Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a disease of pulmonary arterioles that leads to their obliteration and the development of right ventricular failure. Rodent models of PAH are critical in understanding the pathophysiology of PAH. Here we demonstrate hemodynamic characterization, with right heart catheterization and echocardiography, in the mouse and rat.
Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a rare disease of the pulmonary vasculature characterized by endothelial cell apoptosis, smooth muscle proliferation and obliteration of pulmonary arterioles. This in turn results in right ventricular (RV) failure, with significant morbidity and mortality. Rodent models of PAH, in the mouse and the rat, are important for understanding the pathophysiology underlying this rare disease. Notably, different models of PAH may be associated with different degrees of pulmonary hypertension, RV hypertrophy and RV failure. Therefore, a complete hemodynamic characterization of mice and rats with PAH is critical in determining the effects of drugs or genetic modifications on the disease.
Here we demonstrate standard procedures for assessment of right ventricular function and hemodynamics in both rat and mouse PAH models. Echocardiography is useful in determining RV function in rats, although obtaining standard views of the right ventricle is challenging in the awake mouse. Access for right heart catheterization is obtained by the internal jugular vein in closed-chest mice and rats. Pressures can be measured using polyethylene tubing with a fluid pressure transducer or a miniature micromanometer pressure catheter. Pressure-volume loop analysis can be performed in the open chest. After obtaining hemodynamics, the rodent is euthanized. The heart can be dissected to separate the RV free wall from the left ventricle (LV) and septum, allowing an assessment of RV hypertrophy using the Fulton index (RV/(LV+S)). Then samples can be harvested from the heart, lungs and other tissues as needed.
पल्मोनरी धमनी उच्च रक्तचाप (PAH) फेफड़े के भड़काऊ सेल घुसपैठ, चिकनी मांसपेशियों प्रसार और endothelial सेल apoptosis के साथ जुड़े वाहिका की एक बीमारी है। इन परिवर्तनों को फेफड़े धमनियों की विस्मृति में परिणाम, बाद में सही निलय (आर वी) रोग और दिल की विफलता के लिए अग्रणी। आदेश pathophysiology पीएएच में पीएएच और आर.वी. विफलता अंतर्निहित समझने के लिए, आनुवंशिक और pharmacologic मॉडल सहित विभिन्न मॉडल, इस रोग के अध्ययन के लिए, की एक संख्या विकसित किया गया है (कहीं समीक्षा 1,2)।
इन मॉडलों की, सबसे लोकप्रिय हाइपोक्सिया प्रेरित (HX) चूहे में माउस में पीएएच और monocrotaline (एमसीटी) और SU5416-हाइपोक्सिया (SuHx) मॉडल हैं। माउस Hx मॉडल में, चूहों औसत दर्जे का प्रसार के एवज में विकास के साथ हाइपोक्सिया के 4 हफ्तों के लिए सामने आ रहे हैं, (या तो normobaric या HYPOBARIC 0.10 की एक FiO2 साथ 18,000 फीट की ऊंचाई को इसी), आर.वी. syst वृद्धि हुईOlic दबावों और आर.वी. अतिवृद्धि 3 का विकास। एक अस्पष्ट तंत्र है कि तब पीएएच 4 के विकास में परिणामों के माध्यम से फेफड़े endothelial कोशिकाओं को चोट में 60 मिलीग्राम / किग्रा परिणाम एक खुराक में एमसीटी। SU5416 एक संवहनी endothelial वृद्धि कारक रिसेप्टर्स (VEGFR) 1 और 2 अवरोधक के एक अवरोध, और के लिए समान वैकृत परिवर्तन के साथ स्थायी फेफड़े के उच्च रक्तचाप में 3 सप्ताह के परिणाम पुरानी हाइपोक्सिया के लिए जोखिम के द्वारा पीछा 60 मिलीग्राम / किग्रा का एक भी चमड़े के नीचे इंजेक्शन के साथ इलाज है कि obliterative संवहनी घावों 5 के गठन के साथ, मानव रोग में देखा है। पिछले वर्षों में, फेफड़े के उच्च रक्तचाप के लिए कई ट्रांसजेनिक माउस मॉडल विकसित किया गया है। ये, के रूप में BMPR2 जीन म्यूटेशन पीएएच के दोनों पारिवारिक और अज्ञातहेतुक रूपों में पाया जाता है, हीम oxygenase-1 पीटा और आईएल -6 overexpression (कहीं 1,2 समीक्षा) पीटा और हड्डी morphogenetic प्रोटीन रिसेप्टर 2 (BMPR2) का म्यूटेशन शामिल हैं।
पीएच के इन विभिन्न कृंतक मॉडल फेफड़े के उच्च रक्तचाप, आर.वी. अतिवृद्धि और आर.वी. विफलता के विभिन्न स्तरों है। जबकि हाइपोक्सिया और विभिन्न ट्रांसजेनिक माउस मॉडल या तो चूहे मॉडल 1 से बहुत मामूली पीएएच में परिणाम है, यह अलग आनुवंशिक परिवर्तन और उनके संबद्ध आणविक संकेत दे रास्ते के परीक्षण की अनुमति है। एमसीटी मॉडल गंभीर पीएएच में परिणाम होता है, हालांकि एमसीटी कई ऊतकों 4 में endothelial कोशिकाओं को विषाक्त हो गया लगता है। SuHx मॉडल नाड़ी की विशेषता है और अधिक मानव में अज्ञातहेतुक पीएएच में देखा है कि इसी तरह बदलता है, दोनों pharmacologic हेरफेर और हाइपोक्सिया जोखिम की आवश्यकता है, हालांकि। इसके अलावा, इन मॉडलों के सभी में, वहाँ histopathologic परिवर्तन, फेफड़े के दबावों और आर.वी. समारोह पीएएच के विकास से जुड़े जो वियोग हो सकता है। यह मानव रोग, जहां आमतौर पर histopathologic परिवर्तन के बीच आनुपातिक रिश्ता है, pulmon की गंभीरता है के विपरीत हैआरे उच्च रक्तचाप और आर.वी. विफलता की डिग्री। इस प्रकार, पीएच के इन कृंतक मॉडल की एक व्यापक लक्षण वर्णन आवश्यक है, और आर.वी. समारोह (आमतौर पर इकोकार्डियोग्राफी द्वारा) का आकलन, hemodynamics (कार्डियक कैथीटेराइजेशन द्वारा) और दिल के ऊतकविकृतिविज्ञानी और (ऊतक कटाई से) फेफड़ों शामिल है।
इस प्रोटोकॉल में, हम चूहे और माउस में पीएएच मॉडल के रक्तसंचारप्रकरण लक्षण वर्णन के लिए इस्तेमाल बुनियादी तकनीकों का वर्णन है। ये सामान्य तकनीक सही वेंट्रिकल और फेफड़े के वाहिका के किसी भी अध्ययन के लिए लागू किया जा सकता है और पीएएच के मॉडल तक सीमित नहीं है। इकोकार्डियोग्राफी द्वारा आर.वी. Visualizing चूहों में अपेक्षाकृत सरल है, लेकिन उनके आकार और आर.वी. के जटिल ज्यामिति के कारण चूहों में अधिक चुनौतीपूर्ण है। इसके अलावा, इस तरह के रूप में TAPSE बढ़ाता आर.वी. समारोह के लिए इस्तेमाल कुछ surrogates, फेफड़े के धमनी (पीए) त्वरण समय और पीए डॉपलर तरंग निशाना साधना, अच्छी तरह से मानव में मान्य नहीं हैं और पु के आकलन के साथ ही कमजोर सहसंबंधीlmonary उच्च रक्तचाप और आक्रामक hemodynamics द्वारा आर.वी. समारोह। आर.वी. hemodynamics का निर्धारण सबसे अच्छा, प्रेरणा के साथ एक नकारात्मक इन्त्रथोरासिक दबाव के प्रभाव को बनाए रखने के लिए, एक बंद छाती के साथ किया जाता है, हालांकि एक प्रतिबाधा कैथेटर के साथ खुले सीने कैथीटेराइजेशन दबाव मात्रा (पीवी) के निर्धारण की अनुमति देता छोरों और एक अधिक विस्तृत रक्तसंचारप्रकरण लक्षण वर्णन । किसी भी प्रक्रिया के साथ के रूप में, प्रक्रियाओं के साथ अनुभव के विकास प्रायोगिक सफलता के लिए महत्वपूर्ण है।
The protocols outlined here describe a comprehensive characterization of hemodynamics and right ventricular function in rodent models of pulmonary hypertension. While right heart catheterization as described here is a terminal procedure, the mortality associated with echocardiography is minimal, which allows for screening and follow-up of disease progression. However, similar to patients with PH having markedly increased mortality with anesthesia17, in our experience, rats with severe PH do not tolerate anesth…
The authors have nothing to disclose.
SR is supported by NIH K08HL114643, Gilead Research Scholars in Pulmonary Arterial Hypertension and a Burroughs Wellcome Fund Career Award for Medical Scientists.
Vevo 2100 Imaging System (120V) | VisualSonics, inc. | VS-11945 | |
Vevo 2100 Imaging Station | VisualSonics, inc. | ||
High-frequency Mechanical Transducers | VisualSonics, inc. | MS250, MS550D, MS400 | |
Ultrasound Gel Parker | Laboratories Inc. | 01-08 | |
PowerLab 4/35 | ADInstruments | ML765 | |
Labchart 8 | ADInstruments | ||
BP transducer with stopcock and cable | ADInstruments | MLT1199 | |
BP transducer calibration kit | ADInstruments | MLA1052 | |
Mikro-Tip Pressure Catheter for mouse | Millar | SPR-1000 | Alternative catheter available from Scisense FT111B (mouse) and FT211B (rat) |
Mikro-Tip Pressure Catheter for rat | Millar | SPR-513 | Alternative catheter available from Scisense FT111B (mouse) and FT211B (rat) |
Millar Mikro-Tip ultra-miniature PV loop catheter for mice | Millar | PVR-1035 | Alternative catheter available from Scisense FT112 (mouse) |
Millar Mikro-Tip ultra miniature PV loop catheter for rats | Millar | SPR-869 | Alternative catheter available from Scisense FT112 (mouse) |
Millar PV system MPVS-300 | Millar | MPVS-300 | |
4-0 Silk Black Braid 100 Yard Spool | Roboz Surgical | SUT-15-2 | |
6-0 Silk Black Braid 100 Yard Spool | Roboz Surgical | SUT-14-1 | |
Iris Scissors, Delicate, Integra Miltex | VWR | 21909-248 | |
VWR Dissecting Scissors, Sharp/Blunt Tip | VWR | 82027-588 | |
VWR Delicate Scissors, 4 1/2" | VWR | 82027-582 | |
Two star Hemostats, Excelta | VWR | 63042-090 | |
Neutral-buffered formalin | VWR | 89370-094 | |
Crotaline | Sigma | C2401 | |
SU5416 | Tocris Biosciences | 3037 | |
3.5X-45X Boom Stand Trinocular Zoom Stereo Microscope | AmScope | SM-3BX | |
PE (Polyethylene Tubing)-10 | Braintree Scientific Inc | PE10 36 FT | |
PE (Polyethylene Tubing)-50 | Braintree Scientific Inc | PE50 36 FT | |
PE (Polyethylene Tubing)-60 | Braintree Scientific Inc | PE60 36 FT | |
Tabletop Isoflurane Anesthesia Unit | Kent Scientific | ACV-1205S | |
Surgisuite multi-functional surgical platform | Kent Scientific | Surgisuite | |
Retractor set | Kent Scientific | SURGI-5002 | |
Anesthesia induction chamber | VetEquip | 941443 | |
Anesthesia Gas filter canister | Kent Scientific | ACV-2001 | |
Rodent nose cone | VetEquip | 921431 |