Łagodna hipoperfuzja wewnątrzmaciczna została wywołana przez zwężenie tętnicy z metalowymi mikrocewkami owiniętymi wokół macicy i tętnic jajnikowych u szczurów w 17 dniu embrionalnym. Procedura ta spowodowała hipoperfuzję prenatalną i wewnątrzmaciczne ograniczenie wzrostu.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Szczurzy model łagodnej hipoperfuzji wewnątrzmacicznej ze zwężeniem mikrocewki
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Wewnątrzmaciczne niedokrwienie/hipoperfuzja/niedokrwienie jest jedną z głównych przyczyn wewnątrzmacicznego ograniczenia wzrostu, przedwczesnego porodu i niskiej masy urodzeniowej. Większość badań nad tym zjawiskiem przeprowadzono w modelach z ciężkim niedokrwieniem wewnątrzmacicznym lub modelach z gradientowym stopniem hipoperfuzji wewnątrzmacicznej. Nie przeprowadzono badania na modelu jednolitej łagodnej hipoperfuzji wewnątrzmacicznej (MIUH). Do badań MIUH wykorzystano dwa modele: model oparty na podwiązaniu szwem po obu stronach arkady tętniczej utworzonej z tętnicami macicznymi i jajnikowymi oraz model przejściowy oparty na przecięciu obustronnych tętnic jajnikowych i aorty o drożności. Te dwa modele MIUH gryzoni mają pewne ograniczenia, np. nie wszystkie płody są poddawane MIUH, w zależności od ich pozycji w rogu macicy. W naszym modelu MIUH wszystkie płody są poddawane porównywalnemu poziomowi hipoperfuzji wewnątrzmacicznej. MIUH uzyskano poprzez łagodne zwężenie wszystkich czterech tętnic zasilających macicę, tj. obustronnych tętnic macicznych i jajnikowych.
Zwężenie tętnicy zostało wywołane przez metalowe mikrocewki owinięte wokół tętnic zasilających. Wytwarzanie zwężenia tętnicy za pomocą mikrocewek pozwoliło nam kontrolować, optymalizować i odtwarzać zmniejszony przepływ krwi przy bardzo małej zmienności między zwierzętami i niskim wskaźniku śmiertelności, umożliwiając w ten sposób dokładną ocenę. W przypadku zastosowania mikrocewek o średnicy wewnętrznej 0,24 mm przepływ krwi zarówno w łożysku, jak i płodzie był nieznacznie zmniejszony (około 30% w stosunku do poziomu sprzed zwężenia w łożysku). Potomstwo naszego modelu MIUH wyraźnie wykazuje długotrwałe zmiany w wynikach testów neurologicznych, neuroanatomicznych i behawioralnych.
Wprowadzenie
Niemowlęta z wewnątrzmacicznym ograniczeniem wzrostu (IUGR) (znanym również jako ograniczenie wzrostu płodu) (masa urodzeniowa <10 percentyl dla wieku ciążowego), przedwczesny poród (urodzony w < 37 tygodniu ciąży) i/lub niską masą urodzeniową (< 2500 g) stanowią prawie 10% wszystkich noworodków 2,3. Wiele z tych niemowląt ma problemy neurologiczne, takie jak porażenie mózgowe i zaburzenia rozwojowe (np. zespół nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi (ADHD) i zaburzenia uczenia się) 3,4,5. Stany te mają podobieństwa i różnice w ich etiologii i wynikach. Etiologia IUGR jest wieloczynnikowa, a niewydolność łożyska związana z hipoperfuzją wewnątrzmaciczną jest uważana za najczęstszą przyczynę u płodów nieanomalnych 7. Etiologia wcześniaka jest również wieloczynnikowa, a najczęstszą przyczyną jest zapalenie błony płodowej 8.
Wpływ łagodnej hipoperfuzji wewnątrzmacicznej (MIUH) na rozwijający się mózg jest niejasny. Obecnie dostępne modele zwierzęce hipoperfuzji/niedokrwienia wewnątrzmacicznego obejmują przede wszystkim ciężką hipoperfuzję lub gradientowy stopień hipoperfuzji z reperfuzją lub bez 9,10,11. Jednak w warunkach klinicznych uważa się, że przypadki MIUH są znacznie częstsze niż te, które obejmują tak ciężkie stany. Obecnie dostępne modele MIUH to model gryzoni polegający na podwiązaniu szwem tętnicy macicznej lub jajnikowej oraz model gryzoni polegający na przecięciu obustronnych tętnic jajnikowych i aorty o drożności 12,13,14,15,16,17. Jedną z wad tych modeli jest duża zmienność między płodami, od płodów z głęboką hipoperfuzją do płodów z prawie nienaruszoną perfuzją, w zależności od położenia płodu w arkadzie tętnic macicy i jajników. Kolejną wadą tych modeli jest ich niezdolność do rozróżnienia pozycji każdego płodu po urodzeniu; W związku z tym naukowcy nie są w stanie rozróżnić nasilenia hipoperfuzji wewnątrzmacicznej, której doświadcza poszczególne szczenięta po urodzeniu.
Opracowaliśmy szczurzy model MIUH z udziałem wielu zwężeń tętnic 1. Owijanie metalowych mikrocewek o średnicy wewnętrznej 0,24 mm wokół tętnic jajnikowych i macicznych powoduje zwężenie, ale nie niedrożność naczyń krwionośnych (Ryc. 1). Zastosowanie tych mikrozwojów w proksymalnych częściach wszystkich tętnic zaopatrujących macicę, tj. obustronnych tętnic macicznych i jajnikowych, w 17 dniu embrionalnym (odpowiednik 20-25 tygodnia embrionalnego u ludzi 18) powoduje znaczne, ale łagodne zmniejszenie przepływu krwi do łożysk i płodów. Zmniejszenie przepływu krwi po nałożeniu cewek na wszystkie cztery tętnice zasilające macicę jest w dużej mierze takie samo w każdym łożysku i płodzie. Śmiertelność płodu wynosi mniej niż 20%. Młode rodzą się w wyniku spontanicznego porodu 1-2 dni wcześniej (21-22 dzień embrionalny) niż normalnie. Prawie wszystkie szczenięta rodzą się ze znacznie niską masą urodzeniową 1. Objętość istoty szarej i białej zmniejsza się bez widocznych uszkodzeń tkanek 1. U szczeniąt występuje opóźniona akwizycja odruchów noworodkowych, osłabienie mięśni i zmieniona spontaniczna aktywność 1. Model ten naśladuje kliniczne oznaki i objawy dzieci urodzonych przedwcześnie lub z IUGR; Dzieci urodzone przedwcześnie wykazują zmniejszoną objętość istoty szarej i białej z uszkodzeniem istoty białej lub bez 6, wykazują opóźnione kamienie milowe rozwoju neurologicznego i mogą wykazywać problemy behawioralne, takie jak ADHD 3,5; dzieci z IUGR wykazują minimalne zmiany neuroanatomiczne i mają zwiększone ryzyko upośledzenia rozwoju neurologicznego, takiego jak opóźnienie motoryczne i poznawcze 4,7. Przedwczesny poród i IUGR to różne schorzenia, ale oba stany mają wspólny podstawowy mechanizm, czyli zniewagi dla niedojrzałych mózgów przed osiągnięciem pełnoprawnego wieku ciążowego.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
Wszystkie eksperymenty zostały przeprowadzone zgodnie z protokołami zatwierdzonymi przez Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt Doświadczalnych Narodowego Centrum Mózgowo-Sercowo-Naczyniowego, Suita, Japonia.
1. Przygotuj następujące zwierzęta i materiały do operacji MIUH
- Przygotować ciężarne szczury Sprague-Dawley w 17. dniu ciąży, tj. w 17. dniu embrionalnym (E17). Średnia masa ciała matek wynosi 307,0 ± 40,7 g (średnia ± SD, n = 9).
- Przygotuj metalowe mikrocewki o średnicy wewnętrznej 0,24 mm, wykonane ze stali pokrytej złotem.
- Przygotuj wszystkie materiały zgodnie z Tabelą Materiałów.
2. Przygotuj się do operacji MIUH
- Ogrzej poduszkę grzewczą w temperaturze 37 °C do umieszczenia szczurów
- Umieść sterylną pieluchę na poduszce grzewczej
- Ciepła sterylna sól fizjologiczna w temperaturze 37 °C w łaźni wodnej
3. Wykonaj operację MIUH
- Wykonuj zabiegi chirurgiczne w sterylnych warunkach. Przed użyciem wysterylizuj cewki, kleszcze, igłę 70% etanolem. Używaj sterylnych rękawiczek i od czasu do czasu dezynfekuj, nakładając spray na etanol.
- Umieść szczura w pudełku indukcyjnym do znieczulenia. Wprowadzić 4% izofluranu do pudełka (około 5 min).
- Umieść szczura na sterylnej pieluszce na poduszce grzewczej w pozycji leżącej na plecach po dokładnym znieczuleniu zwierzęcia w pudełku indukcyjnym. Sprawdź głębokość znieczulenia przez brak reakcji na uszczypnięcie palca u nogi. Utrzymuj 1,5-2,0% izofluranu za pomocą stożka nosowego.
- Nałóż piankę do depilacji na brzuch od pępka w dół do okolicy łuku miednicy. Po kilku minutach zetrzyj piankę do depilacji ręcznikiem papierowym. Golarka może być używana jako substytut pianki do depilacji.
- Nałóż gazę nasączoną jodowym roztworem dezynfekującym na depilowany obszar skóry.
- Umieść serwetę chirurgiczną z okrągłym otworem, aby zakryć brzuch inny niż obszar nacięcia chirurgicznego. Jako substytut zasłony można użyć kilku kawałków gazy.
- Za pomocą skalpela chirurgicznego wykonaj nacięcie o długości około 2,5 cm w dolnej części brzucha od górnej krawędzi kości łonowej prosto w kierunku pępka. Następnie wykonaj nacięcie przez warstwę mięśniową pod spodem.
- Umieść kilka kawałków sterylnej gazy wokół otworu zasłony i zwilż gazę podgrzaną solą fizjologiczną.
- Delikatnie popchnij obie boczne strony brzucha, tak aby część rogu macicy wyłoniła się z nacięcia.
- Zdezynfekuj ręce chirurga 70% etanolem.
- Delikatnie wyciągnij cały róg macicy z jamy brzusznej ręcznie, bez użycia kleszczy. Stosowanie kleszczy chirurgicznych nie jest wskazane, ponieważ mogą one łatwo uszkodzić delikatną macicę, płody i naczynia krwionośne, uciskając je mocno i nierównomiernie.
- Umieść róg macicy na mokrej gazie.
- Wykonaj tę samą procedurę dla drugiego rogu macicy.
- Policz liczbę płodów.
- Często stosuj podgrzaną sól fizjologiczną, aby macica była ciepła i mokra przez cały czas trwania operacji.
- Zmień pieluchę, gdy wchłonie zbyt dużo soli fizjologicznej. Aby zachować stabilność, powtórz rękawice do dezynfekcji z 70% etanolem i końcówki instrumentu z jodem. Trzymanie niesterylnych palców z dala od sterylnych końcówek instrumentu ma kluczowe znaczenie.
- Zidentyfikuj proksymalną część głównego arkady tętnic jajnikowych i macicznych pod mikroskopem stereoskopowym.
UWAGA: Kluczowe jest odróżnienie głównej arkady od odgałęzień do łożysk. Należy pamiętać, że operacja chirurgiczna może być łatwiejsza, gdy róg macicy jest odwrócony. Czasami nałożenie cewki w bardzo bliższej części arkady jest trudne, ponieważ znajduje się ona głęboko w jamie brzusznej, a tętnice do łożyska znajdują się bardzo blisko bliższej części arkady. W takim przypadku cewkę można nałożyć na część arkady po rozwidleniu się pierwszej gałęzi. - Oddziel tętnicę od żyły biegnącej równolegle do niej kleszczami i zrób przestrzeń między nimi.
- Umieść kawałek sznurka (szew jedwabny 4,0 o długości 5 cm) pod tętnicą.
- Podnieś oba końce sznurka za pomocą kleszczy, aby tętnica została uniesiona i oddzielona od delikatnej żyły.
- Trzymając drugą ręką krawędź mikrocewki za pomocą cienkich kleszczyków, umieść mikrocewkę obok uniesionej tętnicy (Rysunek 2.1).
- Obróć podniesioną tętnicę, używając sznurka wokół mikrocewki, aby owinąć mikrocewkę wokół tętnicy. Łatwiej jest obrócić tętnicę wokół cewki niż obrócić cewkę wokół tętnicy (Rysunek 2.2).
- Po obróceniu tętnicy o 3 lub 4 zwoje (cewki mają 5 zwojów), zmień miejsce, w którym cewka jest przytrzymywana, do drugiej krawędzi. Przytrzymaj krawędź cewki, która została owinięta wokół tętnicy za pomocą kleszczy. Zmień miejsce, w którym sznurek podnosi tętnicę na drugą stronę cewki. Obróć tętnicę wokół cewki tak, aby cewka całkowicie (5 obrotów) owinęła tętnicę (Rysunek 2.3, 2.4).
- Usuń ciąg.
- Wykonaj tę samą procedurę dla pozostałych trzech tętnic.
- Należy pamiętać, że częste stosowanie podgrzanej soli fizjologicznej do macicy ma kluczowe znaczenie; w przeciwnym razie śmiertelność płodów wzrasta, a hipotermia może działać neuroprotekcyjnie.
- Delikatnie włóż róg macicy z powrotem do jamy brzusznej. Podniesienie krawędzi nacięcia ściany brzucha za pomocą kleszczy może ułatwić tę procedurę.
- Zszyj mięsień brzucha, a następnie zszyj skórę brzucha szwem (szew jedwabny 4.0). Szew należy zawiązać po każdym szyciu, czyli przerwanych pojedynczych szwach.
- Nałóż gazę nasączoną jodowym roztworem dezynfekującym na nacięcie chirurgiczne i wokół niego.
- Meloksykam przeciwbólowy należy podawać podskórnie w dawce 0,5 mg/kg masy ciała.
- Odczekać 30 minut rekonwalescencji w rozgrzanej klatce. Sprawdź zwierzęta, czy są w pełni przytomne i poruszają się po klatce, wróć do klatki domowej.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Po zastosowaniu mikrospiral we wszystkich tętnicach doprowadzających krew do macicy, tj. obustronnych tętnic macicznych i jajnikowych, wszystkie płody są poddane porównywalnym poziomom hipoperfuzji. Zastosowanie mikrospiral o średnicy wewnętrznej 0,24 mm powoduje łagodną stenozę tych tętnic, co prowadzi do niewielkiego zmniejszenia przepływu krwi do łożysk i płodów (Rycina 3; spadek o około 30% względem poziomu przed stenozą w łożysku, szczegóły w odniesieniu...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Zwężenie mikrocewki zarówno tętnic jajnikowych, jak i macicznych w obu rogach macicy powoduje stałą i powtarzalną hipoperfuzję wewnątrzmaciczną we wszystkich łożyskach i płodach. Poziom hipoperfuzji można modyfikować za pomocą mikrocewek o różnych średnicach wewnętrznych. Młode szczurów urodzone z matki, na której wykonano zwężenie tętnicy z mikrocewkami o średnicy wewnętrznej 0,24 mm, wykazują IUGR i przedwczesny poród (szczegółowe informacje znajdują się w odnośniku 1). Szczenięta wykazują zmiany neuroanatomiczne i beh...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
Ta praca była wspierana przez Program Wymiany Badawczej FY 2013 pomiędzy JSPS i CNRS, Grant Jsps Kakenhi Number 26860858, oraz Narishige Neuroscience Research Foundation. Dziękujemy dr Mariko Harada-Shiba i Kyoko Shioya za pomocne dyskusje. Dziękujemy Mari Furucie, Mutsumi Sakamoto, Ritsuko Maki i dr Emi Tanaka za doskonałą pomoc techniczną.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Mikroskop stereoskopowy | |||
| znieczulenia izofluranem Skrzynka | |||
| indukcyjna anestezjologiczna | |||
| Poduszka | |||
| Pielucha 30x40 cm | |||
| Pianka do depilacji lub golarka | |||
| Jodowy roztwór | dezynfekujący | ||
| Gaza 10x20 cm | |||
| Serweta chirurgiczna 45x45 cm z okrągłym otworem o średnicy | |||
| Butelka z rozpylaczem z etanolem do dezynfekcji | |||
| Wacik | |||
| Kleszcze z dużymi końcówkami | |||
| Kleszcze z kątowymi cienkimi końcówkami | |||
| Nożyczki | |||
| Skalpel chirurgiczny, rozmiar ostrza o długości 27 mm (nr 10, Axel, AS ONE Corporation, Osaka, Japonia) | |||
| Igła | |||
| Mikrocewki metalowe; średnica wewnętrzna 0,24 mm, wykonane ze stali pokrytej złotem (SAMINI Co. Ltd., Shizuoka, Japonia) | |||
| Szew jedwabny 4-0 | |||
| Sterylna sól fizjologiczna (0,9% chlorku sodu) | |||
| wodna grzewcza | |||
| Plastikowe strzykawki (50ml) i igły (18G) |
Bibliografia
- Ohshima, M., et al. Mild intrauterine hypoperfusion reproduces neurodevelopmental disorders observed in prematurity. Sci Rep. 6, 39377(2016).
- Specified Report on Vital Statistics in FY2010, Ministry of Health, Labour and Welfare, Japan. , Available from: http://www.mhlw.go.jp/english/database/db-hw/FY2010/live_births.html (2010).
- Anderson, P., Doyle, L. W., Victorian Infant Collaborative Study, G. Neurobehavioral outcomes of school-age children born extremely low birth weight or very preterm in the 1990s. JAMA. 289 (24), 3264-3272 (2003).
- Levine, T. A., et al. Early childhood neurodevelopment after intrauterine growth restriction: a systematic review. Pediatrics. 135 (1), 126-141 (2015).
- Sucksdorff, M., et al. Preterm Birth and Poor Fetal Growth as Risk Factors of Attention-Deficit/ Hyperactivity Disorder. Pediatrics. 136 (3), e599-e608 (2015).
- Volpe, J. J. Brain injury in premature infants: a complex amalgam of destructive and developmental disturbances. Lancet Neurol. 8 (1), 110-124 (2009).
- Nardozza, L. M., et al. Fetal growth restriction: current knowledge. Arch Gynecol Obstet. 295 (5), 1061-1077 (2017).
- Chang, E. Preterm birth and the role of neuroprotection. Bmj. 350, g6661(2015).
- Coq, J. O., Delcour, M., Massicotte, V. S., Baud, O., Barbe, M. F. Prenatal ischemia deteriorates white matter, brain organization, and function: implications for prematurity and cerebral palsy. Dev Med Child Neurol. 58, Suppl 4. 7-11 (2016).
- Jantzie, L. L., Corbett, C. J., Firl, D. J., Robinson, S. Postnatal Erythropoietin Mitigates Impaired Cerebral Cortical Development Following Subplate Loss from Prenatal Hypoxia-Ischemia. Cereb Cortex. 25 (9), 2683-2695 (2015).
- Kubo, K. I., et al. Association of impaired neuronal migration with cognitive deficits in extremely preterm infants. JCI Insight. 2 (10), (2017).
- Delcour, M., et al. Mild musculoskeletal and locomotor alterations in adult rats with white matter injury following prenatal ischemia. Int J Dev Neurosci. 29 (6), 593-607 (2011).
- Gilbert, J. S., Babcock, S. A., Granger, J. P. Hypertension produced by reduced uterine perfusion in pregnant rats is associated with increased soluble fms-like tyrosine kinase-1 expression. Hypertension. 50 (6), 1142-1147 (2007).
- Granger, J. P., et al. Reduced uterine perfusion pressure (RUPP) model for studying cardiovascular-renal dysfunction in response to placental ischemia. Methods Mol Med. 122, 383-392 (2006).
- Mazur, M., Miller, R. H., Robinson, S. Postnatal erythropoietin treatment mitigates neural cell loss after systemic prenatal hypoxic-ischemic injury. J Neurosurg Pediatr. 6 (3), 206-221 (2010).
- Olivier, P., Baud, O., Evrard, P., Gressens, P., Verney, C. Prenatal ischemia and white matter damage in rats. J Neuropathol Exp Neurol. 64 (11), 998-1006 (2005).
- Robinson, S., et al. Developmental changes induced by graded prenatal systemic hypoxic-ischemic insults in rats. Neurobiol Dis. 18 (3), 568-581 (2005).
- Rice, D., Barone, S. Jr Critical periods of vulnerability for the developing nervous system: evidence from humans and animal models. Environ Health Perspect. 108, Suppl 3. 511-533 (2000).
- Basilious, A., Yager, J., Fehlings, M. G. Neurological outcomes of animal models of uterine artery ligation and relevance to human intrauterine growth restriction: a systematic review. Dev Med Child Neurol. 57 (5), 420-430 (2015).
- Delcour, M., et al. Neuroanatomical, sensorimotor and cognitive deficits in adult rats with white matter injury following prenatal ischemia. Brain Pathol. 22 (1), 1-16 (2012).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
