Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

تقييم التنظيم التلقائي لتدفق الدم الدماغي في الفئران باستخدام الليزر دوبلر الجريان

Published: January 19, 2020 doi: 10.3791/60540
Automatic Translation
*1, *1, *1, 1
1Department of Physiology, Medical College of Wisconsin
* These authors contributed equally

Summary

توضح هذه المقالة استخدام الليزر دوبلر الجريان لتقييم قدره الدورة الدموية الدماغية لتنظيم تدفق الدم تلقائيا خلال التخفيضات في ضغط الدم الشرياني.

Abstract

عند التحقيق في أليات الجسم لتنظيم تدفق الدم الدماغي ، يمكن الحصول علي قياس نسبي لتدفق الدم في الاوعيه الدموية الدقيقة باستخدام الليزر دوبلر الجريان (DF). توضح هذه الورقة اعداد الجمجمة المغلقة التي تسمح بتقييم تدفق الدم الدماغي دون اختراق الجمجمة أو تركيب حجره أو نافذه دماغيه. لتقييم أليات التنظيمية التلقائية ، يمكن استخدام نموذج للحد من ضغط الدم المتحكم به عن طريق النزف المتدرج اثناء الاستخدام المتزامن لل DF. وهذا يتيح تتبع الوقت الحقيقي للتغيرات النسبية في تدفق الدم استجابه للتخفيضات في ضغط الدم الشرياني الناتجة عن سحب حجم الدم المتداول. هذا النموذج هو نهج قيم لدراسة التنظيم التلقائي لتدفق الدم الدماغي خلال التخفيضات في ضغط الدم الشرياني ، ومع التعديلات الطفيفة في البروتوكول ، هو أيضا قيمه كنموذج تجريبي من الصدمة النزفية. بالاضافه إلى تقييم الاستجابات التنظيمية التلقائية ، يمكن استخدام DF لمراقبه تدفق الدم القشري عند التحقيق في أليات الايضيه ، العضلية ، البطانية ، القرنية ، أو العصبية التي تنظم تدفق الدم الدماغي وتاثير التجارب المختلفة التدخلات والحالات المرضية علي تدفق الدم الدماغي.

Introduction

أليات التنظيم التلقائي في الدورة الدموية الدماغية تلعب دورا حاسما في الحفاظ علي التوازن والوظيفة الطبيعية في الدماغ. يتاثر التنظيم التلقائي لتدفق الدم الدماغي بعوامل متعددة بما في ذلك معدل ضربات القلب ، وسرعه الدم ، وضغط التروية ، وقطر شرايين المقاومة الدماغية ، ومقاومه الدوران المجهري ، وكلها تلعب دورا في الحفاظ علي إجمالي تدفق الدم الدماغي الثابت في الدماغ علي المدى الفسيولوجي لضغط الدم الجهازي. عندما يزيد الضغط الشرياني, هذه أليات الشريانية الدقيقة والشرايين المقاومة لمنع الزيادات الخطيرة في الضغط داخل الجمجمة. عندما ينخفض ضغط الدم الشرياني ، تمدد أليات التحكم المحلية الشرايين للحفاظ علي الانسجه الفوقية و O2 التسليم. الحالات المرضية المختلفة مثل hypercapnia ، صدمه أو العالمية أصابه الدماغ نقص الأكسجين ، واعتلال الاوعيه الدموية السكري1،2،3،4،5،6 قد يعطل قدره الدماغ علي تنظيم تدفق الدم تلقائيا. علي سبيل المثال, ارتفاع ضغط الدم المزمن يغير نطاق التنظيم التلقائي الفعال نحو الضغوط العالية7,8,9, والملح العالي (HS) النظام الغذائي لا يتداخل فقط مع تمدد البطانة الطبيعية المعتمدة في الدورة الدموية الدماغية10, ولكنأيضا يضعف قدره أليات التنظيم التلقائي في الدورة الدموية وضعف التنظيم الذاتي الدماغي أيضا في دال الفئران الحساسة للملح عندما يتم تغذيتها نظام غذائي HS12.

خلال التخفيضات في الضغط الشرياني ، وتمدد الشرايين المقاومة الدماغية والشريانية في البداية إرجاع تدفق الدم الدماغي للسيطرة علي القيم علي الرغم من انخفاض ضغط التروية. ومع انخفاض الضغط الشرياني ، يظل تدفق الدم الدماغي ثابتا عند الضغط المنخفض (مرحله الهضبة من الاستجابة التنظيمية التلقائية) حتى لا يمكن تمدد الاوعيه الدموية للحفاظ علي تدفق الدم عند الضغط المنخفض. والضغط الأدنى الذي يمكن فيه للجهاز الحفاظ علي تدفق الدم الطبيعي يسمي الحد الأدنى من التنظيم التلقائي (LLA). في الضغوط تحت LLA, انخفاض تدفق الدم الدماغي بشكل كبير من القيم يستريح والانخفاضات في الأزياء الخطية مع كل انخفاض في الضغط ترويهالشرياني 13,14. التحول التصاعدي في LLA ، كما لوحظ في ارتفاع ضغط الدم7،8،9، قد تزيد من خطر وشده الاصابه بنقص التروية خلال الظروف التي يتم فيها تقليل ضغط التروية الشريانية (علي سبيل المثال ، احتشاء عضله القلب ، السكتة الدماغية ، أو صدمه الدوران).

وقد ثبت ان df نهجا قيما للغاية لتقييم تدفق الدم في دوران الاوعيه الدقيقة تحت مجموعه متنوعة من الظروف ، بما في ذلك التنظيم التلقائي لتدفق الدم في الدورة الدموية الدماغية11،14،15. بالاضافه إلى تقييم الاستجابات التنظيمية التلقائية ، يمكن استخدام df لمراقبه تدفق الدم القشري عند التحقيق في الأيض ، العضلي ، البطانية ، أليات العصبية التي تنظم تدفق الدم الدماغي وتاثير مختلف التدخلات التجريبية والحالات المرضية علي تدفق الدم الدماغي10،16،17،18،19،20

يقيس DF التحول في ضوء الليزر ينعكس استجابه لعدد وسرعه الجسيمات المتحركة-في هذه الحالة ، خلايا الدم الحمراء (ربك). لدراسات التنظيم التلقائي للاوعيه الدموية الدماغية ، يتم تغيير ضغط الدم الشرياني اما عن طريق ضخ ناهض الفا الكظر لزيادة الضغط الشرياني (لان الدورة الدموية الدماغية نفسها غير حساسة لناهضات الاوعيه الدمويةالفاالكظر)12،15 أو عن طريق التحكم في حجم الدمالانسحابللحد من في هذه الدراسة ، يستخدم DF لإظهار اثار التخفيضات المتدرجة في ضغط الدم علي التنظيم التلقائي الدماغي في الفئران صحية. علي الرغم من ان طرق الجمجمة المفتوحة والمغلقة قد وصفت في الأدب22،23،24،25، توضح هذه الورقة اعداد الجمجمة المغلقة ، مما يسمح بتقييم تدفق الدم الدماغي دون اختراق الجمجمة أو تركيب حجره أو نافذه دماغيه.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

وافقت الكلية الطبية في ولاية ويسكونسن المؤسسية لرعاية الحيوانية واستخدامها (IACUC) جميع البروتوكولات الموصوفة في هذه الورقة وجميع الإجراءات هي في الامتثال للمعاهد الوطنية للصحة (المعاهد القومية للصحة) مكتب رعاية الماشية المختبرية (OLAW) الانظمه.

1. الحيوانية التجريبية والتحضير للتسجيل

  1. استخدم الفئران الذكور البالغة من العمر 8 – 12 أسبوعا والتي تزن 250 – 300 غرام. لهذه التجارب ، إطعام الفئران حمية قياسيه تتكون من 0.4 ٪ كلوريد الصوديوم ، 200 غرام/كغ الكازين ، 3 غرام/كغ DL-ميثيونين ، 497.77 غ/كغ السكروز ، 150 غرام/كغ نشا الذرة ، 50 غرام/كغ من زيت القمح ، 50 غرام/كغ السليلوز ، 2 غرام/كغ من بيتارتراتي الكولين ، 35 غرام/كغ مزيج معدني ، و 10 غرام/كغ من فيتامين
  2. سجل ضغط الدم الشرياني وقراءات DF باستخدام برامج الحصول علي البيانات أو اي طريقه تسجيل قابله للمقارنة.
  3. إرفاق محول الضغط الشرياني إلى قناه واحده من نظام التسجيل والتحقيق DF إلى قناه أخرى علي نظام التسجيل.
  4. قبل القياس ، معايره المسبار دوبلر الليزر لوضع معيار الحركة وضمان ان الليزر دوبلر الجريان هو توفير إنتاج ثابت.
  5. اعداد المعدات الاضافيه اللازمة للجراحة التحضيرية والتجربة: المجهر تشريح ، والتنفس الصناعي القوارض ، ونهاية المد والجزر مراقبه2 ، وأداه مجسمه لإصلاح راس الجرذ في الموقف ، والجزئي لتحديد موقع التحقيق df علي دوران الاوعيه الدقيقة والحفاظ عليه في موقف ثابت.

2. التحضير الجراحي

  1. تزن الفئران وتخدير الحيوانية في غرفه التعريفي مع 3.5 ٪ ايزوفلونان و 30 ٪ O2 الملحق.
  2. أزاله الحيوانية من الغرفة التعريفي واستبدال قناع التخدير تقديم 1.5-3 ٪ ايزوفلوراني مع 30 ٪ O2 الملحق.
  3. وضع الفئران علي بطانية المياه المتداولة الحفاظ علي 37 درجه مئوية والتحقق من ردود الفعل مع قرصه اصبع القدم للتاكد من ان هناك منعكس الانسحاب. تطبيق مرهم معقم العيون لكلا العينين لمنع جفاف القرنية.
  4. احلق اعلي الجمجمة ومنطقه الرقبة البطنية والمثلثات الفخذية. أزاله اي شعر فضفاض من تلك المناطق ونظيفه مع فرك الكحول.
  5. وضع الفئران في موقف ضعيف علي وساده التدفئة مع تعميم ضخ المياه الدافئة للحفاظ علي درجه حرارة الجسم الحيوانية في 37 درجه مئوية وتامينه مؤقتا إلى لوحه باستخدام الشريط الطبي.
  6. تثبيت قني الرغامي (PE240 أنابيب البولي إيثيلين) من خلال شق بطني في الرقبة كما هو موضح في مكان آخر26.
  7. إرفاق قني الرغامي إلى نهاية المد والجزر2 رصد والتنفس الاصطناعي تسليم 2.5-3.0 ٪ ايزوفلواني (اعتمادا علي حجم الحيوانية) و 30 ٪ O2 الملحق استنشاق. تاكد من ان معدل التنفس ، شهيق time ، ودقيقه تنفس حجم يتم تعيين ورصدها لضمان نهاية منتهية المد والجزر CO2 من حوالي 35 مم زئبق في جميع انحاء التجربة.
    ملاحظه: هذا يتحقق عموما مع معدل التنفس من تقريبا 48-60 الأنفاس/دقيقه ، وحجم المد والجزر من 1.70-2.30 مل ، والوقت الهام من 0.50-0.60 s ل 250-300 غ الفئران.
  8. أملا PE50ين من البولي إيثيلين مع 1 ش/مل الهيبارين في محلول كلوريد الصوديوم متساوي الحركة لمنع التخثر والحفاظ علي الرضفة من القسطرة. بعد التعبئة ، شطبت نهاية مفتوحة من كل قني مع مقص الجراحية لتسهيل الادراج في الشريان.
  9. تعليب الشرايين الفخذية اليمني واليسرى كما هو موضح في مكان آخر27 للسماح بالمراقبة المستمرة للضغط الشرياني في قسطرة واحده وسحب الدم من القسطرة الأخرى.
    1. بعد فصل الشرايين بعناية عن الانسجه المحيطة تحت المجهر التشريح ، ضع الطرف البعيد للشريان ووضع غرزين إضافيتين حول الطرفين الأوسط والقريب من الشريان دون شد العقدة.
    2. استخدم الخياطة القريبة كشد لمنع النزيف من الشريان بعد الشق لإدخال الكانولا (الخطوة 2.11).
  10. قم بإدخال سلك علي شكل حرف V من قصاصه ورقيه تحت الشريان من أجل اوككلودي الوعاء حتى يتم تامين الكانولا.
  11. تحت المجهر تشريح اجراء شق صغير في الشريان الفخذي بالقرب من ربط البعيدة باستخدام مقص فأنوا. ادراج نهاية مشطوف من قني في الشق والتقدم بها في الشريان الفخذي. تشديد عقده علي الرباط الأوسط لتامين قني في المكان بحيث لا يتم فكها عن طريق الضغط الشرياني عند أزاله الاربطه أو قصاصه الورق.
  12. بعد شد الاربطه الوسطي ، حرر التوتر علي شد الاربطه و/أو قم بازاله مشبك الورق ، وشد الاربطه القريبة.
  13. اغلق الشق مع الغرز الدقيقة (3 – 0 حرير) أو التدبيس الجراحي. بدلا من ذلك ، ضع الشاش رطبه علي موقع الشق ، اعتمادا علي حجم الشق.

3. ترقق الجمجمة لقياسات DF

  1. فورا بعد الأكل في مكانها ، وضع الحيوانية في موقف القصيه وتامين الراس في جهاز ستريو ، والحرص علي عدم أزاحه القسطرة أو أنبوب الرغامي.
  2. استخدام مقص الجراحية لجعل شق بيضاوي الشكل في الجلد التي تغطي جمجمة. استخدام مسحه القطن لأزاله اي النسيج الضام ، وضمان ان جمجمة نظيفه وجافه. ضع قطعه صغيره ممدوده وملفوفه من المناديل الورقية حول الشق علي فروه الراس لوقف اي نزيف.
  3. تحت المجهر تشريح ، استخدم أداه Dremel أو مثقاب الأسنان مع مثقاب 2.15 ملم إلى رقيقه منطقه صغيره من العظام (ما يقرب من 0.5-1 سم اعتمادا علي حجم الفئران) في المنطقة الجدارية علي القشرة الجسدية اليسرى أو اليمني.
    تحذير: رقيقه العظم ببطء وبعناية لتجنب اختراق الجمجمة. اثناء تنفيذ هذه الخطوة ، يجب تطبيق محلول ملحي بشكل متحرر لمنع المنطقة من الإنهاك.
  4. مره واحده وقد ضعفت الجمجمة والمنطقة لديها مظهر وردي و/أو يتم تصور الاوعيه الدموية ، وتغطيه المنطقة مع الزيوت المعدنية واستخدام الجزئي لوضع المسبار دوبلر الليزر علي الدورة الدموية الدماغية المكشوفة بحيث غيض من المسبار هو مجرد لمس الأعلى من تجمع النفط المعدنية (الشكل 1).
    ملاحظه: من الضروري اتخاذ قياسات DF في منطقه لا توجد فيها اهتزازات خارجيه تتداخل مع قراءات دوبلر الليزرية وان المسبار مثبت بشكل أمن علي نفس المنطقة المستهدفة طوال التجربة.

4. تقييم التنظيم التلقائي للاوعيه الدموية الدماغية

  1. بمجرد ان يتم إصلاح المسبار DF في الموقع ، والسماح 30-45 دقيقه تاخيرمن الفترة قبل البدء في التجربة. بعد الفترة التاخيرمنه ، قياس الضغط الشرياني المتوسط (MAP) وتدفق الدم الدماغي بالليزر (لكل 30 ثانيه) لمده 2 دقيقه ومتوسط القيم للحصول علي القيم الاساسيه لضغط الدم قبل النزيف والسكر.
  2. لتقييم التنظيم التلقائي للاوعيه الدموية الدماغية استجابه لخفض الضغط الشرياني ، وقياس النظام الكتروني الخاص بالدم والخريطة بعد عمليات السحب المتعاقبة من 1.5 مل من الدماء من الشريان الفخذي11. للحفاظ علي براءة القسطرة ، تاكد من ان حجم محلول الهيبارين (100 U/mL في المحلول الملحي المتساوي في الماء) يساوي تقريبا حجم القسطرة الذي يتم غرسه بعد كل سحب للدم.
    ملاحظه: عند غرس محلول الهيبارين للحفاظ علي القسطرة ، من المهم ان تتطابق مع حجم محلول الهيبارين لحجم القسطرة بأكبر قدر ممكن لمنع الحيوانية من تلقي الكثير من الهيبارين ، والتي يمكن ان تسبب غير المرغوب فيها النزيف.
  3. بعد كل سحب حجم الدم ، والسماح للفئران لتتوازن لمده 2 دقيقه ، وبعد ذلك يتم تسجيل الخريطة والسجلات كل 30 ثانيه لمده 2 دقيقه. كرر سحب حجم الدم حتى يصل الحيوانية إلى خريطة من حوالي 20 زئبق.
  4. تحديد نطاق التنظيم التلقائي الفعال عن طريق تحديد نطاق ضغوط الدم من النزف المسبق للخريطة إلى LLA (الخطوات 4.5 و 5.3 ، أدناه).
  5. تحديد الحد الأدنى للضغط الذي لا تزال فيه الجبهة التي تعود إلى 20 ٪ من قيمه السيطرة علي النزيف بعد الانسحاب من حجم الدم ، كما سبق وصفها11،28 أو عن طريق تحديد نقطه تقاطع خطوط الانحدار التي تحددت خلال مرحله الهضبة من التنظيم التلقائي وتحت LLA ، حيث تنخفض مع كل انسحاب الدم المتعاقبة (الخطوة 5.3
    ملاحظه: قد تختلف معايير تحديد الهضبة التنظيمية والتلقائية بين المختبرات (علي سبيل المثال ، Takada et al.28 Vs. جونز وآخرون29) ، فضلا عن إجراءات للحد من ضغط الدم الشرياني (علي سبيل المثال ، سحب كميه معينه من الدم مقابل النزيف المحكوم للوصول إلى مستويات ضغط شرياني محدده)11.
  6. في نهاية التجربة ، موت ببطء الحيوانية عن طريق إنشاء استرواح الصدر الثنائية بينما تحت التخدير الجراحي ، كما وافق عليه IACUC.
  7. ستوفر قيم DF التي تم الحصول عليها في النسيج بعد رحيم الحيوانية قيمه تدفق الأساس الصفري للاعداد التجريبي.

5-التحليل الإحصائي

  1. اجراء تحليل الانحدار الخطي لتقييم الارتباط بين قيم DF والضغط الشرياني المطابق لها. استخدم قراءات DF الاساسيه التي تم الحصول عليها بعد رحيم الحيوانية للتاكد من عدم وجود اشاره DF غير محدده تؤثر علي معدلات التدفق المقيسة.
  2. حساب LLA باستخدام التقاطع بين خطوط الانحدار أعلاه وأسفل الهضبة التنظيمية التلقائية. لحساب LLA باستخدام هذه الطريقة ، الجمع بين معادلات الانحدار اثنين وحل المعادلة الناتجة للضغط الشرياني.
  3. عند مقارنه المجموعات التجريبية المختلفة ، استخدم تحليل الانحدار الخطي لحساب المنحدرات لعلاقة الضغط الشرياني الأعلى والأسفل لكل حيواني وتلخيصها علي انها تعني ± SEM للحيوانات في تلك المجموعة التجريبية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

ويلخص الشكل 2 نتائج التجارب التي أجريت في 10 من الذكور الفئران sprague-dawley تغذيه المختبر القياسية تشاو. وفي تلك التجارب ، تم الحفاظ علي النسبة المئوية لهذا النزيف في حدود 20 في المائة من قيمه النزف السابق للدماء بعد السحب الأول لحجم الدم الثلاثة ، إلى ان وصل الضغط الشرياني المتوسط إلى الفصيلة. وقد تسببت عمليات السحب اللاحقة لكميات الدم في الضغوط التي كانت تقل عن الضغط التدريجي لهذه العملية في الحد من الدورة الدموية ، مما يدل علي ان الدوران الدماغي لم يعد قادرا علي إنتاج مستوي كاف من توسع الاوعيه للحفاظ علي ثبات تدفق الدم الدماغي عند الضغط السفلي.

ويلخص الشكل 3 العلاقة بين الضغط الشرياني المتوسط والمرحلة الاوليه في مرحله الهضبة (map ≫ 65 مم زئبق) والطور المتحلل (map ≪ 65 مم زئبق) من التنظيم التلقائي cbf. وفي الضغوط التي تتعرض لها المنظمة أو فوقها ، لم يكن هناك ارتباط كبير بينها وبين ضغط الشرايين (r2 = 0.0246 ؛ p = 0.3534) ، مما يبين ان المعهد كان مستقلا عن الضغط الشرياني في نطاق هضبة المنحني التنظيمي التلقائي. وكانت العلاقة بين الضغط الشرياني والشرايين التي كانت تقل عن المستوي السالب لل LLA ، وارتبطت الشركة ارتباطا كبيرا بالضغط الشرياني (r2 = 0.7907 ؛ p = 8.7 x 10– 25).

Figure 1
الشكل 1: وضع مسبار دوبلر الليزري علي الجمجمة الضعيفة لجرذ تخدير. الفئران في جهاز ستريو مع مسبار DF وضعت علي منطقه ضعيفه من الجمجمة وعقدت في مكان مع الجزئي. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2: التنظيم التلقائي لتدفق الدم الدماغي استجابه للتخفيضات الناجمة عن نزيف في ضغط الدم الشرياني. تلخيص العلاقة بين سحب حجم الدم و (ا) يعني الضغط الشرياني (MAP) و (B) تدفق الدم الدماغي بالليزر (السكر) في الفئران تغذيه النظام الغذائي القياسي وتخضع للسحب حجم الدم متتابعة. البيانات المعروضة كمتوسط ± SEM ل n = 6 – 10 بعد كل سحب حجم الدم. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: العلاقة بين الضغط الشرياني المتوسط وتدفق الدم الدماغي بالليزر. تظهر العلاقة خلال مرحله الهضبة من الاستجابة التنظيمية التلقائية (ن = 37 الملاحظات) وفي مرحله التحلل من الاستجابة (ن = 70 الملاحظات) ، حيث انخفضت الضغوط الشريانية تحت LLA (~ 65 زئبق). وارتبطت الشركة ارتباطا وثيقا بالخريطة في المرحلة المتحللة من التنظيم التلقائي (r2 = 0.7907 ؛ p = 8.7 x 10-25) ولكن ليس خلال مرحله الهضبة من التنظيم التلقائي (r2 = 0.0246; p = 0.3534). يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

تقييم الاستجابات تدفق الدم الانسجه مع الليزر دوبلر الجريان (df). كما ذكر أعلاه ، اشاره DF يتناسب مع عدد وسرعه الجزيئات المتحركة ، في هذه الحالة ار بي سي ، في دوران الاوعيه الدقيقة. وترتبط بشكل جيد قراءات df في أجهزه مختلفه معتدفق الدمالجهاز كله تقييمها من قبل الأساليب المعمول بها مثل عدادات التدفق الكهرومغناطيسي والمواد المجهرية المشعة30 وتتسق عموما مع الدراسات تقييم تنظيم لهجة نشطه في الاستعدادات الشريان cannulated10,31,32,33,34 وفيال3635موقع الاستعدادات

أحد الاعتبارات عند اجراء دراسات التنظيم التلقائي الدماغي ، وربما التنظيم التلقائي في أسره الاوعيه الدموية الأخرى ، هو التاثير المحتمل للتخدير علي الاستجابات التنظيمية التلقائية. علي الرغم من ان التنظيم الذاتي الدماغي كان موجودا في الدراسة الحالية وفي دراسة سابقه من قبل مجموعتنا11 ومتسقة مع الآثار المعروفة لنظام غذائي HS علي استجابات وعائي من الشرايين المقاومة الدماغية31,32،37، والفئران قرض الشرايين35 والشرايين في الموقع من الحقيبة الهامستر الخد36، وقد ابلغ عن التخدير ايزوفلواني ان يكون لها تاثير وعائي قوي38 والتسبب في قمع القلب والاوعيه الدموية 39وقد أفيد أيضا ايزوفلواني تسبب فقدان التنظيم التلقائي الوعائي الدماغي في الفئران40،41، لذلك استخدمت بعض المحققين التخدير الفا كلوللوز اما وحده41 أو في تركيبه مع يوريتان42 لدراسة التنظيم التلقائي الدماغي بدلا من ذلك.

الأرقام والسرعات من ار بي سي تختلف داخل سرير الاوعيه الدقيقة ، بين الافراد ، وداخل الموضوع الفردي مع مرور الوقت. التالي ، فان DF لا توفر قيمه مطلقه لتدفق الدم داخل الجهاز أو دورانه المجهري ، بين الاجهزه المختلفة ، أو في مناطق مختلفه من دوران الاوعيه الدقيقة. ولذلك ، فانه من الضروري تامين بقوة التحقيق DF بحيث يبقي في نفس الموقف ولا تخضع لأي اهتزاز طوال التجربة. لتقييم التغيرات في تدفق الدم الدماغي بدقه ، يتم وضع راس الجرذ في أداه مجسمه ويتم اجراء المسبار DF في القسم الجزئي فوق منطقه ضعيفه من الجمجمة لمنع التحف الحركة والحفاظ علي موقف المسبار بالنسبة للمنطقة التي تجري دراستها (الشكل 1). اي حركه من التحقيق بعيدا عن موقعها الاولي سوف تنتج اشاره تحددها تدفق الدم في منطقه مختلفه من الانسجه ، وعرقله المقارنات. علي الرغم من ان DF لا يوفر قياسا لتدفق الدم المطلق ، عندما يؤديها بشكل صحيح فانه لا يزال نهج مريحه وقيمه لتقييم تنظيم تدفق الدم علي مستوي السرير الاوعيه الدموية كله30، ويمكن مقارنه حجم الزيادات النسبية أو الانخفاضات في تدفق df نسبه إلى قيمه السيطرة إحصائيا.

التنظيم التلقائي لتدفق الدم الدماغي. الدورة الدموية الدماغية يمكن ان تتسامح عاده مع التغيرات الكبيرة في ضغط الدم الشرياني الذي يسبب تضيق الاوعيه عندما يكون الضغط الشرياني مرتفعا وتوسع وعائي عندما يتم تقليل الضغط الشرياني عن طريق أليات التنظيم التلقائي. هذه أليات ذات اهميه حاسمه لمنع الزيادات الخطيرة في الضغط داخل الجمجمة عندما يزيد ضغط الدم الجهازي والحفاظ علي كميه كافيه من التروية النسيجية والأكسجين عند انخفاض الضغط الشرياني. ركزت التجارب الحالية علي قدره أليات التنظيم التلقائي للحفاظ علي تدفق الدم الدماغي ثابت كما يتم تقليل الضغط الشرياني (بدلا من قدره الدورة الدموية الدماغية للحفاظ علي تدفق الدم المستمر كما يتم زيادة MAP), علي الرغم من ان DF قيمه جدا وتستخدم علي نطاق واسع للدراسات الاخيره كذلك. تطبيق آخر قيمه لهذا التصميم التجريبي هو دراسة تدفق الدم الوعائي المجهري اثناء النزيف وفي اشكال مختلفه من صدمه الدوريال43،44،45،46.

يتم تقييم التنظيم التلقائي لنظام المراقبة الذاتية خلال التخفيضات الناجمة عن النزف في الضغط الشرياني عن طريق مقارنه تدفق ال DF والخريطة التي تقاس بمقدار 2 دقيقه بعد كل سحب للدم مع خريطة السيطرة علي النزيف والتي تقاس مباشره قبل سحب حجم الدم. في هذه المرحلة ، ستكون أليات التنظيمية التلقائية قد تصرفت لتمدد الاوعيه الدقيقة للحفاظ علي تدفق الدم عند ضغط التروية السفلي. وتعرف اليه بأنها ادني خريطة حيث يمكن للأليات التنظيمية التلقائية ان تستعيد تدفق الدم علي الرغم من انخفاض ضغط التروية. في الضغوط الشريانية تحت LLA ، وصلت أليات التنظيم التلقائي حدها ويمكن ان لا تمدد الاوعيه الدموية الدماغية بما فيه الكفاية لمنع المزيد من التخفيضات في تدفق الدم الدماغي. بعد ان يتم تمرير LLA ، هناك انخفاض كبير وتدريجي في الجبهة من قيمه ما قبل النزف بعد كل سحب من الدم للوصول إلى الضغط الجديد11. يتم تقييم فعاليه التنظيم التلقائي للاوعيه الدموية الدماغية في الاستجابة للتخفيضات في ضغط الدم الشرياني عن طريق مقارنه الميل لل الضغط الشرياني العلاقة قبل وبعد LLA وعرض مرحله الهضبة من التنظيم التلقائي, تعرف بأنها مجموعه الضغط الشرياني بين النزيف MAP و LLA. علي سبيل المثال, دراسة أجريت مؤخرا تقييم تاثير نظام غذائي HS علي التنظيم التلقائي الدماغي11 وجدت ان تدفق الدم الدماغي تم الحفاظ علي مستوي ثابت في الفئران تغذيه مع انخفاض الملح (LS; 0.4% nacl) النظام الغذائي خلال التخفيضات المستمرة في الضغط الشرياني إلى قيم منخفضه مثل 40-50 زئبق. ويتسق هذا الاستنتاج مع التقديرات السابقة لل LLA في الفئران السليمة16,47. ومع ذلك ، فان مرحله الهضبة من تدفق الدم الدماغي التنظيم التلقائي في نورموتينسيفي sprague-dawley الفئران تغذيه قصيرة الأجل (3 أيام) والمزمن (4 أسابيع) ارتفاع الملح (HS; 4% كلوريد الصوديوم) انخفض النظام الغذائي تدريجيا مع التخفيضات المتعاقبة في الضغط الشرياني ، وتبين ان نظام غذائي HS يزيل مرحله الهضبة من تنظيم تدفق الدم التي عادهما تكون موجودة في الفئران النورموتينسيفيه الصحية ويؤثر سلبا علي قدره الدورة الدموية الدماغية للحفاظ علي الانسجه ترويه في مواجهه العثور علي ان التنظيم التلقائي لتدفق الدم الدماغي استجابه لانخفاض ضغط الدم في الفئران التي تغذي نظام غذائي HS يتسق مع نتائج الدراسات التي تبين ان الزيادات في الملح الغذائي يضعف الاسترخاء من الشرايين المقاومة31،32،33،34،37 و الشرايين35،36 من نورموتينسيفي الفئران والهامستر.

بالاضافه إلى توفير رؤى قيمه فيما يتعلق بقدره دوران الاوعيه الدقيقة لتنظيم تدفق الدم تلقائيا ، يمكن استخدام قياسات DF في مجموعه واسعه من التطبيقات التي توفر تقديرا ديناميكيا للتحكم في تدفق الدم غير متوفر مع الأساليب التقليدية ، مثل المجالات المجهرية وتحقيقات التدفق الكهرومغناطيسي. علي سبيل المثال ، قياسات df قيمه للغاية في تقييم استجابه دوران الاوعيه الدقيقة للمؤثرات النشطة للاوعيه مثل التسريب ACh وأداره العوامل الأخرى الفعالة للاوعيه31،32،33،34،37، مرتفعه الشرايين بكو210، نقص الأكسجين17،48، اقتران الوعائية العصبية استجابه للمؤثرات الحسية21،49 فرط الدم في الدماغ20, وتقييم الاستجابات الانسجه إلى الإجهاد خافض للضغط النزفية وأنواع مختلفه من صدمه الدوري43,44,45,46.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

وليس لدي المؤلفين ما يفصحون عنه.

Acknowledgments

ويعرب المؤلفون عن شكرهم الخالص لكالي كوزاك ، ميغان ستوبف ، وجاك بولليس لمساعدتهم المتميزة في إكمال هذه الدراسة واعداد المخطوطة. دعم المنح: المعاهد القومية للصحة #R01-HL128242 ، #R21-OD018309 ، و #R21-OD024781.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3-0 braided black silk suture Midwest Vet 193.73000.2
Arterial Pressure Transducer Merit Medical 041516504A
Automated Data Acquisition Systems (WINDAQ & BIOPAC system) DATAQ Instruments
Blood Pressure Display Unit Stoelting 50115
Circulating warm water pump Gaymar Industries T-pump
End-tidal CO2 monitor Stoelting Capstar-100
Heparin Sodium Midwest Vet 191.46720.3
Kimwipe Fisher Scientific 06-666A
Laser Doppler Flow Meter Perimed PeriFlux 5000 LDPM
Laser Doppler Refill Motility Standard Perimed PF1001
Polyethylene Tubing (PE240) (for trachea cannula) VWR 63018-828
Polyethylene Tubing (PE50) (for femoral catheters) VWR 63019-048
Rodent Ventilator Cwe/Stoelting SAR-830/P
Saline Midwest Vet 193.74504.3
Sprague-Dawley Outbred Rats Variable N/A Rats were ordered from various companies
Standard Rat Chow Dyets, Inc. 113755
Stereotaxic Instrument Cwe/Stoelting Clasic Lab Standard

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Aso, Y., Inukai, T., Takemura, Y. Evaluation of microangiopathy of the skin in patients with non-insulin-dependent diabetes mellitus by laser Doppler flowmetry; microvasodilatory responses to beraprost sodium. Diabetes Research and Clinical Practice. 36, 19-26 (1997).
  2. Golding, E. M., Robertson, C. S., Bryan, R. M. Jr The consequences of traumatic brain injury on cerebral blood flow and autoregulation: a review. Clinical and Experimental Hypertension. 21, 299-332 (1999).
  3. Grunwald, J. E., DuPont, J., Riva, C. E. Retinal haemodynamics in patients with early diabetes mellitus. British Journal of Ophthalmology. 80, 327-331 (1996).
  4. Mankovsky, B. N., Piolot, R., Mankovsky, O. L., Ziegler, D. Impairment of cerebral autoregulation in diabetic patients with cardiovascular autonomic neuropathy and orthostatic hypotension. Diabetic Medicine. 20, 119-126 (2003).
  5. Symon, L., Held, K., Dorsch, N. W. A study of regional autoregulation in the cerebral circulation to increased perfusion pressure in normocapnia and hypercapnia. Stroke. 4, 139-147 (1973).
  6. Taccone, F. S., et al. Cerebral autoregulation is influenced by carbon dioxide levels in patients with septic shock. Neurocritical Care. 12, 35-42 (2010).
  7. Barry, D. I., et al. Cerebral blood flow in rats with renal and spontaneous hypertension: resetting of the lower limit of autoregulation. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 2, 347-353 (1982).
  8. Faraci, F. M., Baumbach, G. L., Heistad, D. D. Cerebral circulation: humoral regulation and effects of chronic hypertension. Journal of the American Society of Nephrology. 1, 53-57 (1990).
  9. Strandgaard, S. Autoregulation of cerebral blood flow in hypertensive patients. The modifying influence of prolonged antihypertensive treatment on the tolerance to acute, drug-induced hypotension. Circulation. 53, 720-727 (1976).
  10. McEwen, S. T., Schmidt, J. R., Somberg, L., de la Cruz, L., Lombard, J. H. Time-course and mechanisms of restored vascular relaxation by reduced salt intake and angiotensin II infusion in rats fed a high-salt diet. Microcirculation. 16, 220-234 (2009).
  11. Allen, L. A., et al. High salt diet impairs cerebral blood flow regulation via salt-induced angiotensin II suppression. Microcirculation. , e12518 (2018).
  12. Smeda, J. S., Payne, G. W. Alterations in autoregulatory and myogenic function in the cerebrovasculature of Dahl salt-sensitive rats. Stroke. 34, 1484-1490 (2003).
  13. Greene, N. H., Lee, L. A. Modern and Evolving Understanding of Cerebral Perfusion and Autoregulation. Advances in Anesthesia. 30, 97-129 (2012).
  14. Merzeau, S., Preckel, M. P., Fromy, B., Leftheriotis, G., Saumet, J. L. Differences between cerebral and cerebellar autoregulation during progressive hypotension in rats. Neuroscience Letters. 280, 103-106 (2000).
  15. Zagorac, D., Yamaura, K., Zhang, C., Roman, R. J., Harder, D. R. The effect of superoxide anion on autoregulation of cerebral blood flow. Stroke. 36, 2589-2594 (2005).
  16. Hudetz, A. G., Lee, J. G., Smith, J. J., Bosnjak, Z. J., Kampine, J. P. Effects of volatile anesthetics on cerebrocortical laser Doppler flow: hyperemia, autoregulation, carbon dioxide response, flow oscillations, and role of nitric oxide. Advances in Pharmacology. 31, 577-593 (1994).
  17. Hudetz, A. G., Shen, H., Kampine, J. P. Nitric oxide from neuronal NOS plays critical role in cerebral capillary flow response to hypoxia. American Journal of Physiology. 274, H982-H989 (1998).
  18. Okamoto, H., Hudetz, A. G., Roman, R. J., Bosnjak, Z. J., Kampine, J. P. Neuronal NOS-derived NO plays permissive role in cerebral blood flow response to hypercapnia. American Journal of Physiology. 272, H559-H566 (1997).
  19. Okamoto, H., Roman, R. J., Kampine, J. P., Hudetz, A. G. Endotoxin augments cerebral hyperemic response to halothane by inducing nitric oxide synthase and cyclooxygenase. Anesthesia and Analgesia. 91, 896-903 (2000).
  20. Schulte, M. L., Hudetz, A. G. Functional hyperemic response in the rat visual cortex under halothane anesthesia. Neuroscience Letters. 394, 63-68 (2006).
  21. Schulte, M. L., Li, S. J., Hyde, J. S., Hudetz, A. G. Digit tapping model of functional activation in the rat somatosensory cortex. Journal of Neuroscience Methods. 157, 48-53 (2006).
  22. Alkayed, N. J., et al. Inhibition of brain P-450 arachidonic acid epoxygenase decreases baseline cerebral blood flow. American Journal of Physiology. 271, H1541-H1546 (1996).
  23. Alonso-Galicia, M., Hudetz, A. G., Shen, H., Harder, D. R., Roman, R. J. Contribution of 20-HETE to vasodilator actions of nitric oxide in the cerebral microcirculation. Stroke. 30, 2727-2734 (1999).
  24. Kurosawa, M., Messlinger, K., Pawlak, M., Schmidt, R. F. Increase of meningeal blood flow after electrical stimulation of rat dura mater encephali: mediation by calcitonin gene-related peptide. British Journal of Pharmacology. 114, 1397-1402 (1995).
  25. Mayhan, W. G., Faraci, F. M., Heistad, D. D. Impairment of endothelium-dependent responses of cerebral arterioles in chronic hypertension. American Journal of Physiology. 253, H1435-H1440 (1987).
  26. Ghali, M. G. Z. Microsurgical technique for tracheostomy in the rat. MethodsX. 5, 61-67 (2018).
  27. Ghali, M. G. Z. Microsurgical technique for femoral vascular access in the rat. MethodsX. 4, 498-507 (2017).
  28. Takada, J., et al. Valsartan improves the lower limit of cerebral autoregulation in rats. Hypertension Research. 29, 621-626 (2006).
  29. Jones, S. C., Radinsky, C. R., Furlan, A. J., Chyatte, D., Perez-Trepichio, A. D. Cortical NOS inhibition raises the lower limit of cerebral blood flow-arterial pressure autoregulation. American Journal of Physiology. 276, H1253-H1262 (1999).
  30. Smits, G. J., Roman, R. J., Lombard, J. H. Evaluation of laser-Doppler flowmetry as a measure of tissue blood flow. Journal of Applied Physiology (1985). 61, 666-672 (1986).
  31. Durand, M. J., Raffai, G., Weinberg, B. D., Lombard, J. H. Angiotensin-(1-7) and low-dose angiotensin II infusion reverse salt-induced endothelial dysfunction via different mechanisms in rat middle cerebral arteries. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 299, H1024-H1033 (2010).
  32. Lombard, J. H., Sylvester, F. A., Phillips, S. A., Frisbee, J. C. High-salt diet impairs vascular relaxation mechanisms in rat middle cerebral arteries. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 284, H1124-H1133 (2003).
  33. Weber, D. S., Lombard, J. H. Elevated salt intake impairs dilation of rat skeletal muscle resistance arteries via ANG II suppression. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 278, H500-H506 (2000).
  34. Weber, D. S., Lombard, J. H. Angiotensin II AT1 receptors preserve vasodilator reactivity in skeletal muscle resistance arteries. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 280, H2196-H2202 (2001).
  35. Liu, Y., Rusch, N. J., Lombard, J. H. Loss of endothelium and receptor-mediated dilation in pial arterioles of rats fed a short-term high salt diet. Hypertension. 33, 686-688 (1999).
  36. Priestley, J. R., et al. Reduced angiotensin II levels cause generalized vascular dysfunction via oxidant stress in hamster cheek pouch arterioles. Microvascular Research. 89, 134-145 (2013).
  37. McEwen, S. T., Balus, S. F., Durand, M. J., Lombard, J. H. Angiotensin II maintains cerebral vascular relaxation via EGF receptor transactivation and ERK1/2. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 297, H1296-H1303 (2009).
  38. Jensen, N. F., Todd, M. M., Kramer, D. J., Leonard, P. A., Warner, D. S. A comparison of the vasodilating effects of halothane and isoflurane on the isolated rabbit basilar artery with and without intact endothelium. Anesthesiology. 76, 624-634 (1992).
  39. Avram, M. J., et al. Isoflurane alters the recirculatory pharmacokinetics of physiologic markers. Anesthesiology. 92, 1757-1768 (2000).
  40. Wang, Z., Schuler, B., Vogel, O., Arras, M., Vogel, J. What is the optimal anesthetic protocol for measurements of cerebral autoregulation in spontaneously breathing mice? Experimental Brain Research. 207, 249-258 (2010).
  41. Ayata, C., et al. Pronounced hypoperfusion during spreading depression in mouse cortex. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 24, 1172-1182 (2004).
  42. Niwa, K., et al. Cerebrovascular autoregulation is profoundly impaired in mice overexpressing amyloid precursor protein. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 283, H315-H323 (2002).
  43. Carreira, S., et al. Diaphragmatic Function Is Preserved during Severe Hemorrhagic Shock in the Rat. Anesthesiology. 120, 425-435 (2014).
  44. Kerby, J. D., et al. Resuscitation from hemorrhagic shock with HBOC-201 in the setting of traumatic brain injury. Shock. 27, 652-656 (2007).
  45. Krejci, V., et al. Continuous measurements of microcirculatory blood flow in gastrointestinal organs during acute haemorrhage. British Journal of Anaesthesia. 84, 468-475 (2000).
  46. Rosengarte, B., Hecht, M., Wolff, S., Kaps, M. Autoregulative function in the brain in an endotoxic rat shock model. Inflammation Research. 57, 542-546 (2008).
  47. Rozet, I., et al. Cerebral autoregulation and CO2 reactivity in anterior and posterior cerebral circulation during sevoflurane anesthesia. Anesthesia and Analgesia. 102, 560-564 (2006).
  48. Hudetz, A. G., Biswal, B. B., Feher, G., Kampine, J. P. Effects of hypoxia and hypercapnia on capillary flow velocity in the rat cerebral cortex. Microvascular Research. 54, 35-42 (1997).
  49. Shi, Y., et al. Interaction of mechanisms involving epoxyeicosatrienoic acids, adenosine receptors, and metabotropic glutamate receptors in neurovascular coupling in rat whisker barrel cortex. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 28, 111-125 (2008).

Tags

الطب العدد 155 تدفق الدم الدماغي نزيف الليزر دوبلر الجريان التنظيم التلقائي دوران الاوعيه الدقيقة تدفق الدم
تقييم التنظيم التلقائي لتدفق الدم الدماغي في الفئران باستخدام الليزر دوبلر الجريان
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Allen, L. A., Terashvili, M.,… More

Allen, L. A., Terashvili, M., Gifford, A., Lombard, J. H. Evaluation of Cerebral Blood Flow Autoregulation in the Rat Using Laser Doppler Flowmetry. J. Vis. Exp. (155), e60540, doi:10.3791/60540 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter