A: Chirurgiczna kaniulacja krążenia tętniczego i żylnego
Część 1: Przygotowanie cewników tętniczych i żylnych
- Odciąć 15 cm rurki PE-50 (średnica wewnętrzna 0,58 mm (0,023") x średnica zewnętrzna 0,965 mm (0,038")). Odciąć odcinek 1 mm rurki silastycznej (średnica wewnętrzna 0,76 mm (0,030") x średnica zewnętrzna 1,65 mm (0,065")), który posłuży jako koralik mocujący. Koralik mocujący zapobiega wysunięciu się cewnika przez szczura po jego umieszczeniu.
- Wprowadzić końcówki pęsety mikrochirurgicznej do światła koralika mocującego i delikatnie rozsunąć końcówki pęsety, aby rozszerzyć otwór. Używając drugiej pęsety mikrochirurgicznej, wsunąć rurkę silastyczną do światła koralika mocującego. Przymocować za pomocą mocnego kleju (Loctite Super Glue). Koralik musi ściśle przylegać do cewnika. Pozostawić cewnik do wyschnięcia (24 h).
- Dla szczura o masie 30 g linia tętnicza ma długość ~2,7 cm od koralika mocującego, natomiast linia jagłyczna ~3,2 cm. Długość cewników od koralika mocującego koryguje się o 0,5 cm na każde 100 g wzrostu masy ciała. Nie należy ściinać krawędzi cewnika, ponieważ może to spowodować przebicie naczynia podczas wprowadzania.
- Bezpośrednio przed operacją wypełnić linie soli fizjologicznej z heparyną (10 U/ml), uszczelnić oba końce stalowym korkiem do rurek i umieścić w etanolu (70%) w celu sterylizacji. Przed wprowadzeniem wysuszyć na powietrzu.
Część 2: Przygotowanie chirurgiczne
- Procedury zostały zatwierdzone przez Komisję ds. Opieki i Korzystania ze Zwierząt Uniwersytetu w Calgary i są zgodne z wytycznymi Kanadyjskiego Stowarzyszenia Nauk o Zwierzętach Laboratoryjnych w zakresie przeprowadzania doświadczeń. Opisane poniżej procedury wykonano na dorosłych, samcach szczurów rasy Sprague-Dawley (~30g). Wszystkie zabiegi przeprowadzano w znieczuleniu izofluranem, choć możliwe jest zastosowanie środków znieczulających dożylnie. Wszystkie procedury chirurgiczne wykonuje się z zachowaniem technik aseptycznych. Sprzęt chirurgiczny, zlewki oraz sól fizjologiczna z heparyną są sterylizowane w autoklawie. Rękawice chirurgiczne, strzykawki i aplikatory z bawełnianym końcem są kupowane w formie sterylnej od dostawcy.
- Zważ szczura i zapisz wynik. Masa ciała będzie istotna podczas monitorowania zwierząt po operacji. Do doświadczeń należy wykorzystywać wyłącznie zwierzęta, które odzyskały masę ciała sprzed zabiegu. Znieczul szczura (3% izofluranu) w komorze znieczulającej. Podczas operacji utrzymuj stężenie izofluranu na poziomie ~2% przy użyciu maski nosowej. Operację należy przeprowadzić w zdezynfekowanym obszarze sprzyjającym zachowaniu aseptyki.
- Przygotuj zwierzę, usuwając owłosienie z miejsca operacyjnego (szyja i łopatki). Można użyć małej maszynki do strzyżenia lub chemicznego depilatora. Procedurę tę należy wykonać w miejscu oddzielonym od obszaru, w którym przeprowadzana będzie operacja.
- Ustabilizuj zwierzę na stole chirurgicznym. Upewnij się, że zwierzę jest w pełni znieczulone, sprawdzając obecność odruchów stopy/oka. Przygotuj miejsce operacyjne, stosując odpowiedni środek do dezynfekcji skóry (70% etanol, następnie betadyna, a na koniec ponownie 70% etanol).
Część 3: Operacja
- Wykonaj niewielkie pionowe nacięcie w linii środkowej, 1 cm powyżej mostka (uchwyć skórę wzdłuż osi przyśrodkowej pęsetą i przetnij nożyczkami lub skalpelem).
- Wykonaj tępe rozczłonkowanie za pomocą mikro pęsety chirurgicznej, aby odsłonić lewy mięsień mostkowo-obojczykowo-sutkowy. Odsunij ten mięsień, aby odsłonić około 1 cm lewej tętnicy szyjnej. Użyj mikro pęsety chirurgicznej pod tętnicą szyjną, aby utrzymać naczynie w miejscu. Delikatnie oddziel tkankę łączną od tętnicy szyjnej. Ważne jest odizolowanie nerwu błędnego od tętnicy bez uszkodzenia ani naczynia, ani nerwu. Odizoluj tętnicę, a następnie podwiąż jej koniec głowowy szwem jedwabnym 4-0 (posłuży on do manipulowania tętnicą szyjną podczas operacji). Uwaga: szwy 4-0 powinny zostać wysterylizowane 70% etanolem przed użyciem.
- Zaciśnij naczynie ząbkowaną mikro pęsetą chirurgiczną. Przebij podwiązany koniec za pomocą adaptera Luer VENOJECT Multi-Sample o rozmiarze 21G. Usuń stalową zaślepkę rurki i ostrożnie wprowadź cewnik za pomocą sterylnego wprowadzacza cewników do wnętrza tętnicy. Trzymając cewnik pewnie pęsetą, częściowo zwolnij uścisk mikro pęsety na tętnicy i kontynuuj wprowadzanie cewnika aż do koralika. Na tym etapie końcówka cewnika powinna znajdować się w łuku aorty. Należy uważać, aby nie wypuścić cewnika, ponieważ ciśnienie w naczyniu może go wypchnąć.
- Zwiąż dwa szwy 4-0 bezpiecznie poniżej koralika oraz jeden powyżej i potwierdź możliwość poboru próbki z cewnika. Przepłucz linię solą fizjologiczną z heparyną 10U/ml. Ponownie zamknij zewnętrzny koniec cewnika stalową zaślepką rurki.
- Korzystając z tego samego nacięcia, wykonaj tępe rozczłonkowanie, aby odsłonić prawą zewnętrzną żyłę szyjną. Ostrożnie odizoluj i podwiąż koniec głowowy szwem jedwabnym. Przebij żyłę adapterem Luer VENOJECT Multi-Sample o rozmiarze 21G. Usuń stalową zaślepkę rurki i wprowadź cewnik za pomocą sterylnego wprowadzacza cewników aż do koralika, a następnie zawiąż dwa szwy poniżej koralika. Zawiąż trzeci szew powyżej koralika i potwierdź możliwość poboru próbek. Przepłucz linię żylną solą fizjologiczną z heparyną 10U/mL. Ponownie zamknij zewnętrzny koniec cewnika stalową zaślepką rurki.
- Przesuń tępą igłę 14G pod skórą i wykonaj nacięcie na grzbiecie pomiędzy łopatkami. Przewlecz cewniki przez igłę, aby wyprowadzić je na zewnątrz w okolicy grzbietu szczura. Widoczny powinien być odcinek linii o długości około 4 cm. Odetnij 0,5 cm rurki medycznej Tygon S-50-HL, nałóż ją na oba wyprowadzone cewniki i zabezpiecz taśmą według potrzeb (niebieską dla żyły, czerwoną dla tętnicy). Ponownie sprawdź cewniki, aby upewnić się, że są drożne, przepłucz i wypełnij solą fizjologiczną z heparyną 150U/ml, aby zapobiec krzepnięciu.
- Zamknij wszystkie nacięcia szwem jedwabnym 3-0. Umieść szczura w pozycji brzusznej w podgrzanej, czystej klatce z pokarmem na dnie.
B: Opieka pooperacyjna
Część 1: Bezpośrednia opieka i monitorowanie pooperacyjne
- Gdy szczur odzyska pełną zdolność poruszania się i czujność, należy go przenieść z powrotem do klatki.
- Pozostawić szczura w celu rekonwalescencji na 3-5 dni.
- Codziennie monitorować pod kątem infekcji, bólu oraz zmian masy ciała. Podejrzenie infekcji pojawia się w przypadku zaobserwowania wydzieliny w miejscach nacięć, ogólnej letargii i/lub bólu. Ból objawia się zgarbioną postawą, zjeżoną sierścią na grzbiecie oraz brakiem aktywności ruchowej i/lub chęci jedzenia. Spadek masy ciała może wystąpić bezpośrednio po operacji, do trzech dni po zabiegu, jednak w ciągu 5 dni waga powinna się ustabilizować i/lub wzrosnąć do poziomu w granicach 10% masy przedoperacyjnej. Znaczna utrata masy ciała może wskazywać na infekcję, udar i/lub ból.
- Codziennie sprawdzać drożność cewników.
Część 2: Utrzymanie drożności cewnika
- Każdego dnia podczas rekonwalescencji pooperacyjnej napełnić strzykawki 1ml typu Slip Tip solą fizjologiczną z heparyną o stężeniu 150U/ml i zamknąć je tępą igłą o rozmiarze 22 G. Tępą igłę wprowadza się do 20cm rurki PE-50 z łącznikiem ze stali nierdzewnej o rozmiarze 23 G na drugim końcu.
- Usunąć pęcherzyki powietrza, ustawiając koniec z łącznikiem rurek wyżej niż resztę strzykawki 1ml i wypychając pęcherzyki z przewodu.
- Zakleszczć zewnętrzną linię tętniczą szczura za pomocą kleszczyków hemostatycznych tuż poniżej korka.
- Usunąć stalowy korek cewnika za pomocą drugiej pary kleszczyków hemostatycznych.
- Wprowadzić łącznik rurek połączony ze strzykawką do linii tętniczej i zwolnić kleszczyki blokujące zewnętrzny cewnik tętniczy.
- Odessać krew tętniczą z cewnika do strzykawki. Jeśli cewnik nie pobiera krwi łatwo, może być konieczne bardzo delikatne wstrzyknięcie niewielkiej ilości roztworu płuczącego przez cewnik, aby odblokować jego końcówkę w przypadku, gdyby była ona przyciśnięta do ściany naczynia. Cewnik jest całkowicie drożny, gdy krew dotrze do strzykawki.
- Zakleszczć rurkę PE-50 blisko strzykawki 1ml i zutylizować strzykawkę. Zastąpić ją nową strzykawką wypełnioną świeżą solą fizjologiczną z heparyną 150U/ml. Zwolnić zacisk rurki i, trzymając nową strzykawkę pionowo, opukać ją palcem, aby przesunąć ewentualne nowe pęcherzyki powietrza w górę i z dala od przewodu. Uwaga: Należy zachować szczególną ostrożność, ponieważ pęcherzyki powietrza mogą spowodować udar.
- Wstrzyknąć sól fizjologiczną z heparyną 150U/ml, aż linia cewnika będzie przejrzysta i wolna od krwi.
- Zakleszczć zewnętrzną linię tętniczą szczura kleszczykami hemostatycznymi tuż poniżej łącznika rurek. Usunąć złącze strzykawki z linii cewnika tętniczego i zastąpić je stalowym korkiem do rurek.
- Zwolnić kleszczyki blokujące zewnętrzny cewnik tętniczy.
- Powtórzyć procedurę dla linii żylnej. Jednak ze względu na niskie ciśnienie żylne pobieranie próbek często nie jest możliwe. Jeśli sól fizjologiczna z heparyną 150U/ml może być wprowadzana przy minimalnym oporze, prawdopodobnie cewnik jest prawidłowo umieszczony w żyle.
C: Clamp hiperinsulinemiczno-euglikemiczny
Część 1: Konfiguracja i przygotowanie zacisków
- Zważ szczura i zapisz jego masę. Będzie ona niezbędna do określenia szybkości wlewów insuliny i glukozy. Głodź szczura przez co najmniej 5 h przed eksperymentem. Zapewnia to, że zwierzę znajduje się w stanie poposiłkowym, a wkład glukozy z produktów spożywczych jest zminimalizowany. Umieść szczura w małym pojemniku/klatce z podściółką, która ogranicza nadmierny ruch. Zwierzę powinno mieć możliwość swobodnego obracania się i pielęgnacji.
- Przygotuj linie i pompy infuzyjne zgodnie z Rysunkiem 1. Długości przewodów połączeniowych P50 są następujące: od strzykawki do łącznika Y wynosi 8 cm, od łącznika Y do szczura 15 cm, linia tętnicza 20 cm, a linia żylna 10 cm. Usuń stalowe korki z przewodów i przemyj linie żylną oraz tętniczą, aby zapewnić odpowiednio drożność wlewu i poboru próbek, używając soli fizjologicznej z dodatkiem heparyny w stężeniu 10U/ml.
- Określ wymaganą objętość insuliny. Będzie ona zależeć od poziomu insuliny i masy szczura. W tym przypadku dawkę 4mU/kg/min podaje się z szybkością 2uL/min. Jest to wysoka dawka fizjologiczna. W miarę możliwości należy dążyć do ograniczenia objętości wlewów. Insulinę należy odpowiednio rozcieńczyć i podawać w obecności osocza. W tym laboratorium do rozcieńczania insuliny stosuje się 3% roztwór osocza szczura w soli fizjologicznej. Stosowana insulina to HumulinR 10U/ml (Eli Lily), choć można użyć innych insulin szybkodziałających. Przed wprowadzeniem do strzykawki infuzyjnej upewnij się, że rozcieńczona insulina jest dobrze wymieszana.
- Przygotuj 50% dekstrozę. Można ją wprowadzić bezpośrednio do strzykawki w pompie infuzyjnej. Oznacz pompę napisem „glukoza”, aby uniknąć pomyłek w przyszłości. Pamiętaj o zapewnieniu wystarczających objętości insuliny i glukozy na potrzeby badania. Zaciśnięcia linii trwają zazwyczaj około 2 h. W niniejszym protokole stosowane są strzykawki o pojemności 3 ml.
- Umieść strzykawki z glukozą i insuliną w pompach strzykawkowych Harvard Apparatus Model 1 Plus. Przesuń glukozę do łącznika Y i zaciśnij linię kleszczykami hemostatycznymi. Przesuń insulinę do zwierzęcia i zaciśnij linię kleszczykami. Zaciśnij linie i pozwól szczurowi odpocząć przez 30 min przed rozpoczęciem eksperymentu. UWAGA: Zaleca się stosowanie osłonek na końcówki kleszczyków, aby uniknąć trwałego zgniecenia przewodów.
- Przygotuj wirówkę oraz probówki powlekane EDTA do pobierania osocza. W niniejszym badaniu dodatkowe próbki krwi zostaną pobrane po zaciśnięciu linii u zwierzęcia.
Część 2: Protokół doświadczalny
- Należy pobrać wyjściową próbkę insuliny oraz próbkę do oznaczenia hematokrytu. Pomiar hematokrytu zapewnia utrzymanie objętości krwi w trakcie całego eksperymentu. Zazwyczaj poziom hematokrytu nie powinien spaść o więcej niż 10% wartości początkowej.
- Pobierz wyjściową próbkę glukozy (One Touch Ultra, LifeScan, Inc.) i określ poziom glukozy w krwi pełnej, który ma zostać utrzymany na stałym poziomie (metoda clamp). W tym przypadku utrzymujemy euglikemię, czyli poziom 5,0–5,5 mM (Rysunek 2). Po każdym pobraniu próbki krwi należy przepłukać linię tętniczą niewielką objętością soli fizjologicznej z heparyną (10 U/ml), aby zapobiec krzepnięciu. UWAGA: Przed rozpoczęciem infuzji należy upewnić się, że w linii nie znajdują się skrzepy ani pęcherzyki powietrza, ponieważ mogą one spowodować u zwierzęcia udar.
- Rozpocząć wlew insuliny. Pomiar poziomu glukozy we krwi należy przeprowadzać w odstępach 5–10 minutowych, monitorując stężenie glukozy w każdym punkcie czasowym. Szybkość wlewu glukozy należy dostosować w razie potrzeby, aż do osiągnięcia stanu stacjonarnego. Proces ten zazwyczaj opiera się na metodzie prób i błędów i może trwać od 30 minut do >2h. Poziomy glukozy wymagane do utrzymania glikemii zależą od protokołu eksperymentalnego, gatunku oraz panujących warunków (Rysunek 2).
- Poziomy glukozy w stanie stacjonarnym definiuje się jako trzy kolejne pomiary mieszczące się w określonym zakresie. W tym przypadku za stan zaklemponowany uważa się trzy odczyty w granicach ~1 mM (np. 4,8; 5,2; 5,6 mM). Po osiągnięciu stanu stacjonarnego należy odnotować szybkość wlewu glukozy wymaganą do utrzymania glikemii przez okres 30 min. W tym czasie można pobrać dodatkowe próbki krwi. Należy pobrać co najmniej drugą próbkę insuliny w osoczu oraz próbkę do oznaczania hematokrytu.
- Po zakończeniu zaciskania zwierzęta mogą zostać poddane dalszym testom lub uśpione w celu pobrania tkanek do dalszych analiz. W zależności od zwierzęcia drogi cewnikowe mogą pozostawać drożne przez 5–7 dni.
D: Wyniki zacisku hiperinsulinemiczno-euglikemicznego (insulinowego)
Prawidłowo przeprowadzona procedura zacisku (clamp) pozwala ocenić wrażliwość szczura na insulinę w stanie stacjonarnym. Przy prezentacji danych uzyskanych z tej procedury niezbędne jest udokumentowanie poziomów glukozy oraz szybkości wlewu glukozy. Stabilne poziomy glukozy w czasie trwania minimum 30min (Rysunek 3) świadczą o osiągnięciu stanu stacjonarnego. Poziom glukozy uznaje się za stabilny tylko wtedy, gdy stężenie glukozy we krwi pełnej utrzymuje się w granicach ~1mM. Szybkość wlewu glukozy wskazuje poziom egzogennej glukozy niezbędny do utrzymania glikemii. Jeśli to możliwe, wartości te należy przedstawić w formie przebiegu czasowego, a nie jako pojedynczą wartość uśrednioną (Rysunek 4).
Inne zalecane parametry do raportowania to poziom insuliny w osoczu oraz hematokryt. Oznaczenie poziomu insuliny zarówno na czczo, jak i podczas zacisku insulinowego (insulin clamp) potwierdza prawidłowe podanie insuliny i pozwala wykryć wszelkie różnice w jej stężeniach pomiędzy grupami badawczymi (Rysunek 5). Sugeruje się pomiar hematokrytu w punkcie wyjściowym oraz po zakończeniu zacisku insulinowego (Rysunek 6). Ma to na celu zapewnienie, aby poziom hematokrytu nie spadł o więcej niż 5% w trakcie eksperymentu, a towarzyszące temu zmiany objętości i przepływu krwi nie wpłynęły na utylizację glukozy.

Rycina 1. Układ eksperymentalny. Rysunek 1 przedstawia świadższego szczura w stanie swobodnym podczas procedury zaciskania (clamp). Cewniki umożliwiają pobieranie próbek krwi i infuzje bez konieczności manipulowania zwierzęciem. Pompy po lewej stronie zawierają insulinę i glukozę.

Rysunek 2. Oczekiwane dane podczas procedury clampu. Aby uzyskać clamp na poziomach bazowych (euglikemia, 5 mM), manipuluje się poziomami egzogennej glukozy (D50) aż do osiągnięcia stanu bazowego lub tzw. clampu.

Rysunek 3. Oczekiwane wyniki poziomu glukozy w osoczu w procedurze clampu. Gdy zwierzę jest w stanie „zaklempowania” (clamped), poziom glukozy we krwi pozostaje stosunkowo stabilny w czasie i we wszystkich grupach eksperymentalnych.

Rysunek 4. Reprezentatywne szybkości wlewu glukozy podczas procedury clamp. Ilość egzogennej glukozy niezbędna do utrzymania euglikemii jest różna. Zilustrowano to na przykładzie zwierząt kontrolnych (karmionych standardową paszą) oraz zwierząt karmionych dietą wysokotłuszczową (z insulinoopornością). Zwierzę karmione dietą wysokotłuszczową wymaga mniejszej ilości wlewanej glukozy w celu utrzymania glikemii, przede wszystkim ze względu na insensytywność na wlewaną insulinę.

Rysunek 5. Reprezentatywny poziom insuliny w osoczu szczura. Poziom insuliny w osoczu podczas zacisku insulinowego powinien być wyższy niż poziom insuliny w osoczu w stanie czczym, w punkcie wyjściowym. Gwarantuje to prawidłowe podanie insuliny zwierzęciu podczas zacisku insulinowego.

Rysunek 6. Raportowanie hematokrytu. Należy wyznaczyć i zaraportować wartość hematokrytu wyjściowego oraz wartość po zakończeniu eksperymentu. Ma to na celu zapewnienie, aby poziom hematokrytu nie spadł o więcej niż 5% względem wartości wyjściowej w wyniku nadmiernego pobierania krwi tętniczej.