Name: a murine model of hemodialysis access-related hand dysfunction
Uploaded: 2022-05-31T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Murine Model of Hemodialysis Access-Related Hand Dysfunction at JoVE.com

Wir danken Dr. Guanyi Lu von der Abteilung für Gefäßchirurgie und endovaskuläre Therapie an der University of Florida für die technische Unterstützung bei der Entwicklung des Becken-AVF-Modells sowie für die chirurgische Ausbildung und Ravi Kumar von der Abteilung für Angewandte Physiologie und Kinesiologie an der University of Florida für die technische Unterstützung bei der Erstellung der mikrochirurgischen Live-Bilder.
Diese Arbeit wurde durch Zuschüsse der National Institutes of Health und National Heart, Lung, and Blood, Institutsnummern R01-HL148697 (an S.T.S.) sowie der American Heart Association Grant-Nummer POST903198 (an K.K.) unterstützt.

Alle Verfahren wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) der University of Florida und dem Malcom Randall Veterans Affairs Medical Center genehmigt.
HINWEIS: Junge erwachsene (8-10 Wochen alt) männliche C57BL/6J-Mäuse wurden vom Jackson Laboratory gekauft und in einer Licht- (12 h Licht: 12 h Dunkelzyklus), Temperatur- (22 °C ± 1 °C) und Luftfeuchtigkeit (50 % ± 10 %) kontrollierten Tierhaltung untergebracht. Pro Käfig (B:18 cm x L:29 cm x H:12,5 cm) durften fünf M...

Die Prävalenz von Hämodialysepatienten mit ARHD nach AVF-Bildung ist weiter gestiegen30,31. In der Tat können sich ungelöste symptomatische Komplikationen 4,32,33 wie Schmerzen, Schwäche, Parästhesien und/oder eingeschränkter Bewegungsumfang negativ auf das Wohlbefinden der Patientenauswirken 4,32,33,34,35,36 und ihre Fähigkeit bedrohen, eine qualitativ hochwerti...

Die Etablierung und Erhaltung eines funktionellen Gefäßzugangs ist nach wie vor ein wichtiges primäres Ziel für Patienten mit terminaler Niereninsuffizienz (ESRD), die eine Nierenersatztherapie mittels Hämodialyseerhalten 1. Wiederholte Hämodialysebehandlungen sind notwendig, um Abfallprodukte zu entfernen, Elektrolyte zu normalisieren und den Flüssigkeitshaushalt aufrechtzuerhalten, sobald die Nierenfunktion unzureichend wird, und sind daher für das langfristige Überleben notwendig2. Daher stellt der Gefäßzugang eine "Lebensader" für Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz dar, und die Platzierung autogener arteriovenöser Fisteln (AVF) ist nach wie vor eine bevorzugte Dialysezugangsoption in dieser Kohorte3. Etwa 30 % bis 60 % der Hämodialysepatienten leiden jedoch an einem Spektrum von Handbehinderungen, die klinisch als zugangsbedingte Handfunktionsstörung (ARHD) definiert sind. Die Symptome der ARHD können von Schwäche und Koordinationsstörungen bis hin zu Monoplegie und digitalem Gangrän reichen, die früh nach der AVF-Bildung auftreten oder sich allmählich mit der Fistelreifung entwickeln können. Darüber hinaus erschwert die ARHD den Behandlungsplan der chronischen Niereninsuffizienz, der mit einer schlechten Lebensqualität, einem hohen Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen und einer erhöhten Mortalität verbunden ist 2,3,4.
Es wurden mehrere Tiermodelle entwickelt, um den Gefäßumbau zu untersuchen, der durch hämodynamische Veränderungen nach der Bildung von AVF induziert wird 5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15. Großtiermodelle mit iliakaler oder femoraler AVF 16,17,18,19,20 und Nagetiermodelle, die entweder eine Anastomose der Halsschlagader-Jugularvene oder eine infrarenale Aorta-inferiore Vena-cava-Fistelbildung verwenden, sind gut etabliert, um die oben genannten Aspekte der AVF-Reifung und -Durchgängigkeit zu untersuchen21 . Zum Beispiel sind venöse Hypertonie, ein größerer luminaler Durchmesser und eine erhöhte Venenwanddicke Signaturen für eine erfolgreiche AVF-Reifung, während eine erhebliche Fibrose des Mediums und eine Intimalhyperplasie oder Thrombusentwicklung ohne Flussveränderungen häufig AVF-Versagen charakterisieren 6,15. Großtiermodellen fehlt jedoch die experimentelle Flexibilität oder die transgenen Fähigkeiten von Mausmodellen, während aktuelle Nagetiermodelle die Untersuchung der ARHD aufgrund der anatomischen Lage und/oder des Fehlens einer assoziierten Gliedmaßenpathologie nicht ohne weiteres erleichtern. Aufgrund des Fehlens eines etablierten präklinischen Tiermodells, das den relevanten klinischen Phänotyp rekapituliert, stagnieren die Forschungsfortschritte zur Aufklärung der pathobiologischen Mechanismen und zur Entwicklung neuer therapeutischer Strategien, trotz eines fortschreitenden Anstiegs der Zahl symptomatischer ARHD-Patienten. Das primäre Ziel dieser Studie ist es daher, ein einzigartiges Mausmodell der ARHD vorzustellen, das prozedurale Schritte der AVF-Mikrochirurgie und die Charakterisierung der AVF-bezogenen Pathophysiologie ermöglicht.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.15% Adenine diet</td>
			<td>ENVIGO</td>
			<td>TD.130899</td>
			<td>20% casein, 0.15% adenine, 0.9% P</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.2% Adenine diet</td>
			<td>ENVIGO</td>
			<td>TD.130900</td>
			<td>20% casein, 0.2% adenine, 0.9% P</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10-0 Nylon suture</td>
			<td>AD surgical</td>
			<td>XXS-N1005T4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>29 G needle syringes</td>
			<td>Exel International</td>
			<td>14-841-32</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>31 G needle syringes</td>
			<td>Advocate</td>
			<td>U-100 insulin syringe</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-0 silk suture</td>
			<td>AD surgical</td>
			<td>S-S41813</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>45-degree angled dumont forceps</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>11253-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5-0 PGA suture</td>
			<td>AD surgical</td>
			<td>PSGU-518R13</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6-0 silk suture</td>
			<td>AD surgical</td>
			<td>S-S618R13</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Absorbable gelatin sponge</td>
			<td>ETHICON</td>
			<td>1975</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alcohol preps</td>
			<td>Covidien</td>
			<td>5110-cs4000</td>
			<td>70% isopropyl alcohol</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buprenorphine</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td>0.01 g/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C57BL6/J mice</td>
			<td>Jaxon Laboratory</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Casein diet</td>
			<td>ENVIGO</td>
			<td>TD.130898</td>
			<td>20% casein, 0.9% P</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cotton swabs</td>
			<td>CONSTIX</td>
			<td>SC-9</td>
			<td>Medium single-ended round cotton swab</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cotton swabs</td>
			<td>CONSTIX</td>
			<td>SC-4</td>
			<td>Small double-ended hard, sharp, pointed cotton swab</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Curity non-woven sponges (2x2)</td>
			<td>Covidien</td>
			<td>9022</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Curved Vannas spring scissors</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>15001-08</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Doppler ultrasound</td>
			<td>VisualSonics</td>
			<td>Vevo 2100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Extra fine graefe forceps</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>11150-10</td>
			<td>2 pairs</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eye lubricant</td>
			<td>CLCMEDICA</td>
			<td>Optixcare eye lube</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heparin (5000 U/mL)</td>
			<td>National Drug Codes List</td>
			<td>63739-953-25</td>
			<td>100 IU/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot bead sterilizer</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>18000-50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Low-temperature cautery</td>
			<td>Bovie</td>
			<td>AA04</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pen trimmer</td>
			<td>Wahl</td>
			<td>5640-600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Powder-free surgical gloves</td>
			<td>Ansell</td>
			<td>7824PF</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Round handled needle holders</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>12076-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile towel drape</td>
			<td>Dynarex</td>
			<td>DY440-MI</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterilized 0.9% saline</td>
			<td>National Drug Codes List</td>
			<td>46066-807-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Straight dumont forceps</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>11253-20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Straight needle holder</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>FST 12001-13</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Straight vannas spring scissors</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>25001-08</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TrizChLOR4</td>
			<td>National Drug Codes List</td>
			<td>17033-279-50</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a murine model of hemodialysis access-related hand dysfunction

Chronische Nierenerkrankungen sind ein großes Problem für die öffentliche Gesundheit, und die Prävalenz der terminalen Niereninsuffizienz (ESRD), die chronische Nierenersatztherapien wie die Hämodialyse erfordert, nimmt weiter zu. Die Platzierung einer autogenen arteriovenösen Fistel (AVF) ist nach wie vor eine primäre Gefäßzugangsoption für ESRD-Patienten. Leider leidet etwa die Hälfte der Hämodialysepatienten an einer dialysezugangsbedingten Handfunktionsstörung (ARHD), die von subtilen Parästhesien bis hin zu digitalem Wundbrand reicht. Insbesondere die zugrunde liegenden biologischen Treiber, die für die ARHD verantwortlich sind, sind nur unzureichend verstanden und es gibt kein adäquates Tiermodell, um die Mechanismen aufzuklären und/oder neue Therapeutika für die Prävention/Behandlung der ARHD zu entwickeln. In dieser Arbeit beschreiben wir ein neues Mausmodell, in dem eine AVF zwischen der linken A. iliaca communis und der Vena communis gebildet wird, was die Beurteilung der Pathophysiologie der Gliedmaßen erleichtert. Die Mikrochirurgie umfasst die Isolierung von Gefäßen, die longitudinale Venotomie, die Schaffung einer arteriovenösen Anastomose und die venöse Rekonstruktion. Scheinoperationen umfassen alle kritischen Schritte mit Ausnahme der AVF-Erstellung. Die Platzierung der Becken-AVF führt zu klinisch relevanten Veränderungen der zentralen Hämodynamik, der peripheren Ischämie und einer Beeinträchtigung der neuromotorischen Leistungsfähigkeit der Hintergliedmaßen. Dieses neuartige präklinische AVF-Modell bietet eine nützliche Plattform, die häufige neuromotorische Störungen rekapituliert, die von Hämodialysepatienten berichtet werden, und ermöglicht es Forschern, die Mechanismen der ARHD-Pathophysiologie zu untersuchen und potenzielle Therapeutika zu testen.

Tiere, die einer Adenin-Diät ausgesetzt waren, wiesen im Vergleich zu den Tieren, die eine Adenin-Diät erhielten, reduzierte glomeruläre Filtrationsraten (Kontrolle: 441,3 ± 54,2 μl/min vs. CKD: 165,1 ± 118,3 μl/min, p < 0,05) und erhöhte Harnstoffstickstoffspiegel im Serumblut (Kontrolle: 20,39 ± 4,2 μl/min vs. CKD: 38,20 ± 10,65 μl/min, p < 0,05) auf, was das Vorliegen einer Niereninsuffizienz vor einer arteriovenösen Fisteloperation bestätigt.
Validi...

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A Murine Model of Hemodialysis Access-Related Hand Dysfunction

Dieses Protokoll beschreibt die chirurgischen Schritte der Bildung einer musinen gemeinen iliakalen arteriovenösen Fistel. Wir haben dieses Modell entwickelt, um die Pathophysiologie der Gliedmaßen zu untersuchen, die mit dem Zugang zur Hämodialyse zusammenhängt.

Ein murines Modell der Hämodialysezugangsbedingten Handfunktionsstörung

Chronic kidney disease is a major public health problem, and the prevalence of end-stage renal disease (ESRD) requiring chronic renal replacement ...

Dies ist das einzige Tiermodell, das zur Verfügung steht, um die Mechanismen zu untersuchen, die für die dialysezugangsbedingte Handischämie verantwortlich sind. Das Modell bietet eine robuste Plattform, um das komplexe Zusammenspiel zwischen Urämie und neuromuskulären Störungen zu untersuchen, die sich aus hämodynamischen Veränderungen infolge einer arteriellen Venenfisteloperation ergeben. Zugangsbedingte Handfunktionsstörungen betreffen bis zu 60 % der Hämodialysepatienten und können die Lebensqualität der Patienten stark beeinträchtigen.Dieses Modell hilft uns, die Behinderung zu verstehen und neue Therapien zu testen. Das Verfahren wird von Dr. Raymond Kim, einem Postdoktoranden aus unserem Labor, demonstriert. Legen Sie zunächst die betäubte Maus in Rückenlage auf einen Operationstisch, der mit einem sterilen Tuch bedeckt ist, und tragen Sie das Augengleitmittel auf, um die Augen während der Operation vor dem Austrocknen zu schützen.Rasieren Sie mit einem Stifttrimmer die Bauchhaare für die Operation und die Beinhaare für die postoperativen Perfusionsmessungen und entfernen Sie die Haare dann vom Operationsfeld. Als nächstes fixieren Sie die oberen und unteren Extremitäten mit Gummibändern und Reißzwecken. Überprüfen Sie die Tiefe der Anästhesie, indem Sie den Zehenquetschreflex überwachen und die Anästhesie bei Bedarf titrieren.Führen Sie die Bewertung des Atemmusters während des gesamten chirurgischen Eingriffs alle drei bis fünf Minuten durch, um den Anästhesiegrad zu kalibrieren. Führen Sie eine Laparotomie in der Mittellinie vom unteren Rand des Brustbeinrandes bis zur Schambeinfuge durch und präparieren Sie das Schambeinpolster, um ein breiteres Operationsfeld zu erhalten. Öffnen Sie die Zöliotomie, um an den Peritonealinhalt zu gelangen, und decken Sie den Darm mit einem mit Kochsalzlösung getränkten Schwamm ab.Als nächstes präparieren Sie vorsichtig die perivaskulären Faszien und das Fettgewebe von etwa einem Zentimeter proximal zur Aortenbifurkation und erstrecken sich bis zur Höhe der linken Beckengabelung mit einer geraden Dumont-Pinzette und kleinen doppelseitigen, harten, scharfspitzen Wattestäbchen. Führen Sie dann die Spitze der abgewinkelten Zange unter das linke Beckenleitbündel und spreizen Sie sie sanft mehrmals, um die Gefäße aus der darunter liegenden retroperitonealen Muskulatur zu mobilisieren. Legen Sie zwei 4-0-Seidennähte um das isolierte linke Venenbündel des Arterio communis communis und verwenden Sie sie als Ligaturen zum Leitbündel.Bilden Sie dann mit jeder 4-0-Seidenkrawatte einen einzelnen Knoten und wenden Sie sie nacheinander, proximal und dann distal an. Drehen Sie als Nächstes mit den 4-0-Seidennahtschnüren als Griffe das venöse Leitbündel der linken Beckenarterie im Uhrzeigersinn und stimmen Sie die Position fein ab, um die Vene vorübergehend vor der Arterie zu lokalisieren. Führen Sie mit einer geraden Vannas-Federschere eine Längsvenotomie von etwa einem Millimeter durch und spülen Sie das Restblut vorsichtig mit 0,9%iger Kochsalzlösung aus dem venösen Lumen aus.Platzieren Sie dann eine implizite 10-0-Nylonnaht durch die hintere Wand der Vene. Fassen Sie anschließend die betroffenen Nahtenden und setzen Sie sie unter sanfte Spannung, um die Vorderwand von der Hinterwand der Arteria iliaca zu verschieben. Machen Sie als Nächstes einen elliptischen Schnitt von einer Größe von etwa 1,0 x 0,3 Millimetern mit einer gebogenen Vannas-Federschere, wobei die adhärenten Wände sowohl der Beckenarterie als auch der Vene entfernt werden.Spülen Sie das Restblut des freiliegenden arteriellen Lumens vorsichtig mit 0,9 % Kochsalzlösung und heparinisierter Kochsalzlösung aus. Nach dem Anlegen der arteriellen Venenfistel wird die initiale Vorderwandvenotomie mit zwei bis drei 10-0-Nylonnähten unterbrochen repariert. Stellen Sie anschließend die ursprüngliche anatomische Ausrichtung des Leitbündels wieder her und legen Sie ein kleines Stück mit Kochsalzlösung getränkter, resorbierbarer Gelatineschwamm neben die reparierte Giftomie, um die Hämostase zu erleichtern.Lösen Sie dann die 4-0-Ligaturen der Kreuzklemme mit einem Knoten nacheinander von distal nach proximal, während Sie die Venotomiestelle genau auf übermäßige Blutungen überwachen. Reiben Sie das Leitbündel sanft mit kleinen doppelseitigen, harten, scharfen Wattestäbchen ein, die die Wiederherstellung der Durchblutung weiter erleichtern. Als nächstes bestätigen Sie den technischen Erfolg der Operation, indem Sie pulsierendes, hellrotes, sauerstoffreiches Blut visualisieren, das in die Beckenvene eintritt und sich mit dunklem venösem Blut vermischt, das aus der Hintergliedmaße zurückkehrt.Injizieren Sie heparinisierte Kochsalzlösung in die untere Hohlvene zur systemischen Antikoagulation, um die Ergebnisse der Durchgängigkeit der arteriellen venösen Fistel zu verbessern, und untersuchen Sie die Operationsstelle nach der Injektion von heparinisierter Kochsalzlösung erneut auf Hämostase. Wenn es keine Blutungsprobleme gibt, schließen Sie die Mittellinienfaszie und dann den Hautschnitt mit resorbierbaren 5-0 PGA-Nähten in laufender Manier. Mittels Doppler-Ultraschall wurde die Durchgängigkeit der arteriellen Venenfistel validiert.Farbdoppler zeigte eine turbulente Strömung an der Stelle der Fistel, und die pulsatile spektrale Verbreiterung wurde bei der Beurteilung des Pulswellen-Dopplers visualisiert. Wenn die Fistel offen ist, hat die Aorta eine erhöhte systolische Spitzen- und Enddiastolengeschwindigkeit, während die untere Hohlvene eine Pulsatilität mit erhöhter Spitzengeschwindigkeit entwickelt. Die Gefäßerweiterung sowohl in der Aorta als auch in der Vena cava inferior ist bei seriellen prä- und postoperativen Messungen ersichtlich.Die B-Mode- und Pulswellen-Doppler-Ultraschallmessungen nach der Operation zeigten eine Erweiterung der Ein- und Ausflussgefäße und eine Erhöhung der systolischen Spitzengeschwindigkeit im Vergleich zu den Scheintieren. Die Laser-Doppler-Beurteilung der Hintergliedmaßen zeigte, dass die Perfusionsdefizite der linken POD nach der Operation etwa 20 % der kontralateralen Gliedmaßen betrugen und sich im Laufe der Zeit allmählich erholten. Das Perfusionsdefizit des vorderen Musculus tibialis betrug ca. 60% nach der Operation, mit ähnlicher Genesung.Die neuromotorische Funktion der Hintergliedmaßen wurde durch Griffkrafttests und die Analyse von Laufbandgangmustern quantifiziert, die während der gesamten Erholungsphase sequenziell durchgeführt wurden. Die erwartete einseitige Griffkraft beträgt ca. 50 % der kontralateralen Extremität am vierten postoperativen Tag mit allmählicher Erholung. Jeder mikrochirurgische Schritt sollte mit besonderer Sorgfalt durchgeführt werden, um ein potenzielles Nerven- oder Gefäßtrauma zu vermeiden, das erhebliche Veränderungen sowohl in der Hämodynamik als auch in der Pathologie der Gliedmaßen verursachen kann.Nach der Modellcharakterisierung konnte eine Vielzahl von Studien untersucht werden, die die biologischen Treiber der neuromuskulären Dysfunktion infolge der arteriovenösen Fistelplatzierung untersuchten.

Research

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