Summary
En ny metode for å registrere presset innenfor hodeskallen er beskrevet. Den minimalt invasiv metode som bruker en fiberoptisk trykkfølsomme systemet for å måle intrakranielt trykk (ICP) i bedøvet rotter uten å forårsake betydelig hjernen traumer. Teknikken kan brukes i et bredt spekter av eksperimentelle modeller.
Abstract
Forhøyet intrakranialt trykk (ICP) er et betydelig problem i flere former for iskemisk hjerneskade, inkludert hjerneslag, traumatisk hjerneskade og hjertestans. Denne høyden kan resultere i ytterligere nevrologisk skade, i form av transtentorial herniation 1,2,3,4, midbrain komprimering, nevrologiske forstyrrelser eller økt cerebral infarkt 2,4. Nåværende behandlingsformer er ofte utilstrekkelig for å kontrollere forhøyet ICP i klinisk setting 5,6,7. Dermed er det behov for nøyaktige metoder for ICP måling i dyremodeller å videreutvikle vår forståelse av de grunnleggende mekanismene og å utvikle nye behandlinger for forhøyet ICP.
I både klinisk og eksperimentell innstilling ICP ikke kan estimeres uten direkte måling. Flere metoder for ICP kateterinnleggelse øyeblikket eksisterer. Av disse den intraventrikulære kateteret har blitt klinisk "gullstandard" av ICP måling hos mennesker 8. Denne metoden INVolves delvis fjerning av skallen og instrumentering av kateteret gjennom hjernevevet. Derfor intraventrikulære katetre har en infeksjon rate på 6-11% 9. Av denne grunn har subdural og epidural cannulations bli den foretrukne metoder i dyremodeller av iskemisk skade.
Ulike ICP måleteknikk er tilrettelagt for dyremodeller, og av disse, væskefylte telemetri katetre 10 og faststoff katetre er den mest brukte 11,12,13,14,15. De væskefylte systemer er utsatt for å utvikle luftbobler i linjen, noe som resulterer i falske ICP avlesninger. Solid State prober unngå dette problemet (Figur 1). Et ytterligere problem er montering kateter under skallen eller inn i ventriklene uten å forårsake noen skade på hjernen som kan endre de eksperimentelle resultatene. Derfor har vi utviklet en metode som setter en ICP kateter sammenhengende med epiduralrommet, men unngår den need å sette den mellom skalle og hjerne.
En optisk fiber trykk kateter (420LP, samba Sensors, Sverige) ble brukt til å måle ICP ved epidural sted fordi plasseringen av trykket sensoren (ved spissen av kateteret) ble funnet å produsere en high fidelity ICP signal i denne modellen . Det er andre produsenter av lignende optisk fiber teknologier 13 som kan brukes med vår metodikk. Alternative solid state katetre, som har trykket sensoren plassert på siden av kateterspissen, ville ikke være passende for denne modellen som signalet ville bli dempet av tilstedeværelsen av overvåkingen skruen.
Her presenterer vi en relativt enkel og nøyaktig metode for å måle ICP. Denne metoden kan brukes over et bredt spekter av ICP relaterte dyremodeller.
Protocol
1. Skull Penetration
- Anaesthetize rotte med isofluran (5% induksjon, 1,5 til 2% vedlikehold) i 70% N 2 og 30% O 2. Etter induksjon av anestesi, plassere rotte utsatt på en varmeplate, plassere rotte nesen i en bedøvelse nese kjegle.
- Mens opprettholde anestesi, sikre hodet i en stereotaxic ramme, setter øret-barer inntil hodet er stabilisert. Sørg for å puste er ikke svekket. (Figur 2-A).
- Injiser hodebunnen subkutant med langvarig lokal bedøvelse, 0,3 Bupivacaine ml 0,5% (Pfizer, Australia) før en 1,5 cm hud midtlinjen hodet innsnitt. (Sterile instrumenter og hansker bør brukes.)
- Sløve dissekere bløtvev og omkringliggende musklene til å tydelig lokalisere Lambda og Bregma. Trekk huden og bindevev.
- Stilk blødninger med å trykke den utsatte skallen. Overdreven skull blødning kan cauterized.
- Bruke en dental drill med en 1 mm tips Burr, Burr et hull 2 mm bred i den høyre issebeinet. Burr hullet 2 mm sideveis og 2 mm posteriort fra Bregma å unngå superior sagittal sinus og sikre at plasseringen av ICP sensoren er over iskemisk territorium, for hjerneslag studier. Alternative plasseringer ville være like egnet for andre applikasjoner. Burr hullet til en dybde hvor skallen over dura blir gjennomskinnelig. (Figur 2-B).
- Erstatt Burr med en 0,5 mm spiss Burr å fjerne skallen på bunnen av hullet.
- Når hodeskallen begynner å sprekke, bruke 45 ° tang for å fjerne all gjenværende skallen, sikre bunnen av hullet er ryddet for skrot. (Figur 3).
2. Skrue Modifikasjon og innsetting
- Bor et 0,7 mm hull gjennom et sekskantet hoder skruen med en dreiebenk og 0,7 mm bor.
- Sett overvåking skrue i hullet ved å dreie den rundt 1,5 omdreininger (bruke minst mulig avsnur for å sikre skrue i skallen for ikke å skade underliggende vev). (Figur 2-C og Figur 4).
- Burr en andre hull for en forankring skruen i venstre issebeinet, 2 mm sideveis og 2 mm posteriort fra Bregma. Dette hullet krever ikke fullstendig penetrering av skallen, slik at 1 mm spissen Burr brukes til å fortynne skallen for skruen innsetting.
- Sett en 2 x 4 mm sekskantet-headed skrue i det andre hullet. Denne skruen hjelper til å forankre den dental sement og dermed overvåking skruen til skallen.
- Bruk en overføringspipetten å blande og bruke dental sement monomer og polymer til bunnen av hodet på skruene.
- Tillat dental sement tørke i minst 10 minutter.
3. Intrakranialt trykk Svinger Insertion
- Bruk hvit korrekturlakk, markere den fiberoptiske sensor 4 mm fra spissen.
- Fyll hullet av overvåkingen skruen med sterilt saltvann (0,9%) og sikre at ingenluftbobler er til stede i skruen.
- Sett ICP sonden 4 mm inn skruen slik at tuppen av sonden er på nivå med utgangen av skruen. Påse at spissen ikke pierce dura.
- Juster spissen av sonden i skruen til en ICP spor reflekterer ventilasjon og blodtrykk puls bølger kan observeres. (Figur 5).
4. Forming en lufttett
- Lufttett er viktig å en nøyaktig ICP lesing. Bland en tyktflytende biokompatibelt drivning materiale monomer og polymer i forholdet 1:1. Fordi trykket sensoren er på tuppen av sonden, og dette er innenfor uthult skruen, har anvendelsen av drivning materiale til skaftet av fiberoptiske sonden ingen effekt på trykkfølsomhet av sensoren.
- Påfør et tynt lag rundt sonden og leder av overvåking skruen. Unngå fortrenge ICP sonden.
- Tillat å stille i 5 minutter.
- Påfør en andre layER av drivning materiale rundt hele overvåking skruen og sonde. Pass på at ingen væske lekker fra eventuelle sprekker i drivning materialet. (Figur 2-D).
- Fjern øre-barer.
- Rotta kan forbli i liggende stilling, eller bli nøye roteres i liggende stilling under ICP overvåking.
- En skjematisk av ferdig prosedyren er avbildet i (figur 6).
5. Intrakranialt trykk Svinger fjerning og Gjeninnsetting
- Ved ferdigstillelse ICP overvåking, kan ICP sensoren fjernes ved å forsiktig dra kateteret fra skruen og drivning materiale.
- SAMBA Sensoren bør være umiddelbart plass til 1% Terg-A-Zyme løsning for å hindre spissen korrosjon.
- Hullet igjen i drivning materialet bør dekkes med et ekstra lag med drivning materiale. (Rat kan bli vekket på dette stadiet).
- Å sette inn SAMBA kateteret for ytterligere overvåking, skjæreden drivning materialet på nivå med hodet på skruen.
- Gjenta trinn 3.2 - 5.3.
6. Representative Resultater
Figur 5 er en representasjon av ICP avlesninger over ti sekunder. Ved studiestart, er gjennomsnittlig ICP i en Wistar rotte 6 mmHg. Hendelsene kortere periodisitet avbildet i figur 5 reflektere blodtrykk puls bølger. Hendelsene lenger periodisitet viser ventilasjon hendelser. Merk at SAMBA sensoren reflekterer en ventilasjon amplitude på 3-4 mmHg og puls amplitude på 1-2 mmHg.
For å validere plasseringen til SAMBA sensoren i hvert forsøk, bør ICP spor testes for respons til abdominal kompresjoner og luftveisproblemer arrangementer, slik som perioder med apné. En abdominal kompresjon er avbildet i Figur 7.
Perioder med apné (illustrert i figur 8) er observert i de fleste eksperimenter invo lving spontant puste dyr. Disse hendelsene er identifisert på fysiologiske poster ved et fravær av respiratoriske nedbøyninger på luftveiene (pessar svinger) og arterietrykk spor. En tilsvarende endring i ICP spor validerer ICP sonden posisjonering.
Figur 9 viser et typisk ICP spor etter fjerning av øre-barer (trinn 4,6). Innsetting av øre-barene i trinn 1.2 resulterer i en svak komprimering av hodeskallen og påfølgende avbrudd i intrakranielt volum og dermed økt ICP. Hvis sensoren er plassert riktig, vil ICP stuper på minst 4 - 5 mmHg med fjerning av øre-barene.
Histologisk analyse kan brukes til å sjekke for eventuelle skader på kortikale området umiddelbart under trykksensor og skrue. Et eksempel på en traumatisk og ikke-traumatisk skrue innsetting er avbildet i figur 4.
_upload/3689/3689fig1.jpg "/>
Figur 1. Væskefylte Vs SAMBA ICP Traces. ICP ble spilt samtidig via SAMBA fiberoptisk kateter (øverst) og en væske fylt kateter (nederst). De gjennomsnittlige ICP verdier var lik i begge spor, men væskefylte kateteret signalet ble særlig dempet i forhold til de klare luftveiene og arterietrykk kurveformer sett med fiberoptisk kateter.
Figur 2. Intrakranialt trykk kateter innsettingsprosedyren. Rotta hode ble sikret i en stereotaxic ramme med øre-barer og en bedøvelse nese kjegle [A]. Et hull, ca 2 mm i diameter, ble boret inn i høyre issebeinet [B]. A 2 x 4 mm skruen med en 0,7 mm hull i skaftet ble satt inn [C]. En forankring skrue ble satt inn i den venstre parietal bein og hodeskallen og kirurgiske området dekket av dental sement. ICP cathetER (svart pil) ble deretter satt inn skruen-hulls og en lufttett laget med drivning materiale (hvit pil) [D]. Staple (for skala) = 12 mm x 5 mm.
Figur 3. Overvåking Skrue Burr Hole Orientering. Skallen ble ryddet av bindevev å finne Lambda (svart stjerne) og Bregma (hvit stjerne) og hullet boret 2 mm sideveis og 2 mm posteriort fra Bregma. Hullet ble ryddet for rusk forlater dura og pial fartøy (svart pil) intakte. Staple (for skala) = 12 mm x 5 mm.
Figur 4. Histologi av Rat Brain 24 timer etter instrumentering av ICP Monitoring Skrue. Haemotoxylin og eosin farging, 6 mikrometer koronale deler. Venstre: Ikke-traumatisk skrue innsetting. Høyre: traumatisk skrue innsetting,område av blekhet skildrer skadet vev med tilsvarende mobilnettet morfologi til hjerneslag skadet område (pil). Setter på 4x objektiv.
Figur 5. Typiske ICP spore. Puls trykkbølger er avbildet ved hendelser av mindre amplitude (*). Ventilasjon er reflektert av hendelsene i lengre periodisitet (#).
Figur 6. ICP Probe Innsetting Skjematisk. Diagram viser plassering av støtte skrue (til høyre) og drivning materiale belagt ICP sonde inn skruen (til venstre).
Figur 7. Abdominal Compression. Magen ble midlertidig komprimert (~ 1 sekund) for å validere levedyktigheten til ICP signal. Komprimering gir redusert cerebral venøs retur,økende intrakranielt volum og dermed øke ICP. Arterietrykk (Pa) falt kun etter den første ICP stiger.
Figur 8. Tidsrom for Apné. Den midlertidige opphør av pust gjenspeiles i mellomgulvet svinger kurven, den arterietrykk (Pa) kurven og ICP spor.
Figur 9. Øre-Bar fjerning. ICP bør slippe med fjerning av stereotaxic ramme øre-barer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Prosedyren presenteres her gjør en meget følsom og nøyaktig registrering av intrakranielt trykk. Denne minimalt invasive teknikken unngår betydelig hjernen traumer ved å plassere trykket sensoren i epiduralrommet og ikke hjernen vev eller ventriklene.
De kritiske trinn er: 1) boring gjennom skallen - hensyn må tas for ikke å pierce dura eller skade underliggende hjernevev, 2) sørge for en tett forsegling med den drivning materiale - hvis det er noen lekkasje, vil ICP spor ikke være pålitelig. Når ICP sensoren er riktig plassert, vil lesningen gi en nøyaktig spor av ikke bare ICP, men også luftveiene og hjertefrekvensen. Med inspirasjon, reduserer mer negative intrathoracic press nedstrøms intravaskulær press, skape en større trykkgradient og økende cerebral venøs retur. Den påfølgende reduksjon i cerebralt blodvolum resulterer i en reduksjon i ICP. Omvendt expirasjon øker nedstrøms venetrykk og øker ICP. Kort kan man sekund abdominal kompresjoner skal utføres i alle forsøksdyr for å simulere en stimulus som ligner på en Valsalva manøver. Når anvendt, dette fysiologiske stimulans kjent for å redusere cerebral venøs retur og resultere i en forbigående økning i ICP. Manglende respons på abdominal kompresjon (ingen økning i ICP) antyder en lekkasje i lufttett eller blokkering av den hule skruen. Hvis en lekkasje er åpenbar, kan et tredje lag av drivning materiale påføres rundt sensoren for å få en lufttett. Merk at drivning materialet ikke komprimere optikken fiber, så et ekstra lag bare vil sikre en tilstrekkelig forsegling. Hvis skruen er blokkert, fjern drivning materiale og sensor, skyll skruen forsiktig med sterilt saltvann og gjenta trinn 03.02 til 04.05. Hvis ICP sporet er fortsatt svak, må den fiberoptiske kabelen kontrolleres. SAMBA optisk fiber kabel tåler en sving radius på 10 cm, dersom dette er exceeded ICP spor vil bli kompromittert.
Dura er i umiddelbar nærhet til skallen, og derfor ytterste forsiktighet må utvises når du fjerner skallen i trinn 1.8. Når læring denne teknikken, kan dura være et uhell gjennomboret og cerebrospinalvæsken (CSF) vil lekke inn i epiduralrommet og inn i overvåking skruen. En knick i dura, vil imidlertid ikke påvirke ICP måling fordi den kraniale hvelvet er forseglet.
Denne metoden er egnet for bruk i dyr under narkose, men det er lett modifiserbar å utføre opptak med en tjore system i våken dyr. Teknikken er beskrevet har potensial til å brukes i mange modeller av ICP måling. Optikken fiber som brukes i denne metoden er ufølsomt overfor enhver form for elektro-magnetiske felt, og er derfor kompatibel med imaging teknologi som MR, CT, PET og SPECT. Kvaliteten på opptakene og pålitelighet av målinger over tid er bedre thoSE innhentet ved hjelp av kommersielt tilgjengelige væskefylte kateter systemer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Vi har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Dette prosjektet ble finansiert av National Stroke Foundation, Hunter Medical Research Institute (HMRI) og National Health and Medical Research Council (NH & MRC), Australia. Spesiell takk til Avdeling for helse Workshop ansatte ved Universitetet i Newcastle for sin tekniske ekspertise.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Dental Cement Monomer | Henry Schein | VX- SC500MLL | |
| Dental Cement Polymer | Henry Schein | VX- SC1000GCL4 | |
| Dental drill burr- size 12 | Gunz Dental | EL104S001012/10 | |
| Dental drill burr- size 6 | Gunz Dental | EL104S001006/10 | |
| Metal Screw | Hardware Store | 2 x 4 mm, hexagonal head. (laboratory-modified by 0.7 mm hole drilled through shaft) | |
| SAMBA Control Unit | Harvard Apparatus | 50433102 | |
| SAMBA Sensor | Harvard Apparatus | 50461122 | 420 LP, 15cm bare fibre, radio-opaque coating |
| Silagum AV Mono caulking material | Gunz Dental | RG 9152 | Vinylpolysiloxanes, hydrogen polysiloxanes, filler, pigments, additives, plantinum catalyst |
| Terg-A-Zyme | Alconox, Inc. | 1304 | Enzyme-active powdered detergent |
References
- Ng, L. K., Nimmannitya, J. Massive cerebral infarction with severe brain swelling: a clinicopathological study. Stroke. 1, 158-163 (1970).
- Plum, F. Brain swelling and edema in cerebral vascular disease. Res. Publ. Assoc. Res. Nerv. Ment. Dis. 41, 318-348 (1966).
- Ropper, A. H., Shafran, B. Brain edema after stroke. Clinical syndrome and intracranial pressure. Arch. Neurol. 41, 26-29 (1984).
- Silver, F. L., Norris, J. W., Lewis, A. J., Hachinski, V. C. Early mortality following stroke: a prospective review. Stroke. 15, 492-496 (1984).
- Geraci, E. B., Geraci, T. A. Hyperventilation and head injury: controversies and concerns. J. Neurosci. Nurs. 28, 381-387 (1996).
- Schwab, S., Aschoff, A., Spranger, M., Albert, F., Hacke, W. The value of intracranial pressure monitoring in acute hemispheric stroke. Neurology. 47, 393-398 (1996).
- Adams, H. P. Guidelines for the early management of patients with ischemic stroke: A scientific statement from the Stroke Council of the American Stroke Association. Stroke. 34, 1056-1083 (2003).
- Zhong, J. Advances in ICP monitoring techniques. Neurol. Res. 25, 339-350 (2003).
- Aucoin, P. J. Intracranial pressure monitors. Epidemiologic study of risk factors and infections. Am. J. Med. 80, 369-376 (1986).
- Silasi, G., MacLellan, C. L., Colbourne, F. Use of telemetry blood pressure transmitters to measure intracranial pressure (ICP) in freely moving rats. Curr. Neurovasc. Res. 6, 62-69 (2009).
- Crutchfield, J. S., Narayan, R. K., Robertson, C. S., Michael, L. H. Evaluation of a fiberoptic intracranial pressure monitor. J. Neurosurg. 72, 482-487 (1990).
- Bolander, R., Mathie, B., Bir, C., Ritzel, D., Vandevord, P. Skull Flexure as a Contributing Factor in the Mechanism of Injury in the Rat when Exposed to a Shock Wave. Ann. Biomed. Eng. , (2011).
- Chavko, M., Koller, W. A., Prusaczyk, W. K., McCarron, R. M. Measurement of blast wave by a miniature fiber optic pressure transducer in the rat brain. J. Neurosci. Methods. 159, 277-281 (2007).
- Chavko, M. Relationship between orientation to a blast and pressure wave propagation inside the rat brain. J. Neurosci. Methods. 195, 61-66 (2011).
- Leonardi, A. D., Bir, C. A., Ritzel, D. V., VandeVord, P. J. Intracranial pressure increases during exposure to a shock wave. J. Neurotrauma. 28, 85-94 (2011).
