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Neuroscience

कृन्तकों में बंद सिर हल्के दर्दनाक मस्तिष्क की चोट के प्रीक्लिनिकल मूल्यांकन के लिए कम तीव्रता वाले ब्लास्ट वेव मॉडल

Published: November 6, 2020 doi: 10.3791/61244
Automatic Translation
*1,2, *3, *4, 5, 5, 4, 6, *5, *7
1Geriatrics Research Education and Clinical Center, Veterans Affairs, 2Division of Gerontology and Geriatric Medicine, University of Washington, 3Department of Neurosurgery, University of Florida, 4Department of Neurosurgery, West Virginia University, 5Division of Pharmaceutical Sciences, University of Cincinnati, 6Central Illinois Neuro Health Sciences, Bloomington, IL, 7Neuro-research, Dallas, TX
* These authors contributed equally

Summary

हम यहां हल्के से मध्यम दर्दनाक मस्तिष्क की चोट के न्यूरोबायोलॉजिकल और pathophysiological प्रभावों की जांच करने के लिए कृन्तकों के लिए एक विस्फोट तरंग मॉडल का एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं। हमने एक गैस-संचालित, बेंच-टॉप सेटअप स्थापित किया, जो दबाव सेंसर से सुसज्जित था, जो विस्फोट-प्रेरित हल्के से मध्यम दर्दनाक मस्तिष्क की चोट के विश्वसनीय और पुन: प्रस्तुत करने योग्य पीढ़ी के लिए अनुमति देता है।

Abstract

दर्दनाक मस्तिष्क की चोट (टीबीआई) एक बड़े पैमाने पर सार्वजनिक स्वास्थ्य समस्या है। हल्के टीबीआई न्यूरोट्रॉमा का सबसे प्रचलित रूप है और संयुक्त राज्य अमेरिका में बड़ी संख्या में चिकित्सा यात्राओं के लिए जिम्मेदार है। वर्तमान में टीबीआई के लिए कोई एफडीए-अनुमोदित उपचार उपलब्ध नहीं है। सैन्य-संबंधित, विस्फोट-प्रेरित टीबीआई की बढ़ी हुई घटनाएं प्रभावी टीबीआई उपचारों की तत्काल आवश्यकता को और बढ़ाती हैं। इसलिए, नए प्रीक्लिनिकल टीबीआई पशु मॉडल जो मानव विस्फोट से संबंधित टीबीआई के पहलुओं को दोहराते हैं, हल्के से मध्यम टीबीआई के अंतर्निहित न्यूरोबायोलॉजिकल और पैथोफिजियोलॉजिकल प्रक्रियाओं के साथ-साथ टीबीआई के लिए उपन्यास चिकित्सीय रणनीतियों के विकास में अनुसंधान प्रयासों को बहुत आगे बढ़ाएंगे।

यहां हम हल्के से मध्यम विस्फोट-प्रेरित टीबीआई के आणविक, सेलुलर और व्यवहारिक प्रभावों की जांच के लिए एक विश्वसनीय, पुनरुत्पादक मॉडल प्रस्तुत करते हैं। हम लगातार परीक्षण की स्थिति सुनिश्चित करने के लिए पीजोइलेक्ट्रिक दबाव सेंसर से सुसज्जित गैस-संचालित शॉक ट्यूब से मिलकर एक बेंच-टॉप सेटअप का उपयोग करके कृन्तकों में बंद-सिर, विस्फोट-प्रेरित हल्के टीबीआई के लिए एक चरण-दर-चरण प्रोटोकॉल का वर्णन करते हैं। सेटअप के लाभ जो हमने स्थापित किए हैं, वे इसकी सापेक्ष कम लागत, स्थापना में आसानी, उपयोग में आसानी और उच्च-थ्रूपुट क्षमता हैं। इस गैर-इनवेसिव टीबीआई मॉडल के आगे के फायदों में विस्फोट शिखर ओवरप्रेशर की स्केलेबिलिटी और नियंत्रित पुन: प्रस्तुत करने योग्य परिणामों की पीढ़ी शामिल है। इस टीबीआई मॉडल की पुनरुत्पादकता और प्रासंगिकता का मूल्यांकन कई डाउनस्ट्रीम अनुप्रयोगों में किया गया है, जिसमें न्यूरोबायोलॉजिकल, न्यूरोपैथोलॉजिकल, न्यूरोफिज़ियोलॉजिकल और व्यवहार विश्लेषण शामिल हैं, जो हल्के से मध्यम टीबीआई के एटियलजि के अंतर्निहित प्रक्रियाओं के लक्षण वर्णन के लिए इस मॉडल के उपयोग का समर्थन करते हैं।

Introduction

दर्दनाक मस्तिष्क की चोट (टीबीआई) अकेले संयुक्त राज्य अमेरिका में हर साल दो मिलियन से अधिक अस्पताल यात्राओं के लिए जिम्मेदार है। हल्के टीबीआई आमतौर पर कार दुर्घटनाओं, खेल की घटनाओं, या गिरने के परिणामस्वरूप सभी टीबीआई मामलों के लगभग 80% का प्रतिनिधित्व करते हैं। हल्के टीबीआई को 'मूक रोग' माना जाता है क्योंकि रोगियों को अक्सर प्रारंभिक अपमान के बाद के दिनों और महीनों में कोई लक्षण नहीं होता है, लेकिन बाद में जीवन में गंभीर टीबीआई से संबंधित जटिलताओं को विकसित कर सकते हैं। इसके अलावा, विस्फोट-प्रेरित हल्के टीबीआई सैन्य सेवा-सदस्यों के बीच प्रचलित है, और पुरानी सीएनएस डिसफंक्शन 3,4,5,6 के साथ जुड़ा हुआ है। विस्फोट से संबंधित हल्के TBI7,8 की बढ़ती घटनाओं के कारण, हल्के TBI के साथ जुड़े neurobiological और pathophysiological प्रक्रियाओं के preclinical मॉडलिंग इस प्रकार TBI के लिए उपन्यास चिकित्सीय हस्तक्षेप के विकास में एक ध्यान केंद्रित बन गया है।

ऐतिहासिक रूप से, टीबीआई अनुसंधान ने मुख्य रूप से न्यूरोट्रॉमा के गंभीर रूपों पर ध्यान केंद्रित किया है, गंभीर मानव टीबीआई मामलों की अपेक्षाकृत कम संख्या के बावजूद। गंभीर मानव टीबीआई के लिए प्रीक्लिनिकल कृंतक मॉडल विकसित किए गए हैं, जिनमें नियंत्रित कॉर्टिकल प्रभाव (सीसीआई) 9,10 और द्रव टक्कर की चोट (एफपीआई) 11 मॉडल शामिल हैं, जो दोनों विश्वसनीय pathophysiological प्रभाव ों का उत्पादन करने के लिए अच्छी तरह से स्थापित हैं12,13। इन मॉडलों ने टीबीआई में न्यूरोइंफ्लेमेशन, न्यूरोडीजेनेरेशन और न्यूरोनल मरम्मत के बारे में आज क्या जाना जाता है, इसके लिए आधार तैयार किया है। हालांकि टीबीआई के पैथोफिजियोलॉजी का काफी ज्ञान विकसित किया गया है, वर्तमान में टीबीआई के लिए कोई प्रभावी, एफडीए-अनुमोदित उपचार उपलब्ध नहीं हैं।

हाल ही में, टीबीआई अनुसंधान का ध्यान प्रभावी चिकित्सीय हस्तक्षेप विकसित करने के अंतिम लक्ष्य के साथ टीबीआई से संबंधित विकृतियों के व्यापक स्पेक्ट्रम को शामिल करने के लिए व्यापक किया गया है। फिर भी, हल्के टीबीआई के लिए कुछ प्रीक्लिनिकल मॉडल स्थापित किए गए हैं जिन्होंने औसत दर्जे के प्रभाव दिखाए हैं, और केवल थोड़ी संख्या में अध्ययनों ने हल्के टीबीआई स्पेक्ट्रम 2,14,15 की जांच की है। जैसा कि हल्के टीबीआई सभी टीबीआई मामलों के बड़े बहुमत के लिए खाते हैं, हल्के टीबीआई के विश्वसनीय मॉडल को उपन्यास चिकित्सीय रणनीतियों को विकसित करने के लिए मानव स्थिति के एटियलजि और न्यूरोपैथोफिजियोलॉजी में अनुसंधान की सुविधा के लिए तत्काल आवश्यक है।

बायोमेडिकल इंजीनियरों और एयरोस्पेस भौतिकविदों के साथ संयोजन के रूप में, हमने हल्के से मध्यम टीबीआई के लिए एक स्केलेबल, क्लोज-हेड ब्लास्ट वेव मॉडल स्थापित किया है। इस प्रीक्लिनिकल कृंतक मॉडल को विशेष रूप से बल गतिशीलता के प्रभावों की जांच करने के लिए विकसित किया गया है, जिसमें विस्फोट तरंगें और त्वरण / मंदी आंदोलन शामिल हैं, जो सैन्य लड़ाई, खेल की घटनाओं, कार दुर्घटनाओं और गिरने में प्राप्त मानव हल्के टीबीआई से जुड़े हैं। जैसा कि विस्फोट तरंगें मनुष्यों में हल्के टीबीआई का कारण बनने वाली बल गतिशीलता के साथ सहसंबंधित हैं, इस मॉडल को एक आवेग के साथ एक सुसंगत फ्राइडलैंडर तरंग का उत्पादन करने के लिए डिज़ाइन किया गया था, जिसे पाउंड प्रति वर्ग इंच (पीएसआई) * मिलीसेकंड (एमएस) के रूप में मापा जाता है। आवेग स्तर को चूहों और चूहों के लिए परिभाषित फेफड़ों की घातकता वक्रों से नीचे गिरने के लिए स्केल किया जाता है ताकि प्रीक्लिनिकल जांच का संचालन किया जा सके16,17,18। इसके अलावा, यह मॉडल जानवर के सिर के तेजी से घूर्णी बलों के कारण तख्तापलट और contrecoup चोट की जांच के लिए अनुमति देता है। इस तरह की चोट कई प्रकार के नैदानिक टीबीआई प्रस्तुतियों के लिए अंतर्निहित है, जिसमें सैन्य और नागरिक आबादी दोनों में देखे गए लोग शामिल हैं। इसलिए, यह बहुमुखी मॉडल एक आवश्यकता को फिट करता है जिसमें टीबीआई की कई नैदानिक प्रस्तुतियों को शामिल किया गया है।

यहां प्रस्तुत प्रीक्लिनिकल मॉडल नैदानिक हल्के टीबीआई से जुड़े विश्वसनीय और पुन: प्रस्तुत करने योग्य pathophysiological परिवर्तनों का उत्पादन करता है जैसा कि कई पूर्व अध्ययनों द्वारा प्रदर्शित किया गया है17,19,20,21,22,23। इस मॉडल के साथ अध्ययन से पता चला है कि कम तीव्रता वाले विस्फोट तरंग के अधीन चूहों ने न्यूरोइन्फ्लेमेशन, अक्षीय चोट, माइक्रोवैस्कुलर क्षति, न्यूरोनल चोट से संबंधित जैव रासायनिक परिवर्तनों और अल्पकालिक प्लास्टिसिटी और सिनैप्टिक उत्तेजना में घाटे का प्रदर्शन किया। हालांकि, इस हल्के टीबीआई मॉडल ने ऊतक क्षति, रक्तस्राव, हेमेटोमा और contusion19 सहित किसी भी मैक्रोस्कोपिक न्यूरोपैथोलॉजिकल परिवर्तनों को प्रेरित नहीं किया, जो आमतौर पर मध्यम से गंभीर आक्रामक टीबीआई मॉडल 10,24 का उपयोग करके अध्ययनों में देखे गए हैं। पिछले शोध 19,21,22,23 से पता चला है कि इस प्रीक्लिनिकल मॉडल का उपयोग हल्के और मध्यम TBI17,19,20,21,22,23 के एटियलजि के अंतर्निहित न्यूरोबायोलॉजिकल और pathophysiological प्रक्रियाओं को चिह्नित करने के लिए किया जा सकता है। यह मॉडल नए चिकित्सीय यौगिकों और रणनीतियों के परीक्षण के लिए भी अनुमति देता है, साथ ही उपन्यास की पहचान, प्रभावी टीबीआई हस्तक्षेपों के विकास के लिए उपयुक्त लक्ष्य19,21,22,23।

इस मॉडल को विस्फोट तरंगों से प्रेरित प्रभावों के साथ-साथ कृन्तकों में आणविक, सेलुलर और व्यवहारिक परिणामों पर तेजी से घूर्णी बलों की जांच करने के लिए विकसित किया गया था। यहां प्रस्तुत ब्लास्ट वेव मॉडल के अनुरूप, कई प्रीक्लिनिकल मॉडल विकसित किए गए हैं जो गैस-संचालित ओवरप्रेशर तरंगों 2,14,17,25,26,27,28 का उपयोग करके हल्के से मध्यम टीबीआई को पुन: प्राप्त करने का प्रयास करते हैं। अन्य मॉडलों की कुछ सीमाओं में शामिल हैं: जानवर को एक तार-जाल गुर्नी के लिए तय किया जाता है और सिर को प्रभाव पर स्थिर किया जाता है; परिधीय अंगों को मस्तिष्क के अलावा लहर के संपर्क में लाया जाता है, जो पॉलीट्रॉमा के भ्रमित चर बनाता है; और मॉडल बड़े और स्थिर हैं, जो मानव टीबीआई की याद दिलाने वाले बेहतर मॉडल स्थितियों के लिए महत्वपूर्ण मापदंडों को बदलने और अनुकूलित करने को सीमित करता है।

इस बेंच-टॉप, गैस-संचालित शॉक ट्यूब सेटअप के लाभ अधिग्रहण और चलने वाले खर्चों के लिए इसकी सापेक्ष कम लागत के साथ-साथ स्थापना और उपयोग में आसानी भी हैं। इसके अलावा, सेटअप उच्च-थ्रूपुट ऑपरेशन और नियंत्रित पुनरुत्पादक विस्फोट तरंगों की पीढ़ी और चूहों और चूहों दोनों में विवो परिणामों में अनुमति देता है। लगातार परीक्षण स्थितियों (यानी, निरंतर विस्फोट तरंग और ओवरप्रेशर) के लिए नियंत्रण करने के लिए सेटअप दबाव सेंसर से सुसज्जित है। टीबीआई के लिए इस मॉडल के फायदों में चोट की गंभीरता की स्केलेबिलिटी शामिल है और हल्के टीबीआई को एक गैर-आक्रामक, बंद-सिर प्रक्रिया का उपयोग करके प्रेरित किया जाता है। पीक ओवरप्रेशर और बाद में मस्तिष्क की चोट एक सुसंगत स्केलेबल तरीके से मोटी पॉलिएस्टर झिल्ली के साथ बढ़ती है17। झिल्ली मोटाई के माध्यम से टीबीआई गंभीरता को मापने की क्षमता स्तर को निर्धारित करने के लिए एक उपयोगी उपकरण है, जिस पर विशिष्ट परिणाम उपाय (जैसे, न्यूरोइन्फ्लेमेशन) स्पष्ट हो जाते हैं। परिधीय अंगों के लिए सुरक्षात्मक परिरक्षण प्रदान करना, यह भी हल्के टीबीआई तंत्र में केंद्रित जांच की अनुमति देता है, जैसे कि फेफड़ों या वक्षीय चोट जैसे प्रणालीगत चोट के भ्रमित चर से बचने या कम करने के द्वारा। इसके अलावा, यह सेटअप दिशा का चयन करने की अनुमति देता है, जिसके द्वारा विस्फोट तरंग सिर पर हमला करती है / प्रवेश करती है (यानी, सिर पर, पक्ष, ऊपर या नीचे) और इसलिए विभिन्न प्रकार के टीबीआई-उत्प्रेरण अपमान की जांच की जा सकती है। यहां वर्णित हल्के से मध्यम टीबीआई को प्रेरित करने के लिए मानक प्रक्रिया तेजी से घूर्णी बलों के कारण तख्तापलट और contrecoup चोट के साथ संयोजन में विस्फोट लहर की चोट के प्रभावों का मूल्यांकन करने के लिए साइड एक्सपोजर को नियोजित करती है। इसके अलावा, विशेष रूप से विस्फोट-प्रेरित चोट की जांच करने के लिए, इस मॉडल में शीर्ष नीचे विस्फोट तरंग जोखिम को नियोजित किया जा सकता है।

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Protocol

प्रोटोकॉल सिनसिनाटी विश्वविद्यालय और वेस्ट वर्जीनिया विश्वविद्यालय के पशु देखभाल दिशानिर्देशों का पालन करता है। जानवरों से जुड़ी सभी प्रक्रियाओं को संस्थागत पशु देखभाल और उपयोग समितियों (आईएसीयूसी) द्वारा अनुमोदित किया गया था, और प्रयोगशाला जानवरों की देखभाल और उपयोग के लिए गाइड के सिद्धांतों के अनुसार किया गया था।

1. विस्फोट TBI सेटअप की स्थापना

  1. सेटअप के लिए आवश्यक सभी काम करने वाले भागों को प्राप्त करें, जिनमें शामिल हैं: स्टील संचालित और ड्राइवर अनुभाग, पॉलिएस्टर झिल्ली, बोल्ट, दबाव सेंसर, पॉलीविनाइल क्लोराइड (पीवीसी) परिधीय अंगों की रक्षा के लिए पाइप ढाल, 9.53 मिमी उच्च दबाव हाइड्रोलिक लाइन और त्वरित कनेक्ट पुरुष और महिला अनुलग्नक, उच्च प्रवाह गैस नियामक और दीवार-माउंट ब्रैकेट के साथ एक गैस सिलेंडर से युक्त शॉक ट्यूब (चित्रा 1 ए देखें, बी और सामग्री की तालिका)।
    नोट: यहां उपयोग किए जाने वाले संचालित और ड्राइवर अनुभाग के विनिर्देशों (चित्रा 2 और सामग्री की तालिका देखें) को चूहों में हल्के से मध्यम टीबीआई को प्रेरित करने के लिए एक सुसंगत अल्पकालिक स्केल किए गए विस्फोट तरंग (चित्रा 3 सी, डी देखें) का उत्पादन करने के लिए स्थापित किया गया है। इस उद्देश्य के लिए, एक टेपर-डिज़ाइन किया गया (6° टेपर) छोटा ड्राइवर अनुभाग चुना गया था। लंबाई और चालक वर्गों के व्यास विशेष रूप से अनुसंधान विस्फोट wave29,30,31,32, संपीड़न wave18, या सदमे तरंग गतिशीलता 33 करने के लिए संशोधित किया जा सकता है। चूहों के साथ प्रयोगों के लिए, शॉक ट्यूब के आयामों को प्रासंगिक शरीर स्केलिंग पैरामीटर 17 को बनाए रखने के लिए तुलनीय बलों को उत्पन्न करने के लिए अनुकूलित करने की आवश्यकता होती है (सामग्री की तालिका देखें)।
  2. मशीन स्लाइड टेबल पर सेटअप के व्यक्तिगत कामकाजी हिस्सों को स्थापित करें जो पशु प्रयोगों के लिए अनुमोदित प्रयोगशाला अंतरिक्ष में एक स्थिर, साफ सतह (अधिमानतः कृन्तकों में उपयोग के लिए स्टेनलेस स्टील) पर तय किए गए हैं।
    नोट: विस्फोट तरंग प्रयोगों शोर का एक काफी स्तर का उत्पादन; इसलिए ध्वनि अवशोषित प्रयोगशाला अंतरिक्ष के भीतर एक स्थान चुनें, जहां शोर अन्य प्रयोगों / प्रयोगशाला समूहों के साथ हस्तक्षेप नहीं करेगा।
    1. पीवीसी पाइप ढाल सदमे ट्यूब सेटअप करने के लिए लंबवत तय इतना है कि कृंतक के शरीर को पूरी तरह से कवर किया जाएगा और केवल सिर protrudes.
      नोट: यहां वर्णित हल्के से मध्यम टीबीआई को प्रेरित करने के लिए मानक प्रक्रिया के लिए, सिर का केंद्र चूहों के लिए संचालित अनुभाग के अंत से 5 सेमी स्थित है।
    2. दीवार ओएसएचए और अन्य सभी प्रासंगिक सुरक्षा नियमों के अनुसार सेटअप के करीब निकटता में गैस सिलेंडर माउंट।
      नोट: संपीड़ित हवा, हीलियम या नाइट्रोजन गैस का उपयोग आमतौर पर कृंतक शॉक ट्यूब मॉडल में विस्फोट तरंगों को उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। यहां प्रस्तुत सभी डेटा हीलियम का उपयोग करके उत्पन्न किए गए हैं, क्योंकि यह गैस कम अवधि में उच्च दबाव पैदा करती है34, जिससे मुरीन विषयों के लिए उपयुक्त स्केलिंग की अनुमति मिलती है।

2. दबाव सेंसर रिकॉर्डिंग का उपयोग कर सेटअप और विस्फोट लहर गुणों का मूल्यांकन.

  1. शॉक ट्यूब तैयार करें।
    1. ध्यान से झुकने और दरारों का उत्पादन किए बिना पॉलिएस्टर झिल्ली को काटें, ताकि लगातार टूटना सुनिश्चित किया जा सके।
    2. संचालित और ड्राइवर अनुभागों के बीच झिल्ली सम्मिलित करें. कनेक्टिंग बोल्ट को कसकर वर्गों को सुरक्षित करें।
    3. जांचें कि सिस्टम एयरटाइट है और झिल्ली ड्राइवर और संचालित वर्गों के बीच कसकर तय की गई है।
    4. एक 9.53 मिमी उच्च दबाव हाइड्रोलिक नली के माध्यम से गैस टैंक कनेक्ट करें और सदमे ट्यूब के लिए त्वरित कनेक्ट अनुलग्नक
      नोट: ड्राइवर और संचालित अनुभागों को वर्गों के बीच झिल्ली की पूरी मुहर को वहन करने के लिए सटीक सहिष्णुता के लिए मशीनीकृत किया जाता है। यह कोई गैस रिसाव के लिए अनुमति देता है और gasket / o-रिंग सामग्री के किसी भी रूप के उपयोग को रोकता है और उत्पन्न तरंग में अधिक स्थिरता के लिए अनुमति देता है।
  2. विस्फोट तरंगों की निगरानी के लिए दबाव सेंसर स्थापित करें ( चित्रा 1 सी देखें)।
    1. सिर प्लेसमेंट क्षेत्र में एक दबाव सेंसर की स्थिति, और शॉक ट्यूब के निकास पर तीन सेंसर ( चित्रा 1 सी और 2 देखें)।
    2. विस्फोट लहर निष्पादन से ठीक पहले, दबाव सेंसर से रिकॉर्डिंग शुरू करें। एक सेंसर सिग्नल कंडीशनर और डेटा अधिग्रहण बोर्ड का उपयोग करके 500,000 फ्रेम प्रति सेकंड पर दबाव तरंग डेटा रिकॉर्ड करें ( सामग्री की तालिका देखें)।
      नोट: पर्याप्त सुनवाई सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए OHSA-अनुमोदित इयरमफ पहनें।
    3. संपीड़ित गैस टैंक के मुख्य वाल्व को पूरी तरह से खोलें ताकि गैस प्रवाह को अचानक, तेजी से दबाव स्पाइक का उत्पादन करने की अनुमति मिल सके।
      नोट: गैस overpressure पॉलिएस्टर झिल्ली टूटने के लिए एक सदमे की लहर है कि संचालित अनुभाग के भीतर एक संपीड़न लहर में संक्रमण और सिर प्लेसमेंट क्षेत्र की दिशा में ट्यूब से बाहर निकलता है जारी करने के लिए.
    4. प्रक्रिया के तुरंत बाद गैस प्रवाह को बंद कर दें।
      नोट: सेटअप स्वचालित रूप से और तेजी से गैस प्रवाह को रोकने के लिए एक वसंत वापसी वाल्व के साथ सुसज्जित किया जा सकता है।
    5. पीक ओवरप्रेशर और ग्राफ डेटा निर्धारित करने के लिए कस्टम लिखित कंप्यूटर प्रोग्राम का उपयोग करके दबाव तरंग रिकॉर्डिंग का विश्लेषण करें। डेटा को प्रत्येक सेंसर के साथ व्यक्तिगत रूप से ग्राफ किया जा सकता है या उत्पन्न तरंग की प्लैनरिटी को प्रदर्शित करने के लिए एक-दूसरे पर ओवरलेड किया जा सकता है (चित्रा 3 सी, डी देखें)।
      नोट: विश्लेषण तकनीकी रूप से अधिक आसानी से उपलब्ध सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके किया जा सकता है, लेकिन बड़े डेटा सेट के कारण, इन कार्यक्रमों में भूखंडों को उत्पन्न करने में लंबी देरी होती है।
  3. प्रयोगात्मक स्थितियों को स्थापित करें जो नामित टीबीआई अध्ययन के उद्देश्य के लिए पर्याप्त हैं, और पुष्टि करते हैं कि मॉडल एक फ्रीडलैंडर तरंग के बराबर एक चरम अति-दबाव, अवधि और आवेग माप के साथ एक सुसंगत विस्फोट लहर पैदा करता है ( चित्रा 3 देखें)। उपरोक्त कंप्यूटर सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके इन पैरामीटर्स को सत्यापित करें।
    1. 2.1.1 चरणों को दोहराकर सेटअप कैलिब्रेट करें। 2.2.5 के लिए। और यह निर्धारित करने के लिए दबाव तरंग रिकॉर्डिंग का उपयोग करें कि सेटअप को समायोजन की आवश्यकता है या नहीं (प्रतिनिधि डेटा के लिए चित्रा 3 देखें)।
    2. सेटअप को संशोधित करें (यदि आवश्यक हो).
      नोट:: विस्फोट तरंग गुण सेटअप के मामूली संशोधनों द्वारा समायोजित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, संचालित अनुभाग के अंत तक सिर की दूरी सिर के स्तर पर विस्फोट तरंग बल को प्रभावित करती है। पॉलिएस्टर झिल्ली की मोटाई चोटी के ओवरप्रेशर के स्तर को निर्धारित करती है, जिसमें मोटी झिल्ली चोटी के स्तर में वृद्धि करती है (चित्रा 3 ए, बी देखें)। इसके अतिरिक्त, सेटअप उस दिशा का चयन करने की अनुमति देता है जिसके द्वारा विस्फोट तरंग सिर पर हमला करती है / प्रवेश करती है (यानी, सिर पर, पक्ष, ऊपर या नीचे) और इसलिए विभिन्न पहलुओं की जांच की जा सकती है, जैसे कि विस्फोट लहर की चोट अकेले या तेजी से घूर्णी बलों के कारण तख्तापलट और contrecoup चोट के साथ संयोजन में।
    3. वांछित विस्फोट तरंग गुण (यदि आवश्यक हो) और पुनरुत्पादन के लिए नियंत्रण स्थापित करने के लिए चरण 2.1.1 से 2.2.4 को दोहराएँ।
    4. सेटअप की स्केलेबिलिटी का मूल्यांकन करने के लिए विभिन्न मोटाई के पॉलिएस्टर झिल्ली के साथ चरण 2.1.1 से 2.2.4 तक दोहराएँ (प्रतिनिधि डेटा के लिए चित्र 3A, B देखें)।

3. प्रयोगात्मक सेटअप की तैयारी और कृन्तकों में हल्के टीबीआई के प्रेरण

नोट: TBI प्रयोगों की शुरुआत से पहले 30 मिनट से 1 ज तक रखने के लिए कृन्तकों को स्थानांतरित करने के लिए acclimatize. प्रक्रिया के शोर से कम से कम प्रभावित होने वाले होल्डिंग क्षेत्र का चयन करें।

  1. प्रयोग के लिए आवश्यक सभी सामग्रियों को तैयार करें और उचित स्थापना के लिए सेटअप की जांच करें (उदाहरण के लिए, अध्ययन के उद्देश्य के अनुसार मापदंडों को समायोजित करें) (~ 5 - 10 मिनट)।
    नोट: चोट गंभीरता पॉलिएस्टर झिल्ली की मोटाई का चयन करके समायोजित किया जा सकता है। हमारे अध्ययनों के आधार पर, 25.4 से 102 μm की झिल्ली मोटाई का उपयोग चूहों में हल्के से मध्यम TBI के लिए किया जाता है35। हमने पहले 76.2 से 127 μm की मोटाई के साथ झिल्ली का उपयोग किया है ताकि चूहों में हल्के से मध्यम टीबीआई का उत्पादन किया जा सके।
    1. ध्यान से पॉलिएस्टर झिल्ली को काटें, इसे संचालित और ड्राइवर वर्गों के बीच डालें और कनेक्टिंग बोल्ट को कसकर सुरक्षित करें।
    2. त्वरित रिलीज फिटिंग के उपयोग के माध्यम से शॉक ट्यूब के लिए गैस टैंक कनेक्ट करें। सुनिश्चित करें कि झिल्ली को ड्राइवर और संचालित वर्गों के बीच कसकर तय किया गया है।
    3. शॉक ट्यूब के निकास पर तीन दबाव सेंसर रखें, 120 डिग्री के अलावा, टीबीआई प्रेरण के दौरान विस्फोट तरंग गुणों की निगरानी करने के लिए जैसा कि चरण 2.2.2 और 2.2.5 में वर्णित है।
    4. सुनिश्चित करें कि शॉक ट्यूब उपकरण के अंत से दूरी स्थापित माइक्रोमीटर का उपयोग करके प्रत्येक संबंधित विषय के लिए सही है। लगातार चोट के मूल्यांकन के लिए अनुमति देने के लिए अध्ययन के भीतर कृंतक के सिर (यानी, स्थिति, दूरी) की स्थिति को स्थिर रखें।
      नोट: जैसा कि 1.2.1. में कहा गया है, विभिन्न प्रकार की चोट को दिशा का चयन करके प्रेरित किया जा सकता है, जिसमें विस्फोट तरंग सिर को प्रभावित करती है। यहां वर्णित हल्के से मध्यम टीबीआई को प्रेरित करने की प्रक्रिया के लिए, शरीर को शॉक ट्यूब के लंबवत रखा जाता है कि विस्फोट तरंग सिर के पक्ष को प्रभावित करती है। इस सेटिंग में, सिर को मुक्त गतिशीलता की अनुमति दी जाती है और इसलिए विस्फोट लहर और तेजी से घूर्णी बलों के संपर्क में आता है जो तख्तापलट और contrecoup प्रभाव की पीढ़ी की अनुमति देता है।
    5. सॉफ़्टवेयर के ग्राफ़िकल यूजर इंटरफ़ेस (GUI) का उपयोग करके दबाव सेंसर से रिकॉर्डिंग प्रारंभ करें.
  2. संज्ञाहरण और सेटअप में कृन्तकों की स्थिति
    1. होल्डिंग रूम से कृन्तकों को स्थानांतरित करें और ऑक्सीजन में 4% आइसोफ्लुरेन के साथ संज्ञाहरण को प्रेरित करें और संकट और दर्द को कम करने के लिए ऑक्सीजन में 2% आइसोफ्लुरेन के साथ बनाए रखें।
      नोट: सुनिश्चित करें कि आगे बढ़ने से पहले जानवर पैर की अंगुली या पूंछ चुटकी के लिए गैर-उत्तरदायी है। सुनिश्चित करें कि संज्ञाहरण का प्रेरण सभी प्रयोगात्मक जानवरों के लिए सुसंगत है, जिसमें शाम नियंत्रण शामिल हैं। इस प्रक्रिया के लिए संज्ञाहरण के निम्न-स्तर और छोटी अवधि की आवश्यकता होती है।
    2. विस्फोट लहर से परिधीय अंगों की रक्षा करने के लिए कुशनिंग के साथ पीवीसी पाइप ढाल में पूरी तरह से anesthetized कृंतक जगह।
      नोट: नियंत्रण विषयों anesthetized हैं और सेटअप के लिए निकटता में रखा है, लेकिन सीधे विस्फोट लहर के अधीन नहीं हैं। सुनिश्चित करें कि नियंत्रण शॉक ट्यूब द्वारा उत्पन्न शोर के अधीन हैं।
    3. सिर प्लेसमेंट क्षेत्र के भीतर कृंतक के सिर को रखें और इसे नीचे से समर्थन दें, या तो सीधे परिरक्षण उपकरण या एक धुंध पैड में बनाए गए समर्थन द्वारा। प्रत्येक व्यक्तिगत कृंतक की शारीरिक रचना के अनुसार सिर संरेखण निर्धारित करें, जिसमें ओसीसीपटल कोंडिल सुरक्षात्मक परिरक्षण के किनारे के साथ संरेखित होता है।
      नोट: मृत्यु दर को कम करने के लिए सीधे ब्रेनस्टेम की ओर दबाव तरंग को निर्देशित करने से बचें। ब्रेनस्टेम और गर्भाशय ग्रीवा रीढ़ की हड्डी के श्वसन केंद्र में चोट को सांस लेने की असामान्यताओं और यहां तक कि TBI36,37,38 के कृंतक मॉडल में मृत्यु में योगदान करने के लिए जाना जाता है।
  3. विस्फोट तरंग के लिए कृन्तकों का एक्सपोजर।
    1. संपीड़ित गैस टैंक के मुख्य वाल्व को तेजी से खोलें ताकि एक दबाव स्पाइक का उत्पादन किया जा सके जो झिल्ली को तोड़ता है और एक जोरदार विस्फोट का उत्पादन करता है जो दबाव तरंग की पीढ़ी की पुष्टि करता है। प्रयोग के बाद हटाए जाने पर झिल्ली नेत्रहीन रूप से टूट जाएगी।
      नोट: एक उच्च गति कैमरे का उपयोग आगे के विश्लेषण के लिए कृंतक द्वारा अनुभव किए गए घूर्णी त्वरण के तख्तापलट और contrecoup प्रभावों को कैप्चर करने के लिए किया जा सकता है।
    2. विस्फोट की आवाज सुनने के तुरंत बाद गैस के प्रवाह को बंद कर दें।
  4. विस्फोट तरंग जोखिम से वसूली
    1. विस्फोट तरंग जोखिम के बाद, उपकरण से कृंतक को हटा दें और एक सपाट सतह पर सीधे उनकी तरफ शॉक ट्यूब से सटे जगह पर रखें।
    2. राइटिंग रिफ्लेक्स समय (RRT) निर्धारित करने के लिए विषयों की निगरानी करें. विस्फोट तरंग जोखिम से समय रिकॉर्ड करने के लिए एक स्टॉपवॉच का उपयोग करें जब तक कि वे अंतर्निहित राइटिंग रिफ्लेक्स को पुनः प्राप्त न करें। ( चित्र 4A देखें)।
    3. जैसे ही विषयों को अपने दाहिने पलटा को पुनः प्राप्त होता है, उन्हें अपने संबंधित घर के पिंजरे में रखें जहां उन्हें अगले 24 घंटे के लिए प्रतिकूल प्रतिक्रियाओं (यानी, दौरे, सांस लेने में कठिनाई, शारीरिक छिद्र से रक्तस्राव) के लिए निगरानी की जाती है।
    4. प्रारंभिक निगरानी अवधि के बाद, विषयों का विश्लेषण विभिन्न जैव रासायनिक, न्यूरोपैथोलॉजिकल, न्यूरोफिज़ियोलॉजिकल और शोधकर्ता के चयन के व्यवहारिक assays का उपयोग करके किया जा सकता है (नीचे देखें)।
  5. सेटअप और अगले प्रयोग के लिए कमरा तैयार करें।
    1. गंध को दूर करने के लिए डिटर्जेंट के साथ सेटअप साफ करें।

4. विस्फोट लहर / घूर्णी बलों और नियंत्रण के संपर्क में कृन्तकों के लिए डाउनस्ट्रीम अनुप्रयोगों

नोट: पिछले अध्ययनों में, विस्फोट तरंग और घूर्णी बलों के संपर्क में आने के बाद विभिन्न समय बिंदुओं पर हल्के से मध्यम टीबीआई के प्रभावों का मूल्यांकन जैव रासायनिक, न्यूरोपैथोलॉजिकल, न्यूरोफिज़ियोलॉजिकल और व्यवहार विश्लेषण सहित डाउनस्ट्रीम अनुप्रयोगों का उपयोग करके कृन्तकों में किया गया था।

  1. जैव रासायनिक विश्लेषण
    1. परिभाषित प्रयोगात्मक समय बिंदुओं (हल्के टीबीआई के बाद के घंटों से दिनों तक), फसल ऊतक (जैसे, मस्तिष्क, रक्त) जैव रासायनिक विश्लेषण के लिए मानक प्रोटोकॉल का उपयोग करके वर्णित 19।
    2. न्यूरोबायोलॉजिकल और pathophysiological प्रक्रियाओं पर हल्के TBI के प्रभाव का आकलन करने के लिए जैव रासायनिक विश्लेषण (यानी, immunoblotting, ELISA, आदि) के लिए ऊतक का उपयोग करें।
  2. न्यूरोपैथोलॉजिकल विश्लेषण
    1. परिभाषित प्रयोगात्मक समय बिंदुओं (हल्के टीबीआई के बाद के घंटों से दिनों तक) पर, कृन्तकों को खारा समाधान के साथ ट्रांसकार्डियल रूप से परफ्यूज किया जाता है, जिसके बाद वर्णित 19 के रूप में ऊतक को ठीक करने के लिए 4% पैराफॉर्मेल्डिहाइड समाधान होता है।
      नोट: कुछ अनुप्रयोगों paraformaldehyde निर्धारण के साथ संगत नहीं कर रहे हैं (उदाहरण के लिए, चांदी धुंधला, immunohistochemistry के लिए कुछ एंटीबॉडी).
    2. हल्के टीबीआई से जुड़े न्यूरोपैथोलॉजिकल परिवर्तनों का आकलन करने के लिए शारीरिक, हिस्टोलॉजिकल और आणविक विश्लेषणों के लिए परफ्यूज्ड, निश्चित ऊतक का उपयोग करें, जिसमें न्यूरोइंफ्लेमेशन, न्यूरोडीजेनेरेशन और न्यूरोकेमिकल परिवर्तन शामिल हैं जैसा कि वर्णित 19 है।
  3. मस्तिष्क स्लाइस में न्यूरोफिज़ियोलॉजिकल विश्लेषण
    1. परिभाषित प्रयोगात्मक समय बिंदुओं पर (हल्के टीबीआई के बाद के घंटों से दिन), विच्छेदन द्वारा कृन्तकों का बलिदान करें, मस्तिष्क को हटा दें और वर्णित 19 के रूप में मस्तिष्क स्लाइस तैयार करें।
    2. बेसल सिनैप्टिक गुणों और सिनैप्टिक प्लास्टिसिटी पर हल्के टीबीआई के प्रभाव का आकलन करने के लिए वर्णित 19 के रूप में इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल रिकॉर्डिंग करें।
  4. व्यवहार विश्लेषण
    1. परिभाषित प्रयोगात्मक समय बिंदुओं (हल्के टीबीआई के बाद के घंटों में), मोटर फ़ंक्शन (जैसे, खुले क्षेत्र, रोटारोड, लोकोमोटर गतिविधि; चित्रा 4 डी देखें) और सीखने और स्मृति (जैसे, डर कंडीशनिंग, बार्न्स भूलभुलैया, मॉरिस पानी की भूलभुलैया) सहित व्यवहार प्रदर्शन का मूल्यांकन करें।

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Representative Results

विस्फोट तरंग सेटअप की स्केलेबिलिटी का परीक्षण तीन अलग-अलग झिल्ली मोटाई, 25.4, 50.8 और 76.2 μm का उपयोग करके किया गया था। चोटी के दबाव के स्तर का मूल्यांकन सिर प्लेसमेंट क्षेत्र और पीजोइलेक्ट्रिक दबाव सेंसर का उपयोग करके शॉक ट्यूब उपकरण के निकास पर किया गया था (चित्रा 1 और चित्रा 2 देखें)। शिखर दबाव दोनों सेंसर स्थानों (चित्रा 3 ए, बी) पर झिल्ली की मोटाई के साथ सामंजस्य में वृद्धि होती है, यह दर्शाता है कि चोटी का दबाव प्रकृति में स्केलेबल है। सेटअप की इस संपत्ति को सिस्टम को कैलिब्रेट करने और चरण 2.3 में वर्णित इसकी स्केलेबिलिटी का आकलन करने के लिए शोषण किया जा सकता है।

विवो में विस्फोट-प्रेरित टीबीआई के प्रभावों का मूल्यांकन करने के लिए, वयस्क, 3 महीने के, पुरुष, जंगली-प्रकार के C57Bl / 6J चूहों को इस सेटअप (चित्रा 1 और चित्रा 2) द्वारा उत्पादित विस्फोट तरंगों के संपर्क में लाया गया था, यहां वर्णित प्रोटोकॉल का उपयोग करके। सबसे पहले, दो अलग-अलग झिल्ली मोटाई (50.8 और 76.2 μm) या राइटिंग रिफ्लेक्स टाइम (RRT) पर शाम उपचार के साथ उत्पादित विस्फोट तरंगों के प्रभावों का आकलन किया गया था (चित्रा 4 ए)। संज्ञाहरण के बाद चूहों की विलंबता पूरी तरह से खुद को सही करने के लिए (जमीन पर 4 पंजे) यहां आरआरटी के रूप में निर्धारित की जाती है। चूहों को आइसोफ्लुरेन (सुसंगत, लघु और हल्के संज्ञाहरण) का उपयोग करके एनेस्थेटिक किया गया था और फिर टीबीआई प्रेरण या शाम उपचार से गुजरना पड़ा। चोट के तुरंत बाद, चूहों को ठीक होने की अनुमति दी गई थी और राइटिंग रिफ्लेक्स को फिर से हासिल करने का समय दर्ज किया गया था। चूहों कि 76.2 μm झिल्ली के साथ उत्पादित एक विस्फोट लहर के संपर्क में थे, एक ही संज्ञाहरण प्रक्रिया (चित्रा 4A) से गुजरे शाम नियंत्रण की तुलना में RRT में एक महत्वपूर्ण वृद्धि का प्रदर्शन किया, यह सुझाव देते हुए कि यह विस्फोट तरंग चेतना के नुकसान को प्रेरित करती है। इसके विपरीत, 50.8 μm झिल्ली से एक विस्फोट तरंग के संपर्क में आने वाले चूहों ने RRT (चित्रा 4A) में कोई महत्वपूर्ण वृद्धि नहीं की, जो टीबीआई के हल्के रूप का संकेत है। एक मानक 76.2 μm पॉलिएस्टर झिल्ली के टूटने के परिणामस्वरूप लगभग 160 पीएसआई की एक छोटी अवधि की विस्फोट लहर की तेजी से पीढ़ी होती है (चित्रा 3 सी), जो विषय के क्रैनियम के बाईं ओर प्रयोगात्मक प्रक्रिया के दौरान उजागर होती है।

कृन्तकों में विस्फोट तरंग और घूर्णन बलों के संपर्क में आने के बाद होने वाले अल्पकालिक शारीरिक प्रभाव वर्तमान में अच्छी तरह से विशेषता नहीं हैं। इस मॉडल से विस्फोट तरंग जोखिम और घूर्णी बलों के तीव्र प्रभावों को चित्रित करने के लिए, हमने कोर शरीर के तापमान विनियमन और शरीर के वजन का आकलन किया। वयस्क, 3 महीने के, पुरुष जंगली प्रकार के C57Bl / 6J चूहों के तापमान और शरीर के वजन को टीबीआई प्रेरण के बाद दर्ज किया गया था। बेसलाइन कोर शरीर के तापमान और शरीर के वजन को टीबीआई प्रक्रिया या शाम उपचार से पहले चूहों में दर्ज किया गया था। 76.2 μm झिल्ली के साथ उत्पादित एक विस्फोट तरंग के संपर्क में उनके शाम नियंत्रण (चित्रा 4 बी) की तुलना में टीबीआई-प्रेरित चूहों में पहले घंटे के दौरान शरीर के तापमान में काफी कमी आई, जो टीबीआई प्रेरण द्वारा उत्पादित एक महत्वपूर्ण शारीरिक प्रभाव का संकेत है। लगातार, 76.2 μm झिल्ली का उपयोग करके टीबीआई के अधीन चूहों ने शाम (चित्रा 4 सी) की तुलना में कुल शरीर के वजन में एक तीव्र, समय निर्भर अभी तक महत्वपूर्ण कमी का प्रदर्शन किया।

व्यवहारिक परिणामों पर टीबीआई के प्रभाव की जांच करने के लिए, तीव्र लोकोमोटर गतिविधि पर विस्फोट-प्रेरित टीबीआई के प्रभाव का विश्लेषण किया गया था (चित्रा 4 डी)। वयस्क, 3 महीने के, पुरुष C57Bl / 6J चूहों ने 76.2 μm झिल्ली या शाम उपचार का उपयोग करके टीबीआई प्रेरण किया और लोकोमोटर गतिविधि को 30 मिनट के लिए तीन घंटे के बाद टीबीआई की निगरानी की गई। 76.2 μm झिल्ली के साथ उत्पादित एक विस्फोट तरंग के संपर्क में आने के परिणामस्वरूप लोकोमोटर गतिविधि (चित्रा 4 डी) में तीव्र, महत्वपूर्ण कमी आई।

Figure 1
चित्रा 1: मुरीन विस्फोट तरंग मॉडल का सेटअप। (A-C) चूहों के लिए विस्फोट लहर मॉडल के सेटअप के प्रतिनिधि छवियों. सेटअप (A) का साइड व्यू. सेटअप (B) का शीर्ष दृश्य. 1, एक उच्च प्रवाह गैस नियामक के साथ गैस सिलेंडर; 2, 9.53 मिमी उच्च दबाव हाइड्रोलिक लाइन और त्वरित कनेक्ट पुरुष और महिला अनुलग्नक; 3, सदमे ट्यूब के चालक अनुभाग; 4, सदमे ट्यूब के संचालित अनुभाग; 5, पीवीसी पाइप ढाल; 6, सिर प्लेसमेंट क्षेत्र; 7, पॉलिएस्टर झिल्ली. सेटअप के अलग-अलग हिस्सों को मशीन स्लाइड तालिकाओं पर स्थापित किया जाता है जो चोट प्रेरण से गुजरने वाले विषय के संबंध में ड्राइवर (3) और संचालित अनुभागों (4) की सटीक स्थिति के लिए अनुमति देता है। (सी) दबाव सेंसर प्लेसमेंट के साथ सेटअप का शीर्ष दृश्य। तीन सेंसर शॉक ट्यूब के निकास पर एक विमान में स्थित हैं, 120 डिग्री अलग (एस 1 - एस 3), टीबीआई प्रेरण के दौरान विस्फोट तरंग गुणों की निगरानी करने के लिए। एक सेंसर हेड प्लेसमेंट एरिया (S4) पर स्थापित किया गया है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 2
चित्रा 2: मुरीन ओवरप्रेशर शॉक ट्यूब की योजनाबद्ध। परिशुद्धता-मशीनीकृत शॉक ट्यूब उच्च तन्यता स्टील से बना है। ड्राइवर अनुभाग का आंतरिक स्थान 6 डिग्री पर कोण है। ड्राइवर और संचालित अनुभाग का आंतरिक व्यास 37 मिमी है। चालक-चालित वर्गों की संभोग सतहों को पूर्ण सील सुनिश्चित करने के लिए सटीक-मशीनीकृत किया जाता है। पूरे शॉक ट्यूब औद्योगिक रूप से एक मशीन स्लाइड टेबल पर clamped है ठोस बढ़ते और विस्फोट लहर पीढ़ी की स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए. संचालित अनुभाग के निकास पर छेद ड्रिल किए जाते हैं (एक विमान में, 120 डिग्री के अलावा) तीन दबाव सेंसर (* द्वारा इंगित) स्थापित करने के लिए। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 3
चित्रा 3: मुरीन विस्फोट तरंग सेटअप से दबाव रिकॉर्डिंग. (A, B) शिखर दबाव स्केलेबल है और पॉलिएस्टर झिल्ली मोटाई पर निर्भर करता है। दबाव सेंसर का उपयोग हीलियम गैस और पॉलिएस्टर झिल्ली के साथ शॉक ट्यूब द्वारा उत्पादित पीक दबावों को रिकॉर्ड करने के लिए किया गया था, जो 25.4, 50.8 या 76.2 μm मोटाई के थे। (ए) हेड प्लेसमेंट क्षेत्र में, 25.4 μm झिल्ली के साथ उत्पादित औसत शिखर दबाव 428 ± 15.9 kPa था, जिसमें 50.8 μm झिल्ली 637 ± 21.4 kPa और 76.2 μm झिल्ली 1257 ± 40.7 kPa (SEM, n = 7-12, एक तरफा ANOVA के बाद पोस्ट-हॉक डुनेट के तुलना परीक्षण, *** P ≤ 0.001) था। (बी) शॉक ट्यूब के निकास पर, 25.4 μm झिल्ली के साथ दर्ज किया गया औसत शिखर दबाव 164 ± 11.7 kPa था, जिसमें 50.8 μm झिल्ली 232 ± 11.7 kPa और 76.2 μm झिल्ली 412 ± 11.0 kPa (SEM, n = 7-12, एक तरफा ANOVA के बाद पोस्ट-हॉक डुनेट की तुलना परीक्षण, ** P ≤ 0.01, ** P ≤ ≤ 0.01) के बाद। (सी) एक 76.2 μm झिल्ली का उपयोग कर सिर प्लेसमेंट क्षेत्र (घटना संवेदक) पर सेंसर से दबाव रिकॉर्डिंग का प्रतिनिधि ग्राफ। तरंग एक फ्राइडलैंडर तरंग के समान है, जो मुरीन विषयों के लिए समय / अवधि में स्केल किया गया है। (घ) संचालित अनुभाग के भीतर तरंग की रैखिकता/चरण को निर्धारित करने के लिए संचालित अनुभाग के अंत में स्थित 3 अलग-अलग सेंसरों से दबाव रिकॉर्डिंग का प्रतिनिधि ग्राफ। सभी तीन सेंसर (120 डिग्री के अलावा स्थित) एक समान वृद्धि / गिरावट की अवधि दिखाते हैं जो यह दर्शाता है कि संचालित अनुभाग को छोड़ने वाला तरंग संचालित अनुभाग के भीतर क्रॉस-सेक्शन में समान है। विस्फोट तरंग एक 76.2 μm झिल्ली का उपयोग कर उत्पन्न किया गया था। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 4
चित्रा 4: विस्फोट-प्रेरित टीबीआई के विवो प्रभावों में तीव्र। (ए) मध्यम टीबीआई, लेकिन हल्के टीबीआई नहीं सही रिफ्लेक्स समय (आरआरटी) को बढ़ाता है। वयस्क, 3 महीने के, पुरुष, जंगली प्रकार के C57Bl / 6J चूहों को हीलियम गैस और पॉलिएस्टर झिल्ली के साथ शॉक ट्यूब का उपयोग करके 50.8 या 76.2 μm मोटाई या शाम उपचार के साथ टीबीआई प्रक्रियाओं के अधीन किया गया था। चोट या शाम उपचार के तुरंत बाद, चूहों को ठीक होने की अनुमति दी गई थी और आरआरटी दर्ज किया गया था। 50.8 μm झिल्ली या शाम उपचार के साथ TBI प्रेरण RRT के तुलनीय स्तर का प्रदर्शन किया। इसके विपरीत, 76.2 μm झिल्ली का उपयोग करके TBI प्रेरण RRT को बढ़ाता है, जो 76.2 μm झिल्ली (SEM, n = 4-10, शाम RRT = 35.6 ± 2.0 s, 50.8 μm झिल्ली RRT = 43.0 ± 4.3 s और 76.2 μm झिल्ली RRT = 254.0 ± 40.2 s के साथ विस्फोट तरंग द्वारा प्रेरित चेतना के नुकसान का संकेत देता है, एक-तरफ़ा ANOVA के बाद की तुलना परीक्षण, एक-तरफ़ा एनोवा के बाद, एक-तरफ़ा परीक्षण के बाद, एक-तरफ़ा एनोवा के बाद, एक-तरह से एनवीएनवी के बाद, एक-तरह से एनडब्ल्यूएनवी के बाद, एक-तरह से एनडब्ल्यूएनवी के बाद, एक-तरह से एनवीएनडब्ल्यू के बाद, एक-तरह से एनवीएनडब्ल्यूटी के बाद, एक-तरह से एनवीएनवी के बाद, एक-तरह से, 40.2 एस के बाद, एक-तरह से एनोवा की तुलना की जाती है। पी ≤ 0.001)। (बी) मध्यम टीबीआई काफी और क्षणिक रूप से कोर शरीर के तापमान को कम करता है। वयस्क, 3 महीने के, पुरुष, जंगली प्रकार के C57Bl / 6J चूहों को 76.2 μm झिल्ली या शाम उपचार के साथ TBI प्रेरण के अधीन किया गया था। उनके शरीर का मुख्य तापमान दो घंटे के लिए दर्ज किया गया था। बेसलाइन कोर शरीर का तापमान टीबीआई प्रेरण से पहले दर्ज किया गया था। 76.2 μm झिल्ली के साथ ब्लास्ट-प्रेरित टीबीआई पहले घंटे के बाद टीबीआई के भीतर कोर शरीर के तापमान में एक महत्वपूर्ण गिरावट के साथ जुड़ा हुआ है। (SEM, n = 10, दो तरह से दोहराए गए उपाय ANOVA, पोस्ट-हॉक बोनफेरोनी के कई तुलना परीक्षणों के बाद, ** पी ≤ 0.01, *** पी ≤ 0.001)। (सी) मध्यम टीबीआई के परिणामस्वरूप शरीर के वजन में क्षणिक कमी होती है। वयस्क, 3 महीने के, पुरुष C57Bl / 6J चूहों को 76.2 μm झिल्ली या शाम उपचार का उपयोग करके TBI प्रक्रियाओं के अधीन किया गया था। इसके बाद, शरीर के वजन को 5 दिनों के लिए दर्ज किया गया था। कुल शरीर का वजन काफी कम हो गया था एक दिन के बाद-टीबीआई (एसईएम, एन = 7, दो-तरफा दोहराए गए उपाय एनोवा के बाद पोस्ट-हॉक बोनफेरोनी के कई तुलना परीक्षण, * पी ≤ 0.05)। (घ) मध्यम टीबीआई के परिणामस्वरूप लोकोमोटर गतिविधि में तीव्र कमी आती है। वयस्क, 3 महीने के, पुरुष C57Bl / 6J चूहों को 76.2 μm झिल्ली या शाम उपचार का उपयोग करके TBI प्रक्रियाओं के अधीन किया गया था। तीन घंटे के बाद टीबीआई लोकोमोटर गतिविधि को 30 मिनट के लिए ट्रैक किया गया था और वीडियो ट्रैकिंग सॉफ्टवेयर (SEM, n = 9-11, unpaired two-tailed t-test, ** P = 0.01) का उपयोग करके परिमाणित किया गया था। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

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Discussion

हम यहां एक प्रीक्लिनिकल हल्के टीबीआई मॉडल प्रस्तुत करते हैं जो लागत प्रभावी, स्थापित करने और निष्पादित करने में आसान है, और उच्च-थ्रूपुट, विश्वसनीय और पुन: प्रस्तुत करने योग्य प्रयोगात्मक परिणामों की अनुमति देता है। यह मॉडल परिधीय अंगों को सुरक्षात्मक परिरक्षण प्रदान करता है ताकि प्रणालीगत चोट के भ्रमित चर को सीमित करते हुए हल्के टीबीआई तंत्र में केंद्रित जांच की अनुमति दी जा सके। इसके विपरीत, अन्य विस्फोट मॉडल परिधीय अंगों को नुकसान पहुंचाने के लिए जाने जाते हैं2,39,40। इस मॉडल का एक और लाभ अन्य विस्फोट मॉडल40 में निश्चित स्थिति की तुलना में किसी भी वांछित कोण से विस्फोट तरंग को वितरित करने की क्षमता है। यह मस्तिष्क भेद्यता को बेहतर ढंग से समझने के लिए केंद्रित शारीरिक अध्ययनों की अनुमति देता है।

मानव विस्फोट से संबंधित टीबीआई का अध्ययन करने के लिए, टीबीआई के लिए एक प्रासंगिक मॉडल को टीबीआई प्रेरण के दौरान विषयों द्वारा अनुभव किए गए लोगों के तुलनीय बायोमैकेनिकल बलों का उत्पादन करना चाहिए। एक चिकित्सकीय रूप से प्रासंगिक मॉडल को हल्के टीबीआई से पीड़ित विषयों में देखे गए न्यूरोबायोलॉजिकल, पैथोफिजियोलॉजिकल और व्यवहारिक परिणामों को भी प्रेरित करना चाहिए। पिछले अध्ययनों में, यहां प्रस्तुत ब्लास्ट वेव मॉडल की पूरी तरह से जांच की गई है17,19,21, और मानव टीबीआई की याद दिलाने वाले कई बायोफिजिकल और न्यूरोबायोलॉजिकल पहलुओं, जिसमें ब्लास्ट वेव डायनेमिक्स और बल, न्यूरोइंफ्लेमेशन, अक्षीय चोट और माइक्रोवैस्कुलर क्षति शामिल हैं, का मूल्यांकन किया गया है। इन अध्ययनों ने सबूत प्रदान किए हैं कि टीबीआई के लिए यह प्रीक्लिनिकल ब्लास्ट वेव मॉडल नैदानिक टीबीआई से जुड़े विश्वसनीय और पुनरुत्पादक न्यूरोबायोलॉजिकल और पैथोफिजियोलॉजिकल परिवर्तनों का उत्पादन करता है।

इसके अलावा, सैन्य आबादी 7,8 के भीतर हल्के विस्फोट टीबीआई की बढ़ी हुई घटनाओं के साथ, हल्के मानव टीबीआई के लिए यह बहुमुखी कृंतक मॉडल शोधकर्ताओं को विस्फोट से संबंधित टीबीआई के अंतर्निहित प्रक्रियाओं की जांच करने और उपन्यास चिकित्सीय रणनीतियों का पता लगाने के लिए एक मूल्यवान उपकरण प्रदान करता है। उदाहरण के लिए, हमारा मॉडल न्यूरोवैस्कुलर जटिलताओं को दर्शाता है, और एक आशाजनक चिकित्सीय दृष्टिकोण 22,23,35 के रूप में संवहनी हस्तक्षेप के लिए महत्व पर प्रकाश डालता है। लगातार, ब्लास्ट टीबीआई के अन्य प्रीक्लिनिकल मॉडल ने न्यूरोडीजेनेरेशन और व्यवहार घाटे 2,25,40,41,42,43 से जुड़े न्यूरोवैस्कुलर प्रभावों का भी उत्पादन किया है।

पिछले शोध 19,21,22,23 के आधार पर, हमने स्थापित किया है कि यहां प्रस्तुत विस्फोट तरंग मॉडल मानव चोट के पैथोफिजियोलॉजी और एटियलजि की जांच के लिए अच्छी तरह से अनुकूल हो सकता है। अधिकांश प्रीक्लिनिकल टीबीआई मॉडल सिर आंदोलन की अनुमति नहीं देते हैं44 भले ही तेजी से सिर त्वरण / मंदी से जुड़े बायोमैकेनिकल गुण मनुष्यों में एक चोट के विकास के लिए एक भविष्यवाणी कारक हैं45,46। यहां वर्णित मॉडल के अनुरूप, गोल्डस्टीन और सहकर्मियों 14 ने दिखाया कि विस्फोट बलों द्वारा प्रेरित तेजी से सिर आंदोलन व्यवहार घाटे के प्रेरण के लिए एक शर्त है, संभवतः घूर्णी बलों और कर्तन के कारण। हल्के टीबीआई में होने वाले pathophysiological परिवर्तनों की बेहतर समझ और concussion के जवाब में भी नैदानिक biomarkers निर्धारित करने और TBI के लिए उपचार के विकास के लिए उपन्यास लक्ष्यों की पहचान करने में मदद मिलेगी।

pathophysiological परिवर्तन और दोहराए जाने वाले हल्के टीबीआई के बाद रोग की प्रगति के बारे में बहुत कम जाना जाता है (उदाहरण के लिए, खेल में अनुभवी दोहराए जाने वाले concussion)। यह प्रीक्लिनिकल मॉडल दोहराए जाने वाले हल्के टीबीआई के अध्ययन की अनुमति देता है, जिसमें कोई मृत्यु दर नहीं होती है। इसके विपरीत, कुछ टीबीआई मॉडल गंभीर चोटों को चोट पहुंचाते हैं, और इसलिए आगे की चोट को प्रेरित करना अक्सर मुश्किल, या अमानवीय होता है। इसके अलावा, गंभीर चोटें अक्सर अपूरणीय होती हैं और सूक्ष्म शारीरिक परिवर्तनों का पता लगाने से रोका जा सकता है। यह मॉडल विभिन्न अंतर-चोट अंतरालों की स्केलेबल जांच के लिए भी अनुमति देता है; दोहराए जाने वाले हल्के टीबीआई के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर जिसे आगे के लक्षण वर्णन की आवश्यकता होती है। टीबीआई के बाद, एक सीएनएस चोट प्रतिक्रिया शुरू हो जाती है जो मस्तिष्क अखंडता की रक्षा करने और व्यापक न्यूरोनल सेल मृत्यु को रोकने में मदद करती है। चोट की प्रतिक्रिया, वास्तव में, प्रारंभिक चोट के बाद थोड़े समय के भीतर एक और चोट के प्रेरण से काफी प्रभावित हो सकती है। यह मॉडल अंतर-चोट अंतराल की जांच की अनुमति देता है, जो दोहराए जाने वाले हल्के टीबीआई के लिए नैदानिक परीक्षण डिजाइन का एक महत्वपूर्ण पहलू है। इसके अलावा, यह स्केलेबल मॉडल एक तेजी से उच्च-थ्रूपुट वर्कफ़्लो की अनुमति देता है, जो एक साथ कई मापदंडों की जांच की सुविधा प्रदान करता है, साथ ही साथ उपन्यास हस्तक्षेपों की चिकित्सीय गतिविधि का मूल्यांकन भी करता है।

इस मॉडल की एक सीमा ट्यूब से बाहर निकलने और जानवर के सिर के बीच विस्फोट तरंग के गुणों को नियंत्रित करने में असमर्थता है। यद्यपि विस्फोट तरंग शॉक ट्यूब से बाहर निकलने पर अशांत है, परिणाम उपाय अभी भी विश्वसनीय हैं और कृंतक के हेड 18 की सुसंगत स्थिति के साथ पुन: प्रस्तुत करने योग्य हैं। इसलिए, प्रयोगात्मक सेटिंग्स (यानी, सिर की स्थिति और शॉक ट्यूब निकास से दूरी) को सभी अध्ययनों के बीच स्थिर रखना महत्वपूर्ण है। मॉडल डिजाइन और प्रोटोकॉल को अनुकूलित करने के लिए, ट्यूब से बाहर निकलने और हेड प्लेसमेंट क्षेत्र के बीच तरंग गतिशीलता को मापा गया है (चित्रा 3) और संख्यात्मक सिमुलेशन 18 का उपयोग करके मॉडलिंग की गई है। भविष्य की परियोजनाएं परिमित तत्व मॉडलिंग को एकीकृत करेंगी ताकि यह निर्धारित किया जा सके कि कैसे बल गतिशीलता खोपड़ी से मेनिंग्स तक, मस्तिष्कमेरु द्रव में, और अंत में मस्तिष्क के ऊतकों में स्थानांतरित होती है। बल गतिशीलता और बायोफिज़िक्स की जटिल इंटरप्ले और परिणामी शारीरिक प्रतिक्रियाएं टीबीआई अनुसंधान में महत्वपूर्ण क्षेत्र हैं जिन्हें अब तक कम करके आंका गया है।

संक्षेप में, हम यहां एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं और एक विस्फोट तरंग चोट मॉडल का कल्पना प्रयोग करते हैं जिसे हल्के टीबीआई के प्रभावों की जांच करने के लिए विकसित किया गया है। इंजीनियरों, चिकित्सकों और जैव चिकित्सा वैज्ञानिकों के सामूहिक अनुभव ने इसकी बायोफिजिकल / शारीरिक वैधता और न्यूरोबायोलॉजिकल प्रासंगिकता के अनुकूलन में योगदान दिया। इस मॉडल को पूरी तरह से मान्य किया गया है और पहले से ही सार्थक परिणामों का उत्पादन किया गया है, विशेष रूप से हल्के TBI17,19,20,21,22,23 की प्रारंभिक गतिशीलता को समझने में। हल्के टीबीआई का आगे अध्ययन करने के लिए इस प्रीक्लिनिकल मॉडल का शोषण करने से टीबीआई के पैथोफिजियोलॉजी और एटियलजि की हमारी समझ को काफी आगे बढ़ाया जाएगा और टीबीआई से पीड़ित रोगियों के लाभ के लिए उपन्यास हस्तक्षेप के विकास में योगदान मिलेगा।

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Disclosures

लेखकों ने घोषणा की है कि उनके पास कोई प्रतिस्पर्धी हित नहीं है।

Acknowledgments

हम टीबीआई मॉडल के विकास में उनके योगदान के लिए आर गेटेंस, एन सेंट जॉन्स, पी बेनेट और जे रॉबसन को धन्यवाद देते हैं। मस्तिष्क और व्यवहार अनुसंधान फाउंडेशन (एफ.पी. और एम.जे.आर.) से NARSAD युवा अन्वेषक अनुदान, अल्जाइमर रोग (एफ.पी.) के लिए डैरेल के रॉयल रिसर्च फंड से एक शोध अनुदान और एक PhRMA फाउंडेशन अवार्ड (M.J.R.) ने इस शोध का समर्थन किया। इस काम को अमेरिकन फाउंडेशन फॉर फार्मास्यूटिकल एजुकेशन (एएफएल और बीपीएल) से प्री-डॉक्टरेट फैलोशिप के माध्यम से समर्थित किया गया था।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3/8 SAE High Pressure Hydraulic Hose Eaton Aeroquip R2-6-6-36M Available from Grainger
3/8'' Quick Connect Female Plugs Karcher KAR 86410440
3/8'' Quick Connect Male Plugs Karcher KAR 86410440
ANY-maze video tracking software Stoelting Co. ANY-maze software
Clear Mylar membrane ePlastics.com POLYCLR0.003 http://www.eplastics.com/Plastic/Clear_Polyester_Film/POLYCLR0-003; Clear Mylar membrane is sold in various thicknesses. All are sold by vendor listed above.
Compound Slide Table (X2) Grizzly Industrial G5757
Deadman Gas Control Ball Valve Coneraco Inc. 71-502-01 "Apollo", Available from Grainger
Driver and driven section (murine) own design/production n/a For further information please contact the authors
Driver and driven section (rat) own design/production n/a For further information please contact the authors
Ear Muffs 3M 37274 Available from Grainger
Gas Regulator - Hi Flow 3500-600-580 Harris 3003539
Helium Gas AirGas HE 300 Tanks are available in various sizes
Inhalation Anesthesia System VetEquip 901806
Input Module National Instruments NI 9223
Isoflurane Baxter NDC 10019-360-40 Ordered by veterinarian
Laboratory Timer/Stopwatch Fisher Scientific 50-550-352
Labview version 12.0 National Instruments Data Acquistion Software
Magnetic Dial Indicator/Micrometer Grizzly Industrial G9849
MATLAB MathWorks Software for pressure recording analysis
Oxygen Regulator Medline HCS8725M
PC for Data Processing Dell
Polyvinylchloride Tubing - 25.4 mm FORMUFIT P001FGP-WH-40x3
Pressure sensors PCB Piezotronics 102A05
Receiver USB Chassis National Instruments DAQ-9171
Sensor Signal Conditioner PCB Piezotronics 482C series
Stainless NSF-Rated Mounting Table Gridmann GR06-WT2448
T Handle Allen Wrench - 3/16'' S&K 73310

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References

  1. Bazarian, J. J., et al. Mild traumatic brain injury in the United States, 1998--2000. Brain Injury. 19 (2), 85-91 (2005).
  2. Meabon, J. S., et al. Repetitive blast exposure in mice and combat veterans causes persistent cerebellar dysfunction. Science Translational Medicine. 8 (321), (2016).
  3. Mac Donald, C. L., et al. Detection of blast-related traumatic brain injury in U.S. military personnel. New England Journal of Medicine. 364 (22), 2091-2100 (2011).
  4. Fischer, B. L., et al. Neural activation during response inhibition differentiates blast from mechanical causes of mild to moderate traumatic brain injury. Journal of Neurotrauma. 31 (2), 169-179 (2014).
  5. Peskind, E. R., et al. Cerebrocerebellar hypometabolism associated with repetitive blast exposure mild traumatic brain injury in 12 Iraq war Veterans with persistent post-concussive symptoms. Neuroimage. 54, Suppl 1 76-82 (2011).
  6. Jorge, R. E., et al. White matter abnormalities in veterans with mild traumatic brain injury. American Journal of Psychiatry. 169 (12), 1284-1291 (2012).
  7. Hoge, C. W., et al. Mild traumatic brain injury in U.S. Soldiers returning from Iraq. New England Journal of Medicine. 358 (5), 453-463 (2008).
  8. Eskridge, S. L., et al. Injuries from combat explosions in Iraq: injury type, location, and severity. Injury. 43 (10), 1678-1682 (2012).
  9. Lighthall, J. W. Controlled cortical impact: a new experimental brain injury model. Journal of Neurotrauma. 5 (1), 1-15 (1988).
  10. Dixon, C. E., Clifton, G. L., Lighthall, J. W., Yaghmai, A. A., Hayes, R. L. A controlled cortical impact model of traumatic brain injury in the rat. Journal of Neuroscience Methods. 39 (3), 253-262 (1991).
  11. McIntosh, T. K., et al. Traumatic brain injury in the rat: characterization of a lateral fluid-percussion model. Neuroscience. 28 (1), 233-244 (1989).
  12. Thompson, H. J., et al. Lateral fluid percussion brain injury: a 15-year review and evaluation. Journal of Neurotrauma. 22 (1), 42-75 (2005).
  13. Osier, N., Dixon, C. E. Mini Review of Controlled Cortical Impact: A Well-Suited Device for Concussion Research. Brain Sciences. 7 (7), (2017).
  14. Goldstein, L. E., et al. Chronic traumatic encephalopathy in blast-exposed military veterans and a blast neurotrauma mouse model. Science Translational Medicine. 4 (134), (2012).
  15. Rodriguez-Grande, B., et al. Gliovascular changes precede white matter damage and long-term disorders in juvenile mild closed head injury. Glia. 66 (8), 1663-1677 (2018).
  16. Bowen, I. G., Fletcher, E. R., Richmond, D. R., Hirsch, F. G., White, C. S. Biophysical mechanisms and scaling procedures applicable in assessing responses of the thorax energized by air-blast overpressures or by nonpenetrating missiles. Annals of the New York Academy of Sciences. 152 (1), 122-146 (1968).
  17. Turner, R. C., et al. Modeling clinically relevant blast parameters based on scaling principles produces functional & histological deficits in rats. Experimental Neurology. , 520-529 (2013).
  18. Lucke-Wold, B. P., et al. Elucidating the role of compression waves and impact duration for generating mild traumatic brain injury in rats. Brain Injury. 31 (1), 98-105 (2017).
  19. Hernandez, A., et al. Exposure to mild blast forces induces neuropathological effects, neurophysiological deficits and biochemical changes. Molecular Brain. 11 (1), 64 (2018).
  20. Bittar, A., et al. Neurotoxic tau oligomers after single versus repetitive mild traumatic brain injury. Brain Communications. 1 (1), (2019).
  21. Logsdon, A. F., et al. Salubrinal reduces oxidative stress, neuroinflammation and impulsive-like behavior in a rodent model of traumatic brain injury. Brain Research. 1643, 140-151 (2016).
  22. Lucke-Wold, B. P., et al. Bryostatin-1 Restores Blood Brain Barrier Integrity following Blast-Induced Traumatic Brain Injury. Molecular Neurobiology. 52 (3), 1119-1134 (2015).
  23. Logsdon, A. F., et al. Altering endoplasmic reticulum stress in a model of blast-induced traumatic brain injury controls cellular fate and ameliorates neuropsychiatric symptoms. Frontiers in Cellular Neuroscience. 8, 421 (2014).
  24. Dixon, C. E., et al. A fluid percussion model of experimental brain injury in the rat. Journal of Neurosurgery. 67 (1), 110-119 (1987).
  25. Long, J. B., et al. Blast overpressure in rats: recreating a battlefield injury in the laboratory. Journal of Neurotrauma. 26 (6), 827-840 (2009).
  26. Budde, M. D., et al. Primary blast traumatic brain injury in the rat: relating diffusion tensor imaging and behavior. Frontiers in Neurology. 4, 154 (2013).
  27. Genovese, R. F., et al. Effects of mild TBI from repeated blast overpressure on the expression and extinction of conditioned fear in rats. Neuroscience. 254, 120-129 (2013).
  28. Kuriakose, M., Rama Rao, K. V., Younger, D., Chandra, N. Temporal and Spatial Effects of Blast Overpressure on Blood-Brain Barrier Permeability in Traumatic Brain Injury. Scientific Reports. 8 (1), 8681 (2018).
  29. Cernak, I., et al. The pathobiology of blast injuries and blast-induced neurotrauma as identified using a new experimental model of injury in mice. Neurobiology of Disease. 41 (2), 538-551 (2011).
  30. Prima, V., Serebruany, V. L., Svetlov, A., Hayes, R. L., Svetlov, S. I. Impact of moderate blast exposures on thrombin biomarkers assessed by calibrated automated thrombography in rats. Journal of Neurotrauma. 30 (22), 1881-1887 (2013).
  31. Mishra, V., et al. Primary blast causes mild, moderate, severe and lethal TBI with increasing blast overpressures: Experimental rat injury model. Scientific Reports. 6, 26992 (2016).
  32. Tompkins, P., et al. Brain injury: neuro-inflammation, cognitive deficit, and magnetic resonance imaging in a model of blast induced traumatic brain injury. Journal of Neurotrauma. 30 (22), 1888-1897 (2013).
  33. Kuriakose, M., et al. Tailoring the Blast Exposure Conditions in the Shock Tube for Generating Pure, Primary Shock Waves: The End Plate Facilitates Elimination of Secondary Loading of the Specimen. Public Library of Science One. 11 (9), 0161597 (2016).
  34. Panzer, M. B., et al. A Multiscale Approach to Blast Neurotrauma Modeling: Part I - Development of Novel Test Devices for in vivo and in vitro Blast Injury Models. Frontiers in Neurology. 3, 46 (2012).
  35. Logsdon, A. F., et al. A mouse Model of Focal Vascular Injury Induces Astrocyte Reactivity, Tau Oligomers, and Aberrant Behavior. Archives of Neuroscience. 4 (2), (2017).
  36. Lee, M. C., Klassen, A. C., Heaney, L. M., Resch, J. A. Respiratory rate and pattern disturbances in acute brain stem infarction. Stroke. 7 (4), 382-385 (1976).
  37. Ikeda, K., et al. The respiratory control mechanisms in the brainstem and spinal cord: integrative views of the neuroanatomy and neurophysiology. Journal of Physiological Sciences. 67 (1), 45-62 (2017).
  38. Alilain, W. J., Horn, K. P., Hu, H., Dick, T. E., Silver, J. Functional regeneration of respiratory pathways after spinal cord injury. Nature. 475 (7355), 196-200 (2011).
  39. Logsdon, A. F., et al. Blast exposure elicits blood-brain barrier disruption and repair mediated by tight junction integrity and nitric oxide dependent processes. Scientific Reports. 8 (1), 11344 (2018).
  40. Logsdon, A. F., et al. Nitric oxide synthase mediates cerebellar dysfunction in mice exposed to repetitive blast-induced mild traumatic brain injury. Scientific Reports. 10 (1), 9420 (2020).
  41. Huber, B. R., et al. Blast exposure causes dynamic microglial/macrophage responses and microdomains of brain microvessel dysfunction. Neuroscience. 319, 206-220 (2016).
  42. Gama Sosa, M. A., et al. Low-level blast exposure disrupts gliovascular and neurovascular connections and induces a chronic vascular pathology in rat brain. Acta Neuropathologica Communications. 7 (1), 6 (2019).
  43. Abutarboush, R., et al. Exposure to Blast Overpressure Impairs Cerebral Microvascular Responses and Alters Vascular and Astrocytic Structure. Journal of Neurotrauma. 36 (22), 3138-3157 (2019).
  44. Xiong, Y., Mahmood, A., Chopp, M. Animal models of traumatic brain injury. Nature Reviews: Neuroscience. 14 (2), 128-142 (2013).
  45. Petraglia, A. L., et al. Concussion in the absence of head impact: a case in a collegiate hammer thrower. Current Sports Medicine Reports. 14 (1), 11-15 (2015).
  46. Viano, D. C., Casson, I. R., Pellman, E. J. Concussion in professional football: biomechanics of the struck player--part 14. Neurosurgery. 61 (2), 313-327 (2007).

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तंत्रिका विज्ञान मुद्दा 165 हल्के दर्दनाक मस्तिष्क की चोट विस्फोट प्रेरित तख्तापलट और contrecoup चोट घूर्णी बलों concussion संपीड़ित गैस सदमे ट्यूब संख्यात्मक दबाव सेंसर बेंच शीर्ष सेटअप neuroinflammation माउस चूहे
कृन्तकों में बंद सिर हल्के दर्दनाक मस्तिष्क की चोट के प्रीक्लिनिकल मूल्यांकन के लिए कम तीव्रता वाले ब्लास्ट वेव मॉडल
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Logsdon, A. F., Lucke-Wold, B. P., Turner, R. C., Collins, S. M., Reeder, E. L., Huber, J. D., Rosen, C. L., Robson, M. J., Plattner, F. Low-intensity Blast Wave Model for Preclinical Assessment of Closed-head Mild Traumatic Brain Injury in Rodents. J. Vis. Exp. (165), e61244, doi:10.3791/61244 (2020).

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