Estabelecimento de Parada Circulatória Hipotérmica Profunda em Ratos
Summary
Este protocolo apresenta o estabelecimento de parada circulatória hipotérmica profunda em ratos, que pode ser aplicada para investigar a síndrome da resposta inflamatória sistêmica, lesão de isquemia/reperfusão, estresse oxidativo, neuroinflamação, etc.
Abstract
A parada circulatória hipotérmica profunda (DHCA) é rotineiramente aplicada durante cirurgias para cardiopatia congênita complexa e doença do arco aórtico. O presente estudo tem como objetivo fornecer um método para o estabelecimento de DHCA em ratos. Para avaliar o impacto do processo DHCA sobre os sinais vitais, foi utilizado como controle um modelo de revascularização miopulmonar (CEC) de temperatura normal sem parada circulatória. Como esperado, o DHCA levou a uma diminuição significativa da temperatura corporal e da pressão arterial média. A gasometria indicou que o DHCA aumentou os níveis de ácido láctico, mas não influenciou o pH sanguíneo e as concentrações de hemoglobina, hematócrito, Na+, Cl−, K+ e glicose. Além disso, em comparação com os ratos CEC de temperatura normal, os resultados da microscopia eletrônica de transmissão mostraram um leve aumento nos autofagossomos hipocampais nos ratos DHCA.
Introduction
A parada circulatória hipotérmica profunda (DHCA) tem sido utilizada em cirurgia cardíaca desde 19531. A DHCA envolve a redução da temperatura central do paciente para níveis profundamente hipotérmicos (15-22 °C) antes de interromper globalmente o fluxo sanguíneo para o corpo2. A parada circulatória pode fornecer um campo operacional relativamente sem sangue. A hipotermia profunda diminui o metabolismo, principalmente no cérebro e no miocárdio, que é um método eficaz de proteção contra isquemia3. O DHCA é comumente aplicado durante cirurgias para cardiopatia congênita complexa, doença do arco aórtico e até mesmo tumores renais ou adrenais com trombo de veia cava 4,5. Portanto, o estabelecimento de modelos animais DHCA fornece uma referência importante para o refinamento do procedimento e a prevenção de complicações em ambientes clínicos.
Embora modelos possam ser estabelecidos com caninos6, coelhos7 e outros animais, é preferível o uso de ratos devido à sua operacionalidade e baixo custo. O modelo DHCA em ratos foi descrito pela primeira vez em 2006 por Jungwirth et al.8. Verificou-se que a duração da parada circulatória teve impacto nos desfechos neurológicos. Desde então, os modelos de ratos DHCA têm sido investigados amplamente. Esclareceu-se que o DHCA poderia provocar a síndrome da resposta inflamatória sistêmica (SRIS)9. Em estudos subsequentes, farmacologistas descobriram que a neuroinflamação relacionada ao DHCA induzida pela SIRS poderia ser atenuada pelo resveratrol10 e triptolide11. Nossa equipe também descobriu que a neuroinflamação relacionada ao DHCA poderia ser atenuada inibindo a proteína de ligação ao RNA induzível a frio12. No sistema cardiovascular, a superóxido dismutase tem efeito cardioprotetor nas lesões de isquemia/reperfusão (I/R) durante a DHCA13. Esses resultados expandiram a compreensão dos processos fisiopatológicos relacionados ao DHCA e ofereceram novas direções para melhorar os resultados do DHCA. No entanto, os resultados em relação à endotoxemia, estresse oxidativo e autofagia após DHCA são inconclusivos. A DHCA utiliza a mesma tecnologia operacional da circulação extracorpórea (CEC)14, mas sua estratégia de manejo é diferente, e as etapas para gerar a DHCA diferem entre as várias equipes 8,9,10,11. O presente estudo tem como objetivo fornecer um método para estabelecer o procedimento DHCA em ratos.
Protocol
Representative Results
Discussion
A canulação é o procedimento mais fundamental para o estabelecimento de DHCA em ratos. Antes da canulação, a imersão da artéria com 0,5 mL de lidocaína a 2% facilitará a canulação. Após a canulação, a heparinização com 500 UI/kg de heparina via veia jugular externa é necessária para evitar a formação de microtrombos17. Descobrimos repetidamente que esta dose de heparina pode atingir o objetivo de um tempo de coagulação ativado (TCA) >480 s. O período de reaqueciment…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores agradecem a Liang Zhang por ajudar a coletar os dados de vídeo durante o experimento. Este estudo foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (número de subvenção: 82070479) e os Fundos de Pesquisa Fundamental para as Universidades Centrais (número de subvenção: 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).
