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This article describes a rat model of electrically-induced ventricular fibrillation and resuscitation by chest compression, ventilation, and delivery of electrical shocks that simulates an episode of sudden cardiac arrest and conventional cardiopulmonary resuscitation. The model enables gathering insights on the pathophysiology of cardiac arrest and exploration of new resuscitation strategies.
A rat model of electrically-induced ventricular fibrillation followed by cardiac resuscitation using a closed chest technique that incorporates the basic components of cardiopulmonary resuscitation in humans is herein described. The model was developed in 1988 and has been used in approximately 70 peer-reviewed publications examining a myriad of resuscitation aspects including its physiology and pathophysiology, determinants of resuscitability, pharmacologic interventions, and even the effects of cell therapies. The model featured in this presentation includes: (1) vascular catheterization to measure aortic and right atrial pressures, to measure cardiac output by thermodilution, and to electrically induce ventricular fibrillation; and (2) tracheal intubation for positive pressure ventilation with oxygen enriched gas and assessment of the end-tidal CO2. A typical sequence of intervention entails: (1) electrical induction of ventricular fibrillation, (2) chest compression using a mechanical piston device concomitantly with positive pressure ventilation delivering oxygen-enriched gas, (3) electrical shocks to terminate ventricular fibrillation and reestablish cardiac activity, (4) assessment of post-resuscitation hemodynamic and metabolic function, and (5) assessment of survival and recovery of organ function. A robust inventory of measurements is available that includes – but is not limited to – hemodynamic, metabolic, and tissue measurements. The model has been highly effective in developing new resuscitation concepts and examining novel therapeutic interventions before their testing in larger and translationally more relevant animal models of cardiac arrest and resuscitation.
Près de 360 000 personnes aux États-Unis 1 et beaucoup d'autres dans le monde 2 souffrent d'un épisode d'un arrêt cardiaque chaque année. Les tentatives pour restaurer la vie exigent seulement que l'activité cardiaque être rétabli, mais que les dommages aux organes vitaux ne peut être empêché, minimisés ou inversés. Techniques de réanimation cardio-pulmonaire actuelles donnent un taux de réanimation initiale d'environ 30%; Toutefois, la survie à la sortie de l'hôpital est seulement 5% 1. Dysfonction myocardique, troubles neurologiques, l'inflammation systémique, maladies intercurrentes, ou une combinaison de ceux-ci en se rendant compte post-réanimation pour la grande proportion de patients qui meurent en dépit de rendement initial de circulation. Ainsi, une plus grande compréhension de l'approche de la physiopathologie et nouvelle réanimation sous-jacents sont nécessaires de toute urgence pour augmenter le taux de réanimation initiale et la survie ultérieure avec la fonction des organes intacte.
Mode animalels d'un arrêt cardiaque jouent un rôle essentiel dans le développement de nouvelles thérapies de réanimation en donnant un aperçu sur la physiopathologie de l'arrestation et de réanimation cardiaque et offrant des moyens pratiques de conceptualiser et de tester de nouvelles interventions avant qu'ils peuvent être testés chez l'homme 3. Le modèle de rat de la poitrine fermée réanimation cardiorespiratoire (RCR) décrit ici a joué un rôle important. Le modèle a été développé en 1988 par Irene von Planta - chercheur à l'époque - et ses collaborateurs 4 dans le laboratoire du regretté professeur Harry Max Weil MD, Ph.D. à l'Université de sciences de la santé (renommé Rosalind Franklin Université de médecine et des sciences en 2004) et a été largement utilisé dans le domaine de la réanimation principalement par les boursiers du professeur Weil et leurs stagiaires.
Le modèle simule un épisode d'un arrêt cardiaque avec réanimation tenté par des techniques de RCR conventionnelle et comprend donc INDUCTion de la fibrillation ventriculaire (VF) en délivrant un courant électrique à l'endocarde du ventricule droit et la fourniture de poitrine RCR fermée par un dispositif à piston à commande pneumatique tout en fournissant de manière concomitante ventilation à pression positive avec du gaz enrichi en oxygène. Résiliation du VF est accompli par la livraison transthoracique d'électrocution. Le modèle de rat établit un équilibre entre les modèles développés dans les grands animaux (par exemple, les porcs) et les modèles développés dans des animaux plus petits (par exemple des souris) permettant l'exploration de nouveaux concepts de recherche d'une manière bien standardisé, reproductible et efficace avec accès à une robuste inventaire des mesures pertinentes. Le modèle est particulièrement utile dans les premiers stades de la recherche pour explorer de nouveaux concepts et d'examiner les effets de facteurs de confusion avant de procéder à des études sur des modèles animaux plus grands qui sont plus coûteux, mais d'une plus grande incidence de translation.
Une recherche Medline pour tous les articles évalués par des pairs de rapports,modèle de rat es mesures analogues ayant VF en tant que mécanisme d'arrêt cardiaque et une certaine forme de la poitrine réanimation fermé révélé un total de 69 études originales supplémentaires à l'aide du modèle, car il a été d'abord publié en 1988 4. Les domaines de recherche comprennent les aspects physiopathologiques de réanimation 5-17, facteurs influant sur les résultats de 18 à 30, le rôle des interventions pharmacologiques examinant vasopresseurs 31-43, agents tampons 44, 45 agents inotropes, les agents visant à myocardique ou protection cérébrale 46-70, et aussi les effets de cellules souches mésenchymateuses 71-73.
Le modèle et le protocole décrit dans cet article est actuellement utilisé à l'Institut de réanimation. Pourtant, il existe de multiples occasions de "personnaliser" le modèle basé sur les capacités disponibles pour les chercheurs individuels et les objectifs des études.
NOTE: Le protocole a été approuvé par le Comité de protection des animaux et l'utilisation institutionnelle au Rosalind Franklin Université de médecine et des sciences. Toutes les procédures étaient en conformité avec le Guide pour le soin et l'utilisation des animaux de laboratoire publiées par le Conseil national de recherches.
1. Installation expérimentale et anesthésie
2. vasculaires canulations
2.1) l'artère fémorale gauche pour faire avancer le thermocouple de type T cathéter dans l'aorte thoracique descendante
2.2) veine fémorale gauche pour faire avancer le cathéter PE25 dans l'oreillette droite
2.3) l'artère fémorale droite pour faire avancer le cathéter PE25 dans l'aorte thoracique descendante
2.4) veine jugulaire externe droite pour faire avancer la 3F polyuréthane cathéter veineux pédiatrique dans l'oreillette droite
3. Intubation trachéale
3.1) l'exposition de la trachée
3.2) intubation trachéale
5. protocole expérimental
5.1) L'induction de la fibrillation ventriculaire (VF)
5.2) Les compressions thoraciques et la ventilation à pression positive
NOTE: Le compresseur de la poitrine en vedette dans cette publication est un dispositif à piston à entraînement pneumatique à commande électronique sur mesure et. Le ventilateur est un dispositif disponible dans le commerce.
5.3) défibrillation
5.4) postréanimation
Le modèle de rat décrit ici a été récemment utilisée pour comparer les effets de deux inhibiteurs de la sarcolemmique sodium-hydrogène échangeur isoforme 1 (NHE-1) sur la fonction myocardique et hémodynamique lors de la compression de la poitrine et post-réanimation 61. Il a été précédemment rapporté que NHE-1 inhibiteurs atténuent les lésions de reperfusion myocardique en limitant cytosolique induite sodium et la surcharge de calcium mitochondrial, et ainsi aider à préserver gauche distens...
Étapes critiques dans le protocole
Il ya des étapes critiques dans le protocole. Lorsque maîtrisé, la préparation et le protocole procéder comme succinctement décrits ci-dessous. La préparation chirurgicale est rapide, avançant cathéters rapidement à travers de petites incisions déclenchement spasmes peu ou pas de navire et le positionnement des pointes de cathéter comme prévu, suivi de succès intubation trachéale après une seule ou quelques-uns tentative (s); Ainsi...
The authors have nothing to disclose.
The authors would like to acknowledge Dr. Wanchun Tang MD, MCCM, FCCP, FAHA and Jena Cahoon of the Weil Institute of Critical Care Medicine in Rancho Mirage, CA. for their contributions to the resuscitation protocol outline and for having helped train the rodent surgeon (LL). The preparation of this article was in part supported by a gift in memory of US Navy Retired SKC Robert W. Ply by Ms. Monica Ply for research in heart disease and Parkinson’s disease and by a discretionary fund from the Department of Medicine at Rosalind Franklin University of Medicine and Science.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
Sodium pentobarbital | Sigma Aldrich | P3761 | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/p3761?lang=en®ion=US |
Rectal thermistor | BIOPAC Systems, INC | TSD202A | http://www.biopac.com/fast-response-thermistor |
Needle electrode biopolar concentric 25 mm TP | BIOPAC Systems, INC | EL451 | http://www.biopac.com/needle-electrode-concentric-25mm |
PE25 polyethylene tubing | Solomon Scientific | BPE-T25 | http://www.solsci.com/products/polyethylene-pe-tubing |
26GA female luer stub adapter | Access Technologies | LSA-26 | http://www.norfolkaccess.com/needles.html |
Stopcocks with luer connections; 3-way; male lock, non-sterile | Cole-Parmer | UX-30600-02 | http://www.coleparmer.com/Product/Large_bore_3_way _male_lock_stopcocks _10_pack_Non_sterile/EW-30600-23 |
TruWave disposable pressure transducer | Edwards Lifesciences | PX600I | http://www.edwards.com/products/pressuremonitoring/Pages/truwavemodels.aspx?truwave=1 |
Type-T thermocouple | Physitemp Instruments | IT-18 | http://www.physitemp.com/products/probesandwire/flexprobes.html |
Central venous pediatric catheter | Cook Medical | C-PUM-301J | https://www.cookmedical.com/product/-/catalog/display?ds=cc_pum1lp_webds |
Abbocath-T subclavian I.V. catheter (14g x 5 1/2") | Hospira | 453527 | http://www.hospira.com/products_and_services/iv_sets/045350427 |
Novametrix Medical Systems, Infrared CO2 monitor | Soma Technology, Inc. | 7100 CO2SMO | http://www.somatechnology.com/MedicalProducts/novametrix_respironics_co2smo_ 7100.asp |
Harvard Model 683 small animal ventilator | Harvard Apparatus | 555282 | http://www.harvardapparatus.com/webapp/wcs/stores/servlet/haisku2_10001_11051_44453_-1_ HAI_ProductDetail_N_37322_37323 |
Double-flexible tipped wire guides | Cook Medical | C-DOC-15-40-0-2 | https://www.cookmedical.com/product/-/catalog/display?ds=cc_doc_webds |
High accuracy AC LVDT displacement sensor | Omega Engineering | LD320-25 | http://www.omega.com/pptst/LD320.html |
HeartStart XL defibrillator/monitor | Phillips Medical Systems | M4735A | http://www.healthcare.philips.com/main/products/resuscitation/products/xl/ |
Graefe micro dissection forceps 4 inches | Roboz | RS-5135 | http://shopping.roboz.com/Surgical-Instrument-Online-Shopping?search=RS-5135 |
Graefe micro dissection forceps 4 inches with teeth | Roboz | RS-5157 | http://shopping.roboz.com/Surgical-Instrument-Online-Shopping?search=RS-5157 |
Extra fine micro dissection scissors 4 inches | Roboz | RS-5882 | http://shopping.roboz.com/micro-scissors-micro-forceps-groups/micro-dissecting-scissors/Micro-Dissecting-Scissors-4-Straight-Sharp-Sharp |
Heiss tissue retractor | Fine Science Tools | 17011-10 | http://www.finescience.com/Special-Pages/Products.aspx?ProductId=321&CategoryId=134& lang=en-US |
Crile curve tip hemostats | Fine Science Tools | 13005-14 | http://www.finescience.com/Special-Pages/Products.aspx?ProductId=372 |
Visistat skin stapler | Teleflex Incorporated | 528135 | http://www.teleflexsurgicalcatalog.com/weck/products/9936 |
Braided silk suture, 3-0 | Harvard Apparatus | 517706 | http://www.harvardapparatus.com/webapp/wcs/stores/servlet/haisku2_10001_11051_43051_-1_ HAI_ProductDetail_N_37916_37936 |
Betadine solution | Butler Schein | 3660 | https://www.henryscheinvet.com/ |
Sterile saline, 250 ml bags | Fisher | 50-700-069 | http://www.fishersci.com/ecomm/servlet/itemdetail?catnum=50700069&storeId=10652 |
Heparin sodium injection, USP | Fresenius Kabi | 504201 | http://fkusa-products-catalog.com/files/assets/basic-html/page25.html |
Loxicom (meloxicam) | Butler Schein | 045-321 | https://www.henryscheinvet.com/ |
Thermodilution cardiac output computer for small animals | N/A | N/A | Custom-developed at the Resuscitation Institute using National Instruments hardware and LabVIEW software |
Analog-to-digital data acquisition and analysis system | N/A | N/A | Custom-developed at the Resuscitation Institute using National Instruments hardware and LabVIEW software |
Pneumatically-driven and electronically controlled piston device for chest compression in small animals | N/A | N/A | Custom-developed at the Weil Institute of Critical Care Medicine |
60 Hz alternating current generator | N/A | N/A | Custom-developed at the Weil Institute of Critical Care Medicine |
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