허혈 및 소생술 중 뇌 영상 및 뇌 생리학 모니터링을 위한 마우스 심정지 모델
Summary
이 프로토콜은 소생을 위해 흉부 압박이 필요하지 않은 질식 심정지의 고유한 마우스 모델을 보여줍니다. 이 모델은 심정지 및 소생술 중 뇌 생리학의 역학을 모니터링하고 이미징하는 데 유용합니다.
Abstract
대부분의 심정지(CA) 생존자는 다양한 정도의 신경학적 결함을 경험합니다. CA로 인한 뇌 손상을 뒷받침하는 메커니즘을 이해하고 효과적인 치료법을 개발하기 위해서는 실험적 CA 연구가 필수적입니다. 이를 위해 몇 가지 마우스 CA 모델이 설정되었습니다. 이러한 모델의 대부분에서 마우스는 심폐 소생술(CPR)을 위한 흉부 압박을 수행하기 위해 앙와위 자세에 배치됩니다. 그러나 이 소생술 절차는 CA 및 소생술 중 뇌 생리학의 실시간 영상/모니터링을 어렵게 만듭니다. 이러한 중요한 지식을 얻기 위해, 본 프로토콜은 흉부 압박 CPR 단계를 필요로 하지 않는 마우스 질식 CA 모델을 제시한다. 이 모델을 사용하면 CA 이전 기준선에서 초기 CA 후 재관류까지 혈류, 혈관 구조, 전위 및 뇌 조직 산소의 동적 변화를 연구할 수 있습니다. 중요한 것은 이 모델이 늙은 쥐에 적용된다는 것입니다. 따라서 이 마우스 CA 모델은 CA가 뇌 생리학에 미치는 영향을 해독하는 데 중요한 도구가 될 것으로 기대됩니다.
Introduction
심정지(CA)는 여전히 글로벌 공중보건 위기1. 미국에서만 매년 356,000건 이상의 병원 밖 CA 사례와 290,000건의 병원 내 CA 사례가 보고되고 있으며, 대부분의 CA 피해자는 60세 이상입니다. 특히, CA 후 신경학적 손상은 생존자들 사이에서 흔하며, 이는 CA 관리의 주요 과제입니다 2,3,4,5. CA 이후 뇌 병리학적 변화와 신경학적 결과에 미치는 영향을 이해하기 위해 다양한 신경생리학적 모니터링 및 뇌 조직 모니터링 기법이 환자 6,7,8,9,10,11,12에 적용되었다. 근적외선 분광법을 사용하여 신경학적 결과를 예측하기 위해 CA 쥐에서 실시간 뇌 모니터링도 수행되었습니다13.
그러나 쥐 CA 모델에서 이러한 이미징 접근 방식은 항상 상당한 물리적 움직임을 수반하여 섬세한 이미징 절차를 방해하는 자발적 순환을 회복하기 위한 흉부 압박의 필요성으로 인해 복잡해졌습니다. 더욱이, CA 모델은 일반적으로 누운 자세의 마우스로 수행되는 반면, 많은 뇌 영상 양식의 경우 마우스는 엎드린 자세로 돌려야 합니다. 따라서 수술 전 CA에서 소생술 후까지 전체 CA 절차 동안 뇌의 실시간 이미징/모니터링을 수행하기 위해 수술 중 신체 움직임을 최소화하는 마우스 모델이 많은 경우에 필요합니다.
이전에 Zhang 등은 뇌 영상에 유용할 수 있는 마우스 CA 모델을 보고했습니다14. 그들의 모델에서, CA는 베쿠로늄(vecuronium)과 에스몰롤(esmolol)의 볼루스 주사에 의해 유도된 후 기계적 환기의 중단에 의해 유도되었다. 그들은 CA의 5분 후에 소생 혼합물을 주입하여 소생을 달성할 수 있음을 보여주었습니다. 주목할 만한 것은, 그러나, 그들의 모형에 있는 순환 정지는 esmolol 주입 후에 단지 대략 10 초 후에 일어났다. 따라서, 이 모델은 체포 전 기간 동안 고탄산혈증 및 조직 저산소증을 포함하여 환자에서 질식 유발 CA의 진행을 요약하지 않습니다.
현재 수술 절차의 전반적인 목표는 마우스에서 임상 질식 CA를 모델링한 후 흉부 압박 없이 소생술을 수행하는 것입니다. 따라서, 이 CA 모델은 마우스(15)에서 뇌 생리학을 연구하기 위해 복잡한 이미징 기법의 사용을 허용한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
실험적 CA 연구에서는 질식, 염화칼륨 주사 또는 전류 유래 심실세동을 사용하여 CA 16,17,18,19,20,21,22,23을 유도했습니다. 일반적으로 CPR은 이러한 CA 모델, 특히 마우스에서 소생술에 필요합니다. 우…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자들은 Kathy Gage의 편집 지원에 감사를 표합니다. 이 연구는 마취과(듀크 대학 의료 센터), 미국 심장 협회 보조금(18CSA34080277) 및 미국 국립보건원(NIH) 보조금(NS099590, HL157354, NS117973 및 NS127163)의 자금으로 지원되었습니다.
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
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Sinha, N., Parnia, S. Monitoring the brain after cardiac arrest: A new era. Current Neurology Neuroscience Report. 17 (8), 62 (2017).
- Reis, C., et al. Pathophysiology and the monitoring methods for cardiac arrest associated brain injury. International Journal of Molecular Sciences. 18 (1), 129 (2017).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Liu, H., et al. Novel modification of potassium chloride induced cardiac arrest model for aged mice. Aging and Disease. 9 (1), 31-39 (2018).
- 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).
- Wang, P., et al. Manganese porphyrin promotes post cardiac arrest recovery in mice and rats. Biología. 11 (7), 957 (2022).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
