דום לב Normothermic ו החייאה: במודל עכבר של פגיעה איסכמיה reperfusion

Summary

מודל רב עוצמה עבור perioperative וביקורתית טיפול הקשור לפגיעה כליות חריפה מוצגת. שימוש hypoperfusion כל הגוף הנגרמת על ידי דום לב אפשר כמעט לשחזר את השינויים היסטולוגית ופונקציונלי של AKI קליניים.

Abstract

פגיעה כליות חריפה (AKI) הוא נפוץ, קטלני ביותר, סיבוך של המחלה קריטי שבו יש תמותה גבוה ^1-4 ואשר נגרמת לרוב על ידי hypoperfusion, כל הגוף. ^5,6 רבייה מוצלחת של hypoperfusion, כל הגוף מודלים מכרסם הייתה רצופת קשיים. ^7-9,9,10 מודלים אשר מעסיקים איסכמיה מוקד הוכיחו שוב ושוב את התוצאות שאינן לתרגם להגדרה קליני, במודלים של בעלי חיים גדולים יותר המאפשרים גישה hypoperfusion כל חוסר הגוף הכלים המלא של מניפולציה גנטית אפשרי העכבר. ^11,12 עם זאת, בשנים האחרונות במודל עכבר של דום לב ו החייאה התפתחה אשר ניתן להתאים מודל AKI. ¹³ מודל זה אמין מתרבה פיזיולוגי, התוצאות תפקודית, אנטומית, ו היסטולוגית לראות קליניים AKI , הוא הדיר במהירות, מציע את כל היתרונות המשמעותיים של מודל ניתוח Murine, כולל גישה טכניקות מניפולטיביות גנטי, בעלות נמוכה יחסית לבעלי חיים גדולים, וקלות השימוש. הקבוצה שלנו פיתחה ניסיון רב עם שימוש במודל זה כדי להעריך מספר איברים ספציפיים התוצאות AKI. ^14,15

Protocol

כל ההליכים המתוארים נערכים בהתאם המכונים הלאומיים לבריאות הנחיות לטיפול ושימוש בבעלי חיים במחקר כל פרוטוקולי חיה אושרו על ידי אורגון לבריאות ומדע באוניברסיטת Animal Care מוסדיים ועדת שימוש.

1. כירורגי הכנה

1. לשקול את העכבר. ההליך המתואר מתבצע על עכברים C57BL / 6 שוקל בין 20 ל 25 גרם הרדמה מושרה בתיבת באמצעות אינדוקציה% 3-4 isoflurane, ומתוחזק לאחר מכן באמצעות 1.5-2.5% isoflurane תערובת אוויר / חמצן.
2. לשמן את העיניים עמדת פרקדן חיה על כרית חימום. לשתק 4 הגפיים באמצעות קלטת. הכפות האחוריות, יכול להיות מודבק בעמדה נייטרלית, לעומת זאת, הקדמיות צריך להיות מאובטח קרוב לקיר החזה ככל האפשר, כדי לאפשר טיול מלא החזה במהלך לחיצות חזה.
3. סוך ומקום בדיקה טמפרטורה רקטלית. טמפרטורה נשלטת באמצעות כרית חימום מנורה מחוברת בקר טמפרטורה אלקטרוני (Digi-Sense, קול בן הזוג, ורנון הילס IL), אשר מוגדר לשמור על 37.0 ° C. כי זה אפשרי כי שיפוע הטמפרטורה בתוך החיה יכולה להתפתח במהלך מדינה ללא זרימה, חשוב למדוד טמפרטורה מבוקרת ליד האורגן של עניין.
4. לצנרר קנה הנשימה באמצעות 2.5 ס"מ 22 ga קטטר טפלון (Insyte-W, BD, פרנקלין, ניו ג'רזי), ואת הקצה הדיסטלי לחתוך ההיכרויות של זווית (Frova ההיכרויות, מבשלים רפואי, Bloomington IN). שיטות אחרות של אינטובציה לקנה הנשימה של מקובלים, לעומת זאת, השימוש ההיכרויות זוויתי מאפשר מיקום נכון של הצוואר בעמדה קצת מורחבת, מייעל חשיפה כירורגית עבור מיקום של קטטר תוך ורידי. רכזת קטטר endotracheal מאובטח באמצעות לולאה של תפר את החותכת ומתוחזק עם מתח קלה כדי לשתק את הראש במהלך לחיצות חזה.
5. מבחינה מכנית לאוורר את עכבר עם מאוורר מכרסם מוגדר μL 140, 150 נשימות / דקה. זה אינו מותאם משקל כמו בפרוטוקול זה מבוצע תמיד 20-25 גר 'חיות. אל מעל להעמיק הרדמה. אין להגדיר את ההנשמה להפעיל לחץ בסוף הנשיפה כמו החייאה פוגעת זו.
6. באמצעות טכניקה סטרילית מיקרוסקופ ההפעלה, מקום מראש סמוקות PE-10 קטטר בעורק הצוואר. צד ניתן להשתמש, אבל השימוש בצד הקרוב למפעיל מפחית את הסיכוי שליפה קטטר במהלך לחיצות חזה או מניפולציות אחרות. Bupivicaine 0.5%, 0.1 מ"ל הוא infitrated לתוך קצוות הפצע כדי לשלוט בכאב לאחר הניתוח.
7. Secure את הקטטר-10 PE לתוך סגר את העור עם דבק כירורגי cyanoacrylate.
8. מקום תת עורית אלקטרודות א.ק. ג ו להתחבר למכשיר ניטור. תשומת לב קפדנית נתיב האות ו מקסום של האות עצמה היא קריטית להצלחת ההחייאה. ודא שכל החוטים מובטחות על פני השטח ההפעלה, למזער את המעברים אות, ולמזער מבודדים (כמו אוויר מחטים חלולות או חוט תקועים) בתוך נתיב האות. מחטים מוצק מחובר חוט להוביל nonstranded ניתן לרכוש או עשה במעבדה. לאחר ההתחברות, לייעל את אות האק"ג על המסך.

2. לב מעצר

1. ודא כי העכבר הוא normothermic, כהגדרתו טמפרטורה רקטלית 36.5 מעלות צלזיוס - 37.5 ° C. ניהול של 40 μL בטמפרטורת החדר אשלגן כלוריד 0.5 M לווריד ולבחון isoelectric התחקות על א.ק. ג. התאמת המינון למשקל אין צורך בטווח 20-25 גר ' הפעלת טיימר מעצר.
2. נתק את מכונת ההנשמה. להפסיק את אדי הרדמה. כבה את כרית החימום וכל ציוד אחר אשר מייצר רעש אלקטרוניים שעשויים להפריע ניטור א.ק. ג. הצב שמיכה בידוד מעל העכבר.
3. שיא הטמפרטורה בכל רגע במהלך דום לב. אם יש צורך, מנורת חימום ניתן להשתמש כדי להביא טמפרטורת הליבה עד טווח normothermic. במהלך דום לב, להכין אספקה ​​וציוד (למשל, מזרק אפינפרין) עבור החייאה. רשימת יכול להיות מועיל כדי להבטיח החייאה ללא הפרעה, שהוא חיוני להישרדות.
4. לאחר 7 דקות, 30 שניות של דום לב, חבר מחדש את הנשמה ואת להגביר את קצב עד 180 נשימות / דקה, תוך שמירה על נפח גאות בהגדרה מראש המעצר.
5. ב 8 דקות, ליזום לחיצות חזה ב 300 BPM. חפץ Motion על א.ק. ג יכול לשמש שיעור החייאה שופט. לחיצות חזה צריכה להיות מועברת עם האצבע המורה, 5 מ"מ מעל תהליך xiphoid מעט משמאל לקו האמצע. החזה צריך להיות דחוס 1/3-1/2 המרחק anteroposterior וגם רתיעה מלא יש לאפשר בין עיסויים. מיקום האצבע לחץ דחיסה אופטימלי הם קריטיים לחלוטין. כישלון להשיג הישרדות במודל זה כמעט תמיד בגלל הכי מוצלח החייאה.
6. להשרות 0.5 מ"ל של אפינפרין, בדילול מלא עד 15 מיקרוגרם / מ"ל, ב -30 השניות הראשונות של החייאה. מינון האפינפרין סך 8-12 מיקרוגרם. בזהירות לצפות א.ק. ג להחזרת במחזור ספונטני (ROSC). צמצם קומפלקסים מורכבים QRS נתפסים בין חפצים דחיסה. ROSC מתרחשת בדרך כלל בין 90 שניות ו 2 דקות לאחר תחילת החייאה. החייאה נטוש אם ROSC אינה מתרחשת על ידי 3 דקות. הצירים תכופים חדרית מוקדמת ושינויים א.ק. ג ציר הם נצפו ב 2 הדקות הראשונות לאחר ROSC, וכמעט תמיד לפתור לתוך טכיקרדיה סינוס יציב ברמה של 2 דקות.
7. שיא הזמן הכולל של החייאה ואת המינון אפינפרין. טמפרטורת שיא כל דקה במשך 10 דקות לאחר ROSC.
8. מוביל א.ק. ג ניתן להסיר כאשר הנשימה הספונטנית מתחיל, בדרך כלל בתוך 12-15 דקות לאחר ROSC.
9. Extubate קנה הנשימה כאשר קצב הנשימה הספונטנית היא> 60/min.
10. מניחים את העכבר בכלוב התאוששות על משטח טמפרטורה מבוקרת מוגדר 37 ° C עבור postprocedure השעות הראשונות 2, להבטיח גישה נוחה מזון ומים. כלוב עשוי מכן יועבר סטנדרטי תנאי דיור לאחר הניתוח כאשר העכבר התאושש לחלוטין מן ההרדמה והיא פעילה.

3. Exsanguination / זלוף קיבוע ו-Harvest כליה

1. 24 שעות לאחר CA / החייאה, להשרות הרדמה עם 3-4% isoflurane ומאובטח החיה בעמדה פרקדן על משטח כירורגי בתוך ברדס קטר אשר מתאים לשימוש עם פורמלין ..
2. להעמיק את ההרדמה על ידי בהדרגה את ריכוז אדי הרדמה ל 5% ולהבטיח העכבר נמצא בהרדמה עמוקה כפי שמעידים הפסקת הנשימה הספונטנית.
3. ביצוע פתיחת בית החזה צדפה, ולגרום לדימום מחודש את העכבר באמצעות לנקב apical של החדר השמאלי לב על פי שיטות סטנדרטיות.
4. באמצעות מחט אחת, לנהל 0.9% מלוחים ידי עירוי איטי. כדי acclerate זלוף / exsanguination, ניק תוספת פרוזדורים זכות במספריים. ביצוע פיום בטן ולבחון את הכליות. כאשר הם קלופים, מלח ניתן לשנות ל -4% פורמלין עבור קיבעון. הכליות המוטבעים אז פרפין מוכתם B-Fluoro ירקן עבור כימות של נמק אפיתל צינורי.

4. נציג תוצאות:

כאשר CA מושרה, כלומר בלחץ העורקי (MAP) ואת זרימת הדם באזור הכליות (RRBCF) ירידה כמעט לאפס ולהישאר יציבה עד החייאה מתחיל (איור 1). 24 שעות לאחר CA / החייאה, מדדי בסרום של התפקוד הכלייתי (אוריאה דם חנקן, קריאטינין ו BUN) הן גבוהות באופן משמעותי ביחס דמה המופעלים בעלי חיים. AST / ALT גם הן גבוהות, המציע עדות של איסכמיה כל הגוף עמוקה (איור 2). נויטרופילים-gelatinase הקשורים lipocalin (NGAL), אינדיקטור רגיש של פגיעה כלייתית איסכמי הוא מאסיבי 24h שהוגברו לאחר CA / החייאה (איור 3). לבסוף, photomicrographs להדגים את נמק טלוא, מדולרי טיפוסי של פגיעה כלייתית איסכמי עם דילול של האפיתל צינורי ומילוי luminal על hematoxylin ו eosin כתם (איור 4, פאנל) ו מוות של תאים אפיתל רב צינורי מדולרי כאשר מוכתם B-fluoro ירקן ( איור 4, לוח ב).

באיור 1. דום לב גורמת לאובדן מיידי של לחץ זלוף, המיוצג כאן מתכוון בלחץ העורקי (MAP) נמדד בעורק הירך, וכתוצאה מכך הפסקת כמעט מוחלטת של זרימת הדם כליות אזורי קליפת המוח (RRCBF) לאורך התקופה של דום לב (מוצל שטח). החייאה עם לחיצות חזה וחוזר אפינפרין מפה רגילה RRCBF עולה בהתמדה בתקופה שלאחר החייאה. התפרסם באישור ^14.

איור 2. 24h postprocedure, אוריאה בדם חנקן (BUN), קריאטינין בסרום, והיקף מוות של תאים צינורי כל גבוהות באופן משמעותי בחיות שעברו CA / החייאה לעומת חיות שטופלו הליך אחיזת עיניים. CA / החייאה גורם עלבון הפאן האורגניזם איסכמי, שעולה כאן על ידי העלאת מסיבית של הכבד לתפקד אנזימים אלאנין אמינו transferase (ALT) ו aspartate aminotransferase (AST) ב-CA / החייאה עכברים לעומת דמה שטופלו בבעלי חיים.

איור 3. ביצע המערבי כתם באמצעות נוגדן polyclonal כדי lipocalin נויטרופילים gelatinase הקשורים (NGAL), אינדיקטור רגיש של פגיעה כלייתית איסכמי. דגימות שתן נלקחו מיד לפני ("קדם") ו - 24 שעות אחרי ("24 שעות") CA / החייאה בתוך 4 חיות (שכותרתו, B, C, ו - ד 'לעיל). NGAL הוא שהוגברו מאסיבית של העכברשתן לאחר CA / החייאה. התפרסם באישור ^14.

איור 4.) Hematoxylin ו eosin כתם קטע קצר hilar ציר 24h רקמות כליה לאחר CA / החייאה. אין נזק בלתי סדיר אבל ברור tubules מדולרי ו corticomedullary צינורי עם חיבור. הצבע על חצים tubules פגום עם גרעינים, נפוח pyknotic בצומת corticomedullary. ב) Flouro-B ירקן כתם של האזור באותה חיה עם זאת, 24 שעות לאחר CA / החייאה. Fluoro-ירקן כתמים B תאים נמקי ירוק בהיר, מראה בלתי סדיר נמק צינורי corticomedullary. חצים הצבע בהיר tubules פגום מוכתם בצומת corticomedullary. ממצאים אלה דומים בעיקרם ממצאי ביופסיה כלייתית מבני אדם המפתחים AKI, ושלא כמו אלה המיוצרים על ידי מודלים של בעלי חיים אחרים AKI.

Discussion

המודל normothermic מדום לב ו החייאה בעכבר מציע דרכים רבות של הערכה במודל אשר משכפל את פתופיזיולוגיה מורפולוגיה של סיבה הקליני השכיח ביותר של AKI, כל הגוף hypoperfusion. בדיקת השערות ניתן בעזרת גישה שריון של טכניקות מניפולציה גנטית את האנטומיה היטב הבין ומאופיינת ופיזיולוגיה של עכבר מעבדה.

כפי שתואר כאן, בידיים מנוסות ההישרדות הוא 80%. למרות ההכנה כירורגית שלאחר מעצרו הם טיפול פשוט, ההחייאה בפועל של העכבר נעצר היא מיומנות כירורגית מאתגרת הדורשת תרגול משמעותי. מניסיוננו, resuscitations מוצלח הפך לנורמה לאחר 30-50 על הניסיונות הראשונים החייאת חיות שונות על ידי מנתח מנוסה, ופגיעה החייאה עקבית לקחת תרגול נוסף. בפרט, בשלב מוקדם של לימוד הטכניקה (כלומר, עבור 20 בעלי החיים הראשונים), הישרדות משמעות סביר, וכל ניצולי צריך להיות מורדמים מיד לאחר החייאה כדי למנוע מצוקה מיותרת. אחרי אימון מוקדם, כאשר ניצולי להפגין התאוששות לב נמרץ בדקות הבאות החייאה, ראוי להמשיך לשרוד חיות דרך לסמן את הפוסט ROSC 15 דקות. בעלי חיים הממחישים נמרץ מאמצי הנשימה הספונטנית על ידי בשלב זה צפוי לשרוד 24 שעות עם התאוששות המתאים. שלב זה בפועל יש להתייחס באופן ספציפי בפרוטוקולים IACUC. המיומנות הקשה ביותר ללמוד היא עיסויי חזה עצמם קשה כדי לספק עיסויים בקצב הדרוש מבלי להגדיל את רמות הלחץ מזיק. Resuscitators מכונות כבר המציאו והשתמשו במעבדה שלנו ועוד ¹⁶ אך עד כה לא ההחייאה מכני העכבר הפיק הישרדות מקובל.

יש כמה מגבלות המודל הזה. ראשית, אין מודל העכבר יכול במלואה מודל הפיזיולוגיה האנושית, והתוצאות צריך לפרש עם כבוד interspecies ההבדלים. בפרט, את הלב העכבר חזקים, אנחנו להשיג 80% הישרדות ב 8 דקות של דום לב, אך מחקרים קליניים ההישרדות האנושי הוא פחות מ -50% אפילו עם החייאה התחלה 2-3 דקות לאחר מעצרו ¹⁷ גודלו הקטן של העכבר. מעבד ההליכים הקפדניים מבחינה טכנית, יש עקומת למידה משמעותית, במיוחד עבור לחיצות חזה. שנית, בפרוטוקול זה, התרופה במינונים והגדרות ההנשמה לא צמודים משקל החיה. זה בגלל שאנחנו משתמשים בחיות רק בטווח של 20-25 גרם במשקל על מנת למזער את ההשפעה של גודל הציוד. לדוגמה, אנו משתמשים קטטר 22 מד לצנרר קנה הנשימה, את החותם שהושג אינו זהה העכבר 30 גר 'כפי שהוא עכבר 25 גרם לבין דליפת גז מוגברת יכולה להיות משמעותית מבחינה פיזיולוגית. עם זאת, את השימוש בבעלי חיים במגוון משקל מוגדר אינו לשחזר בנאמנות את מגוון השיעורים גוף חשופים לפגיעה איסכמיה reperfusion קליניים. שלישית, המדינה לא תזרים בנאמנות לא יכול לשחזר את התוצאות של זרימה נמוכה מדינות. בפרט, עלולים לפתח חום הדרגתיים בתוך העכבר במהלך זרימה לא. כדי למזער את ההשפעה (אם בכלל) של gradients על התוצאות, טמפרטורה נמדדת ליד האורגן של עניין. לבסוף, בשל נתונים מוקדם מן המעבדה שלנו אשר אישר חמצת מטבולית משמעותי בתקופה postarrest, אנו ע.ד. במהלך החייאה. כאשר הנתונים האחרונים מצביעים על כך היפרוונטילציה במהלך החייאה היא מזיקות, ^18,19 זה אפשרי כי פרקטיקה זו מפחיתה הישרדות במודל. מודלים רבים חלופות לפגיעה כל הגוף reperfusion איסכמיה להתקיים. לדוגמה, CA / החייאה תוארה אצל כלבים, ארנבות ^{20, 21} כבשים, ²² חזירים, ²³ עכברים, ¹⁶ ו סנאים הארקטי הקרקע. ²⁴

הראינו כי תפקוד כלייתי לאחר הניתוח עשוי להיות מוערך על ידי מספר כימיים, מערכת החיסון, או טכניקות היסטולוגית לאחר 24 שעות. בעלי חיים יכול להיות שרד יותר מ 24 שעות, לעומת זאת, ואת אופי חולף של AKI עושה את זה מודל אטרקטיבי לשימוש חקירה של מנגנוני ההתאוששות ו / או פגיעה לצמיתות. הפגיעה עצמה היא titratable על ידי שינוי הפרמטרים של זמן וטמפרטורה במהלך CA. מאסרים ארוכים ותחזוקה של טמפרטורות גבוהות יותר לייצר פגיעה גדולה יותר (אך השפעה לרעה על ההישרדות). כפי שהראינו עם הנתונים לתפקד כלל הכבד, מערכות איברים אחרים מושפעים גם ועשוי להיחקר באמצעות עיבודים של מודל זה, עם זאת, ניכר מאמץ שיידרש כדי למטב את תנאי הניסוי של מערכת איברים של עניין.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Potassium Chloride	Abbott Laboratories	06653-5
Isoflurane	Abbott Laboratories	05260-05 (and others)
Epinephrine HCl	Multiple Suppliers	Multiple
Digi-Sense temperature controller	Cole-Parmer	EW-89000-00
Angiocath IV Cath	VWR international	381134
Frova angled airway introducer	Cook	G27282
MicroVent Ventilator for Mice	Harvard Apparatus	733591