Summary

ラットにおける深部低体温循環停止の確立

Published: December 16, 2022
doi:

Summary

このプロトコルは、ラットにおける深部低体温循環停止の確立を示しており、全身性炎症反応症候群、虚血/再灌流障害、酸化ストレス、神経炎症などの調査に適用できます。

Abstract

深部低体温循環停止(DHCA)は、複雑な先天性心疾患および大動脈弓疾患の手術中に日常的に適用されます。本研究は、ラットにおいてDHCAを確立する方法を提供することを目的とする。バイタルサインに対するDHCAプロセスの影響を評価するために、循環停止のない常温心肺バイパス(CPB)ラットモデルを対照として使用しました。予想通り、DHCAは体温と平均動脈血圧の有意な低下をもたらしました。血液ガス分析の結果,DHCAは乳酸濃度を上昇させたが,血中pHおよびヘモグロビン,ヘマトクリット,Na+,Cl,K+,グルコース濃度には影響しなかった。さらに、常温CPBラットと比較して、透過型電子顕微鏡観察の結果、DHCAラットにおける海馬オートファゴソームの軽度の増加を示した。

Introduction

深部低体温循環停止(DHCA)は、1953年以来心臓外科で使用されています1DHCAには、体への血流を世界的に遮断する前に、患者の深部温度を深刻な低体温レベル(15〜22°C)に下げることが含まれます2。循環停止は、比較的無血の手術野を提供することができます。深部低体温は、特に脳および心筋における代謝を低下させ、これは虚血に対する効果的な保護方法である3。DHCAは、複雑な先天性心疾患、大動脈弓疾患、さらには大静脈血栓を伴う腎腫瘍または副腎腫瘍の手術中に一般的に適用されます4,5。したがって、DHCA動物モデルの確立は、手順の改良と臨床現場での合併症の予防のための重要な参考資料を提供します。

イヌ6、ウサギ7、その他の動物でモデルを樹立することができるが、操作性や低コストからラットを用いることが好ましい。DHCAラットモデルは、2006年にJungwirthらによって初めて記載された8。循環停止の持続時間が神経学的転帰に影響を与えることがわかった。それ以来、DHCAラットモデルは広く調査されてきました。DHCAが全身性炎症反応症候群(SIRS)9を誘発することが明らかになっています。その後の研究では、薬理学者は、SIRSによって誘発されるDHCA関連の神経炎症がレスベラトロール10およびトリプトリド11によって弱める可能性があることを発見しました。私たちのチームはまた、DHCA関連の神経炎症が、低温誘導性RNA結合タンパク質12を阻害することによって軽減できることを発見しました。心血管系では、スーパーオキシドジスムターゼはDHCA13中の虚血/再灌流(I / R)損傷に対して心臓保護効果があります。これらの結果は、DHCA関連の病態生理学的プロセスの理解を拡大し、DHCAの転帰を改善するための新しい方向性を提供しました。しかし、DHCA後のエンドトキシン血症、酸化ストレス、オートファジーに関する結果は決定的ではありません。DHCAは心肺バイパス(CPB)14と同じ運用技術を使用していますが、その管理戦略は異なり、DHCAを生成する手順はチームによって異なります891011本研究は、ラットにおけるDHCA手順を確立するための方法を提供することを目的とする。

Protocol

プロトコルは制度的レビューを受け、中国医学科学院の不破病院の施設動物管理および使用委員会から承認を受けました(FW-2021-0005)。すべての実験手順は、国立衛生研究所によって発行された実験動物の世話と使用のためのガイドに従って実行されました。 注:オスのSprague-Dawleyラット(体重:500〜600 g、年齢:12〜14週間)は、餌と水に自由にアクセスできる標準的な実験室条?…

Representative Results

対照群として、循環停止のない正常温度CPB(NtCPB)ラットは、処置全体を通して安定した平均動脈血圧(MAP)および体温を示したが、DHCAラットのMAPは心停止中に減少した(p < 0.01、 図3A)。DHCAラットの温度は冷却段階で急速に低下し、再加温段階で徐々に回復しました。DHCA回路からラットを離乳させると、DHCAラットの温度は正常に戻った(図3B)。…

Discussion

カニューレ挿入は、ラットにDHCAを確立するための最も基本的な手順です。カニューレ挿入の前に、動脈を0.5 mLの2%リドカインに浸すと、カニューレ挿入が容易になります。カニューレ挿入後、微小血栓形成を避けるために、外頸静脈を介した500IU / kgヘパリンによるヘパリン化が必要です17。我々は、この用量のヘパリンの活性化凝固時間(ACT)>480秒の目標を達成できる?…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

著者らは、実験中にビデオデータを収集するのを手伝ってくれたLiang Zhangに感謝している。この研究は、中国国家自然科学基金会(助成金番号:82070479)および中央大学基礎研究基金(助成金番号:3332022128)の支援を受けました。

Materials

Heat Exchanger Xi’an Xijing Medical Appliance Co., Ltd Animal-M
Membrane Oxygenator Dongguan Kewei Medical Instrument Co., Ltd. Micro-M
Monitor Chengdu Techman Co., Ltd BL-420s
Roller Pump Changzhou Prefluid Technology Co.,Ltd BL100
SD Rat HFK Bioscience Co.,Ltd. /
Sevoflurane Maruishi Pharmaceutical Co. Ltd H20150020
Shaver Hangzhou Huayuan Pet Products Co.,Ltd. /
Vaporizer SPACECABS /
Ventilator Shanghai Alcott Biotech Co., Ltd ALC-V8S
Water Tank Maquet Critical Care AB Jostra HCU20-600

Riferimenti

  1. Lewis, F. J., Taufic, M. Closure of atrial septal defects with the aid of hypothermia; experimental accomplishments and the report of one successful case. Surgery. 33 (1), 52-59 (1953).
  2. Miler, R. D., et al. . Miller’s Anesthesia., eighth edition. , (2015).
  3. Gocoł, R., et al. The role of deep hypothermia in cardiac surgery. International Journal of Environmental Research and Public Health. 18 (13), 7061 (2021).
  4. Zhu, P., et al. The role of deep hypothermic circulatory arrest in surgery for renal or adrenal tumor with vena cava thrombus: A single-institution experience. Journal of Cardiothoracic Surgery. 13 (1), 85 (2018).
  5. Poon, S. S., Estrera, A., Oo, A., Field, M. Is moderate hypothermic circulatory arrest with selective antegrade cerebral perfusion superior to deep hypothermic circulatory arrest in elective aortic arch surgery. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 23 (3), 462-468 (2016).
  6. Giuliano, K., et al. Inflammatory profile in a canine model of hypothermic circulatory arrest. Journal of Surgical Research. 264, 260-273 (2021).
  7. Wang, Q., et al. Hyperoxia management during deep hypothermia for cerebral protection in circulatory arrest rabbit model. ASAIO Journal. 58 (4), 330-336 (2012).
  8. Jungwirth, B., et al. Neurologic outcome after cardiopulmonary bypass with deep hypothermic circulatory arrest in rats: Description of a new model. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 131 (4), 805-812 (2006).
  9. Engels, M., et al. A cardiopulmonary bypass with deep hypothermic circulatory arrest rat model for the investigation of the systemic inflammation response and induced organ damage. Journal of Inflammation. 11, 26 (2014).
  10. Chen, Q., Sun, K. P., Huang, J. S., Wang, Z. C., Hong, Z. N. Resveratrol attenuates neuroinflammation after deep hypothermia with circulatory arrest in rats. Brain Research Bulletin. 155, 145-154 (2020).
  11. Chen, Q., Lei, Y. Q., Liu, J. F., Wang, Z. C., Cao, H. Triptolide improves neurobehavioral functions, inflammation, and oxidative stress in rats under deep hypothermic circulatory arrest. Aging. 13 (2), 3031-3044 (2021).
  12. Liu, M., et al. A novel target to reduce microglial inflammation and neuronal damage after deep hypothermic circulatory arrest. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 159 (6), 2431-2444 (2020).
  13. Pinto, A., et al. The extracellular isoform of superoxide dismutase has a significant impact on cardiovascular ischaemia and reperfusion injury during cardiopulmonary bypass. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 50 (6), 1035-1044 (2016).
  14. Hirao, S., Masumoto, H., Itonaga, T., Minatoya, K. A recovery cardiopulmonary bypass model without transfusion or inotropic agents in rats. Journal of Visualized Experiments. (133), e56986 (2018).
  15. Ha, J. Y., Kim, J. S., Kim, S. E., Son, J. H. Simultaneous activation of mitophagy and autophagy by staurosporine protects against dopaminergic neuronal cell death. Neuroscience Letters. 561, 101-106 (2014).
  16. Yamamoto, A., Yue, Z. Autophagy and its normal and pathogenic states in the brain. Annual Review of Neuroscience. 37, 55-78 (2014).
  17. You, X. M., et al. Rat cardiopulmonary bypass model: Application of a miniature extracorporeal circuit composed of asanguinous prime. Journal of Extra-Corporeal Technology. 37 (1), 60-65 (2005).
  18. Chen, Q., Lei, Y. Q., Liu, J. F., Wang, Z. C., Cao, H. Beneficial effects of chlorogenic acid treatment on neuroinflammation after deep hypothermic circulatory arrest may be mediated through CYLD/NF-κB signaling. Brain Research. 1767, 147572 (2021).
  19. Li, Y. A., et al. Differential expression profiles of circular RNAs in the rat hippocampus after deep hypothermic circulatory arrest. Artificial Organs. 45 (8), 866-880 (2021).
  20. Linardi, D., et al. Slow versus fast rewarming after hypothermic circulatory arrest: effects on neuroinflammation and cerebral oedema. European Journal of Cardiothoracic Surgery. 58 (4), 792-780 (2020).
  21. Engelman, R., et al. The Society of Thoracic Surgeons, The Society of Cardiovascular Anesthesiologists, and The American Society of ExtraCorporeal Technology: Clinical practice guidelines for cardiopulmonary bypass–Temperature management during cardiopulmonary bypass. Annals of Thoracic Surgery. 100 (2), 748-757 (2015).
  22. Jenke, A., et al. AdipoRon attenuates inflammation and impairment of cardiac function associated with cardiopulmonary bypass-induced systemic inflammatory response syndrome. Journal of the American Heart Association. 10 (6), 018097 (2021).

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Citazione di questo articolo
Yan, W., Ji, B. Establishment of Deep Hypothermic Circulatory Arrest in Rats. J. Vis. Exp. (190), e63571, doi:10.3791/63571 (2022).

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