Het doel van dit manuscript is om een sonografie-gebaseerde methode te presenteren die in vivo beeldvorming van de bloedstroom in cerebrale slagaders bij muizen mogelijk maakt. We demonstreren de toepassing ervan om veranderingen in de bloedstroomsnelheden te bepalen die verband houden met vasospasme in muriene modellen van subarachnoïdale bloeding (SAH).
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Analyse van cerebrale vasospasme in een murien model van subarachnoïdale bloeding met hoogfrequente transcraniële duplex echografie
* These authors contributed equally
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Cerebrale vasospasme die optreedt in de weken na subarachnoïdale bloeding, een soort hemorragische beroerte, draagt bij aan vertraagde cerebrale ischemie. Een probleem dat wordt aangetroffen in experimentele studies met muriene modellen van SAH is dat methoden voor in vivo monitoring van cerebrale vasospasme bij muizen ontbreken. Hier demonstreren we de toepassing van hoogfrequente echografie om transcraniële Duplex sonografie-onderzoeken op muizen uit te voeren. Met behulp van de methode konden de interne halsslagaders (ICA) worden geïdentificeerd. De bloedstroomsnelheden in de intracraniële ICAs werden aanzienlijk versneld na inductie van SAH, terwijl de bloedstroomsnelheden in de extracraniële ICA's laag bleven, wat wijst op cerebrale vasospasme. Concluderend, de hier gedemonstreerde methode maakt functionele, niet-invasieve in vivo monitoring van cerebrale vasospasme in een murien SAH-model mogelijk.
Inleiding
Spontane subarachnoïdale bloeding (SAH) is een vorm van hemorragische beroerte meestal veroorzaakt door de ruptuur van een intracranieel aneurysma1. De neurologische uitkomst wordt voornamelijk beïnvloed door twee factoren: vroeg hersenletsel (EBI), dat wordt veroorzaakt door de effecten van de bloeding en de bijbehorende voorbijgaande globale cerebrale ischemie, en vertraagde cerebrale ischemie (DCI), die optreedt in de weken na de bloeding2,3. DCI werd gemeld bij maximaal 30% van de SAH-patiënten2. De pathofysiologie van DCI omvat angiografisch cerebraal vasospasme, een verstoorde microcirculatie veroorzaakt door microvasospasmen en microtrombose, corticale verspreiding van depressies en effecten veroorzaakt door ontsteking4. Helaas blijft de exacte pathofysiologie onduidelijk en is er geen behandeling beschikbaar die effectief DCI3voorkomt. Daarom wordt DCI onderzocht in veel klinische en experimentele studies.
Tegenwoordig gebruiken de meeste experimentele studies over SAH modellen voor kleine dieren, vooral bij muizen5,6,7,8,9,10,11,12,13. In dergelijke studies wordt cerebrale vasospasme vaak onderzocht als eindpunt. Het is gebruikelijk om de mate van vasospasme ex vivo te bepalen. Dit komt omdat niet-invasieve methoden voor in vivo onderzoek van cerebrale vasospasme die korte anesthesietijd vereisen en slechts weinig leed aan de dieren opleggen, ontbreken. Onderzoek van cerebrale vasospasme in vivo zou echter voordelig zijn. Dit komt omdat het longitudinale in vivo studies naar vasospasme bij muizen mogelijk zou maken (d.w.z. beeldvorming van cerebrale vasospasme op verschillende tijdstippen tijdens de dagen na inductie van SAH). Dit zou de vergelijkbaarheid van gegevens die op verschillende tijdstippen zijn verkregen, vergroten. Bovendien is het gebruik van een longitudinaal studieontwerp een strategie om het aantal dieren te verminderen.
Hier demonstreren we het gebruik van hoogfrequente transcraniële echografie om de bloedstroom in cerebrale slagaders bij muizen te bepalen. We laten zien dat, vergelijkbaar met transcraniële Doppler sonografie (TCD) of transcraniële kleurgecodeerde Duplex sonografie (TCCD) in klinische praktijk14,15,16,17,18, deze methode kan worden gebruikt om cerebrale vasospasme te controleren door de bloedstroomsnelheden van de intracraniële slagaders na SAH-inductie in het muriene model te meten.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
De dierproeven werden goedgekeurd door de verantwoordelijke commissie voor dierverzorging (Landesuntersuchungsamt Rheinland-Pfalz) en uitgevoerd in overeenstemming met de Duitse wet op het dierenwelzijn (TierSchG). Alle toepasselijke internationale, nationale en institutionele richtlijnen voor de verzorging en het gebruik van dieren werden gevolgd. In deze studie hebben we metingen uitgevoerd van de bloedstroomsnelheden van intracraniële en extracraniële slagaders bij vrouwelijke C57BL/6N muizen in de leeftijd van 11-12 weken met een lichaamsgewicht tussen 19-21 g. De muizen werden onderworpen aan SAH-inductie of schijnchirurgie, die elders in detail is beschreven10,12,13.
1. Bereiding van materialen
- Schakel het echoapparaat in en voer de dieren-ID in.
- Verwarm de verwarmingsplaat van het ultrageluidsysteem tot 37 °C. Zorg ervoor dat de rectale temperatuursonde klaar is voor gebruik.
- Gebruik een waterbad om de ultrasone gel te verwarmen tot 37 °C. Bereid ontharingscrème, contactcrème voor de elektroden en oogzalf voor.
2. Anesthesie
- Induceer anesthesie door de muis in een kamer te plaatsen die gedurende 1 minuut is doorgespoeld met 4% isofluraan en 40% O2. Bescherm de ogen met oogzalf. Ga pas verder nadat een voldoende diepe anesthesie is bereikt (afwezigheid van reacties op pijnprikkels).
- Handhaaf anesthesie met 1,5% isofluraan en 40% O2 met behulp van een anesthesiemasker gedurende de hele procedure.
3. Bepaling van de bloedstroomsnelheden van de intracraniële interne halsslagaders met transcraniële hoogfrequente Duplexsonografie
- Plaats de muis in de gevoelige positie op de verwarmingsplaat van het echografiesysteem om een lichaamstemperatuur van 37 °C te handhaven.
- Bedek de vier uiteinden van het dier met geleidende pasta en bevestig ze met tape op de ECG-elektroden die in het bord zijn ingebed. Controleer of de fysiologische parameters (ECG, ademhalingssignaal) correct worden weergegeven op het scherm van het beeldvormingssysteem (bijv. Vevo3100). Pas indien nodig het anesthesieniveau aan om een streefhartslag van 400-500 slagen per minuut (bpm) te verkrijgen.
- Plaats glijmiddel op een rectale temperatuursonde en plaats het voorzichtig om de lichaamstemperatuur te controleren. Gebruik indien nodig een extra verwarmingslamp.
- Verwijder voor het eerste onderzoek de vacht bij het achterhoofd chemisch met behulp van ontharingscrème. Gebruik een wattenstaafje om de crème 2 minuten te spreiden en te wrijven totdat de haren beginnen uit te vallen.
- Verwijder na nog eens 2 minuten de crème en haren met een spatel en desinfecteer de huid met een alcoholisch huidantisepticum. Bedek het met ultrasone gel verwarmd tot 37 °C.
- Gebruik een 38 MHz lineaire array transducer en een framesnelheid boven de 200 frames/s om echografiebeelden te verkrijgen en de sonde in de mechanische arm te fixeren. Plaats de transducer op de occipitale teruggekanteld met 30°.
- Gebruik brightness-(B)-mode en Color-wave-(CW) Doppler-mode om de juiste intracraniële interne halsslagader te visualiseren en beweeg de transducer met de besturingseenheid naar achteren en naar voren, totdat de maximale stroom van de slagaders is gevonden.
- Om anatomische informatie te verzamelen, gebruikt u de traditionele B-Mode en CW-Doppler-modus en begint u acquisitie door op de knop Acquire te klikken.
- Om informatie over de stromingskenmerken van de intracraniële vaten vast te leggen, klikt u op de Doppler-knop Pulse-Wave (PW), plaatst u het monstervolume in het midden van het vat en krijgt u een cinelus langer dan 3 s.
- Ga identiek te werk met de linkerkant.
- Ga verder met de extracraniële halsslagaders.
4. Bepaling van de bloedstroomsnelheden van de extracraniële interne halsslagaders met hoogfrequente Duplexsonografie
- Plaats de muis in de liggende stand op de verwarmingsplaat van het echografiesysteem om een lichaamstemperatuur van 37 °C te handhaven.
- Bedek de vier uiteinden van het dier met geleidende pasta en bevestig ze met tape op de ECG-elektroden die in het bord zijn ingebed. Controleer nogmaals op de juiste weergave van de fysiologische parameters op het scherm.
- Verwijder voor het eerste onderzoek het haar aan de voorhals chemisch met behulp van ontharingscrème zoals hierboven beschreven. Bedek de voorste hals met ultrasone gel verwarmd tot 37 °C.
- Gebruik een lineaire arraytransducer van 38 MHz en een framesnelheid van meer dan 200 frames/s om echografiebeelden te verkrijgen. Plaats de transducer evenwijdig aan het dier en pas de positie aan om longitudinale beelden van de rechter halsslagader te verkrijgen.
- Gebruik Brightness-(B)-mode en Color-wave-(CW) Doppler-mode om de rechter halsslagader te visualiseren. Het beeld moet de juiste gemeenschappelijke halsslagader (RCC), de juiste interne halsslagader (RICA) en de juiste externe halsslagader (RECA) bevatten.
- Om anatomische informatie te verzamelen, gebruikt u de traditionele B-Mode en CW-Doppler-modus en begint u acquisitie door op de knop Acquire te klikken.
- Om informatie over de stromingskenmerken van de extracraniële halsslagader vast te leggen, klikt u op de Pulse-Wave (PW) Doppler-knop, plaatst u het monstervolume in het midden van de gemeenschappelijke halsslagader, de interne halsslagader en de externe halsslagader en krijgt u een cinelus langer dan 3 s.
- Ga identiek te werk met de linkerkant.
- Beëindig de anesthesie en verwijder het dier van de warmhoudplaat. Breng het dier terug naar een kooi die gedurende 1 uur in een incubator is geplaatst die is verwarmd tot 37 °C om onderkoeling te voorkomen en controleer op volledig herstel.
5. Verwerking van ultrasonografiegegevens
- Gebruik een extern werkstation voor de nabewerking van de hoogfrequente echografiegegevens. Exporteer de B-modus, CW-Doppler-modus en PW-Doppler-modus afbeeldingen en cine loops.
- Open het geëxporteerde echografieonderzoek. Selecteer één dier en open de PW-Doppler cinelus van de intracraniële halsslagader. In dit protocol worden meestal 7 tot 8 hartslagen en bijbehorende stroomsnelheidscurven geregistreerd.
- Pauzeer de cinelus en klik op de meetknop. Kies het Vasculair Pakket en klik op RICA PSV om de piek systolische druk (PSV) te meten. Klik nu links op de piek van een snelheidscurve en trek de rechte lijn naar de nullijn. Bepaal de meting met een klik met de rechtermuisknop.
- Kies nu RICA EDV om de enddiastolische snelheid (EDV) te meten. Klik links op minimale uitslag van de snelheidscurve aan het einde van de diastole. Trek de lijn rechtstreeks naar de nullijn en bepaal de meting met een klik met de rechtermuisknop.
- Kies RICA VTI om de snelheidstijd integraal (VTI) te meten. Klik links aan het begin van een snelheidscurve en volg de curve met de muis tot het einde van het diastolische plateau. Klik vervolgens nogmaals op rechts om de meting te bepalen.
- Exporteer de gegevens van de intracerebrale interne halsslagaders met behulp van de rapportknop. Druk op Exporteren en sla de gegevens op als een VSI-rapportbestand.
- Gebruik dezelfde aanpak om PSV, EDV en VTI van de juiste extracraniële interne halsslagaders te meten en de gegevens dienovereenkomstig te exporteren.
- Ga identiek te werk met de linkerkant.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Bij 6 muizen, waarvan SAH werd geïnduceerd met behulp van het endovasculaire filamentperforatiemodel terwijl 3 schijnchirurgie kregen, werden de bloedstroomsnelheden van de intracraniële interne halsslagader (ICA) en van de extracraniële ICA een dag voor de operatie en 1, 3 en 7 dagen na de operatie bepaald. De metingen werden uitgevoerd als onderdeel van de echocardiografieonderzoeken van een ander onderzoek onder anesthesie met isofluraan met behoud van de lichaamstemperatuur op 37 °C19.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Voor zover wij weten, is deze studie de eerste die een protocol presenteert voor het monitoren van cerebrale vasospasme in een murien model van SAH met hoogfrequente transcraniële kleurgecodeerde Duplex echografie. We laten zien dat deze methode een toename van intracraniële bloedstroomsnelheden kan meten na SAH-inductie bij muizen. In de menselijke geneeskunde is dit fenomeen bekend3,15. Verschillende klinische studies hebben aangetoond dat verhoogde bloedstroom...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs verklaren geen concurrerende belangen.
Dankbetuigingen
De auteurs willen Stefan Kindel bedanken voor de voorbereiding van de illustraties in de video. PW, MM en SHK werden ondersteund door het Duitse federale ministerie van Onderwijs en Onderzoek (BMBF 01EO1503). Het werk werd ondersteund door een large instrumentation grant van de German Research Foundation (DFG INST 371/47-1 FUGG). MM werd gesteund door een subsidie van Else Kröner-Fresenius-Stiftung (2020_EKEA.144).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Balea hair removal creme | Balea; Duitsland | ASIN B0759XM39V | ontharingscrème |
| C57BL/6N muizen | Janvier; Saint-Berthevin Cedex, Frankrijk | n.v.t. | muizen |
| Corneregel | Bausch&Lomb; Rochester, NY, VS | REF 81552983 | oogzalf, smeersel |
| wattenstaafjes | Hecht Assistent; Sondheim vor der Rhön, Duitsland | REF 44302010 | wattenstaafjes |
| Ecco-XS scheermes | Tondeo; Soligen, Duitsland | DE 28693396 | scheermes |
| Elektrodencrème | GE; Boston, MA, VS | REF 21708318 | geleidende pasta |
| Verwarmingsplaat | Medax; Kiel, Duitsland | 2005-205-01 | |
| Isofluraan | Abvie; Wiesbaden, Duitsland | n.v.t. | vluchtige verdoving |
| Leukofix | BSN medical; Hamburg, Duitsland | REF 02137-00 | pleister |
| Mechanische arm + micromanipulator | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | P/N 11277 | |
| Microbac tissues | Paul Hartmann AG; Hamburg, Duitsland | REF 981387 | antimicrobiële tissues |
| MZ400, 38 MHz lineair array transducer | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | REF 51068-30 | echografie transducer |
| Sonosid | ASID Bonz GmbH; Herrenberg, Duitsland | REF 782010 | echografiegel |
| Ultrasoon platform met verwarmingsplaat en ECG-opname | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | P/N 11179 | |
| UniVet-Porta | Groppler; Oberperasberg, Duitsland | S/N BKGM0437 | isofluraan verdamper |
| Vevo3100 | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | REF 51073-45 | echografieapparaat |
| VevoLab software | VisualSonics; FujiFilm, Toronto, CA | n.v.t. | evaluatiesoftware |
Referenties
- Macdonald, R. L., Schweizer, T. A. Spontaneous subarachnoid haemorrhage. Lancet. 389 (10069), 655-666 (2017).
- Macdonald, R. L. Delayed neurological deterioration after subarachnoid haemorrhage. Nature Reviews Neurology. 10 (1), 44-58 (2014).
- Francoeur, C. L., Mayer, S. A. Management of delayed cerebral ischemia after subarachnoid hemorrhage. Critical Care. 20 (1), 277(2016).
- van Lieshout, J. H., et al. An introduction to the pathophysiology of aneurysmal subarachnoid hemorrhage. Neurosurgical Review. , (2017).
- Altay, T., et al. A novel method for subarachnoid hemorrhage to induce vasospasm in mice. J Neurosci Methods. 183 (2), 136-140 (2009).
- Momin, E. N., et al. Controlled delivery of nitric oxide inhibits leukocyte migration and prevents vasospasm in haptoglobin 2-2 mice after subarachnoid hemorrhage. Neurosurgery. 65 (5), 937-945 (2009).
- Froehler, M. T., et al. Vasospasm after subarachnoid hemorrhage in haptoglobin 2-2 mice can be prevented with a glutathione peroxidase mimetic. Journal of Clinical Neuroscience. 17 (9), 1169-1172 (2010).
- Provencio, J. J., Altay, T., Smithason, S., Moore, S. K., Ransohoff, R. M. Depletion of Ly6G/C(+) cells ameliorates delayed cerebral vasospasm in subarachnoid hemorrhage. Journal of Neuroimmunology. 232 (1-2), 94-100 (2011).
- Kamp, M. A., et al. Evaluation of a murine single-blood-injection SAH model. PLoS One. 9 (12), 114946(2014).
- Luh, C., et al. The Contractile Apparatus Is Essential for the Integrity of the Blood-Brain Barrier After Experimental Subarachnoid Hemorrhage. Translational Stroke Research. , (2018).
- Neulen, A., et al. A Volumetric Method for Quantification of Cerebral Vasospasm in a Murine Model of Subarachnoid Hemorrhage. Journal of Visualized Experiments. (137), (2018).
- Neulen, A., et al. Large Vessel Vasospasm Is Not Associated with Cerebral Cortical Hypoperfusion in a Murine Model of Subarachnoid Hemorrhage. Translational Stroke Research. , (2018).
- Neulen, A., et al. Neutrophils mediate early cerebral cortical hypoperfusion in a murine model of subarachnoid haemorrhage. Scientific Reports. 9 (1), 8460(2019).
- Neulen, A., et al. Volumetric analysis of intracranial vessels: a novel tool for evaluation of cerebral vasospasm. Int J Comput Assist Radiol Surg. 14 (1), 157-167 (2019).
- Washington, C. W., Zipfel, G. J. Participants in the International Multi-disciplinary Consensus Conference on the Critical Care Management of Subarachnoid, H. Detection and monitoring of vasospasm and delayed cerebral ischemia: a review and assessment of the literature. NeuroCritical Care. 15 (2), 312-317 (2011).
- Greke, C., et al. Image-guided transcranial Doppler sonography for monitoring of defined segments of intracranial arteries. Journal of Neurosurgical Anesthesiology. 25 (1), 55-61 (2013).
- Neulen, A., Prokesch, E., Stein, M., Konig, J., Giese, A. Image-guided transcranial Doppler sonography for monitoring of vasospasm after subarachnoid hemorrhage. Clinical Neurology and Neurosurgery. 145, 14-18 (2016).
- Neulen, A., et al. Image-Guided Transcranial Doppler Ultrasound for Monitoring Posthemorrhagic Vasospasms of Infratentorial Arteries: A Feasibility Study. World Neurosurgery. 134, 284-291 (2020).
- Neulen, A., et al. Correlation of cardiac function and cerebral perfusion in a murine model of subarachnoid hemorrhage. Scientific Reports. 11 (1), 3317(2021).
- Neulen, A., et al. A segmentation-based volumetric approach to localize and quantify cerebral vasospasm based on tomographic imaging data. PLoS One. 12 (2), 0172010(2017).
- Marbacher, S., et al. Systematic Review of In Vivo Animal Models of Subarachnoid Hemorrhage: Species, Standard Parameters, and Outcomes. Translational Stroke Research. , (2018).
- Figueiredo, G., et al. Comparison of digital subtraction angiography, micro-computed tomography angiography and magnetic resonance angiography in the assessment of the cerebrovascular system in live mice. Clinical Neuroradiology. 22 (1), 21-28 (2012).
- Lindegaard, K. F., Nornes, H., Bakke, S. J., Sorteberg, W., Nakstad, P. Cerebral vasospasm diagnosis by means of angiography and blood velocity measurements. Acta Neurochirurgica. 100 (1-2), 12-24 (1989).
- Cassia, G. S., Faingold, R., Bernard, C., Sant'Anna, G. M. Neonatal hypoxic-ischemic injury: sonography and dynamic color Doppler sonography perfusion of the brain and abdomen with pathologic correlation. American Journal of Roentgenology. 199 (6), 743-752 (2012).
- Shen, Q., Stuart, J., Venkatesh, B., Wallace, J., Lipman, J. Inter observer variability of the transcranial Doppler ultrasound technique: impact of lack of practice on the accuracy of measurement. Journal of Clinical Monitoring and Computing. 15 (3-4), 179-184 (1999).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
