Waiting
Login processing...

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

Medicine

הערכה של זרימת דם מוחין Autoregulation בעכברוש באמצעות לייזר דופלר 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

מאמר זה מדגים את השימוש של הזרימה דופלר לייזר כדי להעריך את היכולת של זרימת המוח כדי לautoregulate את זרימת הדם שלה במהלך הפחתת לחץ דם עורקי.

Abstract

כאשר חוקרים את מנגנוני הגוף לוויסות זרימת דם מוחית, מדידה יחסית של זרימת דם מיקרוסירקולציה ניתן להשיג באמצעות flowmetry לייזר דופלר (LDF). נייר זה מדגים הכנה הגולגולת סגור המאפשר זרימת דם מוחין להיות מוערך מבלי לחדור את הגולגולת או להתקין חדר או חלון מוחין. כדי להעריך מנגנונים אוטומטיים, מודל של הפחתת לחץ דם מבוקרת דרך דימום מדורגת יכול להיות מנוצל בעת שימוש בו זמנית LDF. זה מאפשר את הזמן האמיתי מעקב אחר השינויים היחסיים בזרימת הדם בתגובה להפחתת לחץ הדם העורקי המיוצר על ידי נסיגה של במחזור נפח הדם. פרדיגמה זו היא גישה רבת ערך לחקר זרימת דם מוחין autoregulation במהלך הפחתת לחץ דם עורקי, עם שינויים קלים בפרוטוקול, הוא גם בעל ערך כמודל ניסיוני של הלם מדמם. בנוסף להערכת תגובות התגובה, LDF ניתן להשתמש כדי לפקח על זרימת הדם בקליפת המוח כאשר חקירת מטבולית, מיוגניים, אנדותל, humoral, או מנגנונים עצביים לווסת את זרימת הדם מוחין ואת ההשפעה של ניסיוני שונים התערבויות ומצבים פתולוגיים על זרימת דם מוחית.

Introduction

מנגנונים מגוקקים במחזור המוח משחקים תפקיד מכריע בשמירה על הומאוסטזיס ותפקוד תקין במוח. Autoregulation של זרימת הדם מוחין מושפע גורמים מרובים כולל קצב הלב, מהירות הדם, לחץ זלוף, את קוטר העורקים ההתנגדות המוחית, ואת ההתנגדות מיקרוסירקולציה, כל אשר ממלאים תפקיד בשמירה על מוחין הכולל זרימת הדם קבוע במוח על טווח פיזיולוגי של לחצים מערכתית דם. כאשר הלחץ העורקי גובר, המנגנונים הללו מגבירים את העורקים הראשיים ואת עורקי ההתנגדות כדי למנוע עליות מסוכנות בלחץ תוך גולגולתי. כאשר לחץ הדם העורקי פוחת, מנגנוני הבקרה המקומיים מתרחבים על ידי העורק כדי לשמור על הפרזיה של רקמות ו-O2 משלוח. מצבים פתולוגיים שונים כגון hypercapnia, טראומה או הכללית ארוי המוח פציעה, מיקרואנגיופתיה סוכרתית1,2,3,4,5,6 עשוי לשבש את היכולת של המוח לautoregulate את זרימת הדם שלה. לדוגמה, יתר לחץ דם כרוני משמרות את טווח אוטומטי יעיל לכיוון לחצים גבוהים יותר7,8,9, ו מלח גבוה (HS) דיאטה לא רק מפריעה התרחבות אנדותל רגיל תלוי במיקרו במחזור10, אבל גם פוגע ביכולת של מנגנונים האוטומטיים במחזור המוח כדי להתרחב ולשמור על העור זלוף כאשר הלחץ העורקים Autoregulation מוחין הוא גם לקוי בחולדות מלוחים רגיש מלח כאשר הם ניזונים דיאטה HS12.

במהלך הפחתת הלחץ העורקי, התרחבות של עורקי ההתנגדות המוחית והעורק מחזירה בתחילה את זרימת הדם המוחית לשליטה בערכים למרות הלחץ הקטן של ההיתוך. כאשר הלחץ העורקי מצטמצם יותר, זרימת הדם המוחית נותרת קבועה בלחץ התחתון (שלב הרמה של התגובה המנובעת) עד שהvasקולטורה לא יכול עוד להתרחב כדי לשמור על זרימת הדם בלחץ התחתון. הלחץ הנמוך ביותר שבו איבר יכול לשמור על זרימת הדם נורמלי נקרא הגבול התחתון של autoregulation (פילה). בלחצים מתחת לפילה, זרימת דם מוחית יורדת באופן משמעותי מערכי מנוחה ופוחתת בצורה קווית עם כל הפחתה בלחץ ההיתוך העורקי13,14. משמרת כלפי מעלה בתוך הפילה, כפי שנצפתה ביתר לחץ דם7,8,9, עשוי להגביר את הסיכון ואת חומרת הפציעה האיסכמי במהלך התנאים בהם לחץ העורק העורקי מופחת (למשל, אוטם שריר הלב, שבץ האיסכמי, או הלם הדם).

Ldf הוכיחה להיות גישה בעלת ערך רב מאוד כדי להעריך את זרימת הדם במיקרו מחזור תחת מגוון של נסיבות, כולל autoregulation של זרימת הדם במחזור המוח11,14,15. בנוסף להערכת תגובות מיידיות, ניתן להשתמש ב-ldf כדי לנטר את זרימת הדם בקליפת המוח כאשר חוקרים את זרימת הדם הכאולית, מיוגניים, אנדותל, הומורל, או המנגנון העצבי המווסת את זרימה דם מוחית ואת ההשפעה של התערבויות ניסיוני שוניםומצביםפתולוגיים על זרימתדם מוחין10,

LDF מודד את המעבר באור לייזר משתקף בתגובה למספר ומהירות של חלקיקים נעים-במקרה זה, כדוריות הדם האדומות (RBC). למחקרים של autoregulation כלי דם מוחין, לחץ דם עורקי הוא שונה גם על ידי העירוי של אגוניסט אלפא-אדרררגיות כדי להגביר את הלחץ העורקי (כי מחזור המוח עצמו הוא חסר רגישות ל-alpha-אדראררגיות הכלי המכווץ)12,15 או באמצעות בקרת נפח הדם מבוקרת להפחית לחץ עורקי11,14. במחקר הנוכחי, LDF מנוצל כדי להדגים את ההשפעות של הפחתות מדורגים לחץ דם על autoregulation מוחין בעכברוש בריא. למרות שיטות הגולגולת הפתוחות והסגורות תוארו בספרות22,23,24,25, הנייר הנוכחי ממחיש הכנה הגולגולת סגור, המאפשר זרימת דם מוחין להיות מוערך מבלי לחדור את הגולגולת או התקנת חלון חדר או מוחין.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

המכללה הרפואית של ויסקונסין טיפול בעלי חיים מוסדי ועדת השימוש (IACUC) אישר את כל הפרוטוקולים המתוארים במאמר זה וכל ההליכים הם בהתאמה עם המכון הלאומי לבריאות (NIH) המשרד של מעבדה בעלי חיים רווחה (OLAW) תקנות.

1. בעלי חיים ניסיוניים והכנה להקלטה

  1. השתמש 8 – 12-שבוע בן גברים ג ' ולבי שוקל 250 – 300 g. עבור ניסויים אלה, להאכיל חולדות דיאטה סטנדרטית המורכבת 0.4% הנאל, 200 ג/ק"ג קזאין, 3 גרם/ק"ג DL-מתיונין, 497.77 g/ק"ג סוכות, 150 g/ק"ג קורנפלור, 50 g/ק"ג שמן תירס, 50 g/ק"ג, 2 גרם/ק"ג כולין bitartrate, 35 g/ק"ג תערובת מינרלים, ו 10 ג ' ק ג מיקס ויטמין.
  2. הקלטת לחץ דם עורקי וקריאות LDF באמצעות תוכנה לרכישת נתונים או כל שיטת הקלטה דומה.
  3. חבר את הלחץ העורקי מתמר לערוץ אחד של מערכת ההקלטה ובדיקה LDF לערוץ השני במערכת ההקלטה.
  4. לפני המדידה, לכייל את בדיקת דופלר לייזר להגדיר תקן לתנועתיות ולהבטיח כי flowmeter דופלר לייזר מספק פלט קבוע.
  5. הכינו ציוד נוסף הדרוש לניתוח ההכנה ולניסוי: מיקרוסקופ מבתר, מאוורר מכרסם, צג שוקו בקצה2 , מכשיר סטריאוטקאלי כדי לתקן את ראש החולדה במיקום, ומיקרומניפולציה כדי לאתר את הגשוש של ldf על מיקרו מחזור pial ולשמור אותו במצב קבוע.

2. הכנה כירורגית

  1. שוקלים את העכברוש והפילו את החיה בחדר אינדוקציה עם 3.5% isofלבנה ו 30% O2 תוספת.
  2. הסר את בעל החיים מחדר אינדוקציה ותחליף מסכת הרדמה המספקים 1.5 – 3% isofלפני 30% O2 תוספת.
  3. מניחים את העכברוש על שמיכה מים מחזורי הנשמרת ב 37 ° צ' ורפלקסים לבדוק עם קמצוץ הבוהן כדי להבטיח כי יש רפלקס הנסיגה. החלת משחה אופטלמולוגית לשתי העיניים כדי למנוע התייבשות הקרנית.
  4. , גלח את ראש הגולגולת. אזור הצוואר ומשולשים של הירך להסיר שיער רופף מאזורים אלה ונקי עם אלכוהול לשפשף.
  5. מניחים את העכברוש בתנוחה פרקדן על משטח חימום עם משאבת מים חמים מחזורי כדי לשמור על טמפרטורת הגוף של החיה ב 37 ° c ולאבטח אותו באופן זמני את הלוח באמצעות הקלטת הרפואית.
  6. התקן צינורית הקנה (PE240 פוליאתילן) דרך חתך מגחוני בצוואר כמתואר במקום אחר26.
  7. חברו את צינורית הקנה לצינור המים למסך הקצההשני של הגאות והמאוורר בתוספת 2.5 – 3.0% (בהתאם לגודל בעל החיים) ו-30% O2 מוסף אינהלציה. ודא שקצב הנשימה, הזמן הinspiratory, ואמצעי האחסון של הדקות המאווררים מוגדרים ומנוטרים כדי להבטיח את הגאותוהסיום של שיתוף הפעולה הסופי של כ-35 mmhg במהלך הניסוי.
    הערה: הדבר מושג בדרך כלל בקצב נשימתי של כ-48 – 60 נשימות/דקות, נפח הגאות של 1.70 – 2.30 mL, וזמן השראה של 0.50 – 0.60 s עבור עכברוש בגודל 250 – 300 גרם.
  8. ממלאים שני PE50 פוליאתילן עם הפארין 1 U/mL בתמיסה של איזוטוניק כדי למנוע קרישה ולשמור על הפטלות של הקטטרים. לאחר מילוי, שיקוע הקצה הפתוח של כל צינורית עם מספריים כירורגיים כדי להקל על הכניסה לעורק.
  9. הצינורית הימנית והשמאלית של עורק הירך כמתואר במקומות אחרים27 כדי לאפשר ניטור רציף של לחץ עורקי בקטטר אחד ונסיגה הדם מן הקטטר השני.
    1. לאחר הפרדת העורקים מהרקמה שמסביב, מתחת למיקרוסקופ מבתר, הציבו את העורק המרוחק ומניחים שני תפרים נוספים בקצה האמצעי והחלק השני של העורק מבלי להדק את הקשרים.
    2. השתמשו בתפר הראשי כקשירה להרמת משקולות כדי למנוע דימום מעורק העורקים לאחר החיתוך של צינורית הכניסה (שלב 2.11).
  10. הכניסו חוט בצורת V מאטב נייר מתחת לעורק, כדי לעצור את הספינה עד שהצינורית תהיה מאובטחת.
  11. מתחת למיקרוסקופ מבתר, עושים חתך קטן בעורק הירך ליד הדבר המרוחק באמצעות המספריים של וואנות. הכניסו את הקצה השופע של הצינורית לתוך החתך והתקדמו לתוך עורק הירך. הדקו את הקשר בחיבור האמצעי כדי לאבטח את הצינורית במקום, כך שהלחץ אינו מסולק באמצעות לחץ עורקי כאשר הסרת הקשירה או אטב הנייר מוסרים.
  12. לאחר הידוק החיבור האמצעי, שחררו את המתח על ליגיית ההרים ו/או הסירו את אטב הנייר והדקו את החיבור העומד בפני התחת.
  13. סגור את החתך עם תפרים עדינים (3-0 משי) או סיכת כירורגית. לחלופין, מניחים גזה לח על האתר חתך, תלוי בגודל של החתך.

3. הגולגולת דליל עבור מדידות LDF

  1. מיד לאחר הצינורית נמצאים במקום, מניחים את החיה בתנוחה משנית ומאבטח את הראש במכשיר סטריאוטקאני, ונזהר לא להוציא את הקטטרים או את צינור הקנה.
  2. השתמש מספריים כירורגי לעשות חתך אליפטי בעור המכסה את הגולגולת. השתמש בספוגית כותנה כדי להסיר את כל רקמת החיבור, להבטיח כי הגולגולת נקי ויבש. מניחים פיסת מוארך התגלגל קטן של נייר טישו סביב החתך על הקרקפת כדי לעצור דימום כלשהו.
  3. תחת מיקרוסקופ מבתר, להשתמש בכלי Dremel או מקדחה שיניים עם מקדחה 2.15 מ"מ סיבית כדי רזה אזור קטן של העצם (כ 0.5 – 1 ס מ בהתאם לגודל של עכברוש) באזור הקודקודית על קליפת המגע השמאלי או הימני.
    התראה: הדק את העצם לאט ובזהירות כדי להימנע מחדירה לגולגולת. בעת ביצוע שלב זה, פתרון מלוחים יש להחיל ליברלית כדי למנוע את האזור מפני התחממות יתר.
  4. לאחר הגולגולת היה דיללו והאזור יש מראה ורוד ו/או כלי דם הם דמיינו, לכסות את האזור עם שמן מינרלי ולהשתמש במיקרומניפולציה כדי למקם את הלייזר דופלר לייזר מעל מיקרו מחזור המוח חשוף, כך קצה החללית הוא רק נגיעה העליון של הבריכה של שמן מינרלי (איור 1).
    הערה: חיוני לקחת מדידות LDF באזור שבו אין תנודות חיצוניות כי היה להפריע את הקריאות דופלר לייזר וכי הגשוש הוא קבוע באופן מאובטח על אותו אזור היעד במהלך הניסוי.

4. הערכת autoregulation כלי דם מוחין

  1. לאחר הבדיקה LDF הוא קבוע בעמדה, לאפשר לתקופה של 30-45 דקות השפה לפני תחילת הניסוי. לאחר תקופת המדידה, למדוד את הלחץ העורקי מרושע (MAP) ואת זרימת הדם מוחין לייזר (הקרח) כל 30 עבור 2 דקות וממוצע הערכים כדי להשיג את ערכי הבסיס עבור לחץ דם מראש לפני הצורך ו-הקרח.
  2. כדי להעריך את autoregulation כלי הדם מוחין בתגובה הפחתת לחץ עורקי, למדוד את הקרח והמפה בעקבות משיכות רצופות של 1.5 mL של דם מעורק הירך11. כדי לשמור על הפטנט הקטטר, ודא כי נפח של פתרון הפארין (100 U/mL ב מלוחים isotonic) שווה בקירוב לנפח הקטטר הוא החדרת לאחר כל דם לצייר.
    הערה: כאשר מקטינים את פתרון ההפרין לשמירה על קטטר, חשוב להתאים את הנפח של פתרון ההפרין לנפח הקטטר ככל האפשר כדי למנוע מהחיה לקבל יותר מדי הפארין, דבר שעלול לגרום לחוסר רצויות דימום.
  3. לאחר כל הנסיגה של נפח הדם, לאפשר את העכברוש כדי לשנות 2 דקות, לאחר מכן המפה ו-הקרח מוקלטים כל 30 עבור 2 דקות. חזור על משיכות נפח הדם עד שהחיה מגיעה למפה של כ-20 מ"מ.
  4. לקבוע את טווח אוטומטי יעיל על ידי זיהוי הטווח של לחצים דם מהמפה לפני המחזור (שלבים 4.5 ו 5.3, להלן).
  5. לקבוע את פילה על ידי זיהוי הלחץ הנמוך ביותר שבו ה-, עדיין חוזר לתוך 20% של ערך בקרת טרום דימום בעקבות נסיגה נפח הדם, כפי שתוארה בעבר11,28 או על ידי זיהוי נקודת החיתוך של קווי הרגרסיה נקבע בשלב הרמה של autoregulation ומתחת לפילה, שם מקטינה את הקרח עם כל נסיגה דם רצופים (5.3 שלב
    הערה: הקריטריונים להגדרת הרמה ואת המישור האוטומטי עשויים להיות שונים בין מעבדות (למשל, טקדה ואח '28 לעומת ג ' ונס ואח '29), כמו גם הליכים להפחתת לחץ דם עורקי (למשל, נסיגה של נפח מסוים של דם לעומת דימום מבוקר כדי להגיע לרמות ספציפיות לחץ העורקים)11.
  6. בסוף הניסוי, המתת החסד של החיה על ידי יצירת חזה אוויר דו צדדי בזמן תחת מישור כירורגי של הרדמה, כפי שאושרה על ידי IACUC.
  7. ערכי LDF שהושגו ברקמה לאחר שבעל החיים מורדמים יספק את ערך הזרימה הבסיסי של אפס עבור ההתקנה הניסיונית.

5. אנליזה סטטיסטית

  1. בצע ניתוח רגרסיה ליניארית כדי להעריך את הקורלציה בין ערכי LDF לבין לחץ העורקים המקביל שלהם. השתמש בקריאות LDF הבסיסיות שהתקבלו לאחר שבעל החיים מורדמים כדי להבטיח שלא היה אות LDF לא ספציפי המשפיע על קצבי הזרימה הנמדדים.
  2. חשב את המנה באמצעות ההצטלבות בין קווי הרגרסיה שמעל ומתחת למישור האוטומטי. כדי לחשב את הפילה באמצעות שיטה זו, שלב את שתי משוואות הרגרסיה ולפתור את המשוואה המתקבלת ללחץ עורקי.
  3. בעת השוואת קבוצות נסיוניות שונות, השתמש בניתוח רגרסיה ליניארית כדי לחשב את מדרונות ה-LDF לעומת הלחץ העורקי מעל ומתחת לפילה עבור כל חיה ולסכם אותם כממוצע ± SEM עבור בעלי החיים בקבוצה הניסיונית הזו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

איור 2 מסכם את התוצאות של ניסויים שנערכו ב 10 גברים ג ' ספראג-דאולי מעבדה רגיל אוכל המעבדה. בניסויים אלה, המשמעות של ה-ה-LBF נשמרה בתוך 20% מערך הדימום הראשוני בעקבות משיכות שלוש החזקות של דם, עד שהלחץ העורקי הממוצע הגיע לפילה. משיכות בנפח הדם העוקבות בלחצים שמתחת לפילה גרמה להפחתה מתקדמת של ה-, מראה כי מחזור המוח לא היה מסוגל עוד לייצר רמה מספקת של בין כדי לשמור על מוחין זרימת הדם קבוע על לחצים זלוף נמוך.

איור 3 מסכם את הקשר בין לחץ עורקי מרושע ו-הקרח בשלב הרמה (map ≫ 65 mmhg) ואת השלב הפירוק (מפה ≪ 65 mmhg) של cbf autoregulation. על לחצים או מעל לה, לא היה מתאם משמעותי בין הלחץ העורקי לבין לחצים העורקים (r 2 = 0.0246; p = 0.3534), מראה כי ה-2bf היה עצמאי של לחץ עורקי בטווח הרמה של עקומת שינוי. מתחת לפילה, הקשר ללחץ על הקרח/עורקים היה מדרון שלילי ו-האקדח היה מתואם באופן משמעותי עם לחץ עורקי (r2 = 0.7907; p = 8.7 x 10– 25).

Figure 1
איור 1: הצבת בדיקה דופלר לייזר על הגולגולת המורדם של חולדה ממקלדת. חולדה במנגנון סטריאוטקאית עם בדיקה LDF ממוקם על אזור מבודד של הגולגולת והחזיק במקום עם מיקרומניפולציה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: Autoregulation של זרימת הדם המוחית בתגובה הפחתת דימום המושרה בלחץ דם עורקי. קשר מסוכם בין נסיגה נפח הדם ו (א) מתכוון לחץ עורקי (MAP) ו (ב) לייזר זרימת דם מוחין (לגעת) בחולדות האכילו דיאטה סטנדרטית נתון משיכות בנפח דם סדרתי. נתונים המוצגים כממוצע ± SEM עבור n = 6 – 10 לאחר נסיגת כל נפח הדם. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: הקשר בין הלחץ העורקי הממוצע לבין זרימת דם מוחית לייזר. היחסים במהלך שלב הרמה של התגובה שינוי אוטומטי (n = 37 תצפיות) ו בשלב הפירוק של התגובה (n = 70 תצפיות) מוצגים, כאשר לחצים העורקים נפלו מתחת לפילה (~ 65 Mhg). הקשר היה מאוד מתואם עם מפה בשלב הפירוק של autoregulation (r2 = 0.7907; p = 8.7 x 10– 25) אבל לא במהלך שלב הרמה של autoregulation (r2 = 0.0246; p = 0.3534). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

הערכה של התגובה זרימת הדם הרקמה עם לייזר דופלר Flowmetry (LDF). כפי שצוין לעיל, האות LDF הוא פרופורציונלי למספר ומהירות של חלקיקים נעים, במקרה זה RBC, במחזור המיקרו. קריאות ldf באיברים שונים הם בקורלציה היטב עם זרימת דם איברים שלמים המשוער על ידי שיטות שנקבעו כגון תזרים מטרים אלקטרומגנטיים ומיקרו כדורים רדיואקטיביים30 והם עקביים בדרך כלל עם מחקרים הערכת את הוויסות של הטון הפעיל ב ההכנות העורק הראשי של cannulated10,31,32,33,34 וב3635אתרו

שיקול אחד בעת ביצוע מחקרים של autoregulation מוחין, ואולי autoregulation במיטות כלי דם אחרות, היא ההשפעה הפוטנציאלית של הרדמה על תגובות משוב. למרות שautoregulation המוח היה נוכח במחקר הנוכחי ובמחקר מוקדם יותר על ידי הקבוצה שלנו11 ועקבית עם ההשפעות הידועות של דיאטה HS על התגובות vasodilator של עורקי ההתנגדות המוחית31,32,37, העכברוש pial העכיילס35 ו באתרו העורקי של הכיס ללחי אוגר36, הרדמה isofלוריאן כבר דיווחו שיש אפקט vasodilator חזק38 ולגרום לדיכוי לב וכלי דם 39. isofautoregulation ane גם דיווחו לגרום לאובדן של כלי דם מוחין בעכברים40,41, אז כמה חוקרים השתמשו בהרדמה alpha-כchloralose או בלבד41 או בשילוב עםה42 urethane ללמוד autoregulation מוחין במקום.

המספרים והמהירויות של RBC משתנים בתוך מיטת מיקרו-דם, בין אנשים, ובתוך נושא אישי לאורך זמן. לפיכך, LDF אינו מספק ערך מוחלט של זרימת הדם בתוך איבר או המיקרו מחזור שלה, בין איברים שונים, או באזורים שונים של המיקרוסירקולציה. לכן, זה חיוני כדי לאבטח בחוזקה את הגשוש LDF כך שהוא נשאר באותו מיקום והוא לא נתון כל רטט לאורך הניסוי. כדי להעריך במדויק את השינויים בזרימת הדם המוחית, ראשו של החולדה ממוקם במכשיר סטריאוטקמית והגשוש LDF מוחזק במיקרומניפולציה על פני אזור מבודד של הגולגולת כדי למנוע חפצי תנועה ולשמור על מיקומו של הגשוש ביחס לאזור הנלמד (איור 1). כל תנועה של המקדח הרחק מהאתר הראשוני שלה יפיק אות שנקבע על ידי זרימת הדם באזור אחר של הרקמה, השוואות ההשוואות. למרות LDF אינו מספק מדידה של זרימת דם מוחלטת, כאשר ביצע כראוי היא עדיין גישה נוחה ורבת ערך להעריך את הוויסות של זרימת הדם ברמה של מיטה כלי הדם כולו30, ואת הסדר היחסי של מגדילה או ירידה בזרימת ldf ביחס לערך השליטה ניתן להשוות סטטיסטית.

Autoregulation של זרימת הדם המוחית. מחזור המוח יכול בדרך כלל לסבול שינויים גדולים בלחץ דם עורקי הגורמות לכיוון החיץ כאשר הלחץ העורקי הוא מוגבה והוא כאשר הלחץ העורקי מופחת באמצעות מנגנונים אוטומטיים. מנגנונים אלה הם בעלי חשיבות מכרעת כדי למנוע עליות מסוכנות בלחץ תוך-גולגולתי כאשר לחץ דם מערכתית מגביר וכדי לשמור על מיזוג רקמות מספקת ואספקת חמצן כאשר הלחץ העורקים פוחתת. הניסויים הנוכחיים התמקדו ביכולת של מנגנונים מניקקים לשמור על מוחין זרימת דם קבוע כמו הלחץ העורקי מופחת (ולא את היכולת של זרימת מוחין לשמור על זרימת הדם קבוע כמו המפה מוגברת), למרות LDF הוא בעל ערך רב מאוד משמש למחקרים האחרונים גם. יישום אחר בעל ערך של עיצוב ניסיוני זה הוא לחקור זרימת דם microvascular הדם במהלך דימום בצורות שונות של ההלם הדם43,44,45,46.

Autoregulation של הקרח במהלך הפחתת דימום המושרה בלחץ העורקים מוערך על ידי השוואת זרימת LDF ואת המפה נמדד 2 דקות לאחר כל משיכת הדם עם שליטה מראש המפה ואת הקרח מנמדד מיד לפני נסיגה נפח הדם. בשלב זה, המנגנונים האוטומטיים פעלו להתרחב כדי לשמור על זרימת הדם בלחץ הפרפיוז התחתון. הפילה מזוהה כמפה הנמוכה ביותר שבה מנגנונים אוטומטיים יכולים עדיין לשחזר את זרימת הדם למרות הפחתת לחץ ההיתוך. בלחצים העורקים מתחת לפילה, מנגנונים מנוקקים הגיעו למגבלה שלהם ואין עוד אפשרות להרחיב את מנגנון החמצן מספיק כדי למנוע הפחתה נוספת של זרימת דם מוחית. לאחר שהפילה מועברת, יש ירידה משמעותית ומתקדמת ב-הכBF מערך הדימום לאחר כל נסיגה של דם כדי להגיע ללחץ החדש11. האפקטיביות של autoregulation כלי דם מוחין בתגובה הפחתת לחץ דם עורקי מוערך על ידי השוואת השיפוע של ה-BF לעומת הלחץ העורקי הקשר לפני ואחרי הפילה ואת רוחב שלב הרמה של autoregulation, מוגדר כטווח הלחץ העורקי בין לדמם מפה לבין פילה. לדוגמה, מחקר שנערך לאחרונה הערכת את ההשפעה של דיאטה HS על מוחין autoregulation11 נמצא כי זרימת הדם מוחין נשמר ברמה קבועה בחולדות הניזונים עם מלח נמוך (LS; 0.4% הנאל) דיאטה במהלך הפחתה מתמשכת בלחץ עורקי לערכים נמוכים כמו 40 – 50 mhg. ממצא זה מתאים לאומדנים קודמים של הפילה בחולדות בריאות16,47. עם זאת, שלב הרמה של זרימת דם מוחין autoregulation ב normotensive ספראג-דודלי האכילו לטווח קצר (3 ימים) ו כרונית (4 שבועות) גבוה מלח (HS; 4% כאשר) דיאטה ירדה בהדרגה עם הנחות רצופות בלחץ העורקים, מראה כי דיאטה HS מבטלת את שלב הרמה של רגולציה זרימת הדם כי הוא בדרך כלל נוכח חולדות normotensive בריאים משפיע לרעה על היכולת של זרימת המוח כדי לשמור על העור הפרזיה בפני הפחתת לחץ הדם11. מציאת כי autoregulation של זרימת דם מוחין בתגובה ללחץ דם מופחת הוא לקוי בחולדות ניזון דיאטה HS הוא עקבי עם תוצאות של מחקרים המראים כי עליות מלח תזונתיים לפגוע הרפיה של עורקים ההתנגדות31,32,33,34,37 ו העורקי35,36 של normotensive חולדות ואוגרים.

בנוסף למתן תובנות יקרות לגבי היכולת של מיקרו מחזור לautoregulate זרימת הדם שלה, מדידות LDF יכול להיות מועסק במגוון רחב של יישומים המספקים אומדן דינמי של בקרת זרימת הדם כי הוא לא זמין עם שיטות קונבנציונליות, כגון מיקרוספירות ובדיקות זרימה אלקטרומגנטית. לדוגמה, מדידות ldf הן בעלות ערך רב בהערכת התגובה של המיקרו מחזור גירויים vasoactive כגון האינפוזיה וניהול של סוכני vasoactive אחרים31,32,33,34,37, pco עורק מוגבה210, היפוקסיה17,48, מצמד נוירוכלי בתגובה גירויים חישה21,49, פונקציונלי היפרמיה במוח20, והערכת תגובות רקמות למתח יתר דימום ממתחים וסוגים שונים של הלם הדם43,44,45,46.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

. למחברים אין מה לגלות

Acknowledgments

המחברים לבטא תודות הכנה שלהם Kaleigh Kozak, מייגן Stumpf, וג בולוס על הסיוע הבולט שלהם בהשלמת המחקר הזה והכנת כתב היד. גרנט תמיכה: NIH #R01-HL128242, #R21-OD018309, ו #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

רפואה סוגיה 155 זרימת דם מוחין דימום לייזר דופלר flowmetry autoregulation מיקרו מחזור זרימת הדם
הערכה של זרימת דם מוחין Autoregulation בעכברוש באמצעות לייזר דופלר 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