Methodenartikel

In Vivo Telemetrie om langetermijn cardiovasculaire parameters, temperatuur en activiteit vast te leggen in rattenmodellen van ruggenmergletsel

744 weergaven

⸱

DOI:

10.3791/69714

⸱

2 januari 2026

 ,  ,  ,  ,  , 
1Spinal Cord & Brain Injury Research Center, College of Medicine, University of Kentucky, 2Department of Physiology, College of Medicine, University of Kentucky, 3Department of Biomedical Engineering, Northwestern University, 4Division of Laboratory Animal Resources, University of Kentucky

In dit artikel

Samenvatting

Dit artikel presenteert een stapsgewijs protocol voor het plaatsen van een in vivo telemetrisch implantaat in de dalende aorta van ratten, waardoor continue en langdurige monitoring van cardiovasculaire parameters, kernlichaamstemperatuur en dierlijke activiteit vóór en na ernstig hoogborstruggenmergletsel mogelijk is.

Samenvatting

Hoger niveau ruggenmergletsel (SCI) boven thoracaal niveau 6 (T6) verstoort de autonome functie en draagt bij aan secundaire complicaties, waaronder schommelingen in bloeddruk, hartslag en temperatuur. Bij ratten biedt het plaatsen van telemetrische implantaten in de dalende aorta een robuuste methodologie om verschillende cardiovaculaire parameters te beoordelen, zoals systolische en diastolische druk, gemiddelde arteriële druk en hartslag. Kernlichaamstemperatuur en dierlijke activiteit kunnen ook worden geregistreerd na het plaatsen van telemetrische implantaten. Een rat met een telemetrisch implantaat wordt op de ontvangerplaat geplaatst, verbonden met een computersysteem om verschillende parameters vast te leggen. Continue langetermijnopnames op bepaalde tijdsintervallen maken het mogelijk om door blessures veroorzaakte fysiologische verstoringen te kwantificeren, waaronder dag-nachtvariaties in de cardiovasculaire functie. Door opnames van vóór het letsel (baseline) en na het letsel te vergelijken, kunnen onderzoekers de impact van SCI op deze fysiologische metrieken beoordelen. Dit methodologieartikel beschrijft een gedetailleerde, stapsgewijze procedure voor het plaatsen van telemetrische implantaten in de dalende aorta (met mono-occlusie van de arterie) van de rat, evenals continue telemetrieregistratie na ernstige hoge thoracale (T3) SCI. We bespreken de uitdagingen die doorgaans worden tegengekomen bij het uitvoeren van deze procedure, evenals een speciale sectie over probleemoplossing. Het gegevensverzamelingsproces met Ponemah-software en de verschillende toepassingen daarvan worden ook besproken. Ratten vertonen door SCI-gerelateerde cardiovasculaire, temperatuur- en activiteitsafwijkingen, en telemetrische implantaten zijn effectieve hulpmiddelen om deze complicaties na het letsel te bestuderen en mogelijke behandelingen te evalueren.

Inleiding

Traumatisch ruggenmergletsel (SCI) belemmert sensorische en motorische functies en verstoort cardiovasculaire en thermische regulatie 1,2,3,4. Letsels op of boven het T6-niveau verstoren de supraspinale controle van de autonome functie, wat leidt tot ernstige veranderingen in verschillende cardiovasculaire reacties, waaronder verstoorde baroreceptorreflexen, bloeddrukstoornissen, hartslagvariabiliteit (bradycardie of tachycardie), thermodysregulatie en verminderde motorische activiteit 3,5,6,7,8,9,10 . Deze afwijkingen worden waargenomen tijdens zowel de acute als de chronische fase van het letsel 2,3. Door leeftijdsgebonden demografische veranderingen in de loop der jaren is cardiovasculaire disfunctie een van de belangrijkste oorzaken van sterfte en langdurige morbiditeit bij mensen met SCI 9,11. De acute fase van het letsel veroorzaakt neurogene shock, die vaak wordt gekenmerkt door hypotensie en bradycardie door sympathische verstoring9, maar ook kan leiden tot hypertensie bij personen met een letsel boven T6-niveau12,13. Tijdens de chronische fase ervaren deze personen vaak autonome dysreflexie (AD) en orthostatische hypotensie (OH)5. AD is een levensbedreigende aandoening die wordt gedefinieerd als een plotselinge episodische stijging van de systolische bloeddruk (SBP) van 20-40 mmHg boven de basislijnvan 14,15. Mensen kunnen verschillende symptomen ervaren, waaronder bonzende hoofdpijn, huidrood, zweten, neusverstopping, piloerectie, angst en wazig zien 13,14,16. Als het niet wordt behandeld, kan AD de SBP verhogen tot 300 mm Hg, wat kan leiden tot aanvallen, beroerte, een myocardinfarct of plotselinge dood17,18. OH wordt gekenmerkt door een plotselinge verlaging van de bloeddruk (BP) bij het overgaan van een liggende of zittende positie naar staand, wat kan leiden tot duizeligheid, licht in het hoofd of flauwvallen. Het wordt klinisch gedefinieerd als een aanhoudende daling van de systolische bloeddruk van minstens 20 mmHg of een diastolische bloeddruk (DBP) van ten minste 10 mmHg binnen 3 minuten na het staanvan 19,20. De chronische fase wordt dus gekenmerkt door zowel hypertensie- als hypotensie-episodes bij personen met ernstig tot hoge thoracale SCI. Een gedetailleerd begrip van cardiovasculaire fysiologie, schommelingen in de kerntemperatuur van het lichaam en activiteit in diermodellen is essentieel voor het ontwerpen van gerichte interventies die autonome disfunctie aanpakken tijdens zowel de acute als de chronische fase na een SCI.

De plaatsing van een telemetrisch implantaat in de dalende aorta maakt efficiënte registratie mogelijk van de impact van SCI op systolische en diastolische bloeddruk, gemiddelde arteriële druk (MAP), hartslag, kernlichaamstemperatuur en activiteit in knaagdiermodellen van experimentele SCI. Het begrijpen van de robuuste en gevoelige methodologie voor het plaatsen van telemetrische implantaat is cruciaal voor het verkrijgen van betrouwbare fysiologische gegevens na SCI. Telemetrische technieken voor het meten van bloeddruk bieden verschillende voordelen boven niet-telemetrische technieken (bijvoorbeeld de tail cuff-techniek). De voordelen zijn onder meer continue en realtime monitoring, verminderde stressgerelateerde artefacten, verbeterde gegevensnauwkeurigheid en reproduceerbaarheid, verbeterd dierenwelzijn en geschiktheid voor kleine of gevoelige modellen, zoals ziektemodellen, zwangere dieren en neonaten 21,22,23. Dankzij deze voordelen faciliteren telemetrische technieken de experimentele reproduceerbaarheid en vergroten ze de relevantie van de translatie in SCI-onderzoek door het modelleren van mensachtige autonome en neurale reacties in ongeremde, vrij bewegende dieren mogelijk te maken.

Het huidige manuscript biedt een gedetailleerde, stapsgewijze methodologie voor het plaatsen van telemetrische implantaten in de dalende aorta24, gevolgd door een ernstige SCI-procedure met hoge thoracale kneuzing 25,26. Het laat zien hoe verschillende cardiovasculaire, kernlichaamstemperatuur en gedragsparameters kunnen worden geregistreerd met Ponemah-software. Het manuscript beschrijft ook de uitdagingen die met de procedure gepaard gaan en biedt mogelijke oplossingen. Daarnaast benadrukt het de verschillende toepassingen van in vivo telemetrie in SCI-onderzoek.

Protocol

Ethische goedkeuring werd verkregen van de University of Kentucky Institutional Animal Care and Use Committee, en de procedures werden strikt gevolgd volgens de protocolrichtlijnen. Volwassen vrouwelijke Wistar-ratten (11-13 weken, 250-300 g, n = 3) werden gehuisvest in de dierenfaciliteit van de Division of Lab Animal Research (University of Kentucky, VS) onder standaard huisvestingsomstandigheden (12/12 licht: donkere cyclus, luchtvochtigheid 30%-70%, temperatuur 22 ± 2 °C) met voedsel en water ad libitum. De reagentia en de gebruikte apparatuur worden vermeld in de Materiaaltabel.

1. Chirurgische procedure voor het plaatsen van telemetrische implantaten

OPMERKING: De plaatsing van het telemetrische implantaat is aangepast van Rabchevsky et al. en verder geoptimaliseerd om complicaties en sterftete minimaliseren. De duur van de anesthesie en pre-operatieve zorg is ongeveer 10 minuten. De telemetrische implantatie-operatie varieert van 15 tot 30 minuten. Het sluiten van buik- en huidincisies en de zorg na de operatie duurt 15-20 minuten. De totale duur van de telemetrische implantaatplaatsingsoperatie is 40-60 minuten. De reagentia en de apparatuur die worden gebruikt voor telemetrische implantatiechirurgie zijn vermeld in de Materiaaltabel.

  1. Pre-operatie en voorbereiding van de operatietafel
    1. Autoclaaf chirurgische instrumenten, 16-lags gaassponsen, wattenpuntapplicators en occlusiedraden. Vul de drukkathetertip van het telemetrische implantaat met gel met een spuit.
    2. Steriliseer de implantaten door ze achtereenvolgens 24 uur onder te dompelen in detergent, koud steriant en 0,9% natriumchloride.
    3. Houd het implantaat ondergedompeld in 0,9% natriumchloride in een buisje met het implantaatnummer erop.
    4. Leg een verwarmingskussen op de operatietafel en zet deze op 37-38 °C. Bedek het verwarmingskussen met chirurgische onderkussens, gevolgd door steriele doeken, om een steriel veld tijdens de ingreep te behouden.
  2. Anesthesie en pre-operatieve zorg
    1. Verdoof de rat met isofluraan (3%-4%) en houd de anesthesie op 2% met behulp van een Low-Flow Electronic Vaporizer.
    2. Dien buprenorfine (0,02 mg/kg; pijnstiller), meloxicam (1 mg/kg; ontstekingsremmer) en 5 ml 0,9% normale zoutoplossing subcutaan toe voorafgaand aan de operatie. Breng smeergel aan op beide ogen om uitdroging van het hoornvlies te voorkomen.
  3. Voorbereiding van de operatielocatie, incisie en blootstelling aan de afdalende aorta
    1. Schaf het buikgebied van 1 cm boven de urethrale opening tot het midden van de buik met een elektrische scheerapparaat. Maak de blootgestelde huid drie keer schoon met alcohol-prep-pads, gevolgd door het aanbrengen van het antiseptische povidonjodium. Plaats een druk-en-afdichtingsbarrière op het dier en snijd een kleine opening om de operatieplek bloot te leggen.
    2. Maak een incisie in de middenlijn van 4,5-5 cm op de huidlijn, beginnend 1-1,5 cm boven de urethrale opening, en voer vervolgens een buikincisie uit. Bevestig de viscerale organen met gesteriliseerde, met zoutoplossing doordrenkte 16-laags gaassponsjes. Gebruik metalen retractors om de organen verder te beveiligen en het zicht op het gebied te behouden.
    3. Gebruik twee fijne pincetten (microdissectiepincet en een pincet met spiegelafwerking) om de vetlichamen voorzichtig te scheiden en de dalende aorta en vena cava bloot te leggen. Houd één tang stabiel om de vetlichamen vast te houden, en gebruik de andere om te dissecten.
  4. Stomp dissectie en occlusie
    1. Voer een stomp dissectie uit met de hierboven genoemde tang, ongeveer 0,5 cm onder de nierslagader (gebruikt als herkenningspunt) om de dalende aorta van de vena cava te scheiden. Daarnaast moet de dalende aorta worden gescheiden van de onderliggende vetlichamen om ruimte te creëren voor het inbrengen van de schuine pincet.
    2. Breng een spitse tang onder de dalende aorta door de doorgesneden ruimte tussen de aorta en de vena cava om ervoor te zorgen dat de occlusiedraad erdoorheen kan gaan.
    3. Breng een steriele 4-0 zijden draad onder de dalende aorta door de gedissectiede ruimte en zet beide uiteinden van de draad vast met een hemostaat.
    4. Laat een andere onderzoeker de hemostaat ongeveer onder een hoek van 45 graden houden, en maak hoekaanpassingen om de terugstroom van bloed te minimaliseren of te elimineren.
    5. Blokkeer tijdelijk de dalende aorta proximaal van het katheter-insertiepunt, op het punt van scheiding van de dalende aorta en de vena cava mono-ocluderen
  5. Inbrengen en vastzetten van het implantaat
    1. Haal het implantaat uit 0,9% natriumchloride, inspecteer de drukkathetertip op luchtbellen of openingen, en voeg gel toe als er een van deze aanwezig is vóór het plaatsen.
    2. Doorboor de bovenwand van de dalende aorta met een gedraaide 21-G naald, zoals in de video wordt getoond, en plaats de drukkathetertip (diameter van de punt 0,74 mm) van het telemetrische implantaat. Als de drukkathetertip de aorta niet binnenkomt, leid deze dan met een ader op de prikplaats.
    3. Steek de kathetertip 1,5-2 cm in de dalende aorta. Maak eventueel bloed rond de plaatsingsplaats schoon en breng een paar druppels weefsellijm aan om het implantaat te bevestigen en bloedingen te voorkomen. Controleer op bloedlekkage voordat je verder gaat.
    4. Veranker het implantaatlichaam subcutaan aan de buikwand, iets weg van de incisieplaats, door de hechtrib met niet-absorberbare hechtingen te hechten om stabiliteit gedurende het hele experiment te waarborgen.
  6. Buikwand en incisiesluiting
    1. Sluit de buikwand met absorberbare hechtingen in een onderbroken patroon met vierkante knopen. Sluit de huid met een intradermale continue hechting.
    2. Maak het incisiegebied schoon met waterstofperoxide om eventuele bloedresten te verwijderen. Volg op met een povidon-jodiumoplossing, en breng vervolgens een drievoudige antibioticacrème aan met Polymyxin B-sulfaat, Bacitracine Zink en Neomycine Sulfaat om het herstel te vergemakkelijken.
  7. Postoperatieve zorg
    1. Direct na de operatie injecteer je het antibioticum enrofloxacine (5 mg/kg) subcutaan. Plaats de rat in een huiskooi met een verwarmingskussen eronder, liggend op zijn rug, totdat hij hersteld is van de narcose.
      OPMERKING: De meeste dieren herstellen direct van de narcose, maar sommige doen er 5-10 minuten over.
    2. Zodra de rat wakker is, doe je drie dagen lang een e-halsband om zijn nek om bijten in de buikhechtingen te voorkomen.
    3. Voor thermoregulatie houd je het dier op alfa-pads in een herstelkooi met een waterverwarmingskussen op 37-38 °C eronder, minstens 24-72 uur. Plaats de helft van de kooi op het verwarmingskussen, zodat de dieren zich van de hitte kunnen verwijderen als dat nodig is.
    4. Dien postoperatieve medicatie subcutaan toe: buprenorfine en meloxicam (twee keer daags gedurende 3 dagen), en enrofloxacine (eenmaal dagelijks gedurende 5 dagen) om pijn, ontsteking en infectie te beheersen. Voorzien van voedsel en water ad libitum.

2. Chirurgische ingreep bij thoracale (T3) kneuzingswonden

OPMERKING: De T3-kneuzingsprocedure is aangepast van Squair et al.26. De totale duur van de T3-kneuzingsprocedure is ongeveer 40-45 minuten. De materialen die nodig zijn voor de T3-kneuzingssci zijn vermeld in de Materiaaltabel. Voer de T3-kneuzing minstens twee weken na het plaatsen van het telemetrische implantaat uit. Het 2-wekenvenster werd geoptimaliseerd op basis van observaties dat de meeste dieren herstellen van chirurgische nood en binnen 7-10 dagen terugkeren naar de basisbloeddruk. Sommige dieren kunnen er echter iets langer over doen.

  1. Voorbereidingen voor de operatie
    1. Verdoof de rat met intraperitoneale ketamine (80 mg/kg) en xylazine (7 mg/kg). Dien buprenorfine (0,02 mg/kg), meloxicam (1 mg/kg) en 5 ml 0,9% normale zoutoplossing subcutaan toe vóór de operatie.
    2. Schaf het dorsale oppervlak van de cervicale tot het midden van de thoracale regio met een elektrische scheerapparaat. Maak de huid drie keer schoon met alcohol-prep-pads, gevolgd door het aanbrengen van 5% povidon-jodiumoplossing. Gebruik smeermiddel voor de ogen om uitdroging van het hoornvlies te voorkomen.
    3. Plaats de rat op een verwarmingskussen met chirurgische onderkussens bedekt met steriele doeken, zoals tijdens de telemetrische operatie.
  2. Incisie, stomp dissectie en laminectomie
    1. Identificeer het T2-stekeluitsteeksel aan de hand van de opvallende dorsale stekel en markeer het. Maak een dorsale middenlijnincisie van C8 naar T5 en beveilig het gebied met spierretractoren.
    2. Voer een stomp dissectie uit met fijne, kleine schaar en een curette door de oppervlakkige en diepe paraspinale spieren. Vermijd veneuze corona mortis rond T4/T5 tijdens de dissectie, omdat beschadiging het direct tot de dood van het dier kan leiden.
    3. Voer een T3-laminectomie uit om het T3-spinale segment bloot te leggen.
  3. Ruggenmergkneuzing
    1. Bevestig het dier bij de T2- en T4-wervelkolomprocessen met Allis-tang op de IH-impactorfase.
    2. Lijn de impactortip uit over de middenlijn met behulp van het 3D-coördinatensysteem om een nauwkeurige middenlijntreffer te garanderen. Stel de parameters in zoals vereist (Kracht = 400 kdyn met 5 s verblijftijd).
  4. Incisiesluiting en postoperatieve zorg
    1. Naai de paraspinale spieren met opneembare hechtingen en sluit de incisieplaats af met nietjes. Verwijder alle bloedresten nabij het incisiegebied met waterstofperoxide.
    2. Ga verder met een povidon-jodiumoplossing en smeer vervolgens een drievoudige antibioticacrème met Polymyxin B-sulfaat, Bacitracine Zink en Neomycine Sulfaat om het herstel te vergemakkelijken. Dien enrofloxacine (5 mg/kg) subcutaan toe, direct na het letsel. Plaats de rat op alfa-pads in herstelkooien met warmtekussens eronder.
    3. Bied postoperatieve zorg, waaronder buprenorfine en meloxicam (twee keer daags gedurende 3 dagen) en enrofloxacine (eenmaal per dag gedurende 5 dagen). Blaas handmatig leegpompen (Crede-manoeuvre). Voorzien van voedsel en water ad libitum.

3. Instellingen voor het opnemen en exporteren van gegevens

OPMERKING: De instellingen voor het registreren en exporteren van cardiovasculaire, kernlichaamstemperatuur, dieractiviteitsparameters en pre- en post-SCI met Ponemah-software (versie 6.51) worden vermeld.

  1. Gegevensopname
    1. Om de verschillende parameters op te nemen, klik op Aanmaken onder het tabblad Experiment en label het experiment.
    2. Ga naar het tabblad Hardware, klik op APR Bewerken Configuratie, selecteer de APR en klik op Toevoegen om het naar het beschikbare gebied te verplaatsen. Klik vervolgens op PhysioTel/HD MX2-configuratie bewerken in het hardwaretabblad om de MX-2 te selecteren, klik op Toevoegen en bevestig dat deze in het linkerpaneel verschijnt.
      1. Voeg implantaten toe die aan verschillende dieren zijn toegewezen vanuit de inventaris aan de rechterkant naar het middelste paneel. Het aantal implantaten dat kan worden toegevoegd, hangt af van het aantal ontvangerplaten dat met het systeem is verbonden. Klik op elk toegevoegd implantaat (gelabeld met dierennummer) in het linkerpaneel en verbind het met een andere ontvangerplaat. Sla op en sluit af zodra alle verbindingen zijn gemaakt.
    3. Ga naar het tabblad Instellen en kies dan Experiment Setup, klik op Pagina Activeren, en klik vervolgens op de zwarte achtergrond. Kies het onderwerp, voeg druk toe op het label, verander het apparaat naar mmHg, stel de lage en hoge waarden in en kies een kleur om bloeddruksporen weer te geven.
    4. Ga naar het tabblad Instellen en kies dan Dierenopstelling. Klik op het diernummer, selecteer het geslacht en de soort, en klik vervolgens op Druk om parameters in te schakelen. Als de hartslag getoond moet worden, klik dan op Hartslag. Pas kanaalinstellingen toe op vergelijkbare kanalen en klik dan op OK. Dit opent een venster met verschillende implantaten die in verticale volgorde zijn gerangschikt.
    5. Klik bovenaan op 'Volledig continu' om de bloeddrukmetingen op het scherm te visualiseren.
  2. Data-export
    1. Begin met het navigeren naar het tabblad Experiment, klik op Open en selecteer de gegevens uit de bedoelde map.
    2. Ga naar het tabblad Actie, klik op Start Review en selecteer het onderwerpnummer, gewenste signaaltypes en tijdsbereik door de beoogde resultaten aan te vinken. Let op dat de software tot 3GB data tegelijk exporteert. De gegevens kunnen worden afgeleid door de logsnelheid in te stellen in het actietabblad, dat bepaalt hoe de data wordt gesegmenteerd (in seconden, minuten of uren).
    3. Zodra de selecties zijn gemaakt, klik je op het tabblad Bestand , kies je vervolgens op Bestanden Gemarkeerde Secties opslaan en vervolgens op Afgeleide Gegevens Opslaan.
    4. Ga tenslotte naar het tabblad Acties en klik op Sluit Beoordelingssessie om de gegevensexport te beëindigen.

Resultaten

De plaatsing van een telemetrisch implantaat in de dalende aorta maakt het mogelijk autonome dysreflexie en diverse cardiovasculaire parameters te meten, waaronder systolische bloeddruk (SBP), diastolische bloeddruk (DBP), gemiddelde arteriële druk (MAP) en hartslag (HR), pre- en post-SCI. Het implantaat meet ook de kerntemperatuur en activiteit. Het vergelijken van gegevens van vóór en na het letsel laat zien hoe cardiovasculaire uitkomsten, temperatuur en activiteit worden beïnvloed na SCI. Figuur 1 toont het experimentele ontwerp (Figuur 1A-C) en representatieve uitkomsten, waaronder autonome dysreflexie (Figuur 1D), cardiovasculaire parameters, inclusief systolische bloeddruk (SBP; Figuur 1E (i)), diastolische bloeddruk (DBP; Figuur 1E (ii)), gemiddelde arteriële druk (MAP; Figuur 1E (iii)), en hartslag (HR; Figuur 1E (iv)), kerntemperatuur (Figuur 1E (v)), en dierlijke activiteit (Figuur 1E (vi)), pre- en post-ruggenmergletsel (Figuur 1E). Om het gebruik van dieren te minimaliseren, zijn de gegevens in Figuur 1 afkomstig uit een lopende studie met vrouwelijke ratten; Dezelfde procedure kan echter ook worden toegepast op mannelijke ratten.

De representatieve grafiek in Figuur 1D toont de systolische bloeddruk 1 minuut vóór de stimulus, tijdens de stimulus, en 1 minuut na stimulustoepassing bij ratten met T3-kneuzingsletsel na 8 weken na SCI met behulp van colorectale distensie (CRD). CRD maakt gebruik van het plaatsen van een ballonkatheter in de anus van de rat om het rectumte stimuleren. De ballon wordt opgeblazen zodra de basislijn stabiel is, en de stimulus wordt 1 minuut toegepast. Een toename van minstens 20 mm Hg SBP tijdens stimulatie ten opzichte van de basislijn SBP (voorafgaand aan de stimulatie) toont de ontwikkeling van AD in de chronische fase van het letsel (8 weken).

De grafieken in Figuur 1E vergelijken opnames die 48 uur voor T3-kneuzingsletsel zijn genomen en gedurende de eerste twee dagen na het letsel (48 uur na de blessure). Na een SCI tonen grafieken verhoogde bloeddruk, aangegeven door verhoogde SBP, DBP en MAP (Figuur 1E (i), (ii), (iii)). De resultaten na de SCI toonden verhoogde hartslagfluctuaties (Figuur 1E (iv)), onregelmatigheden in de kerntemperatuur (Figuur 1E (v)) en verminderde activiteit (Figuur 1E (vi)). Daarnaast verstoorde SCI dag-nachtritmes in SBP, DBP, MAP, HARTHARTSLAG, kerntemperatuur en activiteit.

figure-results-1
Figuur 1: Schema van telemetrie-implantaatplaatsing en toepassingen na een ernstig hoge thoracale (T3) kneuzingswond. Inbrengen van een in vivo telemetrisch implantaat in de dalende aorta van een rat (A), gevolgd door ernstige hoge thoracale (T3) kneuzingswond met een IH-impactor (Kracht = 400 kdyn met 5-s verblijftijd) 2 weken later (B). Een representatieve opstelling van telemetrische opname met behulp van een geautomatiseerd monitoringsysteem met Ponemah-software (C). Representatieve sporen (gegevens verkregen met een loggingssnelheid van 2 seconden) van vrouwelijke ratten die autonome dysreflexie (AD) vertonen, 8 weken na ruggenmergletsel (SCI). De groene stippellijn geeft een stimulus (D) van 1 minuut colorectale distensie (CRD) aan, en een representatief uurgemiddelde voor 48 uur-i. systolische bloeddruk (SBP), ii. Diastolische bloeddruk (DBP), iii. gemiddelde arteriële druk (MAP), IV. hartslag (hartslag), v. kernlichaamstemperatuur (kernlichaamstemperatuur) en vi. activiteit vóór en na SCI (E). De ongeschaduwde en schaduwrijke gebieden vertegenwoordigen respectievelijk 12-uur licht- en 12-uurs donkere cycli. "0" geeft aan dat de lichten aan zijn, en "12" geeft de lichten uit aan. De foutbalken geven het gemiddelde ± SEM weer (n = 3). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussie

Het plaatsen van een telemetrisch implantaat in de dalende aorta biedt een betrouwbare methode om cardiovasculaire parameters, kernlichaamstemperatuur en dierlijke activiteit te meten. Telemetrie biedt duidelijke voordelen ten opzichte van niet-telemetrische technieken. Het maakt gegevensverzameling mogelijk van wakkere, vrij bewegende dieren, waardoor de verstorende effecten van anesthesie, die de bloeddruk enhartslag kunnen veranderen, worden geëlimineerd. In tegenstelling tot niet-telemetrische methoden voorkomt telemetrie thermische en dierlijke beperkingsstress, waardoor nauwkeurige cardiovasculaire metingenworden gegarandeerd 23,28. Het maakt continue monitoring mogelijk van bloeddruk, hartslag, kerntemperatuur en activiteit gedurende weken of zelfs maanden, terwijl niet-telemetrische procedures slechts af en toe 21,28,29 registreren. Over het algemeen biedt telemetrische monitoring meer nauwkeurigheid en precisie dan niet-telemetrische benaderingen27.

Telemetrische methoden verminderen fysieke en fysiologische stress, behouden natuurlijk gedrag en zorgen voor naleving van de richtlijnen voor dierenwelzijn27. Hun hoge precisie en lagere variabiliteit in vergelijking met niet-telemetrische technieken verminderen het aantal benodigde dieren en verhogen de statistische krachtmet 21,23. Telemetrie biedt ook een sterke translationele waarde in geneesmiddelenontdekking en cardiovasculair onderzoek, aangezien de gegevens sterk lijken op menselijke fysiologische responsen28. Gezamenlijk is de telemetrische benadering superieur en ethisch te verkiezen boven niet-telemetrische methoden.

Het plaatsen van telemetrische implantaten in de dalende aorta van ratten biedt verschillende voordelen voor SCI-onderzoek ten opzichte van plaatsing in de halsslagader of femorale slagaders, die dienen als alternatieve implantaatplaatsen in diermodellen. Als groot centraal vat levert de dalende aorta stabiele en representatieve metingen van bloeddruk en hartslag, cruciale indicatoren voor het beoordelen van cardiovasculaire disfunctie na SCI30,31. Implantatie op deze plek minimaliseert de bloedstroom van ledematen en vermindert het risico op ischemie en andere complicaties die vaak samenhangen met plaatsing van de perifere slagader30,31. Het maakt ook continue monitoring mogelijk van basale cardiovasculaire parameters en autonome dysreflexie, beide cruciaal in SCI-onderzoek24. Implantatie in de femorale arterie kan de bloedtoevoer naar de ipsilaterale achterpoot aantasten, wat mogelijk de experimentele uitkomsten en het dierenwelzijnbeïnvloedt 32,33. Hoewel technisch eenvoudiger, brengt implantatie van de halsslagader risico's met zich mee zoals beroerte of neurologische complicaties vanwege de nabijheid van de cerebrale circulatie, wat ongewenst is in studies gericht op perifere cardiovasculaire effecten33. Daarom biedt implantatie in de dalende aorta een betrouwbare locatie, minimaliseert lokale complicaties en verhoogt zowel de experimentele strengheid als de translatiewaarde van gegevens verzameld van bewuste, vrij bewegende dieren. Verschillende veelvoorkomende uitdagingen komen voor bij het plaatsen van telemetrische implantaten in de dalende aorta.

Door trial-and-error werd de procedure geoptimaliseerd om de volgende obstakels te overwinnen: (1) Abdominale ontsteking: Abdominale ontsteking werd waargenomen bij ratten in zowel acute als chronische stadia na telemetrische implantaatchirurgie. Om dit te verlichten werd een postoperatief regime toegepast bestaande uit het analgetische middel buprenorfine en ontstekingsremmende meloxicam, wat resulteerde in een verminderde incidentie van buikontsteking. Eerder ontwikkelden in elke cohort enkele dieren een opgeblazen, stevige buik en stierven uiteindelijk. Tijdens het verwijderen van het implantaat bevatte de buikholte vaak helder vocht of, in sommige gevallen, bruinachtige vloeistof met een doordringende geur. Dit regime verlaagde het ontstekingstempo met ongeveer 70%-80% vergeleken met dieren die zonder ontsteking werden geopereerd; (2) Uitgebreide bloedingen tijdens de dissectie van de dalende aorta van de vena cava: Gebruik fijne pincetten (microdissectiepincet en spiegelafwerktang) om de dalende aorta voorzichtig van de vena cava te scheiden met een stomp dissectie (vasthouden en scheuren). Vermijd het snijden tussen de twee met een schaar of mesje, omdat dit uitgebreide bloedingen kan veroorzaken door een ruptuur van de onderliggende bloedvaten; (3) Inbrengen van telemetrisch implantaat in de oppervlakkige laag: Tijdens het dalende aortapiercing moet ervoor gezorgd worden dat de naald door alle drie de lagen van de bovenwand gaat en niet alleen door de oppervlakkige laag. Bloed sijpelen na het piercen geeft aan dat alle lagen van de bovenwand zijn doorboord. Het telemetrische implantaat registreert niet correct als de drukkatheter alleen in de oppervlakkige laag wordt ingebracht; (4) Inbrengen van de verkeerde katheterlengte: Gebruik een microscoop tijdens en/of na het implantaat om ervoor te zorgen dat de drukkatheter de occlusiedraad kruist. Het implantaat zal niet goed functioneren als de ingebrachte katheterlengte niet correct is; (5) Bloedlekkage uit dalende aorta: Laat 30-45 seconden na implantaatsinjectie de lijm drogen. Dit zorgt ervoor dat de piercing in de dalende aorta volledig afgesloten is en niet bloedt. Sluit opnieuw af als er lichte bloedingen optreden door terugstroom van bloed. Vermijd het trekken van de drukkathetertip van het implantaat terwijl je het implantaatlichaam aan de zijkant van de buikwand hecht, omdat dit bloedingen kan veroorzaken; (6) Ratten verwijderen buikhechtingen: Ratten kunnen bijten en hechtingen verwijderen, wat leidt tot schade aan huid en inwendige organen. Om dit te verminderen, gebruik ononderbroken hechtingen met een vierkante knoop om de buikwand te sluiten. Voor het sluiten van de huid breng je intradermale continue hechtingen aan om de toegang van het dier tot de hechtingen en knopen te minimaliseren. Draag een e-collar aan voor 3 dagen na de operatie om de toegang verder te beperken. Zorg ervoor dat de pasvorm strak maar niet beperkend is door een wijsvinger tussen de halsband en de nek van de rat te plaatsen; (7) Achterpootischemie: Voorheen was de aorta op twee plaatsen afgesloten: één bij de dalende aorta 0,5 cm onder de nierslagader en een andere boven de iliacale bifurcatie. De bi-occlusietechniek hielp de slagader strak te houden, waardoor de plaatsing van het implantaat soepeler werd en de terugstroom van bloed werd beperkt. Dit leidde echter tot achterpootischemie bij sommige dieren als de katheterinstallatie niet snel werd uitgevoerd. Momenteel wordt een mono-occlusie uitgevoerd 0,5 cm onder de nierslagader, die effectief ischemie in de achterledemaat bij ratten elimineert. Bij bi-occlusie werd ongeveer 20%-30% ischemie waargenomen, terwijl mono-occlusie de ischemie van de achterste ledemaat volledig elimineerde.

Toepassingen

Telemetrische implantaten (HD-S10) zijn magnetisch geactiveerde apparaten die zijn ontworpen om verschillende fysiologische parameters in kleine diermodellen vast te leggen. Het plaatsen van deze implantaten in de dalende aorta is een nauwkeurige en betrouwbare methode voor continue hemodynamische monitoring bij ongebonden, niet-geestetiseerde en vrij bewegende dieren. Deze methodologie stelt preklinische onderzoekers in staat om realtime beoordelingen uit te voeren van verschillende cardiovasculaire parameters, temperatuur en dieractiviteit in de context van ziektemodellering, zoals SCI, evaluatie van de effectiviteit van geneesmiddelen en dagelijkse veranderingen in autonome functieparameters. Onderzoekers kunnen uitgebreide fysiologische gegevens verkrijgen van één telemetrisch implantaat in een dier, die zowel acute als chronische tijdstippen bestrijkt, waardoor het een efficiënte techniek is. Figuur 1 toont deze telemetrietoepassing en andere die momenteel in het laboratorium worden gebruikt.

Hemodynamische parameters, waaronder SBP, DBP en MAP, kunnen worden geregistreerd over zowel acute als chronische periodes. Het monitoren van het 24/7 rust-activiteitsritme kan dienen als een betrouwbare indicator van de acute effecten van SCI34. Gelijktijdige hartslagmonitoring maakt het mogelijk hartslagvariabiliteit te detecteren, waaronder tachycardie en bradycardie. Door bloeddruk- en hartslagfluctuaties vóór en na een SCI te vergelijken, kunnen onderzoekers begrijpen hoe de cardiovasculaire fysiologie verandert na een blessure. Een robuust dagelijks ritme in cardiovasculaire parameters, kerntemperatuur en activiteit is belangrijk voor het behouden van fysiologische homeostase en algehele gezondheid. Veranderingen in de dagelijkse kerntemperatuur van het lichaam wijzen ook op een verminderde thermoregulatie na SCI34. Het is goed vastgesteld dat SCI een wholebody-syndroom is. Daarom stelt het opnemen van telemetrisch gebaseerde uitkomsten onderzoekers in staat om uitgebreide activiteitsgegevens na een SCI te verzamelen, buiten het herstel van de locomotorische beweging, die meestal geïsoleerd wordt geëvalueerd.

Er zijn echter bepaalde beperkingen van deze techniek die in overweging genomen moeten worden. Het plaatsen van een telemetrische sonde in de dalende aorta is een ingewikkelde procedure en vereist daarom microchirurgische expertise. Het implantaat kan later loskomen door verschillende redenen, waaronder verkeerd hanteren tijdens blaasexpressie bij SCI-ratten, infectie, weefselirritatie of interne stolselvorming. De cardiovasculaire opname wordt beïnvloed als een van deze zich voordoet; De gegevens moeten worden uitgesloten. Bovendien kunnen de basiscardiovasculaire gegevens worden aangetast als een rat niet goed herstelt. De telemetrische opstelling en implantaten zijn duur en vereisen gespecialiseerde software en apparatuur voor gegevensverzameling. Ernstige SCI kan mogelijk leiden tot een verhoogde sterfte; Daarom is zorgvuldige planning van het aantal dieren noodzakelijk om de algehele statistische kracht van de studie te behouden.

Over het algemeen is het beoordelen van cardiovasculaire disfuncties, kerntemperatuur en activiteit met behulp van telemetrie na SCI, over acute en chronische periodes, cruciaal om de impact van letsel op de cardiovasculaire gezondheid, het algehele welzijn en het ontwerpen van mogelijke interventies te begrijpen.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

De publicatie werd mogelijk gemaakt door R01 NS116068, Craig H Nielsen Foundation Fellowship for SK (CHNF 1341200), en University of Kentucky CNS metabolism (CNS-Met) COBRE (P20 GM148326). Wij willen de Afdeling Laboratoriumdierhulpbronnen (DLAR) bedanken voor haar steun en samenwerking.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Angled forcepsDumont surgicals, SwitzerlandS&T 00571Telemetrische chirurgie
Absorbeerbare hechtdraden (5-0), monofilamentCovidien LLC, USAUM-213Telemetrische en T3 chirurgie
Actril koud sterilantMinntech renal systems, USAP/N 78270-000Telemetrische chirurgie
Kunstmatige tranenHenry Schein, USANDC 11695-6832-1Telemetrische en T3 chirurgie
BuprenorfineHospira, Inc., USA 0409-2012-32Telemetrische en T3 chirurgie
Wattenstaafjes met katoenVWR North American, USA89031-272Telemetrische en T3 chirurgie
CuretteWorld Precision Instruments, USA503753T3 chirurgie
E-halsbandHenry’s Fresh and Healthy Pet food, USARC404 VS- mediumTelemetrische chirurgie
Elektrisch scheerapparaatRemington, USA HC-5855Telemetrische en T3 chirurgie
EnrofloxacineNorbrook laboratories limited, UK555529-154-01Telemetrische en T3 chirurgie
Fish (Micro- Adson) forcepsF.S.T, Germany11006-12Telemetrische en T3 chirurgie
Gauge sponzenDukal corporation, USADUK4162Telemetrische en T3 chirurgie
Haemo-Sol detergentHaemo-Sol International, USA026-050Telemetrische chirurgie
Halsey naaldhouderF.S.T, Germany12500-12Telemetrische en T3 chirurgie
VerwarmingskussenSunbeam, USAPN126985-LTelemetrische en T3 chirurgie
Waterstofperoxide (3%)Medline Industries, Inc, USAMDS098001ZCTTelemetrische en T3 chirurgie
Infinite Horizon, IHPrecision Systems and Instrumentation, USAIH-0400T3 chirurgie
IsofluraanAnimal health International, Inc., USA78949580Telemetrische chirurgie
KetamineCovetrus, USA80524T3 chirurgie
MagneetData Science International, Inc., USAN/ATelemetrische chirurgie
MeloxicamDechra Veternary products, USA 17033-051-20Telemetrische en T3 chirurgie
Microdissectie pincet World Precision instruments, Switzerland504515Telemetrische chirurgie
Forceps met spiegelfinishDumont surgicals, Switzerland11251-23Telemetrische chirurgie
Spierretractor (groot; 1)F.S.T, Germany17007-08Telemetrische chirurgie
Spierretractors (klein, 2)Wexler Surgical, USATL0086.1T3 chirurgie
Naald, 21G (gebogen voor prikken)BD precision glide needle, Becton, Dickinson and company, USA5296673Telemetrische chirurgie
Niet-absorbeerbare hechtdraden (4-0) Polypropyleen hechtdradenDEMETECH Corporation, USAPM194013F13MTelemetrische chirurgie
Occlusie draad (zijde)Clover needlecraft, Inc, Japan96Telemetrische chirurgie
Ponemah SoftwareData Science International, Inc., USAN/ATelemetrische chirurgie
Povidon-jood (Betadine) (5%)Avrio health, USA304968-08Telemetrische en T3 chirurgie
Press and SealGlad, USACLO70441Telemetrische en T3 chirurgie
Regel-KitData Science International, Inc., USA276-0038-001Telemetrische chirurgie
Scalpel handgreepF.S.T, Germany91003-12Telemetrische en T3 chirurgie
Schaar (klein, fijn)F.S.T, Germany14959-11Telemetrische en T3 chirurgie
Natriumchloride (0,9%)Vetivex, USA17033-492-50Telemetrische chirurgie
SomnofloKent Scientific corp.,USASF-01Telemetrische chirurgie
Stapels Fine Science Tools, USA12022-09T3 chirurgie
Steriele alcohol prep padsDukal corporation, USA 65517-0002-1Telemetrische en T3 chirurgie
Steriele handschoenenMcKESSON, USA20-1065NTelemetrische en T3 chirurgie
Steriele doekjes (18”X26”)Dynarex Corporation, USADYA4410Telemetrische en T3 chirurgie
Chirurgische onderleggers (17”X24”)Dukal corporation, USA22-415-758Telemetrische en T3 chirurgie
Chirurgisch mesje (nr 11)Integra Lifesciences Production Corporation, Japan2029-03--01Telemetrische en T3 chirurgie
Telemetrische HD-S10 implantaatData Sciences International, Inc., USA270-0180-001XTelemetrische chirurgie
TransistorData Science International, Inc., USAN/ATelemetrische chirurgie
Tripel antibioticumcrèmeCosette Pharmaceuticals, Inc., USA29-62231CPLNC1Telemetrische chirurgie
AderzoekerSai infusion technologies, IndiaVP-10Telemetrische chirurgie
Vet bond3M Animal Care Products, USA34-8720-6521-3Telemetrische chirurgie
WaterverwarmingspompenC2Dx TP700 TCESS-95009-00Telemetrische en T3 chirurgie
XylazineCovetrus, USA 61035T3 chirurgie

Referenties

  1. Bhattacharyya, S., Sahu, S., Kaur, S., Jain, S. Effect of low intensity magnetic field stimulation on calcium-mediated cytotoxicity after mild spinal cord contusion injury in rats. Ann Neurosci. 27 (2), 49-56 (2020).
  2. Hagen, E. M. Acute complications of spinal cord injuries. World J Orthop. 6 (1), 17-23 (2015).
  3. Hagen, E. M., Rekand, T., Gronning, M., Faerestrand, S. Cardiovascular complications of spinal cord injury. Tidsskr Nor Laegeforen. 132 (9), 1115-1120 (2012).
  4. Kaur, S., Jain, S., Bhardwaj, R., Kumaran, S. S., Kochhar, K. P. Modulation of the biphasic pattern of cortical reorganization in spinal cord-transected rats by external magnetic fields. J Biosci. 50, 71(2025).
  5. Furlan, J. C., Fehlings, M. G. Cardiovascular complications after acute spinal cord injury: pathophysiology, diagnosis, and management. Neurosurg Focus. 25 (5), E13(2008).
  6. Cragg, J. J., Noonan, V. K., Krassioukov, A., Borisoff, J. Cardiovascular disease and spinal cord injury: results from a national population health survey. Neurology. 81 (8), 723-728 (2013).
  7. Grossmann, F., Flueck, J. L., Perret, C., Meeusen, R., Roelands, B. The thermoregulatory and thermal responses of individuals with a spinal cord injury during exercise, acclimation and by using cooling strategies-A systematic review. Front Physiol. 12, 636997(2021).
  8. Grigorean, V. T., et al. Cardiac dysfunctions following spinal cord injury. J Med Life. 2 (2), 133-145 (2009).
  9. Weaver, L. C., Flemfing, J. C., Mathias, C. J., Krassioukov, A. V. Disordered cardiovascular control after spinal cord injury. Handb Clin Neurol. 109, 213-233 (2012).
  10. Partida, E., Mironets, E., Hou, S., Tom, V. J. Cardiovascular dysfunction following spinal cord injury. Neural Regen Res. 11 (2), 189-194 (2016).
  11. Garshick, E., et al. A prospective assessment of mortality in chronic spinal cord injury. Spinal Cord. 43 (7), 408-416 (2005).
  12. Krassioukov, A. V., Furlan, J. C., Fehlings, M. G. Autonomic dysreflexia in acute spinal cord injury: an under-recognized clinical entity. J Neurotrauma. 20 (8), 707-716 (2003).
  13. Eldahan, K. C., Rabchevsky, A. G. Autonomic dysreflexia after spinal cord injury: systemic pathophysiology and methods of management. Auton Neurosci. 209, 59-70 (2018).
  14. Karlsson, A. K. Autonomic dysreflexia. Spinal Cord. 37, 383-391 (1999).
  15. Canon, S., et al. Autonomic dysreflexia during urodynamics in children and adolescents with spinal cord injury or severe neurologic disease. J Pediatr Urol. 11 (1), 32.e1-32.e4 (2015).
  16. Lindan, R., Joiner, E., Freehafer, A. A., Hazel, C. Incidence and clinical features of autonomic dysreflexia in patients with spinal cord injury. Paraplegia. 18 (5), 285-292 (1980).
  17. Ho, C. P., Krassioukov, A. V. Autonomic dysreflexia and myocardial ischemia. Spinal Cord. 48 (9), 714-715 (2010).
  18. Wan, D., Krassioukov, A. V. Life-threatening outcomes associated with autonomic dysreflexia: A clinical review. J Spinal Cord Med. 37 (1), 2-10 (2014).
  19. Kalra, D. K., Raina, A., Sohal, S. Neurogenic orthostatic hypotension: State of the art and therapeutic strategies. Clin Med Insights Cardiol. 14, 1179546820953415(2020).
  20. Kim, M. J., Farrell, J. Orthostatic hypotension: A practical approach. Am Fam Physician. 105 (1), 39-49 (2022).
  21. Braga, V. A., Prabhakar, N. R. Refinement of telemetry for measuring blood pressure in conscious rats. J Am Assoc Lab Anim Sci. 48 (3), 268-271 (2009).
  22. Chinnadurai, S. K., et al. Comparison of an implantable telemetry device and an oscillometric monitor for measurement of blood pressure in anaesthetized and unrestrained green iguanas (Iguana iguana). Vet Anaesth Analg. 37 (5), 434-439 (2010).
  23. Harrison, D. G., et al. Tail-cuff versus radiotelemetry to measure blood pressure in mice and rats. Hypertension. 81 (1), 3-5 (2024).
  24. Rabchevsky, A. G., et al. Effects of gabapentin on muscle spasticity and both induced as well as spontaneous autonomic dysreflexia after complete spinal cord injury. Front Physiol. 3, 329(2012).
  25. Squair, J. W., White, B. A., Bravo, G. I., Martin Ginis, K. A., Krassioukov, A. V. The economic burden of autonomic dysreflexia during hospitalization for individuals with spinal cord injury. J Neurotrauma. 33 (15), 1422-1427 (2016).
  26. Squair, J. W., et al. Minocycline reduces the severity of autonomic dysreflexia after experimental spinal cord injury. J Neurotrauma. 35 (24), 2861-2871 (2018).
  27. Niemeyer, J. E. Telemetry for small animal physiology. Lab Anim (NY). 45 (7), 255-257 (2016).
  28. Cruz-López, E. O., Merkus, D., Danser, A. H. J. Blood pressure monitoring through radiotelemetry: exploring the viability of its application in multihoused small laboratory animals. Hypertension. 81 (5), 947-950 (2024).
  29. Molcan, L. Telemetric data collection should be standard in modern experimental cardiovascular research. Physiol Behav. 242, 113620(2021).
  30. Wang, Y., et al. Artificial intelligence measuring the aortic diameter assist in identifying adverse blood pressure status including masked hypertension. Postgrad Med. 134 (1), 111-121 (2022).
  31. DePaolo, J., et al. Relationship between ascending thoracic aortic diameter and blood pressure: a Mendelian randomization study. Arterioscl Throm Vas. 43 (2), 359-366 (2023).
  32. Hou, S., Blesch, A., Lu, P. A radio-telemetric system to monitor cardiovascular function in rats with spinal cord transection and embryonic neural stem cell grafts. J Vis Exp. (92), e51914(2014).
  33. Marie, B., et al. Carotid versus femoral access for transcatheter aortic valve replacement: comparable results in the current era. Eur J Cardiothorac Surg. 60 (4), 874-879 (2021).
  34. Gaudet, A. D., et al. Spinal cord injury in rats disrupts the circadian system. eNeuro. 5 (6), (2018).

Herprints en machtigingen

Trefwoorden

Telemetrische implantatenbloeddrukregistratiehartslagmonitoringkerntemperatuurmonitoring van dierlijke activiteitchirurgie van de aorta descendensautonome dysfunctie
In Vivo Telemetrie om langetermijn cardiovasculaire parameters, temperatuur en activiteit vast te leggen in rattenmodellen van ruggenmergletsel
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleid

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.