Summary

Herzstillstandsmodell der Maus für die Bildgebung des Gehirns und die Überwachung der Gehirnphysiologie während Ischämie und Wiederbelebung

Published: April 14, 2023
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Summary

Dieses Protokoll demonstriert ein einzigartiges Mausmodell für Asphyxie-Herzstillstand, bei dem keine Herzdruckmassage zur Wiederbelebung erforderlich ist. Dieses Modell ist nützlich für die Überwachung und Bildgebung der Dynamik der Gehirnphysiologie während eines Herzstillstands und einer Wiederbelebung.

Abstract

Die meisten Überlebenden eines Herzstillstands (CA) leiden unter unterschiedlich starken neurologischen Defiziten. Um die Mechanismen zu verstehen, die der CA-induzierten Hirnschädigung zugrunde liegen, und in der Folge wirksame Behandlungen zu entwickeln, ist die experimentelle CA-Forschung unerlässlich. Zu diesem Zweck wurden einige Maus-CA-Modelle etabliert. In den meisten dieser Modelle werden die Mäuse in Rückenlage gebracht, um eine Thoraxkompression für die Herz-Lungen-Wiederbelebung (CPR) durchzuführen. Dieses Wiederbelebungsverfahren macht jedoch die Echtzeit-Bildgebung/Überwachung der Gehirnphysiologie während der CA und der Wiederbelebung zu einer Herausforderung. Um dieses wichtige Wissen zu erlangen, stellt das vorliegende Protokoll ein Maus-Asphyxie-CA-Modell vor, das den HLW-Schritt der Thoraxkompression nicht erfordert. Dieses Modell ermöglicht die Untersuchung dynamischer Veränderungen des Blutflusses, der Gefäßstruktur, der elektrischen Potentiale und des Sauerstoffgehalts des Hirngewebes von der Prä-CA-Baseline bis zur frühen Post-CA-Reperfusion. Wichtig ist, dass dieses Modell auf gealterte Mäuse zutrifft. Daher wird erwartet, dass dieses Maus-CA-Modell ein wichtiges Werkzeug für die Entschlüsselung des Einflusses von CA auf die Gehirnphysiologie sein wird.

Introduction

Herzstillstand ist nach wie vor eine globale Krise der öffentlichen Gesundheit1. Allein in den USA werden jährlich mehr als 356.000 Fälle von CA außerhalb des Krankenhauses und 290.000 Fälle im Krankenhaus gemeldet, und die meisten CA-Opfer sind über 60 Jahre alt. Bemerkenswert ist, dass neurologische Beeinträchtigungen nach einer CA bei Überlebenden häufig sind und eine große Herausforderung für das CA-Management darstellen 2,3,4,5. Um pathologische Veränderungen des Gehirns nach der CA und ihre Auswirkungen auf die neurologischen Ergebnisse zu verstehen, wurden verschiedene neurophysiologische Überwachungs- und Hirngewebeüberwachungstechniken bei Patienten angewendet 6,7,8,9,10,11,12. Mittels Nahinfrarotspektroskopie wurde auch eine Echtzeit-Gehirnüberwachung bei CA-Ratten durchgeführt, um neurologische Ergebnisse vorherzusagen13.

In murinen CA-Modellen wurde ein solcher bildgebender Ansatz jedoch durch die Notwendigkeit von Herzdruckmassagen zur Wiederherstellung der spontanen Durchblutung erschwert, die immer mit erheblichen körperlichen Bewegungen verbunden ist und daher empfindliche bildgebende Verfahren behindert. Darüber hinaus werden CA-Modelle normalerweise mit Mäusen in Rückenlage durchgeführt, während die Mäuse für viele bildgebende Verfahren des Gehirns in die Bauchlage gedreht werden müssen. Daher ist in vielen Fällen ein Mausmodell mit minimaler Körperbewegung während der Operation erforderlich, um eine Echtzeit-Bildgebung/Überwachung des Gehirns während des gesamten CA-Eingriffs durchzuführen, der sich von der Prä-CA bis zur Nachreanimation erstreckt.

Zuvor berichteten Zhang et al. über ein Maus-CA-Modell, das für die Bildgebung des Gehirns nützlich sein könnte14. In ihrem Modell wurde CA durch Bolusinjektionen von Vecuronium und Esmolol induziert, gefolgt von der Beendigung der mechanischen Beatmung. Sie zeigten, dass nach 5 Minuten CA eine Wiederbelebung durch Infusion einer Wiederbelebungsmischung erreicht werden konnte. Bemerkenswert ist jedoch, dass der Kreislaufstillstand in ihrem Modell erst etwa 10 s nach der Esmolol-Injektion auftrat. Daher rekapituliert dieses Modell nicht das Fortschreiten der Asphyxie-induzierten CA bei Patienten, einschließlich Hyperkapnie und Gewebehypoxie während der Präarrest-Phase.

Das übergeordnete Ziel des aktuellen chirurgischen Verfahrens ist es, die klinische Asphyxie-CA bei Mäusen zu modellieren, gefolgt von einer Wiederbelebung ohne Herzdruckmassage. Dieses CA-Modell ermöglicht daher den Einsatz komplexer bildgebender Verfahren zur Untersuchung der Gehirnphysiologie bei Mäusen15.

Protocol

Alle hier beschriebenen Verfahren wurden in Übereinstimmung mit den Richtlinien der National Institutes of Health (NIH) für die Pflege und Verwendung von Tieren in der Forschung durchgeführt, und das Protokoll wurde vom Duke Institute of Animal Care and Use Committee (IACUC) genehmigt. Für die vorliegende Studie wurden männliche und weibliche C57BL/6-Mäuse im Alter von 8-10 Wochen verwendet. 1. Chirurgische Vorbereitung Wiegen Sie eine Maus auf einer digitalen …

Representative Results

Um CA zu induzieren, wurde die Maus mit 1,5% Isofluran betäubt und mit 100% Stickstoff beatmet. Dieser Zustand führte innerhalb von 45 Sekunden zu einer schweren Bradykardie (Abbildung 1). Nach 2 Minuten Anoxie sank die Herzfrequenz dramatisch (Abbildung 2), der Blutdruck sank unter 20 mmHg und der zerebrale Blutfluss hörte vollständig auf (Abbildung 1). Da das Isofluran ausgeschaltet wurde, konnte die Körpertemperatur nicht m…

Discussion

In experimentellen CA-Studien wurden Asphyxie, Kaliumchlorid-Injektionen oder durch elektrischen Strom abgeleitetes Kammerflimmern verwendet, um CA 16,17,18,19,20,21,22,23 zu induzieren. Normalerweise ist bei diesen CA-Modellen, insbesondere bei Mäusen, ei…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Die Autoren danken Kathy Gage für ihre redaktionelle Unterstützung. Diese Studie wurde durch Mittel der Abteilung für Anästhesiologie (Duke University Medical Center), Zuschuss der American Heart Association (18CSA34080277) und Zuschüsse der National Institutes of Health (NIH) (NS099590, HL157354, NS117973 und NS127163) unterstützt.

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

References

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Cite This Article
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).

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