Medicine

永久性脑血管闭塞 Published: July 21, 2013 doi: 10.3791/50418

DOI

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Melissa F. Davis^1,2, Christopher Lay^1,2,3, Ron D. Frostig^1,2,3,4

¹Department of Neurobiology & Behavior, University of California, Irvine, ²The Center for the Neurobiology of Learning and Memory, University of California, Irvine, ³The Center for Hearing Research, University of California, Irvine, ⁴Department of Biomedical Engineering, University of California, Irvine
* These authors contributed equally

Summary

我们描述了一个高度可重复性的方法永久啮齿类动物的主要脑血管闭塞。这种技术可以完成与周损伤非常少，最小的失血，长期生存的一种高速率，和一致的梗死体积与人类的临床人口。

Abstract

中风是导致死亡，残疾和全球社会经济损失。大多数中风导致血流中断（缺血^）1。大脑中动脉（MCA）提供了一个伟大的大部分血液皮层²的侧面，是人类中风的最常见的部位，并在其领土内的缺血会导致广泛的功能障碍或死亡^1,4,5。缺血性中风的幸存者经常遭受损失或中断的机动能力，感觉障碍，心肌梗死。在努力捕捉到这些中风的关键特性，从而制定有效的治疗方法，一个很大的重点是放在MCA缺血动物模型。

在这里，我们提出了一个永久阻断皮质表面血管的方法。我们将这种方法使用一个例子，相关的血管闭塞，模拟最常见的类型，位置和OUTCOM辰人力中风，永久性大脑中动脉闭塞（PMCAO）。在这个模型中，我们手术暴露马华在成年大鼠，通过双重结扎和切断船只随后闭塞。这PMCAO阻止皮质支近端马华MCA皮质境内，大部分的皮质，造成缺血。，闭塞此方法也可用于皮质血管闭塞更远侧的部分，以实现局灶性脑缺血，针对一个较小的皮层区域。的PMCAO的主要缺点是，有些侵入性外科手术作为一个小的开颅手术需要访问MCA，虽然这样的结果在最小的组织损伤。然而，这种模式的主要优点是：定义，血流量减少的程度是一致的，功能和神经功能缺损发生迅速闭塞部位，梗死面积是一致的，并且可以长期生存率高的长期慢性评估。

Introduction

为了有效地模仿人类缺血性中风的诱发缺血性条件，广泛采用的几种动物卒中模型，不同卷梗死。在光化学模型中，脑是通过完整的头骨照射的光敏物质（如孟加拉玫瑰）静脉注射后，用激光照射导致光化学凝血的照射血管堵塞，缺血周围组织⁶内^{， 7。} photothrombosis可以导致在非常小的，孤立的梗死区域，通常被用作一种手段，建模“小冲程”，或“微招。

更广泛采用的技术诱导缺血性中风，尤其是在大脑中动脉（MCA），所述管腔内，灯丝手术引入颈外动脉的前端前进，直到阻塞MCA的基础上的单丝模型^8。 PRI的线栓闭塞玛丽的挑战是高死亡率（70％MCA闭塞时3小时，有关中风研究的时间点^）9。其他问题的方法包括可能的蛛网膜下腔出血，不完全闭塞，可变梗死体积^10,11。这种模式的结果梗死的广泛程度在皮层和皮层下^12，和一个巨大的人中风的模型。

虽然微观和严重的中风模型是重要的，但人类中风通常是介于两者之间。在大型临床研究，中风梗塞范围的大小从28-80厘米^3，转换为4.5-14％，局部缺血性同侧半球^9。相比较而言，我们的大鼠PMCAO梗死面积范围从约9-35毫米^3，构成3〜12％的同侧局部缺血性大脑半球。我们的PMCAO模型，因此，类似于人类缺血性中风梗塞体积百分比脑音量。

除了造型结构损伤人的条件相似的功能和行为缺陷的的中风，PMCAO结果。至少，中风导致运动障碍，对侧^13-15中风损伤，损失或中断的运动和感觉功能^16,17，诱发神经元的活动^16,18损失或中断，脑血流量减少¹⁹的有效模式^{， 20，}梗死^21,22。因此，我们PMCAO的模型严重的MCA闭塞导致身体残疾，丧失功能在感觉皮层（及邻近皮层），神经元活动的中断，严重的大脑中动脉的血流量减少，梗死标志属性缺血性中风^{23 -25，}因此作为人类中风的有效模式。

在程序上，PMCAO涉及小的开颅手术中，我们小心地取出颅骨和硬脑膜2×2毫米的“外科手术式窗口”，只是在初始段（M1）马华前马华前部和后部皮质分支（ 图1A和1B）的主要分歧。我们通过半曲线反向切割缝合针和线（6-0丝绸），通过软脑膜层的脑膜，低于MCA和上述皮层的表面上（见表必要的外科用品的特定的试剂和设备进行PMCAO ）。我们再配合双重结扎，收紧马华两节左右，横切两节之间的船只。发生的双重结扎横断通过M1恰好远侧豆纹支化的，例如，皮质分支MCA的影响，从而发生皮质梗塞（无皮质下损伤^）26,27（ 图2）。虽然人类卒中往往涉及到皮质下梗死，造型在啮齿类动物中，需要增加的侵袭（阻塞脑血管皮质branchi之前吴先生需要访问通过在脖子上的颈动脉的动脉，必须在技术和梗死面积的变化增加额外闭塞）。这里所描述的模型，不能执行更近侧的早期分支MCA 通过一个简单的开颅手术是不可能的。虽然它可能是手术可能诱发皮层下通过PMCAO梗死，闭塞将需要一个非常侵入性的程序，因此并不理想。

闭塞效果，可以确认通过激光多普勒激光散斑成像^12,24,25（ 图3），或组织学宰后（ 图2）。应该指出的是，以往的研究表明，感官刺激可以起到主要作用于心肌梗死的演变和结果赋予保护免受损害时2小时内PMCAO，造成给药后3小时PMCAO上增加中风损伤时^24,25,28。我们已经证实，在5小时后PMCAO，刺激不再有效果的结果（未发表资料）。因此，感官刺激的主题应该被最小化后5小时，获得PMCAO梗死体积最小变异。因此，本集团运行“未处理”这种类型的控制，保持麻醉大鼠5小时后PMCAO的，在黑暗中，用最少的感官刺激，并明确表示无晶须的刺激。

还应当指出的是，偶尔在MCA的结构变化，包括过度支化，多个主段，或没有交通动脉可以发生在频率为10〜30％的雄性成年Sprague Dawley大鼠^29,30。如果马华异常的观察，最好是不使用特定的主题添加动物如血管异常，会增加心肌梗死的变异。

此外，还有一些实用方面的o你的程序，使这个闭塞的方法，便于中风调查。首先，缝合线可能被放置周围的动脉，但没有拧紧以收集基线评估，然后结扎横断后缺血后评估，。以这种方式，有效地控制了手术的准备所需的闭塞，在主体之内。由于主体可能会保持静止或整个闭塞的一个立体框架内，就可以进行各学科的实验评估之前，期间和之后，闭塞而移动主题或干扰任何实验设备在使用^25,28。此外，这一过程的结果在一个非常低的死亡率，即使在老化啮齿动物受试者21-24个月的婴儿（相当于老年人类^）31，并且因此可以用于评估的影响，中风的治疗方法更精确地模拟最常见的中风患者的年龄段^25,28。船只transectio的N还提供一些实用的目的。横断后出血的情况下确认该船只都结扎站点完全闭塞。此外，横断确保一个永久的血流中断。最后，切断确保闭塞血管的前端部的任何检测到的血流量必须来自备用源。

最后，虽然具体描述此技术MCA闭塞在这个手稿和视频，相同的双重结扎横断技术可能适用于任何可通过开颅脑血管。例如，我们的实验室，利用PMCAO配合一些额外的永久闭塞远端MCA分支，以阻止小学和侧支血流²⁴的方式，类似的技术设计选择性诱导缺血内的初级躯体感觉皮层^32。

总之，T他的方法适用于马华永久闭塞密切模拟人类缺血性中风的三个主要方面：最常见的位置（MCA），类型（缺血），并与人类中风的临床文献相关程度的损伤（心肌梗死）。此外，闭塞该方法可被应用到整个大脑的单个或多个闭塞站点，也可以进行具有高的存活率老年受试者。鉴于动态的，永久性的，相对无创性闭塞，这种技术代表评价新方法，为保护和治疗中风的临床前研究人员一个额外的工具。

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Protocol

1。入门：需手术器械

参见图4

牙钻（卡瓦牙科设备，型号：UMXL-TM），2位钻头，钻和3位
〜30号注射针头
镊子，弯尖锯齿可选（可以是有益的，但不是必需的）
两个精尖镊子
钢丝钳
缝合线
微型剪刀

2。创建外科窗口

麻醉：程序是在遵守与美国国立卫生研究院的指导方针，并已通过加州大学欧文分校的动物护理和使用委员会。实验对象是295-400克雄性SD大鼠（查尔斯河实验室，威尔明顿，MA，USA），应使用以下的麻醉过程：
1. 大鼠腹腔注射用戊巴比妥钠静脉推注（55毫克/公斤体重），其次是肌注阿托品（0.05毫克/千克体重）在H移民局腿，施用3.0毫升的5％葡萄糖水皮下注射。
2. 补编根据需要注射戊巴比妥钠（27.5毫克/公斤体重）。管理眼科抗生素眼膏保护角膜的眼睛在下列程序。辖5％葡萄糖（3毫升），阿托品（0.05毫克/千克体重），每六小时减少呼吸道分泌物，在麻醉过程中。通过直肠探头测量体温，保持体温在37℃，通过自我调节的热毯。
找到马华要么：
1. 减薄2毫米×2毫米成像/可视化窗口使用的大小HP 3钻头在躯体感觉皮层，直到颅骨几乎是透明的，然后变薄充分的透明度，使用大小HP钻头。看到，MCA的位置然后可以通过这个窗口，其近端用于近似的初始段的位置的轨迹。马华将一般斜对面在吻端至尾/腹侧到背侧方向（例如，左/右底部顶部查看时从医生的角度来看左半球）窗口。然后，可以在上面创建的手术窗口观察者估计位于M1段（近端皮质分支）的基础上通过第一窗口可见的远端分支。为了尽量减少头骨的量被去除，以获得MCA，成像/可视化窗口应当位于接近，但是从外科手术窗分开。
  或
2. 一个小的手术窗口，应放置约3毫米的前部和1毫米卵圆孔或下颌神经外侧，靠近到拱主席台^30,33,34。为了有效地访问的MCA干（也被称为M1段），颞肌暂时反射相差从颅骨表面。（注：在长期生存手术的情况下，我们实验室的经验一直THA吨允许颞肌保持附着在其锚定，肌肉会重新退火的颅骨表面，使健康的饮食习惯和有效地维持体重。
按照民政部延髓腹角的成像窗口（如果使用此作为参考），以估算其初始皮质支所在。
稍微薄头骨创建一个新的区域（请参阅到这个手术视窗）延髓腹侧成像窗口（如果使用此作为参考），其中M1段（预皮质分支）马华应该。重要注意事项：如果使用此作为参考）和手术窗口，留出约2毫米的间隙之间的影像窗口（。
找到干（也被称为M1段）的MCA前皮质的动脉分支，如在图1A和1B所示。
使用HP-3钻头大小，薄上面的头骨估计M1段位置。当头骨变得有些透明，切换到HP-2钻头和薄的头骨尺寸更加细腻，直到它是完全透明的。目视确认手术窗口区域变得足够薄，以查看脉管系统，并评估M1的位置，在这一点上，完成的窗口，使得有2-3毫米的任一侧上的长度M1段（这允许插入的空间和退出的缝合针的任一侧上的MCA）。

重要注意事项：停止变薄颅骨的厚度时，是类似于保鲜膜。容器会破裂，如果钻颅骨和硬脑膜突破。如果头骨是不足够薄，另一方面，将取出闭塞是困难的，并可能导致损坏皮质或动脉。

以30号（30 G）的皮下注射针和弯针的尖端，使用锯齿形镊子。
使用30 G针头刺穿颅骨护理完全动脉的正上方的区域中。用这种穿刺孔镊子夹住头骨和小心地取出手术窗口减薄。
采取新的30 G的需要，其尖端弯曲的步骤6，并小心地取出硬脑膜。

注：切割硬脑膜将导致它向后剥离和MCA将更加突出，作为减压的结果。

3。阻断MCA

使用钢丝钳修剪半曲线反向切割缝合针（圆3/8，16毫米缝合针）下降到约3-5毫米。
线程修剪缝合针图4E中的图片所示。注意事项：重要的是，针，使缝合线两端的等效长度，螺纹。这使拉动两个线程根据M1在同一时间结束时，针可以被自由切割，留下两个长度的螺纹配合的两个结周围MCA。
使用锯齿形镊子M1下滑的缝合针。插入从MCA约0.5-1毫米的距离，保持尽可能浅，以尽量减少皮质受损，但避免太多的压力马华。
当缝合针的另一侧，例如，它是根据MCA出来，使用细尖镊子（如下所示），同时继续喂饱或推缝合线的另一端，从相反侧的缝合针的前端拉针锯齿尖镊子。
一旦缝合针被完全通过下MCA被拉出，继续上拉的缝合针或线程，直到线的长度等于任一侧上的MCA。向下按压的线程，因为它是美联储通过马华，最小的应力，可以有助于防止该线程会传递下动脉破裂。
剪断线接近的缝合针。
同时使用细点镊子解开两个产生的缝合线如此，有两个独立的线程串成根据MCA没有接触。理想的线程会相距1毫米左右，他们通过在马华。
同时使用细点镊子，以配合两个独立的结（两连字）与马华试图保持横断空间〜1毫米的空间之间的疙瘩，让周围的线程。

注意：如果假内部控制需要，准备闭塞离开闭塞结的松动，使他们不收缩马华和收集数据之前，拧紧结，切割船只。剪线，以防止它在任何醒目闭塞前，但留下足够的线程允许收紧疙瘩后。这种方式，任何基线成像或数据收集可以进行所有相同的外科侵袭为闭塞和紧固在适当的时间点上的结，与小的延迟。

一旦疙瘩连接拽紧，使用微型剪刀在两个节点之间的断面M1。
在的情况下，长期生存的研究：
1. 缝合到位无菌手术线切开头皮皮瓣或确保组织使用无菌伤口剪辑。
2. 使用抗生素局部伤口区域（如杆菌肽软膏）和系统的预防性注射氨苄青霉素（150毫克/千克IM）。
3. 虽然主体仍然是麻醉管理的眼科抗生素软膏的眼睛。
4. 管理补充阿托品（0.05毫克/千克IM），以减少呼吸道分泌物，在麻醉过程中。
5. 在手术结束，并再次次日早晨（约12小时后）疼痛控制注入皮下氟尼辛葡甲胺（1.1毫克/千克）。
6. 将动物干燥，温暖的，倾斜的表面，如动物的鼻子是高于它的尾巴上的倾斜（这有利于呼吸，直到动物是清醒的）。/ LI>
7. 监测动物，直到它是清醒和自身的安全。
8. 的vivarium一旦动物，动物的活动，外观，发声，喂食和饮水行为应每日监测。

4。 “安乐死”

每个实验结束时，大鼠用戊巴比妥钠（2-3毫升，腹膜内）安乐死。

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Representative Results

可以确认使用的激光散斑成像（LSI），其中包括血流成像技术成功闭塞的船只。 MCA主要的皮质分支的血流量下降到〜25％的基准以下的闭塞，根据在记录系统中的噪声和灵敏度的技术水平。见如图3段的皮质支马华的代表LSI形象前后的大脑中动脉闭塞。当所描述的闭塞技术应用到MCA M1段，阻止所有皮质马华分支机构，并防止〜5小时以下闭塞的感官刺激，结果是28.4±2.4毫米（具有代表性的冠状切片皮质梗死2,3,5 -三苯基氯化四氮唑[TTC染色的脑与所描述的损坏， 见图2;浅未染色的区域对应于梗死^）25。

图1。黄色箭头表示M1段的PMCAO大概位置。这个闭塞的例子涉及阻断MCA远端豆纹分支之前，所有皮质分支，从而切断血液供应皮质仅限分支机构。（B）（A）侧皮质表面图马华近似大脑皮质和冠状皮层下的分支机构。需要注意的是大脑中动脉闭塞近端豆纹分支会导致皮质和皮质下梗死，虽然访问这一地区需要一个相对侵入性手术。点击这里查看大图。

图2。单代表性的冠状切片从大鼠脑组织梗死导致从PMCAO小心保护的感官刺激，以尽量减少在5小时以下闭塞。 2,3,5 - 三苯基氯化四氮唑（TTC）溶液污渍健康组织微红和离开领域的细胞死亡或梗塞（箭头所示）苍白。需要注意的是由于闭塞的位置之前，所有马华的的皮质分支，但皮层分支远端皮质梗死观察，并高度髓鞘的大脑区域不占用TTC解决方案，因此将保持白色，尽管结构完整。

图3。图片描述流的部分中的一个单一的皮质分支MCA前和折后PMCAO成像利用激光散斑成像（LSI）。暖和的颜色表明更强的流动。所描述的MCA分支是清晰可见的，遍历从左下角到右上角的基准图像（左）和消失后PMCAO。注：偶然一些证据最小流量保持在一个给定的分支，但后PMCAO水平应该下降到20％或更少的基线流确认闭塞成功。

图4。手术所需的工具（A）PMCAO的超精细格雷夫钳- 0.5毫米提示轻微的曲线（B）（C）陶瓷涂层杜蒙＃5镊子。额外精细波恩剪刀，直（D）回合3/8缝合针（16毫米）（E）注：缝合针可能是SHortened通过钢丝钳根据用户的喜好。缩短钢丝钳后，应消毒。缝合针（F）6-0编织丝线缝合。（G）30号针头，半长。

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Discussion

此协议是为了诱导缺血啮齿动物皮质内，这样做实验对象用最少的外围影响。双闭塞和横断法允许的视觉确认该船只已被永久封闭，并没有过多的入侵或组织损伤，可以进行，成活率高。此闭塞协议可能被应用到任何皮质船只可通过开颅手术，以促使在一个特定的域皮质缺血。此外，这样的闭塞时，可以执行一个动物是在立体定位仪上，允许同时使用各种研究的技术，如功能性成像或电生理记录。这这使闭塞的技术适用于广泛的实验设计，包括受试者内调查。例如，评估可以在基线周围的阿特缝线在地方Y（但在此之前固定缝线和横断），在缺血性发作，并在任何时间点后闭塞要求。

这闭塞的成功执行，取决于两个关键的步骤。首先，适当的可视化的靶血管缺血诱导的关键。近侧或远侧到所需的位置（在典型的情况下，只是近端的主前部/后部皮质分叉的MCA）闭塞的位置处，可以导致很大程度的梗死体积变化，所以，应注意，以确认适当的地点闭塞和横断。其次，通过目标周围动脉的缝合针，需要仔细和精确的技术。缝合的必要性，将通过最表面的一层下方的皮质动脉。应谨慎，以避免潜水太深内的皮质表面，因为这可能会导致血管破裂，出血，或损害大脑的occlusion网站。虽然很多类型的血管闭塞的手术工具，我们的实验室已经具备了最成功的一半的曲线缝合针，根据实验者偏好截断。与超细钳配合使用，此工具允许用户通过动脉的下方和上方的皮质表面，只有很少的组织损伤的缝合线。

在成功完成时，一个闭塞，梗死限于到单皮质（ 图2）。在使用这种闭塞方法模型MCA中风的背景下，这可能有许多马华中风患者维持皮质和基底节梗塞范围内的研究人员重要的意义。然而，我们的实验室有利于这种闭塞方法适用于MCA超过腔内缝合技术，如最近的调查结果，受损的咀嚼，吞咽功能，电机性能受损发生在47％的所有科目进行intralumi的NAL缝合^35;受损的脑灌注和自发运动减少活动，从而减少食物和水的吸收，还有助于神经功能恢复较差大鼠腔内缝合后^36-40。楚门等人，2011年也报告了异常的饮食，饮酒行为障碍，感觉障碍（如去除粘合剂任务量化）此过程^11。重要的是，我们观察到了同样的行为赤字假腔内缝合动物^11。因此，腔内缝合可能会增加中风临床前研究，其中有许多是直接归属于外科手术和脑缺血性中风的严重干扰因素。

这是不可能的可变人类缺血性中风的病因和病理模型 - 事实上，这样的高度变异的实验模型将是不可取的。中风研究在动物insteaD对焦更类似于人类中风损伤和赤字产生的结果，而试图尽可能最好的模型病因。我们认为，微创性，大脑中动脉闭塞导致缺血，梗死体积，媲美人类大脑缺血，和能力来整合多个研究技术的同时PMCAO这种方法可能会使一些临床前中风调查的一个有吸引力的替代。此外，闭塞方法这里仿照PMCAO的提供了一种替代方法，微创，有效的手段阻断任何表面皮层血管。

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Disclosures

作者此时没有透露。

Acknowledgments

支持这项工作是由美国心脏协会的博士前奖学金788808-41910，NIH-NINDS NS-066001和NS-055832，该中心的听力研究NIH训练1T32DC010775，-01。

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Extra Fine Graefe Forceps - 0.5 mm Tips Slight Curve (1)	Fine Science Tools	11151-10
Ceramic Coated Dumont #5 Forceps (2)	Fine Science Tools	11252-50
Extra Fine Bonn Scissors, straight (1)	Fine Science Tools	14084-08
Round 3/8 (16 mm) Suture Needles	Fine Science Tools	12050-02
6-0 Braided Silk Suture	Fine Science Tools	NC9071061 Harvard Apparatus No.:510461
30 gauge needle, ½" length	Fine Science Tools	NC9867376 No.:ZT-5-030-5-L/COL