Vascular accesses to measure hemodynamics, provide fluids and perform blood sampling are important to any small animal model study. We present a technique for implanting catheters into the carotid artery and the common jugular vein in an anesthetized rat for connecting to a system to perform monitoring, infusions and sampling.
Framgången av en liten djurmodell för att studera kritisk sjukdom är, delvis, beroende på förmågan hos den modell för att simulera det mänskliga tillståndet. Intra-trakeal inokulering av en känd mängd av bakterier har framgångsrikt använts för att reproducera patogenesen av lunginflammation, som därefter utvecklas till sepsis. Övervakning hemodynamiska parametrar och ge standard klinisk behandling inklusive infusion av antibiotika, vätskor och läkemedel för att upprätthålla blodtrycket är kritisk för att simulera rutin stödjande vård i denna modell, men att göra det kräver både arteriell och venös kärlaccess. Videon detaljer den kirurgiska tekniken för implantering halspulsådern och gemensamma halsvenen katetrar i en bedövad råtta. Efter en 72 timmar återhämtningsperiod, djuren kommer åter bedövas och ansluten till ett tjuder och vridbar inställning fäst gnagare huset som ansluter de implanterade katetrar till hemodynamiska övervakningssystem. Denna setup tillåter fri rörelse avråtta under studien under kontinuerlig övervakning tryck, infusion vätskor och läkemedel (antibiotika, blodtryckshöjande medel) och utföra blodprovtagning.
Arteriell och venös kateterisering av råttor har länge använts i laboratorieforskning. 1, kan 2 Kateterisering användas för övervakning av hemodynamiska parametrar inklusive systoliskt, diastoliskt och medelartärtryck (MAP), hjärtfrekvens (HR) och centralt ventryck (CVP) . 3,4 Dessutom är dessa katetrar tillåta infusion av standardbehandlingar eller potentiella terapier samt blodprovstagning för att ytterligare analysera den underliggande mekanismen av sjukdom eller behandling. Därför, med vaskulär åtkomst i en liten djurmodell är avgörande för att studera kliniska prestanda åtgärder och behandlingseffekter.
För att studera de underliggande orsakerna till kritisk sjukdom, är det viktigt att först ta fram en modell för att simulera det mänskliga tillståndet. Intra-trakeal inokulering av en känd mängd av bakterier har framgångsrikt använts för att reproducera patogenesen av lunginflammation, en allvarlig lunginfektion som därefter utvecklas till sepsis.3, 5 Övervakning hemodynamiska åtgärder och tillhandahålla standard klinisk behandling är avgörande för att simulera rutin stödjande vård. Standard klinisk behandling omfattar infusion av antibiotika som hjälper till att rensa den underliggande infektion och administration av vätskor och kärl, två behandlingar som används i septiska patienter för att upprätthålla blodtrycket. 5-7 Kärl tillgång, särskilt implantation av patent katetrar är särskilt viktigt när vi studerar prövnings terapier för sepsis.
Under många år var förmågan att administrera standard klinisk behandling till gnagare begränsas av tillgången på material med de nödvändiga egenskaperna för att konstruera implanterbara katetrar och förmåga infusions teknik för att leverera små volymer noggrant över tiden. Dessutom, förmågan att utlösa en infusion som svar på kontinuerlig övervakning av en specifik hemodynamisk åtgärd möjliggör en konsekvent och reproducerbar monterard behandlingsmodell vid användning större prov storlekar typiska för studier på gnagare. 8, 9 Dessa tekniska begränsningar i material och precision hårdvara har övervunnits, men att samtidigt ge rutin terapier under övervakning hemodynamiska parametrar, måste både arteriell och venös kärl tillgång finnas tillgängliga.
Videon detaljer den kirurgiska tekniken för implantering halspulsådern och gemensamma halsvenen katetrar i en bedövad råtta. Efter en 72 timmar återhämtningsperiod, djuren kommer åter bedövas och ansluten till ett tjuder och vridbar inställning fäst gnagare huset används för att ansluta de implanterade katetrar till hemodynamiska övervakningssystem. Under studien, kan systemet för en fluidinfusions baserad på antingen leverera en given volym vid en viss infusionshastighet eller ett automatiserat system som levererar en infusionshastighet beroende på det genomsnittliga arteriella trycket detekterat att upprätthålla en given tryckområde. Fluidinfusionssystemetanvänder programmerbar sprutpumpar som har gränssnitt till datainsamling systemets digitala utgångar och styrs av mjukvaran övervaka MAP. Den tjuder och vrid inställning möjliggör fri rörlighet för råttan under studien under övervakning tryck, infusion vätskor och kärl och utföra blodprovtagning utan att manipulera djuren. Samtidig övervakning av upp till 12 instrumente djur med 2 katetrar vardera (i vår inställning) med hårdvaran utbyggbart till övervakning 24 instrumente djur möjliggör en stor flexibilitet för att studera flera skiktade grupper i varje experiment.
Denna kateterisering förfarande kan vara till nytta för forskningsanläggningar som använder liknande gnagarmodeller kräver vaskulär åtkomst för övervakning, provtagning och behandling i upp till 11 dagar. Om forskningsanläggningen väger detta förfarande har erfarenhet av gnagare och en ordentlig stödstruktur för att upprätthålla dessa djur sedan developing dessa färdigheter kan ge en betydande kostnadsbesparing, minska den totala kostnaden per kateteriserad råtta från mer än $ 180 till mindre än $ 50 (inklusive naiv råtta, kateter komponenter och tekniska kostnader) och ökad schemaläggning flexibilitet (naiva råttor är lätt tillgängliga kontra företagets leveransschema av implanterade råttor). Framgången med detta förfarande är beroende av kompetensen hos individen utför kateterisering. Tränings djur som krävs för att bli skicklig i detta förfarande har varierat mellan 20 och 40 råttor med en resulterande kateter patency takt> 90%.
Undersöka terapeutiska strategier mot en klinisk modell av sjukdom nödvändiggör förmågan att korrekt utföra hemodynamiska övervakning, vilket kräver vaskulär åtkomst. I vår modell av sepsis, ger arteriell kateterisering systemövervakning tryck och venös kateterisering medger tillämpning av standarden klinisk terapi. Standardbehandling för sepsis inkluderar infusion av antibiotika för att behandla bakteriella infektioner och infusion av vätskor och kärlsammandragande medel för att upprätthålla arteriellt tryck inom det önskade intervallet. Båda katetrarna används för blodprovtagning. I denna design, tillämpningen av programmerbara infusionspumpar med automatisk utlösning av vasokonstriktion infusionshastighet baserad på realtids menar arteriella trycket är ett framsteg jämfört med den kliniska inställningen som kräver manuell titrering av den medicinska personalen och i pre-klinisk miljö gör användning av denna behandlingsform möjligt för att studera ett stort antal djur.
. e_content "> Vissa komplikationer upplevdes tidigt i utvecklingen av modellen Dessa inkluderade partiell ocklusion av både arteriella och venösa katetrar från över skärpning, slipsar på PU2 och PU3 komponenter (1-2%), felplacering av jugular venös kateter i en liten gren, (<1%), oförklarad plötslig död efter återvinning (ingen pulmonell trombos eller annan organskada uppenbar), (1-2%) lösas genom att hålla isofluran koncentration 2-3,5% med O2 flöde på 2 l / min . Andra vanliga kirurgiska komplikationer av blödning, lokal infektion och självförvållad skada observerades inte. När kirurgisk färdighet uppnås, varje förfarande ska kunna slutföras i högst 15 minuter. Hastigheten av framgång mätt som en frisk återhämtning och patentkatetrar, kan förväntas överstiga 90% en gång fullt utbildade. är ytterligare djur som ingår i varje studie för att minimera förlust av data och det totala antalet djur som behövs och står för en misslyckad kateter som kan vara "iEndast fusion "eller dödlighet på grund av komplikationer.Det mest kritiska steget i detta förfarande är utformning och placering av katetrar. Materialen måste vara mjuk vid spetsen för att inte tränga igenom kärlväggen utan krimpning alltför lätt. Kroppen av katetern måste vara styvare (än spetsen) för att kunna avancera in i kärlet tillräckligt och säkras på plats. Figur 1 visar de tre diametrar av slangar som är anslutna till den arteriella katetern och två slangar med olika diameter ansluten för venkatetrar. Dessa komponenter skjuts inuti varandra för att minska kateterdiameter vid spetsen och är hoplimmade med ankare sätts för att säkerställa placering av katetern i kärlet eller hjärtat bibehålls.
När återhämtat sig och är ansluten till den vridbara och tjuder bör MAP och CVP vågformer likna de data som representeras i figur 2. För att upprätthålla arteriell kateter patency under övervakning, bör utföras en gång i timmen heparin saltlösning flush (0,05 ml). Kontinuerlig infusion bibehåller venkatetern patency. Under linjeanslutning och spola, måste stor uppmärksamhet ägnas att försäkra att det inte finns några luftbubblor i ledningen. En luftbubbla av ≥0.1ml kan resultera i en blodpropp i lungan, hjärnan eller andra organ. Hemodynamiska vågformer registreras och analyseras under loppet av studien. När komprimera tiden i x-axeln, Figur 3 visar förändringarna i MAP och CVP under loppet av 1 timme samt förändringarna i takt och effekten av vasopressor infusion.
Förfarandet har flera potentiella begränsningar. I våra studier, katetrarna förblir patent i upp till 11 dagar. Det är okänt hur länge katetrar skulle förbli patent utöver denna period. För att passa katetrarna som beskrivs, det finns minst vaskulär storlek, vilket ungefär korrelerar med gnagare vikt, för att kräva djur inskrivna i denna studie vara större än200 g. Användningen av en mindre kateterdiameter skulle resultera i ökande motstånd att flöda reducerande patency. Att uppnå centralt ventryck åtgärder kräver noggrann kateterplacering i atriet är tillräcklig för att redogöra för storlek och tillväxt under studieperioden och kan vara en utmaning.
När behärskar, arteriell och vaskulär kateterisering kan ligga till grund för en mängd olika djurmodeller som kräver hemodynamiska övervakning, blodprovstagning, och infusion av vätskor eller terapier samtidigt minimera eventuella smärta och ångest under instrumentering eller hanterar en gång återhämtat sig. I själva verket, i samband med en tidigare JOVE publikation 10 beskriver kateterisering av höftbensvenen, vi har framgångsrikt utfört denna modell med 3 implanterade katetrar.
The authors have nothing to disclose.
Intramural NIH program supported the development of this model. Publication support was provided by Harvard Apparatus Inc. and ADInstruments Inc. The work by the authors was done as part of US government–funded research; however, the opinions expressed are not necessarily those of the National Institutes of Health.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
straight micro dissecting forceps | Roboz | RS-8102 | surgical instrument |
delicate straight hemostatic forceps | Roboz | RS-7114 | surgical instrument |
delicate curved hemostatic forceps | Miltex | 7-4 | surgical instrument |
serrefine curved, very delicate micro clamp | Roboz | RS-5471 | surgical instrument |
micro dissecting hook | Miltex | 19-220 | surgical instrument |
angled on edge micro dissecting spring scissor | Roboz | RS-5618 | surgical instrument |
light operating scissor | Roboz | RS-6750 | surgical instrument |
scalpel handle and blade (#10) | Cincinnati Surgical | RS-9843 | surgical instrument |
pack of 4-0 silk suture with curved needle | Ethicon | FS-2 | surgical instrument |
straight micro suturing needle holder | Roboz | RS-6410 | surgical instrument |
wound clip | Stoelting | 59027 | surgical instrument |
sterile gauze 2"x2" | Dynarex | 3362 | consumable |
gauze 4"x4" | Covidien | 2556 | consumable |
Anesthesia vaporizer | Surgivet | V703001 | equipment |
lucite box | Custom | equipment | |
isoflurane | Baxter | equipment | |
downdraft Table | Airscience | equipment | |
table top surgical platform | Custom | equipment | |
arterial Catheter | Custom | consumable | |
venous Catheter | Custom | consumable | |
Data Acquisition System | ADInstruments | Powerlab 16/30 | equipment |
Data Analysis software | ADInstruments | LabChart v7.3 | equipment |
Programmable infusion pumps | Harvard Apparatus | PHD Ultra | equipment |