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Remote Limb ischämischen Präkonditionierung: eine neuroprotektive Technique in Nagetiere

Published: June 2, 2015 doi: 10.3791/52213
Automatic Translation
1
1Discipline of Physiology and Bosch Institute, Sydney Medical School, University of Sydney

Summary

Remote ischämischen Präkonditionierung (RIP) ist ein Verfahren zur Konditionierung Gewebe vor schädlichen Stress. Wir haben eine Methode der Fern Ischämie an der Hintergliedmaße festgelegt, durch Aufblasen eines Blutdruckmanschette für 5-10 min. Die neuroprotektive Fähigkeiten von RIP in einem Modell der retinalen Degeneration bei Nagern gezeigt.

Abstract

Subletalen Ischämie schützt Gewebe gegen eine nachfolgende, weitere schwere Ischämie durch die Hochregulation endogener Mechanismen in das betroffene Gewebe. Subletalen Ischämie ist auch gezeigt worden, um Schutzmechanismen in entfernten Geweben hochregulieren. Eine kurze Zeit der Ischämie (5-10 min) in der hinteren Gliedmaßen der Säugetiere induziert Selbstschutzreaktionen im Gehirn, Lunge, Herz und Netzhaut. Die Wirkung wird als entfernte ischämischen Präkonditionierung (RIP) bezeichnet. Es ist eine therapeutisch vielversprechende Möglichkeit zum Schutz lebenswichtiger Organe, und ist bereits in klinischen Studien für Herz und Gehirn Verletzungen. Diese Veröffentlichung zeigt eine kontrollierte, minimal-invasive Verfahren zur Herstellung einer Extremität - insbesondere die hinteren Gliedmaßen einer Ratte - ischämisch. Eine Blutdruckmanschette zur Verwendung bei neugeborenen Menschen entwickelt wird, um eine manuelle Sphygmomanometer angeschlossen werden, mit 160 mmHg Druck um den oberen Teil der hinteren Gliedmaßen anzuwenden. Eine Sonde zur Hauttemperatur zu erfassen wird die ischemi verifizierena, durch Aufzeichnen der Abfall der Oberflächentemperatur durch Druck induzierten Okklusion der Beinarterien verursacht wird, und den Anstieg der Temperatur, die die Freisetzung der Manschette folgt. Diese Methode der RIP bietet Schutz für die Netzhaut der Ratte gegen hellen Lichtschäden und Degeneration.

Introduction

Das Überleben der meisten, möglicherweise alle, Gewebe im Gesicht des metabolischen Stress kann nach vorheriger Konditionierung mit einer Dauer von subletalen Ischämie 1,2 verbessert werden. Ischämischen Präkonditionierung (IP) in der Praxis ist die Exposition von Gewebe subletalen Ischämie, bevor die Gewebe Erfahrungen schwereren Belastungen, wie eine anschließende ischämischen Insult. In Tiermodellen liefert IP Schlagschutz an das Gehirn, Retina, Herz und Lunge 3-6. Entsprechend Beobachtungen bei Schlaganfall-Patienten zeigten einen Zusammenhang zwischen früheren transitorische ischämische Attacken und bessere klinische Ergebnisse 7,8. IP schützt auch Netzhautfotorezeptoren aus nicht-ischämische Verletzungen 9.

Die Wirksamkeit von IP in verschiedenen Geweben und Verletzungen legt nahe, daß es die Aktivierung eines angeborenen Mechanismus des Zellüberlebens in allen Geweben vorhanden. Ischämischen Präkonditionierung des Myokards wurde vorgeschlagen, Schutzwirkungen durch die Hochregulation habendes Hypoxie-induzierbaren Faktors (HIF), bekannt, dass viele Stoffwechselwegen durch die Freisetzung von Adenosin oder durch die Öffnung des mitochondrialen ATP-Kaliumkanäle 10,11 regulieren. Adenosinfreisetzung und ATP-Kaliumkanäle sind in Hirnischämie impliziert aber, Untersuchungen über die neuroprotektive Mechanismen ischämischer Anlagen haben bisher zur Anpassung Anti Exzitotoxizität, anti-apoptotische und Antientzündungswege 12,13 konzentriert. Insgesamt ist das Verständnis der molekularen Prozess der ischämischen Anlage zum Schutz von Neuronen begrenzt.

Remote ischämischen Präkonditionierung Versuche, ferne von entscheidender Bedeutung Organe (Herz, Gehirn, Lunge) durch die Erzeugung in weniger kritische Ischämie Gewebe zu konditionieren. Remote ischämischen Präkonditionierung (RIP) unter Verwendung des Hinterbein hat sich gezeigt, neuroprotektive in Nagetiermodellen von Schlaganfall 14-17 sein. Die von uns beschriebenen Verfahren stellt einen einfachen, zuverlässigen und nicht-invasive protocol zur Induktion von RIP.

Die große Mehrheit der RIP-Protokolle beinhalten die hinteren Gliedmaßen, vermutlich weil die Oberschenkelarterie in der oberen hinteren Gliedmaßen entfernt können leicht identifiziert und für chirurgische Klemm und Tourniquet-Anwendung zugegriffen werden. Bei invasiven Schenkel ischämischen Studien zur Untersuchung des Gehirns und der Hautschutz, um eine Ischämie durch Trennen der Oberschenkelarterie von der Leiste aus Bändern und Festklemmen der Femoralarterie 2,15,18 induziert.

Die Ischämie entweder Schenkel cuffing oder Femoralarterie Klemm resultierende durch Veränderungen auf dem Schenkel mit einem Pulsverlust, Verminderung der Sauerstoffzufuhr und einem Rückgang der Hauttemperatur bestätigt. Fern Ischämie kann durch die Pulsverlust unter Verwendung der Laser-Doppler oder Ultraschall-Doppler 17-19 bestätigt werden. Hauttemperatur kann als Alternative verwendet werden, um Doppler obwohl die Beziehung nicht linear ist 20,21 werden. Genaue Temperaturaufzeichnungen sind an der Tagesordnung in Labors und Doseleicht in Fern ischämischen Studien aufgenommen werden.

Eine Alternative zu femorale Klemmoperation ist die Induktion von Ischämie unter Verwendung einer Aderpresse. Venenstauer Anwendung erzeugt Ischämie vergleichbar zu der mit Gefäßklemm erreicht; Kutchner et al. Vergleich invasive Femoralarterie Klemm auf eine nicht-invasive Blutsperre und fanden beide Methoden angehalten Durchblutung der Gliedmaßen und reduziert Hautschäden in einer Schönheitsoperation Modell der Hautlappen Ischämie 18. Cuffing entweder das Bein oder Arm und die Erhöhung der Manschettendruck oberhalb des systolischen Blutdrucks wurde festgestellt, Schutzmaßnahmen gegen ischämische Schädigung in Schweinen und Menschen 17,19,22 sein.

Verschiedene Blutsperre Ansätze zur Induzierung Fern ischämischen umfassen die Verwendung einer Blutdruckmanschette oder ein elastisches Band 17,22,23. Jedoch ist die Verwendung eines elastischen Bandes Ischämie induziert eine unsichere Verfahren, die möglicherweise was zu einer nicht regulierten Menge an Druck in derGliedmaßen, mit steigendem Druck über 500 mmHg an Menschen 24 aufgezeichnet. Ferner Gliedmaßenischämie Verwendung eines elastischen Bandes führt zu Muskelschädigung bei Ratten nach dem Entfernen des Bandes 23, wie von Evans Blau-Farbstoff, ein in vivo-Markierung von myofiber Lässigkeit 25 beurteilt. Im Gegensatz dazu kann die Abgabe von einem gesteuerten Druck an die Aderpresse unter Verwendung einer Blutdruckmanschette um ein Blutdruckmessgerät 17,19,22,26 verbunden erreicht werden.

In dieser Studie wurde eine leichte Verletzungen Modell Photorezeptor-Degeneration verwendet werden, um die neuroprotektive Wirksamkeit von Fern ischämischen Präkonditionierung demonstrieren. Remote Ischämie wurde unmittelbar vor Lichtschäden induziert und verhindert spätere Photorezeptordegeneration wie Netzhautfunktionstests bestätigt. Das dazugehörige Video wird die Anwendung nicht-invasiver Fern Ischämie zu demonstrieren.

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Protocol

Ethics Statement: Das Protokoll folgt den Richtlinien der Tierpflege University of Sydney, AEC # 5657. Die Anästhesie wurde durch Tierethikkommission (University of Sydney, AEC # 5657) zugelassen.

1. Ausrüstung Vorbereitung

  1. Verwenden Sie Echtzeit-Tracking-Hauttemperatur. Schalten Sie Computer und Datenerfassungshardware.
  2. Öffnen Temperatur-Recording-Software und stellen Temperatureinstellung zwischen 30-35 ° C und die Häufigkeit der Probenahme bis alle 100 ms.
  3. Optional: Legen Sie Rektalthermometer zu Kerntemperatur zu gewährleisten bleibt bei 37,5 ° C stabil.

2. Kalibrierung des Handmessgerät

  1. Schließen Neugeborenen Armmanschette, um eine Größe 2 Manschette für ein 250-550 g Ratte sphygmomanometer.Use. Ein Adapter notwendig sein, um den Manschettenschlauch mit dem Blutdruckmessgerät zu verbinden.
  2. Lassen Sie die Luft der Manschette entweder durch Lösen der Entlüftungsventil oder Abtrennen des Manschettenschlauch aus der Anpassungoder. Achten Sie darauf, keinen Druck bleibt in der Rohrleitung und das Manometer Adel ruht auf Null innerhalb des oval / Rechteck.
  3. Überprüfen Sie den Druck zwischen Schlauch, Manometer und Manschette. Pumpen Sie die Manschette mit sanften Pumpen der Pumpball bis 100 mmHg am Manometer liest. Stellen Sie sicher, der Druck konstant bleibt. Lassen Sie die Luft der Manschette durch langsames Öffnen der Lufttrennwert.

3. Vorbereitung der Tiere

Hinweis: Tiere, die leichte Verletzungen zu unterziehen sind, erfordern dunklen Anpassung der Nacht zuvor entfernten Ischämie. Tiere unterziehen Lichtschäden erfordern dunklen Aufzucht (12 Stunden Licht: Dunkel-Zyklus (5 Lux))

  1. Führen Sie Fern Ischämie entweder wach oder anästhesiert Nagetiere. Stellen Sie sicher, dass Tiere einen gesunden Muskeltonus. Stellen Sie sicher, das durch Einklemmen des oberen hinteren Gliedmaßen zu bestätigen, eine ausreichende Muskel vorhanden. RIP-induzierten Schutz gegen Lichtschäden hat in sitzende Ratten bis zu 6 Monaten getestet.
  2. Anästhesiert Vorbereitung für RIP
    1. Injizieren Ratten mit einer intraperitonealen Injektion von 60 mg / kg Ketamin und 5 mg / kg Xylazin. Überprüfen Sie die Tiefe der Anästhesie durch Verlängerung des Beines und Einklemmen der Haut auf der Unterseite des Fußes. Das Tier hat kein Reflex, wenn sie tief anästhesiert. Künstliche Tränen in die Hornhaut Trockenheit während der Narkose zu vermeiden.
    2. Zeigen Ratten entweder auf einem Heizkissen oder Umlauf-Wasserheizer Schlauch, um eine konstante Körpertemperatur von 37,5 ° C zu halten. Positionieren Sie die Ratte in der Bauchlage mit den unteren Gliedmaßen "Fuß-Pads nach oben zeigt. Entweder der rechten oder linken Extremität Fern Ischämie unterzogen.
  3. Awake Vorbereitung RIP
    Hinweis: Awake Tierversuche sind zwei Personen erforderlich. Eine Person hält den Tieren und die zweite Person betreibt den manuellen Blutdruckmessgerät. Die Experimentatoren müssen darauf vertrauen können, um das Verfahren durchzuführen, wie Zurückhaltung erhöht die Verletzungsgefahr für Handler sein. Die Ratten unterziehen Fern Ischämie muss konditioniert werden to Handhaltung. Je nach intuitiven Richtlinien manuelle Zurückhaltung sollte Fortschritt von 30 Sekunden bis zu einem Maximum von 5 min über mehrere Wochen. Timid Tiere, die in den Handhaltung gewöhnen ausfallen sollte aus wach Experimenten ausgeschlossen werden. Schließlich ist die manuelle Zurückhaltung wahrscheinlich Stress (und möglicherweise vorstellen verwechselt der Studie) auf Tiere und eine Schein-Kohorte (Platzierung der Manschette ohne Entzündung) führen muss verwendet werden, um genau zu deuten RIP Studienergebnissen werden.
    1. Schneiden Sie ein Handtuch in eine 15 cm x 30-50 cm Stück und legen Sie die kurze Kante senkrecht zur Wirbelsäule der Ratte, für den Kopf an die Spitze der hinteren Gliedmaßen.
    2. Verstauen Sie die kurze Kante unter Oberkörper der Ratte fest und beginnen, die Ratte mit dem restlichen langen Kante Handtuch wickeln. Sichern Sie das Tier eingewickelt unter dem Arm in Rückenlage. Wenn die Ratte unter dem linken Arm hielt, befreien die Ratte rechten Extremität aus dem Handtuch.

4. Anwendung of Hauttemperatursonde

  1. Verlängern Sie die Etappe der Ratte, der Ischämie unterzogen und legen Sie die Haut Sonde auf den Fußballen ist. Positionieren Sie den Haut-Sonde, um den Kontakt zwischen dem Temperaturfühler und der Haut zu maximieren. Drücken Sie das Sonde in die Fußballen und bringen die Sonde mit Papierstreifen.
  2. Überprüfen Sie die Hautsonde Platzierung durch Verfolgen der Temperatur auf die Temperatur-Recording-Software. Sicherzustellen, dass die Hauttemperatur zwischen 30-34 ° C und stabil bleibt. Verfolgen Sie die Hauttemperatur für 1-2 min. Stellen Sie die Hautsonde, wenn die Temperatur instabil ist oder unter 30 ° C.

5. Fern Ischämie

  1. Lassen Sie die Luft der Manschette und sicherzustellen, dass die Luftdruckventil geschlossen ist. Erweitern Sie das Bein und locker umschließen die Manschette auf der oberen hinteren Gliedmaßen. Verwenden Sie den Zeigefinger und Daumen, um das Bein und die unteren Ziffern zu verlängern, um die gelockerten Manschette in Position zu halten.
  2. Heben Sie den Manschettendruck anästhesiert Tieres zu 160 mmHg und bei wachen Tieren INCREase der Manschettendruck bis 180 mmHg.
    Hinweis: Die anästhesiert Blutdruck von Ratten reicht von 120 bis 140 mmHg und steigt auf 160 mmHg bei Bewusstsein. Beginnt die Timer-und Fuß Temperaturaufzeichnungen, sobald die korrekte Druck erreicht ist.
    Hinweis: Der Fuß Temperatur sollte um 2 ° C nach 5 min von konstanten Druckabfall.
  3. Pflegen Sie die Position der Manschette oberhalb des Tieres "Knie" in der gesamten Ischämie. Manschettendruck beginnt nach wenigen Minuten fallen, oder wenn die Ratte die Extremität bewegt.
  4. Mehrmals pumpen die Pumpball in kurzen Stößen, um die gewünschte Manschettendruck wiederholenden kurzen Burst von Pumpen zu halten
  5. Fern Ischämie kann kontinuierlich für zwischen 5 und 15 Minuten abgegeben werden. Die Ischämie-Reperfusion-Protokoll besteht aus 2 Perioden von 5 min Ischämie mit einer dazwischenliegenden 5 min Reperfusion.
  6. Luft aus dem Manschettendruck durch Lösen der Druckluftventil. Überprüfen Sie die Temperatur verändern sich im Laufe der Ischämie proProtokoll. Lassen Sie die Manschette.
  7. Fahren Sie mit Verletzungen Experimentieren. Tiere unter der Wirkung der Anästhesie müssen auf einem Heizkissen gebracht werden. Weiter zu den Tieren, bis die ambulante Überwachung. Tiere nicht zu Wohnraum, bis zu Fuß zurückgeschickt werden.

6. Licht Injury - Netzhautdegeneration Modell

  1. Dunkel die Tiere über Nacht (12-15 h) anzupassen. Unmittelbar im Anschluss an Fern Ischämie Anlage oder Schein-Fern Ischämie (Tierhaltung) Ort Tieren in Plexiglasgehäuse mit Nahrung und Wasser.
  2. Schalten Sie Leuchtstofflampen (1.000 Lux) über Plexiglasgehäuse um 9 Uhr 24 h entfernt. Nach Belichtung, kehren die Tiere auf zyklische Beleuchtung für 7 Tage verdunkeln.

7. Post-Remote-Ischämie Procedures

  1. Vision mit Einschätzung Elektroretinogramm (ERG):
    Hinweis: Die ERG Set-up und Flash-Protokoll gefolgt Brandli und Stein 26.
    1. Dunkle anzupassen Tiere über Nacht (12-15 h). Unterschwach rot Beleuchtungs betäuben die Tiere durch intraperitoneale Injektion von Ketamin und Xylazin (60 mg / kg und 5 mg / kg). Mydriatischen (Atropinsulfat 1,0%), Hornhaut Anästhetikum (Proxymetacain 0,5%).
    2. Gelten Hydration der Horn (Carbomer Polymer) Augentropfen sofort auf der Hornhaut. Bewerben Augengel bei 20 min-Takt zu Hornhauthydration zu erhalten.
    3. Zeichnen Sie eine lose gebunden Faden um den Augapfel zu stabilen ERG-Aufnahmen unterstützen. Überwachen Sie Temperatur mit einem Rektalsonde und zu pflegen Körpertemperatur Tieres bei 37 bis 37,5 ° C.
    4. Positionieren Sie den Kopf in einem Ganzfeld Ulbrichtkugel.
      Hinweis: Die Ganzfeld ist eine voll programmierbare Lichtreiz, der einheitliche Whit blinkt liefert von LEDs für die Augen.
    5. Notieren Sie die Elektroretinogramm mit einem maßgeschneiderten 4 mm Platin positive Elektrode leichter Berührung der Hornhaut und eine 2 mm Durchmesser Ag / AgCl-Pellet-Elektrode in den Mund eingeführt. Referenz beide Elektroden mit einer Nadel aus rostfreiem Stahlsubkutan in die Hinterteil eingelegt.
    6. Nehmen Sie Signale mit Bandpass-Einstellung 0.3-1,000 Hz (-3 dB), mit einer 2 kHz Erfassungsrate (AD Instruments). Nachdem ein stabiler ERG Aufzeichnung wird das Tier zu einem 10 Minuten vor Beginn der Dunkeladaptation Aufnahmen fest Thema.
    7. Folgen Sie dem Flash-Protokoll, wie zuvor von Brandli und Stein 26 beschrieben.
      1. Programmierung der Dauer des Blitzes (wir blinkt 1-2 ms Dauer), und legen Sie seine Intensität auf -4,4 bis 2,0 log scot cd.sm -2. Verwenden Sie helle Blitze (2,0 log scot cd.sm -2, 1 ms), um die Netzhautfunktion zu messen. In dieser Studie ist der Vergleich zwischen Steuerung, Lichtschäden und leichten Verletzungen mit RIP.

8. TUNEL Assay

  1. Euthanize Tieren durch intraperitoneale Injektion von Phenobarbital Dosis (100 mg / kg). Entkernen die Augen und fixieren in 4% Paraformaldehyd.
  2. Die Augen in PBS zu waschen, bevor cyroprotectingAugen über Nacht in 30% Saccharose (w / v). Betten Sie die Augen in OCT-Verbindung und Schnitt in 20 & mgr; m Sagittalschnitten Verwendung eines Kryostaten.
  3. Führen Sie die TUNEL-Assay auf Netzhautschnitte mit DAPI-Färbung nach dem Protokoll von Maslim et al. 27
  4. Verwenden Fluoreszenzmikroskopie für TUNEL zählt der Netzhaut. TUNEL-Zellen wurden von der äußeren Körnerschicht (ONL) erfasst; die äußerste Schicht der Retina, die Photorezeptorzellkerne enthält. In dieser Studie wurden TUNEL zählt dreifach für jedes Auge, mit 5 Augen für jede Behandlungsgruppe.
  5. Verwenden Sie Einweg-ANOVA, um statistische vergleichen Gruppe bedeutet Kontrolle, Lichtschäden und leichte Verletzungen + RIP Ratten.

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Representative Results

Eine Blutdruckmanschette über 160 mmHg erhöht, um stoppt Durchblutung des hinteren Gliedmaßen wie deutlich in 1B zu sehen. Der Mangel an Sauerstoffversorgung des Gewebes ergab sich ein Reduktions Fußtemperatur des Tieres für eine Ischämie-Reperfusion-Protokoll (Abbildung 2). Der Fuß Temperatur (33 ° C) niedriger ist als die Kerntemperatur und zuverlässig reduziert war während der Manschettendruck Erhebung (31 ° C) steigt, wenn die Manschette entleert wurde (32 ° C). Ein einzelnes 1.000 Lux Licht Verletzung wurde geliefert, mit oder ohne Fern ischämischen Präkonditionierung angehoben Albino-Ratten zu dimmen. Netzhautfunktion wurde erfasst und bewertet mit dem Elektroretinogramm (ERG).

Die ERG ist die Summe der elektrischen Antworten von den inneren und äußeren Neuronen der Retina auf Licht Stimulation Ursprung wie in Abbildung 3 dargestellt. Die ERG-Wellenform das erste negative Peak aus Phototransduktion (mindestens ca. 10 ms nach light flash) bezeichnet die A-Welle und einen großen positiven Spitze von der inneren Netzhaut (maximal ca. 80 ms nach Lichtblitz) bezeichnet die b-Welle. Die dunkeladaptierten ERG aus einer normalen dim angehoben Ratte zeigte einen großen Photorezeptor und der inneren Netzhautreaktion auf einer hellen 2,0 log cd.sm -2 Blitz (3A). Eine Woche nach Licht Verletzungen die ERG-Aufnahmen hatte eine schwere Reduktion der Amplitude relativ zu den Kontrollen, was den Verlust von Photorezeptoren; siehe 3B. Vorkonditionierung des Hinterbein mit Ischämie mit einer Reperfusion Protokoll von 2 x 5 min unmittelbar vor Ischämie schützte die Photorezeptoren vor Licht Verletzungen. Die RIP ERG-Amplituden größer waren als leichte Verletzungen allein, mit einem leichten Rückgang auf die a-Welle See (3C). Desoxyribonukleotidyltransferase dUTP nick end labeling (TUNEL) Assay auf kryokonservierten Abschnitte der Netzhaut bestätigt eine Reduzierung der apoptotischen Zellen in Tieren, die beschädigt Licht RIP reltive zu scheinbehandelten leichten Verletzungen Tiere (Abbildung 4).

Die Induktion von Ischämie auf die hinteren Gliedmaßen stützt sich auf die korrekte Platzierung der Manschette, wie in Abbildung 1 zu sehen ist. Eine Manschette unter dem "Knie" platziert nicht Photorezeptoren vor Licht schützen Verletzungen wie in den reduzierten ERG-Amplituden reflektiert, siehe Abbildung 3D.

Abschließend, wenn verabreicht korrekt hinteren Gliedmaßen Ischämie konnte Netzhautneuronen vor Licht Verletzungen zu schützen.

Abbildung 1
Abb. 1: Cuff Platzierung und Wirkung der Manschettendruck über 160 mmHg (a) zeigt die Hinterbein und Fuß vor Manschettendruck Höhe. (B) zeigt den Fuß bei Erhebung der Manschettendruck über 160 mmHg. Beachten Sie die Position der Manschette über dem "k nee ". Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 2
Abb. 2: Fuß Temperatur während Aufpumpen der Manschette verringert Inflation der Manschette an der Hintergliedmaße für 2 x 5 min bei 160 mmHg reduziert Hauttemperatur während der Ischämie. (A) zeigt die Gruppendurchschnitt 2 x 5 min zu Fuß RIP Temperaturänderungen. (B) zeigt eine repräsentative Fuß Temperatur (° C) die Ablaufverfolgung für 2 x 5 min Ischämie. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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Abb. 3: RIP bewahrt Netzhautfunktion, wie in der ERG zeigten im Vergleich zu Lichtschäden Ratten Exposition gegenüber hellem Licht 24 h Schäden die Photorezeptoren der Netzhaut. Das ERG misst den Status eines inneren und äußeren Netzhaut als Elektroantwort (Mikrovolt [uV]), um Lichtstimulation. Die normale retinale Ansprechen auf 2,0 log cd.sm -2 Lichtstimulation in (A) gesehen. Photorezeptor Schäden durch helles Licht zu einer kleineren ERG Amplitude (B). RIP konnte die Photorezeptoren folgende leichte Verletzungen (C) zu retten. Falsche Manschetten Platzierung während RIP keine Photorezeptoren vor Verletzungen (D). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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Abbildung 4: TUNEL-Zellzahl. Ein Balkendiagramm, Konzernergebnis für leichte Verletzungen, Verletzungen + RIP zeigen die Reduktion der Apoptose mit RIP. TUNEL + Zellen wurden über die gesamte Spanne von der Netzhaut (8,000 um) gezählt. Oberseite: Gruppe durchschnittlich TUNEL + Zellen waren niedriger für RIP behandelten Ratten (210 ± 4,9, n = 5) im Vergleich zu Lichtschäden allein (255 ± 10, n = 5), p <0,01, one-way ANOVA. Unbeschädigte Netzhaut (kein Licht Verletzung) hatte eine sehr geringe (3,0 ± 1,4, n = 5) apoptotischen Zellen. (A) Repräsentatives Bild überlegene Licht verletzt Netzhaut. (B) Repräsentative Bild von höchster RIP-light verletzt Netzhaut. (C) Repräsentative Bild von minderer Licht verletzt Netzhaut. (D) Repräsentative Bild von minderer RIP-light verletzt Netzhaut. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version davon zu sehenAbbildung.

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Discussion

Nagetier hinteren Gliedmaßen Ischämie wurde erfolgreich mit einem manuellen Sphygmomanometers induziert und Stulpe Abgabe der Neuroprotektion zu den Photorezeptoren der Netzhaut. Die Feststellung einer ischämischen Anlage induzierte Schutz der Photorezeptoren vor Licht Verletzungen 9,28.

Im Wesentlichen verursacht Fern Ischämie kurze Sauerstoffmangel zu Geweben. Daher hat Fern ischämischen Präkonditionierung viele Ähnlichkeiten mit ischämischen Anlage oder alternativ bezeichnet ischämischen Toleranz, hypoxische Präkonditionierung, und zu einem gewissen Grad, anaerobe Übung. Zellen reagieren auf ischämische Herausforderung durch die Freigabe einer großen Vielzahl von Proteinen, Nukleosid- und Transkriptionsfaktoren, die entweder direkt oder Neuroprotektion bieten beeinflussen Zellen tolerant nachfolgenden metabolischen Stress 13 zu werden.

In der Literatur haben Fern Ischämie Protokolle eine Reihe von Laufzeiten und Frequenzen enthalten. Unser Labor hat getestet, 5, 10,und 2 x 5 min Ischämie Protokolle über normale Netzhautfunktion 26. Dieser Protokolle 2 x 5 min erzeugte die größte Amplitudenänderung ERG bei normalen Ratten und wurde ausgewählt, um in einem Modell der Verletzung durch Licht zu testen. Kurz und wiederholt, 5 min ischämische Ereignisse haben auch gezeigt, vorbeugende in wiederkehrende Schlaganfälle bei Menschen zu sein und die Infarktgröße in experimentellem Schlaganfall bei Schweinen 17,22 reduzieren. Jedoch ist die am meisten geeignete Dauer der ischämischen Präkonditionierung wahrscheinlich abhängig vom Tiermodell verwendet werden. Beispielsweise wurde eine Reduktion der Infarktgröße gegen fokale Ischämie in mehr 2 x 15 min und 3 x 15 min Protokollen beobachtet, aber nicht in 3 x 5 min Protokolle bei Ratten 15.

Die Zeit zwischen IP und ischämische Verletzungen muss auch für eine wirksame Neuroprotektion zu berücksichtigen. Zwei Zeitfenster sind für Herzschutz durch IP induziert eingestuft. Dies sind die Fenster "classic Anlage", die nach IP und 0-12 h auftrittdie "zweite Fenster", die nach IP 29 3-4 Tage tritt. In einer Brenn Schlaganfall-Modell, RIP wurde festgestellt, Schutz zu mehreren Zeitpunkten, auch außerhalb der klassischen und zweiten Fenster 15 zu sein. Allerdings gibt es nur wenige Studien, die die Zeitperioden der Neuroprotektion im RIP und IP verglichen haben.

Eine weitere Überlegung zur Fern Ischämie Schutz ist der Zeitpunkt der Anlage, einschließlich ob sie vor Schädigung (Präkonditionierung) aufgebracht ist oder nach einer Verletzung (Postkonditionierung). Der Großteil der Fern Ischämie Tests haben Präkonditionierung trotz Postkonditionierung Studien Nachdem vor kurzem festgestellt, Schutz beider Netzhaut und zerebrale Neuronen 30,31 zu sein verwendet.

Zusammenfassend ist die Induktion der Neuroprotektion in ischämischen Hintergliedmaßen Anlage spezifisch für die Alzheimer-Modell Tierart, der Dauer der Ischämie und den Zeitpunkt der Ischämie. Eine Rezension von Kaniora et al. provides weitere Details über die Vielfalt der Fern Ischämie-Protokolle, einschließlich der Spezies, RIP-Protokolle RIP Websites, Verletzungen Modelle, Verletzungen Ergebnisse und vorgeschlagenen Schutzmechanismen 32.

Das minimal-invasive Manschette am hinteren Extremität ermöglicht RIP sowohl wach und Tieren bereitgestellt wird die Körpertemperatur gehalten wird. In narkotisierten Experimente muss die Körpertemperatur des Tieres gehalten werden, um Unterkühlung zu verhindern. Interne Temperaturüberwachung wird das Tier unterzogen Hypothermie oder Hyperthermie zu verhindern. Hypothermie und Hyperthermie sind bekannte Vorbehandlung Reize in beiden Taktmodelle und leichte Verletzungen 33-36. Die vorgestellte Methode kann in JoVE wach Tiere wodurch die Körpertemperatur verwechselt zu verhindern durchgeführt werden.

Anästhetika kann eine andere Gruppe von verwechselt in RIP Experimente vorstellen. Isofluran kann in Myokard Schutz über die Öffnung von ATP-sensitiven Kalium ch teilnehmenannels eine ähnliche Schutzmechanismus in ischämischen Anlage 37 ausgewiesen. Obwohl die Größe des Infarkts in Schlaganfallmodellen groß bleibt in scheinbehandelten Tieren verabreicht Isofluran kann der molekulare Mechanismus zugrunde liegende ischämische Fernanlage durch die Wirkungen von Anästhetika maskiert werden. Ketamin, ein NMDA-Antagonist, hat eine Vielzahl von schützenden Wirkungen in vivo 38, einschließlich der Möglichkeit, die Exzitotoxizität von Neuronen zu vermeiden, aktivieren das mTOR-Signalwegs und Freigabe BDNF in das Serum 39-41. Ketamin wurde berichtet, dass das neuronale Überleben nach Hirntrauma beim Menschen zu verbessern und leichte Verletzungen in Nagetier Photorezeptoren 42,43 reduzieren. Untersuchungen zum Mechanismus der Fern ischämische Konditionierung mit wach Blutdruck cuffing vermeiden Narkose verwechselt.

Wirksame Hinter Gliedmaßenischämie beruht auf dem korrekte Platzierung der Manschette Konsistenz der Manschettendruck und Cuffdruck Höhe über SYSTOlic Blutdruck, wie in Abbildung 1 zu sehen ist. Eine Manschette unter dem "Knie" gelegt hat keine Photorezeptoren vor Licht schützen Verletzungen wie in den reduzierten Elektroretinogramm (ERG) Amplituden wider. Der Unterschied in Anlage basierend auf der Position der Manschette, aufgrund der Unterschiede in der Muskelmasse und die Nähe zu der Femoralarterie wahrscheinlich. Darüber hinaus sollten die Tiere für Alter, Gewicht, Körpertemperatur und Geschlecht standardisiert werden.

Zusammenfassend kann die Fern Ischämie durch eine nicht-invasive Blutdruckmanschette, die Muskelverletzung vermeidet und die Flexibilität hat, um wach oder anästhesiert Experimenten induziert werden. Remote ischämischen Präkonditionierung ist ein aufstrebendes neuroprotektive Strategie und dieses Protokoll werden weitere Studien in seine Mechanismen und Anwendungen zu ermöglichen.

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Gold series DuraShock hand aneroid sphygmomanometer Welch Allyn DS56 Manual Sphygmomanometer
Neonate [size 2] 1 tube, 10 pack Welch Allyn 5082-102-1 Limb blood pressure cuff
Luer lock adaptor Welch Allyn 5082-178 Adaptor for neonatal cuff
Thermistor pod AD Instruments ML 309 skin tempertature unit
Skin temperture probe AD Instruments MLT 422/A
Powerlab, 4 channel acquistion hardware AD Instruments PL 35044
Homeothermic blanket system with flexible probe Harvard Appartus 507222F
Towel optional: awake remote ischemia
Isoflo - 100% Isoflurane (250 ml) Abbot Animal Health 05260-05 optional: inhaltion anaesthetic remote ischemia
Ketamil - ketamine 100 mg/ml (50 ml) Troy Laboratories Pty Ltd optional: injectable anaesthetic remote ischemia
Xylium - Xylazine 100 mg/ml (50 ml) Troy Laboratories Pty Ltd optional: injectable anaesthetic remote ischemia

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References

  1. Meller, R., Simon, R. P. Tolerance to Ischemia-an Increasingly Complex Biology. Translational Stroke Research. 4 (1), 40-50 (2013).
  2. Sun, J., et al. Protective effect of delayed remote limb ischemic postconditioning: role of mitochondrial K-ATP channels in a rat model of focal cerebral ischemic reperfusion injury. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 32 (5), 851-859 (2012).
  3. Harkin, D. W., D'Sa, A., McCallion, K., Hoper, M., Campbell, F. C. Ischemic preconditioning before lower limb ischemia-reperfusion protects against acute lung injury. Journal of Vascular Surgery. 35 (6), 1264-1273 (2002).
  4. Murry, C. E., Jennings, R. B., Reimer, K. A. Preconditioning with ischemia -A delay of lethal cell injury in ischemic myocardium. Circulation. 74 (5), 1124-1136 (1986).
  5. Barone, F. C., et al. Ischemic preconditioning and brain tolerance - Temporal histological and functional outcomes, protein synthesis requirement, and interleukin-1 receptor antagonist and early gene expression. Stroke. 29 (9), 1937-1950 (1998).
  6. Roth, S., et al. Preconditioning provides complete protection against retinal ischemic injury in rats. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 39 (5), 777-785 (1998).
  7. Wegener, S., et al. Transient ischemic attacks before ischemic stroke: Preconditioning the human brain? A multicenter magnetic resonance imaging study. Stroke. 35 (3), 616-621 (2004).
  8. Weih, M., et al. Attenuated stroke severity after prodromal TIA - A role for ischemic tolerance in the brain. Stroke. 30 (9), 1851-1854 (1999).
  9. Casson, R. J., Wood, J. P. M., Melena, J., Chidlow, G., Osborne, N. N. The effect of ischemic preconditioning on light-induced photoreceptor injury. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 44 (3), 1348-1354 (2003).
  10. Ettaiche, M., et al. ATP-sensitive potassium channels (K-ATP) in retina: a key role for delayed ischemic tolerance. Brain Research. 890 (1), 118-129 (2001).
  11. Gross, E. R., Gross, G. J. Ligand triggers of classical preconditioning and postconditioning. Cardiovascular Research. 70 (2), 212-221 (2006).
  12. Heurteaux, C., Lauritzen, I., Widmann, C., Lazdunski, M. Essential role of adenosine, adenosine-A1-receptors, and ATP-senstive K+ channels in cerebral ischemic preconditioning. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 92 (10), 4666-4670 (1995).
  13. Dirnagl, U., Simon, R. P., Hallenbeck, J. M. Ischemic tolerance and endogenous neuroprotection. Trends in Neurosciences. 26 (5), 248-254 (2003).
  14. Ren, C., et al. Remote ischemic post-conditioning reduced brain damage in experimental ischemia/reperfusion injury. Neurol Res. 33 (5), 514-519 (2011).
  15. Ren, C., Gao, X., Steinberg, G. K., Zhao, H. Limb remote-preconditioning protects against focal ischemia in rats and contradicts the dogma of therapeutic time windows for preconditioning. Neuroscience. 151 (4), 1099-1103 (2008).
  16. Hu, S., et al. Noninvasive limb remote ischemic preconditioning contributes neuroprotective effects via activation of adenosine A1 receptor and redox status after transient focal cerebral ischemia in rats. Brain Research. 1459, 81-90 (2012).
  17. Jensen, H. A., et al. Remote Ischemic Preconditioning Protects the Brain Against Injury After Hypothermic Circulatory Arrest. Circulation. 123 (7), 714-721 (2011).
  18. Kuntscher, M. V., et al. Ischemic preconditioning by brief extremity ischemia before flap ischemia in a rat model. Plastic and Reconstructive Surgery. 109 (7), 2398-2404 (2002).
  19. Kharbanda, R. K., et al. Transient limb ischemia induces remote ischemic preconditioning in vivo. Circulation. 106 (23), 2881-2883 (2002).
  20. Perl, W., Cucinell, S. A. LOCAL BLOOD FLOW IN HUMAN LEG MUSCLE MEASURED BY A TRANSIENT RESPONSE THERMOELECTRIC METHOD. Biophysical Journal. 5 (2), 211-230 (1965).
  21. Vuksanovic, V., Sheppard, L. W., Stefanovska, A. Nonlinear relationship between level of blood flow and skin temperature for different dynamics of temperature change. Biophysical Journal. 94 (10), L78-L80 (2008).
  22. Meng, R., et al. Upper limb ischemic preconditioning prevents recurrent stroke in intracranial arterial stenosis. Neurology. 79 (18), 1853-1861 (2012).
  23. Souza, M. V. P., et al. Hind limb ischemic preconditioning induces an anti-inflammatory response by remote organs in rats. Brazilian Journal of Medical and Biological Research. 42 (10), 921-929 (2009).
  24. Hixson, F. P., Shafiroff, B. B., Werner, F. W., Palmer, A. K. DIGITAL TOURNIQUETS - A PRESSURE STUDY WITH CLINICAL RELEVANCE. Journal of Hand Surgery-American. 11A (6), 865-868 (1986).
  25. Hamer, P. W., McGeachie, J. M., Davies, M. J., Grounds, M. D. Evans Blue Dye as an in vivo marker of myofibre damage: optimising parameters for detecting initial myofibre membrane permeability. Journal of Anatomy. 200 (1), 69-79 (2002).
  26. Brandli, A., Stone, J. Remote ischemia influences the responsiveness of the retina: observations in the rat. Invest Ophthal Vis Sci. 55 (4), (2014).
  27. Maslim, J., Valter, K., Egensperger, R., Hollander, H., Stone, J. Tissue oxygen during a critical developmental period controls the death and survival of photoreceptors. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 38 (9), 1667-1677 (1997).
  28. Grimm, C., et al. HIF-1-induced erythropoietin in the hypoxic retina protects against light-induced retinal degeneration. Nature Medicine. 8 (7), 718-724 (2002).
  29. Vander Heide, R. Clinically Useful Cardioprotection: Ischemic Preconditioning Then and Now. Journal of Cardiovascular Pharmacology and Therapeutics. 16 (3-4), 251-254 (2011).
  30. Zhou, Y. L., et al. Remote Limb Ischemic Postconditioning Protects Against Neonatal Hypoxic-Ischemic Brain Injury in Rat Pups by the Opioid Receptor/Akt Pathway. Stroke. 42 (2), 439-444 (2011).
  31. Hasegawa, J., Obara, T., Tanaka, K., Tachibana, M. High-density presynaptic transporters are required for glutamate removal from the first visual synapse. Neuron. 50 (1), 63-74 (2006).
  32. Kanoria, S., Jalan, R., Seifalian, A. M., Williams, R., Davidson, B. R. Protocols and mechanisms for remote ischemic preconditioning: A novel method for reducing ischemia reperfusion injury. Transplantation. 84 (4), 445-458 (2007).
  33. Maier, C. M., et al. Optimal depth and duration of mild hypothermia in a focal model of transient cerebral ischemia - Effects on neurologic outcome, infarct size, apoptosis, and inflammation. Stroke. 29 (10), 2171-2180 (1998).
  34. Reith, J., et al. Body temperature in acute stroke: Relation to stroke severity, infarct size, mortality, and outcome. Lancet. 347 (8999), 422-425 (1996).
  35. Barbe, M. F., Tytell, M., Gower, D. J., Welch, W. J. HYPERTHERMIA PROTECTS AGAINST LIGHT DAMAGE IN THE RAT RETINA. Science. 241 (4874), 1817-1820 (1988).
  36. Wang, X. D., et al. Neuronal degradation in mouse retina after a transient ischemia and protective effect of hypothermia. Neurological Research. 24 (7), 730-735 (2002).
  37. Tonkovic-Capin, M., et al. Delayed cardioprotection by isoflurane: role of K(ATP) channels. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 283 (1), H61-H68 (2002).
  38. Pfenninger, E., Himmelseher, S. Neuroprotective effects of ketamine on a cellular level. Anaesthesist. 46, S47-S54 (1997).
  39. Hirose, K., Chan, P. H. BLOCKADE OF GLUTAMATE EXCITOTOXICITY AND ITS CLINICAL-APPLICATIONS. Neurochemical Research. 18 (4), 479-483 (1993).
  40. Welberg, L. Psychiatric disorders: Ketamine modifies mood through mTOR. Nature reviews. Neuroscience. 11 (10), 666 (2010).
  41. Garcia, L. S. B., et al. Acute administration of ketamine induces antidepressant-like effects in the forced swimming test and increases BDNF levels in the rat hippocampus. Progress in Neuro-Psychopharmacology & Biological Psychiatry. 32 (1), 140-144 (2008).
  42. Wassle, H. Parallel processing in the mammalian retina. Nature Reviews Neuroscience. 5 (10), 747-757 (2004).
  43. Hertle, D. N., et al. Effect of analgesics and sedatives on the occurrence of spreading depolarizations accompanying acute brain injury. Brain. 135, 2390-2398 (2012).

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Medizin Ausgabe 100 Fern ischämischen Präkonditionierung ischämische Anlage ischämischen Toleranz leichte Verletzungen Neuroprotektion vermittelte Neuroprotektion Schlaganfall Netzhaut Elektroretinogramm Ratte
Remote Limb ischämischen Präkonditionierung: eine neuroprotektive Technique in Nagetiere
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Brandli, A. Remote Limb Ischemic… More

Brandli, A. Remote Limb Ischemic Preconditioning: A Neuroprotective Technique in Rodents. J. Vis. Exp. (100), e52213, doi:10.3791/52213 (2015).

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