Hypoxic-ischemic encephalopathy following perinatal asphyxia can be studied using animal models. We demonstrate the procedures necessary for establishing a piglet model of neonatal hypoxic-ischemic encephalopathy.
Förlossningsasfyxi, som orsakar hypoxisk-ischemisk encefalopati (HIE), står för 0.660.000 dödsfall i världen varje år, ungefär en fjärdedel av världens 2,9 miljoner neonatala dödsfall. Djurmodeller av HIE har bidragit till förståelsen av patofysiologin i HIE, och har visat att dynamisk process som förekommer i hjärnskada på grund av perinatal asfyxi. Sålunda har djurstudier föreslog en tidsfönster för post-insult behandlingsstrategier. Hypotermi har testats som en behandling för HIE i pdiglet modeller och därefter visat sig effektiv i kliniska prövningar. Variationer av modellen har tillämpats i studiet av adjunktiva neuroprotektiva metoder och Nasse studier av xenon och melatonin har lett till klinisk fas I och II studier 1,2. Den smågris HIE modellen används vidare för nyfödda resuscitation- och hemodynamiska studier samt i undersökningar av cerebral hypoxi på cellnivå. Emellertid är det en tekniskt utmanandemodell och variationer i protokollet kan leda till antingen för lätt eller för svår hjärnskada. I den här artikeln visar vi de tekniska förfaranden som är nödvändiga för att etablera en stabil smågris modell av neonatal HIE. Först nyfödda smågris (<24 timmar gammal, median vikt 1500 g) sövdes, intuberades, och övervakas i en uppställning som är jämförbar med den som finns i en neonatal intensivvårdsavdelning. Global hypoxi-ischemi induceras genom att sänka inandningssyrefraktionen att uppnå global hypoxi, ischemi genom hypotension och en platt spår amplitud integrerad EEG (AEEG) indikerar cerebral hypoxi. Överlevnad främjas genom att justera syresättning enligt AEEG respons och blodtryck. Hjärnskada kvantifieras genom histopatologi och magnetisk resonanstomografi efter 72 timmar.
Perinatal asfyxi är en akut och ofta oförutsett tillstånd associerade med hypoxisk-ischemisk encefalopati (HIE). Det övergripande målet med detta protokoll är att visa en smågrisarnas överlevnad modell för perinatal hypoxisk-ischemisk encefalopati. Denna modell kan användas för att undersöka effekten av olika grader av hypoxi-ischemi på neonatal hjärnan och experimentella behandlingar på neuropatologi, magnetisk resonanstomografi och spektroskopi (MRI och MRS) och biomarkörer i kroppsvätskor, såsom blod, cerebrospinalvätska och urin . Modellen har också visat sig vara användbara för att undersöka det kardiovaskulära systemet, andningssystemet, njure och lever, vilka alla påverkas på globala hypoxi-ischemi.
Perinatal asfyxi är ett resultat av nedsatt syretillförsel intrapartal eller i dess omedelbara post-partum period. Intrapartal hypoxiska händelser står för 0.660.000 dödsfall i världen varje år, ungefär en fjärdedel av världens 2,9 million neonatala dödsfall under 2012 3. År 2010 1,15 miljoner barn uppskattades ha utvecklat neonatal encefalopati efter förlossningsasfyxi 4. HIE definieras som encefalopati hos spädbarn födda efter 34 graviditetsveckor sker i 1-3 / 1000 levande födda 5 i den industrialiserade världen och upp till 8,5 / 1000 levande födda i utvecklingsländer 4. Risken för död är 10-60%, och risken för neurologiska handikapp i överlevande 30-100% 6,7. 50.200.000 funktionshinder justerade levnadsår (DALY) tillskrivs intrapartal hypoxiska händelser 4. För närvarande är den enda behandling än stödjande för HIE är efter hypoxisk hypotermi. Således framsteg inom diagnostik och behandlingsstrategier är avgörande för att förbättra förvaltningen av HIE 8.
Förbättringar i prognosen efter perinatal asfyxi och förvaltning av neonatal hjärnskada bygger på att öka kunskapen om mekanismerna bakom sjukdoms end möjliga behandlingar. Djurmodeller av HIE är särskilt användbara som olika kliniska händelser kan leda till HIE och förekomsten i en enskild födelse centrum är låg 5. En experimentuppställning där påverkan av biologisk variation kan minimeras, är viktigt när man testar nya prognostiska och diagnostiska verktyg och behandlingsstrategier. En djurmodell bör närma den kliniska situationen så nära som möjligt och därmed bidra till förståelsen av de patologiska mekanismerna bakom den inducerade skadan och den dynamiska process som krävs i sjukdomen och det är resultatet 9. Djurmodeller av neonatal HIE har inkluderat ett antal arter, inklusive gnagare, lamm och svin. I jämförelse har det nyfödda spädgris högre likhet med en human nyfödda med avseende på storlek, hjärt-kärlsystemet 10 och hjärna mognad vid tidpunkten för leverans 11,12. Övervakning, instrumentering och utvärdering av resultatet i smågris modellen liknar that används i klinisk vård av barn med HIE. Följaktligen finns det en hög grad av översättning till vård av nyfödda från denna modell.
Smågrisar modeller av perinatal hypoxi och HIE används av många grupper och varierar i ett antal områden 13. Enligt syftet med försöket, måste uppmärksamhet ägnas åt valet av läkemedel, metod för att inducera hypoxi-ischemi, metod för att styra förolämpning varaktighet och svårighetsgrad, efter förolämpning återupplivning och omsorg, och resultatet utvärdering. För att undvika en snedvridning en randomiserad studie design bör alltid användas i interventionsstudier.
Den metod som används vid induktion av hypoxisk-ischemisk skada är viktigt. Globalt hypoxi som leder till HIE resulterar ofta i ett misslyckande i flera organ inbegriper hjärnan, hjärtat, lungorna, njurarna och levern. Beroende på resultaten utvärderas, bör modeller från HIE baseras på globala hypoxi och ischemi i stället förlita sig på fokal ischemi, t ex., Genom ligering av bilotid artärer 14. En nyligen papper appliceras en kombination av hypoxi (FiO 2 12%) och halspulsådern kompression medan det genomsnittliga arteriella blodtrycket> 40 mm Hg 2 bibehållande. En annan grupp inducerad global hypoxi med 8% O2 tills negativt basöverskott> 20 mmol / l eller genomsnittligt arteriellt blodtryck (MABP) <15 mm Hg, och avlivades djuren vid 4 h 15. Hypoxi har också titreras genom hjärtminutvolym (till 30-40% av baslinjen), MABP (till 30-35 mm Hg) och arteriell pH (6,95-7,05) 16.
Modeller av global hypoxi-ischemi titreras genom AEEG undertryckande liknande den som presenteras i denna rapport har visat encefalopati som är kliniskt, elektrofysiologiskt och neuropatologiskt jämförbar med tillstånd finns i asphyxiated sikt spädbarn 17,18.
Graden av HIE inducerad är viktigt. En användbar djurmodell för HIE måste också göra det möjligt att testa nya diagnostiska procedurer och behandlingsalternativ. För att möjliggöra detta bör modellerna inducerar måttlig HIE där det finns en behandling potential som svår hjärnskada med liten eller ingen behandling potential skulle vara mindre relevanta när man utvärderar nya behandlingar. Tolerans till hypoxi varierar kraftigt mellan försöksdjuren. Tidigare studier har visat att man kan uppnå en jämnare hjärnskada och att fler djur överlever 17,19 genom individualisering av hypoxi enligt varje Nasses cerebral svar utvärderas av amplitud integrerad elektroencefalografi (AEEG) snarare än att använda ett värde set FiO 2 hela hypoxisk händelse. Varaktigheten av AEEG undertryckande korrelerar till graden av hjärnskada, med några histopatologiska förändringar på <20 min AEEG undertryckande och allvarliga kramper ökar i> 45 min AEEG undertryckande. En nyligen genomförd granskning av neuroprotektiva behandlingar för HIE identifierat behovet av överlevnad modeller möjliggör beteendeutfallsmåttderna i djurmodeller 20.
Det finns många fördelar med det presenterade HIE Nasse modell. Den är baserad på en art där resultaten är i hög grad sannolikt att översätta till den mänskliga fysiologin. Globala hypoxi-ischemi modeller multiorgansvikt och titrering av hypoxi-ischemi genom AEEG framkallar en konsekvent grad av hjärnskada med överlevnads kliniskt relevanta resultat så att biomarkörer, MRI och beteende kan utvärderas på relevanta tidpunkter.
Nasse modeller av perinatal asfyxi och HIE har inte bara bidragit avsevärt till aktuell inblick i HIE patofysiologi, men har också framgångsrikt föregås kliniska prövningar, i slutändan resulterar i nya behandlingar hos människor. Nasse modellstudier har spelat en nyckelroll i upprättandet hypotermi som behandling för HIE 21, och används i neonatal återupplivning forskning 22. Olika grupper har använt smågris modeller när de utför forskning inom asfyxi och HIE, end studier omfattar hypotermi 23, alfa-melanocytstimulerande hormon 24, hjärtstillestånd 25, tyrosinhydroxylasaktivitet 26, upprepad hypoxisk exponering 27, NMDA-receptoraktivitet 14 och nära-infrarödspektroskopi 28.
Den smågris modell HIE presenteras i denna rapport är tekniskt utmanande att arbeta med, som mindre justeringar under loppet av förfarandet kan leda till antingen för lätt eller för svår hjärnskada 29,2. Vi fann att den befintliga litteraturen saknade tillräcklig detalj för att reproducera tidigare publicerade modeller. Således, här visar vi varje steg av de tekniska förfaranden som är nödvändiga för att upprätta en griskulting 72 timmar överlevnad modell i denna rapport, gör det möjligt för forskare att etablera denna avancerade modell för studier av HIE.
På grund av dess komplexitet, kan den beskrivna modellen endast genomföras i anläggningar som är ackrediterade och erfarna i djurförsök. Godkännande av lokala etikkommittéer måste erhållas före initiering av experimenten, och optimal djurskydd måste garanteras vid alla tidpunkter. Eftersom modellen är baserad på överlevnaden av testdjuren, är det viktigt att en steril miljö upprätthålls under invasiva förfaranden för att förhindra infektioner.
Valet av anestesi är vikt…
The authors have nothing to disclose.
The authors would like to thank John Kristensen and Søren Braad Andersen from the Department of Communication, Aarhus University Hospital, Denmark, for their exceptional help with filming and editing. Animal technician Diana Gyldenløve and veterinarian Birgitte Kousgaard, Institute of Clinical Medicine Aarhus University Hospital, Denmark for assisting with animal care. This study was supported by the Lundbeck Foundation, the Laerdal Foundation for Acute Medicine, Central Denmark Region’s Research Foundation, Augustinus Foundation, Aase and Ejnar Danielsens Foundation, the Institute of Clinical Medicine Aarhus University Hospital, Brødrene Hartmanns Foundation, Karen Elise Jensens Foundation, Fonden til Lægevidenskabens Fremme, and Marie Dorthea og Holger From, Haderslevs Fond.
Warm-touch-pediatric blanket | Covidien | 5030840 |
Adhesive Apertrue Drape | Barrier | 915447 |
Utility Drape (sterile) 75×80 cm | Barrier | 800530 |
Neoflon | BD – Luer | 391350 |
Laryngoscope | Miller | 85-0045 |
Endotracheal tube 2.5 mm | Covidien | 111-25 |
Endotracheal tube 3.0 mm with cuff | Unomedical | MM61110030 |
Endotracheal tube 3.5 mm with cuff | Unomedical | MM61110035 |
Anesthesia machine | GE Healthcare | 1009-9002-000 |
EEG – electrodes/disposable subdermal needle electrode | Cephalon | ACCE120550 |
ECG – electrodes | medtronic | 3010107-003 |
ECG-electrodes for MR | philips | ACCE120550 |
Arterial blood sampler – aspirator | Radiometer medical ApS | 956552 |
Polyurethane Umbilical vein catheter (5 Fr/Ch) | Covidien | 8888160341 |
Polyurethane Umbilical vein catheter (3,5 Fr/ch) | Covidien | 8888160333 |
Suture set (size 3-0) | Covidien | 8886 623341 |
BD Spinal needle 0.7x38mm | BD needles | 405254 |
Gas with 96% Nitrogen / 4% oxygen | Air Liquide | made on order |
NeuroMonitor (CFM) system | Natus Medical Incorporated | OBM70002 |