JoVE Logo

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

يجمع نموذج الفئران هذا بين إهانة الإنتان وإهمال عضلات الأطراف الخلفية لتلخيص الميزة طريح الفراش لمريض الإنتان النموذجي. يمثل النموذج خروجا كبيرا عن النماذج السابقة لدراسة ضعف العضلات في الإنتان وهو نهج قابل للتكرار لمعالجة الاستراتيجيات العلاجية لعلاج هذه الحالة.

Abstract

الإنتان هو سبب رئيسي للوفيات في المستشفى. تؤدي التحسينات في العلاج إلى زيادة عدد الناجين من الإنتان. ما يقرب من 75 ٪ من الناجين يصابون بضعف العضلات وضمورها ، مما يزيد من حدوث حالات إعادة الدخول إلى المستشفى والوفيات. ومع ذلك ، فإن النماذج قبل السريرية المتاحة للإنتان لا تعالج إهمال العضلات الهيكلية ، وهو مكون رئيسي لتطوير الاعتلال العضلي الناجم عن الإنتان. هدفنا في هذا البروتوكول هو توفير إرشادات خطوة بخطوة لنموذج الماوس الذي يعيد إنتاج الإعداد السريري الذي يعاني منه مريض الصرف الصحي طريح الفراش. تم استخدام ذكور الفئران C57Bl / 6 لتطوير هذا النموذج. خضعت الفئران لعملية ربط وثقب (CLP) للحث على الإنتان. بعد أربعة أيام من CLP ، تعرضت الفئران لتعليق الأطراف الخلفية (HLS) لمدة سبعة أيام. تمت مقارنة النتائج مع العمليات الجراحية المطابقة للصورية و / أو ذات الإسعاف الطبيعي (NA). تم تشريح العضلات لميكانيكا العضلات في المختبر والتقييمات المورفولوجية. ينتج عن النموذج ضمور وضعف عضلي ملحوظ ، وهو نمط ظاهري مماثل لوحظ في مرضى الصرف الصحي. يمثل النموذج منصة لاختبار الاستراتيجيات العلاجية المحتملة للتخفيف من الاعتلال العضلي الناجم عن الإنتان.

Introduction

الإنتان هو حالة تهدد الحياة بسبب الاستجابة المناعية المفرطة النشاط التي تؤثر سلبا على أجهزة الأعضاء المتعددة ، مما يؤدي إلى عبء كبير على النظم الصحية في جميع أنحاء العالم1. في الآونة الأخيرة ، انخفض معدل الوفيات داخل المستشفى المرتبط بالإنتان بسبب تحسين إدارة وحدة العناية المركزة (ICU) 1,2. ومع ذلك ، فإن ما يقرب من 75٪ من المرضى الناجين من الإهانة الإنتانية الأولية يصابون بضمور العضلات والهيكل العظمي (على سبيل المثال ، انخفاض في منطقة المقطع العرضي) وضعف (على سبيل المثال ، انخفاض في القدرة الإنتاجية للقوة)3,4. وقد وصفت هذه الظاهرة بأنها اعتلال عضلي ناتج عن الإنتان ، يرتبط ارتباطا وثيقا بضعف النشاط البدني وعدم الاستقلال لأداء مهام الحياة اليومية ، مما يؤدي إلى إعادة الاستشفاء والوفيات في غضون خمس سنوات من الحلقةالأولية 5.

بسبب العدوى العدوانية والمعممة ، يتعرض مرضى الإنتان لفترات طويلة من الراحة في الفراش أثناء التعافي في وحدة العناية المركزة. في هذا السياق ، تخضع العضلات الهيكلية لإهمال شديد ، مما يؤدي على الأرجح إلى تفاقم ضمور العضلات وضعفها 3,4. في الوقت الحالي ، لم يعالج أي علاج بشكل فعال الاعتلال العضلي الناجم عن الإنتان. استخدمت النماذج قبل السريرية المتاحة المصممة لمعالجة الاعتلال العضلي ربط وثقب cecal (CLP) 6 ، أو ملاط cecal7 ، أو حقن عديد السكاريد الدهني المنقى (LPS) ، وهو أحد مكونات الجدار الخلوي في البكتيريا سالبةالجرام 8. على الرغم من أن هذه النماذج تنجح في توصيل العدوى ، إلا أنها لا تعيد إنتاج إهمال العضلات بشكل صحيح الذي لوحظ في مضيفات الصرف الصحي بخلاف الانخفاض الطبيعي في النشاط البدني الذي لوحظ في الإنتانية9.

الهدف الرئيسي من هذه الدراسة هو تقديم وصف مفصل لكيفية تنفيذ نموذج الاعتلال العضلي الناجم عن الإنتان بشكل صحيح مع عدم الاستخدام في الفئران. لقد أوضحنا جدوى الجمع بين CLP كنموذج للإنتان مع تعليق الأطراف الخلفية (HLS) كنموذج للإهمال لدراسة الاعتلال العضلي الناجم عن الإنتان في الفئران3. علاوة على ذلك ، يتم أيضا توفير نتائج تمثيلية لميكانيكا العضلات والتغيرات المورفولوجية النموذجية استجابة للنموذج.

Protocol

تمت مراجعة الإجراءات والموافقة عليها من قبل جامعة فلوريدا IACUC (# 202200000227). تم استخدام ذكور الفئران C57BL / 6J ، التي يبلغ عمرها 17 أسبوعا ، مع كتلة جسم تتراوح من 27 جم إلى 34 جم ، في الدراسة الحالية. يوضح الشكل 1 الإجراءات التجريبية والجدول الزمني الموضح في هذا البروتوكول. كما هو موضح ، يمتد البروتوكول لمدة 11 يوما. تخضع لجراحة البقاء على قيد الحياة (CLP / Sham) في اليوم 0 ، تليها أربعة أيام من دعم السوائل والمسكنات. في اليوم 4 ، تبدأ HLS لمدة 7 أيام. يتم إجراء التجارب النهائية في اليوم 11. يتم سرد تفاصيل الكواشف والمعدات المستخدمة في جدول المواد.

1. ربط وثقب Cecal (CLP)

  1. بعد الحصول على من المصدر التجاري ، دعهم يتأقلمون في منشأة لمدة 1 أسبوع على الأقل قبل إجراء جراحات CLP (أو الصور). هذا سوف يساعد في تقليل التوتر المرتبط بالنقل.
  2. مجموعة إيواء الفئران ، والالتزام بالمبادئ التوجيهية المحلية IACUC.
    ملاحظة: كاتجاه عام ، يتم إيواء في 5 فئران كحد أقصى لكل قفص حتى يوم الجراحة. يتم استخدام الأقفاص القياسية ، التي يبلغ عرضها 7.25 بوصة وطولها 11.75 بوصة وارتفاعها 5 بوصات ، وتأثيثها بفراش كوز الذرة. يتم الحفاظ على دورة الضوء والظلام لمدة 12 ساعة ، مع إضاءة الأضواء في الساعة 7 صباحا وإيقافها في الساعة 7 مساء. يتم الاحتفاظ بدرجة حرارة السكن عند 20-22 درجة مئوية ، ويتم الحفاظ على الرطوبة النسبية (RH) بين 30٪ و 60٪. يتم ضمان الوصول إلى نظام غذائي تشاو القياسي والماء.
  3. لأداء CLP ، قم بتخدير باستخدام الأيزوفلوران (2.5٪ ، 500 مل / دقيقة) في غرفة الحث. تأكيد التخدير عن طريق معسر مخلب مع ملاقط. مرة واحدة في التخدير العميق ، كما يؤكد عدم وجود انسحاب منعكس من معسر مخلب ، نقل إلى التخدير المستمر باستخدام مخروط الأنف (2.5 ٪ ، 100-125 مل / دقيقة).
    ملاحظة: يجب استخدام تقنيات التعقيم طوال الإجراء بأكمله.
  4. تطبيق مرهم تشحيم العين البيطرية لحماية عيون من الأضرار أو الإصابات المحتملة الناجمة عن الأنف أثناء الجراحة.
  5. لتنظيف موقع الجراحة ، استخدم مزيل الشعر المتاح تجاريا. إزالة الفراء من أسفل البطن فقط ، وتجنب التعرض المفرط للجلد.
    ملاحظة: بدلا من ذلك ، يمكن استخدام ماكينات قص شعر ، ولكن يجب توخي الحذر لتجنب تلف الجلد.
  6. بمجرد الكشف عن موقع الجراحة ، قم بتنظيف المنطقة بثلاثة تطبيقات من البوفيدون اليود (أو فرك مبيد للجراثيم مكافئ) ، متبوعا بشطف بنسبة 70٪ كحول بين كل تطبيق.
  7. يتم تطبيق جرعة واحدة من 3.25 ملغ/كغ من البوبرينورفين المستدام الإطلاق أو ما يعادله، وفقا للعلاج المسكن المعتمد من قبل IACUC المحلي.
  8. نقل الماوس إلى المنطقة الجراحية. عزل موقع الجراحة باستخدام ستارة لاصقة. تحت التخدير العميق ، قم بعمل شق خط الوسط البطني (~ 2 سم) في الجلد باستخدام شفرة مشرط.
    1. استخدم المقص لفصل الجلد عن طبقة العضلات. باستخدام شفرة المشرط ، قم بعمل شق أصغر (~ 1 سم) في طبقة العضلات. بمجرد تصور الأمعاء ، باستخدام ملقط حاد ، حدد موقع الأعور وقم بإخراجه.
  9. بمجرد أن يصبح خارجيا ، اربط الأعور باستخدام خيط معقم قابل للامتصاص 5-0 بوليجلاكتين. ضع في اعتبارك منطقة الأعور المربوطة ، والتي تعرف بأنها المسافة من النهاية البعيدة للأعور إلى نقطة الربط ، لأنها ستساهم في شدة العدوى. لإعادة إنتاج النتائج المعروضة هنا ، اربط الأعور 1 سم من نقطته البعيدة.
    ملاحظة: سيؤدي ربط منطقة الأعور الأكبر إلى زيادة الشدة10.
  10. باستخدام إبرة 27 جرام ، قم بثقب الأعور من خلال وعبر ، مما يسمح لمحتوى البراز بالتسرب. بحذر ، اضغط برفق على الأعور لإخراج محتوى البراز. لإجراء جراحة وهمية ، اتبع نفس الخطوات التي تعرض الأعور الحيواني. ومع ذلك ، لا تضغط ولا تثقب الأعور.
    ملاحظة: يؤثر مقياس الإبرة بشكل مباشر على شدة العدوى. لإنتاج عدوى منخفضة الدرجة ، يوصى باستخدام 26 جم إلى 28 جم إبر. يرجى ملاحظة أن استخدام مقاييس إبرة أكثر سمكا سيؤدي إلى زيادة معدل الوفيات ، وقد لا تتحمل مرحلة تعليق الأطراف الخلفية اللاحقة من البروتوكول.
  11. نقل الأعور إلى تجويف البطن. أغلق طبقة العضلات بخياطة معقمة قابلة للامتصاص 5-0. أغلق الجلد بخياطة 5-0 نايلون غير قابلة للامتصاص. بعد اكتمال خياطة الجلد ، قم بتوفير محلول ملحي معقم (1 مل للذكور و 0.5 مل للإناث) عن طريق الحقن تحت الجلد في الجزء الخلفي من.
    ملاحظة: لإغلاق طبقة العضلات ، يوصى باستخدام تقنية الخياطة المستمرة ، بينما يوصى باستخدام تقنية الخياطة المتقطعة لطبقة الجلد. استشر وتوافق مع إرشادات IACUC المحلية الخاصة بك للخياطة في جراحة البقاء على قيد الحياة.
  12. بعد الجراحة ، قم بإيواء في قفص نظيف فوق مرتبة تدفئة أو وسادة تدفئة عند 35 درجة مئوية. راقب الفأر كل 15 دقيقة طوال الساعة الأولى بعد التعافي من التخدير ، وبعد ذلك يمكن إعادته إلى مرفق السكن.
    ملاحظة: توفير الحد الأدنى من الطعام على أرضية القفص للسماح للحيوانات بالطعام دون التأثير على موقع الجراحة. بعد العودة إلى المنشأة ، يتم فحص مرتين في اليوم بعد تقييم الإنتانية (الخطوة 3).
  13. توفير محلول ملحي معقم ودعم مسكن على مدار الأيام الأربعة التالية للسماح للشق الجراحي بالشفاء.
    ملاحظة: تساعد مراقبة درجة حرارة سطح الخنجري ووزن الجسم يوميا على الاحتفاظ بسجلات دقيقة لشدة الإنتان11.

2. تعليق الأطراف الخلفية (HLS)

  1. لأداء HLS ، يجب على المحققين اتباع إرشادات أخلاقيات IACUC المحلية. ويشمل ذلك ضمان استخدام أبعاد القفص والأرضيات المناسبة ، والتي تعد جوانب حاسمة لاستيعاب حركة وعادات الأكل والشرب في ظروف HLS.
    ملاحظة: يوصى ب 4 أيام من التعافي بعد CLP لالتئام الجروح.
  2. بعد 4 أيام من الشفاء من CLP أو الجراحة الوهمية ، قم بتخدير تحت تدفق إيزوفلوران خفيف (2.5٪ ، 100-125 مل / دقيقة). نعلق ذيل الماوس إلى سلسلة معدنية قصيرة باستخدام شريط رغوي. ضع السلسلة المعدنية موازية للذيل بينما يحتضن الشريط الرغوي الذيل والسلسلة معا.
  3. لضمان تعليق الأطراف الخلفية ، قم بتوصيل السلسلة المعدنية بخطاف متصل بالعارضة على طول مركز القفص. بالإضافة إلى ذلك ، قم بتثبيت شريط صغير ثان يمكنه التحرك على طول العارضة للسماح بقدرة حركة أكبر للحيوان.
    ملاحظة: يجب أن تكون قادرة على التحرك عبر أطرافها الأمامية من خلال استخدام الشبكة المعدنية على أرضية القفص.
  4. اضبط ارتفاع الأطراف المعلقة لمنع ملامسة الكفوف مع كريات تشاو. راقب ونظف المنطقة المحلوقة حول الجلد المخيط يدويا باستخدام قطعة قطن مبللة بالماء مرتين يوميا على الأقل خلال فترة التعليق.
    ملاحظة: التنظيف أمر بالغ الأهمية لتجنب العدوى في موقع الجراحة ، وخاصة من حروق البول بسبب وضع الجسم المرتفع.
  5. لإعادة إنتاج النتائج ، تأكد من أن تخضع لتعليق الأطراف الخلفية لمدة 7 أيام. تم تحديد المدة بناء على دراسات الدورة الزمنية السابقة التي تظهر الحد الأدنى من الوقت اللازم لتعليق الأطراف الخلفية لاستنباط تأثيرات ذات مغزى على عضلات الهيكل العظمي في الظروف غير الإنتانية12,13.
    ملاحظة: سيزداد بقاء أو عدم ارتياحه أو ضيقه وفقا لشدة العدوى.

3. تقييم الإنتانية

ملاحظة: يعد تقييم الحالة السريرية للحيوان جانبا رئيسيا لتتبع الشدة بعد جراحات CLP / الوهمية. أيضا ، كما هو مطلوب من قبل IACUC ، يجب إنشاء نقاط نهاية إنسانية لرعاية. لمعالجة هذه المخاوف وتوفير معايير للرعاية اليومية للحيوانات ، تم استخدام توجيهات لإجراء تقييم للحيوانات باستخدام درجة تعفن الدم المعدلة للفئران (MMSS)14.

  1. استخدم MMSS (الملف التكميلي 1) لتقييم. لاحظ أنه لكل فئة ، تمثل الدرجة 0 سليما. يسجل مرتين في اليوم من 0 إلى 3 وفقا لشدة العدوى.
  2. لتعزيز الدقة ، قم بقياس درجة حرارة سطح الخنجري ووزن الجسم مرتين يوميا11,15 وسجل جنبا إلى جنب مع ورقة نتائج MMSS.
    ملاحظة: يتم توفير درجة حرارة سطح الخنجري النموذجية وتقلبات وزن الجسم في الشكل التكميلي 1.
  3. استشر IACUC المحلي للحصول على نقاط نهاية إنسانية.
    ملاحظة: لإعادة إنتاج النتائج ، تم استخدام المعايير التالية كنقاط نهاية: (1) فقدان وزن الجسم >40٪ من خط الأساس. (2) درجة الحرارة <30 درجة مئوية أو تخفيض >5 درجة مئوية من القيمة السابقة. (3) تقدير "3" في المجالات التالية: الاستجابة للمحفزات، أو مستوى الوعي، أو جودة التنفس. (4) إجمالي MSSS اليومي ≥17. تم تصميم التقييم الموصوف هنا ليتم إجراؤه بعد الجراحة وفي التي تخضع للتنقل الطبيعي. يوصى بالامتناع عن التعامل مع التي تخضع ل HLS لمنع الاتصال بين أطرافها الخلفية والأسطح. بعد التقييم النهائي ، القتل الرحيم للحيوان وفقا لتوصيات لجنة أخلاقيات المحلية.

النتائج

بالنسبة للبيانات التمثيلية الموضحة في النتائج ، تم استخدام ذكور الفئران C57BL / 6J ، التي يبلغ عمرها 17 أسبوعا ، مع كتلة جسم تتراوح من 27 إلى 34 جم. يستغرق البروتوكول بأكمله أحد عشر يوما لإكماله ويتكون من التدخل الجراحي (CLP أو الوهم) ، والدعم الملحي والمسكن (الأيام من 0 إلى 4) ، وإهم...

Discussion

يوفر البروتوكول الحالي إرشادات فنية لتنفيذ نموذج جديد قبل السريري للاعتلال العضلي الناجم عن الإنتان. يتم وصف جميع المواد والخطوات المهمة بالتفصيل لاستنساخ النموذج. يمكن لهذا النهج إعادة إنتاج خلل العضلات والهيكل العظمي الذي لوحظ في مرضى الإنتان ، مما يسلط الضوء على دو?...

Disclosures

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للكشف عنه.

Acknowledgements

تم دعم هذا العمل من قبل NIH R21 AG072011 إلى OL.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
4-0 Ethicon Coated VicrylEthiconD5792Absorbable suture used for closure of muscle layer and for ligation of the cecum.
4-0 Ethilon Black 18" Ethicon662GNon absorbable suture for closure of the skin layer.
BD  PrecisionGlide Needle 26-28 GBD305136 for 27g needleNeedle for puncturing the cecum.
C57BL/6J mice Jackson Laboratory strain #000664
Cotton Tipped ApplicatorsPuritanS-18991Swabs for topical application of iodine.
Cryostat(Leica CM1950)
Dynarex Povidone Iodine Prep SolutionDynarex1415Topical Antiseptic Liquid for Skin and Mucosa
Ethanol 200 Proof (100%)Fisher ScientificTo make 70% ethanol for cleaning skin.
Hindlimb Suspension CagesCustom MadeN/AThese custom made cages will be highlighted in the video recordings of the MS.
Optixcare Eye LubeOptixcareEye lube for protection during survival surgery.
Scalpel blades #11Fine ScienceBlade used to make incisions on skin and muscle.
Skin-TracZimmer736579Foam tape for fixing the tail to the suspension apparatus.
SomnoSuite Low-Flow Digital VaporizerKent Scientific CorporationSS-01Vaporizer for Isoflurane Anesthesia
Tissue bath apparatus Aurora ScientificModel 800A, Dual Mode Muscle Lever 300C

References

  1. Prescott, H. C., Angus, D. C. Enhancing recovery from sepsis. JAMA. 319 (1), 62-75 (2018).
  2. Stortz, J. A., et al. Benchmarking clinical outcomes and the immunocatabolic phenotype of chronic critical illness after sepsis in surgical intensive care unit patients. J Trauma Acute Care Surg. 84 (2), 342-349 (2018).
  3. Laitano, O., et al. The impact of hindlimb disuse on sepsis-induced myopathy in mice. Physiological Rep. 9 (14), e14979 (2021).
  4. Callahan, L. A., Supinski, G. S. Sepsis-induced myopathy. Crit Care Med. 37, S354-S367 (2009).
  5. Cuthbertson, B. H., et al. Mortality and quality of life in the five years after severe sepsis. Crit Care. 17 (2), R70 (2013).
  6. Schmitt, R. E., et al. Muscle stem cells contribute to long-term tissue repletion following surgical sepsis. J Cachexia Sarcopenia Muscle. 14 (3), 1424-1440 (2023).
  7. Owen, A. M., et al. Chronic muscle weakness and mitochondrial dysfunction in the absence of sustained atrophy in a preclinical sepsis model. eLife. 8, e49920 (2019).
  8. Chen, J., et al. Cellular senescence implicated in sepsis-induced muscle weakness and ameliorated with metformin. Shock. 59 (4), 646 (2023).
  9. Granger, J. I., Ratti, P. L., Datta, S. C., Raymond, R. M., Opp, M. R. Sepsis-induced morbidity in mice: effects on body temperature, body weight, cage activity, social behavior and cytokines in brain. Psychoneuroendocrinology. 38 (7), 1047-1057 (2013).
  10. Ruiz, S., et al. Sepsis modeling in mice: ligation length is a major severity factor in cecal ligation and puncture. Intensive Care Med Exp. 4 (1), 22 (2016).
  11. Laitano, O., et al. Xiphoid surface temperature predicts mortality in a murine model of septic shock. Shock (Augusta, Ga). 50 (2), 226-232 (2018).
  12. Park, S., Brisson, B. K., Liu, M., Spinazzola, J. M., Barton, E. R. Mature IGF-I excels in promoting functional muscle recovery from disuse atrophy compared with pro-IGF-IA. J App Physiol. 116 (7), 797-806 (2013).
  13. Spradlin, R. A., et al. Deletion of muscle Igf1 exacerbates disuse atrophy weakness in mice. J App Physiol. 131 (3), 881-894 (2021).
  14. Shrum, B., et al. A robust scoring system to evaluate sepsis severity in an animal model. BMC Res Notes. 7 (1), 233 (2014).
  15. Mai, S. H. C., et al. Body temperature and mouse scoring systems as surrogate markers of death in cecal ligation and puncture sepsis. Intensive Care Med Exp. 6 (1), 20 (2018).
  16. Vankrunkelsven, W., et al. Development of muscle weakness in a mouse model of critical illness: does fibroblast growth factor 21 play a role. Skelet Muscle. 13 (1), 12 (2023).
  17. Supinski, G., Stofan, D., Nethery, D., Szweda, L., DiMarco, A. Apocynin improves diaphragmatic function after endotoxin administration. J Appl Physiol. 87 (2), 776-782 (1999).
  18. Li, X., et al. Sepsis leads to impaired mitochondrial calcium uptake and skeletal muscle weakness by reducing the micu1:mcu protein ratio. Shock (Augusta, Ga). 60 (5), 698-706 (2023).
  19. Wang, C., et al. Targeting NAT10 protects against sepsis-induced skeletal muscle atrophy by inhibiting ROS/NLRP3. Life Sci. 330, 121948 (2023).
  20. Mankowski, R. T., Laitano, O., Clanton, T. L., Brakenridge, S. C. Pathophysiology and treatment strategies of acute myopathy and muscle wasting after sepsis. J Clinical Med. 10 (9), 1874 (2021).
  21. Oliveira, J. R. S., Mohamed, J. S., Myers, M., Brooks, M. J., Alway, S. E. Effects of hindlimb suspension and reloading on gastrocnemius and soleus muscle mass and function in geriatric mice. Exp Gerontol. 115, 19-31 (2019).
  22. Ashare, A., et al. Insulin-like growth factor-1 improves survival in sepsis via enhanced hepatic bacterial clearance. Am J Respir Crit Care Med. 178 (2), 149-157 (2008).
  23. Starr, M. E., Saito, H. Age-related increase in food spilling by laboratory mice may lead to significant overestimation of actual food consumption: implications for studies on dietary restriction, metabolism, and dose calculations. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 67 (10), 1043-1048 (2012).
  24. Crowell, K. T., Soybel, D. I., Lang, C. H. Restorative mechanisms regulating protein balance in skeletal muscle during recovery from sepsis. Shock. 47 (4), 463-473 (2017).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

208 Cecal

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved