Opracowanie algorytmu do przeprowadzenia kompleksowego badania dysrefleksji autonomicznej u zwierząt z dużym uszkodzeniem rdzenia kręgowego przy użyciu urządzenia telemetrycznego
29 lipca 2016
Cewnik urządzenia telemetrycznego jest wszczepiany do aorty brzusznej w celu ciągłego zbierania danych hemodynamicznych od zwierząt przed i po przecięciu rdzenia kręgowego w obrębie klatki piersiowej. Nowatorskie oprogramowanie JAVA wykorzystano do analizy parametrów hemodynamicznych, a także częstotliwości i intensywności spontanicznych epizodów dysrefleksji autonomicznej.
Ogólnym celem tej procedury jest scharakteryzowanie czasowego rozwoju i progresji dysrefleksji autonomicznej (AD) przy użyciu oprogramowania do wykrywania AD w modelu uszkodzenia rdzenia kręgowego u gryzoni. Osiąga się to poprzez najpierw wszczepienie urządzenia telemetrycznego do aorty brzusznej w celu monitorowania rytmu po uderzeniu, ciągłego ciśnienia krwi tętniczej i tętna. 14 dni później odcinek rdzenia kręgowego T3 zostaje całkowicie przecięty.
Następnie oprogramowanie do wykrywania AD służy do wykrywania i charakteryzowania spontanicznych epizodów AD. Alternatywnie, AD można indukować nieinwazyjnie za pomocą cewnika Foleya, a następnie monitorować w czasie rzeczywistym indukowane epizody AD. Ostatecznie epizodyczne nadciśnienie tętnicze i początek brachykardii, które występuje w wyniku spontanicznych lub indukowanych incydentów AD, można ocenić za pomocą oprogramowania do wykrywania AD.
Zapewnienie wystarczającej ilości czasu na wszczepienie urządzenia telemetrycznego przed urazem rdzenia kręgowego ma kluczowe znaczenie dla przetrwania zwierząt, ponieważ mechaniczne utrudnienia przez urządzenie telemetryczne powodują niewystarczający przepływ krwi do tylnych kończyn zwierząt. W naszym protokole zastosowaliśmy całkowite uszkodzenie rdzenia kręgowego T3 w obrębie klatki piersiowej, ponieważ wywołuje ono szereg dysfunkcji sercowo-naczyniowych, w tym dysrefleksję autonomiczną, które przypominają rzeczywistość kliniczną urazu rdzenia kręgowego. Opracowane przez nas oprogramowanie do wykrywania choroby Alzheimera działa poprzez identyfikację wzorców w ciągłych zapisach ciśnienia krwi, które przypominają dysrefleksję autonomiczną, co sugeruje możliwe zastosowanie oprogramowania w monitorowaniu pacjentów z uszkodzeniem rdzenia kręgowego.
Przed zebraniem danych należy wszczepić cewnik urządzenia telemetrycznego do aorty brzusznej zwierzęcia zgodnie z protokołem tekstowym. Po operacji telemetrycznej należy pobrać próbkę ciągłego ciśnienia tętniczego krwi zwierzęcia na poziomie 1000 Hz w blokach 24-godzinnych, aby monitorować parametry hemodynamiczne przed uszkodzeniem rdzenia kręgowego. Dwa tygodnie później należy przeciąć rdzeń kręgowy w segmencie T3 zgodnie z ustalonymi protokołami, a następnie monitorować ciśnienie tętnicze krwi w celu oceny odpowiedzi po urazie rdzenia kręgowego.
Aby ocenić częstość występowania spontanicznej dysrefleksji autonomicznej lub AD, użyj odpowiedniego oprogramowania do akwizycji, aby wyodrębnić interwał między uderzeniami, skurczowe ciśnienie krwi, średnie ciśnienie tętnicze i porę dnia z surowych danych telemetrycznych w badanym okresie. Następnie prześlij plik CSV z wyodrębnionymi danymi, w tym interwałem między uderzeniami, wartościami skurczowego ciśnienia krwi i średniego ciśnienia tętniczego oraz zarejestrowaną porą dnia. Następnie utwórz próg skurczowego ciśnienia krwi, korzystając ze średniej ruchomej wynoszącej 240 sekund.
Ustaw próg transponowanego skurczowego ciśnienia krwi na 20 milimetrów słupa rtęci powyżej średniej ruchomej. Następnie zidentyfikuj klastry szczytowego skurczowego ciśnienia krwi, które przekraczają transponowany próg z interwałem międzyszczytowym krótszym niż dwie sekundy i interwałem klastra szczytowego dłuższym niż 10 sekund. Ustaw interwał progu czasu trwania usługi AD w odległości 120 sekund od siebie.
Aby potwierdzić, że te klastry szczytowe są związane ze spontanicznym zdarzeniem AD, ustaw minimalne ograniczenie spadku tętna związane z pierwszymi 10% wartości tętna w momencie wystąpienia potencjalnego zdarzenia i 75% wartości tętna od końca potencjalnego zdarzenia. Następnie odejmij niższy próg tętna od wyższego progu tętna, aby zapewnić odpowiedni spadek o 40 uderzeń na minutę lub więcej, zwracając uwagę na wskazanie odpowiedniego zakresu fizjologicznego dla zapisów skurczowego ciśnienia krwi i tętna. Gdy wszystkie panele zostaną wypełnione, kliknij przycisk OK. Przedstawiona zostanie graficzna reprezentacja wykrytych zdarzeń AD, w tym skoki skurczowego ciśnienia krwi i powiązane dane dotyczące tętna.
Zostanie również wygenerowany plik arkusza kalkulacyjnego z reakcją na ciśnienie, czasem trwania, maksymalnym skurczowym ciśnieniem krwi, minimalnym tętnem i spadkiem tętna każdego wykrytego zdarzenia AD. Aby ocenić nasilenie indukowanego epizodu AD, nasmaruj końcówkę cewnika Foleya i włóż opróżnioną końcówkę balonu do odbytnicy zwierzęcia dwa centymetry od otworu odbytu. Zwierzęta z urazem rdzenia kręgowego nie mają czucia poniżej urazu, jednak mogą doświadczać spazmatycznych i gwałtownych ruchów podczas przyrostu cewnika z powodu spastyczności.
Przymocuj cewnik do ogona za pomocą taśmy chirurgicznej i umieść niestandardową rurkę na zewnątrz cewnika, aby zapobiec gryzieniu lub wyciąganiu cewnika przez szczura. Następnie napełnij balon dwoma mililitrami powietrza w ciągu 10 sekund. Poczekaj, aby ciśnienie krwi i tętno się ustabilizowały.
Utrzymuj napięcie przez jedną minutę. Po 10-minutowym odpoczynku powtórz wzdęcie i 10-minutowy okres rekonwalescencji jeszcze trzy razy, a następnie przeanalizuj nasilenie indukowanej choroby Alzheimera za pomocą oprogramowania do wykrywania choroby Alzheimera. Tutaj pokazano reprezentatywne nagranie ciągłego ciśnienia tętniczego krwi w zależności od uderzenia, pobrane przez przetwornik telemetryczny i wyodrębnione przez oprogramowanie do akwizycji danych, jak właśnie pokazano.
Jak pokazują dane z ciągłego monitorowania ciśnienia tętniczego krwi, spontaniczna choroba Alzheimera wiąże się ze wzrostem skurczowego ciśnienia krwi o więcej niż 20 milimetrów słupa rtęci, któremu towarzyszy spadek częstości akcji serca o 40 uderzeń na minutę lub więcej po wystąpieniu zdarzenia AD. Na tych wykresach można zaobserwować szybki i trwały wzrost skurczowego ciśnienia krwi, któremu towarzyszy wyraźna brachykardia, która występuje po indukcji AD przez wzdęcie jelita grubego, jak właśnie wykazano. Łącząc wzdęcie z wykrywaniem i charakteryzacją tych spontanicznych zdarzeń dysrefleksji autonomicznej, jak właśnie wykazano, możemy badać czasowe cechy tego zagrażającego życiu stanu.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie dotyczy autonomicznej dysregulacji (AD) w modelu urazu rdzenia kręgowego u gryzoni poprzez implantację urządzenia telemetrii w celu monitorowania parametrów hemodynamicznych. Celem badania jest scharakteryzowanie rozwoju i progresji AD za pomocą specjalistycznego oprogramowania do wykrywania.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Fizjologia układu krążenia
- Badania nad uszkodzeniami rdzenia kręgowego
Tło
- Autonomiczna dysregulacja to stan, który może wystąpić po urazie rdzenia kręgowego.
- Monitorowanie zmian hemodynamicznych jest kluczowe dla zrozumienia AD.
- Urządzenia telemetrii pozwalają na ciągłe zbieranie danych w modelach zwierzęcych.
- Oprogramowanie do wykrywania AD pomaga w identyfikacji spontanicznych epizodów AD.
Cel badania
- Scharakteryzować rozwój czasowy autonomicznej dysregulacji.
- Ocenić wpływ przecięcia rdzenia kręgowego na parametry hemodynamiczne.
- Wykorzystać oprogramowanie do wykrywania i analizy epizodów AD.
Stosowane metody
- Implantacja urządzenia telemetrii w tętnicy brzusznej.
- Ciągłe monitorowanie ciśnienia tętniczego i częstości akcji serca.
- Przecięcie rdzenia kręgowego na poziomie segmentu T3 po 14 dniach.
- Zastosowanie oprogramowania do wykrywania AD do analizy spontanicznych i wywołanych epizodów AD.
Główne wyniki
- Scharakteryzowanie epizodów nadciśnienia i szybkiego tętna podczas epizodów AD.
- Monitorowanie w czasie rzeczywistym wywołanych epizodów AD za pomocą cewnika Foley.
- Ocena zmian hemodynamicznych przed i po urazie rdzenia kręgowego.
- Wgląd w mechanizmy leżące u podstaw autonomicznej dysregulacji.
Wnioski
- Badanie zapewnia ramy do zrozumienia AD w modelach urazów rdzenia kręgowego.
- Telemetria i oprogramowanie do wykrywania są skutecznymi narzędziami do analizy hemodynamicznej.
- Potrzebne są dalsze badania, aby zbadać interwencje terapeutyczne dla AD.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Quantitative detection and characterization of autonomic dysreflexia (AD) in preclinical spinal cord injury models is critical for de-risking cardiovascular targets and understanding autonomic dysfunction mechanisms. The integration of telemetry-based hemodynamic monitoring with algorithmic pattern recognition enables high-confidence identification of AD episodes, supporting translational continuity from discovery to preclinical validation. This approach enhances predictive confidence for therapeutic hypothesis testing and informs risk-adjusted portfolio decisions in neurocardiovascular research.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables rigorous interrogation of autonomic and cardiovascular pathway involvement post-SCI.
- Supports functional target validation by quantifying AD event frequency, severity, and duration.
- Facilitates mechanistic de-risking by linking hemodynamic signatures to specific injury models.
- Provides objective criteria for portfolio triage based on reproducible physiological endpoints.
Screening & Assay Development
- Delivers validated, quantitative readouts of blood pressure and heart rate for downstream screening workflows.
- Standardizes AD event detection, reducing experimenter bias and enhancing reproducibility.
- Enables scalable, automated analysis of telemetry data for compound or intervention evaluation.
- Prepares robust biological systems for high-throughput screening of candidate therapeutics targeting autonomic dysfunction.
Translational & Preclinical Research
- Aligns preclinical models with clinically relevant AD phenotypes for translational biomarker development.
- Ensures continuity from early discovery through preclinical validation by maintaining consistent physiological endpoints.
- Supports risk-adjusted advancement decisions by providing quantitative severity and frequency metrics of AD events.
- Strengthens predictive de-risking for cardiovascular and neurogenic targets in SCI portfolios.
Pipeline & Workflow Integration
This telemetry and algorithmic analysis workflow bridges early discovery, lead identification, and preclinical validation in neurocardiovascular research pipelines.
- Discovery Biology: Enables hypothesis testing and pathway clarification for autonomic dysfunction post-SCI.
- Screening: Provides reproducible, quantitative outputs for assay readiness and compound evaluation.
- Analytics: Generates detailed event metrics—pressure response, duration, heart rate drop—for cross-condition comparison.
- Translational Research: Aligns animal model outputs with clinical AD features, supporting biomarker continuity.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable analytical platform for diverse SCI and autonomic dysfunction studies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in autonomic target validation.
- Operational Value: Standardizes data acquisition and analysis, improving reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and enhances capital efficiency by providing robust physiological endpoints.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of neurocardiovascular programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in telemetry device implantation and hemodynamic data analysis.
- Demands access to high-frequency data acquisition systems and pattern recognition software.
- Necessitates cross-team standardization of event detection thresholds and analysis parameters.
- Adaptation may be needed for different animal models or injury levels.
- Potential limitations include device-related complications and the need for rigorous physiological range validation.
