Hierin presenteren we een protocol dat zich richt op de kwaliteitscontrole van de linker voorste dalende coronaire ligatie door de traditionele procedure bij ratten voor acuut myocardiale ischemie-reperfusieonderzoek technisch te wijzigen.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Linker anterieure dalende kransslagaderligatie voor ischemie-reperfusieonderzoek: modelverbetering via technische modificaties en kwaliteitscontrole
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Coronaire hartziekten zijn wereldwijd de belangrijkste doodsoorzaak. Volledige stopzetting van de bloedstroom in kransslagaders veroorzaakt ST-segment elevatie myocardinfarct (STEMI), wat resulteert in cardiogene shock en fatale aritmie, die geassocieerd zijn met hoge mortaliteit. Primaire coronaire interventie (PCI) voor het kanaliseren van de kransslagader verbetert de resultaten van STEMI aanzienlijk, maar vooruitgang die is geboekt bij het verkorten van de deur-tot-ballontijd heeft de mortaliteit in het ziekenhuis niet verminderd, wat suggereert dat aanvullende therapeutische strategieën nodig zijn. Ligatie van de linker anterieure dalende kransslagader (LAD) bij ratten is een diermodel voor acuut myocardiair IR-onderzoek dat vergelijkbaar is met het klinische scenario waarin snelle coronaire rekanalisatie via PCI wordt gebruikt voor STEMI; PCI-geïnduceerde STEMI is echter een technisch uitdagende en gecompliceerde operatie die gepaard gaat met een hoge mortaliteit en grote variatie in de grootte van het infarct. We identificeerden de ideale positie voor LAD-ligatie, creëerden een gadget om een snare-lus te besturen en ondersteunden een aangepaste chirurgische manoeuvre, waardoor weefselschade werd verminderd, om een betrouwbaar en reproduceerbaar acuut myocardiale ischemie-reperfusie (IR) onderzoeksprotocol voor ratten vast te stellen. Dit is een non-survival operatie. We stellen ook een methode voor om de kwaliteit van studieresultaten te valideren, wat een cruciale stap is voor het bepalen van de nauwkeurigheid van latere biochemische analyses.
Inleiding
Ischemische hartziekte is wereldwijd een belangrijke doodsoorzaak 1,2. Naast de controle van beïnvloedbare risicofactoren voor het voorkomen van de ontwikkeling van coronaire hartziekten, zijn therapeutische strategieën cruciaal vereist voor acuut coronair syndroom 3,4. Cardiogene shock en fatale aritmie bij acuut ST-segment elevatie myocardinfarct (STEMI) blijken de kans op sterfte in het ziekenhuis te verhogen 5,6,7,8. Primaire percutane coronaire interventie (PCI) is de voorkeursbehandeling voor STEMI 9,10,11; De therapeutische effecten hebben echter een plafond wanneer de deur-tot-ballontijd <90 min12,13 is. Aanvullende strategieën zijn nodig om de klinische uitkomsten van de ziekte verder te verbeteren 14,15,16,17,18,19.
Een acuut myocardiale ischemie-reperfusie (IR) experiment met linker anterieure dalende slagader (LAD) ligatie bij ratten is een van de diermodellen vergelijkbaar met het klinische scenario waarin korte deur-tot-ballontijden nodig zijn voor patiënten met STEMI om het hart te redden van ischemische schade. Operatie-geïnduceerde STEMI bij kleine dieren is echter vaak technisch uitdagend omdat het een complexe operatie is die gepaard gaat met hoge mortaliteit en hoge variatie in infarctgrootte 20,21,22,23,24. Om de technische uitdaging te overwinnen, ontwikkelde de huidige studie een uitgebreid en effectief diermodel bij ratten (omdat ze groter zijn dan muizen) om een betrouwbaar en reproduceerbaar acuut myocardiair IR-onderzoeksprotocol vast te stellen door middel van technische modificatie. Het voorgestelde protocol resulteert in minder chirurgische complicaties, minder weefselschade en minder kans op sterfte tijdens de operatie. Daarnaast werd een procedure gebruikt om de infarctgrootte en het risicogebied (AAR) te meten en zo de kwaliteit van de onderzoeksresultaten te verifiëren. Het voorgestelde protocol kan worden gebruikt om de pathofysiologische processen van acute myocardiale IR-stress te onderzoeken om nieuwe therapeutische strategieën tegen de schade te ontwikkelen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Alle dierproeven werden uitgevoerd in overeenstemming met de Guide for the Care and Use of Laboratory Animals, gepubliceerd door de Amerikaanse National Institutes of Health (NIH-publicatie nr. 85-23, herzien 1996). Het studieprotocol werd goedgekeurd door en in overeenstemming met de richtlijnen van de Institutional Animal Care and Use Committee aan de Fu-Jen Catholic University.
1. Voorbereiding voor de operatie
- Bereiding van zoute natte wattenbollen
- Trek een chirurgisch masker en handschoenen aan.
- Knijp een kleine portie steriel katoen af en rol het op tot een bal. Herhaal deze procedure.
- Doop de wattenbolletjes in steriele 0,9% zoutoplossing en knijp overtollige zoutoplossing eruit.
- Bewaar de wattenbollen in een schone doos gesteriliseerd met 75% ethanol.
- Voorbereiding van houdhaken.
- Trek een chirurgisch masker en handschoenen aan.
- Steriliseer clips en elastiekjes met 75% ethanol.
- Buig de clips in de vorm van een haak voor de borstwand en het weefsel.
- Verbind de gebogen clips met één, twee of drie elastiekjes om ervoor te zorgen dat de spanning van de wond van het operatievenster breed genoeg is voor LAD-ligatie.
- Bereid en bewaar ten minste vijf zelfgemaakte haken in een schone doos gesteriliseerd met 75% ethanol.
- Voorbereiding van een ligatielus.
- Plaats het midden van een 7-0 zijden steek in het 1/2 cirkel maat 3 veeroog van een taps toelopende niet-swaged chirurgische naald.
- Voorbereiding van een snare loop controller
- Knip een 5-mm polyethyleen (PE)-10 buis met een schaar.
- Verwarm en verzacht de buis onder vuur om beide randen glad te maken.
- De ratten voorbereiden
- Selecteer 8 weken oude Sprague-Dawley mannelijke ratten met een minimumgewicht van 250 g.
- Huisvest en houd de ratten onder een licht/donkercyclus van 12 uur bij een gecontroleerde temperatuur (21 °C ± 2 °C) met vrije toegang tot voedsel, standaard muiskorrels en kraanwater.
- Verdoof de ratten met pentobarbital (50 mg/kg, intraperitoneaal toegediend).
OPMERKING: Extra verdoving (pentobarbital, 30 mg/kg) moet na elk uur worden toegediend. - Controleer de reflexen van de ratten door in de staart en achterpoten te knijpen om ervoor te zorgen dat het dier voldoende wordt verdoofd.
- Open het weefsel tussen twee patroonringen onder de glottis met een schaar en plaats een PE-10-buis van 3 cm om te fungeren als een endotracheale buis25.
- Sluit de endotracheale buis handmatig aan op een ventilator.
- Inspecteer de thoracale beweging van het dier gesynchroniseerd met de ademhalingscyclus om ervoor te zorgen dat de longen voldoende worden geventileerd.
- Open het nekgebied en kannuleer de halsader26.
2. LAD-ligatie
- Trek een chirurgisch masker en handschoenen aan.
- Raak de borst aan en zoek de manubrium en de sternale hoek (de kruising van het manubrium en het borstlichaam).
- Identificeer de linkerrib die verbinding maakt met de sternale hoek (rib A) door handmatig aan te raken.
- Identificeer de intercostale ruimte direct onder rib A. Gebruik een tang met fijne punt om de huid voorzichtig dicht bij de intercostale ruimte op te tillen en gebruik vervolgens een chirurgisch scalpel met een mes om een schuine incisie van 1 cm te maken langs de huidspanningslijnen vanaf het punt ongeveer 5 mm links van het sternale lichaam.
- Gebruik een gebogen tang om de huid en spierlagen voorzichtig van de incisie te scheiden. Haak de spierlagen buiten de linker voorste borstwand naar beneden met gebogen clips om de ribben eronder bloot te leggen.
- Identificeer de rib onder rib A (rib B). Knip rib B met een stompe schaar uit het midden van het ribkraakbeen (ongeveer 2-3 mm van het borstlichaam). Raak de wond voorzichtig aan en druk deze samen met een zoutoplossing nat watje gedurende enkele seconden als er bloedingen optreden.
- Open de thorax voorzichtig vanaf de snede van rib B met vier gebogen clips. Elke gebogen clip moet de intercostale spier en ribben haken om de borstwand voorzichtig in vier richtingen te spreiden (namelijk boven dan links, boven dan rechts, links naar beneden en rechts naar beneden) en een rechthoekig chirurgisch venster creëren.
- Haak zachtjes tegen de linkerlong en andere aangrenzende weefsels die het hartzakje bedekken met een andere gebogen clip om onbedoelde weefselbeschadiging tijdens de procedure te voorkomen.
- Stel het hart bloot door het dunne hartzakje voorzichtig met een tang te verwijderen. Identificeer de 1e tak van de linker hoofdkransslagader (LMCA), die zich meestal tussen de longslagader en de linker oorschelp bevindt. De LMCA en LAD presenteren zich als een oppervlakkige felrode lijn die loopt van de rand van de linker oorschelp naar de top.
- Gebruik de voorbereide chirurgische naald om een open ligatielus te creëren door de zijden steek onder de LAD in te brengen en door te geven op een locatie die onmiddellijk distaal is van de 1e tak van de LMCA in de richting van de linkerkant naar de rechterkant van de LAD om te voorkomen dat per ongeluk de linker oorschelp wordt doorboord. Met een enkele hechting ontstaat de open lus. Veeg voorzichtig het oppervlak van het hart om de kransslagaders te visualiseren als de LAD onzichtbaar is vanwege vloeistof of bloed dat het oppervlak van het hart bedekt.
- Houd één kant van de hechting vast en scheid de naald voorzichtig van de hechting met behulp van een naaldhouder.
- Steek de twee uiteinden van de zijden hechtdraad aan de ene kant van de open lus in de cirkel aan de andere kant om een striklus te vormen.
- Steek de twee uiteinden van de zijden hechtdraad van de snare-lus in de voorbereide snarecontroller voordat u de lus sluit.
- Schuif de snare loop controller langs de zijden hechtdraad terwijl je de zijde voorzichtig uitrekt om de snare lus te sluiten. Stop de coronaire stroom van de LAD om tijdelijke myocardiale ischemie gedurende 1 uur te induceren.
- Houd de zijde vast om de positie van de snare loop controller te fixeren met Kelly tang zodra de lus stevig is vastgemaakt. Plaats het andere uiteinde van de Kelly-tang op de operatietafel tijdens LAD-ligatie.
- Bedek het operatievenster met zoute natte wattenbolletjes tijdens LAD-ligatie.
- Open de Kelly-tang.
- Laat de snareluscontroller los voor reperfusie van de coronaire stroom gedurende 2 uur.
- Reseceer het hart langs de basis en vaatranden voorzichtig en vermijd het grijpen van het weefsel.
OPMERKING: Euthanaseer de rat met CO2 met een stroomsnelheid van 40% kooivolume/min.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Aan het einde van myocardiale ischemie en reperfusie moet de kwaliteit van LAD-ligatie worden beoordeeld voordat verdere biochemische of moleculaire analyses worden uitgevoerd.
De toereikendheid van LAD-occlusie door ligatie werd bepaald door 1 ml 2% Evan's blauwe kleurstof door de centraal veneuze katheter te injecteren. Vervolgens was het myocardium met coronaire perfusie blauw gekleurd in vergelijking met het niet-geperfuseerde gebied, dat rood bleef (figuur 1A...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Het voorgestelde protocol heeft verschillende onderscheidende kenmerken, zoals het identificeren van de exacte positie voor LAD-ligatie, het creëren van een gadget om een snare-lus in een enkele hechting te besturen en het ondersteunen van een aangepaste chirurgische manoeuvre om weefselschade te verminderen, waardoor onderzoekers de LAD nauwkeurig, veilig en consistent kunnen ligateren, evenals de toestand van de snare-lus onmiddellijk kunnen regelen voor acuut myocardiale IR-onderzoek.
De lo...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs verklaren dat er geen sprake is van belangenverstrengeling met betrekking tot de publicatie van dit artikel.
Dankbetuigingen
Dit model is ontwikkeld met financiële steun van het Ministerie van Wetenschap en Technologie, Taiwan (MOST 109-2320-B-030-006-MY3).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Evan’s blauw | Sigma Aldrich | E2129 | |
| Pincet | Shinva | ||
| Pentobarbital | Sigma Aldrich | 1507002 | |
| Scalpelbladen | Shinva | s2646 | |
| Scalpel handgrepen | Shinva | ||
| Zijdedraden | SharpointTM | DC-2150N | |
| Chirurgische naald | AnchorTM | ||
| Trifenyltetrazoliумchloride (TTC) oplossing | Solarbio | T8170-1 | |
| Ventilator | Harvard Rodent Ventilator |
Referenties
- Khan, M. A., et al. Global epidemiology of ischemic heart disease: Results from the global burden of disease study. Cureus. 12 (7), 9349(2020).
- Nowbar, A. N., Gitto, M., Howard, J. P., Francis, D. P., Al-Lamee, R. Mortality from ischemic heart disease. Circulation: Cardiovascular Quality and Outcomes. 12 (6), 005375(2019).
- Kuo, F. Y., et al. Effect of CYP2C19 status on platelet reactivity in Taiwanese acute coronary syndrome patients switching to prasugrel from clopidogrel: Switch Study. Journal of the Formosan Medical Association. , (2022).
- Li, Y. H., et al. Guidelines of the Taiwan Society of Cardiology, Taiwan Society of Emergency Medicine and Taiwan Society of Cardiovascular Interventions for the management of non ST-segment elevation acute coronary syndrome. Journal of the Formosan Medical Association. 117 (9), 766-790 (2018).
- Liu, Y. B., et al. Dyslipidemia is associated with ventricular tachyarrhythmia in patients with acute ST-segment elevation myocardial infarction. Journal of the Formosan Medical Association. 105 (1), 17-24 (2006).
- Anghel, L., Sascău, R., Stătescu, C. Myocardial infarction with cardiogenic shock-the experience of a primary PCI center from North-East Romania. Signa Vitae. 17 (5), 64-70 (2021).
- Samat, A. H. A., Embong, H., Harunarashid, H., Maskon, O. Predicting ventricular arrhythmias and in-hospital mortality in acute coronary syndrome patients presenting to the emergency department. Signa Vitae. 16 (1), 55-64 (2020).
- Wang, Y. C., et al. Outcome of primary percutaneous coronary intervention in octogenarians with acute myocardial infarction. Journal of the Formosan Medical Association. 105 (6), 451-458 (2006).
- Markovic, D., et al. Effects of a percutaneous coronary intervention or conservative treatment strategy on treatment outcomes in elderly female patients with acute coronary syndrome. Signa Vitae. 12 (1), 96-100 (2016).
- Hannan, E. L., et al. Effect of onset-to-door time and door-to-balloon time on mortality in patients undergoing percutaneous coronary interventions for ST-segment elevation myocardial infarction. American Journal of Cardiology. 106 (2), 143-147 (2010).
- McNamara, R. L., et al. Effect of door-to-balloon time on mortality in patients with ST-segment elevation myocardial infarction. Journal of the American College of Cardiology. 47 (11), 2180-2186 (2006).
- Pehnec, Z., Sinkovië, A., Kamenic, B., Marinšek, M., Svenšek, F. Baseline characteristics, time-to-hospital admission and in-hospital outcomes of patients hospitalized with ST-segment elevation acute coronary syndromes, 2002 to 2005. Signa Vitae. 4 (1), 14-20 (2009).
- Menees, D. S., et al. Door-to-balloon time and mortality among patients undergoing primary PCI. The New England Journal of Medicine. 369 (10), 901-909 (2013).
- Ku, H. C., Chen, W. P., Su, M. J. DPP4 deficiency preserves cardiac function via GLP-1 signaling in rats subjected to myocardial ischemia/reperfusion. Naunyn-Schmiedeberg's Archives of Pharmacology. 384 (2), 197-207 (2011).
- Lee, S. Y., Ku, H. C., Kuo, Y. H., Chiu, H. L., Su, M. J. Pyrrolidinyl caffeamide against ischemia/reperfusion injury in cardiomyocytes through AMPK/AKT pathways. Journal of Biomedical Science. 22 (1), 18(2015).
- Ku, H. C., et al. TM-1-1DP exerts protective effect against myocardial ischemia reperfusion injury via AKT-eNOS pathway. Naunyn-Schmiedeberg's Archives of Pharmacology. 388 (5), 539-548 (2015).
- Ku, H. C., Lee, S. Y., Yang, K. C., Kuo, Y. H., Su, M. J. Modification of caffeic acid with pyrrolidine enhances antioxidant ability by activating AKT/HO-1 pathway in heart. PLoS ONE. 11 (2), 0148545(2016).
- Alonso-Herranz, L., et al. Macrophages promote endothelial-to-mesenchymal transition via MT1-MMP/TGFbeta1 after myocardial infarction. eLife. 9, 57920(2020).
- Liu, J., Zheng, X., Zhang, C., Zhang, C., Bu, P. Lcz696 alleviates myocardial fibrosis after myocardial infarction through the sFRP-1/Wnt/beta-catenin signaling pathway. Frontiers in Pharmacology. 12, 724147(2021).
- Goldman, S., Raya, T. E. Rat infarct model of myocardial infarction and heart failure. Journal of Cardiac Failure. 1 (2), 169-177 (1995).
- Ke, J., Zhu, C., Zhang, Y., Zhang, W. Anti-arrhythmic effects of linalool via Cx43 expression in a rat model of myocardial infarction. Frontiers in Pharmacology. 11, 926(2020).
- Houde, M., et al. Mouse mast cell protease 4 deletion protects heart function and survival after permanent myocardial infarction. Frontiers in Pharmacology. 9, 868(2018).
- Chen, J., Ceholski, D. K., Liang, L., Fish, K., Hajjar, R. J. Variability in coronary artery anatomy affects consistency of cardiac damage after myocardial infarction in mice. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 313 (2), 275-282 (2017).
- Kainuma, S., et al. Influence of coronary architecture on the variability in myocardial infarction induced by coronary ligation in rats. PLoS ONE. 12 (8), 0183323(2017).
- Heil, J., Schlapfer, M. A reproducible intensive care unit-oriented endotoxin model in rats. Journal of Visualized Experiments. (168), e62024(2021).
- Schleimer, K., et al. Training a sophisticated microsurgical technique: Interposition of external jugular vein graft in the common carotid artery in rats. Journal of Visualized Experiments. (69), e4124(2012).
- Lindsey, M. L., et al. Guidelines for experimental models of myocardial ischemia and infarction. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 314 (4), 812-838 (2018).
- Li, H., et al. A new model of heart failure post-myocardial infarction in the rat. Journal of Visualized Experiments. (172), e62540(2021).
- Opitz, C. F., Mitchell, G. F., Pfeffer, M. A., Pfeffer, J. M. Arrhythmias and death after coronary artery occlusion in the rat. Continuous telemetric ECG monitoring in conscious, untethered rats. Circulation. 92 (2), 253-261 (1995).
- Kawashima, T., Sato, F. Clarifying the anatomy of the atrioventricular node artery. International Journal of Cardiology. 269, 158-164 (2018).
- Vikse, J., et al. Anatomical variations in the sinoatrial nodal artery: A meta-analysis and clinical considerations. PLoS ONE. 11 (2), 0148331(2016).
- Xu, Z., Alloush, J., Beck, E., Weisleder, N. A murine model of myocardial ischemia-reperfusion injury through ligation of the left anterior descending artery. Journal of Visualized Experiments. (86), e51329(2014).
- Klocke, R., Tian, W., Kuhlmann, M. T., Nikol, S. Surgical animal models of heart failure related to coronary heart disease. Cardiovascular Research. 74 (1), 29-38 (2007).
- De Villiers, C., Riley, P. R. Mouse models of myocardial infarction: Comparing permanent ligation and ischemia-reperfusion. Disease Models & Mechanisms. 13 (11), (2020).
- Reichert, K., et al. Murine left anterior descending (LAD) coronary artery ligation: An improved and simplified model for myocardial infarction. Journal of Visualized Experiments. (122), e55353(2017).
- Lugrin, J., Parapanov, R., Krueger, T., Liaudet, L. Murine myocardial infarction model using permanent ligation of left anterior descending coronary artery. Journal of Visualized Experiments. (150), e59591(2019).
- Wu, Y., Yin, X., Wijaya, C., Huang, M. H., McConnell, B. K. Acute myocardial infarction in rats. Journal of Visualized Experiments. (48), e2464(2011).
- Muthuramu, I., Lox, M., Jacobs, F., De Geest, B. Permanent ligation of the left anterior descending coronary artery in mice: a model of post-myocardial infarction remodelling and heart failure. Journal of Visualized Experiments. (94), e52206(2014).
- Langer, K. On the anatomy and physiology of the skin. British Journal of Plastic Surgery. 31 (4), 277-278 (1978).
- Carmichael, S. W. The tangled web of Langer's lines. Clinical Anatomy. 27 (2), 162-168 (2014).
- Chang, L. R., Marston, G., Martin, A. Anatomy, Cartilage. StatPearls. , StatPearls Publishing. Treasure Island, FL. (2022).
- Kolk, M. V., et al. LAD-ligation: A murine model of myocardial infarction. Journal of Visualized Experiments. (32), e1438(2009).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
