Hier presenteren we een protocol om te beschrijven van methoden voor ex vivo vasculaire reactiviteit bepaling na een primaire blast traumatisch hersenletsel (bTBI) met behulp van geïsoleerde, hydrofoor, knaagdier middelste cerebrale arterial (MCA) segmenten. bTBI-inductie is uitgevoerd met behulp van een schok buis, ook bekend als een geavanceerde Blast Simulator (ABS) apparaat.
Al zijn er studies over de histopathologisch en gedragsmatige gevolgen van blootstelling van de ontploffing, hebben minder is gewijd aan de blast cerebraal vasculaire effecten. Effect (dwz, niet-blast) traumatisch hersenletsel (TBI) is bekend dat het verlagen van de druk autoregulatie in de cerebrale therapieën bij zowel mensen als proefdieren. De hypothese dat blast-geïnduceerde traumatisch hersenletsel (bTBI), zoals de invloed van TBI, tot verminderde cerebrale vasculaire reactiviteit leidt werd getest door het meten van myogenic trage reacties op verminderde intravasculaire druk in knaagdier middelste cerebrale arterial (MCA) segmenten van ratten onderworpen aan milde bTBI met behulp van een geavanceerde Blast Simulator (ABS) schok buis. Volwassen, mannelijke Sprague-Dawley ratten waren verdoofd, intubated, geventileerde en voorbereid voor Sham bTBI (identieke manipulatie en anesthesie met uitzondering van de hoogoven letsel) of milde bTBI. Ratten werden willekeurig toegewezen aan Sham bTBI of milde bTBI gevolgd door offer 30 of 60 min na schade ontvangen. Onmiddellijk na bTBI, restarmen reflex (RR) onderdrukking tijden werden beoordeeld, euthanasie op de tijd punten na schade werd voltooid, de hersenen is gekapt en de afzonderlijke segmenten van de MCA werden verzameld, gemonteerd en drukkend. Zoals de intraluminale druk geperfundeerd door de arteriële segmenten was in 20 mmHg stappen verlaagd van 100 naar 20 mmHg, werden MCA diameters gemeten en geregistreerd. Met afnemende intraluminale druk, MCA diameters gestaag toegenomen aanzienlijk boven de basislijn in de Sham bTBI groepen terwijl MCA dilator reacties werden aanzienlijk teruggebracht (p < 0,05) in beide groepen van de bTBI zoals blijkt uit de gezichtsstoornissen, kleinere MCA diameters opgenomen voor de bTBI-groepen. Daarnaast RR neerslaan in de groepen van de bTBI aanzienlijk was (p < 0,05) hoger dan in de Sham bTBI groepen. MCA is verzameld uit de Sham-bTBI groepen tentoongestelde typisch vasodilatory eigenschappen tot afname van de intraluminale Druk terwijl de MCA verzameld na bTBI tentoongesteld aanzienlijk myogenic vasodilatory reacties verminderde op verminderde druk die duurt al ten minste 60 min na bTBI.
Vergelijkbaar met die welke voortvloeit uit effect (dwz, niet-blast) TBI, blast-geïnduceerde traumatisch hersenletsel (bTBI) is geassocieerd met cerebraal vasculaire verwonding1 en verminderde cerebrale vasculaire compenserende reacties op gebeurtenissen zoals wijzigingen in de gedeeltelijke druk van kooldioxide (PaCO2)2,3,4 en zuurstof (PaO2)5. Daarnaast heeft blast blootstelling cerebrale arteriële vasospasm veroorzaakt in dieren6 en bTBI patiënten7,8. Terwijl klinische TBI9 en vloeistof-percussion letsel (FPI)10,11,12 geassocieerd met verminderde cerebrale vasculaire reacties op veranderingen in de arteriële bloeddruk worden (dwz, Druk autoregulatie)9,10,11,12, onzekerheden blijven wat betreft de gevolgen van bTBI voor Cerebraal Vasculaire druk autoregulatie capaciteit.
De cerebrale circulatie reageert op variaties in systemische arteriële druk met de bedoeling van het behoud van een continu zuurstof en voedingsstoffen levering aan het metabolisch actief hersenen13,14,15, geleverd 16. Een uniek soort homeostase, autoregulatie17,18,19 treedt op als “een orgel een constante bloedstroom ondanks veranderingen in de bloeddruk (perfusie) of andere fysiologische of pathologische stimuli onderhoudt” 20. cerebrale bloedvaten samentrekken of verwijden in reactie op variaties in bloeddruk en stikstofmonoxide (NO), bloed viscositeit, PaCO2 , PaO2, etc.4,11,16, 21. arteriële myogenic antwoord verwijst naar dergelijke contracties of dilations. De myogenic vasculaire reactie, voor het eerst beschreven door Bayliss22 en een grote mechanisme bij te dragen aan autoregulatie van CBF, wordt gekenmerkt door vasoconstrictie als perfusie druk toeneemt en vasodilatatie als perfusie druk afneemt 14 , 17. deze vasculaire reactie is het inherente vermogen van contractiele weefsels (zoals vasculaire zachte spiercellen, VSMC van) te reageren op het strekken en/of wijzigingen in lumen en/of muur spanning23,24, 25,26,27,28,29. Wanneer de bloedvaten worden uitgerekt (b.v., tijdens intravasculaire druk neemt toe), VSMC van samentrekken24,25,26,28.
Studies die weerstand vaartuigen onderzoeken ex vivo hebben vaak werkzaam een van twee methoden voor het testen van de farmacologische, fysiologische eigenschappen van geïsoleerde resistentie vaartuigen: de methode ring gemonteerd en de gecanuleerde, drukkend methode. De ring gemonteerde vaartuig voorbereiding methode omvat twee draden doorgegeven van intraluminally door middel van het vaartuig segment, het segment op zijn plaats houden. Het meten van de hoeveelheid kracht toegepast op de isometrisch aanhoudende draden meters de stimulatie van de de VSMC. Echter, deze techniek draagt met het voorbehoud, vooral, de onvermijdelijke schade geleden door de endothelial laag van de lumen zoals de draden worden doorgegeven via het30 en de wisselende mate ondersteund door de geïsoleerde segment uit te rekken wat op zijn beurt leidt tot vaartuig muur zwelling, uiteindelijk op het gebied van het schip gevoeligheid voor farmacologische agenten31. De gecanuleerde, hydrofoor vaartuig voorbereiding methodologie maakt gebruik van een arteriograph bestaat uit twee aparte kamers die elk huis de plaatsing van een middelste cerebrale arterial (MCA) van afzonderlijke dieren geoogst. Een micropipet wordt ingevoegd aan elk uiteinde van het segment, de proximale uiteinden van het segment is vastgemaakt aan de micropipet met hechtingen en de lumen is zacht geperfundeerd met een fysiologische zoutoplossing (PSS) om te heffen van bloed en andere stoffen. De distale einde is dan beveiligd met hechtingen. Transmurale of luminal druk is ingesteld door het verhogen van de twee reservoirs gekoppeld aan elke pipet met een geschikte hoogte boven elk segment maar op verschillende hoogtes met betrekking tot de andere32,33,34,35 ,,36. Druk transducers geplaatst langs de reservoirs en micropipetten bieden perfusie druk metingen terwijl vaartuigen worden vergroot met behulp van een omgekeerde Microscoop uitgerust met een monitor en videocamera scaler waardoor voor meting van de externe MCA diameters. Hoewel beide methoden waardevolle zijn, de gecanuleerde, hydrofoor vaartuig voorbereiding methodologie beter nabootst en vergunningen de schepen onderzocht om dichter bij hun in vivo voorwaarden32,37.
De effecten van verschillende soorten effecten (dwz, niet-blast) TBI op Cerebraal Vasculaire reacties hebben eerder onderzocht in cerebrale arteriële segmenten21,35,,36,,38. Met behulp van een soortgelijke ex vivo MCA protocol voor vaartuig inzameling, montage en perfusie zoals beschreven in de huidige studie, verkregen eerdere studies succes met hun respectieve onderzoek naar de bijbehorende mechanismen van cerebrale therapieën dysfunctie volgende TBI. Golding et al.34 onderzocht endotheel-gemedieerde dilations in volwassen, mannelijke Long-Evans rat MCA van na ernstige TBI via gecontroleerde corticale effect (CCI) schade. In een tweede studie, Golding et al.36 onderzocht cerebrovasculaire reactiviteit op hypotensie of CO2 na de oogst van MCA van ratten die een milde CCI opgelopen. Yu et al.38 geanalyseerd of peroxynitriet aaseters verbeterde trage reacties op intravasculaire druk in volwassen, mannelijke Sprague-Dawley ratten MCA segmenten onderworpen aan FPI verminderde terwijl Mathew et al.21 studeerde myogenic reacties op hypotensie in MCA na matig, de geoogste centrale FPI.
Als u wilt beter onderzoeken de hypothese dat bTBI, zoals niet-blast TBI, resulteert in verminderde cerebrale vasculaire reactiviteit, we getest een mechanisme bij te dragen aan gecompromitteerde autoregulatie door het meten van myogenic trage reacties op verminderde intravasculaire druk ex vivo in geïsoleerde, hydrofoor knaagdier MCA segmenten (Figuur 1) verzameld van ratten onderworpen aan milde bTBI met behulp van een geavanceerde Blast Simulator (ABS) schok buis model (Figuur 2 en Figuur 3) (Zie Rodriguez et al.39 Tabel 1) die gebruikmaakt van samengeperste lucht rechtstreeks afgeleverd bij de kamer van een stuurprogramma voor het genereren van Freidlander-achtige40 over – en onder – overdruk golven (Zie Rodriguez et al.39Figuur 1A).
Figuur 1 : Locatie van middelste cerebrale bloedvaten (MCA). Ventrale weergave van de hersenen van de rat markeren van de locatie van de MCA ten opzichte van de posterieure cerebrale bloedvaten (PCA), interne halsslagaderen (ICA), externe halsslagaderen (ECA), arteria slagader (BA) en gemeenschappelijke halsslagaderen (CCA). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2 : Advanced Schoktoestel buis Blast Simulator (ABS). De ABS gebruikt voor de productie van primaire hoogoven letsel bij alle dieren van de studie. 1 = stuurprogramma kamer; 2 = expansievat; 3 = specimen kamer; 4 = gereflecteerde Golf suppressor; gele ster = specimen lade. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Zoals met alle protocollen en instructies, is het noodzakelijk dat bepaalde stappen van het protocol in deze bijzondere studie zo nauwkeurig worden gevolgd en zo nauwkeurig mogelijk. Het is belangrijk om te bevestigen dat het inademt gestaag en zonder problemen na de eerste intubatie van de rat. Per ongeluk het invoegen van de Endotracheale tube in de slokdarm in plaats van de luchtpijp zal resulteren in rasping, moeilijk adem, bloeden en de daaropvolgende gelegendheid van de rat als gevolg van de tekort verdoving levering naar de longen.
Wanneer de bladen van de membraan mylar taping boven het midden van de opening tussen de bestuurder en expansie kamer, is het noodzakelijk dat de bladen zijn gecentreerd en dekking van de gehele opening van39,41. Misaligning van de bladen over de opening zal resulteren in lucht lekkage van de kamer van de bestuurder, een daling van de vereiste druk voor burst-membraanpotentiaal en ontkenning van de administratie van de hoogoven letsel. Goed situeren en veilig passend de accessoire stalen blok tegen de hydraulische handpomp blok en stuurprogramma kamer is ook essentieel omdat de hydraulische hand pomp knop is aanscherping en bevestiging van de kamer van de bestuurder blijft hydrofoor zonder lekken. Juiste plaatsing van het stalen blok voorziet in de zaal van de bestuurder te strak tegen het expansievat, waardoor het verplichte zegel vereist over de kamer openen door de Mylar membraan bladen en tussen de bestuurder en expansie kamer sluiten.
Tijdens de voorbereidingen voor de MCA vaartuig extracties vergassing van de PSS met de nodige mengsel van 21% O2 en 5% CO2 in een evenwicht van N2 equilibrates van de oplossing en vergemakkelijkt de necessitated neutraal fysiologische pH die nodig zijn voor een PSS oplossing21,33,34te werken.
Zo de segmenten bij een constante druk voor 60 min21,32,33,34 is uiterst verplicht als deze stap het toelaat de segmenten aan het samentrekken van de volgende die een maximale dilatatie tijdens weergegeven hun eerste primaire overdruksystemen. Deze gebeurtenis toont aan dat het optreden van spontane Toon, een eigenschap suggestief voor een gezonde slagader32,33,34. Hoewel diverse drukniveaus voor segment evenwichtsinstelling hebben gebruikt in andere studies33,34,42, deze studie en die van Mathew et al.21, Golding et al.35 en Golding et al.43 geëquilibreerd de segmenten op 50 mmHg. Terwijl zo verzameld segmenten ergens tussen 40 mmHg – 100 mmHg32 zorgt voor enige flexibiliteit en herziening voor die stap van het protocol, een periode van evenwichtsinstelling van uur binnen de parameters van die druk uiteindelijk bevestigt gezond slagaders die nodig zijn voor de voortzetting van het experiment.
Nemen van zeer voorzichtig te werk bij het verwijderen van de hersenen van de schedel en de linker- en MCA segmenten van de cirkel van Willis terwijl die schepen intact is misschien wel de meest kritische stap van het gehele protocol. Het prikken van de hersenen met de rongeurs van het bot, zal scheuren of ernstige die zich uitstrekt van de segmenten tijdens het verwijderen of per ongeluk trekken de schepen met de chirurgische spatel bij het opgraven van de hersenen uit de schedel uiteindelijk resulteren in de vernietiging van de geoogste MCA, waardoor onbruikbare segmenten en gestaakt gebruik van die set van slagaders, uiteindelijk het hele experiment voor dat dier ongeldig te verklaren.
Hoewel meten Cerebraal Vasculaire reacties op trage of constrictory stimuli in MCA segmenten ex vivo verzameld na botsing of explosie TBI in vivo succes heeft opgeleverd, is de methodologie niet zonder haar moeilijkheden en/of beperkingen. Misschien is een van de meer waarneembaar complexiteit verbonden met het onderzoek van de gevolgen van TBI betreffende het verkeer van de cerebrale therapieën het loskoppelen van de expliciete effecten van TBI op de schepen van de impliciete gevolgen die veroorzaakt worden door de verschillende materialen en elementen die zijn gegenereerd door de verwonde hersenen44. Deze mogelijke verwarring kan mogelijk worden ontdoken door het analyseren van ex vivo de vasoconstrictory en vasodilatory reacties van geoogst, geperfundeerd en/of drukkend van MCA. In een poging om de duur van die cerebrale bloedvaten in vivo zijn blootgesteld aan lokaal geloosd parenchymal vasoactieve materiaal voorafgaand aan dood, verzameling van de cerebrale bloedvaten direct na TBI kan verminderen de mate van deze langdurige blootstelling effecten. Ex vivo studies over de geïsoleerde MCA Daarnaast presenteren het vooruitzicht van het analyseren van de mechanismen van traumatische vasculaire verwonding door middel van specifieke receptor agonisten en antagonisten of gereputeerde voertuigen van vasculaire schade die niet toetsing als veroorloven zou efficiënt of als discriminatie in vivo. Vervolgens kan dit ex vivo methode worden gecombineerd met ex vivo blootstelling aan drugs te testen van de resulterende myogenic Reacties (vasoconstrictie of verwijding van schip segment als gevolg van blootstelling van het intravasculaire of extravascular drug).
Andere beperkingen omvatten ongeveer of ongeduldig van de MCA te verwijderen uit de geoogste hersenen die leiden voortijdige scheuren van de vaartuigen tot kan, het gebruik ervan dus ongeldig te verklaren. Daarnaast kan laten meer dan een paar minuten verstrijken tussen euthanasie van het dier, verzameling van de schepen en hun plaatsing in de bereide oplossing van de PSS ook ontkennen hun levensvatbaarheid. Wanneer goed uitgevoerd en gevolgd, kunnen de methoden die worden beschreven in dit protocol voor het testen van myogenic reacties van de MCA nadat bTBI enkele uren van start neemt tot finish en pogingen tot het beknotten van de lengte van de tijd die nodig is voor succes resulteren in experimental mislukking. Echter, deze methode gebeurt in vitro en maakt gebruik van aanzienlijk meer kosteneffectieve instrumenten en apparatuur dan in vivo high-resolution magnetische resonantie (MR) imaging45,,46 of conventionele Doppler echografie / velocimetric technieken47,48,49 die ook werkzaam zijn voor vaartuig studies.
Deze bevindingen dat milde bTBI letsel geassocieerd met verminderde cerebrale trage reacties op verminderde intravasculaire druk wordt zou potentieel een functie van het vasospasm6,7 en VSMC hyperconstriction50 eerder gemeld na ontploffing blootstelling uiteindelijk leidde tot gebeurtenissen zoals verminderd relatieve cerebrale perfusie. Bovendien blast-veroorzaakte schade belemmeren normale trage reacties van de cerebrale therapieën kan eventueel reclame maken voor verdere verlagingen van de cerebrale perfusie wanneer gecombineerd met arteriële hypotensie, een frequente incidentie tijdens gevechtsoperaties.
Deze resultaten wijzen erop dat bTBI leidt tot een verandering aan de mechanismen arterieel vasculaire controle vergemakkelijken. Hoewel acutefase-Cerebraal Vasculaire aantasting van arteriële myogenic reactie op vermindering van de intravasculaire druk voor minstens een uur na blessure werden waargenomen, blijven er lacunes in de gegevens over de acute fase na bTBI. Het belang om te identificeren welke verwondingen van de fysische en biochemische tekortkomingen aan de cerebrale therapieën en de hersenen blootstelling aan bTBI oorzaken helpen zou bij het vaststellen van de hoogte van therapeutische en/of rehabilitatie succes vrij onmiddellijk na blessure.
The authors have nothing to disclose.
Studies werden voltooid als onderdeel van een team ondersteund door The Moody Project voor translationeel traumatische hersenonderzoek letsel en award W81XWH-08-2-0132 van het US Army Medical Research and materiaal commando – ministerie van defensie.
Advanced Blast Simulator (ABS) | Dyn-FX Consulting, Ltd. and ORA, Inc. | N/A | Blast-simulating shock tube used to induce primary blast injuries |
Adult, male, Sprague-Dawley rats | Charles River Laboratories | N/A | Experimental animals |
Arteriograph | Living Systems Instrumentation, Inc. | Arteriograph | Mounting of harvested arteries and measurement of lumen diameter |
Bone rongeurs, large | FST Fine Science Tools | Friedman Rongeur | Brain extraction from skull |
Bone rongeurs, small | FST Fine Science Tools | Boynton Rongeur | Brain extraction from skull |
CaCl2 | Sigma | Calcium chloride | Preparation of rodent middle cerebral arterial physiological salt solution (PSS) |
Ear plugs | 3M | Foam Ear Plugs 1100 Class AL | Prevent injury of ear tympanic membrane when in the blast machine |
Glucose | Sigma | D-[+]-Glucose | Preparation of rodent middle cerebral arterial physiological salt solution (PSS) |
Isoflurane | Piramal Enterprises Limited | Isoflurane, USP | Anesthetic |
KCl | Sigma | Potassium chloride | Preparation of rodent middle cerebral arterial physiological salt solution (PSS) |
MgSO4•7H2O | Sigma | Magnesium sulfate | Preparation of rodent middle cerebral arterial physiological salt solution (PSS) |
Microforceps | Buxton Biomedical Inc. | Micro Tying Fcps, 180mm | Brain extraction from skull |
Mylar sheets | Texas Art Supply | Mylar | Membrane used for compressed air build-up during blasting |
NaCl | Sigma | Sodium chloride | Preparation of rodent middle cerebral arterial physiological salt solution (PSS) |
NaHCO3 | Sigma | Sodium bicarbonate | Preparation of rodent middle cerebral arterial physiological salt solution (PSS) |
Nylon suture | Ethicon | 10-0 Ethilon nylon suture black monofilament 5" (13 cm) | Mounting of harvested arteries and measurement of lumen diameter |
Scalpel blade #10 | Bard-Parker | 10 Stainless Steel Surgical Blade | Brain extraction from skull |
Surgical spatula | Delmaks Surgico | Cement Spatula | Brain extraction from skull |
Thermometer | Physitemp Instruments, Inc., | Thermalert Monitoring Thermometer | Monitoring of experimental animal's core body temperature |
Volume ventilator | Harvard Apparatus, Inc. | Small Animal Ventilator | Constant and steading breathing of the intubated experimental animal |
Water blanket | Gaymar Industries, Inc. | Mul-T-Pad Temperature Therapy Pad | Maintenance of experimental animal's body temperature |