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利用激光多普勒血流仪评估大鼠脑血流自动调节功能

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DOI：

10.3791/60540

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2020年1月19日

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1Department of Physiology, Medical College of Wisconsin

* These authors contributed equally

本文内容

摘要

本文展示了如何使用激光多普勒血流仪来评估脑循环在动脉血压降低期间自动调节其血流量的能力。

摘要

在研究机体调节脑血流的机制时，可采用激光多普勒血流仪（LDF）获得微循环血流的相对测量值。本文展示了一种闭颅准备方法，可在不穿透颅骨、不植入腔室或脑窗的情况下评估脑血流。为了评价自身调节机制，可采用分级放血实现可控性血压降低的模型，并同时应用LDF技术。该方法能够实时追踪因循环血容量减少所导致的动脉血压下降过程中脑血流的相对变化。这一范式是研究动脉血压降低期间脑血流自身调节的有价值方法，且通过对实验方案进行少量修改，也可作为出血性休克的实验模型。除了评估自身调节反应外，LDF还可用于在研究调节脑血流的代谢性、肌源性、内皮源性、体液性或神经性机制，以及各种实验干预和病理状态对脑血流影响时，监测皮层血流情况。

引言

脑循环中的自身调节机制在维持大脑稳态和正常功能中起着至关重要的作用。脑血流量的自身调节受到多种因素影响，包括心率、血流速度、灌注压、脑阻力动脉的直径以及微循环阻力，这些因素共同作用，使全脑脑血流量在全身动脉血压的生理范围内保持恒定。当动脉压升高时，这些机制会收缩小动脉和阻力动脉，以防止颅内压出现危险性升高；当动脉血压降低时，局部调控机制则会舒张小动脉，以维持组织灌注和氧气（O2）的输送。多种病理状态，如高碳酸血症、创伤性或全脑缺氧性脑损伤以及糖尿病性微血管病变1,2,3,4,5,6，可能破坏大脑调节其血流的能力。例如，慢性高血压会使有效的自身调节范围向更高血压水平偏移7,8,9，而高盐（HS）饮食不仅会干扰脑微循环中正常的内皮依赖性舒张功能10，还会在动脉压降低时损害脑循环自身调节机制的....

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方案

本研究中所述的所有方案均获得威斯康星医学院机构动物照护与使用委员会（IACUC）批准，所有操作均符合美国国立卫生研究院（NIH）实验室动物福利办公室（OLAW）的法规要求。

1. 实验动物与记录准备

  1. 使用8–12周龄、体重250–300 g的雄性Sprague-Dawley大鼠。在这些实验中，给予大鼠标准饮食，其成分为0.4% NaCl、200 g/kg酪蛋白、3 g/kg DL-蛋氨酸、497.77 g/kg蔗糖、150 g/kg玉米淀粉、50 g/kg玉米油、50 g/kg纤维素、2 g/kg酒石酸胆碱、35 g/kg矿物质混合物和10 g/kg维生素混合物。
  2. 使用数据采集软件或任何可比的记录方法记录动脉血压和激光多普勒血流（LDF）读数。
  3. 将动脉压换能器连接至记录系统的一个通道，将LDF探头连接至记录系统的另一通道。
  4. 在测量前，校准激光多普勒探头以设定运动性标准，并确保激光多普勒血流仪提供稳定的输出信号。
  5. 准备实验前手术及实验过程中所需的其他设备：解剖显微镜、啮齿类动物呼吸机、呼气末CO2监测仪、用于固定大鼠头部位置的立体定位仪，以及用于将LDF探头准确定位于软脑膜微循环区域并保持其位置稳定的微操纵器。

2. 手术准备

  1. 称取大鼠体重，并在诱导室中使用3.....

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结果

图2总结了在10只雄性Sprague-Dawley大鼠（饲喂标准实验室饲料）中进行的实验结果。在这些实验中，前三次抽血后，平均局部脑血流量（LCBF）维持在出血前水平的20%以内，直到平均动脉压降至LLA水平。当压力低于LLA后继续抽血，导致LCBF进行性下降，表明脑循环已无法产生足够的血管扩张，以在较低灌注压下维持脑血流量恒定。

图3总结了脑血流自动调节的平台期（平均动脉压 >65 mmHg）和失代偿期（平均动脉压 <65 mmHg）中平均动脉压与局部脑血流量（LCBF）之间的关系。在高于或等于下限自动调节阈值（LLA）的压力下，LCBF与动脉压之间无显著相关性（r2 = 0.0246；p = 0.3534），表明在自动调节曲线的平台范围内，LCBF独立于动脉压。在低于LLA的压力下，LCBF与动脉压的关系呈负斜率，且两者显著相关（r2 = 0.7907；p = 8.7 × 10–25.......

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讨论

使用激光多普勒血流仪（LDF）评估组织血流反应。 如上所述，激光多普勒血流信号与微循环中运动颗粒（此处为红细胞，RBC）的数量和流速成正比。采用电磁血流计和放射性微球等既定方法评估的全器官血流量，与不同器官的激光多普勒血流读数具有良好的相关性。30 且通常与评估灌注动脉制备物中活性张力调节的研究结果一致10,31,32,33,34 以及原位微循环制备35,36.

在进行脑血流自身调节研究时（可能也包括其他血管床的自身调节研究），需要考虑的一个因素是麻醉对自身调节反.......

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披露

作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

作者衷心感谢 Kaleigh Kozak、Megan Stumpf 和 Jack Bullis 在完成本研究及撰写论文过程中提供的出色协助。基金支持：NIH #R01-HL128242、#R21-OD018309 和 #R21-OD024781。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
3-0 编织黑色丝线缝合线中西部兽医193.73000.2
动脉压传感器Merit Medical041516504A
自动化数据采集系统（WINDAQ） && BIOPAC 系统DATAQ Instruments
血压显示单元斯托尔廷50115
循环温水泵盖玛工业公司T型泵
呼气末二氧化碳监测仪斯托尔廷Capstar-100
肝素钠中西部兽医191.46720.3
KimwipeFisher Scientific06-666A
激光多普勒血流仪PerimedPeriFlux 5000 LDPM
激光多普勒血流灌注运动标准PerimedPF1001
聚乙烯导管（PE240）（用于气管插管）VWR63018-828
聚乙烯导管（PE50）（用于股动脉导管）VWR63019-048
啮齿类动物呼吸机Cwe/StoeltingSAR-830/P
生理盐水中西部兽医会议193.74504.3
斯普拉格-道利远交系大鼠可变的N/A大鼠从多家公司订购
标准大鼠饲料Dyets, Inc.113755
立体定位仪Cwe/Stoelting经典实验室标准

参考文献

  1. 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).
  2. Golding, E. M., Robertson, C. S., Bryan, R. M. Jr

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