Deze studie presenteert een zeer reproduceerbaar groot diermodel van nierischemie-reperfusieletsel bij varkens met behulp van tijdelijke percutane bilaterale ballonkatheter occlusie van de nierslagaders gedurende 60 minuten en reperfusie gedurende 24 uur.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Een groot diermodel voor acuut nierletsel door tijdelijke bilaterale nierslagader occlusie
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Acuut nierletsel (AKI) gaat gepaard met een hoger risico op morbiditeit en mortaliteit postoperatief. Ischemie-reperfusieletsel (IRI) is de meest voorkomende oorzaak van AKI. Om dit klinische scenario na te bootsen, presenteert deze studie een zeer reproduceerbaar groot diermodel van renale IRI bij varkens met behulp van tijdelijke percutane bilaterale ballonkatheter occlusie van de nierslagaders. De nierslagaders worden gedurende 60 minuten afgesloten door de ballonkatheters door de femur- en halsslagader te brengen en ze naar het proximale deel van de slagaders te brengen. Jodiumcontrast wordt geïnjecteerd in de aorta om eventuele opacificatie van de niervaten te beoordelen en het succes van de slagader occlusie te bevestigen. Dit wordt verder bevestigd door het afvlakken van de pulsgolfvorm aan de punt van de ballonkatheters. De ballonnen worden leeggelopen en verwijderd na 60 minuten bilaterale nierslagader occlusie, en de dieren mogen herstellen gedurende 24 uur. Aan het einde van de studie nemen plasmacreinine en ureumstikstof in het bloed aanzienlijk toe, terwijl de eGFR- en urineproductie aanzienlijk afnemen. De behoefte aan jodiumcontrast is minimaal en heeft geen invloed op de nierfunctie. Bilaterale nierslagader occlusie bootst het klinische scenario van peroperatieve nierhypoperfusie beter na, en de percutane benadering minimaliseert de impact van de ontstekingsreactie en het risico op infectie gezien met een open benadering, zoals een laparotomie. Het vermogen om dit klinisch relevante varkensmodel te maken en te reproduceren vergemakkelijkt de klinische vertaling naar de mens.
Inleiding
Acuut nierletsel (AKI) is een algemeen gediagnosticeerde aandoening bij chirurgische patiënten geassocieerd met significante morbiditeit enmortaliteit 1,2. Uit beschikbare gegevens blijkt dat AKI zelfs de helft van alle gehospitaliseerde patiënten wereldwijd kan treffen en leidt tot 50% sterftecijfer bij patiënten op de intensive care1,3. Ondanks de hoge prevalentie blijft de huidige AKI-therapie beperkt tot preventieve strategieën, zoals vloeistofbeheer en dialyse. Daarom is er voortdurend belangstelling voor het verkennen van alternatieve therapieën voor AKI4,5,6.
AKI wordt doorgaans ingedeeld in pre-renale, intrinsieke en post-renale op basis van de etiologie4,5,6. De meerderheid van de chirurgische patiënten met AKI wordt geassocieerd met pre-renale oorzaken als gevolg van hypovolemie, resulterend in ischemie-reperfusieletsel (IRI) van de nieren2. Klinisch neemt de urineproductie af en nemen de creatininespiegels toe als gevolg van een verminderde nierfunctie. De nier is een orgaan met een hoge stofwisseling en gevoelig voor ischemie. Een zeer reproduceerbaar groot diermodel van renale IRI is noodzakelijk om een beter inzicht te krijgen in de pathofysiologie van AKI en zijn potentiële therapeutische benaderingen5.
Om het klinische scenario van nierhypoperfusie perioperatief na te bootsen, wordt een model van bilaterale nierslagader occlusie geschikt geacht. Eerder beschreven modellen die unilaterale occlusie van de nierslagader met of zonder resectie van de contralaterale nier met zich meebrengen , bieden onvoldoende klinische toepasbaarheid7,8. Hoewel deze modellen voldoende zijn om AKI te veroorzaken, lijken ze niet op echte klinische scenario's, noch in termen van type of duur van de schade.
Het doel van dit artikel is om een varkensmodel te presenteren van percutane bilaterale tijdelijke occlusie van de nierslagaders door ballonkatheter occlusie onder angiografie. Bilaterale occlusie van de nierslagader bootst het klinische scenario van nierhypoperfusie na, gevolgd door de daaropvolgende verwijdering van de ballon voor reperfusie9,10. De technische stappen worden beschreven, waaronder katheterisatie, katheterbegeleiding, angiografie en hemodynamische monitoring. Deze methode zorgt niet alleen voor een zeer gecontroleerde en reproduceerbare occlusie van de nierslagaders, maar de percutane aanpak minimaliseert de impact van de ontstekingsreactie door de hoeveelheid belediging voor het lichaam te beperken in vergelijking met een open benadering.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Alle in vivo studies werden uitgevoerd in overeenstemming met de richtlijnen van de National Institutes of Health over dierverzorging en -gebruik en werden goedgekeurd door het Animal Care and Use Committee van het Boston Children's Hospital (Protocol 18-06-3715). Alle dieren kregen humane zorg in overeenstemming met de Gids voor de verzorging en het gebruik van proefdieren. Figuur 1 toont de tijdlijn inclusief anesthesie, chirurgische voorbereiding en tijdspunten voor primaire uitkomstmetingen van deze studie.
1. Inductie, anesthesie en intubatie
- Om onnodige stress en ongemak te voorkomen, verdoven de varkens door intramusculaire injectie van een mengsel van tiletamine/zolazepam 4-6 mg/kg en xylazine 1,1-2,2 mg/kg en isofluraan 3% met behulp van een gezichtsmasker.
- Canuleer de oorader om veneuze toegang te verkrijgen met een 20 G IV canule na desinfectie van het gebied met 95% ethanol. Start een onderhoudsinfusie (0,9% NaCl bij 5 ml/kg/h).
- Intubeer het varken met een endotracheale buis (maat 7 voor varkens met een gewicht van 40-50 kg) zodra de anesthesietoereikendheid is bevestigd. Voer ballonventilatie uit met een frequentie van 12 ademhalingen/min en transporteer het varken naar de operatiekamer.
- Plaats het dier op de operatietafel in de liggende stand. Start onmiddellijk mechanische positieve drukventilatie met FiO2 0,50, 10 ml/kg getijdenvolume en een frequentie van 12 ademhalingen/min onder continue capnografie.
- Plaats een pulsoximeter op het oor of de onderlip voor continue controle.
- Houd normothermie (37 °C) aan met behulp van een luchtverwarmd kussen.
- Om de algehele anesthesie te behouden, moet u de toediening van isofluraan op 0,5-4% houden via de endotracheale buis. Controleer tijdens de procedure continu ECG, arteriële bloeddruk, temperatuur en capnografie om de diepte van anesthesie te meten.
- Plaats een Foley-katheter om de vloeistofstatus van het dier te controleren en de urineafgifte te controleren door urine in een drainagezak te verzamelen.
OPMERKING: Vrouwelijke varkens hebben de voorkeur boven mannetjes vanwege de anatomische kenmerken van hun urethra, waardoor katheterisatie gemakkelijker is.
2. Chirurgische voorbereiding en vasculaire toegang
- Drapeer het dier op een steriele manier.
- Desinfecteer het rechter laterale gebied van de nek door betadine aan te brengen en vervolgens 95% ethanol gedurende 3 keer.
- Voer een uitsnede uit voor de katheterisatie van de rechter halsslagader en de rechter halsslagader. Trek de sternocleidomastoïde spier zijdelings in en ontleed deze naar de rechter halsslagader en de rechter halsslagader.
- Steek een 5F angiografieschede in zowel de slagader als de ader. Zet het vast met een zijden 2-0 hechtdraad.
- Steek een 5F angiografieschede met behulp van de Seldinger-techniek in de linker femurslagader.
- Om de Seldinger-techniek uit te voeren, doorboort u de femurslagader met behulp van een holle naald. Steek een zachte tip voerdraad door het lumen en breng deze naar de femurslagader.
- Houd de voerdraad stevig vast met de hand terwijl u de naald verwijdert. Geef de angiografieschede over de voerdraad in de femurslagader en trek de voerdraad terug. Gebruik indien nodig ultrasone begeleiding.
3. Inductie van nierischemie-reperfusieletsel
- Intraveneus 200 IE/kg natrium heparine toedienen om systemische anticoagulatie te bereiken (doel geactiveerde stollingstijd (ACT) > 300 s).
- Voer een angiografie uit door een jodiumrijk contrastmiddel onder fluoroscopie te injecteren om de nierslagaders te identificeren.
OPMERKING: Om het risico op door contrast veroorzaakte nefrotoxiciteit te verminderen, verdun het jodiumhoudende contrastmiddel in een 1:1-oplossing met normale zoutoplossing. Tabuleer de dosering voor alle dieren om een gelijkwaardige dosering te garanderen. - Identificeer de nierslagaders en schuif de voerdraad handmatig op in de geleidekatheter.
- Plaats de 5F JL4 geleidekatheter in de linker nierslagader door de rechter halsslagader (figuur 1A).
- Plaats de tweede 5F JL4 geleidekatheter in de rechter nierslagader door de linker femurslagader (figuur 1A).
- Gebruik de voergraden om een 5F percutane transluminale angioplastiek (PTA) dilatatiekatheter in elke nierslagader te richten.
OPMERKING: Het verdient de voorkeur om de ballon op de proximale nierslagader te plaatsen, zodat er na balloninflatie geen vertakkingen of zekerheden van de nierslagader overblijven. - Plaats elke ballonkatheter op zijn plaats en sluit een drukleiding aan op elke katheter.
- Controleer de aanwezigheid van arteriële pulsgolfvormen in de drukmonitor om de juiste positionering van de katheter te garanderen.
- Blaas elke ballon op en streef naar een druk van ongeveer 2,5 atm in de ballon (figuur 1B).
- Om het stoppen van de bloedtoevoer naar de nieren te bevestigen, observeer de afvlakking van de pulsgolfvorm aan de punt van de ballonkatheter.
- Injecteer een jodiumrijk contrastmiddel (1:1 verdunning) en controleer op eventuele opacificatie van de niervaten.
OPMERKING: Het is ook mogelijk om de ballon te vullen met een jodiumcontrastmiddel voor visualisatie van de opgeblazen ballon. Deze methode is echter niet zo gevoelig als pulsgolfvorm afvlakken om occlusie van de nierslagaders te bevestigen. - Na 60 minuten occlusie voorzichtig leeglopen en de ballonkatheters uit de nierslagaders verwijderen.
- Voer een angiografie uit (met behulp van 1:1 verdund contrastmiddel) om de patency van de nierslagader en de instelling van nierherfusie te bevestigen (figuur 1C).
- Verwijder de 5F angiografieschede uit de linker femurslagader.
- Oefen gedurende 30 minuten stevige druk uit op de plaats van katheterisatie.
- Keer het effect van heparine om door toediening van protamine (3 mg/kg) totdat ACT normaliseert.
- Om urine te bemonsteren tijdens de postoperatieve periode, bevestigt u een buisje aan de Foley-katheter met een zijden 2-0 hechting met behulp van een onderbroken steek op de huid.
- Laat de angiografiescheden in de rechter halsslagader en de rechter halsslagader op hun plaats en zet ze vast met een zijden 2-0 hechtdraad met behulp van een onderbroken steek om bloedafname tijdens het onderzoek mogelijk te maken.
- Sluit de nek-incisie met een zijden 2-0 hechtdraad met behulp van een doorlopende steek in 2 lagen.
- Dien bupivacaïne (3 mg/kg) toe op de incisieplaats om de pijn te minimaliseren.
- Blijf het dier na het einde van ischemie in totaal 2 uur na het einde van ischemie hydrateren met 0,9% NaCl bij 5 ml/kg/h.
- Plaats een fentanylpleister (25-50 μg/h) op de rug van het dier om postoperatieve pijn te minimaliseren.
- Dien een intramusculaire injectie met buprenorfine (0,005-0,1 mg/kg) toe om postoperatieve pijn te minimaliseren.
- Bewaak het dier en houd het op mechanische ventilatie tot het ontwaakt.
4. Herstel van dieren
- Na het ontwaken, onderbrengen het dier in een temperatuur gecontroleerde kamer.
- Blijf het dier van de ene kant naar de andere draaien totdat het volledig bewustzijn en vermogen om te ambuleren herwint.
- Zorg voor water en voedsel ad libitum.
5. Functionele beoordeling
- Verzamel het bloed en de urinemonsters volgens het gewenste protocol.
OPMERKING: In dit onderzoek werden de volgende tijdspunten aangewezen: baseline (1 uur na het begin van het hydratatieprotocol en vóór occlusie van de nierslagaders), einde van ischemie en reperfusie (2 uur, 6 uur, 24 uur). - Verzamel de arteriële en veneuze bloedmonsters. Bewaar ze in lithium heparine of EDTA gecoate vacutainers voor latere analyse.
OPMERKING: Neem bloed rechtstreeks uit de katheters in de halsslagader en halsslagader. - Verzamel de urinemonsters van de Foley-katheter en bewaar ze in buizen van 15 ml voor analyse.
OPMERKING: Verzamel de urine uit de afvoerzak die is aangesloten op de Foley-katheter. - Om de urineafgifte te bepalen, leegt u de afvoerzak en verzamelt u urine gedurende 1 uur.
OPMERKING: Sluit voor het tijdstip van 6 uur waarop een drainagezak niet is aangesloten op de Foley-katheter de buis die is aangesloten op de Foley-katheter gedurende 30 minuten en verzamel vervolgens de urine met een spuit van 60 ml om de urineafgifte te bepalen.
6. Euthanasie
- Voer na het einde van de reperfusieperiode anesthesie en monitor uit zoals hierboven beschreven.
- Blijf hydratatie met 0,9% NaCl bij 5 ml/kg/h.
- Gebruik de arteriële en veneuze katheters voor bloedafname en de Foley-katheter om de urineafgifte te bepalen. Verzamel de laatste bloed- en urinemonsters en bereken de urineafgifte.
- Voer een 15 cm middellijn laparotomie-incisie uit met een mes van maat 10 van de xiphoid tot het middenbekken.
- Gebruik een recht zijwaarts oprolmechanisme om de buikhuid in te trekken.
- Ontleed de laterale peritoneale bevestigingen van de buikwand om het rechter en linker retroperitoneum bloot te leggen.
- Identificeer en ontleed botweg zowel de nierslagaders als de aderen.
- Ligate zowel nierslagaders als aderen met een 2-0 zijden hechtdraad en voer bilaterale nefrectomieën uit om hele weefselmonsters te verzamelen voor histologische en metabolische analyse.
- Euthanasie van het dier met de voorkeursmethode van euthanasie (bijv. exsanguinatie, pentobarbital)
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Functionaalanalyse
De representatieve resultaten van dit onderzoek zijn afkomstig van 6 dieren en de getoonde gegevens zijn gemiddelde ± standaardfout van het gemiddelde. De nierfunctie wordt beoordeeld door de urineproductie, geschatte glomerulaire filtratiesnelheid (eGFR), plasmacreatinine en bloed ureumstikstof (BUN) te bepalen. De biomarkers van de nierfunctie worden beoordeeld met behulp van een draagbare chemieanalysator. eGFR wordt berekend volgens de volgende formule: eGFR =1,879 × BW1,09...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
AKI is een veel voorkomende klinische aandoening die tot 50% van de in het ziekenhuis opgenomen volwassen patiënten wereldwijd6,12 treft. Een klinisch relevant diermodel is nodig om de pathofysiologie van de ziekte en mogelijke therapeutische doelen verder te onderzoeken. Hoewel er verschillende muriene modellen zijn die AKI repliceren, bootsen deze hun respectieve klinische scenario's en de anatomie van de menselijke nier niet volledig na. Deze studie stelt een ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs verklaren geen concurrerende financiële belangen.
Dankbetuigingen
We willen Dr. Arthur Nedder bedanken voor zijn hulp en begeleiding. Dit werk werd ondersteund door de Richard A. en Susan F. Smith President's Innovation Award, Michael B. Klein and Family, The Sidman Family Foundation, The Michael B. Rukin Charitable Foundation, The Kenneth C. Griffin Charitable Research Fund en The Boston Investment Council.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 0.9% sodium chloride injection, usp, 100 ml viaflex plastic container | Baxter | 2B1302 | Voor hydratatie van dieren |
| Agent contrast 100.0ml injection media btl ioversal 74% | CARDINAL HEALTH | 133311 | Voor het visualiseren van de bloedvaten |
| Bard Bardia Closed System Urinary Drainage Bag | BARD Inc | 802001 | Voor urinecollectie |
| BD Vacutainer K2 EDTA | BD | 367841 | Voor bloedmonsteropslag |
| BD Vacutainer Lithium Heparin | BD | 366667 | Voor bloedmonsteropslag |
| Betadine | Henry Schein | 6906950 | Voor huiddesinfectie |
| Bookwalker retractor | Codman | Voor huidtractie | |
| Bupivacaine 0.25% | Hospira | Toedienen op incisieplaats voor analgese | |
| Buprenorphine SR | Zoo Pharm | 10mg/ml fles, Dosis: 0.2mg/kg SC | |
| Cath angio 5.0 Fr x100.0 cm 0.038 in JR4 | MERIT MEDICAL SYSTEM INC | 7523-21 | Voor identificatie van de nierarteries |
| Cuffed endotracheal tube | Emdamed | Om een veilige luchtweg te vestigen gedurende de operatie | |
| EKG Medtronics- Physiocontrol LifePak 20 Oxygen saturation monitor | GE Healthcare Madison WI | Voor zuurstofsaturatie monitoring | |
| Encore 26 inflator | BOSTON SCIENTIFIC | 710113 | Voor het opblazen van de ballonkatheters |
| Ethanol 95% (Ethyl alcohol) | Henry Schein | Voor huiddesinfectie | |
| Fentanyl patch | Mylan | Dosis: 25-50mcg/hr, TD | |
| Gold silicone coated Foley | TELEFLEX MEDICAL INC | 180730160 | Voor urinecollectie |
| Heparin sodium | LEO Pharma A/S | Dosis: 200 IU/kg IV | |
| i33 ultrasound machine | Phillips | Gebruik ultrasonografische geleiding voor femorale catheterisatie indien nodig | |
| Inqwire diagnostic guide wire - 0.035" (0.89 mm) - 260 cm (102") - 1.5 mm j-tip | MERIT MEDICAL SYSTEM INC | 6609-33 | Voor het leiden van de ballonkatheters naar de nierarteries |
| Intravenous catheter, size 20 gauge | Santa Cruz Biotechnology | Inc SC-360097 | Voor vloeistoftoediening |
| Isoflurane | Patterson Veterinary Supply, Inc. | 21283620 | Dosis: 3%, INH |
| Metzenbaum blunt curved 14.5 cm - 5(3/4)" | Rudolf Medical | RU-1311-14M | Voor weefseldissecatie en snijden |
| Neonatal disposable transducer kit with 30ml/hr flush device and double 4-way stopcocks for continuous monitoring | Argon Medical | 041588505A | Voor drukmeting |
| Powerflex pro PTA dilatation catheter 6 x 20 mm - shaft length (135cm) | CARDINAL HEALTH | 4400602X | Voor occlusie van de nierarteries |
| Pressure monitoring lines mll/mll - 12" clear, mll/mll | Smiths Medical | B1571/MX571 | Voor drukmeting |
| Procedure pack | Molnlycke Health Care | 97027809 | Chirurgische kleedjes, gaaskussens, spuiten, beker etc |
| Protamine | Henry Schein | 1044148 | Voor heparine-reversie |
| Scalpel blade - size #10 | Cardinal Health (Allegiance) | 32295-010 | Voor de huidsneden |
| Stopcock iv 4 way lrg bore rotg male ll adptr strl | Peoplesoft | 1550 | Voor het verbinden van slangen |
| Straight lateral retractor | Codman | Voor huidtractie | |
| Suture perma hnd 18in 2-0 braid silk blk | CARDINAL HEALTH 1 | A185H | Voor het sutureren van de incisieplaats en het bevestigen van katheters |
| Syringe contrast injection 10ml fixed male luer red | MERIT MEDICAL SYSTEM INC | MSS111-R | Om het contrastmiddel toe te dienen |
| Syringe medical 60ml ll plst strl ltx free disp | CARDINAL HEALTH 1 | BF309653 | Voor urinecollectie en spoelen van de angiocath |
| Tilzolan (tiletamine/zolazepam) | Patterson Veterinary Supply, Inc. | 07-893-1467 | Dosis: 4-6 mg/kg, IM |
| Xylazine | Putney, INC | Dosis: 1.1-2.2 mg/kg, IM |
Referenties
- Ali Pour, P., Kenney, M. C., Kheradvar, A. Bioenergetics consequences of mitochondrial transplantation in cardiomyocytes. Journal of the American Heart Association. 9 (7), 014501(2020).
- Giraud, S., Favreau, F., Chatauret, N., Thuillier, R., Maiga, S., Hauet, T. Contribution of large pig for renal ischemia-reperfusion and transplantation studies: The Preclinical Model. Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2011, 14(2011).
- Amdisen, C., et al. Testing Danegaptide effects on kidney function after ischemia/reperfusion injury in a new porcine two week model. PLoS ONE. 11 (10), 1-13 (2016).
- Bhargava, P., Schnellmann, R. G. Mitochondrial energetics in the kidney. Nature Reviews Nephrology. 13 (10), 629-646 (2017).
- Bonventre, J. V., Weinberg, J. M. Recent advances in the pathophysiology of ischemic acute renal failure. Journal of the American Society of Nephrology. 14 (8), 2199-2210 (2003).
- Case, J., Khan, S., Khalid, R., Khan, A. Epidemiology of Acute Kidney Injury in the Intensive Care Unit. Critical Care Research and Practice. 2013, 9(2013).
- Jabbari, H., et al. Mitochondrial transplantation ameliorates ischemia/reperfusion-induced kidney injury in rat. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease. 1866 (8), 165809(2020).
- Malagrino, P. A., et al. Catheter-based induction of renal ischemia/reperfusion in swine: Description of an experimental model. Physiological Reports. 2 (9), 1-13 (2014).
- Freeman, R. V., et al. Nephropathy requiring dialysis after percutaneous coronary intervention and the critical role of an adjusted contrast dose. American Journal of Cardiology. 90 (10), 1068-1073 (2002).
- Gasthuys, E., et al. Postnatal maturation of the glomerular filtration rate in conventional growing piglets as potential juvenile animal model for preclinical pharmaceutical research. Frontiers in Pharmacology. 8 (431), 1-7 (2017).
- Doulamis, I. P., et al. Mitochondrial transplantation by intra-arterial injection for acute kidney injury. American Journal of Physiology - Renal Physiology. 319 (3), 403-413 (2020).
- Rewa, O., Bagshaw, S. M. Acute kidney injury-epidemiology, outcomes and economics. Nature Reviews Nephrology. 10 (4), 193-207 (2014).
- Grossini, E., et al. Levosimendan Protection against Kidney Ischemia/Reperfusion Injuries in Anesthetized Pigs. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 342 (2), 376-388 (2012).
- Laskey, W. K., et al. Volume-to-creatinine clearance ratio. A pharmacokinetically based risk factor for prediction of early creatinine increase after percutaneous coronary intervention. Journal of the American College of Cardiology. 50 (7), 584-590 (2007).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
