Denna artikel visar användningen av Laser Doppler flowmetry att utvärdera förmågan hos den cerebrala cirkulationen att autoreglera sitt blodflöde under minskningar av arteriellt blodtryck.
Vid undersökning av kroppens mekanismer för att reglera cerebralt blodflöde, en relativ mätning av mikrocirkulatorisk blodflödet kan erhållas med hjälp av Laser Doppler flowmetry (LDF). Detta papper visar en sluten skalle beredning som tillåter cerebralt blodflöde bedömas utan att tränga in i skallen eller installera en kammare eller cerebralt fönster. För att utvärdera autoregulatoriska mekanismer, en modell av kontrollerad blodtryckssänkning via graderad blödning kan utnyttjas samtidigt som sysselsätter LDF. Detta möjliggör realtidsspårning av de relativa förändringarna i blodflödet som svar på minskningar av arteriellt blodtryck som produceras av indragning av cirkulerande blodvolym. Detta paradigm är en värdefull metod för att studera cerebral blodflöde autoregulation under minskningar av arteriellt blodtryck och, med mindre ändringar i protokollet, är också värdefullt som en experimentell modell av hemorragisk chock. Förutom att utvärdera autoregulatoriska svar, LDF kan användas för att övervaka det kortikala blodflödet vid undersökning av metaboliska, myogena, endoteliala, humoral, eller neural mekanismer som reglerar cerebralt blodflöde och effekterna av olika experimentella ingrepp och sjukdomstillstånd på cerebralt blodflöde.
Autoregulatoriska mekanismer i den cerebrala cirkulationen spelar en avgörande roll för att upprätthålla homeostas och normal funktion i hjärnan. Autoregulation av cerebralt blodflöde påverkas av flera faktorer, inklusive hjärtfrekvens, blod hastighet, perfusionstryck, diametern på hjärnans motståndskraft artärer, och mikrocirkulatorisk resistens, som alla spelar en roll för att upprätthålla den totala cerebrala blodflödet konstant i hjärnan över det fysiologiska intervallet av systemiska blodtryck. När arteriella trycket ökar, dessa mekanismer tygla arterioler och resistens artärer för att förhindra farliga ökningar i intrakraniellt tryck. När arteriella blodtrycket minskar, lokala kontrollmekanismer vidga arterioler att bibehålla vävnad perfusion och O2 leverans. Olika sjukdomstillstånd såsom hyperkapni, traumatisk eller global hypoxisk hjärnskada, och diabetesmikroangiopati1,2,3,4,5,6 kan störa hjärnans förmåga att autoreglera sitt blodflöde. Till exempel, kronisk hypertoni skiftar den effektiva autoregulatory intervallet mot högre tryck7,8,9, och en hög salt (HS) diet inte bara stör normala endotel-beroende dilatation i hjärnans mikrocirkulation10, men också försämrar möjligheten för autoregulatoriska mekanismer i den cerebrala cirkulationen att vidgas och bibehålla vävnad perfusion när arteriellt tryck reduceras11. Cerebral autoregulation är också nedsatt i Dahl salt-känsliga råttor när de matas en HS diet12.
Under minskningar av arteriella trycket, utvidgning av hjärnans motståndskraft artärer och arterioler returnerar initialt cerebralt blodflöde till kontrollvärden trots den reducerade perfusionstryck. Som arteriellt tryck reduceras ytterligare, cerebralt blodflöde förblir konstant vid det lägre trycket (platåfasen av den autoregulatoriska svar) tills kärlsystemet inte längre kan vidga för att bibehålla blodflödet vid det lägre trycket. Det lägsta trycket vid vilket ett organ kan bibehålla normalt blodflöde kallas den nedre gränsen för autoregulation (LLA). Vid tryck under lla, cerebralt blodflöde minskar signifikant från vilande värden och minskningar i ett linjärt sätt med varje minskning av arteriella perfusionstryck13,14. En uppåtgående förskjutning i lla, som observerats i hypertoni7,8,9, kan öka risken och svårighetsgraden av ischemisk skada under förhållanden där det arteriella perfusionstrycket reduceras (t. ex., hjärtinfarkt, ischemisk stroke, eller cirkulations chock).
LDF har visat sig vara en mycket värdefull metod för att utvärdera blodflödet i mikrocirkulationen under en mängd olika omständigheter, inklusive autoreglering av blodflödet i den cerebrala cirkulationen11,14,15. Förutom att utvärdera autoregulatory svar, LDF kan användas för att övervaka det kortikala blodflödet vid undersökning av metaboliska, myogena, endoteliala, humoral, eller neural mekanismer som reglerar cerebralt blodflöde och effekterna av olika experimentella interventioner och sjukdomstillstånd på cerebralt blodflöde10,16,17,18,19,20,21.
LDF mäter förskjutningen i reflekterat laserljus som svar på antalet och hastigheten hos rörliga partiklar-i detta fall röda blodkroppar (RBC). För studier av cerebral vaskulär autoreglering, arteriellt blodtryck ändras antingen genom infusion av en alfa-adrenerga agonist att öka arteriellt tryck (eftersom den cerebrala cirkulationen i sig är okänslig för alfa-adrenerga vasokonstriktor agonister)12,15 eller via kontrollerad blodvolym tillbakadragande att minska arteriella trycket11,14. I den nuvarande studien, LDF utnyttjas för att demonstrera effekterna av graderade minskningar av blodtrycket på cerebral autoregulation i en frisk råtta. Även öppna och slutna skalle metoder har beskrivits i litteraturen22,23,24,25, visar den nuvarande papper en sluten skalle förberedelse, vilket gör att cerebralt blodflöde bedömas utan att tränga in i skallen eller installera en kammare eller cerebralt fönster.
Utvärdering av vävnads blodflöde svar med Laser Doppler Flowmetry (LDF). Som nämnts ovan, den LDF signalen är proportionell mot antalet och hastigheten av rörliga partiklar, i detta fall RBC, i mikrocirkulationen. LDF avläsningar i olika organ är väl korrelerade med hela organ blodflödet bedömas av etablerade metoder såsom elektromagnetiska flödesmätare och radioaktiva mikrosfärer30 och är i allmänhet förenliga med studier som utvärderar regleringen av aktiv ton…
The authors have nothing to disclose.
Författarna uttrycker sitt uppriktiga tack till Kaleigh Kozak, Megan Stumpf, och Jack Bullis för deras enastående hjälp med att slutföra denna studie och förbereda manuskriptet. Bevilja stöd: NIH #R01-HL128242, #R21-OD018309, och #R21-OD024781.
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 |