Fizyoloji Laboratuvarı Gösteri: Bir Sıçan Glomerüler Filtrasyon Hızı

Özet

The purpose of this protocol is to demonstrate the principles and techniques for measuring and calculating glomerular filtration rate, urine flow rate, and excretion of sodium and potassium in a rat. This demonstration can be used to provide students with an overall conceptual understanding of how to measure renal function.

Özet

Measurements of glomerular filtration rate (GFR), and the fractional excretion of sodium (Na) and potassium (K) are critical in assessing renal function in health and disease. GFR is measured as the steady state renal clearance of inulin which is filtered at the glomerulus, but not secreted or reabsorbed along the nephron. The fractional excretion of Na and K can be determined from the concentration of Na and K in plasma and urine. The renal clearance of inulin can be demonstrated in an anesthetized animal which has catheters in the femoral artery, femoral vein and bladder. The equipment and supplies used for this procedure are those commonly available in a research core facility, and thus makes this procedure a practical means for measuring renal function. The purpose of this video is to demonstrate the procedures required to perform a lab demonstration in which renal function is assessed before and after a diuretic drug. The presented technique can be utilized to assess renal function in rat models of renal disease.

Giriş

The most important function of the kidney is the homeostatic regulation of extracellular water and electrolyte content. The kidneys closely regulate extracellular water, sodium (Na) and potassium (K) to maintain normal physiological levels. Disturbances in renal function can result in serious metabolic disorders which can be fatal. The basic renal process occurs in the nephron and begins with the filtration of plasma at the glomerulus and ends with the excretion of urine. Other processes that determine the final concentration of water, Na and K in the urine are secretion and reabsorption within the nephron. Measurements of glomerular filtration rate (GFR) and the fractional excretion of Na and K are critical in assessing renal function in health and disease. The reader is referred to previously published review articles and textbooks for a more thorough discussion of kidney function^1-4.

GFR can be measured as the steady state renal clearance of inulin which is filtered at the glomerulus, but not secreted or reabsorbed along the nephron⁵. While this technique requires anesthesia, surgical preparation, and a terminal experiment, it is considered the gold standard of GFR measurement. Using inulin that is tagged with fluorescein-isothiocyanate (FITC), plasma and urine concentration of FITC-inulin can be easily measured in small volumes and used to calculate GFR during multiple time points of an experiment. The fractional excretion of Na and K can be determined from the concentration of Na and K in plasma and urine.

The conceptual understanding of how to measure renal function can easily be demonstrated in a short lab designed to allow students to actively participate in some aspects of the experiment. This video depicts the pre-lab preparation, the renal function demonstration, and the post-lab evaluation of results. The surgical techniques necessary for making measurements of GFR are demonstrated in an anesthetized rat. In addition, example calculations for GFR, and the fractional excretion of Na and K are shown before and after administration of a diuretic drug.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protokol

Önceden herhangi bir hayvan prosedürüne kurumsal hayvan bakımı ve kullanımı komitesi (IACUC) protokolünü onaylaması gerekir. Bu protokol Michigan State Üniversitesi IACUC tarafından onaylanmıştır.

FITC inulin Çözüm 1. Ön-lab Hazırlık

1. Tüm inülin çözünene kadar yavaş yavaş ısınmaya 20 ila 70 ° C ml tuzlu su ve FITC inulin (5 mg / ml FITC-inülin) 100 mg ilave edin.
2. Soğuk, oda sıcaklığına kadar çözeltisi ve sığır serum albümini 800 mg ekleyin (40 mg / ml BSA, liyofilize toz, esas olarak, agaroz jel elektroforezi ile arındırılmış, endotoksin, ≥98% saflığa globulin).
3. Filtre kağıdı (grade 1) ile inulin-BSA çözüm Filtre. Bir şırınga ucu filtre (0,2 um) olan bir 20 ml şırınga içinde çözelti filtre koyun ve ışıktan korumak için folyo ile kapatın.

2. Anestezi ve Cerrahi

1. Anestezi sağlamak üzere,% 5 izofluran ile dolu bir indüksiyon odasında sıçan yerleştirin. Kayıt body ağırlığı (250-350 g) ve deney boyunca 37 ° C vücut ısısını korumak için tasarlanmış bir ısıtılmış ameliyat işlemine sıçan yerleştirin. Yavaşça pençeleri üzerinde laboratuvar bant ile platforma sıçan sabitleyin. 0.8-1.0 L / dk hava akımı hızında tıbbi sınıf% 100 O ₂ ile% 1-2 izofluran ile anestezi koruyun.
2. Kan basıncı ve kalp hızı izleme ve kan örneklemesi için femoral arter içine bir kateter konik (damar içi ucu OD, 2.7f) yerleştirin.
3. Inülin infüzyon için femoral damara bir kateter (PE-50) yerleştirin. 5-O örgülü ipek cerrahi sütür ⁶ çevreleyen doku kateter sabitleyin.
4. Bir gerinim ölçer basınç dönüştürücü arteriyel kateter takın. Tutanak kan basıncı ve gerçek zamanlı bir bilgisayar ekranında veri toplama yazılım ve ekranını kullanarak kalp hızı. Bu teknik, video, ⁶ ayrıntılı olarak gösterilmiştir.
5. Suprapubik insizyon yoluyla mesaneye Açığa. Küçük bir kesMesanenin ucu delik ve bir ısı ile bir kanül (PE-190) takın idrar toplama mesane içine ucu alevlendi. Bir çanta-string sütür ile mesane kanül sabitleyin.

3. İdrar ve Kan Alma

1. (300 g ağırlığındaki bir sıçan için 3 ml / saat) vücut ağırlığının her 100 g başına 1 mi / saat ayarlanmış akış oranı ile, bir şırınga pompası FITC inülin şırınga yerleştirin. Femoral ven kateter için şırınga takın. Inülin infüzyon başlatın ve 1-2 saat dengeleme dönemi izin verir. Işıktan korumak için folyo ile kaplı şırınga tutun.
2. Idrar akışı oranı sabit ve 10 dakikalık bir süre için önceden tartılmış toplama şişe içinde, bir idrar örneği toplayarak örnek analizi (20 ul / dak) için yeterli olup olmadığını belirler. Dijital ölçek ile gravimetrik idrar hacmi belirlemek. 10 dakika toplama dönemi için yeterli bir idrar hacmi, 0.2 ml olmuştur. Iki ardışık koleksiyon 20 ul / m idrar akım hızını gösterir kadar idrar örnekleri toplamaya devamveya daha fazlası.
3. Ön İlaç Örnekleri
   1. 20 dakikalık bir süre boyunca idrar örneği toplamak. Idrar toplama dönemi orta noktasında arteriyel kateter kan örneği (0.5 ml) toplayın. 1 U heparin içeren bir koleksiyon şişede bir kan örneği toplama önce tuzlu tamamen açık arteriyel kateter dikkatli olun. Arteriyel kan 0.5 ml toplanmasını kolaylaştırmak için ses işaretleri ile toplama şişeleri kullanın.
   2. Kan (yaklaşık. 0.1 mi) ve kateter temizlemek için heparin tuz çözeltisi (20 U / ml) ile arteriyel kateter yıkayın. temizlemek için gerekli olan heparin tuz hacmini sınırlamak için mümkün olduğu kadar arteriyel kateterin boyu kadar kısa olmalıdır.
      Not: Seyreltilmiş kan örnekleri GFR ve Na ve K fraksiyonel atılımının yanlış hesaplamalar üretmek
   3. 10 dakika bekleyin ve ikinci ön ilaç idrar ve kan örneği toplanmasını tekrarlayın.
4. İki ilaç öncesi numune alındıktan sonra, bir diüretik dru tatbikg, furosemid (10 mg / kg), arteriyel kateter vasıtasıyla. İlacın kateter temizlemek için heparinli serum fizyolojik ile arteriyel kateter yıkayın. Arteriyel kateter yoluyla hava enjeksiyonu önlemek için özen gösterin. Furosemid enjeksiyonu zamanını kaydedin.
5. Mesaj-ilaç örnekleri: Aşağıda 3 zaman noktalarının her birinde, 10 dakika toplama süresi boyunca idrar numunesi, ve idrar toplama süresi arasında orta nokta yakınında bir kan örneği (0.5 mi) toplanır.
   1. Post-İlaç Örnek 1 için - daha sonra furosemid beş dakika toplamak.
   2. Post-İlaç Örnek 2 için - sonra furosemid on dakika toplamak.
   3. Post-İlaç Örnek 3 - sonra furosemid onbeş dakika toplamak.
6. Tüm numuneler toplanmıştır sonra, torakotomi ve kalp çıkarılmasıyla kurumsal prosedürlerine uygun olarak sıçan euthanize. Her iki böbreği çıkarın. Açarlar (çevreleyen membran kaldırmak) ve aşırı kan çıkarmak için böbrekleri kurulayın. Böbrekler tartılır.

4. Numune Analizi

1. Tüm gravimetrik bir dijital ölçekli idrar örneği hacimleri ve kayıt ağırlıkları ölçün.
2. Bir masa üstü santrifüj (1.800 xg) ile Santrifüj tam kan numuneleri plazma ayırmak için. Küçük etiketli şişelere plazma örnekleri aktarın.
3. Bir sodyum / potasyum analizörü ile idrar ve plazma örneklerinde Na ve K konsantrasyonları analiz edin.
4. Plazma ve idrar FITC inulin ölçümü
   1. Ilaç öncesi idrar ile seyreltilir ve HEPES tampon maddesi (500 mM, pH 7.4) ile birlikte, son ilaç idrar (1:10) (1: 400: 200-1).
   2. 96 oyuklu bir plakanın (oyuk başına bir örnekte) 'de HEPES tamponu standart veya numune ve 60 ul 40 ul ekle ve alüminyum folyo ile kaplı ise, 10 dakika boyunca karıştırın izin verir.
   3. Konsantrasyonlarda FITC-inulin bir standart eğri oluşturmak 6.25, 12.5, 25, 50, 100, 200, 400 ug / ml (Şekil 1). Ex bir mikroplaka okuyucu kullanılarak numuneler ve standartlar FITC-inülin floresan belirlemesırasıyla 485 ve 538 nm atıf ve emisyon dalga boylarında.
   4. 4 menü noktası lojistik fonksiyon regresyon analizine standartlar için floresan değerleri takınız. regresyon işlev parametreleri plazma ve idrar örneklerinde (Tablo 1) FITC-inülin konsantrasyonunu hesaplamak için kullanılır.

Sonuçların 5. Post-lab Analizi: Hesaplamalar

1. (UV; ml / dak) İdrar Akış Hızı hesaplayın: [idrar hacmi toplanan (ml)] ÷ [toplama süresi (dak)]
2. Glomerüler Filtrasyon Hızı hesaplayın (GFH; ml / dak): ÷ [Plazma inulin konsantre [İdrar inulin konsantrasyonu (ug / ml) UV (ml / dk) x]. (Ug / ml)]
3. Serum sodyum konsantrasyonu (umol / ml) x GFR (ml / dak): Filtrelenmiş sodyum Yük (umol / dakika) hesaplamak
4. Sodyum atılım hızı (U _Na V; umol / dakika) hesaplayın: İdrar sodyum konsantrasyonu (umol / ml) (ml / dk) UV x
5. Hesaplayın Sodyum Fraksiyonel Atılım (FE Na;%): [U _Na V (ľmol / dk)] ÷ [Filtreli Sodyum Yükü (ľmol / dk)] x 100
6. Filtreli Potasyum Load (ľmol / dak) hesaplayın: Plazma potasyum konsantrasyonu (mol / ml) GFR x (ml / dak)
7. Potasyum atılım hızı (U _K V, umol / dakika) hesaplayın: İdrar potasyum konsantrasyonu (umol / ml) (ml / dk) UV x
8. Hesaplayın Potasyum Fraksiyonel Atılım (FE K;%): [U _K V (ľmol / dk)] ÷ [Filtreli Potasyum Yükü (ľmol / dk)] x 100

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Sonuçlar

laboratuvar gösteride kullanılan diüretik çok hızlı ilaç uygulama birkaç dakika içinde artmış Na, K sonuçlanan böbrek ve su atılımı tarafından filtre Na ve K emilimini inhibe furosemid oldu. Birincil mekanizma ile, furosemid GFH ve Na ve K filtrelenmiş yük üzerinde minimal etkisi olmalı, ama Na ve K idrar akışını ve fraksiyonel atılımını artacak

Bir anestezi uygulanmış sıçanlarda, GFR ilaç öncesi değerlerin ortalaması / dakika, Na atılımı 0.58 umol / d...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Tartışmalar

Dört kriterleri karşılaması gerekir GFH ölçümünde uygun bir işaretleyici: glomerülden serbestçe süzülür edilmesi, plazma proteinlerine bağlanmamış olması ve ne emilir ne nefron salgılandığı. İnülin bu ölçütlerini karşılayan bir fruktoz polimerdir. Sonuç olarak, inulin renal klirensi GFH ⁷ ölçmek için altın standart olarak kabul edilir. gösterdi tekniği inulin ^8,9 sabit bir infüzyon sırasında Zamanlı idrar koleksiyonları kullanılarak inulin renal klerensini ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
5-0 Braided Silk Surgical Suture	Surgical Specialties Corp	SP1033
Assay Plate, 96-Well	Costar	3922
Bovine Serum Albumin	Sigma Chemical Co	A2934-25G
Centrifuge	Beckman Coulter	MicroFuge 18, 357160
Conical Sample Tubes	Dot Scientific Inc.	#711-FTG
Cotton Tipped Applicators	Solon Manufacturing Co	56200
Data Acquisition Software	ADInstruments	LabChart Pro 7.0
Digital Scale	Denver Instrument	APX-4001
FITC-Inulin	Sigma Chemical Co	F3272-1G
Gauze Sponges	Covidien	2146
Heated Surgical Bed	EZ-Anesthesia	EZ-212
Heparin	Sagnet	NDC 25021-402-10
HEPES	Sigma Chemical Co	H3375
Isoflurane	Abbott Animal Health	IsoFlo, 5260-04-05
Isoflurane Vaporizer	EZ-Anesthesia	EZ-190F
Micro Dissecting Forceps	Biomedical Research Instruments Inc.	70-1020
Microplate Reader - Fluoroskan	ThermoScientific	Ascent FL, 5210460
NOVA 5+ Sodium/Potassium Analyzer	NOVA BioMedical	14156
Olsen-Hegar Needle Holders with Scissors	Fine Science Tools	12002-12
PE-190 (for bladder catheter)	BD Medical	427435
Pressure Transducer	ADInstruments	MLT1199
Pyrex Culture Tubes	Corning Inc.	99445-12
Rat Femoral Tapered Artery Catheter	Strategic Applications Inc.	RFA-01
Salix Furosemide 5%	Intervet	#34-478
Strabismus Scissors	Fine Science Tools	14075-11
Student Surgical Scissors	Fine Science Tools	91402-12
Surgical Gloves	Kimberly-Clark	Sterling Nitrile Gloves
Syringe pump	Razel Scientific	R99-E
Tissue Forceps	Fine Science Tools	91121-12
Tissue Scissors	George Tiemann  Co	105-420
5-0 Braided Silk Surgical Suture Surgical Specialties Corp SP1033 Assay Plate, 96-Well Costar  3922 Bovine Serum Albumin Sigma Chemical Co A2934-25G Centrifuge Beckman Coulter MicroFuge 18, 357160 Conical Sample Tubes Dot Scientific Inc.  #711-FTG Cotton Tipped Applicators Solon Manufacturing Co 56200 Data Acquisition Software ADInstruments LabChart Pro 7.0 Digital Scale  Denver Instrument APX-4001 FITC-Inulin Sigma Chemical Co F3272-1G Gauze Sponges Covidien 2146 Heated Surgical Bed EZ-Anesthesia EZ-212 Heparin Sagnet NDC 25021-402-10 HEPES Sigma Chemical Co H3375 Isoflurane Abbott Animal Health IsoFlo, 5260-04-05 Isoflurane Vaporizer EZ-Anesthesia EZ-190F Micro Dissecting Forceps Biomedical Research Instruments Inc. 70-1020 Microplate Reader - Fluoroskan ThermoScientific Ascent FL, 5210460 NOVA 5+ Sodium/Potassium Analyzer NOVA BioMedical 14156 Olsen-Hegar Needle Holders with Scissors Fine Science Tools 12002-12 PE-190 (for bladder catheter) BD Medical 427435 Pressure Transducer  ADInstruments MLT1199 Pyrex Culture Tubes Corning Inc. 99445-12 Rat Femoral Tapered Artery Catheter Strategic Applications Inc. RFA-01 Salix Furosemide 5% Intervet #34-478 Strabismus Scissors Fine Science Tools 14075-11 Student Surgical Scissors Fine Science Tools 91402-12 Surgical Gloves Kimberly-Clark Sterling Nitrile Gloves Syringe pump Razel Scientific R99-E Tissue Forceps Fine Science Tools 91121-12 Tissue Scissors George Tiemann  Co 105-420