Ce protocole décrit le processus d’induction d’un modèle de coma ischémique cérébral à l’aide d’une méthode d’occlusion modifiée à quatre vaisseaux.
Article de méthode
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Ce protocole décrit le processus d’induction d’un modèle de coma ischémique cérébral à l’aide d’une méthode d’occlusion modifiée à quatre vaisseaux.
Le coma causé par l’ischémie cérébrale est la complication la plus grave de l’ischémie cérébrale. L’occlusion à quatre vaisseaux peut établir un modèle de coma ischémique cérébral pour la recherche sur les maladies et le développement de médicaments. Cependant, la méthode d’occlusion à quatre vaisseaux couramment utilisée consiste principalement à insérer un stylo d’électrocoagulation dans le foramen ptérygoïdien bilatéral de la première vertèbre cervicale derrière le cou pour électrocoaguler les artères vertébrales. Ce processus comporte un risque d’électrocoagulation incomplète, de saignement et de lésions du tronc cérébral et de la moelle épinière. Vingt-quatre heures après l’opération, les rats réanesthésiés subissent une ligature de l’artère carotide devant le cou. Deux interventions chirurgicales exposent les rats à un risque plus élevé d’infection et prolongent la période expérimentale. Dans cette étude, au cours d’une seule intervention chirurgicale, une incision cervicale antérieure a été utilisée pour localiser le site clé où l’artère vertébrale pénètre dans la première vertèbre cervicale. Les artères vertébrales bilatérales ont été électrocautérisées dans des conditions visuelles, tandis que les artères carotides communes bilatérales ont été séparées pour former des nœuds lâches. Lorsque les membres des rats ont commencé à se contracter, les artères carotides communes bilatérales ont été rapidement ligaturées pour induire un coma ischémique. Cette méthode permet d’éviter le risque d’infection causé par deux opérations chirurgicales et est facile à réaliser avec un taux de réussite élevé, fournissant une référence utile pour les praticiens concernés.
Le traumatisme crânien ischémique est le traumatisme crânien le plus fréquent en pratique clinique, représentant environ 75 % des cas de maladies cérébrovasculaires. L’ischémie peut entraîner de graves lésions cérébrales secondaires et des maladies 1,2, et le coma est le symptôme le plus grave causé par une lésion cérébrale hypoxique ischémique. C’est aussi la voie finale pour de nombreuses conditions critiques3. Le coma est une maladie critique et grave dans la pratique clinique qui est difficile à gérer4. Plus le coma dure longtemps, plus le danger potentiel est grand. Un réveil rapide est l’objectif principal pour prévenir la détérioration et la progression de la maladie. Bien que l’injection de naloxone ait un large éventail d’applications cliniques pour favoriser l’éveil, elle a tout de même des effets secondaires5. Par conséquent, la mise au point de médicaments sûrs et efficaces favorisant l’éveil est un problème urgent qui doit être résolu. L’établissement d’un modèle simple et facile à utiliser du coma ischémique cérébral est essentiel pour élucider la pathogenèse du coma ischémique et pour le développement de médicaments 6,7,8.
Le but de cette étude est d’introduire un modèle d’induction d’un coma ischémique global par électrocoagulation des artères vertébrales bilatérales (AV) et ligature temporaire des artères carotides communes bilatérales (ACC), qui est simple et convivial pour les novices. Le protocole précédent consistait à exposer le foramen ptérygoïdien bilatéral de la première vertèbre cervicale postérieure lors de la première opération et à brûler électriquement le foramen ptérygoïdien pour bloquer les AV bilatérales. Une seconde opération a été réalisée 24 h plus tard pour induire un coma ischémique total par ligature des ACC bilatéraux 9,10,11,12. Cependant, en raison de l’invisibilité, il existe un risque d’électrocoagulation incomplète, d’hémorragie, de lésion du tronc cérébral et de la moelle épinière, ainsi qu’une période expérimentale prolongée. Par conséquent, il est nécessaire de s’attaquer à ces questions.
Ici, nous présentons une méthode améliorée pour modéliser le coma ischémique. La procédure principale consiste à faire une incision médiane antérieure du cou, à effectuer une résection électrique des AV bilatérales dans des conditions visuelles et à ligaturer brièvement les ACC bilatéraux au cours d’une seule opération pour bloquer l’apport sanguin à l’ensemble du cerveau, provoquant une inhibition rapide de l’électroencéphalogramme (EEG) et conduisant au coma. Cette méthode induit également un bref coma continu après reperfusion. Cette procédure est facile à réaliser, adaptée aux novices et réduit le risque d’infection traumatique secondaire chez les animaux, raccourcissant ainsi la période expérimentale.
Le protocole est adapté à l’étude du coma ischémique global causé par un arrêt cardiaque. Il est également idéal pour l’étude de la démence ischémique, principalement parce que la région cérébrale de l’hippocampe est extrêmement sensible à l’ischémie ; Ainsi, l’ischémie cérébrale transitoire peut entraîner des dommages, voire une perte de neurones de l’hippocampe13, entraînant un dysfonctionnement cognitif. Par conséquent, le protocole peut fournir une référence pour les praticiens qui étudient l’ischémie cérébrale, le coma ischémique et la démence ischémique.
Le protocole expérimental a été réalisé conformément aux exigences du Comité d’utilisation des animaux de laboratoire et du Comité institutionnel de soin et d’utilisation des animaux de l’Université Foshan (Numéro d’enregistrement : 2023-643656). Des rats Sprague Dawley (SD) mâles (200 g ± 20 g, âgés de 6 à 8 semaines) ont été utilisés pour cette étude. Toutes les données de la recherche sur les animaux ont été rédigées conformément aux directives ARRIVE (Animal Research : Reporting In Vivo Experiments). Les détails des réactifs et de l’équipement utilisés dans l’étude sont énumérés dans la table des matériaux.
1. Implantation d’électrodes EEG
2. Processus chirurgical du modèle de coma ischémique cérébral
3. Récupération des animaux
En raison de l’inflammation et d’autres stimulations causées par l’implantation d’électrodes, l’EEG peut être instable, de sorte que les rats doivent récupérer pendant 3 jours. Les rats avec un EEG et un EMG normaux après 3 jours pourraient être inclus pour la préparation du modèle de coma. Lorsque les rats ont été anesthésiés, l’activité EEG et EMG a été légèrement supprimée mais s’est déroulée sans heurts. Il n’y a pas eu de changement significatif de l’activité de l’EEG et de l’EMG après l’électrocoagulation bloquant les AV bilatéraux. Après environ 30 minutes, le médicament a été métabolisé, les rats ont progressivement repris conscience et l’activité EEG et EMG a augmenté. Lorsque les rats présentaient des contractions des membres, alors que les signaux EEG et EMG étaient actifs et n’étaient plus en ligne droite, le CCA a été rapidement ligaturé. À ce moment-là, les quatre vaisseaux sanguins responsables de l’apport sanguin au cerveau ont été bloqués, ce qui a entraîné une ischémie cérébrale globale. Les activités EEG et EMG ont été rapidement inhibées, formant presque une ligne droite, et le rat n’a plus lutté, et les globes oculaires sont apparus gris et blancs (Figure 2A). Si les rats ne peuvent pas être induits dans le coma, cela signifie que le modèle a échoué.
Après 30 minutes, le premier fil de ligature des CCA a été libéré pour la reperfusion, mais le deuxième fil de ligature placé devant les CCA a maintenu le niveau de perfusion bas, induisant un coma continu chez les rats pendant environ 60 minutes. Avec la compensation progressive et la perfusion sanguine de l’organisme, les rats se sont progressivement réveillés (Figure 2B). L’EEG et l’EMG des rats se sont presque complètement rétablis après le réveil.

Figure 1 : Schéma de position de l’artère vertébrale d’électrocoagulation. Les étapes 1 à 3 décrivent le protocole d’implantation des électrodes, et l’étape 4 teste si les électrodes fonctionnent correctement. Les étapes 5 et 6 détaillent la procédure d’incision chirurgicale à l’avant du cou et des artères vertébrales bilatérales (AV) pour l’électrocoagulation. Les flèches et les arcs jaunes indiquent les sites clés de l’électrocoagulation. Des fils de soie sont utilisés pour simuler le passage de l’artère vertébrale à travers la colonne vertébrale, fournissant une indication plus claire de l’emplacement caractéristique de l’artère vertébrale électrocoagulée. Les étapes 7 à 9 décrivent les protocoles de ligature des artères carotides communes bilatérales (ACC) pour induire le coma. Toutes les procédures respectent les directives d’utilisation des animaux. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Changements de l’électroencéphalogramme (EEG) et de l’électromyogramme (EMG) du coma à la guérison. (A) Forme d’onde de l’EEG, de l’EMG et des niveaux d’activité chez le rat pendant le coma ischémique cérébral. (B) Diagramme des niveaux d’EEG, d’EMG et d’activité chez les rats passant du coma à l’éveil. L’ensemble du processus dure environ 90 min. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
L’occlusion à quatre vaisseaux induit des lésions cérébrales ischémiques et hypoxiques globales, qui peuvent simuler un coma aigu, un arrêt cardiaque, une asphyxie, un choc, une arythmie sévère et d’autres conditions cliniques critiques causées par l’ischémie cérébrale dans la pratique clinique. Pendant ce temps, l’occlusion à quatre vaisseaux peut entraîner des lésions principalement dans l’hippocampe17,18, qui est la principale zone cérébrale fonctionnelle responsable de la mémoire cognitive 19,20,21. Par conséquent, l’occlusion à quatre vaisseaux peut également être utilisée pour simuler un modèle de démence vasculaire22,23. En résumé, le modèle d’ischémie cérébrale globale induite par l’occlusion à quatre vaisseaux a été largement utilisé pour simuler les maladies cliniques susmentionnées.
En 1979, Pulsinelli et al.10 ont obtenu une ischémie cérébrale globale et une reperfusion en bloquant les artères carotides communes bilatérales et les artères vertébrales bilatérales. Depuis lors, le modèle est progressivement devenu une méthode de préparation classique internationalement reconnue pour les modèles mondiaux d’ischémie cérébrale 24,25,26. Cependant, cette méthode présente certains problèmes, tels que des différences individuelles dans l’apophyse transverse et le foramen de la première vertèbre cervicale, y compris des foramens petits, irréguliers et incurvés, entraînant une électrocoagulation incomplète. De plus, une électrocoagulation à long terme ou un courant électrique excessif peut présenter un risque d’endommager le tronc cérébral et la moelle épinière. Une électrocoagulation insuffisante de l’artère vertébrale peut entraîner des saignements importants et d’autres problèmes 15,16,27.
Par conséquent, les chercheurs ont continuellement apporté des améliorations pour assurer l’intégrité de l’électrocoagulation de l’artère vertébrale et réduire la variabilité du modèle28,29. En raison de l’invisibilité de l’électrocoagulation de l’artère vertébrale à travers le foramen vertébral, Todd et al.30 ont complètement exposé l’artère vertébrale et l’ont brûlée en vision directe en forant à travers le foramen de l’atlas, augmentant ainsi la précision de l’électrocoagulation. Cependant, cette méthode chirurgicale est très invasive et peut endommager la colonne cervicale. La paroi mince du foramen ptérygoïdien peut facilement endommager l’artère vertébrale, provoquant des saignements massifs et entraînant un taux de mortalité relativement élevé. Sugio et al.12 ont visualisé l’artère vertébrale et l’ont sectionnée de façon permanente en insérant une aiguille électrique dans les foramens intervertébraux gauche et droit de la deuxième vertèbre cervicale. Toda et al.31 et Lu et al.27 ont exposé l’artère vertébrale entre le premier et le deuxième processus transverse à l’extérieur de l’articulation de l’atlas sur la base de cette structure anatomique et ont effectué une électrocoagulation. Ces chercheurs ont résolu le problème de l’instabilité de l’électrocoagulation lorsque l’artère vertébrale n’était pas visible en l’exposant derrière le cou et en effectuant une électrocoagulation.
Cependant, les rats subissant une intervention chirurgicale à la fois sur l’abdomen et le dos présentaient toujours un risque accru d’infection, de sorte que certains chercheurs ont tenté d’opérer à l’avant du cou. Sun Wei et al.15 ont réalisé une ischémie-reperfusion cérébrale globale en séparant l’artère vertébrale de la partie antérieure du cou, en ligaturant ou en coupant les petites artères et en coupant continuellement ou par intermittence l’ACC. Cette étape nécessite une opération méticuleuse, car l’artère vertébrale est difficile à séparer en raison de sa nature subtile. De plus, les petits clamps artériels sont difficiles à clamper avec précision l’artère vertébrale. Si la séparation n’est pas assez nette et nette, cela entraînera un serrage ou une ligature incomplet, ce qui augmente sans aucun doute l’instabilité du modèle.
Cette étude fournit une méthode simple et réalisable pour l’électrocoagulation de l’artère vertébrale. L’étape clé n’est pas de séparer l’artère vertébrale mais de localiser le foramen transverse où l’artère vertébrale traverse et entre dans la première vertèbre cervicale. Il s’agit de l’entrée de l’artère vertébrale, qui a une caractéristique incurvée, permettant aux novices de la localiser rapidement. Après avoir préchauffé le stylo d’électrocoagulation, insérez-le en position incurvée pour coaguler rapidement l’artère vertébrale, pendant 3 à 5 s pour assurer une occlusion complète. L’électrocoagulation de l’artère vertébrale et la ligature de l’ACC ont été réalisées en une seule opération, réduisant ainsi le risque d’infection et la durée de l’expérience.
Nous avons également constaté que la mort de l’animal modèle était principalement causée par l’obstruction des quatre vaisseaux sanguins responsables de l’approvisionnement en sang cérébral et n’était pas liée au nombre d’opérations chirurgicales. Cependant, le fait de réaliser toutes les opérations en une seule opération a effectivement raccourci la période expérimentale. De plus, la méthode modifiée peut également être utilisée pour préparer le modèle global d’ischémie-reperfusion cérébrale. Le modèle de coma d’ischémie cérébrale induite par l’occlusion à quatre vaisseaux peut également simuler le modèle du « syndrome d’enfermement » en médecine traditionnelle chinoise32. Par conséquent, le modèle présenté dans cette étude peut également servir de référence pour les praticiens de la médecine traditionnelle chinoise.
Dans la littérature antérieure 16,33,34, la ligature de la sténose CCA a été réalisée 30 minutes après l’ischémie. Cependant, après 30 minutes d’ischémie, certains rats ont montré une légère conscience due à la compensation. La stimulation mécanique pourrait provoquer le réveil de ces rats, entraînant l’échec du modèle de coma. Par conséquent, dans notre étude, le traitement de la sténose de l’ACC a été effectué immédiatement après le début du coma. À ce moment-là, la profondeur du coma était profonde, ce qui rendait difficile la stimulation des rats à se réveiller, assurant ainsi la stabilité du modèle. L’ACC était dans un état de clampage pendant ce traitement, et le traitement de la sténose n’affecterait pas la circulation sanguine.
De plus, dans l’incision du cou de rats, il a été observé que les artères vertébrales à trois intervalles de la colonne vertébrale pouvaient être bloquées par électrocautérisation ou ligature. Cependant, il existe un signe caractéristique d’entrée de l’artère vertébrale dans la première colonne vertébrale, ce qui la rend très appropriée pour le blocage de l’électrocautérisation. En raison de l’absence de marqueurs caractéristiques entre la deuxième et la troisième vertèbre, ainsi qu’entre la troisième et la quatrième vertèbre, la ligature de suture est plus adaptée. Cependant, il y a un inconvénient à une ligature insuffisante. Par conséquent, dans cette étude, l’électrocautérisation a été choisie pour couper l’artère vertébrale entre la première et la deuxième vertèbre.
De plus, il convient de noter que le succès de ce modèle est étroitement lié au poids des rats. Il a été rapporté que les rats pesant entre 180 et 200 g sont plus adaptés pour induire le coma. Dans cette étude, il a également été constaté que les rats pesant moins de 180 g peuvent à peine supporter les dommages de quatre vaisseaux sanguins simultanément, ce qui entraîne un taux de mortalité élevé. À l’inverse, si le poids est supérieur à 220 g, le rat se réveillera rapidement et ne restera pas dans le coma assez longtemps pour répondre à la norme du modèle.
De plus, le diamètre du sténopé utilisé pour rétrécir l’ACC est un autre facteur affectant la durée du coma chez le rat. Des études ont montré qu’un trou d’épingle de 0,6 mm peut induire un coma continu chez le rat pendant 6 à 8 heures avec un taux de survie élevé. Un trou d’épingle d’un diamètre de 0,45 mm a provoqué une sténose artérielle extrême chez les rats, ce qui a empêché les rats gravement blessés de se rétablir, tandis qu’un diamètre de 0,7 mm a entraîné un coma d’une durée de 1 à 3 heures, mais avec des différences individuelles significatives16.
Cependant, dans l’expérience préliminaire, un diamètre de sténopé de 0,6 mm ne pouvait pas induire le coma pendant plus de 60 min, tandis qu’un diamètre de 0,5 mm pouvait induire le coma pendant 1 à 2 h. Cela diffère de l’étude de Xiaobing Jia et al., qui peut être due à des différences dans les anesthésiques et les méthodes de modélisation. D’autres études sont nécessaires à l’avenir pour élucider ces différences.
En conclusion, cette étude présente une méthode simple, réalisable et adaptée aux débutants pour l’occlusion à quatre vaisseaux. Il constitue une référence précieuse pour les praticiens qui étudient le coma ischémique cérébral ou l’ischémie cérébrale globale.
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Ce travail a été soutenu par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (82173781 et 82373835), le projet de recherche postdoctorale (BKS212055), le projet d’innovation scientifique et technologique du Bureau des sciences et de la technologie de Foshan (2320001007331), la Fondation de recherche fondamentale et appliquée du Guangdong (2019A1515010806), les principaux projets de terrain (fabrication intelligente) des universités générales de la province du Guangdong (2020ZDZX2057) et les projets de recherche scientifique (innovation caractéristique) de la Universités de la province du Guangdong (2019KTSCX195).
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Réseau de photoélectrodes en microfibre 16 canaux | Jiangsu Yige Biotechnology Co., Ltd | 2605 | |
| 4-0 Suture chirurgicale | Nantong Holycon Medical Devices Co., Ltd. | B-104 | |
| 6-0 Suture chirurgicale | Ningbo MEDICAL Needle Co., Ltd. | JM1216-742417 | |
| Électrode EEG | Kedou Brain machine Technology Co., LTD | KD-EEGEMG | |
| Stylo d’électrocoagulation | CONPUVON Company | 465 | |
| Lunion Stage Système de stadification automatique du sommeil | Shanghai Lulian Intelligent Technology Co., Ltd. | 1336 | |
| Perceuse à crâne miniature à main | Rayward Life Technology Co., Ltd | 87001 | |
| Pénicilline sodique | Chengdu Kelong Chemical Co., Ltd. | 17121709-2 | |
| SD rats | SPF (Pékin) Biotechnology Co., Ltd. | 180-220g | |
| Clou crâne | GLOBALEBIO,LTD/ | ||
| Instrument stéréotaxique | Rayward Life Technology Co., Ltd | 68801 | |
| Zoletil 50 | Vic Trading (Shanghai) Co., LTD | BN 88SHA |
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