Athleten absorbieren mehrere hundert milde traumatische Hirnverletzungen (mTBI) / Gehirnerschütterungen jedes Jahr; Die Konsequenz dieser auf das Gehirn ist jedoch schlecht verstanden. Daher bietet ein Tiermodell von Einzel- und Wiederholungs-MTBI, das konsequent repliziert klinisch relevante Symptome bietet die Mittel, um die Studie von MTBI und Gehirnerschütterung voranzutreiben.
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Methodenartikel
Ein Mausmodell der einzelnen und repetitiven milden traumatischen Gehirnverletzung
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Mildtraumatische Hirnverletzung (mTBI) kann zu einem akuten Verlust der Hirnfunktion führen, einschließlich einer Periode der Verwirrung, eines Verlustes des Bewusstseins (LOC), der fokalen neurologischen Defizite und sogar der Amnesie. Athleten, die an Kontaktsportarten teilnehmen, haben ein hohes Risiko der Exposition gegenüber einer großen Anzahl von MTBIs. In Bezug auf die Verletzungsstufe in einem sportlichen Athleten ist ein mTBI definiert als eine leichte Verletzung, die keine groben pathologischen Veränderungen verursacht, aber kurzfristige neurologische Defizite verursacht, die spontan gelöst werden. Trotz früherer Versuche, mTBI bei Mäusen und Ratten zu modellieren, haben viele grobe Nebenwirkungen wie Schädelfrakturen, intrazerebrale Blutungen, axonale Verletzungen und neuronalen Zelltod gemeldet. Hier beschreiben wir unser hoch reproduzierbares Tiermodell von mTBI, das klinisch relevante Symptome wiedergibt. Dieses Modell verwendet eine maßgeschneiderte pneumatische Impaktor-Vorrichtung, um ein geschlossenes Kopftrauma zu liefern. Dieser Aufprall erfolgt unter präzisen Geschwindigkeits- und Verformungsparametern,Die Schaffung eines zuverlässigen und reproduzierbaren Modells, um die Mechanismen zu untersuchen, die zu Wirkungen einzelner oder repetitiver concussiver mTBI beitragen.
Einleitung
Traumatische Hirnverletzung (TBI) ist definiert als eine Kopfverletzung, die von einer äußeren physischen Kraft, die zu einer Störung der normalen Gehirnfunktion führt. Es stellt eine bedeutende sozio-ökonomische und öffentliche Gesundheit Belastung dar, mit dem Zentrum für Krankheit-Steuerung und Verhinderung 2015 Bericht zum Kongress schätzt, daß 2.5 Million Amerikaner ein TBI jedes Jahr erhalten. Dies wirkt sich nicht nur auf die Lebensqualität des Patienten aus, sondern stellt auch eine äußerst hohe ökonomische Kosten für die Gemeinschaft dar, die derzeit auf 76,5 Milliarden Dollar jährlich geschätzt wird. Die Menge der tatsächlichen Hirnschäden vermittelt und die akute Phase Symptomologien ist, was definiert leichte, mäßige und schwere TBI.
Mildtraumatische Hirnverletzung (mTBI), die auch als Gehirnerschütterung bezeichnet wird, macht über 70% der TBIs aus, die jedes Jahr gemeldet werden 1 . Es ist am häufigsten bei Athleten, die in High-Risk-Kontakt Sport einschließlich Boxen und Fußball teilnehmen 2 . Im Gegensatz zu moderatenOder schwere Formen von TBI, die unmittelbaren Schäden und Symptome im Zusammenhang mit mTBI sind manchmal nicht so ausgeprägt 3 . Im Gegensatz dazu können die Langzeitwirkungen von mTBI genauso schwächen sein wie die, die in den gemäßigten und schweren Formen gesehen werden. Diejenigen, die unter repetitiven mTBI leiden, haben gezeigt, dass sie eine chronische traumatische Enzephalopathie (CTE) entwickeln, sowie andere kognitive und degenerative Erkrankungen 4 . Daher ist es wichtig, ein besseres Verständnis der Mechanismen zu gewinnen, die zu den kurzfristigen Symptomen beitragen und insgesamt langfristige Schäden, die nach mTBI entstehen.
Bei den Menschen heißt es in der Definition der Gehirnerschütterung, wie sie in der vierten Internationalen Konferenz zur Erschütterung im Sport (Zürich 2012) definiert ist, dass die Verletzungsgefahr für die Sportvergänglichkeit mild ist, keine groben pathologischen Veränderungen verursacht, sondern kurzfristige neurologische Defizite verursacht Die spontan gelöst sind. In der Tat, ein receDie Studie untersuchte die Wirkung von mTBI auf die kognitive Beeinträchtigung bei den High School-Fußballspielern mit Hilfe von Kopfschlag-Telemetriesystemen. Diese Studie zeigte, wie lange Spieler Sturzhelme beeinflusst haben> 20 g in einer einzigen Saison reichen von einem Tiefstand von 226 (durchschnittlich 4,7 pro Sitzung) bis zu einem Höchststand von 1855 (durchschnittlich 38,6 pro Sitzung) 6 . Die meisten dieser Auswirkungen führten nicht zur klinischen Diagnose einer Gehirnerschütterung. Aber der Hinweis auf funktionelle Veränderungen der Hirnfunktion konnte mit fMRI 6 beobachtet werden. Die Hirnveränderungen, die diese funktionalen Veränderungen verursachen, sind unbekannt, und daher besteht ein dringender Bedarf, ein zuverlässiges und reproduzierbares Modell zu haben, um die Erforschung der Auswirkungen von konkurrenzfähigem und subkonkurrierendem mTBI zu erleichtern.
Trotz früherer Versuche, mTBI bei Mäusen und Ratten 7 zu modellieren, berichten viele nachteilige Effekte. Insbesondere sind die meisten Nagetiermodelle in ihrer sich wiederholenden Natur mit weniger th begrenztEin Fünf-MTBI-Einfluss, sowie mit nachteiligen pathologischen Ereignissen, einschließlich intrazerebraler Blutungen, Schädelfrakturen, schwerer axonaler Verletzung, neuronaler Zelltod und erhöhter Mortalität 8 , 9 , 10 , 11 , 12 . Hier beschreiben wir ein Mausmodell von mTBI, das näher an der wahren Definition der Gehirnerschütterung beim Menschen liegt. Dieses Modell rekapituliert viele der Symptome, die im menschlichen mTBI beobachtet werden, wie die mechanische Kraft, die zu dem vorübergehenden Verlust des Bewusstseins führt, ohne eine offene grobe Hirnpathologie. Weiterhin ist es vorteilhaft in der Tatsache, dass es sowohl für Einzelaufprall- als auch für wiederholte Aufprallparadigmen über lange Zeiträume genutzt werden kann.
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Protokoll
Diese Studien wurden in strikter Übereinstimmung mit den Empfehlungen in der Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labor-Tiere der National Institutes Gesundheit durchgeführt. Das Protokoll wurde vom Institutional Animal Care and Use Committee an der Georgetown University genehmigt. Mäuse wurden in einer temperaturgesteuerten Tieranlage untergebracht und wurden auf einem 12 h Licht / 12 h dunklen Zyklus gehalten. Nahrung und Wasser waren ad libitum vorhanden .
1. Vorbereitung des mTBI-Gerätes
HINWEIS: Das mTBI-Gerät enthält eine Datenerfassungs-Box (DAQ) zur Steuerung der Aufprallparameter, eines pneumatischen Impaktors mit hoher Geschwindigkeit, um die Impaktion durchzuführen, und eine geformte Gel-gefüllte Basis, um den Kopf nach dem Aufprall abzubremsen.
- Druckluft einschalten und den Hochdruck-Pneumatik-Impaktor auf eine Druckeinstellung von 861,85 kPa initialisieren.
- Kalibrieren Sie das DAQ-Kontrollsystem auf folgende Parameter - Kolbengeschwindigkeit von 2,35 m / s, OberflächenverweilzeitE von 31,5 ms.
- Legen Sie die geformte Gel-gefüllte Basis (Kompressibilität 64 kPa / mm) so, dass die Mittellinie senkrecht mit der Trajektorie der Impaktor Spitze ist.
2. mTBI Impaction
- Notieren Sie die Gewichte aller Mäuse, die verwendet werden sollen.
- Anästhesieren von Mäusen mit 3% Isofluran in Sauerstoff für 120 s in einer Induktionskammer.
- Mäuse auf MTBI-Apparatur übertragen, Anästhesie über einen biegsamen, nicht fixierten Nasenkonus fortsetzen.
- Während im Nasenkonus den Mauskopf auf die Gelauflage stellen, so dass die flache Oberfläche des Schädels senkrecht zur Impaktorspitze dargestellt wird.
- Legen Sie das Band über den Mauskopf, um eine flache Oberfläche zu schaffen und die Ohren von der Aufprallstelle abzuhalten.
- Senken Sie die Polytetrafluorethylen-Impaktor-Spitze, um mit der sagittalen Mittellinie in der Mitte des Kopfes auszurichten. Die verwendete Impaktor Spitze ist 10 mm im Durchmesser und deckt den Bereich der Kopfhaut von gerade hinter den Augen bis zur Mittellinie der Ohren. Den Impaktor so einstellen, dass es ju istEr berührt die Oberfläche des Mauskopfes.
- Ziehen Sie die Impaktorspitze zurück und wählen Sie die gewünschte Umlenkungstiefe (7,5 mm) manuell ein.
- Arm das DAQ-Kontrollsystem und drücken Sie die Trigger-Taste, um den Mauskopf zu beeinflussen, entweder eine singuläre oder sich wiederholende Auswirkungen. Repetitive Auswirkungen werden nacheinander ohne Verzögerung zwischen jedem Aufprall geliefert.
- Unmittelbar nach dem letzten Aufprall entfernen Sie die Maus aus der Anästhesie und dem mTBI-Apparat und legen Sie sie in die Rückenlage.
- Mit einer Stoppuhr messen Sie die Latenz der Rückkehr des rechten Reflexes (Rückenlage anfällig), um den Verlust der Bewusstseinszeit zu bestimmen, sowie Zeit zum Ambulieren (ungehindertes Gehen).
- Maus überwachen und bei Erholung auf normales Verhalten zurückkehren, kehren Sie zu seinem Hauskäfig zurück.
- Sham Mäuse erhalten identische Handhabung und Anästhesie, aber erhalten keine Auswirkungen.
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Ergebnisse
Die Verwendung dieses neuartigen MTBI-Gerätes ermöglicht einheitliche und wiederholte milde Kopfverletzungen ohne Gefahr von Schädelfrakturen oder strukturellen Hirnschäden. Das Modell verwendet eine maßgeschneiderte pneumatische Teflon-Impaktor-Vorrichtung, um einen geschlossenen Kopf mechanischen Energieaufprall zu liefern. Die Auswirkungen werden unter präzisen Geschwindigkeits- und Verformungsparametern durchgeführt, wodurch ein zuverlässiges und reproduzierbares Modell geschaffen wi...
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Diskussion
Bei Menschen ist mTBI durch eine funktionelle Beeinträchtigung bei fehlender struktureller Verletzung gekennzeichnet. Dies kann mit oder ohne ein Verlust des Bewusstseins auftreten 1 . Die Exposition zur Wiederholung von Gehirnerschütterungen wird derzeit als die Entwicklung und / oder Progression von neurodegenerativen Erkrankungen wie CTE 4 zugrunde liegen . Es ist gut dokumentiert, dass CTE häufig in Boxern und Fußballspielern gefunden wird und obwohl die Exposition geg...
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Offenlegungen
Die Autoren haben nichts zu offenbaren.
Danksagungen
Diese Arbeit wurde von R01 NS067417 vom National Institute for Neurological Disorders and Stroke (MPB) unterstützt.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Powerlab 8SP Datenerfassungs-Steuerbox | (AD-Instrumente) | ||
| VIP 3000 kalibrierter Verdampfer | Matrx | ||
| Isofluran | Henry Schein Animal Health | 29405 | |
| Sauerstoff | Handelsübliche | ||
| Druckluft | Handelsübliches | ||
| Abdeckband | Handelsüblich | ||
| Stopp Uhr | Fisher Scientific | 02-261-840 | |
| C57 Bl/6 Mäuse | Jackson Laboratories | ||
| Digitale Waage und Wiegebehälter | Fisher Scientific | 20031 | |
| Anti-Iba1-Antikörper | Wako | 019-19741 | |
| HRP markiert sekundär | Jackson Immunforschung | 111-035-003 |
Referenzen
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Nachdrucke und Genehmigungen
