This article describes a rat model of electrically-induced ventricular fibrillation and resuscitation by chest compression, ventilation, and delivery of electrical shocks that simulates an episode of sudden cardiac arrest and conventional cardiopulmonary resuscitation. The model enables gathering insights on the pathophysiology of cardiac arrest and exploration of new resuscitation strategies.
A rat model of electrically-induced ventricular fibrillation followed by cardiac resuscitation using a closed chest technique that incorporates the basic components of cardiopulmonary resuscitation in humans is herein described. The model was developed in 1988 and has been used in approximately 70 peer-reviewed publications examining a myriad of resuscitation aspects including its physiology and pathophysiology, determinants of resuscitability, pharmacologic interventions, and even the effects of cell therapies. The model featured in this presentation includes: (1) vascular catheterization to measure aortic and right atrial pressures, to measure cardiac output by thermodilution, and to electrically induce ventricular fibrillation; and (2) tracheal intubation for positive pressure ventilation with oxygen enriched gas and assessment of the end-tidal CO2. A typical sequence of intervention entails: (1) electrical induction of ventricular fibrillation, (2) chest compression using a mechanical piston device concomitantly with positive pressure ventilation delivering oxygen-enriched gas, (3) electrical shocks to terminate ventricular fibrillation and reestablish cardiac activity, (4) assessment of post-resuscitation hemodynamic and metabolic function, and (5) assessment of survival and recovery of organ function. A robust inventory of measurements is available that includes – but is not limited to – hemodynamic, metabolic, and tissue measurements. The model has been highly effective in developing new resuscitation concepts and examining novel therapeutic interventions before their testing in larger and translationally more relevant animal models of cardiac arrest and resuscitation.
Nær 360.000 personer i USA en og mange flere verden over to lider en episode av plutselig hjertestans hvert år. Forsøk på å gjenopprette livet krever ikke bare at hjerteaktivitet gjenopprettes, men det skader på vitale organer forebygges, minimert, eller reversert. Nåværende hjerte-lungeredning teknikker gi en innledende gjenoppliving hastighet på ca 30%; derimot, er overlevelsen til sykehuset bare 5% 1. Hjerteinfarkt dysfunksjon, nevrologisk dysfunksjon, systemisk inflammasjon, interkurrente sykdommer, eller en kombinasjon av disse forekommer post-lungeredning konto for den store andelen av pasienter som dør på tross av innledende retur av sirkulasjon. Dermed er større forståelse av de underliggende patofysiologi og romanen gjennoppliving tilnærminger sterkt behov for å øke frekvensen av initial gjenoppliving og påfølgende overlevelse med intakt organfunksjon.
Dyr models av hjertestans spille en avgjørende rolle i utviklingen av nye gjennoppliving terapi ved å gi innsikt i patofysiologien av hjertestans og lungeredning og tilbyr praktisk måte å conceptualize og teste nye intervensjoner før de kan bli testet på mennesker tre. Rottemodell for lukket kiste hjerte-lungeredning (HLR) er beskrevet her har spilt en viktig rolle. Modellen ble utviklet i 1988 av Irene von Planta – en stipendiat på den tiden – og hennes samarbeidspartnere 4 i laboratoriet av avdøde professor Max Harry Weil MD, Ph.D. ved University of Health Sciences (omdøpt Rosalind Franklin medisinske og vitenskapelige universitet i 2004), og har vært mye brukt innen gjenoppliving hovedsakelig av stipendiater av professor Weil og sine traineer.
Modellen simulerer en episode av plutselig hjertestans med gjenoppliving forsøkt av konvensjonelle HLR teknikker og dermed inkluderer Induction av ventrikkelflimmer (VF) ved å levere en elektrisk strøm til høyre ventrikkel endocardium og formidling av lukket kiste HLR av en pneumatisk drevet stempel enhet mens samtidig levere overtrykksventilasjon med oksygenberiket gass. Oppsigelse av VF oppnås ved transtorakal leveranser av elektriske støt. Rottemodellen treffer en balanse mellom modeller utviklet i store dyr (for eksempel svin) og modeller utviklet i mindre dyr (for eksempel mus) slik utforskning av nye forsknings konsepter i et godt standardisert, reproduserbar, og effektiv måte med tilgang til en robust beholdning av relevante målinger. Modellen er spesielt nyttig i tidlige stadier av forskning for å oppdage nye konsepter og undersøke effekten av confounders før gjennomføring av undersøkelser i større dyremodeller som er mer kostbart, men av større translasjonell innvirkning.
En Medline søk etter alle fagfellevurderte artikler rapportering somimilar rottemodell har VF som mekanismen av hjertestans og noen form for lukket kiste lungeredning avdekket totalt 69 flere originale studier ved hjelp av modellen siden det først ble utgitt i 1988 fire. De forskningsområder omfatter patofysiologiske aspekter ved gjenoppliving 5-17, faktorer som påvirker utfall 18-30, rollen av farmakologiske intervensjoner undersøke karkontraherende agenter 31-43, buffermidler 44, inotrope midler 45, agenter rettet mot hjerteinfarkt eller cerebral beskyttelse 46-70, og også effekten av mesenchymale stamceller 71-73.
Modellen og protokoll beskrevet i denne artikkelen blir nå brukt på Resuscitation Institute. Likevel, det er flere muligheter til å "tilpasse" modellen basert på egenskapene som er tilgjengelige for individuelle etterforskere og målene fra studiene.
Kritiske trinn i protokollen
Det er kritiske trinnene i protokollen. Når mestret, fortsette forberedelsene og protokoll som konsist beskrevet nedenfor. Den kirurgiske preparatet er meget flink, fremme katetre raskt gjennom små snitt utløser minimal eller ingen fartøy krampe og plassering av kateterspissen som forutsatt, fulgt av vellykket intubasjonsforhold etter en enkelt eller noen få forsøk (s); Således fullfører fremstillingen i ≈ 90 minutter fra den innledende dose pe…
The authors have nothing to disclose.
The authors would like to acknowledge Dr. Wanchun Tang MD, MCCM, FCCP, FAHA and Jena Cahoon of the Weil Institute of Critical Care Medicine in Rancho Mirage, CA. for their contributions to the resuscitation protocol outline and for having helped train the rodent surgeon (LL). The preparation of this article was in part supported by a gift in memory of US Navy Retired SKC Robert W. Ply by Ms. Monica Ply for research in heart disease and Parkinson’s disease and by a discretionary fund from the Department of Medicine at Rosalind Franklin University of Medicine and Science.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
Sodium pentobarbital | Sigma Aldrich | P3761 | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/p3761?lang=en®ion=US |
Rectal thermistor | BIOPAC Systems, INC | TSD202A | http://www.biopac.com/fast-response-thermistor |
Needle electrode biopolar concentric 25 mm TP | BIOPAC Systems, INC | EL451 | http://www.biopac.com/needle-electrode-concentric-25mm |
PE25 polyethylene tubing | Solomon Scientific | BPE-T25 | http://www.solsci.com/products/polyethylene-pe-tubing |
26GA female luer stub adapter | Access Technologies | LSA-26 | http://www.norfolkaccess.com/needles.html |
Stopcocks with luer connections; 3-way; male lock, non-sterile | Cole-Parmer | UX-30600-02 | http://www.coleparmer.com/Product/Large_bore_3_way _male_lock_stopcocks _10_pack_Non_sterile/EW-30600-23 |
TruWave disposable pressure transducer | Edwards Lifesciences | PX600I | http://www.edwards.com/products/pressuremonitoring/Pages/truwavemodels.aspx?truwave=1 |
Type-T thermocouple | Physitemp Instruments | IT-18 | http://www.physitemp.com/products/probesandwire/flexprobes.html |
Central venous pediatric catheter | Cook Medical | C-PUM-301J | https://www.cookmedical.com/product/-/catalog/display?ds=cc_pum1lp_webds |
Abbocath-T subclavian I.V. catheter (14g x 5 1/2") | Hospira | 453527 | http://www.hospira.com/products_and_services/iv_sets/045350427 |
Novametrix Medical Systems, Infrared CO2 monitor | Soma Technology, Inc. | 7100 CO2SMO | http://www.somatechnology.com/MedicalProducts/novametrix_respironics_co2smo_ 7100.asp |
Harvard Model 683 small animal ventilator | Harvard Apparatus | 555282 | http://www.harvardapparatus.com/webapp/wcs/stores/servlet/haisku2_10001_11051_44453_-1_ HAI_ProductDetail_N_37322_37323 |
Double-flexible tipped wire guides | Cook Medical | C-DOC-15-40-0-2 | https://www.cookmedical.com/product/-/catalog/display?ds=cc_doc_webds |
High accuracy AC LVDT displacement sensor | Omega Engineering | LD320-25 | http://www.omega.com/pptst/LD320.html |
HeartStart XL defibrillator/monitor | Phillips Medical Systems | M4735A | http://www.healthcare.philips.com/main/products/resuscitation/products/xl/ |
Graefe micro dissection forceps 4 inches | Roboz | RS-5135 | http://shopping.roboz.com/Surgical-Instrument-Online-Shopping?search=RS-5135 |
Graefe micro dissection forceps 4 inches with teeth | Roboz | RS-5157 | http://shopping.roboz.com/Surgical-Instrument-Online-Shopping?search=RS-5157 |
Extra fine micro dissection scissors 4 inches | Roboz | RS-5882 | http://shopping.roboz.com/micro-scissors-micro-forceps-groups/micro-dissecting-scissors/Micro-Dissecting-Scissors-4-Straight-Sharp-Sharp |
Heiss tissue retractor | Fine Science Tools | 17011-10 | http://www.finescience.com/Special-Pages/Products.aspx?ProductId=321&CategoryId=134& lang=en-US |
Crile curve tip hemostats | Fine Science Tools | 13005-14 | http://www.finescience.com/Special-Pages/Products.aspx?ProductId=372 |
Visistat skin stapler | Teleflex Incorporated | 528135 | http://www.teleflexsurgicalcatalog.com/weck/products/9936 |
Braided silk suture, 3-0 | Harvard Apparatus | 517706 | http://www.harvardapparatus.com/webapp/wcs/stores/servlet/haisku2_10001_11051_43051_-1_ HAI_ProductDetail_N_37916_37936 |
Betadine solution | Butler Schein | 3660 | https://www.henryscheinvet.com/ |
Sterile saline, 250 ml bags | Fisher | 50-700-069 | http://www.fishersci.com/ecomm/servlet/itemdetail?catnum=50700069&storeId=10652 |
Heparin sodium injection, USP | Fresenius Kabi | 504201 | http://fkusa-products-catalog.com/files/assets/basic-html/page25.html |
Loxicom (meloxicam) | Butler Schein | 045-321 | https://www.henryscheinvet.com/ |
Thermodilution cardiac output computer for small animals | N/A | N/A | Custom-developed at the Resuscitation Institute using National Instruments hardware and LabVIEW software |
Analog-to-digital data acquisition and analysis system | N/A | N/A | Custom-developed at the Resuscitation Institute using National Instruments hardware and LabVIEW software |
Pneumatically-driven and electronically controlled piston device for chest compression in small animals | N/A | N/A | Custom-developed at the Weil Institute of Critical Care Medicine |
60 Hz alternating current generator | N/A | N/A | Custom-developed at the Weil Institute of Critical Care Medicine |