Summary
Denna artikel visar användningen av Laser Doppler flowmetry att utvärdera förmågan hos den cerebrala cirkulationen att autoreglera sitt blodflöde under minskningar av arteriellt blodtryck.
Abstract
Vid undersökning av kroppens mekanismer för att reglera cerebralt blodflöde, en relativ mätning av mikrocirkulatorisk blodflödet kan erhållas med hjälp av Laser Doppler flowmetry (LDF). Detta papper visar en sluten skalle beredning som tillåter cerebralt blodflöde bedömas utan att tränga in i skallen eller installera en kammare eller cerebralt fönster. För att utvärdera autoregulatoriska mekanismer, en modell av kontrollerad blodtryckssänkning via graderad blödning kan utnyttjas samtidigt som sysselsätter LDF. Detta möjliggör realtidsspårning av de relativa förändringarna i blodflödet som svar på minskningar av arteriellt blodtryck som produceras av indragning av cirkulerande blodvolym. Detta paradigm är en värdefull metod för att studera cerebral blodflöde autoregulation under minskningar av arteriellt blodtryck och, med mindre ändringar i protokollet, är också värdefullt som en experimentell modell av hemorragisk chock. Förutom att utvärdera autoregulatoriska svar, LDF kan användas för att övervaka det kortikala blodflödet vid undersökning av metaboliska, myogena, endoteliala, humoral, eller neural mekanismer som reglerar cerebralt blodflöde och effekterna av olika experimentella ingrepp och sjukdomstillstånd på cerebralt blodflöde.
Introduction
Autoregulatoriska mekanismer i den cerebrala cirkulationen spelar en avgörande roll för att upprätthålla homeostas och normal funktion i hjärnan. Autoregulation av cerebralt blodflöde påverkas av flera faktorer, inklusive hjärtfrekvens, blod hastighet, perfusionstryck, diametern på hjärnans motståndskraft artärer, och mikrocirkulatorisk resistens, som alla spelar en roll för att upprätthålla den totala cerebrala blodflödet konstant i hjärnan över det fysiologiska intervallet av systemiska blodtryck. När arteriella trycket ökar, dessa mekanismer tygla arterioler och resistens artärer för att förhindra farliga ökningar i intrakraniellt tryck. När arteriella blodtrycket minskar, lokala kontrollmekanismer vidga arterioler att bibehålla vävnad perfusion och O2 leverans. Olika sjukdomstillstånd såsom hyperkapni, traumatisk eller global hypoxisk hjärnskada, och diabetesmikroangiopati1,2,3,4,5,6 kan störa hjärnans förmåga att autoreglera sitt blodflöde. Till exempel, kronisk hypertoni skiftar den effektiva autoregulatory intervallet mot högre tryck7,8,9, och en hög salt (HS) diet inte bara stör normala endotel-beroende dilatation i hjärnans mikrocirkulation10, men också försämrar möjligheten för autoregulatoriska mekanismer i den cerebrala cirkulationen att vidgas och bibehålla vävnad perfusion när arteriellt tryck reduceras11. Cerebral autoregulation är också nedsatt i Dahl salt-känsliga råttor när de matas en HS diet12.
Under minskningar av arteriella trycket, utvidgning av hjärnans motståndskraft artärer och arterioler returnerar initialt cerebralt blodflöde till kontrollvärden trots den reducerade perfusionstryck. Som arteriellt tryck reduceras ytterligare, cerebralt blodflöde förblir konstant vid det lägre trycket (platåfasen av den autoregulatoriska svar) tills kärlsystemet inte längre kan vidga för att bibehålla blodflödet vid det lägre trycket. Det lägsta trycket vid vilket ett organ kan bibehålla normalt blodflöde kallas den nedre gränsen för autoregulation (LLA). Vid tryck under lla, cerebralt blodflöde minskar signifikant från vilande värden och minskningar i ett linjärt sätt med varje minskning av arteriella perfusionstryck13,14. En uppåtgående förskjutning i lla, som observerats i hypertoni7,8,9, kan öka risken och svårighetsgraden av ischemisk skada under förhållanden där det arteriella perfusionstrycket reduceras (t. ex., hjärtinfarkt, ischemisk stroke, eller cirkulations chock).
LDF har visat sig vara en mycket värdefull metod för att utvärdera blodflödet i mikrocirkulationen under en mängd olika omständigheter, inklusive autoreglering av blodflödet i den cerebrala cirkulationen11,14,15. Förutom att utvärdera autoregulatory svar, LDF kan användas för att övervaka det kortikala blodflödet vid undersökning av metaboliska, myogena, endoteliala, humoral, eller neural mekanismer som reglerar cerebralt blodflöde och effekterna av olika experimentella interventioner och sjukdomstillstånd på cerebralt blodflöde10,16,17,18,19,20,21.
LDF mäter förskjutningen i reflekterat laserljus som svar på antalet och hastigheten hos rörliga partiklar-i detta fall röda blodkroppar (RBC). För studier av cerebral vaskulär autoreglering, arteriellt blodtryck ändras antingen genom infusion av en alfa-adrenerga agonist att öka arteriellt tryck (eftersom den cerebrala cirkulationen i sig är okänslig för alfa-adrenerga vasokonstriktor agonister)12,15 eller via kontrollerad blodvolym tillbakadragande att minska arteriella trycket11,14. I den nuvarande studien, LDF utnyttjas för att demonstrera effekterna av graderade minskningar av blodtrycket på cerebral autoregulation i en frisk råtta. Även öppna och slutna skalle metoder har beskrivits i litteraturen22,23,24,25, visar den nuvarande papper en sluten skalle förberedelse, vilket gör att cerebralt blodflöde bedömas utan att tränga in i skallen eller installera en kammare eller cerebralt fönster.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Medical College of Wisconsin institutionella djuromsorg och användning kommittén (IACUC) godkände alla protokoll som beskrivs i detta dokument och alla förfaranden är i överensstämmelse med National Institutes of Health (NIH) Office of Laboratory djurvälfärd (OLAW) Förordningar.
1. försöksdjur och förberedelse för registrering
- Använd 8 – 12-veckors-gamla manliga Sprague-Dawley råttor som väger 250 – 300 g. För dessa experiment, feed råttor en standard diet som består av 0,4% NaCl, 200 g/kg kasein, 3 g/kg DL-metionin, 497,77 g/kg sackaros, 150 g/kg majsstärkelse, 50 g/kg majsolja, 50 g/kg cellulosa, 2 g/kg kolinbitartrat, 35 g/kg mineral mix och 10 g/kg vitamin mix.
- Registrera arteriellt blodtryck och LDF avläsningar med hjälp av datainsamlingsprogram eller någon jämförbar inspelnings metod.
- Anslut arteriella tryckgivaren till en kanal i inspelningssystemet och LDF-sonden till den andra kanalen på inspelningssystemet.
- Före mätningen kalibrerar du laserdopplersonden för att ställa in en motilitetsstandard och se till att Laser Doppler flödesmätaren ger en stadig effekt.
- Förbered ytterligare utrustning som behövs för den förberedande operationen och för experimentet: en dissekera Mikroskop, en gnagare ventilator, en Tidal Co2 Monitor, en stereotaxic instrument för att fastställa råttans huvud i läge, och en micromanipulator att lokalisera LDF sonden över Arvika mikrocirkulationen och bibehålla den i en stadig position.
2. kirurgisk beredning
- Väg råtta och söva djuret i en induktion kammare med 3,5% isofluran och 30% O2 tillägg.
- Ta bort djuret från induktions kammaren och Ersätt en anestesi mask som levererar 1,5 – 3% isofluran med 30% O2 tillägg.
- Placera råttan på en cirkulerande vatten filt upprätthålls vid 37 ° c och kontrollera reflexer med en tå nypa för att säkerställa att det finns en tillbakadragande reflex. Applicera steril oftalmologiska salva till båda ögonen för att förhindra korneal uttorkning.
- Raka toppen av kraniet, ventrala halsen området, och femorala trianglar. Ta bort allt löst hår från dessa områden och rengör med gnidning alkohol.
- Placera råtta i en liggande ställning på en värmedyna med en cirkulerande varmvatten pump för att bibehålla djurets kroppstemperatur vid 37 ° c och tillfälligt säkra den till pad med hjälp av medicinsk tejp.
- Installera en trakeal kanyl (PE240 polyeten slangar) genom en ventrala snitt i halsen som beskrivs på annat håll26.
- Fäst luftrör kanyl till ett Tidal Co2 Monitor och ventilatorn leverera 2.5-3.0% isofluran (beroende på storleken på djuret) och en 30% O2 inandning tillägg. Se till att andningsfrekvens, inspiratorisk tid och minut andningshjälp volym ställs in och övervakas för att säkerställa en utgången sluttid vatten Co2 av cirka 35 mmHg hela experimentet.
Anmärkning: Detta uppnås i allmänhet med en andningsfrekvens på cirka 48 – 60 andetag/min, en tidvatten volym på 1,70 – 2.30 mL, och en inspirationstid på 0,50 – 0,60 s för en 250 – 300 g råtta. - Fyll två PE50 polyeten kanyl med 1 U/mL heparin i isotonisk NaCl-lösning för att förhindra koagulering och bibehålla patency av katetrar. Efter fyllning, avfasning den öppna änden av varje kanyl med kirurgisk sax för att underlätta insättning i artären.
- Kannulat höger och vänster femorala artärer som beskrivs på andra håll27 för att möjliggöra kontinuerlig övervakning av arteriella trycket i en kateter och blod uttag från den andra katetern.
- Efter noggrant separera artärerna från den omgivande vävnaden under en dissekera Mikroskop, ligera den distala änden av artären och placera två ytterligare suturer runt mitten och proximala ändarna av artären utan att skärpa knutarna.
- Använd den proximala suturen som en lyftande ligatur för att förhindra blödning från artären efter snittet för kanyl insättning (steg 2,11).
- Sätt i en V-formad tråd som är utformad från ett gem under pulsådern för att ockludera kärlet tills kanylet är säkrat.
- Under en dissekera Mikroskop göra ett litet snitt i femorala artären nära distala ligering med Vannas sax. Sätt in den avfasade änden av kanyl i snittet och föra in den i femorala artären. Dra åt knuten på den mellersta ligatur för att säkra kanyl på plats så att den inte tas bort av arteriellt tryck när lyft ligatur eller gem avlägsnas.
- Efter den mellersta ligatur dras åt, frigöra spänningen på lyft ligatur och/eller ta bort gem, och dra åt den proximala ligatur.
- Stäng snittet med fina suturer (3 – 0 silke) eller en kirurgisk stapelvara. Alternativt, placera en fuktig gasväv över snittet platsen, beroende på storleken på snittet.
3. gallring av skaller för LDF-mätningar
- Omedelbart efter att kanylar är på plats, placera djuret i en sternala position och säkra huvudet i en stereotaxic enhet, är noga med att inte ta bort katetrar eller trakealtub.
- Använd kirurgisk sax för att göra ett elliptiskt snitt i huden som täcker kraniet. Använd en bomullspinne för att avlägsna bindväv och se till att kraniet är rent och torrt. Placera en liten långsträckt och rullade bit silkespapper runt snittet på hårbotten för att stoppa någon blödning.
- Använd ett Dremel-verktyg eller en tandborstborr med en borrspets på 2,15 mm för att tunna ut ett litet område med ben (cirka 0,5 – 1 cm beroende på råttans storlek) i parietalområdet över vänster eller höger somatosensorisk cortex.
Varning: tunna benet långsamt och försiktigt för att undvika att tränga in i skallen. När du utför detta steg, saltlösning bör appliceras rikligt för att förhindra att området överhettas. - När skallen har tunnats och området har en rosa utseende och/eller blodkärlen visualiseras, täcka området med mineralolja och använda en micromanipulator att placera Laser Doppler sond över utsatt cerebral mikrocirkulation så att spetsen på sonden är bara vidrör toppen av poolen av mineralolja (figur 1).
Anmärkning: det är viktigt att ta LDF mätningar i ett område där det inte finns några yttre vibrationer som skulle störa laserdoppler avläsningar och att sonden är ordentligt fast över samma målområdet hela experimentet.
4. bedömning av cerebral vaskulär autoreglering
- När LDF-sonden är fast i läge, Tillåt en 30 – 45 min-jämningsperiod innan experimentet påbörjas. Efter jämkhets perioden, Mät medelvärdet av arteriella trycket (MAP) och laser cerebralt blodflöde (LCBF) varje 30 s för 2 min och genomsnittet värdena för att få utgångsvärden för den prehemorragi blodtryck och LCBF.
- För att utvärdera cerebral vaskulär autoreglering som svar på arteriell tryck reduktion, mäta LCBF och karta efter successiva uttag av 1,5 mL blod från femorala artären11. För att hålla kateter patentet, se till att en volym av heparin lösning (100 U/mL i isotonisk saltlösning) ungefär lika med kateter volymen infunderas efter varje blod dragning.
Anmärkning: när infusion av heparin lösning för att bibehålla kateter patency, det är viktigt att matcha volymen av heparin lösningen till volymen av katetern så nära som möjligt för att förhindra att djuret från att ta emot för mycket heparin, vilket kan orsaka oönskade Blödning. - Efter varje blodvolym tillbakadragande, låt råttan att jämvikt för 2 min, varefter kartan och lcbf registreras varje 30 s för 2 min. Upprepa återtagen blodvolym tills djuret når en karta på cirka 20 mmHg.
- Bestäm det effektiva autoregulatoriska intervallet genom att identifiera intervallet av blodtryck från prehemorragen kartan till LLA (steg 4,5 och 5,3, nedan).
- Bestäm lla genom att identifiera det lägsta trycket vid vilket lcbf fortfarande återvänder till inom 20% av den prehemorragi kontrollvärde efter blodvolym tillbakadragande, som tidigare beskrivits11,28 eller genom att identifiera skärningspunkten av Regressions linjer bestäms under platåfasen av autoregulation och under lla, där lcbf minskar med varje efterföljande blod uttag (steg 5,3, nedan).
Anm.: kriterierna för att definiera LLA och autoreglerande platå kan skilja sig mellan laboratorier (t. ex. Takada et al.28 vs. Jones et al.29) samt förfaranden för att minska arteriellt blodtryck (t. ex. indragning av en specifik volym av blod kontra kontrollerad blödning för att nå specifika arteriella trycknivåer)11. - I slutet av experimentet, euthanize djuret genom att skapa en bilateral pneumothorax medan under ett kirurgiskt plan av anestesi, som godkänts av IACUC.
- LDF-värden som erhålls i vävnaden efter det att djuret är euthanized kommer att ge nollbaslinjeflödesvärdet för den experimentella installationen.
5. statistisk analys
- Utföra linjär regressionsanalys för att utvärdera sambandet mellan LDF-värdena och deras motsvarande arteriella tryck. Använd de LDF-värden vid baseline som erhålls efter att djuret är euthanized för att säkerställa att det inte fanns någon icke-specifik LDF-signal som påverkade de uppmätta flödes frekvenserna.
- Beräkna LLA med skärningspunkten mellan Regressions linjerna över och under den autoregulatoriska platån. För att beräkna LLA med denna metod, kombinera de två Regressions ekvationer och lösa den resulterande ekvationen för arteriellt tryck.
- När man jämför olika experimentella grupper, Använd linjär regressionsanalys för att beräkna sluttningarna av LDF vs. arteriella tryck relationen över och under LLA för varje djur och sammanfatta dem som medelvärdet ± SEM för djuren i den experimentella gruppen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Figur 2 sammanfattar resultaten av experiment som utförts i 10 manliga Sprague-Dawley råttor Fed standard laboratorium Chow. I dessa experiment, var genomsnittlig LCBF upprätthålls inom 20% av prehemorragi värde efter de första tre blodvolym uttag, tills medelvärdet av arteriella trycket nådde LLA. Efterföljande blodvolym uttag vid tryck under LLA orsakade en progressiv minskning av LCBF, visar att den cerebrala cirkulationen inte längre kan producera en tillräcklig nivå av vasodilatation att bibehålla cerebral blodflöde konstant vid lägre perfusionstryck.
Figur 3 sammanfattar sambandet mellan Genomsnittligt arteriellt tryck och lcbf i platåfasen (karta ≫ 65 mmHg) och den dekompenserande fasen (Map ≪ 65 mmHg) av CBF-autoreglering. Vid tryck på eller över LLA, det fanns ingen signifikant korrelation mellan LCBF och arteriellt tryck (r2 = 0,0246; p = 0,3534), visar att lcbf var oberoende av arteriellt tryck i platån intervallet av den autoreglerande kurvan. Under LLA hade LCBF/arteriella tryck relationen en negativ lutning och LCBF var signifikant korrelerad med arteriellt tryck (r2 = 0,7907; p = 8,7 x 10– 25).
Figur 1: placering av Laserdopplersond över den tunnade skallen hos en sövda råtta. Råtta i stereotaxic apparat med en LDF sond placerad över ett tunnat område av skallen och hålls på plats med en micromanipulator. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: Autoreglering av cerebralt blodflöde som svar på blödning-inducerad minskningar av arteriellt blodtryck. Summerat samband mellan blodvolym tillbakadragande och (a) medelvärde för arteriellt tryck (MAP) och (B) Laser cerebralt BLODFLÖDE (lcbf) hos råttor utfodras med en standard diet och utsätts för sekventiell blodvolym uttag. Data som visas som medelvärde ± SEM för n = 6 – 10 efter varje blodvolym tillbakadragande. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: förhållandet mellan det genomsnittliga arteriella trycket och laser cerebralt blodflöde. Förhållandet under platåfasen av den autoregulatoriska responsen (n = 37 observationer) och i den dekompenserande fasen av responsen (n = 70 observationer) visas, där arteriellt tryck föll under LLA (~ 65 mmHg). LCBF var starkt korrelerad med karta i den dekompenserande fasen av autoregulation (r2 = 0,7907; p = 8,7 x 10– 25) men inte under platåfasen av autoregulation (r2 = 0,0246; p = 0,3534). Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Utvärdering av vävnads blodflöde svar med Laser Doppler Flowmetry (LDF). Som nämnts ovan, den LDF signalen är proportionell mot antalet och hastigheten av rörliga partiklar, i detta fall RBC, i mikrocirkulationen. LDF avläsningar i olika organ är väl korrelerade med hela organ blodflödet bedömas av etablerade metoder såsom elektromagnetiska flödesmätare och radioaktiva mikrosfärer30 och är i allmänhet förenliga med studier som utvärderar regleringen av aktiv ton i kanylerade artärpreparat10,31,32,33,34 och in situ mikrocirkulatoriska preparat35,36.
En hänsyn när man genomför studier av cerebral autoregulation, och möjligen autoregulation i andra vaskulära sängar, är den potentiella effekten av anestesi på autoregulatoriska svar. Även cerebral autoregulation var närvarande i den aktuella studien och i en tidigare studie av vår grupp11 och överensstämmer med de kända effekterna av en HS diet på vasodilaterande Svaren av hjärnans motståndskraft artärer31,32,37, råttan Arvika arterioler35 och in situ arterioler i hamster kind påse36, isofluran anestesi har rapporterats ha en stark vasodilaterande effekt38 och orsaka kardiovaskulär suppression 39. isofluran har också rapporterats orsaka en förlust av cerebral vaskulär autoreglering hos möss40,41, så vissa utredare har använt alfa-chloralose anestesi antingen ensam41 eller i kombination med uretan42 att studera cerebral autoregulation istället.
Siffrorna och hastigheter RBC varierar inom en mikrocirkulatorisk säng, mellan individer, och inom ett enskilt ämne över tid. Således ger LDF inte ett absolut värde av blodflödet inom ett organ eller dess mikrocirkulation, mellan olika organ, eller i olika regioner i mikrocirkulationen. Därför är det viktigt att stadigt säkra LDF-sonden så att den förblir i samma position och inte utsätts för vibrationer under hela experimentet. För att korrekt bedöma förändringar i cerebralt blodflöde, är råttans huvud placerad i en stereotaxic instrument och LDF sonden hålls i en micromanipulator över ett uttunnat område av skallen för att förhindra förflyttning artefakter och att bibehålla sonden ställning i förhållande till den region som studeras (figur 1). Varje rörelse av sonden bort från sin ursprungliga plats kommer att producera en signal bestäms av blodflödet i ett annat område av vävnaden, hindrar jämförelser. Även om LDF inte ger en mätning av absolut blodflöde, när det utförs på rätt sätt är det fortfarande en bekväm och värdefull metod för att utvärdera regleringen av blodflödet på nivån för hela vaskulär bädden30, och omfattningen av de relativa ökningar eller minskningar i LDF flöde i förhållande till ett kontrollvärde kan jämföras statistiskt.
Autoregulation av cerebralt blodflöde. Den cerebrala cirkulationen kan normalt tolerera stora förändringar i arteriellt blodtryck som orsakar vasokonstriktion när arteriellt tryck är förhöjd och vasodilatation när arteriellt tryck reduceras via autoreglerande mekanismer. Dessa mekanismer är av avgörande betydelse för att förhindra farliga ökningar av intrakraniellt tryck när systemiskt blodtryck ökar och för att bibehålla adekvat vävnad perfusion och syretillförsel när arteriellt tryck minskar. De nuvarande experimenten fokuserade på förmågan av autoregulatoriska mekanismer för att bibehålla cerebral blodflöde konstant som arteriellt tryck reduceras (snarare än förmågan hos den cerebrala cirkulationen för att upprätthålla konstant blodflöde som karta ökas), även LDF är mycket värdefull och i stor utsträckning används för de senare studierna samt. En annan värdefull tillämpning av denna experimentella design är att studera mikrovaskulära blodflödet under blödning och i olika former av cirkulations chock43,44,45,46.
Autoreglering av LCBF under hemorragi-inducerad minskningar av arteriella trycket bedöms genom att jämföra LDF flöde och karta mätt 2 min efter varje blod uttag med prehemorragen kontroll karta och LCBF mätt omedelbart före blodvolym tillbakadragande. Vid denna punkt, de autoregulatoriska mekanismerna kommer att ha agerat för att vidga mikrovaskulaturen för att bibehålla blodflödet vid det lägre perfusionstrycket. LLA identifieras som den lägsta kartan där autoregulatoriska mekanismer fortfarande kan återställa blodflödet trots minskningen av perfusionstryck. Vid arteriella trycket under LLA, autoregulatoriska mekanismer har nått sin gräns och kan inte längre vidga den cerebrala vaskulaturen tillräckligt för att förhindra ytterligare minskningar av cerebralt blodflöde. Efter att LLA passerat, det finns en betydande och progressiv minskning av LCBF från den prehemorragi värde efter varje tillbakadragande av blod för att nå det nya trycket11. Effektiviteten av cerebral vaskulär autoreglering som svar på minskningar av arteriellt blodtryck utvärderas genom att jämföra lutningen på LCBF vs den arteriella trycket förhållandet före och efter LLA och bredden av platån fasen av autoregulation, definierad som arteriella trycket intervallet mellan prehemorragi karta och LLA. Till exempel, en nyligen studie som utvärderar effekten av en HS diet på cerebral autoregulation11 fann att cerebralt blodflöde upprätthölls på en konstant nivå hos råttor som utfodrats med ett lågt salt (LS; 0,4% NaCl) diet under ihållande minskningar av arteriellt tryck till värden så låga som 40 – 50 mmHg. Detta fynd är förenligt med tidigare uppskattningar av lla hos friska råttor16,47. Emellertid, platån fasen av cerebral blodflöde autoregulation i normotensiva Sprague-Dawley råttor utfodras kort sikt (3 dagar) och kronisk (4 veckor) hög salt (HS; 4% NaCl) kost minskade successivt med successiva minskningar av arteriella trycket, visar att HS diet eliminerar platåfasen av blod flödesreglering som normalt finns i friska normotensiva råttor och negativt påverkar förmågan hos den cerebrala cirkulationen för att bibehålla vävnad perfusion i ansiktet av minskningar av blodtrycket11. Konstaterandet att autoregulation av cerebralt blodflöde som svar på sänkt blodtryck är nedsatt hos råttor matas en HS diet är förenligt med resultaten av studier som visar att ökningar i kosten salt försämrar avslappning av resistens artärer31,32,33,34,37 och arterioler35,36 av normotensiva råttor och hamstrar.
Förutom att ge värdefulla insikter om förmågan hos mikrocirkulationen att autoreglera sitt blodflöde, LDF mätningar kan användas i en mängd olika tillämpningar som ger en dynamisk uppskattning av blod flödeskontroll som inte är tillgänglig med konventionella metoder, såsom mikrosfärer och elektromagnetiska flöde sonder. Till exempel, LDF mätningar är mycket värdefulla i utvärderingen av reaktionen av mikrocirkulationen till vasoaktiva stimuli såsom ACH infusion och administrering av andra vasoaktiva medel31,32,33,34,37, förhöjda arteriell PCO210, hypoxi17,48, neurovaskulär koppling som svar på sensoriska stimuli21,49, funktionella hyperemi i hjärnan20, och utvärdera vävnad svar på hemorragisk hypotensiv stress och olika typer av cirkulations chock43,44,45,46.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Författarna uttrycker sitt uppriktiga tack till Kaleigh Kozak, Megan Stumpf, och Jack Bullis för deras enastående hjälp med att slutföra denna studie och förbereda manuskriptet. Bevilja stöd: NIH #R01-HL128242, #R21-OD018309, och #R21-OD024781.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3-0 braided black silk suture | Midwest Vet | 193.73000.2 | |
| Arterial Pressure Transducer | Merit Medical | 041516504A | |
| Automated Data Acquisition Systems (WINDAQ & BIOPAC system) | DATAQ Instruments | ||
| Blood Pressure Display Unit | Stoelting | 50115 | |
| Circulating warm water pump | Gaymar Industries | T-pump | |
| End-tidal CO2 monitor | Stoelting | Capstar-100 | |
| Heparin Sodium | Midwest Vet | 191.46720.3 | |
| Kimwipe | Fisher Scientific | 06-666A | |
| Laser Doppler Flow Meter | Perimed | PeriFlux 5000 LDPM | |
| Laser Doppler Refill Motility Standard | Perimed | PF1001 | |
| Polyethylene Tubing (PE240) (for trachea cannula) | VWR | 63018-828 | |
| Polyethylene Tubing (PE50) (for femoral catheters) | VWR | 63019-048 | |
| Rodent Ventilator | Cwe/Stoelting | SAR-830/P | |
| Saline | Midwest Vet | 193.74504.3 | |
| Sprague-Dawley Outbred Rats | Variable | N/A | Rats were ordered from various companies |
| Standard Rat Chow | Dyets, Inc. | 113755 | |
| Stereotaxic Instrument | Cwe/Stoelting | Clasic Lab Standard |
References
- Aso, Y., Inukai, T., Takemura, Y. Evaluation of microangiopathy of the skin in patients with non-insulin-dependent diabetes mellitus by laser Doppler flowmetry; microvasodilatory responses to beraprost sodium. Diabetes Research and Clinical Practice. 36, 19-26 (1997).
- Golding, E. M., Robertson, C. S., Bryan, R. M. Jr The consequences of traumatic brain injury on cerebral blood flow and autoregulation: a review. Clinical and Experimental Hypertension. 21, 299-332 (1999).
- Grunwald, J. E., DuPont, J., Riva, C. E. Retinal haemodynamics in patients with early diabetes mellitus. British Journal of Ophthalmology. 80, 327-331 (1996).
- Mankovsky, B. N., Piolot, R., Mankovsky, O. L., Ziegler, D. Impairment of cerebral autoregulation in diabetic patients with cardiovascular autonomic neuropathy and orthostatic hypotension. Diabetic Medicine. 20, 119-126 (2003).
- Symon, L., Held, K., Dorsch, N. W. A study of regional autoregulation in the cerebral circulation to increased perfusion pressure in normocapnia and hypercapnia. Stroke. 4, 139-147 (1973).
- Taccone, F. S., et al. Cerebral autoregulation is influenced by carbon dioxide levels in patients with septic shock. Neurocritical Care. 12, 35-42 (2010).
- Barry, D. I., et al. Cerebral blood flow in rats with renal and spontaneous hypertension: resetting of the lower limit of autoregulation. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 2, 347-353 (1982).
- Faraci, F. M., Baumbach, G. L., Heistad, D. D. Cerebral circulation: humoral regulation and effects of chronic hypertension. Journal of the American Society of Nephrology. 1, 53-57 (1990).
- Strandgaard, S. Autoregulation of cerebral blood flow in hypertensive patients. The modifying influence of prolonged antihypertensive treatment on the tolerance to acute, drug-induced hypotension. Circulation. 53, 720-727 (1976).
- McEwen, S. T., Schmidt, J. R., Somberg, L., de la Cruz, L., Lombard, J. H. Time-course and mechanisms of restored vascular relaxation by reduced salt intake and angiotensin II infusion in rats fed a high-salt diet. Microcirculation. 16, 220-234 (2009).
- Allen, L. A., et al. High salt diet impairs cerebral blood flow regulation via salt-induced angiotensin II suppression. Microcirculation. , e12518 (2018).
- Smeda, J. S., Payne, G. W. Alterations in autoregulatory and myogenic function in the cerebrovasculature of Dahl salt-sensitive rats. Stroke. 34, 1484-1490 (2003).
- Greene, N. H., Lee, L. A. Modern and Evolving Understanding of Cerebral Perfusion and Autoregulation. Advances in Anesthesia. 30, 97-129 (2012).
- Merzeau, S., Preckel, M. P., Fromy, B., Leftheriotis, G., Saumet, J. L. Differences between cerebral and cerebellar autoregulation during progressive hypotension in rats. Neuroscience Letters. 280, 103-106 (2000).
- Zagorac, D., Yamaura, K., Zhang, C., Roman, R. J., Harder, D. R. The effect of superoxide anion on autoregulation of cerebral blood flow. Stroke. 36, 2589-2594 (2005).
- Hudetz, A. G., Lee, J. G., Smith, J. J., Bosnjak, Z. J., Kampine, J. P. Effects of volatile anesthetics on cerebrocortical laser Doppler flow: hyperemia, autoregulation, carbon dioxide response, flow oscillations, and role of nitric oxide. Advances in Pharmacology. 31, 577-593 (1994).
- Hudetz, A. G., Shen, H., Kampine, J. P. Nitric oxide from neuronal NOS plays critical role in cerebral capillary flow response to hypoxia. American Journal of Physiology. 274, H982-H989 (1998).
- Okamoto, H., Hudetz, A. G., Roman, R. J., Bosnjak, Z. J., Kampine, J. P. Neuronal NOS-derived NO plays permissive role in cerebral blood flow response to hypercapnia. American Journal of Physiology. 272, H559-H566 (1997).
- Okamoto, H., Roman, R. J., Kampine, J. P., Hudetz, A. G. Endotoxin augments cerebral hyperemic response to halothane by inducing nitric oxide synthase and cyclooxygenase. Anesthesia and Analgesia. 91, 896-903 (2000).
- Schulte, M. L., Hudetz, A. G. Functional hyperemic response in the rat visual cortex under halothane anesthesia. Neuroscience Letters. 394, 63-68 (2006).
- Schulte, M. L., Li, S. J., Hyde, J. S., Hudetz, A. G. Digit tapping model of functional activation in the rat somatosensory cortex. Journal of Neuroscience Methods. 157, 48-53 (2006).
- Alkayed, N. J., et al. Inhibition of brain P-450 arachidonic acid epoxygenase decreases baseline cerebral blood flow. American Journal of Physiology. 271, H1541-H1546 (1996).
- Alonso-Galicia, M., Hudetz, A. G., Shen, H., Harder, D. R., Roman, R. J. Contribution of 20-HETE to vasodilator actions of nitric oxide in the cerebral microcirculation. Stroke. 30, 2727-2734 (1999).
- Kurosawa, M., Messlinger, K., Pawlak, M., Schmidt, R. F. Increase of meningeal blood flow after electrical stimulation of rat dura mater encephali: mediation by calcitonin gene-related peptide. British Journal of Pharmacology. 114, 1397-1402 (1995).
- Mayhan, W. G., Faraci, F. M., Heistad, D. D. Impairment of endothelium-dependent responses of cerebral arterioles in chronic hypertension. American Journal of Physiology. 253, H1435-H1440 (1987).
- Ghali, M. G. Z. Microsurgical technique for tracheostomy in the rat. MethodsX. 5, 61-67 (2018).
- Ghali, M. G. Z. Microsurgical technique for femoral vascular access in the rat. MethodsX. 4, 498-507 (2017).
- Takada, J., et al. Valsartan improves the lower limit of cerebral autoregulation in rats. Hypertension Research. 29, 621-626 (2006).
- Jones, S. C., Radinsky, C. R., Furlan, A. J., Chyatte, D., Perez-Trepichio, A. D. Cortical NOS inhibition raises the lower limit of cerebral blood flow-arterial pressure autoregulation. American Journal of Physiology. 276, H1253-H1262 (1999).
- Smits, G. J., Roman, R. J., Lombard, J. H. Evaluation of laser-Doppler flowmetry as a measure of tissue blood flow. Journal of Applied Physiology (1985). 61, 666-672 (1986).
- Durand, M. J., Raffai, G., Weinberg, B. D., Lombard, J. H. Angiotensin-(1-7) and low-dose angiotensin II infusion reverse salt-induced endothelial dysfunction via different mechanisms in rat middle cerebral arteries. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 299, H1024-H1033 (2010).
- Lombard, J. H., Sylvester, F. A., Phillips, S. A., Frisbee, J. C. High-salt diet impairs vascular relaxation mechanisms in rat middle cerebral arteries. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 284, H1124-H1133 (2003).
- Weber, D. S., Lombard, J. H. Elevated salt intake impairs dilation of rat skeletal muscle resistance arteries via ANG II suppression. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 278, H500-H506 (2000).
- Weber, D. S., Lombard, J. H. Angiotensin II AT1 receptors preserve vasodilator reactivity in skeletal muscle resistance arteries. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 280, H2196-H2202 (2001).
- Liu, Y., Rusch, N. J., Lombard, J. H. Loss of endothelium and receptor-mediated dilation in pial arterioles of rats fed a short-term high salt diet. Hypertension. 33, 686-688 (1999).
- Priestley, J. R., et al. Reduced angiotensin II levels cause generalized vascular dysfunction via oxidant stress in hamster cheek pouch arterioles. Microvascular Research. 89, 134-145 (2013).
- McEwen, S. T., Balus, S. F., Durand, M. J., Lombard, J. H. Angiotensin II maintains cerebral vascular relaxation via EGF receptor transactivation and ERK1/2. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 297, H1296-H1303 (2009).
- Jensen, N. F., Todd, M. M., Kramer, D. J., Leonard, P. A., Warner, D. S. A comparison of the vasodilating effects of halothane and isoflurane on the isolated rabbit basilar artery with and without intact endothelium. Anesthesiology. 76, 624-634 (1992).
- Avram, M. J., et al. Isoflurane alters the recirculatory pharmacokinetics of physiologic markers. Anesthesiology. 92, 1757-1768 (2000).
- Wang, Z., Schuler, B., Vogel, O., Arras, M., Vogel, J. What is the optimal anesthetic protocol for measurements of cerebral autoregulation in spontaneously breathing mice? Experimental Brain Research. 207, 249-258 (2010).
- Ayata, C., et al. Pronounced hypoperfusion during spreading depression in mouse cortex. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 24, 1172-1182 (2004).
- Niwa, K., et al. Cerebrovascular autoregulation is profoundly impaired in mice overexpressing amyloid precursor protein. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 283, H315-H323 (2002).
- Carreira, S., et al. Diaphragmatic Function Is Preserved during Severe Hemorrhagic Shock in the Rat. Anesthesiology. 120, 425-435 (2014).
- Kerby, J. D., et al. Resuscitation from hemorrhagic shock with HBOC-201 in the setting of traumatic brain injury. Shock. 27, 652-656 (2007).
- Krejci, V., et al. Continuous measurements of microcirculatory blood flow in gastrointestinal organs during acute haemorrhage. British Journal of Anaesthesia. 84, 468-475 (2000).
- Rosengarte, B., Hecht, M., Wolff, S., Kaps, M. Autoregulative function in the brain in an endotoxic rat shock model. Inflammation Research. 57, 542-546 (2008).
- Rozet, I., et al. Cerebral autoregulation and CO2 reactivity in anterior and posterior cerebral circulation during sevoflurane anesthesia. Anesthesia and Analgesia. 102, 560-564 (2006).
- Hudetz, A. G., Biswal, B. B., Feher, G., Kampine, J. P. Effects of hypoxia and hypercapnia on capillary flow velocity in the rat cerebral cortex. Microvascular Research. 54, 35-42 (1997).
- Shi, Y., et al. Interaction of mechanisms involving epoxyeicosatrienoic acids, adenosine receptors, and metabotropic glutamate receptors in neurovascular coupling in rat whisker barrel cortex. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 28, 111-125 (2008).
