Name: מידול חשיפה חוזרת ונשנית מאוד לפיצוץ ברמה נמוכה בעכברים (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-05-24T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min
Description: חקור את ההשפעות ארוכות הטווח של חשיפה חוזרת ונשנית לפיצוץ ברמה נמוכה בעכברים. שיטה זו מאפשרת לחוקרים ללמוד על שינויים בהתנהגות עצבית ותגובות ביולוגיות לאחר חשיפה לפיצוץ.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

JSM קיבל מימון מהמחלקה לענייני חיילים משוחררים של ארצות הברית (VA) המשרד למחקר ופיתוח מעבדה ביו-רפואית (JSM, I01BX004896) והמרכז הקליני והמחקר למחלות נפש של VA Northwest Mental Disease, ישות VA המנדטורית של הקונגרס החוקרת פגיעה מוחית הנגרמת על ידי פיצוץ ולחץ פוסט-טראומטי נלווה. JSM מדווח על מימון לא קשור מפרס FY22 Traumatic Brain Injury and Psychological Health Research Program Translational Research Award (W81XWH-22-TBIPHRPTRA, Award Number HT94252310755). המחברים מודים לאנדרו שוטס-דייוויד על עזרתו בעריכה.

שיטת צינור הלם למדל פיצוץ חוזר מאוד ברמה נמוכה בעכברים

למחברים אין אינטרסים כלכליים לחשוף.

איננו יכולים להתייחס כראוי למה שאיננו מבינים כראוי, ואיננו מבינים עדיין את מנגנוני הפגיעה הקשורים לחשיפה חוזרת ונשנית מאוד ל- LLB. אנשי SOF רבים מדווחים על התפתחות ליקויים הקשורים לבריאות הנחשבים קשורים לחשיפה חוזרת ונשנית מאוד ל- LLB בתוך חמש עד עשר שנים מהשירות המבצעי 50,51. חלק מאנשי SOF מפתחים השפעות נוירו-קוגניטיביות טראומטיות חריפות (TBI) מיד לאחר חשיפה ל-LLB39. יתר על כן, רופאים מדווחים כי תסמינים הנובעים מחשיפה לפיצוץ הם לעתים קרובות עקשנים לטיפולים מסורתיים, מה שעשוי להניע SOF וקלינאים לחפש טיפולים חלופיים52,53. למרות החשיפה התכופה של SOF ל-LLB ולמנגנוני לחץ יתר45, חומרת ועמידות הטיפול בסימפטומים הנובעים מכך, והדפוס המתועד של צלקות אסטרוגליות הקשורות לפיצוץ51, התוצאות הבריאותיות ארוכות הטווח נותרו בלתי ידועות יחסית. רופאים ומנהיגות צבאית מסתמכים על מחקר מודלים כדי לחשוף מנגנוני פציעה ופתופיזיולוגיה. מודלים אלה הם קריטיים לפיתוח מדיניות ואסטרטגיות לזיהוי, הפרעה, מניעה וטיפול מוקדם בתהליך הפתולוגי.
באופן מכריע, מודלים עכבריים של חשיפות צבאיות נפוצות LLB צפוי לשמש בסיס למודלים לחיזוי בריאות. פרקטיקה קלינית תפיק תועלת ממודלים לחיזוי LLB המזהים מי עשוי להיות בסיכון הגבוה ביותר לפתולוגיה הקשורה לפיצוץ, אילו תכונות פיצוץ מעוררות את התוצאות החמורות ביותר, וכיצד תהליך המחלה עשוי להתפתח בהתבסס על הכרוניות, המינון או הספציפיות של החשיפה לפיצוץ. לפיכך, מידול חשיפה חוזרת ל- LLB חיוני בפיתוח השערות ותחזיות כיצד חשיפות ישפיעו על התוצאות הבריאותיות של SOF וחברי שירות אחרים. מודלים של מנגנוני חיזוי ופציעה יסייעו באבחון ובטיפול, כמו גם בהחלטות לגבי חזרה לתפקיד בהתבסס על סימפטומים וחשיפה.
המחקר של TBI המושרה על ידי פיצוץ (bTBI) בעכברים ראה התקדמות משמעותית בשנים האחרונות, במיוחד עם פיתוח מודלים המנבאים תוצאות בעקבות bTBI קל כרוני חוזר ונשנה בבני אדם54,55. בעוד שהמחקר של חשיפה לפיצוץ ברמה בינונית עד גבוהה באמצעות שפופרות הלם מפותח היטב עם מאות מאמרים באינדקס PubMed 46,56,57,58, השימוש בשפופרות הלם במחקרים על פיצוצים ליד לחצי יתר שגרתיים של אימונים צבאיים (<6 psi לחץ שיא40) פחות מפותח, עם פחות מעשרה מאמרים שזוהו בחיפוש האחרון של PubMed 19,20, 22,23,26,27,28. כדי להקל על הפיתוח של תחום זה שלא נחקר, המודל המוצג מתמקד בשיקולים מרכזיים ללחץ יתר עקבי של LLB בעכברים, התאוששות לאחר פיצוץ וניטור, תוך ציון מספר יתרונות מובהקים של מודל זה על פני השימוש בחומרי נפץ בשדה פתוח. אכן, אנו טוענים כי מודל LLB המתואר במעבדה עשוי לאפשר פיתוח מודלים לחיזוי תוצאות קליניות לאחר LLB כרוני חוזר.
מודל LLB מציע יתרונות קריטיים על פני מודלים של פיצוץ נפץ בשדה פתוח, במיוחד במונחים של רווחת בעלי חיים. מודלים של שדה פתוח עשויים לגרום לשיעורי תמותה של 3-8% 25,36, בעוד שמודל LLB מבוסס מעבדה זה אינו מראה הפסד. הבחנה זו היא קריטית, במיוחד כאשר מדמים את החשיפות המצטברות הגבוהות האופייניות לאימונים צבאיים, שבהם כמעט אף מתאמן אינו חווה תוצאות קטלניות מחשיפה למשפטים. היעדרם לכאורה של דום נשימה או סיבות מוות אחרות, כגון טראומה ריאתית קטלנית, מבטיח את אמינותו ועקביותו של המודל, ומציב אותו כבחירה מועדפת למחקרים על ההשפעות הרלוונטיות מבחינה קלינית של LLB חוזר.
פרוטוקול זה הוא ספציפי עבור צינור הלם "פתוח" עם עיצוב בן שלושה חלקים, המורכב מקטעי נהג, סליל והנעה. LLBs חוזרים מאוד עשויים להיות ניתנים להשגה עם עיצובים אחרים של צינור הלם עם שינויים מתאימים לפרוטוקול. עיצובי שפופרות הלם פתוחות משמשים לעתים קרובות לחקר נוירוטראומה הנגרמת על ידי פיצוץ 46,47,48. צינור ההלם הפתוח, הכולל קצה יציאה פתוח, מאפשר לגל ההלם שנוצר להתפשט בחופשיות לאורך הצינור שבו הוא פוגש את המטרה שלו (למשל, נושא החיה) לפני היציאה מהקצה השני של הצינור. תכנון זה מאפשר שכפול ומחקר של לחצי יתר ראשוניים טהורים יחסית של פיצוץ המתקרב לתכונות של פיצוצי פיצוץ כפי שיתרחשו בשדה הפתוח48. כתוצאה מכך, משווים את אמינותו של גל לחץ היתר של ההדף הנמדד אמפירית לגל פרידלנדר אידיאלי; זה מאפשר להעריך את ביצועי הצינור כדי לייצר אירוע לחץ יתר ספציפי. כדי למדל חשיפה LLB, אנו משתמשים בצינור פיצוץפתוח 48 שתואר קודם לכן, שנבנה בהתאמה אישית, שתוכנן במקור לשחזר את ההשפעות של פיצוצי HLB של מעל 200+ ליברות של טריניטרוטולואן (TNT) במרחק המתנה של ~ 25 רגל. כדי לאפשר לחץ יתר גבוה בשיא, מופעל לחץ גז לתוך הנהג, המופרד מהסליל על ידי קרום, ואוטם את הגז בנהג. הסליל, בתורו, מופרד גם מהקטע הפתוח על ידי קרום אחר. קרום שני זה מאפשר ללחוץ בנפרד על הסליל בנפרד. מערכת התא הכפול מאפשרת לחץ על הגזים בנהג מעבר לנקודת הקרע הרגילה של הממברנה. זה קורה מכיוון שהסליל בלחץ פועל כחיץ, תומך בקרום בממשק של הנהג והסליל, ובכך מונע את הקרע שלו. כאשר מפעיל צינור ההלם רוצה ליצור גל הלם בלחץ המטרה, שסתום אלקטרוני פולט גז מהסליל, מוריד במהירות את הלחץ בסליל ומאפשר לגז בלחץ יתר בחלק הנהג לקרוע הן את הנהג והן את קרומי הסליל ולהתרחב במהירות לאורך הצינור שבו הוא פוגש את בעל החיים באזור המטרה. השינוי העיקרי המאפשר את המחקר של LLB בצינורות בעלי ביצועים גבוהים של עיצוב זה הוא שאנו חוסמים את הנהג ומשתמשים רק בסליל בשילוב עם ממברנות סף נמוכות.
כדי להבטיח את האמינות ואת reproducability של ניסויים LLB, פעולות מסוימות יש לנקוט במהלך ההתקנה. אבטחה הדוקה של הידיים והרגליים בפרקי הידיים והקרסוליים היא חיונית. זה ממזער את השונות בתנועת הגוף ובחשיפה להדף ומונע פציעות לא מכוונות שעלולות לבלבל את התוצאות. בנוסף, סיבוב פרקי כף היד והקרסוליים פנימה מסייע לכוון את תנועת התוספתן לכיוון קו האמצע של החיה, ובכך מפחית את הסיכון לפציעות דיסטליות שעלולות להשפיע על הערכות הביצועים המוטוריים הבאות. יישור עקמומיות הראש ועמוד השדרה הוא גורם חיוני נוסף בהבטחת חשיפה אחידה להדף בין הנבדקים, שכן הוא מסייע להפחית את ההבדלים הפוטנציאליים בטווח התנועה. הגדלת אחוז האיזופלורן המשמש להרדמה מומלצת לפרוטוקולים הנמשכים מספר ימים או שבועות. התאמה זו מסייעת לשמור על עומק הרדמה עקבי לאורך כל תקופת הניסוי המורחבת. מניסיוננו, עלייה של 0.5% איזופלורן מספיקה כדי לשמור על הרדמה מספקת.
עם זאת, ייתכן שהעברת הרדמה באמצעות חרוט האף לא תהיה אפשרית עבור כל עיצובי צינורות הפיצוץ, במיוחד עבור אלה עם מארזים מלאים שאינם מאפשרים את החדרת הצינורית לחלק המונע. במקרים כאלה, חומרי הרדמה בהזרקה עשויים להיות עדיפים. אנו ממליצים לקבוע כמה זמן נדרש למסירת הפיצוצים הרציפים החוזרים ולאחר מכן לתת מספיק הרדמה כדי לשמור על חוסר הכרה לאורך כל ההליך. בדיקות רווחת בעלי חיים נוספות עשויות להיות נחוצות במהלך הפיתוח של שיטה שונה זו כדי להבטיח תחזוקה נאותה של הרדמה. יתר על כן, השימוש בהזרקות עלול להפוך את ניטור התגובה הפוסט-אקוטית, כגון איסוף מדדי זמן נכונים, לבלתי אפשרי.
שיקולים אתיים הם בעלי חשיבות עליונה במחקר בבעלי חיים, ומודל LLB מבוסס מעבדה זה משלב פרוטוקולים מקיפים לשחזור וניטור לאחר פיצוץ. נקודות קצה אנושיות לאחר חשיפה לפיצוץ, כולל קשיי נשימה, חוסר יכולת לתקן את עצמם, מצב לא אמבולטורי לאחר תקופת תצפית של שעתיים, תנועות דמויות התקף, תנועות מביכות, ליקוי ראייה ועדות לדימום פנימי או שבר בגפיים, נצפות מקרוב. יש לציין כי עכברי פיצוץ LLB לא הציגו אף אחד מהמצבים הללו בניסויים שלנו. עם זאת, שברים בגפיים יכולים להתרחש במהלך HLBs, לעתים קרובות עקב טעות מפעיל. הפחתת סיכון זה כרוכה בסיבוב הידיים והרגליים לכיוון קו האמצע של בעל החיים במהלך אבטחת אלונקה. טכניקה זו מונעת מרוח ההדף לסחוף את התוספתן לאחור ולשבור את העצמות הקשורות.
היתרונות של מודל LLB חוזר זה משתרעים מעבר לשיקולים אתיים להיבטים מעשיים ומתודולוגיים. התכנון מבוסס המעבדה שלה מבטל את הצורך בטיפול בחומרי נפץ, ובכך משפר את הבטיחות והנגישות. המודל ניתן לשחזור ולהתאמה אישית, ומאפשר לחוקרים להשפיע על פרמטרים של חשיפה באמצעות שימוש בסוגי גזים שונים, הגדרות מכשיר ועוצמות ממברנה. הליום, שנבחר כאן בשל יכולתו לשחזר קינטיקה של פיצוץ שדה פתוח49, עשוי לספק בסיס אמין 47,59,60. התאמת לחץ שיא מושגת אמפירית על ידי שינוי עובי או חוזק קרום השמירה, המאפשר כוונון עדין לדרישות ניסוי ספציפיות. לבסוף, מודל LLB מבטל את ההשפעה של שינויים עונתיים או מזג אוויר על נתונים, חשיפה לבעלי חיים וגורמים ניסיוניים אחרים. עקביות זו מבטיחה תוצאות חזקות ואמינות, מה שהופך את מודל LLB חוזר זה לכלי רב ערך למחקר פיצוץ אורכי וחוזר על עצמו.
הבנת נוירוטראומה הקשורה לפיצוץ דורשת הבהרת מנגנוני פציעה, מדדי עוצמת פיצוץ וערכי סף. עם זאת, חוסר ודאות אופף מנגנוני פגיעה מוחית אנושית בתרחישי פיצוץ. קריטריונים שהוצעו בעבר לפגיעה בבני אדם בעקבות חשיפה לפיצוץ הסתמכו על מחקרים בבעלי חיים, אך מאתגר ליישם מחקרים אלה ישירות על בני אדם בשל קריטריונים חלקיים לקנה מידה בין מינים61. קנה מידה של פגיעה ריאתית המבוסס על מסת גוף של בעלי חיים הוא יוצא מן הכלל, בהתחשב בנוכחות קריטריונים מקובלים62,63. עם זאת, חוקי קנה מידה מוצעים להשפעות מוחיות, המבוססים על גוף64,65 או מסת מוח66, מתעלמים מהבדלים אנטומיים ידועים ולא ידועים, במיוחד בנוגע למבנים המגנים בתוך המוח וסביבו. קנה מידה המוני מנבא סיכוני פציעה גבוהים יותר במינים בעלי גוף קטן יותר, אשר סותרים מחקרים הן בציפורים 67,68,69 והן בבני אדם70. פיתוח חוקי קנה מידה מדויקים דורש אפוא הבנה אמפירית של הקשר בין עוצמת אירועי פיצוץ חיצוניים לבין השפעות מוחיות פנימיות בין מינים. במקרה של LLBs, מעט מאוד ידוע על חשיפה בודדת או כרונית במודלים של בעלי חיים או באנשים. כתוצאה מכך, המחקרים האמפיריים הדרושים כדי ליידע את הפיתוח של חוקי קנה מידה עתידיים בטווח עוצמת LLB עשויים להיות מזורזים על ידי השיטה שלנו.
לסיכום, מודל שפופרת הלם מבוסס מעבדה זה מייצג התקדמות משמעותית בחקר ההשפעות הכרוניות של חשיפה ל- LLB בעכברים. על ידי שילוב נהלים למידול לחצי יתר עקביים, מתן עדיפות להתאוששות וניטור לאחר פיצוץ והדגשת יתרונות ברורים על פני מודלים חלופיים, מודל LLB מבוסס מעבדה זה עשוי לספק בחירה אמינה ואתית לקידום הבנתנו של פציעות הקשורות לחשיפה כרונית ל- LLB.

חשיפה לפיצוץ ברמה נמוכה (LLB) מתרחשת כאשר אנשים או מבנים חווים עוצמה נמוכה יחסית של כוח נפץ, הנובעת בדרך כלל מתאונות תעשייתיות קטנות, הריסות מבוקרות או פעילויות אימונים צבאיות מסוימות. לעומת זאת, חשיפה לפיצוץ ברמה גבוהה (HLB) כרוכה בחשיפה לעוצמה אינטנסיבית ובעלת פוטנציאל הרסני של כוח נפץ, הנפוצים בלחימה צבאית, התקפות טרור או פיצוצים מקריים בקנה מידה גדול. ההבדל העיקרי בין LLB לבין HLB נעוץ אפוא בעוצמת האירועים הנפיצים, ובהרחבה, ביכולתם של אנשים שנחשפו לסבול חשיפות חוזרות ונשנות לפני שהם חווים פגיעה פיזית או תפקודית. בהקשר זה, ההשפעות של חשיפה ל- HLB נוטות להיות ברורות יותר מאשר ההשפעות של חשיפה ל- LLB. בגלל זה, אנשים עם חשיפה משמעותית LLB עשויים להיות בסיכון מוגבר לפתח לאט פציעות או ליקויים שאינם מזוהים עד ההשפעות המצטברות שלהם להיות מובחן.
המחקר המתמשך נועד לשפר את הבנתנו כיצד התכונות של חשיפה לפיצוץ, כגון עוצמה או חזרה, עלולות לגרום לפציעה, כך שנוכל להנחות טוב יותר מניעה וניהול רפואי. ברפואה הצבאית, הבנת ההשלכות הקליניות של חשיפה להדף היא בעלת חשיבות עליונה, וכתוצאה מכך יש צורך במודלים של בעלי חיים המסוגלים ליידע תוצאות אלה. למרות שמודלים של בעלי חיים סייעו להבהיר את ההשפעות של HLB, ההשפעות של חשיפות LLB עדיין נחקרו במידה רבה. מחקרי מודלים רבים בוחנים את ההשפעות של לחץ יתר של הדף קרוב או מעל 10 פאונד לאינץ 'מרובע (psi) לחץ שיא 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15, 16,17,18, אך דיווחים מעטים מתמקדים ברמות לחץ הנעות בין 1 ל 7 psi 19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31, 32,33,34,35,36, הנפוצים יותר בסביבות אימונים צבאיות 37,38,39,40 ומתקרבים לסף ההיסטורי של 4 psi לחשיפה סביבתית בטוחה. לפיכך, הפצה רחבה יותר של שיטות לחקר לחצי שיא בשימוש תכוף של LLB עשויה לעזור לזרז תובנות קליניות מהירות ליישום ברפואה צבאית ואופטימיזציה של כוח.
קשר מובהק בין הסיכון התעסוקתי של LLB לבין אבחנות קליניות מגוונות עולה מחקירות אפידמיולוגיות של LLBצבאי 41,42,43,44. מחקרים אלה תומכים במערכת יחסים תלוית מינון שאינה מוגדרת היטב, כאשר חשיפות חוזרות ונשנות ל- LLB הדגימו סיכונים מוגברים41. הדבר מצביע על כך שהגדלת החשיפה המצטברת להדף ממלאת תפקיד מכריע בעיצוב התוצאות הקליניות בסביבות צבאיות.
מחקרי מודלים קודמים של בעלי חיים של LLB מתחת ל -10 psi השתמשו בעיקר בחומרי נפץ או במערכות צינורות הלם כדי לחקור את ההשפעות של חשיפה. למרות שמודלים אלה בוחנים בדרך כלל את ההשפעות של חשיפה אחת עד שלוש, הם בכל זאת תרמו להבנה הולכת וגוברת של ההשלכות המכניסטיות 19,20,30,31, נוירופתולוגיות 29,31,33 והשלכות התנהגותיות19,20,23,25,32,34הקשורים לחשיפות פיצוץ בעצימות נמוכה האופייניות לסביבת האימונים הצבאית.,
מחקרים שבחנו משפטים בודדים שנוצרו על ידי חומרי נפץ בשדה פתוח דיווחו על עדויות לפתולוגיות מוחיות עדינות ולשינויים התנהגותיים הקשורים לעתים קרובות ללחץ פוסט-טראומטי. וודס ועמיתיובני ה-24 לא הצליחו לזהות פגיעה מוחית מיקרוסקופית ב-2.5-5.5 psi, אך הם כן זיהו שינויים כמותיים בגליקוספינגוליפידים של רקמת המוח באמצעות ספקטרומטריית מסות. באמצעות אותם לחצי שיא ועיצוב ניסויי, רובוביץ' ועמיתיו25 הבחינו בשינויים התנהגותיים בעקבות פיצוצים שהתרחשו עם חוסר פתולוגיה מוחית דומה כאשר נמדדו במיקרוסקופ אור. עם זאת, במחקר פתולוגי שלאחר מכן, נזק אולטרה-מבני חד משמעי למיאלין המוח, מיטוכונדריה, נוירונים וכלי דם עצביים זוהה במיקרוסקופ אלקטרונים 29,30,31,32,33 בעכברים שנחשפו ל- 6.7 psi LLB. באופן מעניין, מספר מחקרי LLB המשתמשים בחומרי נפץ בשדה פתוח עם לחצים של ~10 psi ופחות מדווחים על תמותה של כ -3-8% לאחר חשיפה אחת25,36.
תוצאות דומות נצפו בעבר במספר מחקרים המשתמשים בצינורות הלם במעבדה. במחקרים שבדקו LLBs בודדים המיוצרים על ידי צינורות הלם, נמצאו עדויות לפגיעה בשלד הציטו-שלד העצבי ולשינויים בדפוסי הירי העצבי שהתפתחו לאחר חשיפה לפיצוץ יחיד של 1.7 psi22. ב 4 psi, תפקוד לקוי של כפיס המוח דווח כמלווה ליקויים נוירו-התנהגותיים בחולדות שנחשפו ל- LLB23. בהשוואה למשך הפיצוץ שנמדד באוויר, צ'בקו ועמיתיו27 מצאו כי משך הפאזה החיובי של לחץ היתר של הפיצוץ היה ארוך יותר באופן משמעותי במוחות של חולדות שנחשפו ל-5.8 psi. חתימות ביולוגיות של תגובות פציעה דומות עשויות להיתמך על ידי מחקר בעכברים לאחר חשיפה ל-7.5 psi, שבו אחמד ועמיתיו35 מדווחים על שינויים ניתנים לזיהוי ברמות הסרום של חלבונים ספציפיים לפגיעה דלקתית, מטבולית, וסקולרית ועצבית עד חודש לאחר החשיפה. מעניין לציין כי מחקר זה דיווח גם על תמותה של 4.5% לאחר 24 שעות לאחר החשיפה.
במחקרים שבדקו שלושה LLBs של צינור הלם במהלך מפגש חשיפה אחד של 20 דקות, LLBs בין 1.4 ל -8.7 psi גרמו לעליות תלויות PSI בלחץ תוך גולגולתי (ICP) בחולדות, כאשר שינויים נצפים ב- ICP לקחו זמן רב יותר עבור psi20 נמוך יותר וכתוצאה מכך שינויים קוגניטיביים 19,20. באמצעות חזירים, אותה קבוצה קבעה כי שלוש חשיפות של 4 psi LLB ממגוון ציוד צבאי מספיקות כדי לגרום לנוירופתולוגיה היסטולוגית כאשר החיות הוצבו בעמדות תותחן המדמות שימוש אנושי בציוד21.
מחקרים אלה ממחישים באופן קולקטיבי את ההשפעות המגוונות של חשיפה ל- LLB שעלולות להתרחש בתנאים של חשיפה מוגבלת ותקופות החלמה. נראה כי חשיפה חוזרת ונשנית ל- LLB גורמת לליקויים קוגניטיביים והתנהגותיים מתמשכים, תוך הדגשת הצורך בהבנה דקדקנית של ההשפעות המצטברות, כך שנוכל לקבוע טוב יותר מתי השפעות אלה עשויות להיות משמעותיות מבחינה קלינית; זה רלוונטי במיוחד עבור חניכים צבאיים אשר נחשפים לרמות גבוהות של LLB חוזר. לשם כך נדרשים מחקרים חדשים מכיוון שהספרות הנוכחית אינה מדגימה כראוי את ההתנסויות הקליניות של חשיפות שגרתיות לאימונים צבאיים העולות על פיצוץ אחד עד כמה פיצוצים במהלך כמה ימים.
כוחות המבצעים המיוחדים (SOF) עשויים לסבול LLB משמעותי וחוזר מאוד במהלך חשיפות שגרתיות. מחקר שנערך לאחרונה מעריך כי החשיפה הייצוגית האנונימית בכל העמדות בצוות פורץ כניסה נפיץ הייתה גבוהה עד 184 psi שיא מצטבר במהלך שבוע אימונים אחד42. נתון זה מבוסס, בחלקו, על הערכה שמרנית של 6 מטעני הפרה המשמשים ביום, עם ממוצע של 4 psi לחץ שיא כל אחד, כפי שנמדד על ידי מדי פיצוץ המותקנים על כוח אדם; זה לא חשבון flashbangs ומכשירים אחרים45. מחזור אימונים שגרתי עשוי להימשך מספר שבועות. כדי להקל על המחקר של חוויות LLB קליניות, כגון אלה של הכשרת חברי SOF, אנו מציגים מודל מעבדה shocktube של חשיפה חוזרת מאוד LLB. השיטה, המבוססת על מערכות שפופרות הלם פנאומטיות מבוססות 46,47,48, מאפשרת חקירות בעלות יכולת שחזור גבוהה של לחצים של 2 psi ומעלה. ההליך אינו תלוי בגורמים חיצוניים כגון מזג אוויר, אינו גורם לתמותה נצפית, והוא מבוסס מעבדה. כתוצאה מכך, השיטה מאפשרת חשיפה יומיומית מתמשכת וחוזרת למשפטים באותם מקצועות ללימודים הנמשכים שבועות עד חודשים, מה שמקל על חקירה בנאמנות גבוהה של אימונים צבאיים.

<table><tbody><tr><td>משאבת חום מחזורית תרמית מיומנת (120 וולט)</td> <td>Parkland Scientific</td><td>HTP-1500</td><td></td></tr><tr><td>נייר העתקה, משקל 75 גרם/מ"ר2</td><td>סיכות 897804</td><td></td><td></td></tr><tr><td>רפידות כחולות סופגות חד פעמיות</td><td>VWR</td><td>82020-845</td><td></td></tr><tr><td>תמיסת משאף פוראן</td><td>MedLine</td><td>10019-360-60</td><td></td></tr><tr><td>הליום</td><td>לינדה</td><td>UN1046</td><td></td></tr><tr><td>סרט מעבדה (1 אינץ')</td> <td>VWR</td><td>89098-076</td><td></td></tr><tr><td>LabView תוכנה</td><td>Emerson</td><td>V 2011</td><td></td></tr><tr><td>אספקת ריתוך מרכזית</td><td>חמצן רפואי</td><td>UN1072</td><td></td></tr><tr><td>מיילר, 0.005 עובי</td><td>טאפ פלסטיק</td><td>22934</td><td></td></tr><tr><td>ניילון נצמד מפלסטיק</td><td>סנטה קרוז ביוטכנולוגיה</td><td>sc-3687</td><td></td></tr><tr><td>קשרי טוויסט מפלסטיק נ.ב.פ;</td><td>VWR</td><td>11215-940</td><td></td></tr><tr><td>צינור זעזועים פנאומטי (עם קטעי דרייבר וסליל; גודל שטח יעד לעכברים, חיישני לחץ קצב דגימה של 20 קילו-הרץ, תוכנת בקרה ורכישה)</td> <td>BakerRisk, סן אנטוניו, טקסס</td><td>כרית חימום כבדה לשימוש חוזר בהתאמה אישית</td><td></td></tr><tr><td>(12 אינץ' x 18 אינץ')</td> <td>Parkland Scientific</td><td>121218</td><td></td></tr><tr><td>בסגנון מספריים, אגרוף אוזן מכרסם</td><td>Kent Scientific</td><td>INS750076-2</td><td></td></tr><tr><td>תאים עליונים הזזה לוופורייזרים מסורתיים</td><td>קנט סיינטיפיק</td><td>VetFlo-0530SM</td><td></td></tr><tr><td>וופורייזר VetFlo Isoflurane</td><td>קנט סיינטיפיק</td><td>VetFlo-1210S</td><td></td></tr></tbody></table>

מידול חשיפה חוזרת ונשנית מאוד לפיצוץ ברמה נמוכה בעכברים

Modeling Highly Repetitive Low-level Blast Exposure in Mice

חשיפה לפיצוצים היא גורם סיכון משמעותי לטראומה מוחית בקרב אנשים שנחשפו. למרות שההשפעות של פיצוצים גדולים על המוח מובנות היטב, ההשפעות של פיצוצים קטנים יותר כמו אלה המתרחשים במהלך אימונים צבאיים מובנות פחות. חשיפה קטנה ונמוכה זו לפיצוץ משתנה גם היא מאוד בהתאם לכיבוש הצבאי ולקצב האימונים, כאשר חלק מהיחידות חוות מעט חשיפות במהלך מספר שנים ואילו אחרות חוות מאות בתוך שבועות ספורים. מודלים של בעלי חיים הם כלי חשוב בזיהוי מנגנוני הפציעה והסיכונים הבריאותיים הקליניים ארוכי הטווח בעקבות חשיפה נמוכה לפיצוץ. מודלים המסוגלים לשחזר מגוון רחב זה של חשיפות נחוצים כדי ליידע את תוצאות הפציעה החריפה והכרונית בפרופילי סיכון שונים אלה.
למרות שתוצאות לאחר מספר חשיפות לפיצוץ ברמה נמוכה ניתנות למודל קל למחקר מכניסטי, חשיפות כרוניות המתרחשות לאורך קריירה עשויות להיות מודלות טוב יותר על ידי פרדיגמות של פציעות פיצוץ עם חשיפות חוזרות ונשנות המתרחשות לעתים קרובות במשך שבועות וחודשים. מוצגות כאן שיטות למידול חשיפה חוזרת ונשנית מאוד לפיצוץ ברמה נמוכה בעכברים. ההליכים מבוססים על מודלים מבוססים ונפוצים של צינור הלם פנאומטי של חשיפה לפיצוץ בשדה פתוח שניתן לשנות את קנה המידה שלהם כדי להתאים את פרמטרי לחץ היתר ואת מספר או מרווח החשיפות. לאחר מכן ניתן להשתמש בשיטות אלה כדי לאפשר חקירות מכניסטיות או לשחזר את חשיפות הפיצוץ השגרתיות של קבוצות קליניות הנחקרות.

בעוד שחקירת תוצאות ניסוי בעכברים בעקבות חשיפות לכוחות פיצוץ נפיצים, רישום ואפיון האירוע באמצעות ניתוח לחץ לעומת זמן הוא חיוני להערכת הצלחת הניסוי. שיטה זו, הכוללת מדידת השינויים הדינמיים בלחץ במהלך הפיצוץ, מסייעת לחוקרים להבין את ההשפעות של פיצוצים על מערכות ביולוגיות.
בניסויים מוצלחים, הקלטות לחץ מציגות דפוס גל מוגדר ומבוקר היטב. עליית הלחץ חדה, ומגיעה לערכי שיא בזמנים הצפויים (איור 2). ירידת הלחץ שבאה לאחר מכן באה בעקבות עקומה צפויה, המודגמת על ידי צורת הגל פרידלנדר, המצביעה על פיזור יעיל של אנרגיה. במונחים של הערכת פציעה, אין סימנים גלויים של פציעה בניסויי LLB, אפילו כאשר מבצעים חשיפה חוזרת מאוד ל-LLB עם עד שישה פיצוצים המתרחשים תוך 15-20 דקות (איור 3). אולם ניתוח של זמני תיקון לאחר חשיפה חוזרת ונשנית ל-LLB מצביע על כך שעכברי פיצוץ חוזרים להכרה מהר יותר מעכברי דמה (איור 4). לפיכך, LLB חוזר גורם לשינויים הניתנים לשחזור בתגובות עוררות נוירו-התנהגותיות חריפות לאחר החשיפה.
ניסויים תת-אופטימליים עשויים להציג פרופילי לחץ לא סדירים. מקרים בהם לחצי השיא מדוכאים באופן בלתי צפוי עשויים להצביע על שחרור מוקדם או איטי של גז, המונע שחרור חד של התפשטות גז לאורך קטע צינור ההלם המונע כדי לפגוש את בעל החיים באזור המטרה. אובדן מוקדם מדי של לחץ הגז הוא לעתים קרובות תוצאה של חתכי נהג או סליל אטומים כראוי. זה יכול לנבוע מפגמים בקרום או הידוק לא מספיק של מכלול צינור ההלם של הנהג. במקרים כאלה, דגימות ביולוגיות עשויות להראות סימנים מופחתים של טראומה.
פירוש נתונים כרוך בקישור פרופילי זמן לחץ עם תגובות ביולוגיות נצפות. ניסויים מוצלחים מראים כי פרמטרי הפיצוץ שנבחרו, כגון לחץ שיא ומשך, מעוררים את התגובות הביולוגיות הצפויות או המבוססות הנחקרות. מתאמים בין תכונות לחץ ספציפיות לבין תוצאות ביולוגיות מסייעים בביסוס קשרים סיבתיים. מחקרי אורך מתאפשרים על-ידי פרוטוקול זה בשל היעדר אובדן נצפה של בעלי חיים עבור נקודות זמן למחקר, עד 6 חודשים לאחר LLB הסופי (איור 5).
טווח התוצאות הקליניות בעקבות חשיפה ל- LLB הוא עדין ולא מובן. חשיפה חוזרת ונשנית ל- LLBs נחשבה היסטורית לתת-פגיעה הן עבור אנשים והן עבור עכברים. זה נתמך על ידי חזרה מהירה לאמבולציה, התנהגות ופעילות גופנית נורמלית לאחר חשיפות ב 2-5 psi. עם זאת, היעדר סימפטומים נוירוסנסוריים חריפים מכריעים או שינויים התנהגותיים אינו מונע את קיומן של השפעות חתרניות שליליות. מכיוון שפנוטיפים הקשורים ל- LLB הם עדינים במקרה הטוב, טווח ההשפעות המלא הוא תחום של חקירה פעילה ועשוי לדרוש זמן רב או חזרה כדי לעורר תוצאות משמעותיות מבחינה קלינית.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66592/66592fig01.jpg"> איור 1: צעדים פרוצדורליים עבור מודל צינור ההלם של LLB מורין חוזר. לאחר הכנת צינור ההלם (שלבים 1-10) ושלבי הכנת בעלי החיים (שלבים 11-18), עכברים נחשפים ל-LLB אחד או יותר (שלבים 19-32), לפני הוצאתם מהצינור (שלב 33). לאחר מכן מניחים עכברים על ישבנם, על כרית חימום מחוממת (שלב 34). משך הזמן שלוקח לבעל החיים להתהפך על הצד הגחוני שלו נרשם כזמן הנכון (שלב 35). קיצור: LLB = פיצוץ ברמה נמוכה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66592/66592fig01large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66592/66592fig02.jpg"> איור 2: עקומות זמן לחץ מייצגות עבור חשיפות ליד 4 psi. (A) ערימות תוספים מספקות לחצי שיא ליניאריים בטווח של 2-4.5 psi שיא. פרופילי לחץ מייצג לעומת זמן (אלפיות השנייה) היו בממוצע בין 3-6 פיצוצי צינור הלם (אדום) בהשוואה לעקומות פרידלנדר האידיאליות (כחול) עבור (B) גיליון אחד, (C) 2 גיליונות, (D) 3 גיליונות ו-(E) 4 גיליונות. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66592/66592fig02large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66592/66592fig03.jpg"> איור 3: מרווח בין נושאים. הגדרה וביצוע של פיצוץ יחיד דורשים בממוצע 9.8 ± 1.9 דקות (ממוצע ± שגיאת תקן של הממוצע (sem)). חשיפות נוספות לפיצוץ דורשות תוספת של 1.7 ± 0.4 דקות לכל אירוע (ממוצע ± סמ'). נקודות מייצגות תוצאות של בעלי חיים בודדים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66592/66592fig03large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66592/66592fig04.jpg"> איור 4: זמני תיקון יומיים במהלך 3 שבועות של חשיפות LLB חוזרות מאוד. הגרף מייצג את זמני התיקון המנורמלים על פני 3 שבועות של חשיפה ל- LLB. עכברי LLB היו נתונים ל -6 חשיפות פיצוץ יומיות בסך הכל 90 חשיפות LLB שהתרחשו במשך 15 ימים. מאפייני לחץ היתר הממוצע היו (± סמ) 3.05 ± 0.07 שיא psi, 0.94 ± 0.04 משך פאזה חיובי, ו 2 ± 0.1 psi * דחף msec. ערכי p משקפים תוצאות של ANOVA דו-כיוונית. קיצור: LLB = פיצוץ ברמה נמוכה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66592/66592fig04large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66592/66592fig05.jpg"> איור 5: השפעות מודל LLB של צינור הלם במעבדה על שחיקת בעלי חיים בעקבות חשיפות LLB חוזרות מאוד. שיעורי שחיקה עבור עכברי דמה (N = 24) ו- LLB (N = 32) מהחשיפה הראשונה ל- LLB (יום 1) דרך כל החשיפות למחקר (סיום היום ה -19) ולאחר תקופת התאוששות של 6 חודשים (יום 199). לא היה הבדל משמעותי בין שיעורי השחיקה של קבוצות דמה ו- LLB במהלך התקופה הנצפית. עכברי LLB חוו בממוצע 62 חשיפות בממוצע של 4.78 ± 0.01 שיא psi ו 3.16 ± 0.023 psi∙ms דחף. החשיפות ניתנו לעכברים 5 ימים בשבוע (כלומר, שני עד שישי) במשך 3 שבועות רצופים כדי למדל לאחרונה חשיפות ללחץ יתר של SOF שדווחו במהלך אימון הפרה שגרתי45. קיצור: LLB = פיצוץ ברמה נמוכה; SOF = כוחות מבצעים מיוחדים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66592/66592fig05large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>

מוצגות כאן שיטות ליצירת חשיפות חוזרות ונשנות לפיצוץ בעוצמה נמוכה באמצעות עכברים.

Exposure to explosive blasts is a significant risk factor for brain trauma among exposed persons. Although the effects of large blasts on the brain are ...

המחקר שלנו מתמקד בהשפעות ארוכות הטווח של חשיפה חוזרת ונשנית להדף ברמה נמוכה בעכברים. מטרתנו היא לקבוע את ההשפעות ארוכות הטווח של חשיפה זו במהלך אימונים צבאיים במחקר בבעלי חיים, ההשפעות של פיצוץ ברמה נמוכה הן עדינות, וצוותי מחקר ישתמשו לעתים קרובות בטכניקות כמו מיקרוסקופ אלקטרונים כדי לזהות הבדלים בין עכברי פיצוץ ועכברי דמה. העבודה שלנו מצביעה על כך שחזרה מוגברת על הדף הופכת את ההבדלים האלה לקלים יותר לזיהוי באמצעות טכניקות מיקרוסקופיה נגישות יותר.כיום יש ספרות מוגבלת מאוד הן על חשיפות לפיצוץ ברמה נמוכה, הנקראות גם פיצוצים בעוצמה נמוכה, והן על המודלים המשתמשים בחשיפות אלה במשך מספר ימים. תכננו את הפרוטוקול שלנו כך שיכלול מספר פיצוצים ברמה נמוכה במשך ימים רבים כדי לטפל בפערים אלה.

modeling-highly-repetitive-low-level-blast-exposure-in-mice

Research

JoVE Journal

Neuroscience

מדעי המוח

מקור: Yang, Z., et.al. מודל פגיעת ראש חוזרת בעכברים. J. Vis. Exp. (2016). סרטון זה מדגים את השראת פגיעות ראש חוזרות ונשנות בעכבר באמצעות מכשיר פגיעה אלקטרומגנטי. ההליך כולל מיקום קצה הפגיעה בין התפרים הבין-פרונטליים והלמבדואידים על גולגולתו של עכבר מורדם ושימוש בקצה בדיקה כדי להגדיר במדויק את עומק הפגיעה. הפגיעה מועברת במהירות ובעומק מבוקרים כדי לדמות פגיעות מוח טראומטיות קלות, ולאחר מכן תקופת החלמה, כאשר הפציעות חוזרות על עצמן במרווחי זמן מוגדרים.

מידול פציעות ראש חוזרות ונשנות של זעזוע מוח במודל עכבר

פרוטוקול להערכת שינויים ברמות הנזק ל-DNA וביכולת תיקון ה-DNA שעלולים להיגרם על ידי הקרנה כרונית במינון נמוך in vivo בלימפוציטים של טחול עכבר, על ידי מדידת היסטון זרחני H2AX, מוצג סמן לשבירות דו-גדיליות של DNA, באמצעות זרימה ציטומטרית.

מדידת נזק לדנ&quot;א ותיקון בSplenocytes העכבר לאחר כרוני<em&gt; In vivo</em&gt; חשיפה למינונים נמוכים מאוד של בטא וגמא-קרינה

זעזוע מוח מציג את הסוג הנפוץ ביותר של פגיעה מוחית טראומטית. לכן, מודל של בעלי חיים עם זעזוע מוח חוזר, המשכפל את המאפיינים החשובים של פציעה במטופלים, עשוי לספק אמצעי לחקר זעזוע מוח בצורה קפדנית, מבוקרת ויעילה.

מודל פגיע ראש החוזרים מזעזע של עכברים

אנו מתארים שיטה באמצעות הקרנה היקפית ממוקדת כדי לגרום התנהגות כמו-עייפה בעכברים. מינון ההקרנה לא הקטלני שנבחר מוביל לירידה של שבוע בפעילות ריצת גלגל מרצון.

במודל עכבר של עייפות הנגרם על ידי הקרנה ההיקפית

מחקר זה מתאר את הדור מוצלחת של מודל חדש של בעלי חיים מחלת ריאות חסימתית כרונית (COPD) על ידי חשיפת שוב ושוב עכברים ריכוזים גבוהים של אוזון.

דור של מחלת ריאות חסימתית כרונית מודל בעכברים על ידי חשיפה חוזרת ונשנית האוזון

אנו מציגים כאן פרוטוקול של מודל גל פיצוץ למכרסמים לחקור השפעות נוירוביולוגיות ופתולוגיות של פגיעה מוחית טראומטית קלה עד בינונית. הקמנו מערך מונע גז, ספסל עליון מצויד בחיישני לחץ המאפשרים דור אמין וניתן לשחזור של פגיעה מוחית קלה עד בינונית הנגרמת על ידי פיצוץ.

מודל גל פיצוץ בעצימות נמוכה להערכה פרה-קלינית של פגיעה מוחית טראומטית קלה בראש סגור במכרסמים

פרוטוקול זה מתאר שיטה לביסוס מודל עכברי של סיליקוזיס באמצעות חשיפה חוזרת ונשנית לתרחיפים של סיליקה באמצעות טפטוף אף. מודל זה יכול לחקות ביעילות, בנוחות ובגמישות את התהליך הפתולוגי של סיליקוזיס אנושי עם חזרתיות וחיסכון גבוהים.

מודל עכבר סיליקוזיס שנקבע על ידי שאיפה חוזרת ונשנית של אבק סיליקה גבישי

הפרוטוקול מתאר מחקר של השפעות העור המערכתיות והמקומיות של חשיפה לאולטרה סגול B בעכברים.

חקר חשיפה כרונית של עכברים לקרינה אולטרה סגולה מסוג B 

וידאו oculography היא שיטה כמותית מאוד לחקור את ביצועי המנוע העין, כמו גם למידה מוטורית. כאן, נתאר כיצד למדוד וידאו oculography בעכברים. יישום טכניקה זו על רגיל, פרמקולוגית, טיפול או עכברים מהונדסים גנטית הוא כלי מחקר רב עוצמה כדי לחקור את הפיזיולוגיה הבסיסית של התנהגויות מוטוריות.

וידאו oculography ב עכברים

אסטרוציטים מסוג פרא פנוטיפי ותאי גזע עצביים שנאספו מעכברים שהונדסו עם אללים אונקוגניים מותנים ומותנים ועברו טרנספורמציה ויראלית יכולים לשמש למודל פתוגנזה של אסטרוציטומה במבחנה ובגוף החי על ידי הזרקה אורתוטופית של תאים שעברו טרנספורמציה למוחם של חברים סינגניים בעלי יכולת חיסונית.

דוגמנות אסטרוציטומה פתוגנזה במבחנה ו בVivo שימוש בקליפת מוח האסטרוציטים או בתאי גזע עצביים מעכברים מותנים, מהונדסים גנטי

חקור את ההשפעות ארוכות הטווח של חשיפה חוזרת ונשנית לפיצוץ ברמה נמוכה בעכברים. שיטה זו מאפשרת לחוקרים ללמוד על שינויים בהתנהגות עצבית ותגובות ביולוגיות לאחר חשיפה לפיצוץ.

מידול חשיפה חוזרת ונשנית מאוד לפיצוץ ברמה נמוכה בעכברים

גלה סרטונים נוספים