Ultrasuoni Imaging per la valutazione di Spinal Cord Blood Flow in Sperimentale midollo spinale Lesioni
Summary
Contrast Enhanced Ultrasound imaging is a reliable in-vivo tool for quantifying spinal cord blood flow in an experimental rat spinal cord injury model. This paper contains a comprehensive protocol for application of this technique in association with a contusion model of thoracic spinal cord injury.
Abstract
Riduzione del midollo spinale del flusso sanguigno (SCBF) (cioè, ischemia) svolge un ruolo chiave nel traumatico lesioni del midollo spinale (SCI), fisiopatologia e di conseguenza è un obiettivo importante per le terapie neuroprotettive. Anche se diverse tecniche sono state descritte per valutare SCBF, tutti hanno limitazioni significative. Per superare questi ultimi, si propone l'uso di immagini in tempo reale di contrasto ecografia (CEU). Qui si descrive l'applicazione di questa tecnica in un modello di ratto contusione SCI. Un catetere giugulare viene prima impiantato per l'iniezione ripetuta di mezzo di contrasto, una soluzione di cloruro di sodio di esafluoruro di zolfo microbolle incapsulate. La colonna vertebrale viene poi stabilizzato con un 3D-telaio su misura e il midollo spinale dura madre è esposta da una laminectomia a Thix-ThXII. La sonda ecografica viene quindi posizionato nel lato posteriore della dura madre (rivestito con gel ultrasuoni). Per valutare SCBF linea di base, una singola iniezione per via endovenosa (400 ml) di contraagente st viene applicato per registrare il suo passaggio attraverso l'intatto microcircolo del midollo spinale. Un dispositivo di peso-drop viene successivamente utilizzato per generare un modello riproducibile contusione sperimentale di SCI. Agente di contrasto è ri-iniettato 15 min dopo l'infortunio per valutare i cambiamenti post-SCI SCBF. CEU permette in tempo reale e in-vivo valutazione delle variazioni SCBF seguito SCI. Nel animale indenne, ecografia mostrava irregolare flusso di sangue lungo il midollo spinale intatto. Inoltre, 15 min post-SCI, c'era ischemia critica al livello dell'epicentro mentre SCBF rimasta conservata nelle zone più remote intatto. Nelle regioni adiacenti all'epicentro (sia rostrale e caudale), SCBF è stato notevolmente ridotto. Ciò corrisponde a quella precedentemente descritta "zona penombra ischemica". Questo strumento è di grande interesse per la valutazione degli effetti di terapie volte a limitare l'ischemia e la necrosi dei tessuti risultante a seguito SCI.
Introduction
Lesioni traumatiche del midollo spinale (SCI) è una condizione devastante che causa una forte compromissione motoria, sensoriale e funzioni autonome. Finora, nessuna terapia ha dimostrato la sua efficacia in pazienti. Per tale motivo, è importante individuare nuove tecniche in grado di migliorare la valutazione dei potenziali trattamenti e può chiarire ulteriormente lesioni pathiophysiology 1.
SCI è diviso in due fasi sequenziali, denominato lesioni primari e secondari. La lesione primaria corrisponde l'insulto meccanico iniziale. Considerando che i gruppi di lesioni secondarie una cascata di vari eventi biologici (come l'infiammazione, lo stress ossidativo e l'ipossia) che contribuiscono a seguito della progressiva espansione della lesione iniziale, danni ai tessuti e quindi neurologico deficit 2,3.
Nella fase acuta della SCI, terapie neuroprotettive hanno lo scopo di ridurre la patologia danno secondario e should di conseguenza migliorare i risultati neurologici. Tra i tanti eventi di lesioni secondarie, ischemia svolge un ruolo cruciale di 4,5. A livello dell'epicentro SCI, i microvasi parenchimali danneggiate ostacolano efficace midollo flusso ematico ombelicale (SCBF). Inoltre, SCBF è significativamente ridotta nella regione circostante l'epicentro lesioni, un'area particolare nota come "zona penombra ischemica". Se SCBF non può essere rapidamente ripristinata entro queste regioni, l'ischemia può portare alla necrosi parenchimale supplementare e danni ai tessuti ulteriormente nervoso. Come anche il mantenimento del tessuto minima può avere effetti sostanziali della funzione, è di grande interesse per sviluppare farmaci e terapie che possono ridurre l'ischemia post-SCI. Per evidenziare questo fenomeno, lavoro precedente ha dimostrato che la conservazione di solo il 10% degli assoni mielinizzati è stato sufficiente per consentire a piedi nei gatti post-SCI 6.
Sebbene diverse tecniche sono state descritte per valutare SCBF, lay tutti hanno limitazioni significative. Ad esempio, l'uso di microsfere radioattive 7,8 e C14-iodopyrine autoradiografia 9 richiede una successiva sacrificio di animali e non può essere ripetuta in successivi punti temporali. La tecnica di depurazione idrogeno 10 dipende l'inserimento di elettrodi intraspinali, che potrebbero danneggiare ulteriormente il midollo spinale. Mentre Doppler laser, fotopletismografia 14,15 e in vivo luce microscopia 16 hanno una molto limitata profondità / superficie di misura 11-13.
La nostra squadra ha già dimostrato che un contrasto migliori ultrasuoni (CEU) di immagini può essere utilizzato per valutare in tempo reale e in vivo i cambiamenti SCBF nel parenchima midollo spinale di ratto 17. E 'importante notare che una tecnica simile è stata applicata da Huang et al. In un modello suino di SCI 18. CEU applica una specifica modalità di imaging ad ultrasuoni che permette di associare in scala di grigi im morfologicaetà (ottenuti per B-mode convenzionale) con distribuzione spaziale del flusso di sangue 19. Imaging SCBF e la quantificazione si basa su iniezione intravascolare di agenti di eco-contrasto. L'agente di contrasto è costituito da microbolle di esafluoruro di zolfo (diametro di media circa 2,5 micron e il 90% ha un diametro inferiore a 6 micron) stabilizzata da fosfolipidi. Le microbolle riflettono il fascio di ultrasuoni emesso dalla sonda migliorando così ecogenicità sangue ed il contrasto dei tessuti secondo il loro flusso sanguigno. È quindi possibile valutare il flusso di sangue in una data regione di interesse secondo l'intensità del segnale riflesso. Le microbolle sono anche sicuro e sono stati applicati clinicamente nell'uomo. L'esafluoruro di zolfo è rapidamente cancellata (media emivita terminale è di 12 min) e più del 80% del esafluoruro di zolfo somministrato viene recuperato nell'aria espirata entro 2 minuti dopo l'iniezione. Questo protocollo fornisce un modo semplice per utilizzare CEU iminvecchiamento per valutare i cambiamenti SCBF nel ratto.
Protocol
Representative Results
Discussion
Anche se abbiamo descritto come utilizzare CEU in un ratto SCI modello di contusione, questo protocollo può essere modificato per adattarsi altri obiettivi sperimentali o modelli SCI. Abbiamo scelto di misurare SCBF a soli due punti di tempo (prima della ferita e 15 min post-SCI), tuttavia il numero di punti di tempo e il ritardo tra le misurazioni SCBF possono essere adattati per soddisfare le esigenze di altri studi. Ad esempio, nel nostro precedente lavoro 17, abbiamo misurato SCBF in cinque punti tempora…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We acknowledge Stephanie Gorgeard, Thierry Scheerlink (Toshiba France), and Christophe Lazare (Bracco France).
Materials
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Comments/Description | |
| External Fixator Hoffman 3 | Stryker, Kalamazoo, USA | Modular system used to build the custom made 3D frame and the jointed arm holding the ultrasound probe | |
| Toshiba Applio | Toshiba, Tokyo, Japan | Ultrasound machine | |
| Sonovue | Bracco, Milan, Italy | Contrast agent : microbubbles | |
| Vueject pump | Bracco, Milan, Italy | Electric pump for infusion of microbubbles bolus | |
| Aquasonic Ultrasound Gel | Parker Laboratories, Fairfield, NJ, USA | Ultrasound gel used to transmit the ultrasound waves | |
| Isovet | Piramal Healthcare, Mumbai, India | Isoflurane used for anesthesia | |
| Ultra Extend | Toshiba, Tokyo, Japan | Software used for quantification of spinal cord blood flow | |
| Mastercraft Five-piece Mini-pliers Set, Product #58-4788-6 | Canadian Tire, Toronto, Canada | Set of pliers for Do-it-yourself job |
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