Musmodell för hjärtstopp för hjärnavbildning och hjärnfysiologisk övervakning under ischemi och återupplivning
Summary
Detta protokoll demonstrerar en unik musmodell av hjärtstillestånd vid kvävning som inte kräver bröstkompression för återupplivning. Denna modell är användbar för att övervaka och avbilda dynamiken i hjärnans fysiologi under hjärtstopp och återupplivning.
Abstract
De flesta som överlevt hjärtstopp upplever olika grader av neurologiska brister. För att förstå de mekanismer som ligger till grund för CA-inducerad hjärnskada och därefter utveckla effektiva behandlingar är experimentell CA-forskning avgörande. För detta ändamål har några CA-modeller för möss etablerats. I de flesta av dessa modeller placeras mössen i ryggläge för att utföra bröstkompression för hjärt-lungräddning (HLR). Denna återupplivningsprocedur gör dock realtidsavbildning/övervakning av hjärnans fysiologi under CA och återupplivning utmanande. För att få sådan kritisk kunskap presenterar detta protokoll en CA-modell för asfyxi hos möss som inte kräver HLR-steget för bröstkompression. Denna modell gör det möjligt att studera dynamiska förändringar i blodflöde, vaskulär struktur, elektriska potentialer och syre i hjärnvävnad från baslinjen före CA till tidig reperfusion efter CA. Det är viktigt att denna modell gäller för åldrade möss. Således förväntas denna CA-modell för möss vara ett viktigt verktyg för att dechiffrera effekten av CA på hjärnans fysiologi.
Introduction
Hjärtstillestånd är fortfarande en global folkhälsokris1. Mer än 356 000 fall utanför sjukhus och 290 000 fall på sjukhus rapporteras årligen bara i USA, och de flesta CA-offer är över 60 år gamla. Noterbart är att neurologiska funktionsnedsättningar efter CA är vanliga bland överlevare, och dessa utgör en stor utmaning för CA-hantering 2,3,4,5. För att förstå post-CA hjärnpatologiska förändringar och deras effekter på neurologiska resultat har olika neurofysiologiska övervaknings- och hjärnvävnadsövervakningstekniker tillämpats på patienter 6,7,8,9,10,11,12. Med hjälp av nära-infraröd spektroskopi har hjärnövervakning i realtid också utförts på CA-råttor för att förutsäga neurologiska resultat13.
I murina CA-modeller har dock en sådan avbildningsmetod komplicerats av behovet av bröstkompressioner för att återställa spontan cirkulation, vilket alltid innebär betydande fysisk rörelse och därmed hindrar känsliga avbildningsprocedurer. Dessutom utförs CA-modeller normalt med möss i ryggläge, medan mössen måste vändas till bukläge för många hjärnavbildningsmodaliteter. Således krävs i många fall en musmodell med minimal kroppsrörelse under operationen för att kunna utföra realtidsavbildning/övervakning av hjärnan under hela CA-proceduren, som sträcker sig från pre-CA till post-återupplivning.
Tidigare har Zhang et al. rapporterat en CA-modell för möss som kan vara användbar för hjärnavbildning14. I deras modell inducerades CA genom bolusinjektioner av vekuronium och esmolol följt av upphörande av mekanisk ventilation. De visade att efter 5 minuters CA kunde återupplivning uppnås genom infusion av en återupplivningsblandning. Noterbart är dock att cirkulationsstillestånd i deras modell inträffade endast cirka 10 sekunder efter esmololinjektionen. Således rekapitulerar denna modell inte progressionen av asfyxi-inducerad CA hos patienter, inklusive hyperkapni och vävnadshypoxi under prearresteringsperioden.
Det övergripande målet med det aktuella kirurgiska ingreppet är att modellera klinisk asfyxi CA hos möss följt av återupplivning utan bröstkompressioner. Denna CA-modell gör det därför möjligt att använda komplexa avbildningstekniker för att studera hjärnans fysiologi hos möss15.
Protocol
Representative Results
Discussion
I experimentella CA-studier har asfyxi, kaliumkloridinjektioner eller ventrikelflimmer från elektrisk ström använts för att inducera CA 16,17,18,19,20,21,22,23. Normalt krävs HLR för återupplivning i dessa CA-modeller, särskilt hos möss. Vi har for…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna tackar Kathy Gage för hennes redaktionella stöd. Denna studie stöddes av medel från Department of Anesthesiology (Duke University Medical Center), American Heart Association-anslag (18CSA34080277) och National Institutes of Health (NIH) anslag (NS099590, HL157354, NS117973 och 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 |
References
- 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. Biology. 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).
