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Method Article
Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a disease of pulmonary arterioles that leads to their obliteration and the development of right ventricular failure. Rodent models of PAH are critical in understanding the pathophysiology of PAH. Here we demonstrate hemodynamic characterization, with right heart catheterization and echocardiography, in the mouse and rat.
Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a rare disease of the pulmonary vasculature characterized by endothelial cell apoptosis, smooth muscle proliferation and obliteration of pulmonary arterioles. This in turn results in right ventricular (RV) failure, with significant morbidity and mortality. Rodent models of PAH, in the mouse and the rat, are important for understanding the pathophysiology underlying this rare disease. Notably, different models of PAH may be associated with different degrees of pulmonary hypertension, RV hypertrophy and RV failure. Therefore, a complete hemodynamic characterization of mice and rats with PAH is critical in determining the effects of drugs or genetic modifications on the disease.
Here we demonstrate standard procedures for assessment of right ventricular function and hemodynamics in both rat and mouse PAH models. Echocardiography is useful in determining RV function in rats, although obtaining standard views of the right ventricle is challenging in the awake mouse. Access for right heart catheterization is obtained by the internal jugular vein in closed-chest mice and rats. Pressures can be measured using polyethylene tubing with a fluid pressure transducer or a miniature micromanometer pressure catheter. Pressure-volume loop analysis can be performed in the open chest. After obtaining hemodynamics, the rodent is euthanized. The heart can be dissected to separate the RV free wall from the left ventricle (LV) and septum, allowing an assessment of RV hypertrophy using the Fulton index (RV/(LV+S)). Then samples can be harvested from the heart, lungs and other tissues as needed.
A hipertensão arterial pulmonar (HAP) é uma doença da vasculatura pulmonar associada a infiltração de células inflamatórias, a proliferação do músculo liso e a apoptose de células endoteliais. Estas alterações resultam em obliteração das arteríolas pulmonares, posteriormente, levando à ventrículo direito (RV) disfunção e insuficiência cardíaca. A fim de compreender a fisiopatologia subjacente PAH e falência do VD na HAP, um número de diferentes modelos, incluindo modelos genéticos e farmacológicos, para estudar esta doença têm sido desenvolvidos (revisto em outros lugares 1,2).
Destes modelos, os mais populares são (Hx) HAP induzida por hipoxia no mouse ea monocrotalina (MCT) e modelos SU5416-hipoxia (SuHx) no rato. No modelo de rato Hx, os ratinhos são expostos a 4 semanas de hipóxia (quer normobáricas ou hipobárica, o que corresponde a uma altitude de 18.000 pés com uma FiO2 de 0,10), com o desenvolvimento resultante de proliferação medial, o aumento da RV Systpressões Olic e o desenvolvimento de hipertrofia do VD 3. MCT numa dose única de 60 mg / kg resulta em lesão para as células endoteliais pulmonares através de um mecanismo claro que, em seguida, resulta no desenvolvimento de HAP 4. SU5416 é um inibidor dos receptores vasculares factor de crescimento endotelial (VEGFR) 1 e 2 bloqueador, e o tratamento com uma única injecção subcutânea de 60 mg / kg, seguida de exposição a hipoxia crónica durante 3 semanas resulta em hipertensão pulmonar permanente com alterações patológicas similares à observada na doença humana, com a formação de lesões vasculares obliterante 5. Nos últimos anos, diversos modelos de ratinho transgénicos para a hipertensão pulmonar tem sido desenvolvido. Estes incluem nocaute e mutações do receptor de proteína morfogenética óssea 2 (BMPR2), como mutações genéticas BMPR2 são encontrados em ambas as formas familiares e idiopática da HAP, heme oxigenase-1 nocaute e IL-6 superexpressão (revisto em outros lugares 1,2).
Estes modelos de roedores diferentes de PH têm diferentes níveis de hipertensão pulmonar, hipertrofia RV e falência do VD. Enquanto a hipóxia e vários modelos de camundongos transgênicos resultar em PAH muito mais suave do que a qualquer modelo de rato 1, permite que testes de diferentes mutações genéticas e suas vias de sinalização molecular associados. O modelo MCT não resultar na HAP grave, embora MCT parece ser tóxico para as células endoteliais em diversos tecidos 4. O modelo SuHx é caracterizada por alterações vasculares mais semelhante ao observado em HAP idiopática em seres humanos, embora tanto a exposição requer manipulação e hipóxia farmacológico. Além disso, em todos estes modelos, pode haver uma separação entre as alterações histopatológicas, as pressões pulmonares e função do VD associados com o desenvolvimento de hipertensão arterial pulmonar. Isto está em contraste com a doença humana, onde há normalmente uma relação proporcional entre as alterações histopatológicas, a gravidade da pulmonhipertensão ary e do grau de falência do VD. Assim, uma caracterização detalhada destes modelos de roedores de PH é necessária, e envolve avaliações da função RV (tipicamente por ecocardiografia), hemodinâmica (por cateterismo cardíaco) e histopatologia do coração e pulmões (de colheita de tecidos).
Neste protocolo, descrevemos as técnicas básicas usadas para a caracterização hemodinâmica de modelos de HAP no rato e do rato. Estas técnicas gerais pode ser aplicado a qualquer estudo do ventrículo direito e vasculatura pulmonar e não está limitado aos modelos de HAP. Visualizando o RV por ecocardiografia é relativamente simples em ratos, mas é mais desafiador em camundongos devido ao seu tamanho e da geometria complexa da RV. Além disso, alguns substitutos utilizados para quantificar a função do VD, como TAPSE, artéria pulmonar (AP) tempo de aceleração e PA Doppler onda chan, não são bem validadas em humanos e correlacionar apenas fracamente com a avaliação de puhipertensão lmonary e função RV por hemodinâmica invasiva. Determinação dos hemodinâmica RV é o melhor feito com um de tórax fechado, para manter os efeitos de uma pressão negativa intratorácica com a inspiração, embora cateterismo peito aberto com um cateter de impedância permite a determinação da pressão-volume (PV) loops e uma caracterização hemodinâmica mais detalhada . Como com qualquer procedimento, desenvolver a experiência com os procedimentos é fundamental para o sucesso experimental.
Todos os procedimentos descritos seguir as orientações de cuidados de animais de Duke University School of Medicine.
1. Antes de iniciar o procedimento
Nota: Antes de quaisquer procedimentos com animais, garantir que a permissão institucional adequado foi obtido. Tal como acontece com todos os procedimentos, usar medicação para a dor adequado para garantir que não há sofrimento animal.
2. Ecocardiografia
Nota: A descrição completa da ecocardiografia roedor é descrito em outros lugares 7. Para o mouse, antes da anestesia, as imagens podem ser obtidas na, animal contido manualmente acordado. Para o rato,anestesia antes da ecocardiografia é preferido como ratos são grandes demais para ser contido manualmente enquanto acordado).
3. Direito cateterismo cardíaco
4. Recolha de coração e pulmão Amostras
Observação: Como os procedimentos aqui umre descrito como terminal, o animal deve ser sacrificado após uma fechada ou de tórax aberto coração direito cateterismo.
Como cateterismo cardíaco direito em roedores é tipicamente um procedimento terminal que não é aplicável ao acompanhamento longitudinal, a ecocardiografia é uma excelente alternativa não invasiva para o rastreio e seguimento 12. Enquanto a pressão sistólica da artéria pulmonar em PAH humana no ecocardiograma geralmente é derivada de insuficiência tricúspide que normalmente é fácil de ser obtido na vista apical, tal visão não é obtido de forma confiável em roedores, impedindo que a estimativ...
The protocols outlined here describe a comprehensive characterization of hemodynamics and right ventricular function in rodent models of pulmonary hypertension. While right heart catheterization as described here is a terminal procedure, the mortality associated with echocardiography is minimal, which allows for screening and follow-up of disease progression. However, similar to patients with PH having markedly increased mortality with anesthesia17, in our experience, rats with severe PH do not tolerate anesth...
The authors have nothing to disclose.
SR is supported by NIH K08HL114643, Gilead Research Scholars in Pulmonary Arterial Hypertension and a Burroughs Wellcome Fund Career Award for Medical Scientists.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Vevo 2100 Imaging System (120V) | VisualSonics, inc. | VS-11945 | |
Vevo 2100 Imaging Station | VisualSonics, inc. | ||
High-frequency Mechanical Transducers | VisualSonics, inc. | MS250, MS550D, MS400 | |
Ultrasound Gel Parker | Laboratories Inc. | 01-08 | |
PowerLab 4/35 | ADInstruments | ML765 | |
Labchart 8 | ADInstruments | ||
BP transducer with stopcock and cable | ADInstruments | MLT1199 | |
BP transducer calibration kit | ADInstruments | MLA1052 | |
Mikro-Tip Pressure Catheter for mouse | Millar | SPR-1000 | Alternative catheter available from Scisense FT111B (mouse) and FT211B (rat) |
Mikro-Tip Pressure Catheter for rat | Millar | SPR-513 | Alternative catheter available from Scisense FT111B (mouse) and FT211B (rat) |
Millar Mikro-Tip ultra-miniature PV loop catheter for mice | Millar | PVR-1035 | Alternative catheter available from Scisense FT112 (mouse) |
Millar Mikro-Tip ultra miniature PV loop catheter for rats | Millar | SPR-869 | Alternative catheter available from Scisense FT112 (mouse) |
Millar PV system MPVS-300 | Millar | MPVS-300 | |
4-0 Silk Black Braid 100 Yard Spool | Roboz Surgical | SUT-15-2 | |
6-0 Silk Black Braid 100 Yard Spool | Roboz Surgical | SUT-14-1 | |
Iris Scissors, Delicate, Integra Miltex | VWR | 21909-248 | |
VWR Dissecting Scissors, Sharp/Blunt Tip | VWR | 82027-588 | |
VWR Delicate Scissors, 4 1/2" | VWR | 82027-582 | |
Two star Hemostats, Excelta | VWR | 63042-090 | |
Neutral-buffered formalin | VWR | 89370-094 | |
Crotaline | Sigma | C2401 | |
SU5416 | Tocris Biosciences | 3037 | |
3.5X-45X Boom Stand Trinocular Zoom Stereo Microscope | AmScope | SM-3BX | |
PE (Polyethylene Tubing)-10 | Braintree Scientific Inc | PE10 36 FT | |
PE (Polyethylene Tubing)-50 | Braintree Scientific Inc | PE50 36 FT | |
PE (Polyethylene Tubing)-60 | Braintree Scientific Inc | PE60 36 FT | |
Tabletop Isoflurane Anesthesia Unit | Kent Scientific | ACV-1205S | |
Surgisuite multi-functional surgical platform | Kent Scientific | Surgisuite | |
Retractor set | Kent Scientific | SURGI-5002 | |
Anesthesia induction chamber | VetEquip | 941443 | |
Anesthesia Gas filter canister | Kent Scientific | ACV-2001 | |
Rodent nose cone | VetEquip | 921431 |
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