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 этой процедуры состоит в том, чтобы охарактеризовать временное развитие и прогрессирование вегетативной дисрефлексии, или БА, с использованием программного обеспечения для обнаружения БА в модели травмы спинного мозга грызунов. Это достигается путем имплантации телеметрического устройства в брюшную аорту для мониторинга непрерывного артериального давления и частоты сердечных сокращений. Через 14 дней сегмент спинного мозга Т3 полностью пересекается.
Затем используется программное обеспечение для обнаружения БА для обнаружения и характеристики спонтанных эпизодов БА. В качестве альтернативы, БА может быть индуцирована неинвазивно с помощью катетера Фолея с последующим мониторингом индуцированных эпизодов БА в режиме реального времени. В конечном счете, эпизодическая гипертензия и начало брахикардии, возникающей в результате спонтанных или индуцированных инцидентов с болезнью Альцгеймера, могут быть оценены с помощью программного обеспечения для обнаружения болезни Альцгеймера.
Предоставление достаточного времени для имплантации телеметрического устройства до травмы спинного мозга имеет решающее значение для выживания животных, так как механическое препятствие телеметрическим устройством вызывает недостаточный приток крови к задним конечностям животных. В нашем протоколе мы использовали полное повреждение спинного мозга с высоким грудным T3, потому что оно вызывает ряд сердечно-сосудистых дисфункций, включая вегетативную дисрефлексию, которые напоминают клиническую реальность повреждения спинного мозга. Разработанное нами программное обеспечение для обнаружения болезни Альцгеймера работает путем выявления закономерностей в непрерывных записях артериального давления, напоминающих вегетативную дисрефлексию, что предполагает возможное использование программного обеспечения для мониторинга пациентов с травмой спинного мозга.
Перед сбором данных вживите катетер телеметрического устройства в брюшную аорту животного согласно текстовому протоколу. После телеметрической операции измеряйте непрерывное артериальное давление животного с частотой 1000 Гц в течение 24 часовых блоков для контроля гемодинамических параметров преспинальной травмы. Через две недели проводят трансекцию спинного мозга в сегменте Т3 в соответствии с установленными протоколами с последующим мониторингом артериального давления для оценки реакции на повреждение спинного мозга.
Чтобы оценить частоту спонтанной вегетативной дисрефлексии, или БА, используйте соответствующее программное обеспечение для извлечения интервала между ударами, систолического артериального давления, среднего артериального давления и времени суток из необработанных телеметрических данных за интересующий период. Затем загрузите CSV-файл с извлеченными данными, включая интервал между ударами, систолическую кровь и среднее артериальное давление, а также записанное время суток. Затем создайте порог систолического артериального давления, используя скользящее среднее окно в 240 секунд.
Установите транспонированный порог систолического артериального давления на 20 миллиметров ртутного столба выше базовой линии скользящей средней. Затем определите кластеры пиков систолического артериального давления, которые превышают транспонированный порог с межпиковым интервалом менее двух секунд и пиковым кластерным интервалом более 10 секунд. Установите пороговый интервал длительности AD с интервалом в 120 секунд.
Чтобы подтвердить, что эти пиковые кластеры связаны со спонтанным событием БА, установите минимальное ограничение на снижение частоты сердечных сокращений, связанное с первыми 10% значений частоты сердечных сокращений в начале потенциального события и 75% значений частоты сердечных сокращений в конце потенциального события. Затем вычтите нижний порог частоты сердечных сокращений из более высокого порога частоты сердечных сокращений, чтобы обеспечить соответствующее снижение на 40 ударов в минуту или более, стараясь указать соответствующий физиологический диапазон для регистрации систолического артериального давления и частоты сердечных сокращений. Когда все панели будут заполнены, нажмите OK. Будет представлено графическое представление обнаруженных событий БА, включая скачки систолического артериального давления и связанные с ними данные о частоте сердечных сокращений.
Также будет сгенерирован файл электронной таблицы с реакцией на давление, продолжительностью, максимальным систолическим артериальным давлением, минимальной частотой сердечных сокращений и падением частоты сердечных сокращений для каждого обнаруженного события БА. Чтобы оценить тяжесть индуцированного эпизода болезни Альцгеймера, смажьте кончик катетера Фолея и вставьте сдутый кончик баллона в прямую кишку животного на расстоянии двух сантиметров от анального отверстия. Животные с травмой спинного мозга не имеют чувствительности ниже травмы, однако они могут испытывать спазматические и судорожные движения во время инкреции катетера из-за спастичности.
Закрепите катетер на хвосте с помощью хирургической ленты и поместите специальную трубку вокруг внешней стороны катетера, чтобы крыса не могла укусить или вытащить катетер. Затем наполните воздушный шар двумя миллилитрами воздуха в течение 10 секунд. Дайте кровяному давлению и частоте сердечных сокращений стабилизироваться.
Удерживайте растяжение в течение одной минуты. После 10-минутного отдыха повторите вздутие живота и 10-минутный восстановительный период еще три раза, а затем проанализируйте тяжесть индуцированной БА с помощью программного обеспечения для обнаружения БА. Здесь показана репрезентативная запись непрерывного артериального давления, измеренного телеметрическим преобразователем и извлеченного программным обеспечением для сбора данных, как показано выше.
Как показывают эти данные непрерывного мониторинга артериального давления, спонтанная БА связана с повышением систолического артериального давления более чем на 20 миллиметров ртутного столба, сопровождающимся снижением частоты сердечных сокращений на 40 ударов в минуту или более в начале события БА. На этих графиках можно наблюдать быстрое и стойкое повышение систолического артериального давления, сопровождающееся выраженной брахикардией, возникающей после индукции БА колоректальным расширением, как только что продемонстрировано. Сочетая растяжение с обнаружением и характеристикой этих спонтанных событий вегетативной дисрефлексии, как это было только что продемонстрировано, мы можем изучить временные характеристики этого угрожающего жизни состояния.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
Это исследование изучает аутономную дисрефлексию (АД) в модели травмы спинного мозга у грызунов путем имплантаци аппарата телеметрии для мониторинга гемодинамических параметров. Цель исследования — охарактеризовать развитие и прогрессирование АД с помощью специализированного программного обеспечения для обнаружения.
Ключевые компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Физиология сердечно-сосудистой системы
- Исследования травм спинного мозга
Предпосылки
- Автономная дисрефлексия — это состояние, которое может возникнуть после травмы спинного мозга.
- Мониторинг гемодинамических изменений важен для понимания АД.
- Телеметрические устройства позволяют осуществлять непрерывный сбор данных в моделях на животных.
- Программное обеспечение для обнаружения АД помогает идентифицировать спонтанные эпизоды АД.
Цель исследования
- Охарактеризовать временное развитие аутономной дисрефлексии.
- Оценить влияние перерезки спинного мозга на гемодинамические параметры.
- Использовать программное обеспечение для обнаружения и анализа эпизодов АД.
Использованные методы
- Имплантация аппарата телеметрии в брюшную аорту.
- Непрерывный мониторинг артериального давления и частоты сердечных сокращений.
- Перерезка спинного мозга в сегменте Т3 через 14 дней.
- Использование программного обеспечения для обнаружения АД для анализа спонтанных и вызванных эпизодов АД.
Основные результаты
- Характеристика эпизодической гипертензии и брадикардии во время эпизодов АД.
- Реальное время мониторинга вызванных эпизодов АД с использованием катетера Фоли.
- Оценка гемодинамических изменений до и после травмы спинного мозга.
- Понимание механизмов, лежащих в основе аутономной дисрефлексии.
Выводы
- Исследование предоставляет рамки для понимания АД в моделях травмы спинного мозга.
- Телеметрия и программное обеспечение для обнаружения — эффективные инструменты для гемодинамического анализа.
- Необходимы дальнейшие исследования для изучения терапевтических вмешательств для АД.
Часто задаваемые вопросы
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.
