입니다. 그러나 과도한 자가포식은 대사 스트레스, 세포 성분의 분해, 심지어 세포 사멸로 이어질 수 있습니다16. 신경 자가포식에 대한 DHCA의 영향을 평가하기 위해 투과 전자 현미경을 사용했으며 놀랍게도 DHCA 쥐의 해마에서 자가포식소의 수가 증가한 것을 발견했습니다(그림 6). 자가포식소체의 양방향 기능을 기반으로 증가된 자가포식소체가 DHCA 동안 신경 보호 및 보상 또는 병리학적 역할을 하는지 여부는 여전히 추가 연구가 필요합니다.

그림 1: DHCA 모델에 사용된 수술 기구 . (a) 요오드, (b) 주사기, (c) 접착 테이프, (d) 습한 거즈, (e) 집게, (f) 가위, (g, h) 마이크로 집게, (i) 전기 응고기, (j) 면도기 및 (k) 실크. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: DHCA 쥐 모델의 심폐 우회 회로. (a) a: 막 산소 공급기; b: 열교환기; c: 저수지; d1: 롤러 펌프를 부착하는 튜브(외경[OD], 6 mm; 내경[ID], 4 mm; 길이, 15 cm); d2: 열교환기와 멤브레인 산소화기를 연결하는 튜브(OD, 6 mm; 아이디 4 밀리미터; 길이, 8cm); d3: 동맥 출구 라인(OD, 2.5 mm; 아이디, 1.5 밀리미터; 길이, 20cm). (b) a: 저수지; b: 막 산소 공급기; c: 열교환기; d: 롤러 펌프. 노란색 화살표는 혈류 방향을 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: DHCA 쥐와 상온 CPB 쥐의 활력 징후. (A) 평균 동맥압 및 (B) 직장 온도는 시술 전반에 걸쳐 지속적으로 모니터링되었습니다. 데이터는 군당 평균(SEM), n=6의 평균± 표준오차로서 제시된다. DHCA = 30분 각 시점에서 두 그룹 간의 차이는 짝을 이루지 않은 스튜던트 t-검정을 사용하여 비교되었습니다. 약어 : DHCA = 깊은 저체온 순환 정지; NtCPB = 상온 심폐 바이 패스; MAP = 평균 동맥 혈압. * p < 0.05, ** p < 0.01, *** p < 0.001; p > 0.05는 도시되지 않았다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 쥐의 헤모글로빈, 헤마토크릿 및 젖산의 pH와 농도. (A) 헤모글로빈, (B) 헤마토크릿, (C) 젖산, (D) 및 pH의 분석을 위한 동맥혈 샘플을 CPB의 개시, DHCA 전 및 CPB의 이유의 세 가지 시점에서 대퇴 동맥을 통해 수집하였다. DHCA = 30분 데이터는 평균± SEM, 그룹당 n=6으로 제시된다. 각 시점에서 두 그룹의 차이는 짝을 이루지 않은 스튜던트 t-검정을 사용하여 비교되었습니다. 약어 : DHCA = 깊은 저체온 순환 정지; NtCPB = 상온 심폐 바이 패스; Hb = 헤모글로빈; Hct = 헤마토크릿; 락 = 젖산. * p < 0.05. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5: 쥐의 Na+, Cl-, K+ 및 포도당 농도. (A) Na+, (B) Cl-, (C) K+ 및 (D) 포도당 분석을 위한 동맥혈 샘플은 CPB 개시, DHCA 전 및 CPB 이유의 세 가지 시점에서 대퇴 동맥을 통해 수집되었습니다. DHCA = 30분 데이터는 평균± SEM, 그룹당 n=6으로 제시된다. 각 시점에서 두 그룹 간의 차이는 짝을 이루지 않은 스튜던트 t-검정을 사용하여 비교되었습니다. 약어 : DHCA = 깊은 저체온 순환 정지; NtCPB = 상온 심폐 바이 패스; 글루 = 포도당. p > 0.05는 도시되지 않았다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 6: 쥐의 해마에 있는 자가포식소체. 쥐는 CPB 회로에서 떼어낸 후 30분 후에 안락사되었고, 해마는 즉시 수확되었다. 이어서, (A) NtCPB 래트 및 (B) DHCA 래트의 해마에서 자가포식체의 발현을 조사하기 위해 추가 투과 전자 현미경을 위해 글루타르알데히드에 해마를 고정시켰다. DHCA = 30분 스케일 바: 1 μm 및 250 nm. 화살표는 오토 포식 솜을 가리 킵니다. 약어 : DHCA = 깊은 저체온 순환 정지; NtCPB = 상온 심폐 바이 패스. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

저자는 공개 할 것이 없습니다.