Name: a model to simulate clinically relevant hypoxia in humans
Uploaded: 2016-12-22T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 54 s
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Special thanks to all volunteers who participated in the original study. The work of L. Eichhorn was supported through a scholarship of the Else-Kr&#246;ner-Fresenius Foundation. The authors would like to thank Springer, Part of Springer Science+Business Media, for copyright clearance (License Number 3894660871180) and the kind permission of reusing previously published data.

Ethik - Anweisung Alle in den Studien durchgeführten Aktionen im Zusammenhang mit menschlichen Teilnehmer waren in Übereinstimmung mit den ethischen Normen der 1964 Deklaration von Helsinki und seine späteren Änderungen. Das Design dieser Studie wurde von der Ethikkommission des Universitätsklinikums Bonn, Deutschland zugelassen. HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass die Probanden in einem guten und gesunden Zustand sind, frei von jeder antihypertensiven Medizin und mindestens 24 Stunden frei von Katecholamin-induzierende Mittel wie Koffein oder gleich Substanzen. 1. Vorbereitung der Testperson <ol><li> Reinigen Sie die Haut der Stirn mit 70% Alkohol, um die Haut vor der NIRS Elektrodenpositionierung zu entfetten. </li><li> Legen Sie die NIRS-Elektrode auf der rechten Stirn über der Augenbraue und auf der rechten Seite des mittsagittalen Sulcus (locus frontopolaren 2) zerebrale (= central) Sauerstoffversorgung des Gewebes zu messen. </li><li> Bewerten Sie die Stabilität des Signals. RSO 2 -Signals sollte konstant sein (7; 3%) für mindestens 5 min. </li><li> Für periphere Sauerstoffversorgung des Gewebes mit NIRS (NIRS Gewebe -Elektrode) zu messen, legen Sie eine Elektrode über der Mitte des Musculus quadriceps femoris (alternativ auf dem Unterarm). Die Elektrode nicht über einem Venengeflecht oder einer Arterie platzieren. </li><li> Platzieren Sie EKG-Elektroden auf dem Haar frei Brust. Die EKG-Ableitungen sind mit unterschiedlichen Buchstaben gekennzeichnet. Place &quot;R&quot; auf der sternocostal Kopf pectoralis major rechts, &quot;L&quot; auf der sternocostal Kopf pectoralis major links, &quot;C&quot; auf dem fünften Zwischenrippenraum mitten in der Medioklavikularlinie, &quot;F&quot; auf der linken unteren Rippenkante &quot; N &quot;auf der rechten unteren Rippenrand. </li><li> Messen peripheren Pulsoximetrie (SpO 2) auf einer Fingerspitze auf der gleichen Extremität und Seite , wo das Gewebe NIRS -Elektrode angeordnet ist. </li><li> Messen Sie nicht-invasiven Blutdruck (NIBP) durch eine Blutdruckmanschette verwendet wird. Verwenden Sie das kontralaterale Extremität, die Oxim peripheren Puls erlaubtetry werden gemessen. Um eine hohe Zeitauflösung des Blutdrucks um Ergebnisse zu erhalten, wählen Sie eine Ein-Minuten-Intervall zu messen. Wählen Sie NIBP durch Berühren des Bildschirms und wählen Sie &quot;Einstellungen&quot;. </li><li> Mindestens 20 Minuten vor der Apnoe, etablieren eine intravenöse Leitung in die mediale Cubitalvene des rechten oder linken Arm, um Blutproben an den einzelnen Zeitpunkten während und nach der Apnoe ziehen. <ol><li> Reinigen Sie die Haut mit 70% Alkohol. </li><li> Verwenden Sie ein Tourniquet die Venen zu helfen, sich mehr im Vordergrund. </li><li> Verwenden Sie Hautdesinfektion Infektionen zu vermeiden und die Nadel durch die Haut ein. </li><li> Reduzieren Sie die Einführungswinkel nach Blutrück an der Katheteransatz. Schieben Sie den Katheter in die Vene. </li><li> Entfernen Sie die Nadel und bündig Katheter mit steriler Kochsalzlösung (NaCl 0,9%). </li></ol></li></ol> 2. Datenerfassung <ol><li> Kalibrieren Sie die interne Uhr aller Monitore, um Messungen für die spätere Verarbeitung zu synchronisieren. <ol><li> Click die rechte untere Uhr-Symbol auf dem Desktop, und tippen Sie auf &quot;Zeiteinstellungen&quot; im Pop-up-Fenster. </li><li> Drücken Sie die Einstellungen Menütaste auf der NIRS entwickeln und ändern Sie Datum und Uhrzeit über das Menü. </li></ol></li><li> Zum Speichern von physiologischen Daten für die Offline-Analyse, legen Sie die Überwachungseinrichtung in die Dockingstation und verbinden Sie es mit dem Computer über das Netzwerkkabel. Stellen Sie sicher, dass die IP-Adresse und Subnet-Maske der Dockingstation in den Netzwerkeinstellungen, um korrekt ist, eine Verbindung zu bekommen. Kontakt Geräte-Provider, um diese Informationen zu erhalten. </li><li> Verwenden Sie einen Monitor gerätespezifische Software-Messungen auf dem Computer zu speichern. Klicken Sie auf &quot;Start&quot;, um Aufnahmen beginnen und die Ergebnisse nach dem Ende der Messung zu speichern. Anmerkung: In einigen Geräten werden Daten Live während der Messung gespeichert werden muss. Hinweis: Für die Fehlersuche Pflege der folgenden Schritte: Wenn die Variabilität der NIRS Gewebe signals zu hoch ist, neu zu bewerten, die Position der Elektrode (Vermeidung von größeren Venenplexus oder Arterien direkt unter den Elektroden). Hohe Variabilität von NIRS zerebralen Signale können auch ein indirekter Marker für Hyperventilation von Tauchern sein teilweise zur Verringerung der CO 2. Weisen Sie das Thema zu Atem langsamer und mit geringerer Watt-Volumen und das Signal neu zu bewerten. Themen sind erlaubt vor der endgültigen Apnoe 3 tiefe Inspirationen zu nehmen. Vermeiden Sie mit dieser Zeit in die Auswertung der Ausgangswerte. Die ersten 30 Sekunden nach maximaler Inspiration durch Variablenwerte gekennzeichnet. Sie sie nicht für die Analyse verwendet werden. </li></ol> 3. Apnea <ol><li> Haben die Probanden für mindestens 15 min in einer liegenden Position ruhen Stress induzierte Veränderungen in den Blutkreislauf aufgrund Vasokonstriktion zu vermeiden. Haben Probanden normal atmen Einflüsse von Hyperventilation verursacht Vasokonstriktion zu vermeiden. Begrenzen Sie die Atemfrequenz 15 Atemzügen / min bis ≤. </li><li> Zeichnen Sie Blutprobes für Baseline-Analyse. Entsorgen Sie die ersten 5 ml Blut gezogen Messunsicherheit zu vermeiden. Spülen Sie den Katheter nach jeder venöse Blutentnahme mit steriler Kochsalzlösung zu Blutgerinnung verhindern. </li><li> Stellen Sie sicher, dass die Überwachungswerte zu Themen unsichtbar sind visuelle Einflüsse auf ihre apneic Leistung zu vermeiden. </li><li> Überprüfen Sie jedes Gerät für Funktionalität und Signalqualität. Sicherzustellen, daß die Elektroden nicht durch unkontrollierte Bewegungen des Probanden am Ende der Apnoe entfernt werden. </li><li> Beschließen mit klaren Vereinbarungen. Geben Sie einen Countdown der letzten 2 min verbal. Themen sollten in der Regel während dieser Vorbereitungszeit atmen. Vor den letzten Atemzug 3 tiefe Inspirationen sind erlaubt. Stellen Sie das Thema der letzten Inhalation durch Fingerzeichen anzuzeigen. Apnea sollte so lange wie möglich durchgeführt werden. Hinweis: Das Ende des letzten Atemzug zeigt den Beginn der Apnoe. Das Ende der Apnoe ist als der erste Inspirations nach Apnoe definiert. </li><li> Mark wichtige Ereignisse (dh beginnend einnd Ende der Apnoe) elektronisch Ungenauigkeiten bei der weiteren Zeitanalyse zu vermeiden, indem Sie die &quot;Event-Mark-Taste&quot; Druck auf die NIRS-Gerät. Hinweis: Die Bewegungen der Brust und Bauch induziert durch unwillkürliche Membran Aktivitäten gemeinsam sind in der zweiten Hälfte des Apnoe und zeigen den Kampf Phase. </li><li> Zeichne Blutproben zu verschiedenen Zeitpunkten in Abhängigkeit von dem Ziel der Studie. </li><li> Centrifuge Blutproben bei 1.500 × g für 10 min. Nehmen Sie den Überstand und lagern Sie es bei -80 ° C für eine spätere Analyse. </li></ol> 4. Verarbeitung von Daten <ol><li> Verarbeiten von Daten von der Überwachungseinrichtung: <ol><li> Öffnen Sie die gespeicherte Datei auf dem Computer ein und drücken Sie &quot;Start&quot;, um Daten zu analysieren. </li><li> Klicken Sie auf &quot;Überprüfung&quot;, um Zugriff auf die Trend-Monitor erhalten und wählen Sie &quot;Optionen&quot; und dann &quot;Werkzeuge&quot; im Menü submask. Das Zeitintervall kann über &quot;Trendintervall&quot; bei Bedarf geändert werden. </li><li> Wählen Sie die Maske &quot;Trends&quot; und save. Öffnen Sie die Datei &quot;Trends&quot; in einem Tabellenkalkulationsprogramm zur weiteren Verarbeitung. </li></ol></li><li> Die Verarbeitung von Daten von NIRS-Gerät: <ol><li> Öffnen Sie die Software auf dem Computer und schließen Sie das NIRS - Gerät über WIFI. </li><li> Übertragung der Daten aus dem NIRS Gerät an den Computer. </li><li> Speichern Sie die Daten im CSV-Format. </li><li> Öffnen Sie die Datei in einem Tabellenkalkulationsprogramm zur weiteren Verarbeitung. </li></ol></li></ol> 5. Analysieren Werte <ol><li> Erstellen Sie eine Tabelle mit den beiden Datensätzen, die Werte zu vergleichen. Identifizieren Sie ein Zeitintervall von mindestens 30 sec , wo NIRS-Werte und SpO 2 konstant sind (± 3%). Nehmen Sie einen Mittelwert dieser Werte eine Basis-Ebene zu definieren. Hinweis: Die Herzfrequenz deutlich vor der Apnoe ist bekannt, ändern. Um eine weitere Analyse durchzuführen, ein Basisherzfrequenz ist, an einem Zeitpunkt 30 Sekunden nach Beginn der Apnoe definiert. </li><li> Finden Sie den Startpunkt der monotone Abnahme in rSO 2 und SpO 2 </subwährend Apnoe&gt; durch eine Verringerung der Werte der Suche&gt; 2% im Vergleich zum Ausgangswert-Ebenen. Dieser Zeitpunkt ist definiert als &quot;beginnen Desaturierungsgrad&quot;. </li><li> Identifizieren Sie den Startpunkt RSO 2 und SpO 2 Anstieg am Ende der Apnoe als monotoner Anstieg der Werte nach Beendigung der Apnoe. Dieser Punkt ist definiert als &quot;Beginn der Wiedersättigung&quot;. </li><li> Berechnen Sie die Zeitdifferenz zwischen &quot;Beginn der Apnoe&quot; und &quot;beginnen Desaturierungsgrad&quot; und die Zeitdifferenzen zwischen &quot;Ende der Apnoe&quot; und &quot;Beginn der Wieder Sättigung&quot; für NIRS zerebralen, NIRS Gewebe und SpO 2. Speichern Sie jede Differenz in Sekunden auf einer separaten Tabelle. </li><li> Optional: Berechnen Sie die Herzfrequenzvariabilität jedes Teilnehmers während des zweiten und der letzten Minute der Apnoe. Dies kann Informationen über das sympathische / Parasympathikus Gleichgewicht in dieser stressigen Phase offenbaren. </li></ol> 6. Statistische Verarbeitung<ol><li> Vergleichen Sie die Zeitunterschiede zwischen &quot;Beginn der Entsättigung&quot; von SpO 2, NIRS zerebralen und NIRS Gewebe Werte. Test zur Gaußschen Verteilung der Messdifferenzen (zB Größen mit Shapiro-Wilk Normalitätstest für Probe kleiner als 50). </li><li> Wenn die Verteilung der Messdifferenzen signifikant verschieden von Normalverteilung ist, verwenden Sie Wilcoxon-Rank-Test unterzeichnet. Wenn Normalverteilung ausgegangen werden kann, betrachten gepaarter t-Test verwendet wird. </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Die Gesamtapnoezeit wird hauptsächlich durch Lungengröße und Sauerstoffverbrauch pro Minute verursacht und durch einen Menschen die Fähigkeit beeinflusst die Atmung Reflex durch die Erhöhung pCO 2 oder abnimmt pO 2 verursacht zu widerstehen. Apnea Taucher sind darauf trainiert, ihre Atemanhaltedauer zu maximieren und zu tun, so in maximaler Inspiration verwendet. Daher ist die Zeit, bis Hypoxie nachweisbar unterscheidet sich zwischen den Individuen und hängt von der Kondition und Trainingszustand des Patienten und sogar von ihren täglichen Zustand und die Bereitschaft, zu widerstehen, den Atemreflex variieren. Die Stressbelastung des Patienten kann durch eine detaillierte Ausbildung der Protokollschritte und eine ruhige Umgebungsbedingungen reduziert werden. Es gibt viele Faktoren, die insgesamt Apnoezeit beeinflussen, was bedeutet, dass die Testumgebung muss, um standardisiert werden Ergebnisse zu erhalten, die zuverlässig und wiederholbar sind. Wenn die Forscher bei der Untersuchung der Katecholamin zuneh interessiert sindse oder sympathischen Nervenaktivität, Substanzen sowohl Beeinflussung (dh Koffein, Nikotin, Lebensmittel wie Bananen, Nüsse, oder irgendwelche medizinischen Substanzen wie Monoaminoxidase (MAO - Hemmer), etc.) sollten vermieden werden. Auch die intravenöse Leitung sollte mindestens 20 Minuten vor der Apnoe festgelegt werden. A Themen &quot;Stressniveau wird vor allem Katecholamin-Ebenen beeinflussen und Forscher verfälschen könnten die Ergebnisse der Blutanalyse. Im Allgemeinen sollten Forscher Ausgangswerte jedes Thema schaffen, die Ergebnisse zu normalisieren, wegen der großen interindividuellen Unterschieden. Nicht-invasive Messungen der Sauerstoffversorgung des Gewebes von NIRS - Technologie nutzt semi-quantitative Veränderungen in mit Sauerstoff angereicherten Sauerstoff entzogen Hämoglobin 21. Der Einsatz von NIRS wächst ständig 20 und es kann die Sättigung von cerebralen und peripheren Gewebe, unabhängig von pulsierender Blutfluss zu erkennen. NIRS Werte hängen von der Menge des venösen und arteriellen Gefäße unter der N platziertIRS-Elektroden. NIRS Werte können daher signifikant unterschiedlich in Abhängigkeit von der Menge des venösen Vergleich arteriellen Gefäße unter der Elektrode. Auch die Platzierung und Kontaktdruck wird die Zuverlässigkeit der Werte beeinflussen. Die Werte sollten vor Beginn der Messung für die Stabilität überprüft werden. Wenn NIRS-Signale während der Baseline-Messungen ändern, ersetzen Sie die Elektroden oder überprüfen Sie für die gesamte Hautkontakt. Für die Auswertung des NIRS Ergebnisse relativ de- oder Erhöhung der Werte zu den Ausgangswerten verglichen sollten (nicht absolut) verwendet werden. Aufgrund der körperlichen Belastung eines maximalen Atemanhalten, ist die Anzahl der Apnoen pro Fach begrenzt. Die Vorbereitung Protokolle sollten für jedes Thema gleich sein und alle Geräte sollten doppelt überprüft werden, bevor sie verwendet werden. Das Protokoll nicht in einer Kohorte ändern. Standardisierte Setups sind verbindlichen Ergebnisse zu erstellen, die reproduzierbar sind. Obwohl Hyperventilation vor maximalen Atemanhalten senkt Ebenen und d arterielle CO 2elays der Atemreiz, es wirkt sich auch auf zerebrale Autoregulation und vasomotorischen Reaktivität 22. Aktive Hyperventilation sollte Störeffekte vermieden werden durch den Gegenstand zu minimieren. Das übergeordnete Ziel dieses Modells ist Hypoxie beim Menschen durch den Atem halten, zu simulieren. Daher können zusätzliche Messvorrichtungen hergestellt werden detaillierte Informationen über den Blutdruck zu erhalten (dh invasive Blutdruckmessung) oder sympathischen Nervenaktivität. Blutdruckmessungen kann die Last der verlängerte Apnoe zum Gefäßsystem zu schätzen. EKG-Signale können verwendet werden, Schlag-zu-Schlag-Variabilität in RR-Intervall zu berechnen oder Herzrhythmusstörungen zu detektieren. Weiterhin Cortisol-Niveaus in Speichel oder Katecholamin-Niveaus 29 in Blut-Proben können während und nach der Apnoe zu unterschiedlichen Zeitpunkten gemessen werden. Die Kinetik dieser Werte eröffnet eine Reihe von möglichen Studienmöglichkeiten. Dennoch ist eine zuverlässige Erkennung von Hypoxienotwendig hypoxischen Bedingungen durch Apnoe verursacht zu gewährleisten. Werte, gemessen durch verschiedene Geräte aber in der gleichen Sitzung apneic können direkt verglichen werden. Zeitunterschiede (zum Beispiel, bis der Blutdruckanstieg, Entsättigung beginnt, etc.) von verschiedenen Individuen sollten insgesamt Apnoezeit normalisiert werden. Die Atemreflex ist eine der stärksten Anregung des menschlichen Körpers. Akute Hypoxie und Hyperkapnie wird daher nur bei Patienten mit Pathologien (dh OSA, Notsituationen, Laryngospasmus, CPR, etc.) gesehen. Meistens unvorhergesehener ist Hypoxie schwer zu erkennen, immer durch ein auslösendes Ereignis beeinflusst und schwierig wegen eines Probanden Komorbiditäten zu bewerten. Obwohl die Gesamtapnoezeit von Tauchern und Patienten Hypoxie unterziehen sollten nicht wegen der völlig unterschiedlichen Ausgangsbedingungen, Menschenkompensationsmechanismen Schädigung des Gehirns bei Hypoxie zu vermeiden verglichen werden gleich 23 -28. Eine erweiterte freiwillige Atemanhalten leert auch den Sauerstoffspeicher des Körpers und erhöht eines Subjekts pCO 2 29. Apnoe - Taucher wurden bei der Simulation von dynamischen Hypoxie beim Menschen 12 um zuverlässige Ergebnisse zu erzeugen gezeigt. Wir maßen eine minimale zerebrale Sättigung nur geringfügig höher als bei Patienten gesehen Werte während Herzstillstand (42,2 ± 10,7% 15 und 37,2 ± 17,0% 14). Dies zeigt, dass unser Modell in der Lage ist, eine klinisch relevante Hypoxie zu imitieren. Obwohl Hypoxie ernsthafte gesundheitliche Probleme verursacht, sind die Untergebener physiologischen Mechanismen noch nicht vollständig verstanden 1 und bis jetzt keine relevanten klinischen menschlichen Modell akuter Hypoxie beim Menschen zu simulieren existierte. Mit gesunden apneic Taucher als klinisch relevanten Modell Hypoxie und Hyperkapnie beim Menschen gilt auch für zukünftige Untersuchungen großes Potenzial zu simulieren. Dieses Modell ermöglicht es Wissenschaftlern, die Ausgleichsmechanismus zu studieren hypoxischen zu vermeidenSchaden in reproduzierbarer menschlichen Modell. Es ermöglicht eine klinisch relevante Simulation von hypoxischen Notsituationen wie laryngospasm oder &quot;kann nicht lüften - nicht intubieren&quot;. Es könnte die Durchführbarkeit neuer invasive oder nicht-invasive Instrumente zur Messung menschlichen Hypoxie zu beweisen, verwendet werden. Darüber hinaus kann dieses Modell dazu beitragen , die Korrelation von erhöhten endogenen Katecholamine und deren Auswirkungen auf die Herzfunktion (dh Herzfrequenzvariabilität, Herzleistung, etc.) zu verstehen. Durch die Verwendung unterschiedlicher und neue Geräte können unser Verständnis von untersucht und kann Hypoxie Hypoxie in apneic Taucher neue Parameter zu beobachten, in die Zukunft verlängern.

Klinisch relevante akuter Hypoxie und begleitende Hyperkapnie ist vor allem bei Patienten beobachtet mit obstruktiver Schlafapnoe-Syndrom (OSAS), akute Atemwegsobstruktion oder während der kardiopulmonalen Reanimation. Haupteinschränkungen auf dem Gebiet des OSAS und andere hypoxämischer Bedingungen umfassen die begrenzte übertragbare Erkenntnisse über die Pathophysiologie von Tierstudien abgeleitet und dass menschliche Modelle sind nicht vorhanden 1. 7 - Zur Hypoxie beim Menschen, hypoxischen Gasgemische wurden bisher 2 verwendet imitieren. Jedoch sind diese Bedingungen repräsentativer für Höhenlage Umgebung als von klinischen Situationen, in denen Hypoxie, im allgemeinen durch Hyperkapnie begleitet wird. Zur Sauerstoffversorgung des Gewebes während des Herzstillstand und Reanimation, Tierstudien wurden 8 durchgeführt , um zu untersuchen physiologischen Kompensationsmechanismen zu überwachen. Apnoe-Taucher sind gesunde Athleten der Lage, die Atmung Impuls des Drückensdass sich durch niedrige arterielle Sauerstoffsättigung 9 und einem erhöhten pCO 2 10,11 hervorgerufen. Wir untersuchten apneic Taucher um 12 klinischen Fällen von akuter Hypoxie und die gleichzeitige Hyperkapnie zu imitieren. Dieses Modell kann verwendet werden, klinische Setups zu bewerten, die pathophysiologischen Verständnis von Patienten mit OSAS oder pathologischen Atmungsstörungen zu verbessern und neue Möglichkeiten offenbaren für ein potenzielles Gegenausgleichsmechanismus bei der Apnoe zu studieren. Weiterhin verschiedene Techniken Hypoxie beim Menschen erkennen kann für Durchführbarkeit und Genauigkeit im Falle von dynamischen Hypoxie getestet werden, die in Notfallsituationen vorhanden ist (dh, Atemwegsobstruktionen, laryngospasm oder nicht intubieren, kann nicht Situationen belüften) oder intermittierende Hypoxie bei Patienten zu simulieren , mit OSAS. Nicht-invasive Techniken zur Detektion von Hypoxie bei Menschen begrenzt sind. Periphere Pulsoxymetrie (SpO 2) ist ein anerkanntes Werkzeug in pre-hospital und Krankenhaus - Einstellungen Hypoxie 13 zu erkennen. Das Verfahren beruht auf der Lichtabsorption von Hämoglobin basiert. Allerdings ist SpO 2 Messung auf periphere arterielle Sauerstoffversorgung beschränkt und kann nicht in den Fällen von pulslose elektrische Aktivität (PEA) oder zentrale minimale Zirkulation 14 verwendet werden. Im Gegensatz dazu kann Nah-Infrarot - Spektroskopie verwendet werden , um Hirngewebe Sauerstoffsättigung (rSO 2) in Echtzeit während der PEA, während hämorrhagischen Schock oder nach Subarachnoidalblutung 15 bewerten - 19. Sein Einsatz wird immer größer 20 und methodische Studien haben eine positive Korrelation zwischen der SpO 2 und rSO 2 3,4 ergab. In dieser Studie stellen wir ein Modell klinisch relevante Hypoxie beim Menschen zu simulieren und eine Schritt-für-Schritt-Methode präsentieren periphere Pulsoximetrie und NIRS bei De- und Re-Sättigung zu vergleichen. Durch die Analyse von physiologischen Daten im Falle einerpnea, unser Verständnis von Gegenausgleichsmechanismen verbessert werden kann.

<table><tbody><tr><td>SpO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td><td>Dr&amp;auml;ger Medical AG&amp;amp;CO.KG</td><td>SHP ACC MCABLE-Masimo Set</td><td>peripheral SpO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;-Monitoring</td></tr><tr><td>Non Invasive Blood Pressure (NIBP)</td><td>Dr&amp;auml;ger Medical AG&amp;amp;CO.KG</td><td>NIBP cuff M+,&amp;nbsp; MP00916&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Electrocardiographic (ECG) &amp;nbsp;</td><td>Dr&amp;auml;ger Medical AG&amp;amp;CO.KG</td><td>Infinity M540 Monitor</td><td>ECG monitoring</td></tr><tr><td>Docking station</td><td>Dr&amp;auml;ger Medical AG&amp;amp;CO.KG</td><td>M500 Docking Station</td><td>connection of M540 to laptop</td></tr><tr><td>NIRS</td><td>NONIN Medical&amp;rsquo;s EQUANOX</td><td>Model 7600 Regional Oximeter System</td><td>measuring of cerebral and&amp;nbsp; tissue oxygenation</td></tr><tr><td>NIRS diodes</td><td>EQUANOX Advance Sensor</td><td>Model 8004CA</td><td>suited for measuring cerebral and somatic oxygen-saturation</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Laptop&amp;nbsp;&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>DataGrabber</td><td>Dr&amp;auml;ger Medical AG&amp;amp;CO.KG</td><td>DataGrabber v2005.10.16</td><td>software to synchronize M540 with laptop</td></tr><tr><td>eVision</td><td>Nonin Medical. Inc.</td><td>Version 1.3.0.0</td><td>software to synchronize NONIN with laptop</td></tr></tbody></table>

a model to simulate clinically relevant hypoxia in humans

In case of apnea, arterial partial pressure of oxygen (pO2) decreases, while partial pressure of carbon dioxide (pCO2) increases. To avoid damage to hypoxia sensitive organs such as the brain, compensatory circulatory mechanisms help to maintain an adequate oxygen supply. This is mainly achieved by increased cerebral blood flow. Intermittent hypoxia is a commonly seen phenomenon in patients with obstructive sleep apnea. Acute airway obstruction can also result in hypoxia and hypercapnia. Until now, no adequate model has been established to simulate these dynamics in humans. Previous investigations focusing on human hypoxia used inhaled hypoxic gas mixtures. However, the resulting hypoxia was combined with hyperventilation and is therefore more representative of high altitude environments than of apnea. Furthermore, the transferability of previously performed animal experiments to humans is limited and the pathophysiological background of apnea induced physiological changes is poorly understood. In this study, healthy human apneic divers were utilized to mimic clinically relevant hypoxia and hypercapnia during apnea. Additionally, pulse-oximetry and Near Infrared Spectroscopy (NIRS) were used to evaluate changes in cerebral and peripheral oxygen saturation before, during, and after apnea.

Abbildung 1 zeigt die gleichzeitige Aufnahmen von SpO 2 und NIRS - Werte (NIRS zerebralen und NIRS Gewebe) während der Apnoe bei einem Patienten. Insgesamt Apnoezeit war 363 Sekunden. Nach Apnoe NIRS und SpO 2 -Werte blieb für etwa 140 Sekunden stabil. Eine Abnahme der SpO 2 wurde nach 204 Sekunden durch periphere SpO 2 erfasst wird, während ein Rückgang von NIRS zerebralen nach 238 sec festgestellt wurde. Die niedrigste gemessene SpO 2 folgende Apnoe betrug 58% und die niedrigste gemessene NIRS zerebralen betrug 46%. Am Ende der Apnoe NIRS nach einer Zeitverzögerung von 12 sec cerebral erhöht während SpO 2 nach einer Zeitverzögerung von 30 Sekunden erhöht. In einer aktuellen Studie von zehn apneic Taucher haben wir gezeigt , eine signifikante Abnahme der NIRS zerebralen Werte von 71% (Bereich 85-55) bis 54% (Bereich 74-24) 12 </sup&gt;. Median SpO 2 verringerte sich von 98% (Bereich 100 - 98) bis 81% (Bereich 94-67). Abbildung 2 zeigt die mittleren Zeitverzögerungen zwischen dem Beginn einer Apnoe und Abnahme der cerebralen NIRS Vergleich SpO 2 -Werte dieser zehn divers. Die Sauerstoffsättigung von NIRS zerebralen gemessen sank deutlich später als die Sauerstoffsättigung auf der Fingerspitze gemessen von SpO 2 [175 sec; SD = 50 sec im Vergleich zu 134 sec; SD = 29 sec; (t (9) = 2,865, p = 0,019, r 2 = 0,477)]. Dies kann als Zeichen für erhöhten zerebralen Blutflusses und eine bevorzugte Sauerstoffversorgung von cerebralen Gewebe während Apnoe genommen werden. Nach dem Neustart der Atmung (Abbildung 2c), Werte von NIRS zerebralen erhöht deutlich früher als SpO 2 -Werte [10 sec; SD = 4 Sekunden gegenüber 21 sec; SD = 4 s (t (9) = 7,703, p &lt;0,001, r 2 = 0,868)]. Figuren 2b </strong&gt; und d Anzeige De- und Re-Sättigung an der Fingerspitze gemessen (SpO 2) und über den Musculus quadriceps femoris (NIRS Gewebe) während der Apnoe. NIRS Gewebe Werte sank deutlich früher als SpO 2 -Werte [39 s; SD = 13 sec im Vergleich zu einer Verzögerung von 125 sec; SD = 36 sec (t (6) = 4,869, p = 0,003, r 2 = 0,798)]. Diese Zeitverzögerung kann zeigen , dass die periphere Vasokonstriktion führt zu einer Abnahme der Sauerstoffversorgung des Gewebes, auch vor einer Abnahme der arteriellen Sauerstoffsättigung - visualisiert durch SpO 2 - ist meßbar. Es gab keinen Unterschied in Zeitverzögerung nach dem Neustart der Atmung zwischen NIRS Gewebe und SpO 2 [NIRS Gewebe 30 Sekunden; SD = 16 sec im Vergleich zu SpO 2 27 sec; SD = 7 sec (t (6) = 0,631, p = 0,551, r 2 = 0,062)]. Dies zeigt an, dass die beobachtete Zeitverzögerung nicht von den verschiedenen Vorrichtungen selbst verursacht wird. 2 -, NIRS Gewebe - und NIRS zerebralen -baseline Werte auf 100% (Abbildung 3). Zum Vergleich Dauer einzelner Apnoe, Dauer insgesamt Apnoe jedes Thema wurde auch auf 100% gesetzt. 12 <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/54933/54933fig1.jpg" /> Abbildung 1: Zeitverlauf der NIRS, SpO 2 und Herzfrequenz (HR) während Apnea. Die Rohdaten eines Teilnehmers wird angezeigt. Insgesamt Apnoe-Zeit war 363 Sekunden. Gegenstand zeigte eine frühere Abnahme der SpO 2 als in der zerebralen rSO 2. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54933/54933fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54933/54933fig1large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/54933/54933fig2.jpg"<html> /&gt; Abbildung 2: Zeitverzögerungen während Apnea und Neustart der Respiration. a) Die mittlere Zeitverzögerung zwischen dem Beginn der Apnoe und eine Abnahme der NIRS zerebralen gegen SpO 2 -Werte; b) Die mittlere Zeitverzögerung zwischen dem Beginn der Apnoe und eine Abnahme der NIRS Gewebe im Vergleich zu SpO 2 -Werte; c) Die mittlere Zeitverzögerung zwischen den Neustart der Atmung und einer Steigerung von NIRS zerebralen gegen SpO 2 -Werte; d) Die mittlere Zeitverzögerung zwischen den Neustart der Atmung und einer Steigerung von NIRS Gewebe im Vergleich zu SpO 2 -Werte. Fehlerbalken zeigen Standardfehler des Mittelwerts. Daten und Abbildung von Eichhorn et al. 2015 12. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54933/54933fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54933/54933fig2large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> 1 &quot;&gt; <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/54933/54933fig3.jpg" /> Abbildung 3: zeitliche Verlauf der normalisierten SpO 2, NIRS zerebralen und NIRS Gewebe Werte: Um einzelne Variationen in Apnoezeit ins Gleichgewicht, alle Apnoe - Zeiten wurden auf 100% normiert. Somit werden die Variationen in den drei geplottet Parameter werden auf die relativen apnea Zeiten zugeordnet. Grundlinienwerte vor der Apnoe gemessen wurden, als 100% definiert. Fehlerbalken zeigen Standardfehler des Mittelwerts. Daten und Abbildung von Eichhorn et al. 2015 12. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54933/54933fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54933/54933fig3large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

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A Model to Simulate Clinically Relevant Hypoxia in Humans

Hypoxie-Simulation beim Menschen ist in der Regel durch das Einatmen hypoxischen Gasgemischen durchgeführt. Für diese Studie wurden Apnoen Tauchern verwendet dynamische Hypoxie beim Menschen zu simulieren. Zusätzlich physiologischen Veränderungen in Desaturierung und Wieder Sättigungskinetik wurden mit nicht-invasive Werkzeuge wie Near-Infrared-Spektroskopie (NIRS) und periphere Oxygenierung Sättigung (SpO 2) bewertet.

Ein Modell Simulieren von klinisch relevanter Hypoxie beim Menschen

In case of apnea, arterial partial pressure of oxygen (pO2) decreases, while partial pressure of carbon dioxide (pCO2) increases. To avoid damage to ...

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Medicine

8.7K Aufrufe.  University Hospital of Bonn.  Hypoxie-Simulation beim Menschen ist in der Regel durch das Einatmen hypoxischen Gasgemischen durchgeführt. Für diese Studie wurden Apnoen Tauchern verwendet dynamische Hypoxie beim Menschen zu simulieren. Zusätzlich physiologischen Veränderungen in Desaturierung und Wieder Sättigungskinetik wurden mit nicht-invasive Werkzeuge wie Near-Infrared-Spektroskopie (NIRS) und periphere Oxygenierung Sättigung (SpO 2) bewertet. 

Serie: A Model to Simulate Clinically Relevant Hypoxia in Humans

In Vivo Model for Testing Effect of Hypoxia on Tumor Metastasis

Hypoxia has been implicated in the metastasis of Ewing sarcoma (ES) by clinical observations and in vitro data, yet direct evidence for its pro-metastatic effect is lacking and the exact mechanisms of its action are unclear. Here, we report an animal model that allows for direct testing of the effects of tumor hypoxia on ES dissemination and investigation into the underlying pathways involved. This approach combines two well-established experimental strategies, orthotopic xenografting of ES cells and femoral artery ligation (FAL), which induces hindlimb ischemia. Human ES cells were injected into the gastrocnemius muscles of SCID/beige mice and the primary tumors were allowed to grow to a size of 250 mm3. At this stage either the tumors were excised (control group) or the animals were subjected to FAL to create tumor hypoxia, followed by tumor excision 3 days later. The efficiency of FAL was confirmed by a significant increase in binding of hypoxyprobe-1 in the tumor tissue, severe tumor necrosis and complete inhibition of primary tumor growth. Importantly, despite these direct effects of ischemia, an enhanced dissemination of tumor cells from the hypoxic tumors was observed. This experimental strategy enables comparative analysis of the metastatic properties of primary tumors of the same size, yet significantly different levels of hypoxia. It also provides a new platform to further assess the mechanistic basis for the hypoxia-induced alterations that occur during metastatic tumor progression in vivo. In addition, while this model was established using ES cells, we anticipate that this experimental strategy can be used to test the effect of hypoxia in other sarcomas, as well as tumors orthotopically implanted in sites with a well-defined blood supply route.

In Vivo Model for Testing Effect of Hypoxia on Tumor Metastasis

This manuscript describes the development of an animal model that allows for the direct testing of the effects of tumor hypoxia on metastasis and the deciphering the mechanisms of its action. Although the experiments described here focus on Ewing sarcoma, a similar approach can be applied to other tumor types.

In - vivo - Modell für die Prüfung von Wirkung von Hypoxie auf die Tumormetastasierung

Hypoxia has been implicated in the metastasis of Ewing sarcoma (ES) by clinical observations and in vitro data, yet direct evidence for its pro-metastatic ...

Forschung

Krebsforschung

Delivery of In Vivo Acute Intermittent Hypoxia in Neonatal Rodents to Prime Subventricular Zone-derived Neural Progenitor Cell Cultures

Extended culture of neural stem/progenitor cells facilitates in vitro analyses to understand their biology while enabling expansion of cell populations to adequate numbers prior to transplantation. Identifying approaches to refine this process, to augment the production of all CNS cell types (i.e., neurons), and to possibly contribute to therapeutic cell therapy protocols is a high research priority. This report describes an easily applied in vivo &#8220;pre-conditioning&#8221; stimulus which can be delivered to awake, non-anesthetized animals. Thus, it is a non-invasive and non-stressful procedure. Specifically described are the procedures for exposing mouse or rat pups (aged postnatal day 1-8) to a brief (40-80 min) period of intermittent hypoxia (AIH). The procedures included in this video protocol include calibration of the whole-body plethysmography chamber in which pups are placed during AIH and the technical details of AIH exposure. The efficacy of this approach to elicit tissue-level changes in the awake animal is demonstrated through the enhancement of subsequent in vitro expansion and neuronal differentiation in cells harvested from the subventricular zone (SVZ). These results support the notion that tissue level changes across multiple systems could be observed following AIH, and support the continued optimization and establishment of AIH as a priming or conditioning modality for therapeutic cell populations.

Delivery of In Vivo Acute Intermittent Hypoxia in Neonatal Rodents to Prime Subventricular Zone-derived Neural Progenitor Cell Cultures

This article describes the methodology for administering short periods of intermittent hypoxia to postnatal day 1-8 mouse or rat pups. This approach effectively elicits a robust tissue level &#8220;priming effect&#8221; on cultured neural progenitor cells that are harvested within 30 min of hypoxia exposure.

Lieferung von<em&gt; In-vivo-</em&gt; Akuter intermittierender Hypoxie in Neonatal Nagetiere in den Prime Subventrikularzone abgeleiteten neuronalen Vorläuferzellkulturen

Extended culture of neural stem/progenitor cells facilitates in vitro analyses to understand their biology while enabling expansion of cell populations to ...

Entwicklungsbiologie

A Swine Model of Neonatal Asphyxia

Annually more than 1 million neonates die worldwide as related to asphyxia. Asphyxiated neonates commonly have multi-organ failure including hypotension, perfusion deficit, hypoxic-ischemic encephalopathy, pulmonary hypertension, vasculopathic enterocolitis, renal failure and thrombo-embolic complications. Animal models are developed to help us understand the patho-physiology and pharmacology of neonatal asphyxia. In comparison to rodents and newborn lambs, the newborn piglet has been proven to be a valuable model. The newborn piglet has several advantages including similar development as that of 36-38 weeks human fetus with comparable body systems, large body size (&tilde;1.5-2 kg at birth) that allows the instrumentation and monitoring of the animal and controls the confounding variables of hypoxia and hemodynamic derangements.
We here describe an experimental protocol to simulate neonatal asphyxia and allow us to examine the systemic and regional hemodynamic changes during the asphyxiating and reoxygenation process as well as the respective effects of interventions. Further, the model has the advantage of studying multi-organ failure or dysfunction simultaneously and the interaction with various body systems. The experimental model is a non-survival procedure that involves the surgical instrumentation of newborn piglets (1-3 day-old and 1.5-2.5 kg weight, mixed breed) to allow the establishment of mechanical ventilation, vascular (arterial and central venous) access and the placement of catheters and flow probes (Transonic Inc.) for the continuously monitoring of intra-vascular pressure and blood flow across different arteries including main pulmonary, common carotid, superior mesenteric and left renal arteries. Using these surgically instrumented piglets, after stabilization for 30-60 minutes as defined by Z&lt;10% variation in hemodynamic parameters and normal blood gases, we commence an experimental protocol of severe hypoxemia which is induced via normocapnic alveolar hypoxia. The piglet is ventilated with 10-15% oxygen by increasing the inhaled concentration of nitrogen gas for 2h, aiming for arterial oxygen saturations of 30-40%. This degree of hypoxemia will produce clinical asphyxia with severe metabolic acidosis, systemic hypotension and cardiogenic shock with hypoperfusion to vital organs. The hypoxia is followed by reoxygenation with 100% oxygen for 0.5h and then 21% oxygen for 3.5h. Pharmacologic interventions can be introduced in due course and their effects investigated in a blinded, block-randomized fashion.

Large animal models have good translational values in the examination of physiology and pharmacology of neonatal asphyxia. Using newborn piglets, we develop an experimental protocol to simulate neonatal asphyxia which has advantages of studying the systemic and regional hemodynamics, oxygen transport with biochemical and pathologic pathways and correlations.

A Swine Modell von neonataler Asphyxie

Annually more than 1 million neonates die worldwide as related to asphyxia. Asphyxiated neonates commonly have multi-organ failure including hypotension, ...

Medizin

Detection of Microregional Hypoxia in Mouse Cerebral Cortex by Two-photon Imaging of Endogenous NADH Fluorescence

The brain's ability to function at high levels of metabolic demand depends on continuous oxygen supply through blood flow and tissue oxygen diffusion. Here we present a visualized experimental and methodological protocol to directly visualize microregional tissue hypoxia and to infer perivascular oxygen gradients in the mouse cortex. It is based on the non-linear relationship between nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) endogenous fluorescence intensity and oxygen partial pressure in the tissue, where observed tissue NADH fluorescence abruptly increases at tissue oxygen levels below 10 mmHg1. We use two-photon excitation at 740 nm which allows for concurrent excitation of intrinsic NADH tissue fluorescence and blood plasma contrasted with Texas-Red dextran. The advantages of this method over existing approaches include the following: it takes advantage of an intrinsic tissue signal and can be performed using standard two-photon in vivo imaging equipment; it permits continuous monitoring in the whole field of view with a depth resolution of ~50 &mu;m. We demonstrate that brain tissue areas furthest from cerebral blood vessels correspond to vulnerable watershed areas which are the first to become functionally hypoxic following a decline in vascular oxygen supply. This method allows one to image microregional cortical oxygenation and is therefore useful for examining the role of inadequate or restricted tissue oxygen supply in neurovascular diseases and stroke.

Here we describe a method to directly visualize microregional tissue hypoxia in the mouse cortex in vivo. It is based on concurrent two-photon imaging of nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and the cortical microcirculation. This method is useful for high resolution analysis of tissue oxygen supply.

Erkennung von mikroregionale Hypoxie in Maus-Großhirnrinde Zwei-Photonen-Imaging von endogenen NADH Fluoreszenz

The brain's ability to function at high levels of metabolic demand depends on continuous oxygen supply through blood flow and tissue oxygen diffusion. ...

Neurowissenschaften

Supramaximal Intensity Hypoxic Exercise and Vascular Function Assessment in Mice

Exercise training is an important strategy for maintaining health and preventing many chronic diseases. It is the first line of treatment recommended by international guidelines for patients suffering from cardiovascular diseases, more specifically, lower extremity artery diseases, where the patients' walking capacity is considerably altered, affecting their quality of life. 
Traditionally, both low continuous exercise and interval training have been used. Recently, supramaximal training has also been shown to improve athletes' performances via vascular adaptations, amongst other mechanisms. The combination of this type of training with hypoxia could bring an additional and/or synergic effect, which could be of interest for certain pathologies. Here, we describe how to perform supramaximal intensity training sessions in hypoxia on healthy mice at 150% of their maximal speed, using a motorized treadmill and a hypoxic box. We also show how to dissect the mouse in order to retrieve organs of interest, particularly the pulmonary artery, the abdominal aorta, and the iliac artery. Finally, we show how to perform ex vivo vascular function assessment on the retrieved vessels, using isometric tension studies.

High-intensity training in hypoxia is a protocol that has been proven to induce vascular adaptations potentially beneficial in some patients and to improve athletes&#39; repeated sprint ability. Here, we test the feasibility of training mice using that protocol and identify those vascular adaptations using ex vivo vascular function assessment.

Supramaximalen hypoxischer Intensität und Gefäßfunktion Bewertung bei Mäusen

Exercise training is an important strategy for maintaining health and preventing many chronic diseases. It is the first line of treatment recommended by ...

Verhalten

Induction and Testing of Hypoxia in Cell Culture

Hypoxia is defined as the reduction or lack of oxygen in organs, tissues, or cells. This decrease of oxygen tension can be due to a reduced supply in oxygen (causes include insufficient blood vessel network, defective blood vessel, and anemia) or to an increased consumption of oxygen relative to the supply (caused by a sudden higher cell proliferation rate). Hypoxia can be physiologic or pathologic such as in solid cancers 1-3, rheumatoid arthritis, atherosclerosis etc&#x2026; Each tissues and cells have a different ability to adapt to this new condition. During hypoxia, hypoxia inducible factor alpha (HIF) is stabilized and regulates various genes such as those involved in angiogenesis or transport of oxygen 4. The stabilization of this protein is a hallmark of hypoxia, therefore detecting HIF is routinely used to screen for hypoxia 5-7. 
In this article, we propose two simple methods to induce hypoxia in mammalian cell cultures and simple tests to evaluate the hypoxic status of these cells.

Here we propose simple methods to induce hypoxia in cell cultures and simple tests to evaluate the hypoxic status of the cultures.

Induktion und Prüfung von Hypoxie in der Zellkultur

Hypoxia is defined as the reduction or lack of oxygen in organs, tissues, or cells.  This decrease of oxygen tension can be due to a reduced supply in ...

Biologie

Translational 3D-Cell Culture Model to Assess Hyperoxia Effects on Human Neonatal Airway Epithelial Cells

The preterm neonatal airway epithelium is constantly exposed to environmental stressors. One of these stressors in neonates with lung disease includes oxygen (O2) tension higher than the ambient atmosphere - termed hyperoxia (&gt;21% O2). The effect of hyperoxia on the airway depends on various factors, including the developmental stage of the airway, the degree of hyperoxia, and the duration of exposure, with variable exposures potentially leading to unique phenotypes. While there has been extensive research on the effect of hyperoxia on neonatal lung alveolarization and airway hyperreactivity, little is known about the short and long-term underlying effect of hyperoxia on human neonatal airway epithelial cells. A major reason for this is the scarcity of an effective in vitro model to study human neonatal airway epithelial development and function. Here, we describe a method for isolating and expanding human neonatal tracheal airway epithelial cells (nTAECs) utilizing human neonatal tracheal aspirates and culturing these cells in air-liquid interface (ALI) culture. We demonstrate that nTAECs form a mature polarized cell-monolayer in ALI culture and undergo mucociliary differentiation. We also present a method for moderate hyperoxia exposure of the cell monolayer in ALI culture using a specialized incubator. Additionally, we describe an assay to measure cellular oxidative stress following hyperoxia exposure in ALI culture using fluorescent quantification, which confirms that moderate hyperoxia exposure induces cellular oxidative stress but does not cause significant cell membrane damage or apoptosis. This model can potentially be used to simulate clinically relevant hyperoxia exposure encountered by neonatal airways in the Neonatal Intensive Care Unit (NICU) and used to study the short and long-lasting effects of O2 on neonatal airway epithelial programming. Studies using this model could be utilized to explore ways to mitigate early-life oxidative injury to developing airways, which is implicated in the development of long-term airway diseases in former premature infants.

We describe a protocol to establish an air-liquid interface (ALI) culture model utilizing neonatal tracheal airway epithelial cells (nTAEC) and perform physiologically relevant hyperoxia exposure to study the effect of atmospheric-induced oxidative stress on cells derived from the developing neonatal airway surface epithelium.

The preterm neonatal airway epithelium is constantly exposed to environmental stressors. One of these stressors in neonates with lung disease includes ...

Induction and Characterization of Pulmonary Hypertension in Mice using the Hypoxia/SU5416 Model

Pulmonary Hypertension (PH) is a pathophysiological condition, defined by a mean pulmonary arterial pressure exceeding 25 mm Hg at rest, as assessed by right heart&#160;catheterization. A broad spectrum of diseases can lead to PH, differing in their etiology, histopathology, clinical presentation, prognosis, and response to&#160;treatment. Despite significant progress in the last years, PH remains an uncured disease. Understanding the underlying mechanisms can pave the way for the development of new therapies. Animal models are important research tools to achieve this goal. Currently, there are several models available for recapitulating PH. This protocol describes a two-hit mouse PH model. The stimuli for PH development are hypoxia and the injection of SU5416, a vascular endothelial growth factor (VEGF) receptor antagonist. Three weeks after initiation of Hypoxia/SU5416, animals develop pulmonary vascular remodeling imitating the histopathological changes observed in human PH (predominantly Group 1). Vascular remodeling in the pulmonary circulation results in the remodeling of the right&#160;ventricle (RV). The procedures for measuring RV pressures (using the open chest method), the morphometrical analyses of the RV (by dissecting and weighing both cardiac ventricles) and the histological assessments of the remodeling (both pulmonary by assessing vascular remodeling and cardiac by assessing RV cardiomyocyte hypertrophy and fibrosis) are described in detail. The advantages of this protocol are the possibility of the application both in wild type and in genetically modified mice, the relatively easy and low-cost implementation, and the quick development of the disease of interest (3 weeks). Limitations of this method are that mice do not develop a severe phenotype and PH is reversible upon return to normoxia. Prevention, as well as therapy studies, can easily be implemented in this model, without the necessity of advanced skills (as opposed to surgical rodent models).

This protocol describes the induction of pulmonary hypertension (PH) in mice based on the exposure to hypoxia and the injection of a VEGF receptor antagonist. The animals develop PH and right ventricular (RV) hypertrophy 3 weeks after the initiation of the protocol. The functional and morphometrical characterization of the model is also presented.

Induktion und Charakterisierung der pulmonalen Hypertonie bei Mäusen mit dem Hypoxia/SU5416-Modell

Pulmonary Hypertension (PH) is a pathophysiological condition, defined by a mean pulmonary arterial pressure exceeding 25 mm Hg at rest, as assessed by ...

Multiple Intravenous Bolus Dosing and Invasive Hemodynamic Assessment in a Hypoxia-Induced Mouse Pulmonary Artery Hypertension Model

Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a progressive life-threatening disease, primarily affecting small pulmonary arterioles of the lung. Currently, there is no cure for PAH. It is important to discover new compounds that can be used to treat PAH. The mouse hypoxia-induced PAH model is a widely used model for PAH research. This model recapitulates human clinical manifestations of PAH Group 3 disease and is an important research tool to evaluate the effectiveness of new experimental therapies for PAH. Research using this model often requires the administration of compounds in mice. For a compound that needs to be given directly into the bloodstream, optimizing intravenous (IV) administration is a key part of the experimental procedures. Ideally, the IV injection system should permit multiple injections over a set time course. Although the mouse hypoxia-induced PAH model is very popular in many laboratories, it is technically challenging to perform multiple IV bolus dosing and invasive hemodynamic assessment in this model. In this protocol, we present step-by-step instructions on how to carry out multiple IV bolus dosing via mouse jugular vein and perform arterial and right ventricle catheterization for hemodynamic assessment in mouse hypoxia-induced PAH model.

This protocol provides a step-by-step procedure for executing multiple intravenous bolus dose administration and invasive hemodynamic monitoring in mice. Investigators can use this protocol for future therapeutic compound screening for pulmonary artery hypertension.

Multiple intravenöse Bolusdosierung und invasive hämodynamische Beurteilung in einem Hypoxie-induzierten Mausmodell für pulmonalarterielle Hypertonie

Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a progressive life-threatening disease, primarily affecting small pulmonary arterioles of the lung. Currently, ...

Experimental Approach to Examine Leptin Signaling in the Carotid Bodies and its Effects on Control of Breathing

An adipocyte-produced hormone leptin is a potent respiratory stimulant, which may play an important role in defending respiratory function in obesity. The carotid bodies (CB), a key organ of peripheral hypoxic sensitivity, express the long functional isoform of leptin receptor (LepRb) but the role of leptin signaling in control of breathing has not been fully elucidated. We examined the hypoxic ventilatory response (HVR) (1) in C57BL/6J mice before and after leptin infusion at baseline and after CB denervation; (2) in LepRb-deficient obese db/db mice at baseline and after LepRb overexpression in CBs. In C57BL/6J mice, leptin increased HVR and effects of leptin on HVR were abolished by CB denervation. In db/db mice, LepRb expression in CB augmented the HVR. Therefore, we conclude that leptin acts in CB to augment responses to hypoxia.

Our study focuses on the effects of leptin signaling in carotid body (CB) on the hypoxic ventilatory response (HVR). We performed &#39;loss of function&#39; experiments measuring the effect of leptin on HVR after CB denervation and &#39;gain of function&#39; experiments measuring HVR after overexpression of the leptin receptor in CB.

Experimenteller Ansatz zur Untersuchung der Leptin-Signalisierung in den Carotis-Körpern und ihrer Auswirkungen auf die Kontrolle der Atmung

An adipocyte-produced hormone leptin is a potent respiratory stimulant, which may play an important role in defending respiratory function in obesity. The ...