Instaurazione di arresto circolatorio ipotermico profondo nei ratti
Summary
Questo protocollo presenta l’instaurazione di un arresto circolatorio ipotermico profondo nei ratti, che può essere applicato per studiare la sindrome da risposta infiammatoria sistemica, il danno da ischemia/riperfusione, lo stress ossidativo, la neuroinfiammazione, ecc.
Abstract
L’arresto circolatorio ipotermico profondo (DHCA) viene applicato di routine durante gli interventi chirurgici per cardiopatia congenita complessa e malattia dell’arco aortico. Il presente studio mira a fornire un metodo per stabilire il DHCA nei ratti. Per valutare l’impatto del processo DHCA sui segni vitali, è stato utilizzato come controllo un modello di ratto di bypass cardiopolmonare (CPB) a temperatura normale senza arresto circolatorio. Come previsto, DHCA ha portato ad una significativa diminuzione della temperatura corporea e della pressione arteriosa media. L’analisi dei gas ematici ha indicato che il DHCA ha aumentato i livelli di acido lattico ma non ha influenzato il pH del sangue e le concentrazioni di emoglobina, ematocrito, Na+, Cl−, K+ e glucosio. Inoltre, rispetto ai ratti CPB a temperatura normale, i risultati della microscopia elettronica a trasmissione hanno mostrato un lieve aumento degli autofagosomi ippocampali nei ratti DHCA.
Introduction
L’arresto circolatorio ipotermico profondo (DHCA) è stato utilizzato in cardiochirurgia dal 19531. Il DHCA comporta la riduzione della temperatura interna del paziente a livelli profondamente ipotermici (15-22 ° C) prima di interrompere globalmente il flusso sanguigno al corpo2. L’arresto circolatorio può fornire un campo operativo relativamente incruento. L’ipotermia profonda diminuisce il metabolismo, specialmente nel cervello e nel miocardio, che è un metodo efficace di protezione contro l’ischemia3. Il DHCA è comunemente applicato durante gli interventi chirurgici per cardiopatia congenita complessa, malattia dell’arco aortico e persino tumori renali o surrenali con un trombo della vena cava 4,5. Pertanto, la definizione di modelli animali DHCA fornisce un riferimento importante per il perfezionamento della procedura e la prevenzione delle complicanze in ambito clinico.
Sebbene i modelli possano essere stabiliti con cani6, conigli7 e altri animali, è preferibile utilizzare ratti a causa della loro operabilità e basso costo. Il modello di ratto DHCA è stato descritto per la prima volta nel 2006 da Jungwirth et al.8. È stato riscontrato che la durata dell’arresto circolatorio ha avuto un impatto sugli esiti neurologici. Da allora, i modelli di ratto DHCA sono stati ampiamente studiati. È stato chiarito che il DHCA potrebbe provocare la sindrome da risposta infiammatoria sistemica (SIRS)9. In studi successivi, i farmacologi hanno scoperto che la neuroinfiammazione correlata al DHCA indotta da SIRS potrebbe essere attenuata dal resveratrolo10 e dal triptolide11. Il nostro team ha anche scoperto che la neuroinfiammazione correlata al DHCA potrebbe essere attenuata inibendo la proteina legante l’RNA inducibile dal freddo12. Nel sistema cardiovascolare, la superossido dismutasi ha un effetto cardioprotettivo sulle lesioni da ischemia/riperfusione (I/R) durante il DHCA13. Questi risultati hanno ampliato la comprensione dei processi fisiopatologici correlati al DHCA e hanno offerto nuove direzioni per migliorare i risultati del DHCA. Tuttavia, i risultati riguardanti l’endotossiemia, lo stress ossidativo e l’autofagia dopo DHCA sono inconcludenti. DHCA utilizza la stessa tecnologia operativa del bypass cardiopolmonare (CPB)14, ma la sua strategia di gestione è diversa e le fasi per generare DHCA differiscono tra i vari team 8,9,10,11. Il presente studio mira a fornire un metodo per stabilire la procedura DHCA nei ratti.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’incannulamento è la procedura più fondamentale per stabilire il DHCA nei ratti. Prima dell’incannulamento, immergere l’arteria con 0,5 ml di lidocaina al 2% renderà più facile la cannulazione. Dopo l’incannulamento, è necessaria l’eparinizzazione con 500 UI/kg di eparina attraverso la vena giugulare esterna per evitare la formazione di microtrombi17. Abbiamo ripetutamente scoperto che questa dose di eparina può raggiungere l’obiettivo di un tempo di coagulazione attivato (ACT) >48…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori ringraziano Liang Zhang per aver aiutato a raccogliere i dati video durante l’esperimento. Questo studio è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China (numero di sovvenzione: 82070479) e dai fondi di ricerca fondamentale per le università centrali (numero di sovvenzione: 3332022128).
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 |
References
- 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).
- Miler, R. D., et al. . Miller’s Anesthesia., eighth edition. , (2015).
- Gocoł, R., et al. The role of deep hypothermia in cardiac surgery. International Journal of Environmental Research and Public Health. 18 (13), 7061 (2021).
- 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).
- 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).
- Giuliano, K., et al. Inflammatory profile in a canine model of hypothermic circulatory arrest. Journal of Surgical Research. 264, 260-273 (2021).
- Wang, Q., et al. Hyperoxia management during deep hypothermia for cerebral protection in circulatory arrest rabbit model. ASAIO Journal. 58 (4), 330-336 (2012).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Yamamoto, A., Yue, Z. Autophagy and its normal and pathogenic states in the brain. Annual Review of Neuroscience. 37, 55-78 (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
