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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.
Vicino a 360.000 persone negli Stati Uniti 1 e molti altri in tutto il mondo 2 soffrono di un episodio di arresto cardiaco improvviso ogni anno. I tentativi di ripristinare la vita non richiedono solo che l'attività cardiaca essere ristabilita, ma che il danno agli organi vitali essere evitati, ridotti al minimo, o invertiti. Tecniche di rianimazione cardiopolmonare correnti producono un tasso di rianimazione iniziale di circa il 30%; tuttavia, la sopravvivenza alla dimissione ospedaliera è solo il 5% 1. Disfunzione miocardica, disfunzione neurologica, infiammazione sistemica, malattie intercorrenti, o una combinazione di questi si verificano conto post-rianimazione per la gran parte dei pazienti che muoiono a dispetto di cambio iniziale di circolazione. Pertanto, una maggiore comprensione degli approcci fisiopatologia e romanzo rianimazione sottostanti sono urgentemente necessari per aumentare il tasso di rianimazione iniziale e successiva di sopravvivenza con funzione di organo intatto.
Modalità Animalls di arresto cardiaco hanno un ruolo fondamentale nello sviluppo di nuove terapie di rianimazione, fornendo approfondimenti sulla fisiopatologia di arresto cardiaco e rianimazione e offrendo mezzi pratici per concettualizzare e testare nuovi interventi prima che possano essere testati negli esseri umani 3. Il modello di ratto di petto chiuso rianimazione cardiopolmonare (CPR) descritto qui ha svolto un ruolo importante. Il modello è stato sviluppato nel 1988 da Irene von Planta - ricercatore al momento - ed i suoi collaboratori 4 nel laboratorio del professor Max Harry Weil MD, Ph.D. presso l'Università degli Studi di Scienze della Salute (rinominato Rosalind Franklin University of Medicine and Science nel 2004) ed è stato ampiamente utilizzato nel campo della rianimazione prevalentemente dai compagni del professor Weil e dei loro allievi.
Il modello simula un episodio di arresto cardiaco improvviso con rianimazione tentato con tecniche di RCP convenzionale e comprende quindi inductione di fibrillazione ventricolare (VF), fornendo una corrente elettrica al endocardio del ventricolo destro e prestazione di CPR petto chiusa da un dispositivo a pistone ad azionamento pneumatico mentre contemporaneamente fornire ventilazione a pressione positiva con gas arricchita di ossigeno. Cessazione di VF si ottiene consegna transtoracica di scosse elettriche. Il modello di ratto un equilibrio tra modelli sviluppati negli animali di grandi dimensioni (ad esempio, suini) e modelli sviluppati in animali più piccoli (ad esempio, i topi) che consente l'esplorazione di nuovi concetti di ricerca in modo ben standardizzata, riproducibile ed efficiente con l'accesso a un robusto inventario delle misure pertinenti. Il modello è particolarmente utile nelle fasi iniziali della ricerca per esplorare nuovi concetti e esaminare gli effetti confondenti prima realizzazione di studi in modelli animali più grandi che sono più costosi, ma di maggiore impatto traslazionale.
Una ricerca su Medline per tutti gli articoli peer-reviewed la rendicontazione,modello di ratto analoghe sui avendo VF come meccanismo di arresto cardiaco e una qualche forma di rianimazione torace chiuso ha rivelato un totale di 69 ulteriori studi originali utilizzando il modello da quando è stato pubblicato nel 1988 4. Le aree di ricerca comprendono aspetti fisiopatologici della rianimazione 5-17, fattori che influenzano i risultati 18-30, il ruolo di interventi farmacologici esame vasopressori 31-43, agenti tampone 44, agenti inotropi 45, agenti volti a infarto o protezione cerebrale 46-70, e anche gli effetti delle cellule staminali mesenchimali 71-73.
Il modello e il protocollo descritto in questo articolo non è al momento in uso presso l'Istituto di rianimazione. Eppure, ci sono più possibilità di "personalizzare" il modello basato sulle funzionalità disponibili ai singoli ricercatori e gli obiettivi degli studi.
NOTA: Il protocollo è stato approvato dalla cura e l'uso degli animali Comitato Istituzionale presso Rosalind Franklin University of Medicine and Science. Tutte le procedure sono in conformità con la guida per la cura e l'uso di animali da laboratorio pubblicato dal Consiglio Nazionale delle Ricerche.
1. Setup sperimentale e Anestesia
2. vascolari cannulazioni
2.1) arteria femorale sinistra per far avanzare il catetere termocoppia di tipo T nella aorta toracica discendente
2.2) vena femorale sinistra per far avanzare il catetere PE25 nell'atrio destro
2.3) arteria femorale destra per far avanzare il catetere PE25 in aorta toracica discendente
2.4) destro vena giugulare esterna per avanzare il catetere venoso 3F poliuretano pediatrica nell'atrio destro
3. tracheale intubazione
3.1) Esposizione tracheale
3.2) intubazione tracheale
5. protocollo sperimentale
5.1) induzione della fibrillazione ventricolare (VF)
5.2) Le compressioni toraciche e ventilazione a pressione positiva
NOTA: Il compressore toracico descritto in questa pubblicazione è un dispositivo a pistone su misura ad azionamento pneumatico e controllo elettronico. Il ventilatore è un dispositivo disponibile in commercio.
5.3) Defibrillazione
5.4) Post-rianimazione
Il modello di ratto descritto qui è stato recentemente utilizzato per confrontare gli effetti di due inibitori della sarcolemmal sodio-idrogeno scambiatore isoforma 1 (NHE-1) sulla funzione miocardica e emodinamica durante la compressione del torace e post-rianimazione 61. In precedenza era stato riferito che NHE-1-inibitori riducono la riperfusione miocardica limitando citosolico sodio-indotta e sovraccarico di calcio mitocondriale, e in tal modo contribuire a preservare sinistra distensibilità ventricolar...
Fasi critiche nel protocollo
Ci sono passaggi critici nel protocollo. Quando padronanza, la preparazione e il protocollo, agire come succintamente descritte di seguito. La preparazione chirurgica è rapida, avanzando cateteri rapidamente attraverso piccole incisioni attivazione spasmo minimo o nullo nave e posizionando le punte del catetere come previsto, seguita da intubazione tracheale successo dopo una singola o pochi tentativo (s); pertanto, completando la preparazione in ≈ 90...
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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