Summary
Denne artikkelen demonstrerer bruken av laser Doppler flowmetry å evaluere evnen til cerebral sirkulasjon for å autoregulate sin blodstrøm under reduksjoner i arteriell blodtrykk.
Abstract
Når gransker kroppens mekanismer for å regulere cerebral blodstrøm, en relativ måling av microcirculatory blodstrøm kan fås ved hjelp av laser Doppler flowmetry (LDF). Dette papiret demonstrerer en lukket hodeskalle forberedelse som gjør at cerebral blodstrøm skal vurderes uten å trenge inn i skallen eller installere et kammer eller cerebral vindu. For å evaluere autoregulatory mekanismer, kan en modell av kontrollert blodtrykksreduksjon via gradert blødning utnyttes samtidig ansette LDF. Dette gjør at sanntids sporing av de relative endringer i blodstrømmen som svar på reduksjoner i arteriell blodtrykk produsert ved tilbaketrekking av sirkulerende blod volum. Dette paradigmet er en verdifull tilnærming til å studere cerebral blodstrøm autoregulation under reduksjoner i arteriell blodtrykk, og med mindre modifikasjoner i protokollen, er også verdifullt som en eksperimentell modell av hemoragisk sjokk. I tillegg til å evaluere autoregulatory svar, kan LDF brukes til å overvåke kortikale blodstrøm når gransker metabolske, myogenic, endothelial, humoral, eller nevrale mekanismer som regulerer cerebral blodstrøm og virkningen av ulike eksperimentelle intervensjoner og patologiske tilstander på cerebral blodstrøm.
Introduction
Autoregulatory mekanismer i cerebral sirkulasjon spille en avgjørende rolle i å opprettholde homeostase og normal funksjon i hjernen. Autoregulation av cerebral blodstrøm påvirkes av flere faktorer, inkludert hjertefrekvens, blod hastighet, trykk, diameteren av cerebral motstand arterier, og microcirculatory motstand, som alle spiller en rolle i å opprettholde den totale cerebral blodstrøm konstant i hjernen over det fysiologiske spekter av systemisk blodtrykk. Når arterietrykk øker, disse mekanismene constrict arterioler og motstand arterier for å hindre farlige økninger i intrakraniell trykk. Når arteriell blodtrykk avtar, dilate lokale kontrollmekanismer arterioler for å opprettholde vevs-og O2 -leveransen. Ulike patologiske tilstander som hyperkapni, traumatisk eller global hypoxic hjerneskade, og diabetisk mikroangiopati1,2,3,4,5,6 kan forstyrre hjernens evne til å autoregulate sin blodstrøm. Kronisk hypertensjon skifter for eksempel den effektive autoregulatory-serien mot høyere trykk7,8,9, og en høy salt (HS) diett forstyrrer ikke bare normal endotelet-avhengig utvidelse i cerebral mikrosirkulasjonen10, men hemmer også evnen til å autoregulatory mekanismer i cerebral sirkulasjon for å dilate og opprettholde vevsprøven når arterie trykket reduseres11. Cerebral autoregulation er også svekket i Dahl salt-sensitive rotter når de er matet en HS diett12.
Under reduksjoner i arteriell press, utvidelse av cerebral motstand arterier og arterioler utgangspunktet returnerer cerebral blodstrøm til kontrollverdier til tross for redusert trykk. Som arteriell press reduseres ytterligere, cerebral blodstrøm forblir konstant ved lavere trykk (platå fase av autoregulatory respons) til blodkar kan ikke lenger dilate å opprettholde blodstrømmen ved lavere trykk. Det laveste trykket som et organ kan opprettholde normal blodstrøm kalles den nedre grensen av autoregulation (LLA). Ved trykk under LLA reduserer cerebral blodstrøm betydelig fra hvile verdier og avtar på en lineær måte med hver reduksjon i arterietrykk13,14. En oppadgående forskyvning i LLA, som observert i hypertensjon7,8,9, kan øke risikoen og alvorlighetsgraden av iskemiske skader under forhold hvor arterie trykket reduseres (f. eks hjerteinfarkt, iskemiske hjerneslag, eller sirkulasjons-sjokk).
LDF har vist seg å være en svært verdifull tilnærming for å evaluere blodgjennomstrømningen i mikrosirkulasjonen under en rekke omstendigheter, inkludert autoregulation av blodstrømmen i cerebral sirkulasjon11,14,15. I tillegg til å evaluere autoregulatory svar, kan LDF brukes til å overvåke kortikale blodstrøm når gransker metabolske, myogenic, endothelial, humoral, eller nevrale mekanismer som regulerer cerebral blodstrøm og virkningen av ulike eksperimentelle intervensjoner og patologiske tilstander på cerebral blodstrøm10,16,17,18,19,20,21.
LDF måler skiftet i reflektert laser lys som svar på antall og hastighet av bevegelige partikler-i dette tilfellet, røde blodlegemer (RBC). For studier av cerebral vaskulær autoregulation, arteriell blodtrykk er endret enten ved infusjon av en Alpha-adrenerge Agonistiske å øke arteriell trykk (fordi cerebral sirkulasjon i seg selv er ufølsom for Alpha-adrenerge vasokonstriktor agonister)12,15 eller via kontrollert blod volum tilbaketrekning for å redusere arteriell trykk11,14. I denne studien er LDF benyttet for å demonstrere virkningene av graderte reduksjoner i blodtrykket på cerebral autoregulation i en sunn rotte. Selv om åpen og lukket skallen metoder har blitt beskrevet i litteraturen22,23,24,25, viser dagens papir en lukket hodeskalle forberedelse, slik at cerebral blodstrøm skal vurderes uten å trenge inn i skallen eller installere et kammer eller cerebral vindu.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
The Medical College of Wisconsin institusjonelle Animal Care og use Committee (IACUC) godkjent alle protokoller som er beskrevet i denne utredningen og alle prosedyrer er i samsvar med National Institutes of Health (NIH) kontor laboratorium Animal Welfare (OLAW) Forskrifter.
1. eksperimentelle dyr og forberedelse til opptak
- Bruk 8 – 12 uker gamle mannlige Sprague-Dawley rotter som veier 250 – 300 g. For disse eksperimentene, mate rotter en standard diett bestående av 0,4% NaCl, 200 g/kg kasein, 3 g/kg DL-metionin, 497,77 g/kg sukrose, 150 g/kg maismel, 50 g/kg mais olje, 50 g/kg cellulose, 2 g/kg kolin Bitartrate, 35 g/kg mineral mix, og 10 g/kg vitamin mix.
- Vanlig arteriell blodtrykk og LDF målinger ved hjelp av datainnsamlingsprogram vare eller en sammenlignbar opptaks metode.
- Fest arterietrykk svingeren til en kanal i opptaks systemet og LDF-proben til den andre kanalen på opptaks systemet.
- Før målingen, kalibrere laser Doppler sonden å sette en motilitet standard og sikre at laseren Doppler flowmeter gir en jevn utgang.
- Forbered ekstrautstyr som trengs for den forberedende kirurgi og for eksperimentet: en dissekere mikroskop, en gnager Ventilator, en slutt tidevanns CO2 -skjerm, et stereotaxic instrument for å fikse rotte hodet i posisjon, og en micromanipulator for å finne LDF sonden over saify mikrosirkulasjonen og opprettholde den i en stødig posisjon.
2. kirurgisk forberedelse
- Veie rotta og bedøve det dyr inne en induksjon kammeret med 3,5% isoflurane og 30% O2 komplettere.
- Fjern dyret fra induksjon kammeret og erstatte en bedøvelse maske levere 1.5-3% isoflurane med en 30% O2 supplement.
- Plasser rotte på en sirkulerende vann teppe opprettholdes ved 37 ° c og sjekke reflekser med en tå knipe for å sikre at det er en tilbaketrekning refleks. Påfør steril øyen salve til begge øyne for å hindre hornhinnen uttørking.
- Barbere toppen av kraniet, ventrale nakkeområdet, og lår trekanter. Fjern eventuelle løse hår fra disse områdene, og Rengjør med rubbing alkohol.
- Sted rotta inne en liggende holdning opp på en varmer pute med en circulating hjertelig vannpumpe å vedlikeholde det dyrene ' kropp temperatur for 37 ° c og midlertidig sikre den å puten benytter legeundersøkelse tape.
- Installer en tracheal kanyle (PE240 polyetylen slange) gjennom et ventrale snitt i nakken som beskrevet andre steder26.
- Fest tracheal kanyle til en slutt tidevanns CO2 Monitor og ventilatoren leverer 2,5-3,0% isoflurane (avhengig av størrelsen på dyret) og en 30% O2 inhalasjon supplement. Sørg for at respirasjonsfrekvensen, inspirasjons tiden og minutt ventilatory volumet er innstilt og overvåket for å sikre en utgått slutt tidevanns CO2 av ca 35 mmHg gjennom hele eksperimentet.
Merk: Dette oppnås vanligvis med en respirasjonsfrekvens på ca. 48 – 60 åndedrag/min, et tidevanns volum på 1.70 – 2.30 mL, og en Inspirasjonstid på 0,50 – 0.60 s for en 250 – 300 g rotte. - Fyll to PE50 polyetylen kanyler med 1 U/mL heparin i isoton NaCl løsning for å forebygge blodpropp og for å opprettholde patency av katetre. Etterfylling, skråkant den åpne enden av hver kanyle med kirurgisk saks for å lette innsetting i arterien.
- Kannelerer høyre og venstre lår arterier som beskrevet andre steder27 for å muliggjøre kontinuerlig overvåkning av arterie trykket i ett kateter og blod uttak fra det andre kateteret.
- Etter nøye separasjon av arteriene fra det omgivende vevet under et dissekere mikroskop, ombinde den andre enden av arterien og plasser ytterligere to sting rundt midten og proksimale endene av arterien uten å stramme knop.
- Bruk proksimale Sutur som en løfte ligatur for å hindre blødning fra arterien etter snittet for kanyle innsetting (trinn 2,11).
- Sett inn en V-formet tråd fra en binders under arterien for å tette fartøyet til kanyle er sikret.
- Under et dissekere mikroskop utgjør et lite snitt i lårarterien nær den ligation ved hjelp av Vännäs saks. Sett den skrå enden av kanyle inn i snittet og før den inn i lårarterien. Stram knuten på den midterste ligatur for å feste kanyle på plass slik at den ikke forskyves av arterietrykk når løfte ligatur eller binders fjernes.
- Etter at den midterste ligatur er strammet, løsne spenningen på løfte ligatur og/eller fjern binders, og stram proksimale ligatur.
- Lukk snittet med fine sting (3-0 silke) eller en kirurgisk stift. Alternativt kan du plassere en fuktig gasbind over snittet området, avhengig av størrelsen på snittet.
3. Skull tynning for LDF målinger
- Umiddelbart etter at kanyler er på plass, plasserer dyret i en sternal posisjon og fest hodet i en stereotaxic enhet, å være forsiktig så du ikke løsne katetre eller tracheal tube.
- Bruk kirurgisk saks for å gjøre en elliptisk snitt i huden som dekker kraniet. Bruk en bomullsdott til å fjerne eventuelle bindevev, slik at kraniet er ren og tørr. Plasser en liten langstrakt og rullet stykke silkepapir rundt snittet på hodebunnen for å stoppe eventuelle blødninger.
- Under det dissekere mikroskopet bruker du et DREMEL-verktøy eller en tannlege Drill med en 2,15 mm bore bit for å tynne et lite Ben område (ca. 0,5 – 1 cm avhengig av størrelsen på rotta) i det parietal området over venstre eller høyre somatosensory cortex.
FORSIKTIG: tynn benet langsomt og forsiktig for å unngå å trenge inn i skallen. Mens du utfører dette trinnet, bør saltvannsoppløsning påføres rikelig for å hindre at området blir overopphetet. - Når skallen er tynnet og området har en rosa utseende og/eller blodkar er visualisere, dekke området med mineralolje og bruke en micromanipulator å posisjonere laser Doppler sonde over eksponert cerebral mikrosirkulasjonen slik at tuppen av sonden er bare berøre toppen av bassenget av mineralolje (figur 1).
Merk: det er viktig å ta LDF-målingene i et område der det ikke er noen ytre vibrasjoner som vil forstyrre laser Doppler-målingene, og at sonden er forsvarlig festet over samme målområdet gjennom hele eksperimentet.
4. vurdering av cerebral vaskulær autoregulation
- Når LDF-sonden er fast i posisjon, kan du tillate en 30 – 45 min likevekts periode før eksperimentet starter. Etter likevekts perioden, måle gjennomsnittlig arteriell trykk (MAP) og laser cerebral blodstrøm (LCBF) hver 30 s for 2 min og gjennomsnittlig verdiene for å få de opprinnelige verdiene for prehemorrhage blodtrykk og LCBF.
- For å evaluere cerebral vaskulær autoregulation som respons på arteriell trykkreduksjon, måler du LCBF og MAP etter påfølgende uttak på 1,5 mL blod fra lårarterien11. For å holde kateteret patent, sikre at et volum av heparin løsning (100 U/mL i isoton saltvann) omtrent lik kateteret volumet er tilført etter hver blodprøve.
Merk: ved infusjonen av heparin-løsningen for å opprettholde kateter patency, er det viktig å matche volumet av heparin-løsningen til volumet av kateteret så tett som mulig for å hindre at dyret får for mye heparin, noe som kan føre til uønskede Blødning. - Etter hver blod kvantum tilbaketrekking, tillate rotta å likevekt for 2 min, hvoretter det kart og LCBF er registrert enhver 30 s for 2 min. gjentagelse det blod kvantum uttak til det dyr når en kart av ca 20 mmHg.
- Bestem den effektive autoregulatory rekkevidden ved å identifisere rekkevidden av blodtrykk fra prehemorrhage MAP til LLA (trinn 4,5 og 5,3 nedenfor).
- Bestem LLA ved å identifisere det laveste trykket som LCBF fortsatt returnerer til innen 20% av prehemorrhage kontrollverdi etter blod volum tilbaketrekning, som tidligere beskrevet11,28 eller ved å identifisere skjæringspunktet for regresjon linjene bestemmes i platå fasen av autoregulation og under LLA, der LCBF avtar med hver påfølgende blod uttak (trinn 5,3, nedenfor).
Merk: kriteriene for definering av LLA og autoregulatory platå kan variere mellom laboratorier (for eksempel Takada et al.28 vs. Jones et al.29) samt prosedyrer for å redusere arteriell blodtrykk (for eksempel tilbaketrekking av et bestemt volum av blod kontra kontrollert blødning for å nå bestemte arteriell trykknivåer)11. - På slutten av eksperimentet, euthanize dyret ved å opprette en bilateral pneumotoraks mens under et kirurgisk fly av anestesi, som godkjent av IACUC.
- LDF verdier innhentet i vevet etter at dyret er euthanized vil gi null Baseline flyt verdi for eksperimentell oppsett.
5. statistisk analyse
- Utfør lineær regresjonsanalyse for å evaluere sammenhengen mellom LDF-verdiene og tilsvarende arterietrykk. Bruk den opprinnelige LDF målingene oppnådd etter at dyret er euthanized for å sikre at det ikke var noen spesifikk LDF signal som påvirker de målte strømnings hastighetene.
- Beregn LLA ved hjelp av skjæringspunktet mellom regresjon linjene over og under autoregulatory platå. For å beregne LLA ved hjelp av denne metoden, kombinere de to regresjon likninger og løse den resulterende ligningen for arteriell press.
- Når du sammenligner ulike eksperimentelle grupper, bruke lineær regresjonsanalyse til å beregne bakkene i LDF vs. arteriell press forholdet over og under LLA for hvert dyr og oppsummere dem som gjennomsnittet ± SEM for dyrene i den eksperimentelle gruppen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Figur 2 oppsummerer resultatene av eksperimenter utført i 10 mannlige Sprague-Dawley rotter matet standard laboratorium Chow. I disse eksperimentene, mener LCBF ble opprettholdt innen 20% av prehemorrhage verdi etter de tre første blod volum uttak, inntil gjennomsnittlig arterie trykket nådde LLA. Påfølgende blod volum uttak ved trykk under LLA forårsaket en progressiv reduksjon av LCBF, som viser at cerebral sirkulasjon ikke lenger var i stand til å produsere et tilstrekkelig nivå av vasodilatasjon for å opprettholde cerebral blodstrøm konstant ved lavere trykk.
Figur 3 oppsummerer forholdet mellom gjennomsnittlig arterietrykk og LCBF i platå FASEN (MAP ≫ 65 mmHg) og decompensatory FASEN (MAP ≪ 65 mmHg) av CBF autoregulation. Ved trykk på eller over LLA var det ingen signifikant korrelasjon mellom LCBF og arterietrykk (r2 = 0,0246; p = 0,3534), som viser at LCBF var uavhengig av arterietrykk i platå området til autoregulatory kurven. Under LLA hadde LCBF/arteriell trykk forholdet en negativ helling, og LCBF var signifikant korrelert med arterietrykk (r2 = 0,7907; p = 8,7 x 10– 25).
Figur 1: plassering av laser Doppler sonde over tynnet skallen av en anesthetized rotte. Rotte i stereotaxic apparat med en LDF probe plassert over et tynnet område av skallen og holdt på plass med en micromanipulator. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: Autoregulation av cerebral blodstrøm som svar på blødning-indusert reduksjoner i arteriell blodtrykk. Oppsummert forholdet mellom blod volum uttak og (A) bety arteriell Press (MAP) og (B) laser CEREBRAL blodstrøm (LCBF) i rotter matet en standard diett og utsatt for sekvensiell blod volum uttak. Data vist som gjennomsnittet ± SEM for n = 6 – 10 etter hvert blod volum uttak. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3: forholdet mellom gjennomsnittlig arterietrykk og laser cerebral blodstrøm. Forholdet under platå fasen av autoregulatory respons (n = 37 observasjoner) og i decompensatory fasen av responsen (n = 70 observasjoner) vises, hvor arteriell press falt under LLA (~ 65 mmHg). LCBF var svært korrelert med MAP i decompensatory fasen av autoregulation (r2 = 0,7907; p = 8,7 x 10– 25), men ikke under platå fasen av autoregulation (r2 = 0,0246; p = 0,3534). Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Evaluering av tissue blod flyte svar med laser Doppler Flowmetry (LDF). Som nevnt ovenfor, LDF signalet er proporsjonal med antall og hastighet av bevegelige partikler, i dette tilfellet RBC, i mikrosirkulasjonen. LDF opplesninger i forskjellige organer er godt korrelert med hele organ blodstrøm vurdert av etablerte metoder som elektromagnetisk Strømningsmålere og radioaktive mikrosfærer30 og er generelt i samsvar med studier evaluere regulering av aktiv tone i kanylert arterien forberedelser10,31,32,33,34 og in situ microcirculatory preparater35,36.
En betraktning ved gjennomføring av studier av cerebral autoregulation, og muligens autoregulation i andre vaskulære senger, er den potensielle effekten av anestesi på autoregulatory svar. Selv om cerebral autoregulation var til stede i den nåværende studien og i en tidligere studie av vår gruppe11 og i samsvar med kjente effekter av en HS diett på vasodilator svar av cerebral motstand arterier31,32,37, Rat saify arterioler35 og in situ arterioler av hamster kinnet posen36, har isoflurane anestesi blitt rapportert å ha en sterk vasodilator effekt38 og å forårsake kardiovaskulær undertrykkelse 39. isoflurane har også blitt rapportert å forårsake tap av cerebral vaskulær autoregulation i mus40,41, så noen etterforskere har brukt Alpha-chloralose anestesi enten alene41 eller i kombinasjon med polyuretan42 å studere cerebral autoregulation stedet.
Tallene og fart av RBC variere innenfor en microcirculatory seng, mellom individer, og innenfor en individ motiv over tid. Derfor gir LDF ikke en absolutt verdi av blodstrømmen i et organ eller dets mikrosirkulasjonen, mellom ulike organer, eller i ulike regioner av mikrosirkulasjonen. Derfor er det viktig å sikre LDF-sonden godt slik at den forblir i samme posisjon og ikke utsettes for vibrasjoner gjennom hele eksperimentet. Å nøyaktig vurdere endringer i cerebral blodstrøm, er rotte hode posisjonert i et stereotaxic instrument og LDF sonden holdes i en micromanipulator over en tynnet område av skallen for å hindre bevegelse gjenstander og for å opprettholde sonden posisjon i forhold til regionen som blir studert (figur 1). Enhver bevegelse av sonden bort fra sin opprinnelige området vil produsere et signal bestemmes av blodstrømmen i et annet område av vevet, hindrer sammenligninger. Selv om LDF ikke gir en måling av absolutt blodstrøm, når det utføres riktig er det fortsatt en praktisk og verdifull tilnærming for å evaluere regulering av blodstrømmen på nivået av hele vaskulær seng30, og omfanget av den relative økninger eller REDUKSJONER i LDF flyt i forhold til en kontrollverdi kan sammenlignes statistisk.
Autoregulation av cerebral Blood Flow. Cerebral sirkulasjon kan normalt tolerere store endringer i arteriell blodtrykk som forårsaker vasokonstriksjon når arteriell trykk er forhøyet og vasodilatasjon når arterie trykket reduseres via autoregulatory mekanismer. Disse mekanismene er avgjørende for å hindre farlige økninger i intrakraniell trykk når systemisk blodtrykk øker og for å opprettholde tilstrekkelig vevs-og oksygentilførsel når arteriell trykk avtar. Den nåværende eksperimenter fokusert på evnen til autoregulatory mekanismer for å opprettholde cerebral blodstrøm konstant som arteriell press er redusert (i stedet for evnen til cerebral sirkulasjon for å opprettholde konstant blodstrøm som MAP økes), selv om LDF er svært verdifull og mye brukt for sistnevnte studier også. En annen verdifull anvendelse av denne eksperimentelle design er å studere mikrovaskulær blodstrøm under blødning og i ulike former for sirkulasjons sjokk43,44,45,46.
Autoregulation av LCBF under blødning-indusert reduksjoner i arteriell press er vurdert ved å sammenligne LDF flyt og MAP målt 2 min etter hvert blod uttak med prehemorrhage kontroll MAP og LCBF målt umiddelbart før blod volum tilbaketrekning. På dette tidspunktet vil de autoregulatory mekanismene ha handlet for å dilate microvasculature for å opprettholde blodgjennomstrømningen ved det lavere trykk. LLA er identifisert som det laveste MAP hvor autoregulatory mekanismer kan fortsatt gjenopprette blodstrømmen til tross for reduksjon i trykk. Ved arteriell press under LLA, har autoregulatory mekanismer nådd sin grense og kan ikke lenger dilate cerebral blodkar nok til å hindre ytterligere reduksjoner i cerebral blodstrøm. Etter at LLA er passert, er det en betydelig og progressiv reduksjon i LCBF fra prehemorrhage verdi etter hvert uttak av blod for å nå det nye trykket11. Effektiviteten av cerebral vaskulær autoregulation som svar på reduksjoner i arteriell blodtrykk er evaluert ved å sammenligne skråningen av LCBF kontra arterietrykk forholdet før og etter LLA og bredden på platå fasen av autoregulation, definert som arterietrykk området mellom prehemorrhage MAP og LLA. For eksempel, en fersk studie evaluere effekten av en HS diett på cerebral autoregulation11 fant at cerebral blodstrøm ble opprettholdt på et konstant nivå i rotter matet med en lav salt (LS; 0,4% NaCl) diett under vedvarende reduksjoner i arteriell press til verdier så lavt som 40-50 mmHg. Dette funnet er i overensstemmelse med tidligere estimater av LLA hos friske rotter16,47. Men platået fase av cerebral blodstrøm autoregulation i normotensive individer Sprague-Dawley rotter matet kort sikt (3 dager) og kronisk (4 uker) høy salt (HS; 4% NaCl) diett redusert gradvis med suksessive reduksjoner i arteriell press, viser at HS diett eliminerer platå fasen av blodstrøm regulering som normalt er tilstede i sunne normotensive individer rotter og påvirker negativt evnen til cerebral sirkulasjon for å opprettholde vev som er i møte med reduksjoner i blodtrykket11. Funnet at autoregulation av cerebral blodstrøm som svar på redusert blodtrykk er svekket i rotter matet en HS diett er forenlig med resultatene av studier som viser at økninger i kosten salt svekke avslapning av motstanden arterier31,32,33,34,37 og arterioler35,36 av normotensive individer rotter og hamstere.
I tillegg til å gi verdifull innsikt i mikrosirkulasjonen evne til å autoregulate sin blodstrøm, kan LDF-målingene brukes i et bredt spekter av bruksområder som gir en dynamisk estimering av blodstrøm kontroll som ikke er tilgjengelig med konvensjonelle metoder, for eksempel mikrosfærer og elektromagnetiske strømnings sonder. For eksempel er LDF målinger svært verdifulle i evalueringen av responsen fra mikrosirkulasjonen til vasoactive stimuli som ACh infusjon og administrasjon av andre vasoactive agenter31,32,33,34,37, forhøyet arteriell pCO210, hypoksi17,48, nevrovaskulære kopling som svar på sensoriske stimuli21,49, funksjonell hyperemia i hjernen20, og evaluere vev reaksjoner på hemoragisk hypotensive stress og ulike typer av sirkulasjons sjokk43,44,45,46.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Forfatterne uttrykker sin oppriktige takk til Kaleigh Kozak, Megan Stumpf, og Jack Bullis for deres fremragende assistanse i å fullføre denne studien og forberede manuskriptet. Grant Support: 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 |
References
- 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).
- 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).
- Grunwald, J. E., DuPont, J., Riva, C. E. Retinal haemodynamics in patients with early diabetes mellitus. British Journal of Ophthalmology. 80, 327-331 (1996).
- 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).
- 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).
- Taccone, F. S., et al. Cerebral autoregulation is influenced by carbon dioxide levels in patients with septic shock. Neurocritical Care. 12, 35-42 (2010).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Allen, L. A., et al. High salt diet impairs cerebral blood flow regulation via salt-induced angiotensin II suppression. Microcirculation. , e12518 (2018).
- 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).
- Greene, N. H., Lee, L. A. Modern and Evolving Understanding of Cerebral Perfusion and Autoregulation. Advances in Anesthesia. 30, 97-129 (2012).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Schulte, M. L., Hudetz, A. G. Functional hyperemic response in the rat visual cortex under halothane anesthesia. Neuroscience Letters. 394, 63-68 (2006).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Ghali, M. G. Z. Microsurgical technique for tracheostomy in the rat. MethodsX. 5, 61-67 (2018).
- Ghali, M. G. Z. Microsurgical technique for femoral vascular access in the rat. MethodsX. 4, 498-507 (2017).
- Takada, J., et al. Valsartan improves the lower limit of cerebral autoregulation in rats. Hypertension Research. 29, 621-626 (2006).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Avram, M. J., et al. Isoflurane alters the recirculatory pharmacokinetics of physiologic markers. Anesthesiology. 92, 1757-1768 (2000).
- 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).
- Ayata, C., et al. Pronounced hypoperfusion during spreading depression in mouse cortex. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 24, 1172-1182 (2004).
- 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).
- Carreira, S., et al. Diaphragmatic Function Is Preserved during Severe Hemorrhagic Shock in the Rat. Anesthesiology. 120, 425-435 (2014).
- Kerby, J. D., et al. Resuscitation from hemorrhagic shock with HBOC-201 in the setting of traumatic brain injury. Shock. 27, 652-656 (2007).
- Krejci, V., et al. Continuous measurements of microcirculatory blood flow in gastrointestinal organs during acute haemorrhage. British Journal of Anaesthesia. 84, 468-475 (2000).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
