Este protocolo describe el proceso para inducir un modelo de coma isquémico cerebral utilizando un método de oclusión modificado de cuatro vasos.
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Este protocolo describe el proceso para inducir un modelo de coma isquémico cerebral utilizando un método de oclusión modificado de cuatro vasos.
El coma por isquemia cerebral es la complicación más grave de la isquemia cerebral. La oclusión de cuatro vasos puede establecer un modelo de coma isquémico cerebral para la investigación de enfermedades y el desarrollo de fármacos. Sin embargo, el método de oclusión de cuatro vasos comúnmente utilizado consiste principalmente en insertar una pluma de electrocoagulación en el agujero pterigoideo bilateral de la primera vértebra cervical detrás del cuello para electrocoagular las arterias vertebrales. Este proceso conlleva el riesgo de electrocoagulación incompleta, sangrado y daño al tronco encefálico y la médula espinal. Veinticuatro horas después de la cirugía, las ratas reanestesiadas se someten a una ligadura de la arteria carótida por delante del cuello. Dos cirugías exponen a las ratas a un mayor riesgo de infección y aumentan el período experimental. En este estudio, durante un solo procedimiento quirúrgico, se utilizó una incisión cervical anterior para localizar el sitio clave donde la arteria vertebral penetra en la primera vértebra cervical. Las arterias vertebrales bilaterales se electrocauterizaron en condiciones visuales, mientras que las arterias carótidas comunes bilaterales se separaron para colocar nudos sueltos. Cuando las extremidades de las ratas comenzaron a temblar, las arterias carótidas comunes bilaterales se ligaron rápidamente para inducir el coma isquémico. Este método puede evitar el riesgo de infección causado por dos operaciones quirúrgicas y es fácil de realizar con una alta tasa de éxito, proporcionando una referencia útil para los profesionales relevantes.
El daño cerebral isquémico es la lesión cerebral más común en la práctica clínica, representando aproximadamente el 75% de los casos de enfermedad cerebrovascular. La isquemia puede conducir a lesiones y enfermedades cerebrales secundarias graves 1,2, y el coma es el síntoma más grave causado por la lesión cerebral hipóxica isquémica. También es el camino final para muchas condiciones críticas3. El coma es una enfermedad crítica y grave en la práctica clínica de difícil manejo4. Cuanto más dure el coma, mayor será el peligro potencial. El despertar temprano es el objetivo principal para prevenir el deterioro y la progresión de la afección. Aunque la inyección de naloxona tiene una amplia gama de aplicaciones clínicas en la promoción de la vigilia, todavía tiene algunos efectos secundarios5. Por lo tanto, el desarrollo de fármacos seguros y eficaces que promuevan la vigilia es un problema urgente que debe abordarse. Establecer un modelo de coma isquémico cerebral simple y fácil de operar es esencial para dilucidar la patogenia del coma isquémico y para el desarrollo de fármacos 6,7,8.
El propósito de este estudio es presentar un modelo de inducción de coma isquémico global a través de la electrocoagulación de las arterias vertebrales bilaterales (AV) y la ligadura temporal de las arterias carótidas comunes bilaterales (CCA), que sea simple y fácil de usar para los principiantes. El protocolo anterior consistía en exponer el foramen pterigoideo bilateral de la primera vértebra cervical posterior durante la primera operación y quemar eléctricamente el foramen pterigoideo para bloquear los AV bilaterales. Se realizó una segunda intervención 24 h después para inducir un coma isquémico total mediante ligadura de los ACC bilaterales 9,10,11,12. Sin embargo, debido a la invisibilidad, existe el riesgo de electrocoagulación incompleta, hemorragia, lesión del tronco encefálico y de la médula espinal, así como un período experimental prolongado. Por lo tanto, es necesario abordar estas cuestiones.
Aquí, presentamos un método mejorado para modelar el coma isquémico. El procedimiento principal consiste en hacer una incisión en la parte anterior del cuello mediano, realizar una resección eléctrica de los AV bilaterales en condiciones visuales y ligar brevemente los ACC bilaterales durante una sola operación para bloquear el suministro de sangre a todo el cerebro, lo que provoca una inhibición rápida del electroencefalograma (EEG) y conduce al coma. Este método también induce un breve coma continuo después de la reperfusión. Este procedimiento es fácil de realizar, apto para principiantes y reduce el riesgo de infección por trauma secundario en los animales, acortando así el período experimental.
El protocolo es adecuado para el estudio del coma isquémico global causado por parada cardíaca. También es ideal para el estudio de la demencia isquémica, principalmente porque el área del cerebro del hipocampo es extremadamente sensible a la isquemia; Por lo tanto, la isquemia cerebral transitoria puede provocar daño o incluso pérdida de las neuronas del hipocampo13, lo que resulta en una disfunción cognitiva. Por lo tanto, el protocolo puede proporcionar una referencia para los profesionales que estudian la isquemia cerebral, el coma isquémico y la demencia isquémica.
El protocolo experimental se llevó a cabo de acuerdo con los requisitos del Comité de Uso de Animales de Laboratorio y del Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Foshan (Número de registro: 2023-643656). Para este estudio se utilizaron ratas macho Sprague Dawley (SD) (200 g ± 20 g, de 6 a 8 semanas de edad). Todos los datos de investigación con animales se han redactado de acuerdo con las directrices ARRIVE (Animal Research: Reporting In Vivo Experiments). Los detalles de los reactivos y equipos utilizados en el estudio se enumeran en la Tabla de Materiales.
1. Implantación de electrodos EEG
2. Proceso quirúrgico del modelo de coma isquémico cerebral
3. Recuperación de animales
Debido a la inflamación y otros estímulos causados por la implantación de electrodos, el EEG puede ser inestable, por lo que las ratas necesitan recuperarse durante 3 días. Las ratas con EEG y EMG normales después de 3 días podrían incluirse para la preparación del modelo de coma. Cuando las ratas fueron anestesiadas, la actividad de EEG y EMG se suprimió ligeramente, pero procedió sin problemas. No hubo cambios significativos en la actividad del EEG y EMG después de la electrocoagulación que bloqueó los AV bilaterales. Después de unos 30 minutos, el fármaco se metabolizó, las ratas recuperaron gradualmente la conciencia y la actividad del EEG y EMG aumentó. Cuando las ratas exhibieron espasmos en las extremidades, mientras las señales de EEG y EMG estaban activas y ya no estaban en línea recta, el CCA se ligó rápidamente. En este momento, los cuatro vasos sanguíneos responsables del suministro de sangre al cerebro se bloquearon, lo que resultó en una isquemia cerebral global. Las actividades de EEG y EMG se inhibieron rápidamente, casi formando una línea recta, y la rata ya no luchó, y los globos oculares aparecieron grises y blancos (Figura 2A). Si las ratas no pueden ser inducidas a un coma, significa que el modelo ha fallado.
Después de 30 min, el primer hilo de ligadura de los CCA se liberó para la reperfusión, pero el segundo hilo de ligadura colocado delante de los CCA mantuvo el nivel de perfusión bajo, induciendo un coma continuo en las ratas durante unos 60 min. Con la compensación gradual y la perfusión sanguínea del cuerpo, las ratas se despertaron gradualmente (Figura 2B). El EEG y el EMG de las ratas se recuperaron casi por completo después de despertar.

Figura 1: Diagrama de posición de la arteria vertebral de electrocoagulación. Los pasos 1 a 3 describen el protocolo para implantar los electrodos, y el paso 4 prueba si los electrodos funcionan correctamente. Los pasos 5 y 6 detallan el procedimiento quirúrgico de incisión en la parte delantera del cuello y las arterias vertebrales bilaterales (AV) para la electrocoagulación. Las flechas amarillas y los arcos indican los sitios clave para la electrocoagulación. Los hilos de seda se utilizan para simular el paso de la arteria vertebral a través de la columna vertebral, proporcionando una indicación más clara de la ubicación característica de la arteria vertebral electrocoagulada. En los pasos 7 a 9 se describen los protocolos para la ligadura de las arterias carótidas comunes bilaterales (ACC) para inducir el coma. Todos los procedimientos se adhieren a las pautas de uso de animales. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: El electroencefalograma (EEG) y el electromiograma (EMG) cambian de coma a recuperación. (A) Forma de onda de EEG, EMG y niveles de actividad en ratas durante el coma isquémico cerebral. (B) Diagrama de EEG, EMG y niveles de actividad en ratas en transición del coma al despertar. Todo el proceso dura aproximadamente 90 min. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
La oclusión de cuatro vasos induce una lesión cerebral isquémica e hipóxica global, que puede simular un coma agudo, un paro cardíaco, asfixia, shock, arritmia grave y otras condiciones clínicas críticas causadas por la isquemia cerebral en la práctica clínica. Por su parte, la oclusión de cuatro vasos puede provocar daños principalmente en el hipocampo17,18, que es el área funcional principal del cerebro responsable de la memoria cognitiva 19,20,21. Por lo tanto, la oclusión de cuatro vasos también puede utilizarse para simular un modelo de demencia vascular22,23. En resumen, el modelo de isquemia cerebral global inducida por oclusión de cuatro vasos ha sido ampliamente utilizado para simular las enfermedades clínicas antes mencionadas.
En 1979, Pulsinelli et al.10 lograron la isquemia cerebral global y la reperfusión mediante el bloqueo de las arterias carótidas comunes bilaterales y las arterias vertebrales bilaterales. Desde entonces, el modelo se ha convertido gradualmente en un método clásico de preparación reconocido internacionalmente para los modelos de isquemia cerebral global 24,25,26. Sin embargo, este método tiene algunos problemas, como diferencias individuales en la apófisis transversa y el foramen de la primera vértebra cervical, incluidos los forámenes pequeños, irregulares y curvos, lo que resulta en una electrocoagulación incompleta. Además, la electrocoagulación a largo plazo o la corriente eléctrica excesiva pueden suponer un riesgo de dañar el tronco encefálico y la médula espinal. Una electrocoagulación insuficiente de la arteria vertebral puede provocar hemorragias significativas y otros problemas 15,16,27.
Por lo tanto, los estudiosos han realizado mejoras continuas para garantizar la integridad de la electrocoagulación de la arteria vertebral y reducir la variabilidad del modelo28,29. Debido a la invisibilidad de la electrocoagulación de la arteria vertebral a través del foramen vertebral, Todd et al.30 expusieron completamente la arteria vertebral y la quemaron bajo visión directa perforando el foramen atlas, aumentando así la precisión de la electrocoagulación. Sin embargo, este método quirúrgico es altamente invasivo y puede dañar la columna cervical. La delgada pared del agujero pterigoideo puede dañar fácilmente la arteria vertebral, causando una hemorragia masiva y resultando en una tasa de mortalidad relativamente alta. Sugio et al.12 visualizaron la arteria vertebral y la cortaron permanentemente mediante la inserción de una aguja eléctrica en los agujeros intervertebrales izquierdo y derecho de la segunda vértebra cervical. Toda et al.31 y Lu et al.27 expusieron la arteria vertebral entre la primera y la segunda apófisis transversa fuera de la articulación del atlas a partir de esta estructura anatómica y realizaron electrocoagulación. Estos investigadores resolvieron el problema de la inestabilidad en la electrocoagulación cuando la arteria vertebral no era visible exponiéndola detrás del cuello y realizando la electrocoagulación.
Sin embargo, las ratas que se sometieron a cirugía tanto en el abdomen como en la espalda todavía tenían un mayor riesgo de infección, por lo que algunos estudiosos han intentado operar desde la parte delantera del cuello. Sun Wei et al.15 lograron la isquemia-reperfusión cerebral global mediante la separación de la arteria vertebral de la parte anterior del cuello, ligando o recortando las pequeñas arterias y recortando de forma continua o intermitente el CCA. Este paso requiere una operación meticulosa, ya que la arteria vertebral es difícil de separar debido a su naturaleza sutil. Además, las pinzas arteriales pequeñas son difíciles de sujetar con precisión la arteria vertebral. Si la separación no es lo suficientemente clara y limpia, dará lugar a un pinzamiento o ligadura incompletos, lo que sin duda aumenta la inestabilidad del modelo.
Este estudio proporciona un método sencillo y factible para la electrocoagulación de las arterias vertebrales. El paso clave no es separar la arteria vertebral, sino localizar el foramen transverso donde la arteria vertebral cruza y entra en la primera vértebra cervical. Esta es la entrada a la arteria vertebral, que tiene una característica curva, lo que permite a los principiantes localizarla rápidamente. Después de precalentar la pluma de electrocoagulación, insértela en la posición curva para coagular rápidamente la arteria vertebral, con una duración de 3 a 5 s para garantizar una oclusión completa. Tanto la electrocoagulación de la arteria vertebral como la ligadura de la ACC se realizaron en una sola operación, lo que redujo el riesgo de infección y la duración del experimento.
También encontramos que la muerte del animal modelo fue causada principalmente por la obstrucción de los cuatro vasos sanguíneos responsables del suministro de sangre cerebral y no estuvo relacionada con el número de operaciones quirúrgicas. Sin embargo, completar todas las operaciones en una sola cirugía acortó el período experimental. Además, el método modificado también se puede utilizar para preparar el modelo global de isquemia-reperfusión cerebral. El modelo de coma por isquemia cerebral inducida por oclusión de cuatro vasos también puede simular el modelo del "síndrome de enclaustramiento" en la medicina tradicional china32. Por lo tanto, el modelo introducido en este estudio también puede proporcionar una referencia para los practicantes de la medicina tradicional china.
En la literatura previa 16,33,34, la ligadura de estenosis de la CCA se realizó 30 min después de la isquemia. Sin embargo, después de 30 min de isquemia, algunas ratas mostraron una leve conciencia debido a la compensación. La estimulación mecánica podría hacer que estas ratas se despierten, lo que llevaría al fracaso del modelo de coma. Por lo tanto, en nuestro estudio, el tratamiento de la estenosis con CCA se llevó a cabo inmediatamente después del inicio del coma. En este momento, la profundidad del coma era profunda, lo que dificultaba estimular a las ratas para que se despertaran, lo que garantizaba la estabilidad del modelo. El CCA estaba en un estado pinzado durante este tratamiento, y el tratamiento de estenosis no afectaría el flujo sanguíneo.
Además, en la incisión del cuello de ratas, se observó que las arterias vertebrales en tres intervalos espinales podían ser bloqueadas por electrocauterización o ligadura. Sin embargo, existe un signo característico de entrada de la arteria vertebral en la primera columna, lo que la hace muy adecuada para el bloqueo de la electrocauterización. Debido a la falta de marcadores característicos entre la segunda y la tercera vértebra, así como entre la tercera y la cuarta vértebras, la ligadura de sutura es más adecuada. Sin embargo, existe el inconveniente de una ligadura insuficiente. Por lo tanto, en este estudio se optó por la electrocauterización para cortar la arteria vertebral entre la primera y la segunda vértebra.
Además, hay que tener en cuenta que el éxito de este modelo está estrechamente relacionado con el peso de las ratas. Se ha informado que las ratas que pesan entre 180 y 200 g son más adecuadas para inducir el coma. En este estudio, también se encontró que las ratas que pesan menos de 180 g difícilmente pueden soportar el daño de cuatro vasos sanguíneos simultáneamente, lo que lleva a una alta tasa de mortalidad. Por el contrario, si el peso es superior a 220 g, la rata se despertará rápidamente y no permanecerá en coma el tiempo suficiente para cumplir con el estándar del modelo.
Además, el diámetro del orificio utilizado para estrechar el CCA es otro factor que afecta la duración del coma en ratas. Los estudios han demostrado que un diámetro de agujero de 0,6 mm puede inducir un coma continuo en ratas durante 6-8 h con una alta tasa de supervivencia. Un diámetro estenopeico de 0,45 mm causó una estenosis arterial extrema en ratas, lo que llevó a la incapacidad de recuperación de las ratas gravemente lesionadas, mientras que un diámetro de 0,7 mm resultó en un coma que duró 1-3 h, pero con diferencias individuales significativas16.
Sin embargo, en el experimento preliminar, un diámetro de agujero de 0,6 mm no pudo inducir el coma durante más de 60 minutos, mientras que un diámetro de 0,5 mm pudo inducir el coma durante 1-2 h. Esto difiere del estudio de Xiaobing Jia et al., que puede deberse a diferencias en los anestésicos y los métodos de modelado. Se necesitan más estudios en el futuro para dilucidar estas diferencias.
En conclusión, este estudio presenta un método simple, factible y amigable para principiantes para la oclusión de cuatro vasos. Sirve como una referencia valiosa para los profesionales que estudian el coma isquémico cerebral o la isquemia cerebral global.
Los autores no tienen nada que revelar.
Este trabajo contó con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (82173781 y 82373835), el proyecto de investigación postdoctoral (BKS212055), el Proyecto de Innovación Científica y Tecnológica de la Oficina de Ciencia y Tecnología de Foshan (2320001007331), la Fundación de Investigación Básica y Aplicada de Guangdong (2019A1515010806), los Proyectos de Campo Clave (Fabricación Inteligente) de las Universidades Generales de la Provincia de Guangdong (2020ZDZX2057) y los Proyectos de Investigación Científica (Innovación Característica) de General Universidades en la provincia de Guangdong (2019KTSCX195).
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Matriz de fotoelectrodos de microfibra de 16 canales | Jiangsu Yige Biotechnology Co., Ltd | 2605 | |
| 4-0 Sutura quirúrgica | Nantong Holycon Medical Devices Co., Ltd. | B-104 | |
| 6-0 Sutura quirúrgica | Ningbo MEDICAL Needle Co., Ltd. | JM1216-742417 | |
| Electrodo de EEG | Kedou Brain machine Technology Co., Ltd | KD-EEGEMG | |
| Pluma de electrocoagulación | CONPUVON Company | 465 | |
| Lunion Stage Automatic Sleep Staging System | Shanghai Lulian Intelligent Technology Co., Ltd. | 1336 | |
| Taladro de cráneo de mano en miniatura | Rayward Life Technology Co., Ltd | 87001 | |
| Penicilina sódica | Chengdu Kelong Chemical Co., Ltd. | 17121709-2 | |
| SD ratas | SPF ( Pekín ) Biotecnología Co., Ltd. | 180-220g | |
| Clavo de calavera | GLOBALEBIO,LTD | / | |
| Instrumento estereotáxico | Rayward Life Technology Co., Ltd | 68801 | |
| Zoletil 50 | Vic Trading (Shanghai) Co., LTD | BN 88SHA |
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