侧向液体冲击损伤仪的维护

摘要

正确的护理和维护对于侧向液体脉冲损伤（LFPI）设备的可靠运行至关重要。本文演示了如何正确清洁、填充和组装LFPI设备，并确保其得到充分维护，以获得最佳实验结果。

摘要

创伤性脑损伤（TBI）每年约导致250万例急诊就诊和住院，是儿童和青壮年死亡和残疾的主要原因。TBI由作用于头部的突发外力引起，为了更好地理解人类TBI及其潜在机制，需要借助实验性损伤模型。侧向液体脉冲损伤（LFPI）是一种常用的损伤模型，因其在病理改变方面与人类TBI具有相似性，包括出血、血管破坏、神经功能缺损和神经元丢失。LFPI模型采用一个摆锤和一个充满液体的圆筒，圆筒一端配有可移动活塞，另一端通过鲁尔锁接头连接至一段坚硬且充满液体的导管。动物准备过程包括实施颅骨切除术，并在切除部位安装鲁尔接头。次日，将损伤装置的导管连接至动物颅骨上的鲁尔接头，随后将摆锤提升至指定高度并释放。摆锤撞击活塞产生的压力脉冲经导管传递至动物完整的硬脑膜 通过 管道并产生实验性TBI。为了确保LFPI装置可靠运行，适当的护理和维护至关重要，因为损伤的性质和严重程度会因设备状况的不同而有很大差异。本文演示了如何正确清洁、填充和组装LFPI装置，并确保其得到充分维护，以获得最佳实验结果。

引言

创伤性脑损伤（TBI）由头部受到突然外力作用引起。在由物理撞击导致的原发性损伤之后，TBI 患者通常会经历继发性损伤，包括与初始损伤后生理反应相关的认知障碍和神经功能障碍¹。据估计，全球每年约有 6900 万人遭受 TBI²。仅在美国，每年就发生约 250 万例与 TBI 相关的急诊就诊和住院，使 TBI 成为儿童和青壮年致残和死亡的主要原因之一³。TBI 可分为轻度、中度和重度，其中轻度 TBI（mTBI）约占所有 TBI 病例的 70%–90%⁴。TBI 的组织病理学和认知功能损害可在损伤后数分钟至数小时内发生，且 TBI 的影响可能在初始损伤后持续数月甚至数年⁵。

实验模型的建立对于理解创伤性脑损伤（TBI）的影响及其潜在机制至关重要。其中一种常用的体内（in vivo）评估TBI的模型是侧向液体脉冲损伤（lateral fluid percussion injury, LFPI）。LFPI能够高度模拟人类TBI相关的病理变化，包括血管破坏、出血、神经元丢失、炎症反应、胶质增生以及分子水平的紊乱^6,7,8。LFPI技术已广泛应用于多种实验研究，包括儿童TBI建模以及慢性神经退行性疾病的模拟，如慢性创伤性脑病^9,10。LFPI是一种定义明确且可重复的实验性TBI方法，允许研究人员调节损伤的严重程度¹¹。LFPI装置包含多个关键组件：带配重锤的摆锤、活塞、充满液体的圆柱腔、压力传感器、数字示波器，以及圆柱末端带鲁尔锁接头的小管，该接头连接至动物颅骨上的接口（图1）。LFPI的工作原理是通过摆锤撞击活塞，使压力波经由液体（脱气去离子水或生理盐水）传导至与装置连接的动物脑内，从而升高颅内压，模拟TBI的力学特征和生物学变化¹²。此外，用于LFPI实验的动物需接受开颅手术，以使脑组织暴露并直接受到装置液体压力的冲击。

为了确保LFPI装置准确运行，必须进行常规维护和监测。以下方法对于防止将污染性气泡引入装置至关重要。本文将演示如何正确清洁、灌注和组装LFPI装置。我们还将讨论通过示波器输出和小鼠翻正时间来确认LFPI可行性的方法。

方案

1. 清洁LFPI圆柱体

1. 小心拆下连接在传感器外壳和注液口上的注射器，以及连接到压力传感器的电缆（参见图1了解损伤装置组件的示意图）。
2. 小心操作，避免掉落圆筒，拧松设备后部固定圆筒的旋钮，使圆筒脱离夹具。
3. 取下圆筒末端的活塞、传感器、传感器外壳以及柱塞O型圈。
4. 将圆筒内的液体排空。
5. 向圆筒内加入少量温和的洗涤剂（如洗洁精），并使用洗碗刷或瓶刷轻轻刷洗¹³。
6. 为确保彻底冲洗掉所有洗涤剂残留，需将圆筒完全注满水，并充分冲洗。

2. 抽空用于填充圆筒的液体中的气体

1. 使用真空泵在重新填充气缸前对液体进行脱气，以防止新气泡的形成并吸收已存在的气泡。
   注意：大约需要 1.5 L 液体来填满气缸，但脱气约 2 L 可为使用和测试过程中可能损失的液体保留少量备用。
   注意：家用真空泵的抽力不足以有效脱气。真空泵必须能够产生 25–28 inHg 的压力。
2. 向液体中加入搅拌子，并将液体容器置于搅拌台上。在脱气过程中搅拌液体有助于促进气泡产生和气体释放。搅拌还可防止气泡突然大量增加。
   ​注意：当几乎不再产生气泡时，脱气过程即已完成；这通常在大约 45 分钟后发生。

3. LFPI 装置的重新组装

1. 在活塞柱塞上涂抹一层薄薄的凡士林。
2. 将活塞柱塞安装到气缸上，使柱塞从气缸端面伸出约 32 mm¹⁴。
   注意：空气常会积聚在柱塞前端O形圈之前。为排除这部分多余空气，可在来回移动柱塞的同时轻轻旋转，以排出该间隙中的空气。
3. 在其余O形圈上也涂抹一层薄薄的凡士林，并将其安装到气缸上，但填充口处的O形圈除外。
4. 在传感器螺纹上缠绕两圈聚四氟乙烯（Teflon）胶带。

4. 重新填充 LFPI 装置并将其固定到底座上

1. 将一个装有脱气液体且无气泡的10 mL注射器连接到传感器外壳的鲁尔锁接头。
2. 手持传感器，使螺纹端朝上，用10 mL注射器将脱气液体完全充满传感器螺纹区域内的腔室。此步骤的目标是在不引入任何气泡的情况下填满传感器腔室。注意不要损坏传感器腔室底部的敏感膜。
3. 将圆筒倾斜放置，以防止空气重新进入传感器外壳，然后将传感器外壳连接到圆筒¹³，并使用扳手将其拧紧。
4. 当脱气液体达到圆筒容量约2/3时，取下注液口和圆筒的盖帽。
5. 将圆筒水平放置，并继续用脱气液体充满圆筒。
   注意：为避免产生气泡，建议缓慢注入液体¹⁴。
6. 重新盖上注液口的盖帽，并关闭所有旋塞阀。
7. 轻轻移动圆筒，使任何残留气泡移向注液口¹⁴。
8. 打开注液口的旋塞阀，使用连接在传感器外壳上的注射器注入液体，将气泡从注液口排出¹⁴。
9. 检查整个装置，确保无任何气泡存在。
10. 在注液帽的鲁尔锁接头上连接一个装有脱气液体的10 mL注射器。
11. 使用手拧螺丝将圆筒重新固定到底座上。
12. 确保圆筒处于水平位置，并与摆锤上配重锤的中心对齐。

结果

我们测试了LFPI装置中气泡污染对波形形成的影响。将气泡注入装置后，将示波器输出结果与未受污染的LFPI装置采集的示波器数据进行比较。实验条件如下：无污染、注入5 mL空气、注入10 mL空气以及注入15 mL空气。所有条件下每次冲击均保持摆锤高度一致，每种条件重复进行15次冲击。

进行损伤操作或测试LFPI装置时，示波器上的压力波形应显示为单个尖锐的峰值（图2A）。若装置中存在气泡，则波形会出现多个短小的峰值（图2B），表明需要排除气泡。每次重新组装装置后，在进行任何损伤实验前，我们还建议使用摆锤进行四到五次测试下落（不连接小鼠），以确保装置性能的可重复性。除了压力波形的异常外，损伤/假手术LFPI后动物行为的变化也可用于判断装置是否正常工作。与假手术组小鼠相比，损伤组小鼠在LFPI后应表现出更长的翻正反射时间，这些时间应被监测并记录。翻正时间过长或过短均可能提示装置组装和/或清洁不当¹⁵。类似症状也可能在已正确清...

讨论

上述技术说明了如何正确维护LFPI设备。定期清洁和监测对于确保LFPI设备正常、可靠地运行至关重要。此外，由于LFPI操作具有侵入性，必须对设备进行彻底清洁，以防止实验动物感染。

避免装置中产生气泡对于获得理想的损伤和压力波形至关重要。气泡会改变传递到大脑的压力脉冲特性，导致损伤不一致，并难以准确重现临床的创伤性脑损伤（TBI）。此处收集的补充数据表明，气泡污染会改变冲击所产生的波形电压。图3 所示的示波器输出结果有助于说明气泡对压力波的影响；当存在气泡污染时，波形不再 sharp，而是出现多个峰值。LFPI 装置的目标是向大脑提供单一且可测量的流体脉冲；结果表明，当存在气泡时，会产生多个脉冲，使得难以确定施加到大脑的压力值。

此处采用的技术可降低气体进入装置的可能性，和/或有助于清除可能污染液体的微小气泡。使用脱气液体可减少气泡污染的风险，并可延长维护间隔时间¹³。因此，步骤2中的操作对于降低LFPI装置中气泡形成的可...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
2 - 10 mL 带鲁尔锁的注射器			确保针头固定牢固，并减少液体泄漏的可能性
脱气液体			有助于在损伤操作过程中减少气泡形成
流体冲击损伤（FPI）装置（型号 01-B）	Custom Designs & Fabrications Inc.	N/A	用于在啮齿类动物中建立创伤性脑损伤模型的损伤装置
温和洗涤剂			可用于彻底清洁 LFPI 气缸
凡士林			用作防水剂，并防止 LFPI 装置生锈
聚四氟乙烯胶带			有助于 LFPI 装置上的管路接头形成紧密密封
*除 LFPI 装置外，其他材料可从任何可靠的公司购买。