Summary

İskemi ve Resüsitasyon Sırasında Beyin Görüntüleme ve Beyin Fizyolojisinin İzlenmesi için Fare Kardiyak Arrest Modeli

Published: April 14, 2023
doi:

Summary

Bu protokol, resüsitasyon için göğüs kompresyonunu gerektirmeyen benzersiz bir asfiksi kardiyak arrest fare modelini göstermektedir. Bu model, kardiyak arrest ve resüsitasyon sırasında beyin fizyolojisinin dinamiklerini izlemek ve görüntülemek için kullanışlıdır.

Abstract

Kardiyak arrestten (CA) kurtulanların çoğu, değişen derecelerde nörolojik defisit yaşarlar. CA kaynaklı beyin hasarının temelini oluşturan mekanizmaları anlamak ve daha sonra etkili tedaviler geliştirmek için deneysel CA araştırması esastır. Bu amaçla, birkaç fare CA modeli oluşturulmuştur. Bu modellerin çoğunda, kardiyopulmoner resüsitasyon (CPR) için göğüs kompresyonu yapmak üzere fareler sırtüstü pozisyona yerleştirilir. Bununla birlikte, bu resüsitasyon prosedürü, CA ve resüsitasyon sırasında beyin fizyolojisinin gerçek zamanlı görüntülenmesini / izlenmesini zorlaştırır. Bu tür kritik bilgileri elde etmek için mevcut protokol, göğüs kompresyon CPR adımını gerektirmeyen bir fare asfiksisi CA modeli sunar. Bu model, kan akışındaki, vasküler yapıdaki, elektriksel potansiyellerdeki ve beyin dokusu oksijenindeki dinamik değişikliklerin CA öncesi başlangıçtan erken CA sonrası reperfüzyona kadar incelenmesine izin verir. Daha da önemlisi, bu model yaşlı fareler için geçerlidir. Bu nedenle, bu fare CA modelinin, CA’nın beyin fizyolojisi üzerindeki etkisini deşifre etmek için kritik bir araç olması beklenmektedir.

Introduction

Kardiyak arrest (CA) küresel bir halk sağlığı krizi olmaya devam ediyor1. Yalnızca ABD’de yılda 356.000’den fazla hastane dışı ve 290.000’den fazla hastane içi CA vakası bildirilmektedir ve CA kurbanlarının çoğu 60 yaşın üzerindedir. Özellikle, CA sonrası nörolojik bozukluklar hayatta kalanlar arasında yaygındır ve bunlar CA yönetimi için büyük bir zorluk teşkil etmektedir 2,3,4,5. CA sonrası beyin patolojik değişikliklerini ve bunların nörolojik sonuçlar üzerindeki etkilerini anlamak için 6,7,8,9,10,11,12 numaralı hastalarda çeşitli nörofizyolojik monitörizasyon ve beyin dokusu monitörizasyon teknikleri uygulanmıştır. Yakın kızılötesi spektroskopi kullanılarak, nörolojik sonuçları tahmin etmek için CA sıçanlarında gerçek zamanlı beyin izleme de yapılmıştır13.

Bununla birlikte, murin CA modellerinde, böyle bir görüntüleme yaklaşımı, her zaman önemli fiziksel hareket gerektiren ve dolayısıyla hassas görüntüleme prosedürlerini engelleyen spontan dolaşımı eski haline getirmek için göğüs kompresyonlarına duyulan ihtiyaç nedeniyle karmaşıklaşmıştır. Ayrıca, CA modelleri normalde sırtüstü pozisyonda farelerle gerçekleştirilirken, birçok beyin görüntüleme modalitesi için farelerin yüzüstü pozisyona döndürülmesi gerekir. Bu nedenle, CA öncesinden resüsitasyon sonrasına kadar uzanan tüm CA prosedürü boyunca beynin gerçek zamanlı görüntülemesini/izlenmesini gerçekleştirmek için birçok durumda ameliyat sırasında minimum vücut hareketine sahip bir fare modeli gereklidir.

Daha önce, Zhang ve ark. beyin görüntüleme için yararlı olabilecek bir fare CA modeli bildirmiştir14. Modellerinde CA, vekuronyum ve esmololün bolus enjeksiyonları ve ardından mekanik ventilasyonun kesilmesi ile indüklendi. 5 dakikalık CA’dan sonra, bir resüsitasyon karışımı infüze edilerek resüsitasyonun sağlanabileceğini gösterdiler. Bununla birlikte, özellikle, modellerinde dolaşım durması, esmolol enjeksiyonundan sadece yaklaşık 10 saniye sonra meydana geldi. Bu nedenle, bu model, tutuklama öncesi dönemde hiperkapni ve doku hipoksisi dahil olmak üzere hastalarda asfiksinin neden olduğu CA’nın ilerlemesini özetlemez.

Mevcut cerrahi prosedürün genel amacı, farelerde klinik asfiksi CA’yı ve ardından göğüs kompresyonları olmadan resüsitasyonu modellemektir. Bu nedenle, bu CA modeli, farelerde beyin fizyolojisini incelemek için karmaşık görüntüleme tekniklerinin kullanılmasına izin verir15.

Protocol

Burada açıklanan tüm prosedürler, araştırmalarda hayvanların bakımı ve kullanımı için Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) yönergelerine uygun olarak yürütülmüştür ve protokol, Duke Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi Enstitüsü (IACUC) tarafından onaylanmıştır. Bu çalışma için 8-10 haftalık C57BL/6 erkek ve dişi fareler kullanıldı. 1. Cerrahi hazırlık Bir fareyi dijital bir ölçekte tartın ve pleksiglas anestezi indüksiyon kutusund…

Representative Results

CA’yı indüklemek için, fare% 1.5 izofluran ile uyuşturuldu ve% 100 nitrojen ile havalandırıldı. Bu durum 45 saniyede şiddetli bradikardiye yol açtı (Şekil 1). 2 dakikalık anoksiden sonra, kalp hızı önemli ölçüde azaldı (Şekil 2), kan basıncı 20 mmHg’nin altına düştü ve serebral kan akışı tamamen durdu (Şekil 1). İzofluran kapatıldığı için, vücut ısısı artık yönetilemedi ve CA’nın sonunda y…

Discussion

Deneysel CA çalışmalarında, CA 16,17,18,19,20,21,22,23’ü indüklemek için asfiksi, potasyum klorür enjeksiyonları veya elektrik akımı kaynaklı ventriküler fibrilasyon kullanılmıştır. Normalde, bu CA modellerinde, özellikle farelerde resüsi…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Yazarlar, editoryal desteği için Kathy Gage’e teşekkür eder. Bu çalışma, Anesteziyoloji Anabilim Dalı (Duke Üniversitesi Tıp Merkezi), Amerikan Kalp Derneği hibesi (18CSA34080277) ve Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) hibeleri (NS099590, HL157354, NS117973 ve NS127163) tarafından desteklenmiştir.

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