מאמר שיטה

מודל דום לב עכברי להדמיית מוח וניטור פיזיולוגיה מוחית במהלך איסכמיה והחייאה

DOI:

10.3791/65340

⸱

14 באפריל 2023

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Multidisciplinary Brain Protection Program, Department of Anesthesiology, Duke University Medical Center, 2Department of Biomedical Engineering, Duke University, 3Department of Anesthesiology and Pain Management, UT Southwestern University Medical Center

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

פרוטוקול זה מדגים מודל עכברי ייחודי של דום לב מחנק שאינו דורש דחיסת חזה לצורך החייאה. מודל זה שימושי לניטור והדמיה של הדינמיקה של הפיזיולוגיה של המוח במהלך דום לב והחייאה.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

רוב המחלימים מדום לב (CA) חווים דרגות שונות של ליקויים נוירולוגיים. כדי להבין את המנגנונים העומדים בבסיס פגיעה מוחית הנגרמת על ידי CA, ולאחר מכן לפתח טיפולים יעילים, מחקר CA ניסיוני הוא חיוני. לשם כך הוקמו מספר דגמי CA עכבריים. ברוב הדגמים הללו, העכברים ממוקמים במצב שכיבה על מנת לבצע דחיסת חזה לצורך החייאה לב-ריאה (החייאה). עם זאת, הליך החייאה זה הופך את ההדמיה/ניטור בזמן אמת של הפיזיולוגיה של המוח במהלך CA והחייאה למאתגרים. כדי להשיג ידע קריטי כזה, הפרוטוקול הנוכחי מציג מודל CA של חנק עכבר שאינו דורש את שלב החייאה בדחיסת חזה. מודל זה מאפשר לחקור שינויים דינמיים בזרימת הדם, במבנה כלי הדם, בפוטנציאלים החשמליים ובחמצן ברקמת המוח מקו הבסיס שלפני CA ועד לרפרפוזיה מוקדמת שלאחר CA. חשוב לציין, מודל זה חל על עכברים זקנים. לפיכך, מודל CA עכברי זה צפוי להיות כלי קריטי לפענוח ההשפעה של CA על הפיזיולוגיה של המוח.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

דום לב (CA) נותר משבר בריאות הציבור העולמי1. יותר מ -356,000 מקרים מחוץ לבית החולים ו -290,000 מקרי CA בבית החולים מדווחים מדי שנה בארה"ב לבדה, ורוב קורבנות CA הם מעל גיל 60. יש לציין כי ליקויים נוירולוגיים פוסט-CA נפוצים בקרב ניצולים, ואלה מהווים אתגר גדול לניהול CA 2,3,4,5. כדי להבין שינויים פתולוגיים במוח שלאחר CA והשפעתם על התוצאות הנוירולוגיות, טכניקות שונות של ניטור נוירופיזיולוגי וניטור רקמת המוח יושמו בחולים 6,7,8,9,10,11,12. באמצעות ספקטרוסקופיה תת-אדומה קרובה, ניטור מוחי בזמן אמת בוצע גם בחולדות CA כדי לחזות תוצאות נוירולוגיות13.

עם זאת, במודלים של Murine CA, גישת הדמיה כזו הייתה מסובכת בגלל הצורך בלחיצות חזה כדי להחזיר את זרימת הדם הספונטנית, אשר תמיד כרוכה בתנועה פיזית משמעותית, ובכך מעכבת הליכי הדמיה עדינים. יתר על כן, מודלים של CA מבוצעים בדרך כלל עם עכברים במצב שכיבה, בעוד שהעכברים חייבים להיות מופנים למצב נוטה עבור שיטות דימות מוח רבות. לפיכך, מודל עכבר עם תנועת גוף מינימלית במהלך הניתוח נדרש במקרים רבים על מנת לבצע הדמיה/ניטור בזמן אמת של המוח במהלך כל הליך CA, החל מטרום CA ועד לאחר החייאה.

בעבר, Zhang et al. דיווחו על מודל CA של עכבר שיכול להיות שימושי עבור דימות מוחי14. במודל שלהם, CA הושרה על ידי הזרקות בולוס של וקורוניום ואסמולול ואחריו הפסקת אוורור מכני. הם הראו כי לאחר 5 דקות של CA, החייאה יכולה להיות מושגת על ידי עירוי תערובת החייאה. עם זאת, יש לציין כי מעצר מחזור הדם במודל שלהם התרחש רק כ -10 שניות לאחר הזרקת אסמולול. לפיכך, מודל זה אינו משחזר את ההתקדמות של CA הנגרמת מחנק בחולים, כולל היפרקפניה והיפוקסיה רקמות במהלך התקופה שלפני המעצר.

המטרה הכוללת של ההליך הכירורגי הנוכחי היא למדל חנק קליני CA בעכברים ואחריו החייאה ללא לחיצות חזה. מודל CA זה, אם כן, מאפשר שימוש בטכניקות הדמיה מורכבות לחקר הפיזיולוגיה של המוח בעכברים15.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כל ההליכים המתוארים כאן נערכו בהתאם להנחיות המכונים הלאומיים לבריאות (NIH) לטיפול ושימוש בבעלי חיים במחקר, והפרוטוקול אושר על ידי הוועדה לטיפול ושימוש בבעלי חיים של מכון דיוק (IACUC). C57BL/6 עכברים זכרים ונקבות בגילאי 8-10 שבועות שימשו במחקר הנוכחי.

1. הכנה כירורגית

  1. שקלו עכבר בקנה מידה דיגיטלי, והכניסו אותו לקופסת אינדוקציה להרדמה פרספקס בגודל 4 x 4 אינץ' x 7.
  2. כוונן את מכשיר אידוי ההרדמה ל-5% איזופלורן, את מד זרימת החמצן ל-30 ואת מד זרימת החנקן ל-70 (ראה טבלת חומרים).
  3. הוציאו את בעל החיים מקופסת האינדוקציה, והשכיבו אותו במצב שכיבה על ספסל הניתוחים כאשר קצב הנשימה שלו ירד ל 30-40 נשימות לדקה.
  4. שלפו את הלשון במלקחיים קהה, והחזיקו אותה ביד הלא דומיננטית. השתמש ביד הדומיננטית כדי להחדיר לרינגוסקופ (ראה טבלת חומרים) לפיו של העכבר ולהמחיש את מיתרי הקול.
  5. השתמש ביד הלא דומיננטית כדי להחדיר חוט מנחה ו 20 G קטטר תוך ורידי לתוך הפה. הכנס בעדינות את חוט ההנחיה לקנה הנשימה.
  6. דוחפים את הצנתר לתוך קנה הנשימה עד שחלק הכנף של הצנתר אחיד עם קצה האף.
    הערה: אין לבצע אינטובציה לעכבר שאינו מורדם באופן מלא, שכן הדבר עלול לפגוע בקנה הנשימה ולגרום לדימום בדרכי הנשימה.
  7. חבר את העכבר המובנה למכונת הנשמה קטנה של בעלי חיים (ראה טבלת חומרים), והפחת את האיזופלורן ל -1.5%.
  8. הזן את משקל הגוף של העכבר בלוח הבקרה של מכונת ההנשמה כדי לקבוע את נפח הגאות ואת קצב הנשימה.
  9. שמור את העכבר במצב שכיבה תחת מנורת חום, ושמור על טמפרטורת פי הטבעת ב 37 ° C עם בקר טמפרטורה.
  10. יש לגלח את אזורי המפשעה, לחטא את אזור הניתוח לפחות שלוש פעמים ביוד ובאלכוהול (ראו טבלת חומרים), ולכסות את האזור בשפשוף כירורגי סטרילי.
  11. יש למרוח משחת עיניים על שתי העיניים ולתת 5 מ"ג/ק"ג קרפרופן תת עורית לפני הניתוח.
  12. פתח את חבילת המכשירים הסטריליים לניתוח. בצע חתך עור של 1 ס"מ עם מספריים כירורגיים כדי לגשת לעורקי הירך משני הצדדים. יש לנתח ולקשור את עורק הירך הדיסטלי בעזרת גדיל יחיד של תפר משי 4-0 (ראו טבלת חומרים), ולמרוח טיפה אחת של לידוקאין.
  13. יש למרוח קליפ מפרצת בעורק הירך הפרוקסימלי ולבצע חתך קטן בעורק הדיסטלי לקליפ. יש להחדיר צנתר פוליאתילן 10 (PE-10, ראו טבלת חומרים) לעורק הירך השמאלי והימני.
    הערה: קו העורק השמאלי משמש לניטור לחץ דם, ואילו הימני משמש לנסיגת דם ועירוי תערובת החייאה.
  14. יש להזריק 50 μL של מי מלח 1:10 הפרינים לכל קו עורקי כדי למנוע קרישת דם בקו.
  15. סובב את העכבר למצב נוטה והרכבה אותו על מסגרת ראש סטריאוטקסית.
  16. חבר שלוש אלקטרודות מחט (אדום, ירוק ושחור) לזרוע שמאל, רגל שמאל וזרוע ימין לצורך ניטור אק"ג (ECG, ראה טבלת חומרים).
  17. הדביקו בדיקת סיבי פלסטיק גמישה על הגולגולת הרקתית השלמה דרך חתך עור בקוטר 0.5 ס"מ לצורך ניטור זרימת הדם במוח. שלב זה הוא אופציונלי.
  18. יש לגלח את החלק העליון של הראש, לחטא את אזור הניתוח לפחות שלוש פעמים ביוד ואלכוהול, ולכסות את האזור במעטפת כירורגית סטרילית.
  19. חתכו חתך עור בקו האמצע בקו 2.5 ס"מ, והשתמשו בארבעה מחזירים קטנים כדי לחשוף את כל משטח הגולגולת לצורך דימות מוחי.
  20. מקם מכונת ניטור (לדוגמה, מצלמת ניגודיות עם כתמי לייזר, ראה טבלת חומרים) מעל הראש.
    הערה: ניתן להוסיף כמה טיפות של מי מלח למשטח הגולגולת כדי להקל על הדמיית ניגודיות כתמי לייזר.

2. אינדוקציה של דום לב

  1. מלא מזרק פלסטיק 1 מ"ל עם 26 μL של תמיסת קוקטייל החייאה.
    הערה: כל מיליליטר של תמיסה זו מכיל 400 μL של 1 מ"ג / מ"ל אפינפרין, 500 μL של 8.4% סודיום ביקרבונט, 50 μL של 1,000 U/mL הפרין, ו 50 μL של 0.9% נתרן כלורי (ראה טבלה של חומרים).
  2. המתן עד טמפרטורת הגוף מגיע 37 °C (77 °F). התאם את מד החמצן ל -100% כדי לחמצן את הדם למשך 2 דקות.
  3. משכו את הדם העורקי המחומצן עד 200 μL דרך עורק הירך הימני לתוך מזרק פלסטיק מוכן המכיל 26 μL של תמיסת קוקטייל החייאה.
  4. כבו את החמצן, והגדילו את החנקן ל -100% כדי לגרום לאנוקסיה.
    הערה: לאחר כ-45 שניות, הלב לא יצליח לתפקד, וקצב הלב יירד במהירות, מה שמעיד על הופעת CA. לאחר כ-2 דקות של מחסור בחמצן, ניטור האק"ג יצביע על אסיסטולה, ולא יהיה לחץ דם מערכתי מדיד וזרימת דם מוחית זניחה.
  5. כבו את מכונת ההנשמה, מאדה איזופלורן, בקר טמפרטורה ומד זרימת חנקן. להתאים את החמצן ל 100% לקראת החייאה.

3. הליך החייאה

  1. הפעל את מכונת ההנשמה לאחר 8 דקות לאחר תחילת CA.
  2. מיד להתחיל להחדיר את הדם מחומצן נסוג מעורבב עם קוקטייל החייאה לתוך מחזור הדם דרך עורק הירך הימני בתוך 1 דקות.
    הערה: העירוי מוביל לעלייה הדרגתית בקצב הלב ולשיקום זילוח הדם; בסופו של דבר, החזרת המחזור הספונטני (ROSC) מושגת.

4. התאוששות לאחר CA

  1. מקם את העכבר במצב שכיבה לאחר הסרתו מהמסגרת הסטריאוטקסית, והסר את צנתרי PE-10 מעורקי הירך.
  2. יש למרוח 0.25% bupivacaine על חתך העור, ולתפור את חתכי העור באמצעות תפר ניילון 6-0 (ראה טבלת חומרים). יש למרוח משחה אנטיביוטית על פני השטח של חתך העור.
  3. נתק את מאוורר העכבר כאשר הנשימה הספונטנית משוחזרת.
  4. העבר את העכבר לתא התאוששות עם טמפרטורה מבוקרת של 32 ° C.
  5. לאחר שעתיים של התאוששות, להוציא את העכבר, ולחזור לכלוב הביתי. להזריק 0.5 מ"ל של מלוחים נורמליים תת עורית כדי למנוע התייבשות.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כדי לגרום ל-CA, העכבר הורדם עם 1.5% איזופלורן והונשם עם 100% חנקן. מצב זה הוביל לברדיקרדיה חמורה ב-45 שניות (איור 1). לאחר 2 דקות של אנוקסיה, קצב הלב ירד באופן דרמטי (איור 2), לחץ הדם ירד מתחת ל-20 מ"מ כספית, וזרימת הדם במוח פסקה לחלוטין (איור 1). כשהאיזופלורן כבוי, טמפרטורת הגוף כבר לא הייתה מנוהלת וצנחה לאט לכ-32 מעלות צלזיוס בסוף CA (איור 1).

מיד לאחר 8 דקות של CA, מכונת ה...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

במחקרי CA ניסיוניים, נעשה שימוש בחנק, זריקות אשלגן כלורי או פרפור חדרים שמקורו בזרם חשמלי כדי לגרום ל-CA 16,17,18,19,20,21,22,23. בדרך כלל, נדרשת החייאה לצורך החייאה בדגמי CA אלה, במיוחד בעכברים. גיבשנו תערובת החייאה המאפשרת החייאה ספונטנית לאחר חנק CA בעכב...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין ניגודי עניינים.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים מודים לקתי גייג' על תמיכתה בעריכה. מחקר זה נתמך על ידי כספים מהמחלקה להרדמה (המרכז הרפואי של אוניברסיטת דיוק), מענק איגוד הלב האמריקאי (18CSA34080277), ומענקים של המכונים הלאומיים לבריאות (NIH) (NS099590, HL157354, NS117973 ו-NS127163).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
AdrenalinPar PharmaceuticalNDC 42023-159-01
ספוגיות אלכוהולBD326895
Animal Bio AmpADInstrumentsFE232
BP מתמרADInstrumentsMLT0699
מגבר גשרADInstrumentsFE117
הזרקת נתרן הפרין, USPFresenius KabiNDC 63323-540-05
IsofluraneCovetrusNDC 11695-6777-2
צג זלוף דופלר לייזרMoor InstrumentsmoorVMS-LDF1
מערכת הדמיית כתמי לייזרRWDRFLSI III
משחת עיניים חומר סיכהBausch + Lomb339081
מיקרו קליפRobozRS-5431
בדיקה רקטלית עכברPhysitempRET-3
אלקטרודה מחטADInstrumentsMLA121329 Ga, שקע 1.5 מ"מ
חנקןאיירגזUN1066
סיבים אופטייםמפלסטיק מכשירי מורPOF500
אוטוסקופWelchallyn7282.5 מ"מ ספקולום
חמצןאיירגזUN1072
צינורות PE-10BD427401צינורות פוליאתילן
פובידון-יודCVS955338
PowerLab 8/35ADInstruments
רימדיל (קרפרופן)Zoetis6100701להזרקה 50 מ"ג/מ"ל
מאוורר לבעלי חיים קטניםקנט סיינטיפיקרובנט ג'וניור
בקר טמפרטורהPhysitempTCAT-2DF
משולש אנטיביורי ושיכוך כאביםCVSNDC 59770-823-56
וופורייזרRWDR583S
0.25% בופיבקאיןHospiraNDC 0409-1159-18
0.9% נתרן כרורידICU MedicalNDC 0990-7983-03
1 מ"ל פלסטיק מזרקBD309659
4-0 תפר משימראהSP116משי קלוע שחור
6-0 תפר ניילוןאתילון1698 גרם
8.4% נתרן ביקרבונט Inj., USPHospiraNDC 0409-6625-02
20 G IV קטטרBD38153420GA 1.6 אינץ'
30 גרם מחט PrecisionGlideBD30510630 גרם X 1/2

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Smith, A., Masters, S., Ball, S., Finn, J. The incidence and outcomes of out-of-hospital cardiac arrest in metropolitan versus rural locations: A systematic review and meta-analysis. Resuscitation. 185, 109655(2022).
  2. Amacher, S. A., et al. Predicting neurological outcome in adult patients with cardiac arrest: systematic review and meta-analysis of prediction model performance. Critical Care. 26 (1), 382(2022).
  3. Matsuyama, T., Ohta, B., Kiyohara, K., Kitamura, T. Intra-arrest partial carbon dioxide level and favorable neurological outcome after out-of-hospital cardiac arrest: A nationwide multicenter observational study in Japan (the JAAM-OHCA registry). European Heart Journal of Acute Cardiovascular Care. 12 (1), 14-21 (2023).
  4. Takahagi, M., Sawano, H., Moriyama, T. Long-term neurological outcome of extracorporeal cardiopulmonary resuscitation for out-of-hospital cardiac arrest patients with nonshockable rhythms: A single-center, consecutive, retrospective observational study. The Journal of Emergency Medicine. 63 (3), 367-375 (2022).
  5. Mork, S. R., Botker, M. T., Christensen, S., Tang, M., Terkelsen, C. J. Survival and neurological outcome after out-of-hospital cardiac arrest treated with and without mechanical circulatory support. Resuscition Plus. 10, 100230(2022).
  6. Koenig, M. A., Kaplan, P. W., Thakor, N. V. Clinical neurophysiologic monitoring and brain injury from cardiac arrest. Neurologic Clinics. 24 (1), 89-106 (2006).
  7. Cavazzoni, E., Schibler, A. Monitoring of brain tissue oxygen tension and use of vasopressin after cardiac arrest in a child with catecholamine-induced cardiac arrhythmia. Critical Care & Resuscitation. 10 (4), 316-319 (2008).
  8. Topjian, A. A., et al. Multimodal monitoring including early EEG improves stratification of brain injury severity after pediatric cardiac arrest. Resuscitation. 167, 282-288 (2021).
  9. Beekman, R., et al. Bedside monitoring of hypoxic ischemic brain injury using low-field, portable brain magnetic resonance imaging after cardiac arrest. Resuscitation. 176, 150-158 (2022).
  10. Sinha, N., Parnia, S. Monitoring the brain after cardiac arrest: A new era. Current Neurology Neuroscience Report. 17 (8), 62(2017).
  11. Reis, C., et al. Pathophysiology and the monitoring methods for cardiac arrest associated brain injury. International Journal of Molecular Sciences. 18 (1), 129(2017).
  12. Zhou, H., Lin, C., Liu, J., Wang, X. Continuous monitoring of brain perfusion by cerebral oximetry after spontaneous return of circulation in cardiac arrest: A case report. BMC Neurology. 22 (1), 365(2022).
  13. Takegawa, R., et al. Real-time brain monitoring by near-infrared spectroscopy predicts neurological outcome after cardiac arrest and resuscitation in rats: A proof of concept study of a novel prognostic measure after cardiac arrest. Journal Clinical Medicine. 11 (1), 131(2021).
  14. Zhang, C., et al. Invasion of peripheral immune cells into brain parenchyma after cardiac arrest and resuscitation. Aging and Disease. 9 (3), 412-425 (2018).
  15. Duan, W., et al. Cervical vagus nerve stimulation improves neurologic outcome after cardiac arrest in mice by attenuating oxidative stress and excessive autophagy. Neuromodulation. 25 (3), 414-423 (2022).
  16. Liu, H., et al. Novel modification of potassium chloride induced cardiac arrest model for aged mice. Aging and Disease. 9 (1), 31-39 (2018).
  17. Shen, Y., et al. Aging is associated with impaired activation of protein homeostasis-related pathways after cardiac arrest in mice. Journal of American Heart Association. 7 (17), e009634(2018).
  18. Wang, P., et al. Manganese porphyrin promotes post cardiac arrest recovery in mice and rats. Biology. 11 (7), 957(2022).
  19. Wang, W., et al. Development and evaluation of a novel mouse model of asphyxial cardiac arrest revealed severely impaired lymphopoiesis after resuscitation. Journal of American Heart Association. 10 (11), e019142(2021).
  20. Li, R., et al. Activation of the XBP1s/O-GlcNAcylation pathway improves functional outcome after cardiac arrest and resuscitation in young and aged mice. Shock. 56 (5), 755-761 (2021).
  21. Shen, Y., et al. Activation of the ATF6 (activating transcription factor 6) signaling pathway in neurons improves outcome after cardiac arrest in mice. Journal American Heart Association. 10 (12), e020216(2021).
  22. Jiang, M., et al. MCC950, a selective NLPR3 inflammasome inhibitor, improves neurologic function and survival after cardiac arrest and resuscitation. Journal of Neuroinflammation. 17 (1), 256(2020).
  23. Zhao, Q., et al. Cardiac arrest and resuscitation activates the hypothalamic-pituitary-adrenal axis and results in severe immunosuppression. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 41 (5), 1091-1102 (2021).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

CA

מאמרים קשורים