We presenteren een chirurgische methode om te induceren Rechter ventrikelhypertrofie en falen bij ratten.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Een pulmonaire Trunk "banding" Model van druk overbelasting veroorzaakte Rechter ventrikelhypertrofie en falen
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Rechts ventriculaire (RV) storing veroorzaakt door overbelasting van de aanhoudende druk is een belangrijke bijdrage aan de morbiditeit en mortaliteit in verschillende cardiopulmonale stoornissen. Betrouwbare en reproduceerbare diermodellen van RV mislukking zijn daarom gerechtvaardigd om te onderzoeken van de ziekte mechanismen en effecten van potentiële therapeutische strategieën. "Banding" van de pulmonaire romp is een gemeenschappelijke methode voor het opwekken van geïsoleerde RV hypertrofie, maar in het algemeen, eerder beschreven modellen hebben niet geslaagd in het creëren van een stabiel model van RV hypertrofie en mislukking.
We presenteren een rat model van druk overbelasting veroorzaakte RV hypertrofie veroorzaakt door pulmonaire trunk "banding" (PTB) waarmee verschillende fenotypes van RV hypertrofie met en zonder RV defect. We gebruiken een gemodificeerde ligating clip aanvrager voor het comprimeren van een titanium clip rond de pulmonaire stam naar een vooraf ingestelde binnendiameter. We gebruiken verschillende clip diameters voor het opwekken van verschillende stadia van de progressie van de ziekte van milde RV hypertrofie te gedecompenseerde RV mislukken.
RV hypertrofie ontwikkelt consequent bij ratten onderworpen aan de procedure PTB en afhankelijk van de diameter van de toegepaste banding clip, we nauwkeurig kunt reproduceren andere ziekte severities gecompenseerd hypertrofie variërend tot ernstige gedecompenseerde RV storing met extra cardiale manifestaties.
Het gepresenteerde model van het PTB is dat een geldig en robuust model van druk overbelasting geïnduceerde hypertrofie van de RV en storing die verscheidene voordelen met andere banding modellen heeft, met inbegrip van hoge reproduceerbaarheid en de mogelijkheid van het inducerende ernstige en gedecompenseerde RV mislukking.
Inleiding
Het rechterventrikel (RV) zich kan aanpassen aan een aanhoudende druk overbelasting. In tijd, echter adaptieve mechanismen niet ondersteunen van de cardiale output, de RV verwijdt en uiteindelijk de RV mislukt. RV-functie is de belangrijkste prognostische factor van verschillende cardiopulmonale stoornissen, met inbegrip van pulmonale arteriële hypertensie (PAH), trombo-embolische pulmonaire hypertensie (CTEPH) en verschillende vormen van aangeboren hartziekte met een druk (of volume) overbelasting van de RV. Ondanks intensieve behandeling blijft RV mislukking een overheersende doodsoorzaak in deze voorwaarden.
Als gevolg van de unieke eigenschappen1,2 en de embryologische ontwikkeling3 van de RV, kan niet kennis ontleend aan linker hartfalen eenvoudig worden geëxtrapoleerd naar juiste hartfalen. Dierlijke modellen van juiste hartfalen zijn dus nodig om te onderzoeken van de mechanismen voor RV mislukking en potentiële farmacologische behandelingsstrategieën.
Er zijn experimentele modellen van pulmonale hypertensie geïnduceerd door SU5416 gecombineerd met hypoxie (SuHx)4 of monocrotaline (MCT)5, die veroorzaken RV mislukking ondergeschikt zijn aan de ziekte in de pulmonaire therapieën. Deze modellen worden gebruikt voor het evalueren van therapeutische gevolgen van drugs dat doel de pulmonaire therapieën. Zowel de SuHx als de MCT-model zijn niet-vaste afterload modellen van RV mislukking. Het is bijgevolg niet mogelijk om te concluderen als een verbetering in RV functie na een interventie is ondergeschikt aan de afterload vermindering van de pulmonaire vasculaire effecten of als het wordt veroorzaakt door directe gevolgen voor de RV. Bovendien, heeft de MCT-model verschillende extra cardiale effecten.
In experimentele pulmonaire kofferbak banding modellen, is de afterload van de RV vastgesteld als gevolg van een mechanische vernauwing van de pulmonaire romp. Dit zorgt voor het onderzoek van directe cardiale effecten van een interventie op de RV onafhankelijk van elke pulmonaire vasculaire effecten6,7,8,9. Meestal wordt de banding uitgevoerd door het plaatsen van een naald langs de pulmonaire kofferbak. Vervolgens een ligatuur is geplaatst rond de naald en de pulmonaire kofferbak en gebonden met een knoop, en de naald wordt verwijderd waardoor de hechtdraad rond de pulmonaire kofferbak. Afhankelijk van de maat van de naald, verschillende graden van beperkingen kunnen worden toegepast, maar ondanks deze aanpak breed wordt gebruikt, heeft het een aantal nadelen. Ten eerste, de diameter van de "banding" is niet precies hetzelfde als de buitendiameter van de naald zoals de ligatuur is gebonden rond de naald zowel de pulmonaire kofferbak. Ten tweede, kunnen er aanzienlijke variatie aan hoe strak de knoop is gebonden waardoor het moeilijk te reproduceren van een zekere mate van "banding". Dit zal leiden tot een variatie op de diameter van de verbanden en aldus een grotere spreiding. Tot slot kan de knoop komen los na verloop van tijd.
Één studie geldt een half gesloten tantaal clip rond de pulmonaire stam10. Zij de clip rond de pulmonaire stam een innerlijke ruimte van 1.10 mm2 gecomprimeerd en vergeleken met ratten onderworpen aan "banding" met een hechtdraad met behulp van een naald 18 G. Over het algemeen werd stroken met de clip geassocieerd met minder peri-chirurgische complicaties en de afwijking van de gegevens.
Gebaseerd op de principes die beschreven door Schou et al.11, we verder ontwikkeld en gekenmerkt de pulmonaire kofferbak "banding" (PTB) model van RV hypertrofie en mislukking. Hier presenteren wij onze ervaring met behulp van dit model op basis van de resultaten van eerdere studies12,13. Voor dit model, is een titanium-clip rond de pulmonaire stam naar een exacte vooraf ingestelde binnendiameter, die kan worden aangepast om te induceren van verschillende RV mislukking fenotypen gecomprimeerd.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Alle ratten werden behandeld volgens de Deense nationale richtlijnen beschreven in de Deense wet op de dierproeven en ministerieel besluit op dierproeven. Alle experimenten werden goedgekeurd door de institutionele ethiek Review Board en uitgevoerd in overeenstemming met de Deense wet voor dierlijke onderzoek (autorisatienummer 2012-15-2934-00384, Deens Ministerie van Justitie).
1. aanpassing van de aanvrager Clip Ligating
Opmerking: De strepen van de pulmonaire stam wordt uitgevoerd met een gewijzigde open ligating clip aanvrager met een hoekige kaak. De aanvrager wordt gewijzigd met een verstelbare stop-mechanisme voor het stoppen van de compressie als de kaken een exacte afstand van elkaar bereiken. Wanneer een klein titanium ligating clip wordt gecomprimeerd met de gewijzigde aanvrager, een lumen blijft bestaan tussen de benen van de clip met een bepaalde diameter volgens de aanpassing van het stop-mechanisme (Figuur 1).
- Kies bijvoorbeeld de diameter van de gewenste "banding",, 0.6 mm.
- Pas de ligating clip aanvrager totdat de afstand tussen de kaken 1,0 mm is wanneer volledig gecomprimeerd. Dit laat een lumen van 0.6 mm als de twee clip benen een dikte van 0,2 mm elke hebben.
Figuur 1: de PTB procedure. (A) de chirurgische instrumenten die worden gebruikt voor de PTB procedure met inbegrip van de ligating clip aanvrager (blauwe pijl). (B) de verstelbare stop mechanisme van de ligating clip aanvrager. Draaien van het tandrad (blauwe pijl), zal de positie van de pin (gele pijl), die de sluiting van de aanvrager stopt wanneer de kaken een bepaalde afstand van elkaar bereiken aanpassen. De afstand overeenkomt met tweemaal de dikte van de poten van de clip plus de binnendiameter van de clip, wanneer de illustratie wordt gecomprimeerd en kan worden gekalibreerd met behulp van bijvoorbeeld een naald met een bekende buitendiameter. (C) de aanvrager comprimeert een titanium clip naar een exacte binnendiameter vooraf opgegeven door aanpassing van de aanvrager. (D) de binnen diameter van de gecomprimeerde clip kan worden aangepast om het opwekken van verschillende severities van RV hypertrofie en mislukking. Voor de gegevens gepresenteerd, een inwendige diameter van 1,0 mm werd gebruikt voor het opwekken van milde RV hypertrofie, een inwendige diameter van 0.6 mm werd gebruikt voor het opwekken van gematigde RV mislukking en een inwendige diameter van 0,5 mm werd gebruikt voor het opwekken van ernstige RV mislukking. (E) de clip na toepassing rond de pulmonaire kofferbak. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
2. voorbereiding van de Rat
Opmerking: Andere regimes van analgetica kunnen worden toegepast.
- Gebruik Wistar rat Pinken weegt ongeveer 100 – 120 g. Gebruiken om te handhaven lichaamstemperatuur tijdens de operatie, een overdekte verwarming pad.
- Gebruik voor een operatie, een mechanische ventilator die is ingesteld op een tidal volume van ongeveer 1,75 mL en respiratoire tarief van 75 per min.
- Anaesthetize de rat met Sevofluraan (7% mix in 1,5 L O2) in een inductie kamer voor 5 minuten. Intubate de rat met behulp van een 17 G IV canule, waar de distale 2 mm van de naald om de zachte katheter ter dekking van de tip zijn afgesneden. Verwijder de naald en sluit de canule aan de ventilator.
- Plaats de rat op haar rug op de verwarming pad. Zorg ervoor dat de intubatie correct is door het observeren van de bewegingen van de thorax. Deze moet zonder kant verschillen en in tempo met de ventilator.
Opmerking: Gebrek aan bewegingen van de borstkas, de contracties van de buik en de inflatie van de maag in de linker bovenbuik zijn tekenen van een misplaatste buis. Verwijder de canule, de rat zet terug in de kamer van de inductie en opnieuw intubate. - Na de juiste intubatie, verminderen de Sevofluraan onderhoud concentratie (3,5% mix in O2, 1,5 L/min) en op te lossen van de poten van de rat naar de verwarming pad.
- Prober afstomping bevestigen door het controleren van de reflexen van de terugtrekking van de ledematen met behulp van een verlostang te knijpen de poten van de rat.
- Injecteer de ratten met buprenorfine (0,1 mg/kg subcutaan (SC)) en carprofene (5 mg/kg s.c.) post-operatieve pijn te verlichten.
- Scheren van de borst en desinfecteren met chloorhexidine.
3. isolatie van de pulmonaire kofferbak
- Maak met een schaar, een incisie van 2 cm in de huid langs het middelste deel van het borstbeen. Identificeren van de grote borstspier en snijd de sternale bijlage. De 2nd, 3rden de 4th costa hieronder aangeduid.
- Pak eventueel de 2nd costa met een fixatie Tang, breng een Sutuur (geologie) (4-0, multifilament, absorbeerbare) rond de 2nd costa van de 1st intercostale ruimte het onderste mediale deel van de 2nd intercostale ruimte. Maak een stevige knoop om het afbinden van de voorste thoracale slagader.
Opmerking: Dit kan zinvol zijn als bloeden uit de voorste thoracale slagader een steeds terugkerend probleem is. - De 4th3rd, en 2nd costa dicht bij het borstbeen knippen met een schaar en zorgvuldig ontleden de intercostale spieren totdat een volledige links Thoracotomie is verricht. Als elke bloeden uit de voorste thoracale slagader optreedt, comprimeren met een Europees en afbinden van de slagader.
- Invoegen van een oprolmechanisme tussen het borstbeen en de costae en het te krijgen van een goede operationele veld openen. Op de top van het veld is de thymus die betrekking hebben op de aorta en de pulmonaire kofferbak. Zorgvuldig heffen de zwezerik met behulp van een Europees en draai het naar boven om bloot van de aorta en de pulmonaire kofferbak hieronder.
-
De tip van een kleine chirurgische hooklet met een 85° hoek via de dwarse pericardvocht sinus gelegen achter de linker atriale aanhangsel begeleiden. Haal deze halverwege terug door de sinus en begeleiden het puntje van de oor-haak omhoog totdat het webonderdeel tussen de oplopende aorta en de pulmonaire kofferbak verschijnt.
- Verwijder eventuele bindweefsel die betrekking hebben op het puntje met een iris schaar om te scheiden van de pulmonaire stam van de oplopende aorta.
- Herhaal de stap met een grotere haak (optioneel).
- Begeleiden van een verlostang schuine spieren rond de pulmonaire kofferbak via de passage die is gemaakt met de hook(s). Pak het eind van een ligatuur van ongeveer 10 cm (4-0, multifilament) en haal de helft van de ligatuur terug door de passage. Nu de pulmonaire kofferbak wordt gescheiden van de oplopende aorta en kan worden gecontroleerd door de ligatuur eromheen.
4. toepassing van de Clip
- Laden van de aangepaste ligating clip aanvrager met een clip. Zorgvuldig begeleiden een van de kaken en een been van de clip wel de passage rond de pulmonaire kofferbak. Gebruik de ligatuur te zachtjes trekken de pulmonaire stam naar boven en in de vork van de clip.
- Wanneer de pulmonaire kofferbak in de vork van de clip is en de twee uiteinden van de clip benen vrij van elke bindweefsel zijn, comprimeert u de clip met de aanvrager toe te passen de banding.
- Observeren hoe de RV onmiddellijk verwijdt in reactie op de "banding" en verwijder de ligatuur.
5. afsluiting van de Thorax
- Verwijder het Europees uit de zwezerik en de thymus verplaatst naar haar natuurlijke positie. Verwijder het oprolmechanisme.
- Sluit de thorax in drie lagen: de intercostale laag, de grote borstspier en de huid met hechtdraad (4-0, multifilament, absorbeerbare). Injecteren van 2 mL zoutoplossing s.c. ter vervanging van vocht verloren tijdens de operatie.
- De Sevofluraan uitschakelen en en houden de rat op de ventilator (1,5 L van O2) tot het begint spontaan ademt. Dan extubate de rat.
- Trakteer de ratten met buprenorfine in het drinkwater voor de volgende drie dagen14 of een soortgelijk pijnstillende protocol toepassen. Na drie dagen, de ratten zijn hersteld en zijn zonder ongemak.
- In de volgende weken, moet het welzijn van de ratten en de mogelijke nadelige effecten worden geëvalueerd op een dagelijkse basis. De genezing van de wond van de Thoracotomie moet speciale aandacht krijgen tijdens de eerste week om tekenen van infectie of insufficiëntie van de cicatrices te sporen. Als de ratten tekenen van gebrek vertonen aan gedijen inclusief borstelige vacht, verminderde mobiliteit, ademhalingsproblemen en gewichtsverlies, ze moeten worden nauwlettend gevolgd en als ze meer dan 20% van hun lichaamsgewicht verliezen of fulminant ontwikkelen euthanized luchtwegen insufficiëntie.
6. sham chirurgie
- Een schijnvertoning chirurgie uitvoeren door het volgen van alle van de bovenstaande stappen met uitzondering van de toepassing van de clip (stap 4).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Met behulp van de beschreven procedure PTB in eerdere studies van onze groep12,13, wij RV hypertrofie (PTB milde) geïnduceerd door "banding" met een 1,0 mm clip, een gematigde graad van RV mislukking (gematigde PTB) door "banding" met een 0,6 mm clip en een ernstige mate van RV mislukking (PTB ernstige) door "banding" met een 0.5 mm clip. De ratten onderworpen aan de strenge banding ontwikkelde extra cardiale uitingen van RV mislu...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
We beschrijven een toegankelijk en zeer reproduceerbare methode van pulmonaire trunk "banding" met behulp van een gemodificeerde ligating clip aanvrager voor het comprimeren van een titanium clip rond de pulmonaire kofferbak. Door het aanpassen van de aanvrager voor het comprimeren van de clip naar verschillende innerlijke diameters, kunnen verschillende fenotypes van RV hypertrofie en falen worden opgewekt met inbegrip van ernstige RV storing met extra cardiale manifestatie van decompensation.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen
Dankbetuigingen
Dit werk werd gesteund door de Deense Raad voor onafhankelijk onderzoek [11e108410], de Deense Hartstichting [12e04-R90-A3852 en 12e04-R90-A3907] en de Novo Nordisk Foundation [NNF16OC0023244].
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 17 G IV Venflon Cannula | Becton Dickinson, US | 393228 | Distal 2 mm van de naald is afgesneden |
| 1 mL spuit + 26 G naald | Becton Dickinson, US | 303172 & 303800 | |
| 4-0 absorbeerbare multifilament hechtdraad | Covidien, US | GL-46-MG | Polysorb, violet, 5x18" |
| 4-0 multifilament ligatuur | Covidien, US | LL-221 | Polysorb, violet, 98" |
| Buprenorfine | Indivior UK Limited | Lokaal aangeschaft, Temgesic 0,3 mg/mL | |
| Carprofen | ScanVet, DK | 27693 | Norodyl 50 mg/mL |
| Chlorhexidine | Faaborg Pharma, DK | Lokaal aangeschaft | |
| Contractor | Aesculap, Germany | BV010R | Blunt, zelfhoudend, 70 mm |
| Oorhaakje | Lawton, Germany | 66-0261 | Klein, 14 cm, punt gemodificeerd naar een hoek van 85° |
| Ooggel | Decra, UK | Lubrithal, lokaal aangeschaft | |
| Pincet, delicaat weefsel | Lawton, Germany | 09-0020 | |
| Pincet, ontleed | Lawton, Germany | 09-0013 | 1 normaal, 1 met punt gemodificeerd naar een hoek van 100° |
| Gasanesthesiesysteem | Penlon Limited, UK | SD0217SL | Sigma Delta Verdamper |
| Haartrimmer | Oster | 76998-320-051 | |
| Horizon Open Ligating Clip Applier | Teleflex, US | 137085 | Gemodificeerd met verstelbare stopmechanisme |
| Horizon Titanium Clips | Teleflex, US | 001200 | Klein |
| Inductiekamer | N/A | ||
| Iris schaar | Lawton, Germany | 05-1450 | |
| Iris schaar | Aesculap, Germany | BC060R | |
| Mechanische ventilator | Ugo Basile, Italy | 7025 | |
| Microschaar | Lawton, Germany | 63-1406 | |
| Microscoop | Carl Zeiss, Germany | 303294-9903 | |
| Naaldhouder | Lawton, Germany | 08-0011 | TITEGRIP |
| Pean | Lawton, Germany | 06-0100 | Halsted-Mosquito, recht |
| Pro-Optha | Lohmann & Rauscher, Germany | 16515 | Tampon |
| Saline 9 mg/mL | Fresenius Kabi, DK | 209319 | |
| Sevofluraan | AbbVie, US | Sevorane, lokaal aangeschaft | |
| Chirurgische haak | Lawton, Germany | 51-0665 | Cushing, 19 cm, punt gemodificeerd naar een hoek van 90° |
| Chirurgisch plakband | 3M, US | 1530-0 | Micropore |
| Temperatuurregelaar | CMA Microdialysis; Sweden | 8003760 | CMA 450 |
| Weegmachine | VWR, US | ||
| Wistar rat weanlings | Janvier Labs, France | RjHan:WI, 100-120 g |
Referenties
- Kaufman, B. D., et al. Genomic profiling of left and right ventricular hypertrophy in congenital heart disease. Journal of Cardiac Failure. 14 (9), 760-767 (2008).
- Zungu-Edmondson, M., Suzuki, Y. J. Differential stress response mechanisms in right and left ventricles. Journal of Rare Diseases Research & Treatment. 1 (2), 39-45 (2016).
- Zaffran, S., Kelly, R. G., Meilhac, S. M., Buckingham, M. E., Brown, N. A. Right ventricular myocardium derives from the anterior heart field. Circulation Research. 95 (3), 261-268 (2004).
- de Raaf, M. A., et al. SuHx rat model: partly reversible pulmonary hypertension and progressive intima obstruction. The European Respiratory Journal. 44 (1), 160-168 (2014).
- Gomez-Arroyo, J. G., et al. The monocrotaline model of pulmonary hypertension in perspective. American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology. 302 (4), L363-L369 (2012).
- Bogaard, H. J., et al. Chronic pulmonary artery pressure elevation is insufficient to explain right heart failure. Circulation. 120 (20), 1951-1960 (2009).
- Borgdorff, M. A., et al. Sildenafil enhances systolic adaptation, but does not prevent diastolic dysfunction, in the pressure-loaded right ventricle. European Journal of Heart Failure. 14 (9), 1067-1074 (2012).
- Mendes-Ferreira, P., et al. Distinct right ventricle remodeling in response to pressure overload in the rat. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 311 (1), H85-H95 (2016).
- Piao, L., et al. The inhibition of pyruvate dehydrogenase kinase improves impaired cardiac function and electrical remodeling in two models of right ventricular hypertrophy: resuscitating the hibernating right ventricle. Journal of Molecular Medicine. 88 (1), 47-60 (2010).
- Hirata, M., et al. Novel Model of Pulmonary Artery Banding Leading to Right Heart Failure in Rats. BioMed Research International. 2015, 753210(2015).
- Schou, U. K., Peters, C. D., Kim, S. W., Frøkiær, J., Nielsen, S. Characterization of a rat model of right-sided heart failure induced by pulmonary trunk banding. Journal of Experimental Animal Science. 43 (4), 237(2007).
- Andersen, S., et al. Effects of bisoprolol and losartan treatment in the hypertrophic and failing right heart. Journal of Cardiac Failure. 20 (11), 864-873 (2014).
- Holmboe, S., et al. Inotropic Effects of Prostacyclins on the Right Ventricle Are Abolished in Isolated Rat Hearts With Right-Ventricular Hypertrophy and Failure. Journal of Cardiovascular Pharmacology. 69 (1), 1-12 (2017).
- Jessen, L., Christensen, S., Bjerrum, O. J. The antinociceptive efficacy of buprenorphine administered through the drinking water of rats. Lab Anim. 41 (2), 185-196 (2007).
- Andersen, A., Povlsen, J. A., Botker, H. E., Nielsen-Kudsk, J. E. Right ventricular hypertrophy and failure abolish cardioprotection by ischaemic pre-conditioning. European Journal of Heart Failure. 15 (11), 1208-1214 (2013).
- Fujimoto, Y., et al. Low Cardiac Output Leads Hepatic Fibrosis in Right Heart Failure Model Rats. PloS one. 11 (2), e0148666(2016).
- Marques, C., et al. High-fat diet-induced obesity Rat model: a comparison between Wistar and Sprague-Dawley Rat. Adipocyte. 5 (1), 11-21 (2016).
- Osadchii, O., Norton, G., Deftereos, D., Woodiwiss, A. Rat strain-related differences in myocardial adrenergic tone and the impact on cardiac fibrosis, adrenergic responsiveness and myocardial structure and function. Pharmacological Research. 55 (4), 287-294 (2007).
- Brower, M., Grace, M., Kotz, C. M., Koya, V. Comparative analysis of growth characteristics of Sprague Dawley rats obtained from different sources. Laboratory Animal Research. 31 (4), 166-173 (2015).
- Wang, S., et al. A neonatal rat model of increased right ventricular afterload by pulmonary artery banding. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 154 (5), 1734-1739 (2017).
- Borgdorff, M. A., et al. Distinct loading conditions reveal various patterns of right ventricular adaptation. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 305 (3), H354-H364 (2013).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
