Waiting
Login processing...

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

Medicine

Evaluering af cerebral Blood flow Autoregulation i rotter ved hjælp af Laser Doppler Flowmetry

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

Denne artikel viser brugen af Laser Doppler flowmetry til at evaluere muligheden for cerebral cirkulation til autoregulere sin blodgennemstrømning under reduktioner i arteriel blodtryk.

Abstract

Når man undersøger kroppens mekanismer til regulering af cerebral blodgennemstrømning, en relativ måling af mikrocirkulatorisk blodgennemstrømning kan opnås ved hjælp af Laser Doppler flowmetry (LDF). Dette papir demonstrerer en lukket kraniet forberedelse, der tillader cerebral blodgennemstrømning, der skal vurderes uden at trænge kraniet eller installere et kammer eller cerebral vindue. For at evaluere autoregulatoriske mekanismer, en model af kontrolleret blodtryksreduktion via gradueret blødning kan udnyttes samtidig med at ansætte LDF. Dette gør det muligt realtid sporing af de relative ændringer i blodgennemstrømningen som reaktion på reduktioner i arteriel blodtryk produceret af tilbagetrækning af cirkulerende blodvolumen. Dette paradigme er en værdifuld tilgang til at studere cerebral blodgennemstrømning autoregulation under reduktioner i arteriel blodtryk og, med mindre ændringer i protokollen, er også værdifuld som en eksperimentel model af hæmoragisk chok. Ud over at evaluere autoregulatoriske responser kan LDF anvendes til at overvåge den kortikale blodgennemstrømning ved undersøgelse af metaboliske, myogene, endotelale, humorale eller neurale mekanismer, der regulerer cerebral blodgennemstrømning og virkningen af forskellige eksperimentelle indgreb og patologiske tilstande på cerebral blodgennemstrømning.

Introduction

Autoregulatoriske mekanismer i cerebral cirkulation spiller en afgørende rolle i at opretholde homøostase og normal funktion i hjernen. Autoregulation af den cerebrale blodgennemstrømning påvirkes af flere faktorer, herunder puls, blod hastighed, perfusions tryk, diameteren af hjernens modstands arterier og mikrocirkulatorisk resistens, som alle spiller en rolle i at opretholde den totale cerebral blodgennemstrømning i hjernen over det fysiologiske spektrum af systemiske blodtryk. Når arteriel tryk stiger, disse mekanismer snøre arterioler og resistens arterier for at forhindre farlige stigninger i intrakranielt tryk. Når arteriel blodtryk falder, lokale kontrolmekanismer spile arterioler at opretholde vævs perfusion og O2 levering. Forskellige patologiske tilstande såsom hypercapnia, traumatisk eller global hypoksiske hjerneskade, og diabetisk microangiopati1,2,3,4,5,6 kan forstyrre hjernens evne til at autoregulere sin blodgennemstrømning. For eksempel, kronisk hypertension flytter den effektive autoregulatory område mod højere tryk7,8,9, og en høj salt (HS) kost ikke kun interfererer med normal endothelium-afhængige dilatation i den cerebrale mikrocirkulation10, men også forringer evnen af autoregulatoriske mekanismer i cerebral cirkulation til at Dyle og vedligeholde vævs perfusion når arterielt tryk reduceres11. Cerebral autoregulation er også svækket i Dahl salt-følsomme rotter, når de fodres en HS diæt12.

Under reduktioner i arteriel tryk, dilatation af hjernens resistens arterier og arterioler i første omgang returnerer cerebral blodgennemstrømning til kontrolværdier på trods af det reducerede perfusions tryk. Som arteriel tryk er reduceret yderligere, cerebral blodgennemstrømning forbliver konstant ved det nedre tryk (plateau fase af autoregulatory respons) indtil Vaskulaturen ikke længere kan spile at opretholde blodgennemstrømningen ved det nedre tryk. Det laveste tryk, hvor et organ kan opretholde normal blodgennemstrømning kaldes den nedre grænse for autoregulation (LLA). Ved tryk under LLA falder cerebral blodgennemstrømning betydeligt fra hvile værdier og falder i en lineær måde med hver reduktion i arterielt perfusions Tryk13,14. En opadgående forskydning i LLA, som observeret i hypertension7,8,9, kan øge risikoen og sværhedsgraden af iskæmisk skade under forhold, hvor det arterielle perfusions tryk er reduceret (f. eks. myokardieinfarkt, iskæmisk slagtilfælde eller kredsløbs chok).

Ldf har vist sig at være en yderst værdifuld tilgang til at evaluere blodgennemstrømningen i mikrocirkulationen under en række omstændigheder, herunder autoregulation af blodgennemstrømningen i den cerebrale cirkulation11,14,15. Ud over at evaluere autoregulatoriske svar, ldf kan bruges til at overvåge den kortikale blodgennemstrømning, når de undersøger metaboliske, myogene, endotelale, humorale, eller neurale mekanismer, der regulerer den cerebrale blodgennemstrømning og virkningen af forskellige eksperimentelle interventioner og patologiske forhold på cerebral blodgennemstrømning10,16,17,18,19

LDF måler skiftet i reflekteret laserlys som reaktion på antallet og hastigheden af bevægelige partikler-i dette tilfælde røde blodlegemer (RBC). For undersøgelser af cerebral vaskulær autoregulation, arteriel blodtryk ændres enten ved infusion af en alfa-adrenerge agonist til at øge arteriel tryk (fordi den cerebrale cirkulation selv er ufølsom over for Alpha-adrenerge vasokonstriktor agonister)12,15 eller via kontrolleret blodvolumen tilbagetrækning til at reducere arterielt Tryk11,14. I nærværende undersøgelse er LDF udnyttet til at påvise virkningerne af graduerede reduktioner i blodtrykket på cerebral autoregulation i en sund rotte. Selv om åbne og lukkede kranier metoder er blevet beskrevet i litteraturen22,23,24,25, det foreliggende papir demonstrerer en lukket kraniet forberedelse, så cerebral blodgennemstrømning skal vurderes uden at trænge kraniet eller installere et kammer eller cerebral vindue.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Medical College of Wisconsin institutionel dyrepleje-og anvendelses udvalg (IACUC) godkendte alle protokoller, der er beskrevet i dette dokument, og alle procedurer er i overensstemmelse med National Institutes of Health (NIH) kontor for laboratorium dyrevelfærd (OLAW) Forordninger.

1. forsøgsdyr og forberedelse til optagelse

  1. Brug 8 – 12-ugers gamle mandlige Sprague-Dawley rotter vejer 250 – 300 g. Til disse eksperimenter, foder rotter en standard diæt bestående af 0,4% NaCl, 200 g/kg kasein, 3 g/kg DL-methionin, 497,77 g/kg saccharose, 150 g/kg majsstivelse, 50 g/kg majolie, 50 g/kg cellulose, 2 g/kg cholin kaliumbitartrat, 35 g/kg mineralblanding, og 10 g/kg vitamin mix.
  2. Optag arteriel blodtryk og LDF-aflæsninger ved hjælp af dataindsamlings software eller enhver sammenlignelig optagelsesmetode.
  3. Fastgør arteriel tryk transduceren til en kanal i optagelses systemet og LDF-sonden til den anden kanal på optagelses systemet.
  4. Før målingen kalibreres Laser Doppler-sonden for at indstille en motilitet standard og sikre, at Laser Doppler flowmeteret giver en stabil udgang.
  5. Forbered ekstraudstyr, der er nødvendigt for den forberedende kirurgi og for forsøget: en dissekere mikroskop, en gnaver ventilator, en ende Tidal Co2 Monitor, en stereotaxisk instrument til at fastsætte rotte hoved i position, og en micromanipulator at lokalisere ldf sonde over Pial mikrocirkulationen og vedligeholde det i en stabil position.

2. kirurgisk forberedelse

  1. Rotter vejes, og dyret anæstetiserer i et induktions kammer med 3,5% isofluran og 30% O2 tillæg.
  2. Fjern dyret fra induktions kammeret, og Udskift en bedøvelses maske, der leverer 1,5 – 3% isofluran med 30% O2 tillæg.
  3. Placer rotten på et cirkulerende vand tæppe fastholdt ved 37 °C og tjek reflekser med en tå knivspids for at sikre, at der er en tilbagetræknings refleks. Anvend steril oftalmisk salve på begge øjne for at forhindre udtørring af hornhinden.
  4. Barbere toppen af kranium, ventrale hals område, og femorale trekanter. Fjern eventuelle løse hår fra disse områder og rengør med sprit.
  5. Placer rotten i en liggende position på en varmepude med en cirkulerende varmtvands pumpe for at opretholde dyrets kropstemperatur ved 37 °C, og fastgør den midlertidigt til puden ved hjælp af medicinsk tape.
  6. Installer en trakeal-kanyle (PE240 polyethylen slange) gennem et ventrale snit i halsen som beskrevet andetsteds26.
  7. Fastgør trakeal kanylen til en ende Tidal Co2 -skærm, og ventilatoren leverer 2,5 – 3,0% isofluran (afhængigt af dyrets størrelse) og 30% O2 inhalations tilskud. Sørg for, at respiratorisk hastighed, inspiratorisk tid og minut ventilatorisk volumen er indstillet og overvåges for at sikre en udløbet ende Tidal CO2 på ca. 35 mmHg i hele eksperimentet.
    Bemærk: Dette opnås generelt med en respiratorisk hastighed på ca. 48 – 60 vejrtrækninger/min, en tidevands volumen på 1,70 – 2.30 mL, og en Inspirations periode på 0,50 – 0,60 s for en 250 – 300 g rotte.
  8. Fyld to PE50 polyethylen-kanyle med 1 U/mL heparin i isotonisk NaCl-opløsning for at forhindre koagulation og for at opretholde katetre enes åbenhed. Efter påfyldning, facet den åbne ende af hver kanyle med kirurgisk saks for at lette indsættelse i arterien.
  9. Højre og venstre femorale arterier som beskrevet andetsteds27 for at tillade kontinuerlig monitorering af arteriel tryk i et kateter og blod tilbagetrækning fra det andet kateter.
    1. Efter omhyggeligt at adskille arterierne fra det omgivende væv under en dissekere mikroskop, ligere den distale ende af arterien og placere to ekstra suturer omkring midten og proksimale ender af arterien uden at stramme knuderne.
    2. Brug den proksimale sutur som en løfte ligatur for at forhindre blødning fra arterien efter indsnit til kanyle indsættelse (trin 2,11).
  10. Indsæt en V-formet ledning fra en papirclips under arterien for at tilsætte beholderen, indtil kanylen er sikret.
  11. Under en dissekere mikroskop lave et lille snit i femoralis i nærheden af den distale ligering ved hjælp af Vannas saks. Sæt den skrående af kanylen ind i snittet, og før den ind i femoralens arterie. Stram knuden på midterligaturen for at fastgøre kanylen på plads, så den ikke afmonteres ved arteriel tryk, når løfte ligatur eller papirclips fjernes.
  12. Når midterligaturen er strammet, frigør du spændingen på løfte ligaturen og/eller fjern papirclipsen, og stram den proksimale ligatur.
  13. Luk snittet med fine suturer (3 – 0 silke) eller en kirurgisk hæfteklammer. Alternativt, Placer en fugtig gaze over incisionsstedet, afhængigt af størrelsen af snittet.

3. udtynding af kraniet for LDF-målinger

  1. Umiddelbart efter at kanylen er på plads, skal du anbringe dyret i en brystbenet position og sikre hovedet i en stereotaxisk anordning, idet du er omhyggelig med ikke at opløse katetre eller trakeal tube.
  2. Brug kirurgisk saks til at lave en elliptisk indsnit i huden, der dækker kraniet. Brug en vatpind til at fjerne bindevæv, der sikrer, at kranium er rent og tørt. Placer et lille aflang og rullet stykke silkepapir omkring snittet på hovedbunden for at stoppe enhver blødning.
  3. Under det dissekere mikroskop skal du bruge et Dremel-værktøj eller en tand øvelse med en 2,15 mm bore-bit til at tynde et lille område af knoglen (ca. 0,5 – 1 cm afhængigt af rotte størrelsen) i parietal-området over venstre eller højre somatosensorisk cortex.
    Forsigtig: tynd knoglen langsomt og forsigtigt for at undgå at trænge ind i kraniet. Mens du udfører dette trin, bør saltopløsning anvendes liberalt for at forhindre området fra overophedning.
  4. Når kraniet er blevet udtyndet og området har en lyserød udseende og/eller blodkar er visualiseret, dække området med mineralolie og bruge en micromanipulator til at placere Laser Doppler sonde over den udsatte cerebral mikrocirkulationen, således at spidsen af sonden er bare rører toppen af puljen af mineralolie (figur 1).
    Bemærk: det er vigtigt at tage LDF-målinger i et område, hvor der ikke er nogen eksterne vibrationer, der kan forstyrre Laser Doppler-aflæsninger, og at sonden er forsvarligt fastgjort over det samme målområde under hele eksperimentet.

4. vurdering af cerebral vaskulær autoregulation

  1. Når LDF-sonden er fastgjort i positionen, tillades en perioden på 30 – 45 minutter, før eksperimentet påbegyndes. Efter ækvilibrering periode, måle den gennemsnitlige arterielle tryk (kort) og laser cerebral blodgennemstrømning (lcbf) hver 30 s for 2 min og gennemsnittet af værdierne for at opnå de grundlæggende værdier for prehemoragi blodtryk og lcbf.
  2. At evaluere den cerebrale vaskulære autoregulation som reaktion på arteriel trykreduktion, måle LCBF og kort efter gentagne udbetalinger af 1,5 mL blod fra femoral arterien11. For at holde kateter patentet, skal du sikre dig, at en volumen heparin opløsning (100 U/mL i isotonisk saltvand) omtrent svarer til kateter volumenet inanvendes efter hver blodprøve.
    Bemærk: når du inbruger Heparin-opløsningen for at opretholde kateter patency, er det vigtigt at matche volumenet af Heparin-opløsningen til katetrets volumen så tæt som muligt for at forhindre, at dyret får for meget heparin, hvilket kan forårsage uønskede Blødning.
  3. Efter hver blodvolumen tilbagetrækning, tillade rotten at ækvibrere i 2 min, hvorefter kortet og LCBF registreres hver 30 s for 2 min. Gentag blodvolumen hævninger, indtil dyret når et kort på ca. 20 mmHg.
  4. Bestem det effektive autoregulatoriske interval ved at identificere intervallet af blodtryk fra prehemoragi kortet til LLA (trin 4,5 og 5,3, nedenfor).
  5. Fastlægge LLA ved at identificere det laveste tryk, hvor lcbf stadig vender tilbage til inden for 20% af prehemoragi kontrolværdi efter blodvolumen tilbagetrækning, som tidligere beskrevet11,28 eller ved at identificere skæringspunktet for de regressions linjer, der bestemmes under plateaufasen af autoregulation og under LLA, hvor lcbf aftager med hver efterfølgende blod tilbagetrækning (trin 5,3, nedenfor).
    Bemærk: kriterierne for at definere LLA og autoregulatory plateau kan variere mellem laboratorier (f. eks Takada et al.28 vs. Jones et al.29) samt procedurer for reduktion af arteriel blodtryk (f. eks. tilbagetrækning af et bestemt volumen af blod vs. kontrolleret blødning for at nå specifikke arterielle trykniveauer)11.
  6. Ved afslutningen af forsøget, aflive dyret ved at skabe en bilateral pneumothorax mens under et kirurgisk plan af anæstesi, som godkendt af iacuc.
  7. Ldf-værdier opnået i vævet efter dyret er aflives vil give nul baseline flow værdi for den eksperimentelle opsætning.

5. statistisk analyse

  1. Udfør lineær regressionsanalyse for at evaluere overensstemmelsen mellem LDF-værdierne og deres tilsvarende arterielle tryk. Brug de ldf-aflæsninger, der er opnået efter dyrets aflives, til at sikre, at ingen ikke-specifik ldf-signal påvirker de målte strømningshastigheder.
  2. Beregn LLA ved hjælp af skæringspunktet mellem regressions linjerne over og under det autoregulatoriske plateau. For at beregne LLA ved hjælp af denne metode, kombinere de to regressions ligninger og løse den resulterende ligning for arteriel tryk.
  3. Ved sammenligning af forskellige eksperimentelle grupper, brug lineær regressionsanalyse til at beregne skråningerne af LDF vs. arteriel tryk forholdet over og under LLA for hvert dyr og opsummere dem som middel ± SEM for dyrene i denne forsøgsgruppe.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figur 2 opsummerer resultaterne af eksperimenter udført i 10 mandlige Sprague-dawley rotter fodret standard laboratorium Chow. I disse eksperimenter blev den gennemsnitlige LCBF opretholdt inden for 20% af præhemoragi værdien efter de første tre blodvolumen udbetalinger, indtil det gennemsnitlige arterielle tryk nåede LLA. Efterfølgende blodvolumen udbetalinger ved tryk under LLA forårsagede en progressiv reduktion af LCBF, viser, at cerebral cirkulation ikke længere var i stand til at producere et tilstrækkeligt niveau af vasodilatation at opretholde cerebral blodgennemstrømning konstant ved lavere perfusions tryk.

Figur 3 opsummerer forholdet mellem det gennemsnitlige arterielle tryk og lcbf i plateaufasen (kort ≫ 65 mmHg) og dekompensatoriske fase (kort ≪ 65 mmHg) af CBF autoregulation. Ved tryk ved eller over LLA var der ingen signifikant korrelation mellem LCBF og arterielt tryk (r2 = 0,0246; p = 0,3534), hvilket viste, at lcbf var uafhængigt af arterielt tryk i plateau området i den autoregulatoriske kurve. Under LLA havde LCBF/arteriel tryk forholdet en negativ hældning, og LCBF var signifikant korreleret med arterielt tryk (r2 = 0,7907; p = 8,7 x 10– 25).

Figure 1
Figur 1: placering af Laser Doppler sonde over det tyndede kranium af en bedøvet rotte. Rotte i stereotaxisk apparatur med en LDF-sonde placeret over et tyndt område af kraniet og holdt på plads med en micromanipulator. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: Autoregulation af den cerebrale blodgennemstrømning som reaktion på blødning-induceret reduktioner i arteriel blodtryk. Opsummeret sammenhæng mellem blodvolumen tilbagetrækning og (A) gennemsnitlige arterielle tryk (kort) og (B) laser cerebral BLODGENNEMSTRØMNING (lcbf) i rotter fodret en standard diæt og udsat for sekventiel blodvolumen hævninger. Data vist som middel ± SEM for n = 6 – 10 efter hver tilbagetrækning af blodvolumen. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: forholdet mellem den gennemsnitlige arteriel tryk og laser cerebral blodgennemstrømning. Forholdet i plateaufasen af det autoregulatoriske respons (n = 37 observationer) og i dekompensatoriske fase af responset (n = 70 observationer) er vist, hvor arterielt tryk faldt under LLA (~ 65 mmHg). LCBF var meget korreleret med kort i dekompensatoriske fase af autoregulation (r2 = 0,7907; p = 8,7 x 10– 25), men ikke under plateau fase af autoregulation (r2 = 0,0246; p = 0,3534). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Evaluering af vævs blod flow respons med Laser Doppler Flowmetry (LDF). Som nævnt ovenfor er LDF-signalet proportional med antallet og hastigheden af bevægelige partikler, i dette tilfælde RBC, i mikrocirkulationen. Ldf-aflæsninger i forskellige organer er godt korreleret med hele organ blodgennemstrømningen vurderet ved etablerede metoder såsom elektromagnetiske flowmålere og radioaktive mikrosfærer30 og er generelt i overensstemmelse med undersøgelser, der evaluerer reguleringen af aktiv tone i cannulerede arterie præparater10,31,32,33,34 og in situ-mikrocirkulatoriske præparater35,36.

En overvejelse, når der gennemføres undersøgelser af cerebral autoregulation, og muligvis autoregulation i andre vaskulære senge, er den potentielle virkning af anæstesi på autoregulatoriske svar. Selv om cerebral autoregulation var til stede i den nuværende undersøgelse og i en tidligere undersøgelse af vores gruppe11 og i overensstemmelse med de kendte virkninger af en HS diæt på vasodilatator respons af cerebral resistens arterier31,32,37, rotte Pial arterioler35 og in situ arterioler af hamster kind pose36, isofluran anæstesi er blevet rapporteret at have en stærk vasodilaterende effekt38 og forårsage kardiovaskulær suppression 39. isoflurane er også blevet rapporteret at forårsage et tab af cerebral vaskulær autoregulation i mus40,41, så nogle efterforskere har brugt Alpha-chloralose anæstesi enten alene41 eller i kombination med urethan42 at studere cerebral autoregulation i stedet.

Antallet og hastigheder af RBC varierer inden for en mikrocirkulatorisk seng, mellem individer, og inden for et individuelt emne over tid. LDF giver således ikke en absolut værdi af blodgennemstrømningen i et organ eller dets mikrocirkulation, mellem forskellige organer eller i forskellige områder af mikrocirkulationen. Derfor er det vigtigt at fastgøre LDF-sonden således, at den forbliver i samme position og ikke udsættes for vibrationer under hele forsøget. For nøjagtigt at vurdere ændringer i hjernens blodgennemstrømning, er rotte hovedet placeret i et stereotaxisk instrument, og LDF-sonden holdes i en micromanipulator over et tyndt område af kraniet for at forhindre bevægelses artefakter og for at opretholde sondens position i forhold til den region, der undersøges (figur 1). Enhver bevægelse af sonden væk fra sin oprindelige site vil producere et signal bestemt af blodgennemstrømningen i et andet område af vævet, hæmmer sammenligninger. Selv om LDF ikke giver en måling af absolut blodgennemstrømning, når det udføres korrekt, er det stadig en bekvem og værdifuld tilgang til at evaluere reguleringen af blodgennemstrømningen på niveauet af hele den vaskulære seng30, og størrelsen af de relative stigninger eller fald i ldf flow i forhold til en kontrolværdi kan sammenlignes statistisk.

Autoregulation af cerebral blodgennemstrømning. Den cerebrale cirkulation kan normalt tåle store ændringer i arteriel blodtryk, der forårsager vasokonstriktion, når arterielt tryk er forhøjet og vasodilatation, når arterielt tryk reduceres via autoregulatoriske mekanismer. Disse mekanismer er af afgørende betydning for at forhindre farlige stigninger i intrakranielt tryk, når systemisk blodtryk stiger, og for at opretholde tilstrækkelig vævs perfusion og ilttilførsel, når arteriel tryk falder. De nuværende eksperimenter fokuseret på evnen af autoregulatoriske mekanismer til at opretholde cerebral blodgennemstrømning konstant som arterielt tryk er reduceret (snarere end evnen til cerebral cirkulation til at opretholde konstant blodgennemstrømning som kortet er øget), selv om LDF er meget værdifulde og flittigt anvendes til de sidstnævnte undersøgelser samt. En anden værdifuld anvendelse af dette eksperimentelle design er at studere microvaskulær blodgennemstrømning under blødning og i forskellige former for kredsløbssygdomme chok43,44,45,46.

Autoregulation af LCBF under blødning-induceret reduktioner i arterielt tryk vurderes ved at sammenligne LDF flow og kort målt 2 min efter hver blod tilbagetrækning med prehemoragi kontrolkort og LCBF måles umiddelbart før blodvolumen tilbagetrækning. På dette tidspunkt, de autoregulatoriske mekanismer vil have handlet at spile mikrovaskulaturen at opretholde blodgennemstrømningen ved lavere perfusions tryk. LLA er identificeret som det laveste kort, hvor autoregulatoriske mekanismer kan stadig genoprette blodgennemstrømningen på trods af reduktionen i perfusions trykket. Ved arterielle tryk under LLA, autoregulatoriske mekanismer har nået deres grænse og kan ikke længere disent den cerebrale vaskulatur nok til at forhindre yderligere reduktioner i cerebral blodgennemstrømning. Efter LLA er passeret, der er en signifikant og progressiv reduktion i LCBF fra prehemoragi værdi efter hver tilbagetrækning af blod for at nå det nye Tryk11. Effektiviteten af cerebral vaskulær autoregulation som reaktion på reduktioner i arteriel blodtryk evalueres ved at sammenligne hældningen af LCBF vs. det arterielle trykforhold før og efter LLA og bredden af plateau fase af autoregulation, defineret som det arterielle trykområde mellem prehemoragi kort og LLA. For eksempel, en nylig undersøgelse evaluere effekten af en HS diæt på cerebral autoregulation11 fandt, at cerebral blodgennemstrømning blev opretholdt på et konstant niveau i rotter fodret med en lav salt (LS; 0,4% NaCl) kost under vedvarende reduktioner i arterielt tryk til værdier så lavt som 40 – 50 mmHg. Denne konstatering er i overensstemmelse med tidligere skøn af LLA i raske rotter16,47. Men, plateau fase af cerebral Blood flow autoregulation i Normotensive Sprague-Dawley rotter fodret kort sigt (3 dage) og kronisk (4 uger) højt salt (HS; 4% NaCl) kost faldt progressivt med efterfølgende reduktioner i arteriel tryk, viser, at HS diæt eliminerer plateau fase af blodgennemstrømning regulering, der er normalt til stede i raske Normotensive rotter og negativt påvirker evnen til cerebral cirkulation at opretholde vævs perfusion i ansigtet af reduktioner i blodtrykket11. Konstateringen af, at autoregulation af cerebral blodgennemstrømning som reaktion på nedsat blodtryk er svækket hos rotter fodret en HS diæt er i overensstemmelse med resultaterne af undersøgelser, der viser, at stigninger i kosten salt forringe lempelsen af resistens arterier31,32,33,34,37 og arterioler35,36 af Normotensive rotter og hamstere.

Ud over at give værdifuld indsigt med hensyn til mikrocirkulations evne til autoregulere sin blodgennemstrømning, LDF målinger kan anvendes i en bred vifte af applikationer, der giver en dynamisk vurdering af blodgennemstrømningen kontrol, der er utilgængelig med konventionelle metoder, såsom mikrosfærer og elektromagnetiske flow sonder. For eksempel er ldf-målinger yderst værdifulde i vurderingen af mikrocirkulationens respons på vasoaktive stimuli såsom ACH-infusion og administration af andre vasoaktive stoffer31,32,33,34,37, forhøjet arteriel PCO210, hypoxi17,48, Neuro vaskulær kobling som reaktion på sensoriske stimuli21,49, funktionelle hyperæmi i hjernen20, og evaluere vævs respons til hæmoragisk hypotensiv stress og forskellige typer af kredsløbssygdomme chok43,44,45,46.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har intet at afsløre.

Acknowledgments

Forfatterne udtrykker deres oprigtige tak til Kaleigh Kozak, Megan Stumpf og Jack Bullis for deres fremragende hjælp til at færdiggøre denne undersøgelse og forberede manuskriptet. Støtte til tilskud: NIH #R01-HL128242, #R21-OD018309 og #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

Medicin cerebral blodgennemstrømning blødning Laser Doppler flowmetry autoregulation mikrocirkulation blodgennemstrømning
Evaluering af cerebral Blood flow Autoregulation i rotter ved hjælp af Laser Doppler Flowmetry
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