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Medicine

Normothermic 심장 마비와 심폐 소생술의 : 국소 빈혈 - Reperfusion 상해의 마우스 모델

doi: 10.3791/3116 Published: August 30, 2011

Summary

perioperative 그리고 중요한 치료 관련 급성 신장 손상에 대한 강력한 모델이 제공됩니다. 그것이 거의 임상 아키의 histologic 및 기능 변경 내용을 복제할 수 있습니다 심장 마비에 의해 유도 온 몸이 hypoperfusion을 사용합니다.

Abstract

급성 신장 상해 (아키)는 높은 사망률 1-4과 가장 자주 전체 - 바디 hypoperfusion로 인해이 중요한 질병의 일반적인, 매우 치명적인, 복잡합니다. 설치류 모델에서 전체 - 몸 hypoperfusion의 5,6 성공적인 복제 어려움이 따른 다네되었습니다. 초점 국소 빈혈을 채용 7-9,9,10 모델은 반복적으로 임상 설정하고, 유전자 조작의 전체 도구 모음에 온 몸이 hypoperfusion의 부족 액세스를 허용 큰 동물 모델로 번역하지 검색 결과를 보여준 마우스 가능. 11,12 그러나, 최근에 심장 마비와 심폐 소생의 마우스 모델은 모델 아키 적응시킬 수있는 부상했다. 13이 모델은 안정적으로 임상 아키에서 본 physiologic, 기능 해부학, 그리고 histologic 결과를 재현 , 빠르게 반복하고, 유전자 조작 기술, 대형 동물 저렴한 비용으로 상대하고, 사용의 용이성에 대한 액세스 권한을 포함하여 murine 수술 모델의 중요한 장점을 모두 제공합니다. 우리 그룹은 아키의 기관 특정 결과의 숫자를 평가하기 위해이 모델의 사용 경험을 개발했습니다. 14,15

Protocol

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설명된 모든 절차가 연구와 모든 동물의 프로토콜은 오레곤 보건 과학 대학 기관 애니멀 케어 및 사용위원회에 의해 승인된 동물의 보호 및 사용에 대한 건강 가이드 국립 연구소에 따라 실시하고 있습니다.

1. 수술 준비

  1. 마우스의 무게를. 설명한 절차는 G. 20 ~ 25 무게 C57BL / 6 생쥐에서 수행됩니다 마취는 isoflurane 3-4%를 사용하여 유도 상자에 유도하고, 이후 공기 / 산소 혼합 가스에서 isoflurane 1.5-2.5 %를 사용하여 유지됩니다.
  2. 눈을에 기름칠을하고 가열 패드에있는 동물 부정사의 위치. 테이프를 사용하여 네 사지를 무력화. 가슴 압박하는 동안 전체 가슴 벽 여행을 허용 가능한 뒷다리 - 발톱이 중립 위치에 녹화 수 있습니다 그러나, forepaws은 가슴 벽 가까이로 확보해야합니다.
  3. 윤활 및 직장 온도 프로브를 놓으십시오. 온도는 37.0을 유지하기 위해 설정된 전자 온도 컨트롤러 (Digi - 센스, 콜 파머, 버논 힐스 IL), ° C.에 연결된 가열 패드와 램프를 사용하여 제어됩니다 그것은 동물 내에 온도 기울기가 노 흐름 상태 동안 개발할 수있는 가능성이 있기 때문에, 그것은 온도 측정과 관심의 장기 근처 제어하는​​ 것이 중요합니다.
  4. 2.5 cm 22 GA 독보적인 카테 테르 (Insyte - W, BD, 프랭클린 NJ)과 직각 introducer (IN Frova Introducer, 쿡 의학, 블루밍턴)의 절단 말초 끝부분을 사용하여 기관을 Intubate. tracheal 삽관법의 다른 방법 허용되는 그러나, 정맥 카테 테르의 위치에 대한 수술 노출을 최적화 약간 확장된 위치에 목 적절한 위치를 수있는 직각 introducer 중 하나를 사용하십시오. endotracheal 카테 테르 허브는 앞니로 봉합의 루프와 함께 안전하고 가슴 압박하는 동안 머리를 고정하기 위해 약간의 긴장감과 함께 유지됩니다.
  5. 기계 140 μL, 150 호흡 / 분으로 설정 쥐 환풍기와 마우스를 환기. 이 프로토콜은 항상 20-25그램 동물에서 수행됩니다로서 이것은 중량에 따라 조정되지 않습니다. 마취를 통해 - 깊게하지 마십시오. 이 impairs의 인공 호흡으로 날숨 끝에 압력을 적용하기 위해 환풍기를 설정하지 마십시오.
  6. 무균 기술과 운영 현미경 사용, 경정맥 정맥에서 사전 빨개 PE - 10 카테터를 삽입. 양쪽 사용하지만, 운영자에 가장 가까운 쪽의 사용은 가슴 압박이나 다른 조작 중에 카테 테르 dislodgement의 기회를 줄일 수 있습니다. 0.5 % bupivicaine는, 0.1 ML은 수술 후 통증을 제어하는​​ 상처 가장자리에 infitrated입니다.
  7. cyanoacrylate 접착제 수술과 피부 폐쇄에 PE - 10 카테터를 확보.
  8. 피하 심전도 전극을 장소 및 모니터링 장치에 연결합니다. 신호 자체의 신호 경로와 극대화하기 위해 세심한주의가 소생의 성공에 중요합니다. 모든 전선이 운영 표면에 안전하게 있는지 확인, 신호 횡단을 최소화하고 신호 경로 내에서 절연체를 (홀로 바늘이나 좌초 와이어 공기 등) 최소화. nonstranded 리드선에 연결된 고체 바늘은 구입하거나 실험실에서 만들 수 있습니다. 연결되면, 모니터에서 심전도 신호를 최적화합니다.

2. 심장 마비

  1. 37.5 ° C. - 직장 온도 36.5 ° C로 정의, 마우스 normothermic 있는지 확인 정맥 실온 0.5 M의 칼륨 염화물 40 μL를 관리하고 심전도에 대한 추적 isoelectric을 관찰. 체중에 대해 선량 조절 범위 내에서 20-25 G. 필요하지 않습니다 체포 타이머를 시작합니다.
  2. 환풍기 연결을 끊습니다. 마취 증기를 중단. 가열 패드와 심전도 모니터링에 방해가 될 수있는 전자 노이즈를 생성하는 다른 장비의 전원을 끄십시오. 마우스 절연 담요를 놓습니다.
  3. 기록 온도 심장 마비 동안 모든 분. 필요한 경우, 가열 램프가 normothermic 범위 핵심 온도를 표시하는 데 사용할 수 있습니다. 심장 마비 동안, 인공 호흡을 위해 (예를 들어, 에피네프린 주사기) 용품 및 장비를 준비합니다. 점검은 생존을 위해 필수적이며, 중단 인공 호흡을하기 위해 도움이 될 수 있습니다.
  4. 7분, 심장 마비 30 초 후, 호흡을 다시 연결하고 미리 체포 설정에 조수의 볼륨을 유지, 180 호흡 / 분에 속도를 높일 수 있습니다.
  5. 팔분에서 300 BPM의 가슴 압박을 시작합니다. 심전도에서 모션 유물은 판단 심폐소생술 속도를 사용할 수 있습니다. 가슴 압박은 검지 손가락, 칼 모양의 과정 위에 5mm과 약간 정중선의 왼쪽 함께 전달해야합니다. 가슴은 anteroposterior 거리 1/3-1/2를 압축되어야하며 전체 반동은 압박 사이에 허용해야합니다. 핑거 위치와 최적의 압축 압력이 절대적으로 중요합니다. 이 모델에서 생존을 달성하지 않으면 거의 항상 suboptimal 심폐소생술에 의한 것입니다.
  6. CPR의 첫 번째 30 초, 15 μg / ML로 희석 에피네프린의 0.5 ML를 달이다. 총 에피네프린 선량은 8-12 μg이다. 조심스럽게 자연 순환 (ROSC)의 반환에 대한 심전도를 관찰합니다. 좁은 QRS 복합의 단지는 압축 아티팩트 사이에서 볼 수 있습니다. ROSC은 보통 90초 및 심폐소생술을 시작하면 이분 사이에 발생합니다. ROSC 3 분 발생하지 않을 경우 인공 호흡을 포기합니다. 자주 조기 심실 수축과 심전도 축의 변화는 ROSC 후 첫 2 분 후에 관찰하고, 거의 항상 이분의 꾸준한 부비동 이라는데요으로 해결할 수 있습니다.
  7. 인공 호흡과 에피네프린 선량 총 시간을 기록합니다. ROSC 후 10 분 정도 기록 온도는 모든 분.
  8. 심전도 리드는 일반적으로 ROSC 후 12~15분 이내 자발적인 호흡이 시작되면 제거할 수 있습니다.
  9. 자연 호흡 률> 60/min있는 기관을 Extubate.
  10. 37으로 설정 온도 제어 표면에 복구 새장에 마우스를 놓고 ° C 최초의 2 시간 postprocedure위한 음식과 물에 쉽게 접근할 수 있도록. 케이지는 다음 마우스가 완전히 마취에서 회복하고 활성화되면 표준 수술후의 주택 사정에 이동할 수 있습니다.

3. 과다 / 재관류 - 고정 및 신장 하베스트

  1. CA / CPR 후 24 시간이 isoflurane 3-4%로 마취를 유도하고 포르말린과 함께 사용에 적합합니다 퓸 후드 이내에 수술 표면에 위로 향한 위치에 동물을 안전하게 ...
  2. 점진적으로 5 % 마취 증기 농도를 증가하여 마취를 깊게하고 자발적인 호흡의 정지에 의해 입증으로 마우스를 깊이 anesthetized 있는지 확인하십시오.
  3. 클램쉘 thoracotomy을 수행하고 표준 기술에 따라 심장 좌심실의 혀끝의 주사를 통해 마우스를 ...에게서 피를 뽑다.
  4. 같은 바늘을 통해 주입 속도가 느린하여 호수 0.9 %를 관리할 수 있습니다. 닉 가위로 오른쪽 심방 부위요, 재관류 / 과다를 acclerate합니다. 개복술을 수행하고 신장을 관찰합니다. 그들이 blanched 때, 생리는 고정을 위해 포르말린 4%로 변경될 수 있습니다. 신장은 다음 관형 상피 괴사의 부량을위한 플루오로 - 자드와 B 파라핀과 스테인드에 포함됩니다.

4. 대표 결과 :

CA가 유도되면 동맥 압력 (MAP) 및 제로 가까이 지역 신장 혈액의 흐름 (RRBCF) 드롭을 의미하고 인공 호흡이 시작하기 전까지 (그림 1) 안정 상태로 유지됩니다. 24 시간 CA / 심폐소생술, 신장 기능 (혈액 요소 질소, 크레아티닌 및 번)의 혈청 지표는 크게 가짜 운항 동물 상대적으로 고가 후. 대서양 표준시 / ALT가 깊은 전체 - 바디 국소 빈혈 (그림 2)의 증거를 제공, 또한 고가입니다. 호중구 - gelatinase 관련된 lipocalin (NGAL), 신장 허혈성 부상의 민감한 지표가 CA / 심폐소생술 (그림 3) 이후 대규모 upregulated 24 시간입니다. 마지막으로, photomicrographs은 (얼룩 (그림 4, 패널)와 플루오로 - 자드 B 물들일 골수의 관형 상피의 광범위한 세포 죽음 관 상피하고 hematoxylin 및 eosin에 luminal 충전이 얇아과 허혈성 신장 손상의 곳곳에, 골수의 괴사가 전형적인 입증 그림 4, 패널 B).

그림 1
그림 1. 심박 정지는 재관류 압력의 즉시 손실을 유도 같은 심장 마비의 기간에 걸쳐 지역의 신장 피질 혈류 (RRCBF)의 가까운 완전한 정지에 발생하는 대퇴 동맥에서 측정한 동맥 혈압 (MAP)을 (그늘 말은 여기에 표시 지역). 가슴 압박과 에피네프린의 반환과 인공 호흡은 정상으로지도와 RRCBF 꾸준히 게시물 인공 호흡 기간에 상승. 14의 허가 Reprinted.

그림 2
그림 2. 24 postprocedure, 혈액 요소 질소 (롤빵), 혈청 크레아티닌 및 관 세포 사망의 범위는 모든 CA / 심폐소생술로 가짜 절차로 치료 동물과 비교받은 데 동물 크게 상승하고 있습니다. CA / CPR는 여기에 간 기능 효소의 거대한 상승에 의해 입증 판 - organismal 허혈성 모욕을 유도 알라닌 아미노 transferase (ALT)와 가짜 - 치료 동물과 비교 CA / 심폐소생술 생쥐에서 (대서양 표준시) aminotransferase aspartate.

그림 3
그림 3. 서양 얼룩은 호중구 gelatinase - 관련 lipocalin (NGAL), 신장 허혈성 부상의 민감한 지표로 polyclonal 항체를 사용하여 수행했습니다. 소변 샘플은 이전에 ( "사전")와 24 시간 후 ( "24") CA / 4 동물의 심폐소생술 (A, B, C, 및 D 이상 라벨) 즉시 획득했다. NGAL은 매우 마우스 upregulated입니다CA / CPR 후 소변이. 14의 허가 Reprinted.

그림 4
그림 4.) Hematoxylin과 eosin는 CA / 심폐소생술 후 신장 조직 24 시간의 짧은 축 hilar 섹션의 얼룩. 관형 도전과 골수의 및 corticomedullary tubules에 곳곳에 있지만 명확한 손상이있다. 화살표 corticomedullary 교차점에 부풀어, pyknotic 핵 함께 손상된 tubules를 가리 킵니다. B) Flouro - 비취 B는 CA / 심폐소생술 후, 같은 동물에서 같은 지역의 24 시간을 얼룩. 플루오로 - 자드 B 얼룩이 괴사성 세포 밝은 녹색을 곳곳에 corticomedullary 관 괴사되었습니다. 화살표 corticomedullary 교차점에서 밝은 스테인드 손상 tubules를 가리 킵니다. 이러한 연구 결과는 아키를 개발 인간의 신장 생검 결과에 상당히 유사하고, 아키의 다른 동물 모델에 의해 만들어진 이들과는 달리.

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Discussion

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마우스에서 심장 마비와 심폐 소생의 normothermic 모델 아키 전체 - 바디 hypoperfusion의 가장 흔한 임상 원인의 pathophysiology과 형태를 복제 모델의 평가의 여러 아베를 제공합니다. 가설 테스트는 유전자 조작 기술과 잘 이해하고 특징 해부학 및 실험실 마우스 생리학의 갑옷의 한 벌에 액세스하여 주었 수 있습니다.

여기에 설명한 바와 같이, 경험 손에 생존이 80 %입니다. 수술 준비와 사후 체포 치료는 직접적이지만, 체포 마우스의 실제 인공 호흡은 상당한 연습을 필요로하는 도전적인 수술 기술입니다. 우리의 경험에서 성공 resuscitations는 경험이 외과 의사에 의해 각각의 동물을 인공 호흡에서 최초의 시도에 대해 30-50 후에 표준이 될, 그리고 지속적인 부상과 인공 호흡 추가 연습을. 특히, 기술 (즉, 처음 20 개의 동물에 대한)를 학습의 초기 단계에서 의미있는 생존은 가능성이며, 생존자는 불필요한 손해를 방지하기 위해 즉시 인공 호흡 후 euthanized해야합니다. 조기 교육 후, 생존자는 인공 호흡 다음과 분만에 격렬한 심장 회복을 보여주면, 그것은 십오분 후 ROSC 표시를 통해 동물을 이겨낸 계속 적합합니다. 그 시점에서 활발한 자발 호흡 노력을 보여주는 동물 가능성이 적절한 복구 24 시간 생존합니다. 이 연습 단계는 특별히 IACUC 프로토콜로 해결되어야합니다. 그것이 유해한 수준으로 압력을 증가하지 않고 필요한 속도로 압박을 제공하기가 어렵습니다로 배울 수있는 가장 어려운 기술은 가슴 압박 자신이다. 기계 resuscitators이 고안 및 사용의 연구소 등 16하지만 마우스 허용 생존하였습니다에 대한 기계적 resuscitator 데이트를하지되었습니다.

이 모델에 몇 가지 제한이 있습니다. 첫째, 아무도 마우스 모델은 완전히 인간의 생리를 모델 수 있으며, 차이를 interspecies에 대한 검색 결과는 존중과 해석해야합니다. 특히, 마우스 마음이 안정되며 우리는 심장 마비 8 분 80 % 생존을 달성하지만, 임상 연구에서 인간의 생존도 인공 호흡이 체포 후 2~3분을 시작과 함께 50 % 미만입니다 17 마우스의 작은 크기입니다. 기술적으로 엄격한 절차를 렌더링하고, 특히 가슴 압박에 대한 상당한 학습 곡선이있다. 둘째,이 프로토콜에 약물 복용 및 환풍기 설정은 동물 중량을 색인에 추가되지 않습니다. 우리가 장비의 크기의 영향을 최소화하기 위해 20~25g 무게 범위에서만 동물을 사용하기 때문입니다. 예를 들어, 우리는기도를 intubate에 22 게이지 카테터를 사용하여, 그것이 25g 마우스에 있으며 증가 가스 누출은 생리학적으로 중요한 수 있으므로 취득 인감은 30g 마우스에서 동일하지 않습니다. 그러나, 정의 체중 범위에서 동물의 사용은 충실하게 임상 국소 빈혈 reperfusion 상해 -을받습니다 본문 클래스의 다양한 재생산하지 않습니다. 셋째, 노 유동 상태가 충실하게 낮은 흐름 상태에서 결과를 복제하지 않을 수 있습니다. 특히, 온도 그라디언트는 노 흐름 중에 마우스 내에 개발 있습니다. 결과에 그라디언트 효과 (있는 경우) 최소화하기 위해, 온도는 관심있는 기관 근처에 측정됩니다. 마지막으로, 때문에 postarrest 시대에 중요한 대사 산증을 확인 우리 연구실에서 초기 데이터, 우리는 인공 호흡하는 동안 호흡. 심폐소생술은 18,19 해로운는 동안 최근 데이터가 해당 hyperventilation을 나타내는 것처럼 이러한 행위는 모델의 생존을 줄일 수도 있습니다. 전체 - 본문 국소 빈혈 reperfusion의 부상에 대한 많은 대안 모델은 존재합니다. 예를 들어, CA / 심폐소생술은 개 20 토끼 21 램프, 22 돼지, 23 쥐, 16, 북극 그라운드 다람쥐 설명했습니다. 24

우리는 수술 후 신장 기능이 화학, 면역, 또는 24 시간 histological 기술의 숫자에 의해 평가됩니다 것으로 나타났습니다. 동물은 그러나 24 시간 이상을 위해 살아와 아키의 과도 특성은이 모델 복구 및 / 또는 영구적인 부상 메커니즘에 대한 조사를 위해 사용할 매력적인 승리자가 될 수 있습니다. 부상 자체 CA 동안 시간과 온도의 매개 변수를 변경하여 titratable 있습니다. 높은 온도의 이상 체포 및 유지 보수 (하지만 부정적인 효과 생존) 큰 부상을 생산하고 있습니다. 우리가 포함 간기능 데이터와 표시된 것처럼, 다른 장기 시스템도 영향이 모델의 adaptations을 사용하여 조사 수 있습니다, 그러나, 상당한 노력이 관심의 장기 시스템에 대한 실험 조건을 최적화해야 할 수 있습니다.

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Disclosures

관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

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

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References

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Normothermic 심장 마비와 심폐 소생술의 : 국소 빈혈 - Reperfusion 상해의 마우스 모델
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Hutchens, M. P., Traystman, R. J., Fujiyoshi, T., Nakayama, S., Herson, P. S. Normothermic Cardiac Arrest and Cardiopulmonary Resuscitation: A Mouse Model of Ischemia-Reperfusion Injury. J. Vis. Exp. (54), e3116, doi:10.3791/3116 (2011).More

Hutchens, M. P., Traystman, R. J., Fujiyoshi, T., Nakayama, S., Herson, P. S. Normothermic Cardiac Arrest and Cardiopulmonary Resuscitation: A Mouse Model of Ischemia-Reperfusion Injury. J. Vis. Exp. (54), e3116, doi:10.3791/3116 (2011).

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