تحسين نموذج القوارض من نقص تروية عضلة القلب وإصابة التروية
Summary
تم تحسين نموذج نقص تروية عضلة القلب لقلب الفئران باستخدام متراجع ذاتي الصنع ، وأنبوب كلوريد البولي فينيل ، وطريقة عقد فريدة من نوعها. أظهر مخطط كهربية القلب وكلوريد ثلاثي فينيل تترازوليوم والتلطيخ النسيجي ونتائج تحليل البقاء على قيد الحياة في المئة أن مجموعة النماذج المحسنة لديها معدلات نجاح وبقاء أعلى من مجموعة النماذج الموجودة بالفعل.
Abstract
يسبب نقص تروية عضلة القلب وإصابة التروية (MIRI) ، الناجمة عن أمراض القلب التاجية (CHD) ، تلفا في الخلايا العضلية القلبية. علاوة على ذلك ، تشير الأدلة إلى أن العلاج بالتخثر أو التدخل التاجي الأولي عن طريق الجلد (PPCI) لا يمنع إصابة التروية. لا يوجد حتى الآن نموذج حيواني مثالي ل MIRI. تهدف هذه الدراسة إلى تحسين نموذج MIRI في الفئران لجعل الجراحة أسهل وأكثر جدوى. تم تطوير طريقة فريدة لإنشاء MIRI باستخدام أنبوب ناعم خلال خطوة رئيسية من فترة نقص التروية. لاستكشاف هذه الطريقة ، تم تقسيم ثلاثين فأرا عشوائيا إلى ثلاث مجموعات: مجموعة صورية (n = 10) ؛ مجموعة النماذج التجريبية (n = 10) ؛ ومجموعة النماذج الحالية (n = 10). تتم مقارنة نتائج تلطيخ كلوريد ثلاثي فينيل تيترازوليوم ، وتخطيط القلب الكهربائي ، والنسبة المئوية للبقاء على قيد الحياة لتحديد دقة ومعدلات البقاء على قيد الحياة للعمليات. استنادا إلى نتائج الدراسة ، تم التوصل إلى أن طريقة الجراحة المحسنة ترتبط بمعدل بقاء أعلى ، وشريحة ST-T مرتفعة ، وحجم احتشاء أكبر ، والذي من المتوقع أن يحاكي أمراض MIRI بشكل أفضل.
Introduction
مرض القلب الإقفاري هو السبب الرئيسي للوفيات في جميع أنحاء العالم. وفيات القلب والأوعية الدموية لها دور حاسم في الصحة العامة وعلم الأوبئة على الصعيد العالمي1. يلعب نقص تروية عضلة القلب وإصابة التروية وظائف أساسية في مرض نقص تروية القلب ، والذي يشير إلى عملية فسيولوجية مرضية معقدة تشمل استنفاد الأدينوسين ثلاثي الفوسفات2 ، والتوليد المفرط لأنواع الأكسجين التفاعلية3 ، والتفاعلات الالتهابية4 ، وخلل الميتوكوندريا بسبب الحمل الزائد للكالسيوم5 ، مما يؤدي إلى احتشاء عضلة القلب الحاد عن طريق الخلل الأيضي والضرر الهيكلي6.
ومع ذلك، لا تزال الآليات التفصيلية الكامنة وراء نقص تروية عضلة القلب وإصابة التروية (MIRI) غير معروفة. يهدف هذا العمل إلى تطوير نموذج حيواني فريد يحاكي بشكل كاف العرض السريري وعلاج MIRI. خلاف ذلك ، في عملية بحث نموذج MIRI ، تتطلب الحيوانات الكبيرة7 (مثل الخنازير) جراحة تدخلية ، وهي مكلفة. تتطلب الحيوانات الصغيرة (مثل الأرانب 8 والفئران 9،10،11،12 والجرذان13) جراحة دقيقة تحت الفحص المجهري 10 ، أو أكياس يتم التحكم فيها عن بعد 8،11 ، أو الضغط على القلب خارج التجويف9 ، الأمر الذي يتطلب مستوى عال من التكنولوجيا وقد يسبب العديد من مضاعفات ما بعد الجراحة التي تزعج دقة النتائج. سيلعب نموذج MIRI المثالي بمعدل بقاء أعلى وتكلفة أقل دورا حاسما في الأبحاث المرضية.
هدفت هذه الدراسة إلى مكافحة هذه القضايا من خلال إنشاء نموذج أكثر سهولة وجدوى من MIRI في الفئران لتسهيل البحث في علم أمراض MIRI ، مما قد يؤدي إلى اكتشاف العلاجات السريرية ل MIRI.
Protocol
Representative Results
Discussion
كان الفرق الرئيسي بين الطرق الموجودة بالفعل والمحسنة هو استخدام أنابيب PVC في عملية الربط. في طريقة الجراحة الحالية ، تم ربط أنسجة عضلة القلب باستخدام خياطة الحرير 6-0 فقط ، مما تسبب في تلف عضلة القلب أثناء الربط مما أدى إلى الوفاة أثناء الجراحة. علاوة على ذلك ، فإن نبض القلب من شأنه أن يخفف من العقدة. في المقابل ، في الطريقة المحسنة مع أنبوب PVC ، يمكن تشديد الانزلاق الموضوعة في أخدود الأنبوب ، وزيادة مساحة عضلة القلب المتأثرة بالربط. لوحظت هذه الفوائد أثناء الإجراء التجريبي وأكدتها نتائج تلطيخ TTC والنسبة المئوية للبقاء على قيد الحياة.
كانت الخطوة الحاسمة لطريقة الجراحة المحسنة هي وضع الأنبوب الناعم على الشريان التاجي LAD القريب ، مصحوبا بالأعصاب والأوعية اللمفاوية وأنسجة عضلة القلب أثناء الربط في فترة نقص التروية. يمكن أن يكون هذا الأنبوب الناعم المعد مسبقا بمثابة وسادة تحمي الأنسجة الطرفية (الأعصاب وعضلة القلب والأوعية اللمفاوية) وتقلل من الوفيات أثناء ربط الشريان التاجي. كانت الجراحة التي أجرتها الطريقة الموجودة بالفعل مشابهة لجراحة احتشاء عضلة القلب. أشارت نتائج البقاء على قيد الحياة في المئة إلى أن الفئران في المجموعة النموذجية الحالية ماتت بشكل رئيسي خلال فترة نقص التروية (توفي اثنان من الفئران في 2 دقيقة بعد الربط ، وتوفي اثنان من الفئران في 45 دقيقة بعد الربط). خلاف ذلك ، لا تزال الأسباب الكامنة وراء الوفاة غير واضحة ، وهناك سلسلة من الفرضيات ، بما في ذلك الأضرار الإضافية للهياكل العصبية23 ، والأوعية اللمفاوية ، وعضلة القلب.
فيما يتعلق بالضرر العصبي ، أشارت الدراسات السابقة إلى أنه خلال فترة نقص تروية النموذج الحيواني ، إلى جانب الآثار المحلية المباشرة لنقص التروية على الهياكل العصبية ، ربما يكون هناك أيضا انخفاض كبير في مستويات neuropeptide Y (NPY) التي تسهم في اضطرابات في النقل الأكسوبلامي في التعصيب الودي24. تتفق هذه النتيجة مع النتائج التي أبلغ عنها Han et al.25 ، الذي كشف عن حدوث اختفاء تدريجي ل NPY داخل عضلة القلب المحتقنة بعد ربط الشريان التاجي LAD في الفئران. ومع ذلك، لا يزال دور NPY في هذا السياق غير واضح. يؤدي حذفه إلى تخفيف الخلل الوظيفي في القلب وموت الخلايا المبرمج أثناء احتشاء عضلة القلب الحاد26 ، ويرتبط بعدم انتظام ضربات القلب 27 ، وارتفاع ضغط الدم ، ووظيفة الأوعية الدموية الدقيقة التاجية28.
علاوة على ذلك ، حدث انسداد ضار في التدفق اللمفاوي القلبي خلال فترة نقص تروية القلب ، مما أدى إلى وذمة قلبية حادة ، وخلل وظيفي في اليسار ، ونزيف29 ، والذي قد يكون سببا آخر للوفاة في الفئران. خلال هذه العملية المرضية ، يمكن أن يعزى رباط الشريان التاجي LAD إلى انسداد الشرايين التاجية أو النقل اللمفاوي القلبي داخل منطقة الاحتشاء ، والتي يمكن أن تسبب مضاعفات إضافية ، مثل إعادة التشكيل السلبي للليمفاوية المجمعة للقلب ، وانخفاض التدفق اللمفاوي ، والوذمة المستمرة30.
لذلك ، تلعب الدورة الدموية في الأوعية اللمفاوية دورا وظيفيا في التوازن القلبي31 والتئام الجروح32 ، وتشير نتائج البقاء على قيد الحياة في هذه الدراسة إلى أن الإجراء الجراحي المحسن MIRI قد يتجنب التلف اللمفاوي ويعزز التروية اللمفاوية عن طريق وضع الأنبوب الناعم على الشريان التاجي LAD أثناء الرباط. في المقابل ، من المرجح أن تمزق طريقة الجراحة الحالية عضلة القلب وتسبب نزيفا هائلا أثناء ربط الشريان التاجي LAD ، دون تأثير توسيد الأنبوب الناعم. بالإضافة إلى ذلك ، كان قطر الأنبوب الناعم المعد مسبقا أكبر بكثير من خياطة الحرير 6-0 ، وربما يكون الأنبوب قد تقلص وتسبب في حجم احتشاء أكبر عندما تم ربط العقدة بالأنبوب خلال فترة نقص التروية.
كان لهذه الدراسة بعض القيود. تم تحليل حجم احتشاء القلب في التجربة الأولية. تم حساب صيغة الاستبدال (N = 7.75) باستخدام معادلة33 تم الإبلاغ عنها سابقا. وبالنظر إلى احتمال وفاة الفئران أثناء العملية، تم رفع N بنسبة 25٪. وبالتالي ، تم تحديد n = 10 (عشرة فئران لكل مجموعة). خلاف ذلك ، فإن الطريقة الموجودة بالفعل لإنشاء نموذج MIRI لديها معدل وفيات مرتفع. لذلك ، أثرت حالات قليلة (انخفاض حجم العينة) في مجموعة النموذج التجريبي على النتائج الإحصائية. كانت العديد من التقييمات ، بما في ذلك تخطيط صدى القلب30 ، و Evans Blue staining 34 ، وقياس إنزيم عضلة القلب35 ، ضرورية لتقييم وظائف القلب وتحليلها. ونظرا لانخفاض حجم عينة هذا العمل، لم تجر هذه التقييمات وسيتم وصفها في دراسة مستقبلية للبحوث الدوائية الدينامية في معهد ميري. ومع ذلك ، بالنظر إلى أن الإجراء الجراحي الحالي لإنشاء نموذج MIRI يرتبط بتلف عضلة القلب على نطاق واسع ، فمن المفيد الإبلاغ عن هذه الطريقة الحالية لتحسين نمذجة MIRI في الفئران وتسليط الضوء على هذا النموذج قبل السريري الذي يحاكي بشكل صحيح مرض نقص تروية القلب.
في الختام ، كان لطريقة الجراحة المحسنة لتوليد نموذج MIRI معدل بقاء أعلى ، وشريحة ST-T مرتفعة ، وحجم احتشاء أكبر من طريقة توليد نموذج MIRI الحالية ، مما يشير إلى أن النموذج المحسن يحاكي بشكل أفضل علم أمراض MIRI.
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا العمل من قبل إدارة الطب الصيني التقليدي [SLJ0204] ، ومستشفى مقاطعة جيانغسو للطب الصيني (Y21017) ، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين [81973763 ، 81973824 ، 82004239].
Materials
| 10% Neutral Formalin | Chunyu, China | _ | |
| 2,3,5-Triphenyl-2H-Tetrazolium Chloride | Solarbio, China | T8107 | |
| 75% Alchol | SCR, China | 10009261 | |
| Artery Clip | Zhonglin Dongsheng, China | 6.5cm | |
| Camera | Olympus Corporation, Japan | EPL5 | |
| Cotton ball | Huachen, China | _ | |
| Dpilatory cream | Veet, China | _ | |
| Eye speculum | Shanghai Jingzhong, China | _ | |
| Gauze | Zhonggan, China | _ | |
| GraphPad | GraphPad Software, USA | 8.0 | |
| H&E Kit | Solarbio, China | G1120 | |
| High-pressure steam sterilizer | TOMY, Japan | SX-500 | |
| ImageJ | NIH, USA | _ | |
| Masson Kit | Solarbio, China | G1340 | |
| Medical Tape | Mr.Song, China | _ | |
| Microscope | Olympus Corporation, Japan | CKX31 | |
| Microscopy | TEKSQRAY, China | _ | |
| Microtome | Leica, Germany | RM2235 | |
| Microtome Blade | Leica, Germany | 819 | |
| Needle holder | Shanghai Jingzhong, China | _ | |
| Ophthalmic scissors | Shanghai Jingzhong, China | _ | |
| Ophthalmic tweezers | Shanghai Jingzhong, China | _ | |
| Paper clip | Chenguang, China | ABS91613 | |
| Physiological saline solution | Kelun, China | _ | |
| Powerlab ECG | ADINSTRUMENTS ,China | 4/35 | |
| PVC tube | Guanzhijia, China | _ | |
| Small animal ventilator | TECHMAN, China | HX-101E | |
| Sodium Pentobarbital | SIGEMA, USA | 1030001 | |
| Suction trocar | TECHMAN, China | HX-101E | |
| Suture line | Lingqiao, China | 4-0 | |
| Suture needle with thread | Shanghai Pudong Jinhua Medical Products Co LTD, China | 6-0 |
References
- Mozaffarian, D., et al. Heart disease and stroke statistics-2016 update: a report from the American heart association. Circulation. 133 (4), 38 (2016).
- Allen, D. G., Orchard, C. H. Myocardial contractile function during ischemia and hypoxia. Circulation Research. 60 (2), 153-168 (1987).
- Ashraf, M. I., et al. A p38MAPK/MK2 signaling pathway leading to redox stress, cell death and ischemia/reperfusion injury. Cell Communication and Signaling. 12, 6 (2014).
- Hernandez-Resendiz, S., et al. The role of redox dysregulation in the inflammatory response to acute myocardial ischaemia-reperfusion injury – adding fuel to the fire. Current Medicinal Chemistry. 25 (11), 1275-1293 (2018).
- Heidrich, F., et al. The role of phospho-adenosine monophosphate-activated protein kinase and vascular endothelial growth factor in a model of chronic heart failure. Artificial Organs. 34 (11), 969-979 (2010).
- Shen, Y., Liu, X., Shi, J., Wu, X. Involvement of Nrf2 in myocardial ischemia and reperfusion injury. International Journal of Biological Macromolecules. 125, 496-502 (2019).
- Hinkel, R., et al. AntimiR-21 prevents myocardial dysfunction in a pig model of ischemia/reperfusion injury. Journal of the American College of Cardiology. 75 (15), 1788-1800 (2020).
- Torrado, J., et al. Sacubitril/Valsartan averts adverse post-infarction ventricular remodeling and preserves systolic function in rabbits. Journal of the American College of Cardiology. 72 (19), 2342-2356 (2018).
- Guan, L., et al. MCU Up-regulation contributes to myocardial ischemia-reperfusion Injury through calpain/OPA-1-mediated mitochondrial fusion/mitophagy Inhibition. Journal of Cellular and Molecular Medicine. 23 (11), 7830-7843 (2019).
- Fan, Q., et al. Dectin-1 contributes to myocardial ischemia/reperfusion injury by regulating macrophage polarization and neutrophil infiltration. Circulation. 139 (5), 663-678 (2019).
- Huang, C., et al. Effect of myocardial ischemic preconditioning on ischemia-reperfusion stimulation-induced activation in rat thoracic spinal cord with functional MRI. International Journal of Cardiology. 285, 59-64 (2019).
- Li, D., et al. Cardioprotection of CAPE-oNO2 against myocardial ischemia/reperfusion induced ROS generation via regulating the SIRT1/eNOS/NF-κB pathway in vivo and in vitro. Redox Biology. 15, 62-73 (2018).
- Cui, Y., Wang, Y., Liu, G. Protective effect of Barbaloin in a rat model of myocardial ischemia reperfusion injury through the regulation of the CNPY2PERK pathway. International Journal of Molecular Medicine. 43 (5), 2015-2023 (2019).
- Lin, M. W., et al. Prolonged preoperative fasting induces postoperative insulin resistance by ER-stress mediated Glut4 down-regulation in skeletal muscles. Int J Med Sci. 11 (5), 1189-1197 (2021).
- Wu, J., et al. Sevoflurane alleviates myocardial ischemia reperfusion injury by inhibiting P2X7-NLRP3 mediated pyroptosis. Frontiers in Molecular Biosciences. 26 (8), 768594 (2021).
- Wu, Y., Yin, X., Wijaya, C., Huang, M. H., McConnell, B. K. Acute myocardial infarction in rats. Journal of Visualized Experiments. (48), e2464 (2011).
- Zhang, C. X., et al. Mitochondria-targeted cyclosporin: A delivery system to treat myocardial ischemia reperfusion injury of rats. Journal of Nanobiotechnology. 17 (1), 18 (2019).
- Liu, X. M., et al. Long non-coding RNA MALAT1 modulates myocardial ischemia-reperfusion injury through the PI3K/Akt/eNOS pathway by sponging miRNA-133a-3p to target IGF1R expression. European Journal of Pharmacology. 916, 174719 (2022).
- Li, L., et al. Ginsenoside Rg3-loaded, reactive oxygen species-responsive polymeric nanoparticles for alleviating myocardial ischemia-reperfusion injury. Journal of Controlled Release. 317, 259-272 (2020).
- Mickelson, J. K., et al. Streptokinase improves reperfusion blood flow after coronary artery occlusion. International Journal of Cardiology. 23 (3), 373-384 (1989).
- Verscheure, Y., Pouget, G., De Courtois, F., Le Grand, B., John, G. W. Attenuation by R 56865, a novel cytoprotective drug, of regional myocardial ischemia- and reperfusion-induced electrocardiographic disturbances in anesthetized rabbits. Journal of Cardiovascular Pharmacology. 25 (1), 126-133 (1995).
- Fan, M. L., et al. Animal model of coronary microembolization under transthoracic echocardiographic guidance in rats. Biochemical and Biophysical Research Communications. 568 (3), 174-179 (2021).
- Lim, M., et al. Intravenous injection of allogeneic umbilical cord-derived multipotent mesenchymal stromal cells reduces the infarct area and ameliorates cardiac function in a porcine model of acute myocardial infarction. Stem Cell Research & Therapy. 9 (1), 129 (2018).
- Trautner, H., et al. Heart innervation after ligation of the left anterior descending coronary artery (LAD). Histochemistry. 92 (2), 103-108 (1989).
- Han, C., Wang, X. A., Fiscus, R. R., Gu, J., McDonald, J. K. Changes in cardiac neuropeptide Y after experimental myocardial infarction in rat. Neuroscience Letters. 104 (1-2), 141-146 (1989).
- Huang, W., et al. Deletion of neuropeptide Y attenuates cardiac dysfunction and apoptosis during acute myocardial infarction. Frontiers in Pharmacology. 10, 1268 (2019).
- Kalla, M., et al. The cardiac sympathetic co-transmitter neuropeptide Y is pro-arrhythmic following ST-elevation myocardial infarction despite beta-blockade. European Heart Journal. 41 (23), 2168-2179 (2020).
- Cuculi, F., et al. Relationship of plasma neuropeptide Y with angiographic, electrocardiographic and coronary physiology indices of reperfusion during ST elevation myocardial infarction. Heart (British Cardiac Society). 99 (16), 1198-1203 (2013).
- Vuorio, T., Tirronen, A., Ylä-Herttuala, S. Cardiac Lymphatics – a new avenue for therapeutics. Trends in Endocrinology and Metabolism: TEM. 28 (4), 285-296 (2017).
- Henri, O., et al. Selective stimulation of cardiac lymphangiogenesis reduces myocardial edema and fibrosis leading to improved cardiac function following myocardial infarction. Circulation. 133 (15), 1484-1497 (2016).
- Oliver, G., Kipnis, J., Randolph, G. J., Harvey, N. L. The lymphatic vasculature in the 21st century: novel functional roles in homeostasis and disease. Cell. 182 (2), 270-296 (2020).
- Klotz, L., et al. Cardiac lymphatics are heterogeneous in origin and respond to injury. Nature. 522 (7554), 62-67 (2015).
- Percie du Sert, N., et al. Reporting animal research: Explanation and elaboration for the ARRIVE guidelines 2.0. PLoS Biology. 18 (7), 3000411 (2020).
- Miller, D. L., Li, P., Dou, C., Armstrong, W. F., Gordon, D. Evans blue staining of cardiomyocytes induced by myocardial contrast echocardiography in rats: evidence for necrosis instead of apoptosis. Ultrasound in Medicine & Biology. 33 (12), 1988-1996 (2007).
- Deng, C., et al. α-Lipoic acid reduces infarct size and preserves cardiac function in rat myocardial ischemia/reperfusion injury through activation of PI3K/Akt/Nrf2 pathway. PLoS ONE. 8 (3), 58371 (2013).
