Summary

نموذج السكتة القلبية للفأر لتصوير الدماغ ومراقبة فسيولوجيا الدماغ أثناء نقص التروية والإنعاش

Published: April 14, 2023
doi:

Summary

يوضح هذا البروتوكول نموذجا فريدا للفأر للسكتة القلبية الخانقة التي لا تتطلب ضغطا على الصدر للإنعاش. هذا النموذج مفيد لمراقبة وتصوير ديناميكيات فسيولوجيا الدماغ أثناء السكتة القلبية والإنعاش.

Abstract

يعاني معظم الناجين من السكتة القلبية (CA) من درجات متفاوتة من العجز العصبي. لفهم الآليات التي تدعم إصابة الدماغ التي يسببها CA ، وبالتالي تطوير علاجات فعالة ، يعد البحث التجريبي CA ضروريا. تحقيقا لهذه الغاية ، تم إنشاء عدد قليل من نماذج CA الماوس. في معظم هذه النماذج ، يتم وضع الفئران في وضع ضعيف من أجل إجراء ضغط الصدر للإنعاش القلبي الرئوي (CPR). ومع ذلك ، فإن إجراء الإنعاش هذا يجعل التصوير / المراقبة في الوقت الفعلي لفسيولوجيا الدماغ أثناء CA والإنعاش أمرا صعبا. للحصول على مثل هذه المعرفة الهامة ، يقدم البروتوكول الحالي نموذج CA لاختناق الفئران لا يتطلب خطوة الإنعاش القلبي الرئوي لضغط الصدر. يسمح هذا النموذج بدراسة التغيرات الديناميكية في تدفق الدم ، وبنية الأوعية الدموية ، والإمكانات الكهربائية ، وأكسجين أنسجة المخ من خط الأساس قبل CA إلى إعادة التروية المبكرة بعد CA. الأهم من ذلك ، ينطبق هذا النموذج على الفئران المسنة. وبالتالي ، من المتوقع أن يكون نموذج CA للفأر أداة حاسمة لفك رموز تأثير CA على فسيولوجيا الدماغ.

Introduction

لا تزال السكتة القلبية (CA) تمثل أزمة صحية عامةعالمية 1. يتم الإبلاغ عن أكثر من 356,000 حالة خارج المستشفى و 290,000 حالة CA داخل المستشفى سنويا في الولايات المتحدة وحدها ، ومعظم ضحايا CA تزيد أعمارهم عن 60 عاما. والجدير بالذكر أن الإعاقات العصبية بعد CA شائعة بين الناجين ، وهذه تمثل تحديا كبيرا لإدارة CA2،3،4،5. لفهم التغيرات المرضية للدماغ بعد CA وتأثيراتها على النتائج العصبية ، تم تطبيق العديد من تقنيات المراقبة الفسيولوجية العصبية ومراقبة أنسجة المخ في المرضى6،7،8،9،10،11،12. باستخدام التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة ، تم أيضا إجراء مراقبة الدماغ في الوقت الفعلي في فئران CA للتنبؤ بالنتائج العصبية13.

ومع ذلك ، في نماذج الفئران CA ، كان نهج التصوير هذا معقدا بسبب الحاجة إلى ضغط الصدر لاستعادة الدورة الدموية التلقائية ، والتي تستلزم دائما حركة جسدية كبيرة ، وبالتالي تعيق إجراءات التصوير الدقيقة. علاوة على ذلك ، يتم إجراء نماذج CA عادة مع الفئران في وضع ضعيف ، في حين يجب تحويل الفئران إلى وضعية الانبطاح للعديد من طرق تصوير الدماغ. وبالتالي ، يلزم وجود نموذج فأر مع الحد الأدنى من حركة الجسم أثناء الجراحة في كثير من الحالات من أجل إجراء تصوير / مراقبة في الوقت الفعلي للدماغ أثناء إجراء CA بأكمله ، والذي يمتد من ما قبل CA إلى ما بعد الإنعاش.

في السابق ، أبلغ Zhang et al. عن نموذج CA للفأر يمكن أن يكون مفيدا لتصوير الدماغ14. في نموذجهم ، تم تحفيز CA عن طريق حقن البلعة من vecuronium و esmolol تليها وقف التهوية الميكانيكية. أظهروا أنه بعد 5 دقائق من CA ، يمكن تحقيق الإنعاش عن طريق غرس خليط الإنعاش. والجدير بالذكر ، مع ذلك ، أن توقف الدورة الدموية في نموذجهم حدث فقط بعد حوالي 10 ثوان من حقن الإسمولول. وبالتالي ، فإن هذا النموذج لا يلخص تطور CA الناجم عن الاختناق في المرضى ، بما في ذلك فرط ثنائي أكسيد الكربون ونقص الأكسجة في الأنسجة خلال فترة ما قبل الاعتقال.

الهدف العام من الإجراء الجراحي الحالي هو نمذجة الاختناق السريري CA في الفئران متبوعا بالإنعاش دون ضغط على الصدر. وبالتالي ، يسمح نموذج CA هذا باستخدام تقنيات التصوير المعقدة لدراسة فسيولوجيا الدماغ في الفئران15.

Protocol

تم إجراء جميع الإجراءات الموضحة هنا وفقا لإرشادات المعاهد الوطنية للصحة (NIH) لرعاية واستخدامها في البحث ، وتمت الموافقة على البروتوكول من قبل معهد ديوك لرعاية ولجنة استخدامه (IACUC). تم استخدام C57BL / 6 ذكور وإناث الفئران الذين تتراوح أعمارهم بين 8-10 أسابيع في الدراسة الحالية. 1…

Representative Results

للحث على CA ، تم تخدير الفأر بنسبة 1.5٪ إيزوفلوران وتهويته بنسبة 100٪ نيتروجين. أدت هذه الحالة إلى بطء القلب الشديد في 45 ثانية (الشكل 1). بعد دقيقتين من نقص الأكسجين ، انخفض معدل ضربات القلب بشكل كبير (الشكل 2) ، وانخفض ضغط الدم إلى أقل من 20 مم زئبق ، وتوقف تدفق الدم …

Discussion

في دراسات CA التجريبية ، تم استخدام الاختناق أو حقن كلوريد البوتاسيوم أو الرجفان البطيني المشتق من التيار الكهربائي للحث على CA16،17،18،19،20،21،22،23.</s…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

يشكر المؤلفون كاثي غيج على دعمها التحريري. تم دعم هذه الدراسة بأموال من قسم التخدير (المركز الطبي بجامعة ديوك) ، ومنحة جمعية القلب الأمريكية (18CSA34080277) ، ومنح المعاهد الوطنية للصحة (NIH) (NS099590 و HL157354 و NS117973 و NS127163).

Materials

Adrenalin Par Pharmaceutical NDC 42023-159-01
Alcohol swabs BD 326895
Animal Bio Amp ADInstruments FE232
BP transducer ADInstruments MLT0699
Bridge Amp ADInstruments FE117
Heparin sodium injection, USP Fresenius Kabi NDC 63323-540-05
Isoflurane Covetrus NDC 11695-6777-2
Laser Doppler perfusion monitor Moor Instruments moorVMS-LDF1
Laser speckle imaging system RWD RFLSI III
Lubricant eye ointment Bausch + Lomb 339081
Micro clip Roboz RS-5431
Mouse rectal probe Physitemp RET-3
Needle electrode ADInstruments MLA1213 29 Ga, 1.5 mm socket
Nitrogen Airgas UN1066
Optic plastic fibre Moor Instruments POF500
Otoscope Welchallyn 728 2.5 mm Speculum
Oxygen Airgas UN1072
PE-10 tubing BD 427401 Polyethylene tubing
Povidone-iodine CVS 955338
PowerLab 8/35 ADInstruments
Rimadyl (carprofen) Zoetis 6100701 Injectable 50 mg/ml
Small animal ventilator Kent Scientific RoVent Jr.
Temperature controller Physitemp TCAT-2DF
Triple antibioric & pain relief CVS NDC 59770-823-56
Vaporizer RWD R583S
0.25% bupivacaine Hospira NDC 0409-1159-18
0.9% sodium chroride ICU Medical NDC 0990-7983-03
1 mL plastic syringe BD 309659
4-0 silk suture Look SP116 Black braided silk
6-0 nylon suture Ethilon 1698G
8.4% sodium bicarbonate Inj., USP Hospira NDC 0409-6625-02
20 G IV catheter BD 381534 20GA 1.6 IN
30 G PrecisionGlide needle BD 305106 30 G X 1/2

Referencias

  1. Smith, A., Masters, S., Ball, S., Finn, J. The incidence and outcomes of out-of-hospital cardiac arrest in metropolitan versus rural locations: A systematic review and meta-analysis. Resuscitation. 185, 109655 (2022).
  2. Amacher, S. A., et al. Predicting neurological outcome in adult patients with cardiac arrest: systematic review and meta-analysis of prediction model performance. Critical Care. 26 (1), 382 (2022).
  3. Matsuyama, T., Ohta, B., Kiyohara, K., Kitamura, T. Intra-arrest partial carbon dioxide level and favorable neurological outcome after out-of-hospital cardiac arrest: A nationwide multicenter observational study in Japan (the JAAM-OHCA registry). European Heart Journal of Acute Cardiovascular Care. 12 (1), 14-21 (2023).
  4. Takahagi, M., Sawano, H., Moriyama, T. Long-term neurological outcome of extracorporeal cardiopulmonary resuscitation for out-of-hospital cardiac arrest patients with nonshockable rhythms: A single-center, consecutive, retrospective observational study. The Journal of Emergency Medicine. 63 (3), 367-375 (2022).
  5. Mork, S. R., Botker, M. T., Christensen, S., Tang, M., Terkelsen, C. J. Survival and neurological outcome after out-of-hospital cardiac arrest treated with and without mechanical circulatory support. Resuscition Plus. 10, 100230 (2022).
  6. Koenig, M. A., Kaplan, P. W., Thakor, N. V. Clinical neurophysiologic monitoring and brain injury from cardiac arrest. Neurologic Clinics. 24 (1), 89-106 (2006).
  7. Cavazzoni, E., Schibler, A. Monitoring of brain tissue oxygen tension and use of vasopressin after cardiac arrest in a child with catecholamine-induced cardiac arrhythmia. Critical Care & Resuscitation. 10 (4), 316-319 (2008).
  8. Topjian, A. A., et al. Multimodal monitoring including early EEG improves stratification of brain injury severity after pediatric cardiac arrest. Resuscitation. 167, 282-288 (2021).
  9. Beekman, R., et al. Bedside monitoring of hypoxic ischemic brain injury using low-field, portable brain magnetic resonance imaging after cardiac arrest. Resuscitation. 176, 150-158 (2022).
  10. Sinha, N., Parnia, S. Monitoring the brain after cardiac arrest: A new era. Current Neurology Neuroscience Report. 17 (8), 62 (2017).
  11. Reis, C., et al. Pathophysiology and the monitoring methods for cardiac arrest associated brain injury. International Journal of Molecular Sciences. 18 (1), 129 (2017).
  12. Zhou, H., Lin, C., Liu, J., Wang, X. Continuous monitoring of brain perfusion by cerebral oximetry after spontaneous return of circulation in cardiac arrest: A case report. BMC Neurology. 22 (1), 365 (2022).
  13. Takegawa, R., et al. Real-time brain monitoring by near-infrared spectroscopy predicts neurological outcome after cardiac arrest and resuscitation in rats: A proof of concept study of a novel prognostic measure after cardiac arrest. Journal Clinical Medicine. 11 (1), 131 (2021).
  14. Zhang, C., et al. Invasion of peripheral immune cells into brain parenchyma after cardiac arrest and resuscitation. Aging and Disease. 9 (3), 412-425 (2018).
  15. Duan, W., et al. Cervical vagus nerve stimulation improves neurologic outcome after cardiac arrest in mice by attenuating oxidative stress and excessive autophagy. Neuromodulation. 25 (3), 414-423 (2022).
  16. Liu, H., et al. Novel modification of potassium chloride induced cardiac arrest model for aged mice. Aging and Disease. 9 (1), 31-39 (2018).
  17. Shen, Y., et al. Aging is associated with impaired activation of protein homeostasis-related pathways after cardiac arrest in mice. Journal of American Heart Association. 7 (17), e009634 (2018).
  18. Wang, P., et al. Manganese porphyrin promotes post cardiac arrest recovery in mice and rats. Biología. 11 (7), 957 (2022).
  19. Wang, W., et al. Development and evaluation of a novel mouse model of asphyxial cardiac arrest revealed severely impaired lymphopoiesis after resuscitation. Journal of American Heart Association. 10 (11), e019142 (2021).
  20. Li, R., et al. Activation of the XBP1s/O-GlcNAcylation pathway improves functional outcome after cardiac arrest and resuscitation in young and aged mice. Shock. 56 (5), 755-761 (2021).
  21. Shen, Y., et al. Activation of the ATF6 (activating transcription factor 6) signaling pathway in neurons improves outcome after cardiac arrest in mice. Journal American Heart Association. 10 (12), e020216 (2021).
  22. Jiang, M., et al. MCC950, a selective NLPR3 inflammasome inhibitor, improves neurologic function and survival after cardiac arrest and resuscitation. Journal of Neuroinflammation. 17 (1), 256 (2020).
  23. Zhao, Q., et al. Cardiac arrest and resuscitation activates the hypothalamic-pituitary-adrenal axis and results in severe immunosuppression. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 41 (5), 1091-1102 (2021).

Play Video

Citar este artículo
Li, R., Duan, W., Zhang, D., Hoffmann, U., Yao, J., Yang, W., Sheng, H. Mouse Cardiac Arrest Model for Brain Imaging and Brain Physiology Monitoring During Ischemia and Resuscitation. J. Vis. Exp. (194), e65340, doi:10.3791/65340 (2023).

View Video