Разработка алгоритма Выполнение комплексного изучения Автономного дисрефлексия у животных с высоким повреждением спинного мозга Использование телеметрического устройства
29 июля 2016 г.
Катетер телеметрического устройства имплантируется в брюшную аорту для непрерывного сбора данных гемодинамики от животных до и после пересечения грудного отдела спинного мозга. Новое программное обеспечение JAVA было использовано для анализа гемодинамических параметров, а также частоты и интенсивности спонтанных эпизодов вегетативной дисрефлексии.
Общая цель данной процедуры заключается в характеристике временного развития и прогрессирования автономной дисрефлексии (АД) с использованием программного обеспечения для ее обнаружения на модели повреждения спинного мозга у грызунов. Это достигается путем предварительной имплантации телеметрического устройства в брюшную аорту для непрерывного побиевого мониторинга артериального давления и частоты сердечных сокращений. Через 14 дней выполняется полное пересечение сегмента T3 спинного мозга.
Затем для обнаружения и характеристики спонтанных эпизодов антидромалии (AD) используется специальное программное обеспечение. В качестве альтернативы AD можно индуцировать неинвазивно с помощью катетера Фолея с последующим мониторингом индуцированных эпизодов AD в режиме реального времени. В конечном итоге с помощью ПО для обнаружения AD можно оценить эпизодическую гипертензию и начало брадикардии, возникающие в результате спонтанных или индуцированных случаев AD.
Обеспечение достаточного времени для имплантации телеметрического устройства до нанесения травмы спинного мозга имеет решающее значение для выживания животных, так как механическая обструкция, вызванная устройством, приводит к недостаточному кровотоку в задних конечностях. В нашем протоколе мы использовали модель полного повреждения спинного мозга на уровне T3 (высокий грудной отдел), поскольку она вызывает ряд сердечно-сосудистых нарушений, включая вегетативную дисрефлексию, что соответствует клинической картине травмы спинного мозга. Разработанное нами программное обеспечение для детекции ВД работает путем выявления в непрерывных записях артериального давления паттернов, характерных для вегетативной дисрефлексии, что предполагает возможность применения данной программы для мониторинга пациентов с травмой спинного мозга.
Перед началом сбора данных имплантируйте катетер телеметрического устройства в брюшную аорту животного согласно текстовому протоколу. После проведения телеметрической операции регистрируйте непрерывное артериальное давление животного с частотой 1000 Гц 24-часовыми блоками для мониторинга гемодинамических параметров до повреждения спинного мозга. Через две недели проведите перерезку спинного мозга на уровне сегмента T3 в соответствии с установленными протоколами, после чего продолжите мониторинг артериального давления для оценки реакции после повреждения спинного мозга.
Для оценки частоты возникновения спонтанной автономной дисрефлексии (АД) используйте соответствующее программное обеспечение для сбора данных, чтобы извлечь интервал между ударами сердца, систолическое артериальное давление, среднее артериальное давление и время суток из необработанных телеметрических данных за интересующий период. Затем загрузите CSV-файл с извлеченными данными, включая интервал между ударами сердца, значения систолического и среднего артериального давления, а также зафиксированное время суток. После этого установите порог систолического артериального давления, используя скользящее среднее с окном в 240 секунд.
Установите порог смещения систолического артериального давления на 20 мм рт ст выше базовой линии скользящего среднего. Затем выявите кластеры пиков систолического артериального давления, которые превышают порог смещения при интервале между пиками менее двух секунд и интервале между кластерами пиков более 10 секунд. Установите порог интервала длительности AD так, чтобы значения находились в пределах 120 секунд друг от друга.
Чтобы подтвердить, что данные кластеры пиков связаны со спонтанным событием AD, установите ограничение по минимальному падению частоты сердечных сокращений (ЧСС), используя первые 10% значений ЧСС в начале потенциального события и 75% значений ЧСС по завершении потенциального события. Затем вычтите нижний порог ЧСС из верхнего порога, чтобы убедиться в соответствующем падении на 40 BPM или более, при этом обязательно укажите соответствующий физиологический диапазон для записей систолического артериального давления и ЧСС. После заполнения всех панелей нажмите OK. Будет представлено графическое изображение обнаруженных событий AD, включая всплески систолического артериального давления и соответствующие данные ЧСС.
Также будет создан файл электронной таблицы с данными о давлении, продолжительности, максимальном систолическом артериальном давлении, минимальной частоте сердечных сокращений и снижении частоты сердечных сокращений для каждого выявленного эпизода AD. Для оценки степени тяжести индуцированного эпизода AD смажьте наконечник катетера Фолея и введите наконечник с несдутым баллоном в прямую кишку животного на два сантиметра от анального отверстия. Животные с травмой спинного мозга не имеют чувствительности ниже уровня повреждения, однако из-за спастичности при введении катетера у них могут наблюдаться спазматические и резкие движения.
Закрепите катетер на хвосте с помощью хирургического пластыря и наденьте на него специальную трубку, чтобы крыса не могла перегрызть или вытянуть катетер. Затем наполните баллон двумя миллилитрами воздуха в течение 10 секунд. Дождитесь стабилизации артериального давления и частоты сердечных сокращений.
Поддерживайте растяжение в течение одной минуты. После 10-минутного отдыха повторите растяжение и 10-минутный период восстановления еще три раза, а затем проанализируйте степень выраженности индуцированной AD с помощью программного обеспечения для обнаружения AD. Здесь представлена репрезентативная запись непрерывного потактного артериального давления, зарегистрированного телеметрическим датчиком и извлеченного с помощью программного обеспечения для сбора данных, как было продемонстрировано ранее.
Как показывают эти данные непрерывного мониторинга артериального давления, спонтанная АД сопровождается повышением систолического артериального давления более чем на 20 мм рт ст., что сопровождается снижением частоты сердечных сокращений на 40 BPM и более в момент начала эпизода АД. На этих графиках можно наблюдать быстрое и стойкое повышение систолического артериального давления, сопровождающееся выраженной брадикардией, которое возникает после индукции АД путем колоректального растяжения, как было только что продемонстрировано. Сочетая растяжение с обнаружением и характеристикой этих спонтанных событий автономной дисрефлексии, как было показано выше, мы можем изучать временные характеристики этого опасного для жизни состояния.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном исследовании изучается автономная дисрефлексия (АД) на модели повреждения спинного мозга у грызунов путем имплантации телеметрического устройства для мониторинга гемодинамических параметров. Целью работы является характеристика развития и прогрессирования АД с использованием специализированного программного обеспечения для детекции.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Сердечно-сосудистая физиология
- Исследования травм спинного мозга
Теоретические основы
- Автономная дисрефлексия — это состояние, которое может возникнуть после травмы спинного мозга.
- Мониторинг гемодинамических изменений имеет решающее значение для понимания механизмов автономной дисрефлексии.
- Телеметрические устройства позволяют осуществлять непрерывный сбор данных на моделях животных.
- Программное обеспечение для обнаружения автономной дисрефлексии помогает выявлять спонтанные эпизоды данного состояния.
Цель исследования
- Охарактеризовать временную динамику развития автономной дисрефлексии.
- Оценить влияние пересечения спинного мозга на гемодинамические параметры.
- Использовать программное обеспечение для обнаружения и анализа эпизодов автономной дисрефлексии.
Используемые методы
- Имплантация телеметрического устройства в брюшную аорту.
- Непрерывный мониторинг артериального давления и частоты сердечных сокращений.
- Пересечение спинного мозга на уровне сегмента T3 через 14 дней.
- Использование программного обеспечения для детектирования AD с целью анализа спонтанных и индуцированных эпизодов AD.
Основные результаты
- Характеристика эпизодической гипертензии и брадикардии во время эпизодов АД.
- Мониторинг индуцированных эпизодов АД в режиме реального времени с использованием катетера Фолея.
- Оценка гемодинамических изменений до и после травмы спинного мозга.
- Изучение механизмов, лежащих в основе автономной дисрефлексии.
Выводы
- Данное исследование создает основу для понимания AD в моделях повреждения спинного мозга.
- Телеметрия и программное обеспечение для детектирования являются эффективными инструментами для гемодинамического анализа.
- Необходимы дальнейшие исследования для изучения терапевтических методов лечения AD.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Количественное определение и характеристика автономной дисрефлексии (АД) в доклинических моделях повреждения спинного мозга имеют решающее значение для снижения рисков при выборе сердечно-сосудистых мишеней и понимания механизмов вегетативной дисфункции. Интеграция гемодинамического мониторинга на основе телеметрии с алгоритмическим распознаванием паттернов позволяет с высокой степенью достоверности идентифицировать эпизоды АД, обеспечивая трансляционную преемственность от этапа поиска до доклинической валидации. Такой подход повышает прогностическую уверенность при проверке терапевтических гипотез и позволяет принимать взвешенные с учетом рисков решения по формированию портфеля исследований в области нейрокардиологии.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Позволяет проводить тщательный анализ участия вегетативных и сердечно-сосудистых путей после травмы спинного мозга (SCI).
- Поддерживает функциональную валидацию мишеней путем количественной оценки частоты, тяжести и продолжительности эпизодов AD.
- Способствует снижению механистических рисков за счет связывания гемодинамических признаков с конкретными моделями повреждений.
- Предоставляет объективные критерии для сортировки портфеля препаратов на основе воспроизводимых физиологических конечных точек.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает валидированные количественные показатели артериального давления и частоты сердечных сокращений для последующих этапов скрининга.
- Стандартизирует определение событий болезни Альцгеймера, снижая субъективность исследователя и повышая воспроизводимость.
- Позволяет проводить масштабируемый автоматизированный анализ телеметрических данных для оценки соединений или терапевтического воздействия.
- Позволяет подготавливать стабильные биологические системы для высокопроизводительного скрининга потенциальных терапевтических средств, направленных на коррекцию вегетативной дисфункции.
Трансляционные и доклинические исследования
- Приводит доклинические модели в соответствие с клинически значимыми фенотипами болезни Альцгеймера для разработки трансляционных биомаркеров.
- Обеспечивает преемственность от этапа раннего поиска до доклинической валидации за счет поддержания стабильных физиологических конечных точек.
- Поддерживает принятие решений о дальнейшем продвижении с учетом рисков, предоставляя количественные показатели тяжести и частоты событий при болезни Альцгеймера.
- Усиливает прогностическое снижение рисков для сердечно-сосудистых и нейрогенных мишеней в портфелях исследований по травмам спинного мозга.
Интеграция конвейера и рабочего процесса
Данный рабочий процесс телеметрии и алгоритмического анализа связывает этапы ранних открытий, идентификации перспективных соединений и доклинической валидации в рамках нейрокардиоваскулярных исследовательских программ.
- Фундаментальная биология: позволяет проверять гипотезы и уточнять сигнальные пути при автономной дисфункции после травмы спинного мозга.
- Скрининг: обеспечивает воспроизводимые количественные результаты для оценки готовности анализа и тестирования соединений.
- Аналитика: позволяет получать детальные показатели событий — ответ на давление, продолжительность, снижение частоты сердечных сокращений — для сравнения различных состояний.
- Трансляционные исследования: приводят результаты на животных моделях в соответствие с клиническими признаками автономной дисфункции, поддерживая преемственность биомаркеров.
- Корпоративное повторное использование: создает многофункциональную аналитическую платформу для различных исследований травм спинного мозга и автономной дисфункции.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает точность прогнозирования и снижает механистическую неопределенность при валидации мишеней автономной нервной системы.
- Операционная ценность: стандартизирует сбор и анализ данных, улучшая воспроизводимость и масштабируемость.
- Стратегическая ценность: служит основанием для принятия решений о продолжении или прекращении разработки («go/no-go») и повышает эффективность использования капитала за счет предоставления надежных физиологических конечных точек.
- Влияние на портфель: поддерживает приоритезацию с учетом рисков и развитие нейрокардиоваскулярных программ.
Особенности реализации
- Требуется опыт имплантации телеметрических устройств и анализа гемодинамических данных.
- Необходим доступ к системам сбора высокочастотных данных и программному обеспечению для распознавания паттернов.
- Требуется межгрупповая стандартизация порогов обнаружения событий и параметров анализа.
- Может потребоваться адаптация для различных моделей животных или степеней повреждения.
- Потенциальные ограничения включают осложнения, связанные с устройством, и необходимость строгой валидации физиологических диапазонов.
