Summary
تعد الرعاية والصيانة المناسبة ضرورية لجهاز إصابة قرع السائل الجانبي (LFPI) ليعمل بشكل موثوق. نوضح هنا كيفية تنظيف جهاز LFPI وتعبئته وتجميعه بشكل صحيح ، والتأكد من صيانته بشكل كاف للحصول على أفضل النتائج.
Abstract
تمثل إصابات الدماغ الرضحية (TBI) ما يقرب من 2.5 مليون زيارة لغرفة الطوارئ والاستشفاء سنويا وهي سبب رئيسي للوفاة والإعاقة لدى الأطفال والشباب. يحدث إصابات الدماغ الرضية بسبب قوة مفاجئة مطبقة على الرأس ، ولفهم إصابات الدماغ الرضية البشرية وآلياتها الأساسية بشكل أفضل ، فإن نماذج الإصابة التجريبية ضرورية. إصابة قرع السائل الجانبي (LFPI) هي نموذج إصابة شائع الاستخدام بسبب أوجه التشابه في التغيرات المرضية الموجودة في إصابات الدماغ الرضية البشرية مقارنة ب LFPI ، بما في ذلك النزيف واضطراب الأوعية الدموية والعجز العصبي وفقدان الخلايا العصبية. يستخدم LFPI بندول وأسطوانة مملوءة بالسوائل ، والأخير يحتوي على مكبس متحرك في أحد طرفيه ، ووصلة قفل Luer بأنابيب صلبة مملوءة بالسوائل في الطرف الآخر. يتضمن تحضير الحيوان إجراء استئصال القحف وربط محور Luer فوق الموقع. في اليوم التالي ، يتم توصيل الأنبوب من جهاز الإصابة بمحور Luer على جمجمة الحيوان ويتم رفع البندول إلى ارتفاع محدد وإطلاقه. يولد تأثير البندول مع المكبس نبضة ضغط تنتقل إلى الأم الجافية السليمة للحيوان عبر الأنبوب وتنتج TBI التجريبية. تعد الرعاية والصيانة المناسبة ضرورية لجهاز LFPI ليعمل بشكل موثوق ، حيث يمكن أن تختلف طبيعة الإصابة وشدتها اختلافا كبيرا اعتمادا على حالة الجهاز. نوضح هنا كيفية تنظيف جهاز LFPI وتعبئته وتجميعه بشكل صحيح ، والتأكد من صيانته بشكل كاف للحصول على أفضل النتائج.
Introduction
تحدث إصابات الدماغ الرضحية (TBI) بسبب قوة مفاجئة مطبقة على الرأس. بعد الإصابات الأولية الناتجة عن التأثير الجسدي ، يعاني الناجون من إصابات الدماغ الرضية عادة من إصابات ثانوية ، بما في ذلك العجز المعرفي والاختلالات العصبية المرتبطة بالاستجابات الفسيولوجية للإصابة الأولية1. تشير التقديرات إلى أن ما يقرب من 69 مليون فرد في جميع أنحاء العالم يعانون من إصابات الدماغ الرضية سنويا2. في الولايات المتحدة وحدها ، يحدث ما يقرب من 2.5 مليون زيارة لغرفة الطوارئ والاستشفاء مرتبطة بإصابات الدماغ الرضية كل عام ، مما يجعل إصابات الدماغ الرضية أحد الأسباب الرئيسية للإعاقة والوفاة بين الأطفال والشباب3. يمكن تصنيف إصابات الدماغ الرضية على أنها خفيفة أو متوسطة أو شديدة ، حيث يمثل TBI الخفيف (mTBI) حوالي 70٪ -90٪ من حالات إصابات الدماغالرضية 4. يمكن أن تحدث أمراض إصابات الدماغ الرضية النسيجية والمعرفية في غضون دقائق إلى ساعات من الإصابة ، ويمكن أن تستمر آثار إصابات الدماغ الرضية لعدة أشهر إلى سنوات بعد الضرر الأولي5.
كان تطوير النماذج التجريبية مفيدا في فهم الآثار والآليات الأساسية لإصابات الدماغ الرضية. أحد هذه النماذج ، إصابة قرع السائل الجانبي (LFPI) ، يستخدم بشكل شائع لتقييم إصابات الدماغ الرضية في الجسم الحي. يستنسخ LFPI عن كثب الأمراض المرتبطة بإصابات الدماغ الرضية البشرية ، بما في ذلك اضطرابات الأوعية الدموية ، والنزيف ، وفقدان الخلايا العصبية ، والالتهاب ، والتسمم ، والاضطرابات الجزيئية6،7،8. تستخدم تقنية LFPI لمجموعة متنوعة من التطبيقات التجريبية ، بما في ذلك نمذجة إصابات الدماغ الرضية للأطفال ، وكذلك الحالات التنكسية العصبية المزمنة ، مثل اعتلال الدماغ الرضحي المزمن 9,10. LFPI هي طريقة محددة جيدا وقابلة للتكرار لإصابات الدماغ الرضية التجريبية التي تسمح بتعديل شدة الإصابة11. يحتوي جهاز LFPI على العديد من المكونات المهمة ، بما في ذلك: البندول بمطرقة مرجحة ، ومكبس ، وأسطوانة مملوءة بالسوائل ، ومحول ضغط ، وراسم الذبذبات الرقمي ، وأنبوب صغير في نهاية الأسطوانة مع قفل Luer الذي يتصل بمحور على جمجمة الحيوان (الشكل 1). يعمل LFPI عن طريق تأرجح البندول في المكبس ، مما يخلق موجة من الضغط من خلال السائل (الماء منزوع الأيونات أو المالحة) إلى دماغ الحيوان المرتبط ؛ هذا يزيد من الضغط داخل الجمجمة ، وبالتالي تكرار السمات الميكانيكية والتغيرات البيولوجية ل TBI12. بالإضافة إلى ذلك ، تخضع الحيوانات المستخدمة في تجارب LFPI لاستئصال الجمجمة من أجل تعريض الدماغ لتأثير ضغط السائل في الجهاز.
الصيانة والمراقبة الروتينية ضرورية لضمان عمل جهاز LFPI بدقة. الطرق التالية حيوية في منع إدخال فقاعات الهواء الملوثة في الجهاز. نوضح هنا طرقا لتنظيف جهاز LFPI وتعبئته وتجميعه بشكل صحيح. سنناقش أيضا مخرجات راسم الذبذبات وأوقات تصحيح الماوس كطرق لتأكيد صلاحية LFPI.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. تنظيف اسطوانة LFPI
- افصل بعناية المحاقن المتصلة بمبيت محول الطاقة ومنفذ التعبئة ، وكذلك الكبل المتصل بمحول الضغط (انظر الشكل 1 للحصول على رسم تخطيطي لمكونات جهاز الإصابة).
- مع الحرص على عدم إسقاط الأسطوانة ، قم بفك المقابض اليدوية الموجودة في الجزء الخلفي من الجهاز من مشابك الأسطوانة لتحرير الأسطوانة.
- قم بإزالة المكبس الموجود في نهاية الأسطوانة ، ومحول الطاقة ، ومبيت محول الطاقة ، وحلقات O المكبس.
- استنزاف السوائل من الاسطوانة.
- أضف منظفا معتدلا ، مثل منظف غسل الأطباق ، إلى الأسطوانة وافركه برفق باستخدام فرشاة الأطباق أو الزجاجات13.
- لضمان شطف كل المنظفات ، املأ الأسطوانة بالكامل بالماء واشطفها جيدا.
2. تفريغ السائل المستخدم لملء الأسطوانة
- استخدم مضخة تفريغ لإزالة الغاز من السائل قبل إعادة ملء الأسطوانة لمنع تكوين فقاعات جديدة وامتصاص الفقاعات الموجودة.
ملاحظة: ستكون هناك حاجة إلى ما يقرب من 1.5 لتر من السوائل لملء الأسطوانة ، على الرغم من أن تفريغ ما يقرب من 2 لتر سيترك إمدادات صغيرة لاستبدال أي سائل مفقود أثناء الاستخدام والاختبار.
ملاحظة: المكانس المنزلية أضعف من أن تزيل الغاز من السائل بشكل فعال. يجب أن يكون الفراغ قادرا على إنتاج ضغط 25-28 بوصة زئبقية. - أضف شريط تقليب إلى السائل وضع وعاء السوائل على طبق تحريك. يساعد تحريك السائل أثناء عملية التفريغ على تحفيز الفقاعات وإطلاق الغاز. يمنع التحريك أيضا زيادة مفاجئة كبيرة في الفقاعات.
ملاحظة: يجب أن تنتهي عملية التفريغ عند إنتاج عدد قليل جدا من الفقاعات ؛ يحدث هذا بعد حوالي 45 دقيقة.
3. إعادة تجميع جهاز LFPI
- ضع طبقة رقيقة من الفازلين على مكبس المكبس.
- قم بتوصيل مكبس المكبس مع المكبس البارز حوالي 32 مم من الأسطوانة14.
ملاحظة: كثيرا ما يعلق الهواء عند المكبس قبل الحلقة O الرائدة. للتخلص من هذا الهواء الزائد ، قم بلف المكبس أثناء تحريكه للداخل والخارج لإخراج الهواء من هذه الفجوة. - ضع طبقة رقيقة من الفازلين على الحلقات O الأخرى أيضا وقم بتوصيلها بالأسطوانة ، باستثناء الحلقة O الموجودة في منفذ التعبئة.
- لف شريط تفلون مرتين حول خيوط المحول.
4. إعادة تعبئة جهاز LFPI والمرفق بالقاعدة
- قم بتوصيل حقنة سعة 10 مل مملوءة بسائل منزوع الغازات وخالية من فقاعات الهواء بمحور قفل Luer الموجود على مبيت محول الطاقة.
- أمسك محول الطاقة مع توجيه الطرف الملولب لأعلى ، واملأ البئر بالكامل داخل المنطقة الملولبة من محول الطاقة بالسائل المفرغ باستخدام حقنة سعة 10 مل. الهدف هنا هو ملء محول الطاقة جيدا دون إدخال أي فقاعات هواء. احرص على عدم إتلاف الغشاء الرقيق الموجود أسفل بئر محول الطاقة.
- مع وضع الأسطوانة بزاوية لمنع الهواء من الدخول مرة أخرى إلى غلاف محول الطاقة ، قم بتوصيل مبيت محول الطاقة بالأسطوانة13 واستخدم مفتاح ربط لتشديده بإحكام.
- قم بإزالة الغطاء من منفذ التعبئة والأسطوانة بمجرد وصول السائل الذي تم تفريغه إلى حوالي 2/3 من سعة الأسطوانة.
- ضع الأسطوانة أفقيا وانتهي من ملء الأسطوانة بسائل منزوع الغاز.
ملاحظة: لتجنب تكوين فقاعات الهواء ، يوصى بصب السائل ببطء14. - استبدل الغطاء في منفذ التعبئة وأغلق جميع المحبس.
- تعامل مع الأسطوانة لتشغيل أي فقاعات هواء في منفذ التعبئة14.
- افتح المحبس على منفذ التعبئة وقم بحقن السوائل باستخدام المحقنة الموجودة على غلاف محول الطاقة لإجبار أي فقاعات هواء على الخروج من المنفذ14.
- افحص الجهاز بالكامل وتأكد من عدم وجود فقاعات هواء.
- أضف حقنة سعة 10 مل مملوءة بسائل منزوع الغاز إلى محور قفل Luer على غطاء التعبئة.
- أعد توصيل الأسطوانة بالقاعدة باستخدام مسامير اليد.
- تأكد من أن الأسطوانة أفقية ومصطفة مع مركز المطرقة المرجحة على البندول.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
اختبرنا آثار تلوث فقاعة الهواء في جهاز LFPI على تكوين شكل الموجة. قمنا بحقن فقاعات الهواء في الجهاز وقارنا مخرجات راسم الذبذبات ببيانات راسم الذبذبات التي تم جمعها من جهاز LFPI غير ملوث. كانت الظروف على النحو التالي: غير ملوث ، حقن 5 مل من الهواء ، حقن 10 مل من الهواء ، وحقن 15 مل من الهواء. أبقينا البندول على ارتفاع ثابت لجميع التأثيرات لجميع الظروف ، وقمنا بإجراء 15 تأثيرا لكل حالة.
عند إجراء إصابة أو اختبار جهاز LFPI ، يجب أن يظهر شكل موجة الضغط على راسم الذبذبات ذروة واحدة حادة (الشكل 2 أ). سيؤدي وجود فقاعات الهواء في الجهاز إلى شكل موجي به عدة قمم قصيرة (الشكل 2 ب) ، مما يشير إلى الفقاعات التي يجب إزالتها. بعد إعادة تجميع الجهاز ، وقبل أي جلسة إصابة ، نوصي أيضا بإجراء أربع إلى خمس قطرات اختبار (بدون توصيل الماوس) مع البندول للتأكد من أن الجهاز يعمل بشكل متكرر. بالإضافة إلى المخالفات في شكل موجة الضغط ، يمكن أن تكون التغييرات السلوكية بعد الإصابة / LFPI الوهمية مؤشرا أيضا على ما إذا كان الجهاز يعمل بشكل صحيح. يجب أن يكون لدى الفئران المصابة أوقات رد فعل تصحيح طويلة بعد LFPI مقارنة بالفئران الوهمية ، ويجب مراقبة هذه الأوقات وتسجيلها. قد تكون أوقات التصحيح الطويلة جدا أو القصيرة جدا مؤشرا على تجميع الجهاز و / أو التنظيف بشكل غير صحيح15. يمكن أن تظهر أعراض مماثلة أيضا تدريجيا في جهاز تم تنظيفه وتعبئته بشكل صحيح (على الأرجح بسبب التراكم البطيء للفقاعات أثناء الاستخدام الروتيني) ، مما يشير إلى أن الوقت قد حان لتكرار التنظيف وإعادة التعبئة. يمكن أن تساعد جدولة الصيانة الوقائية مرة كل 6 أشهر في ضمان الأداء المتسق لجهاز LFPI.
كما هو موضح في الجدول 1 ، فإن وجود فقاعات الهواء غير جهد شكل الموجة عند مقارنته بجهاز LFPI مملوء بالكامل وغير ملوث. أدت زيادة حجم فقاعة الهواء إلى تقليل جهد الموجة تدريجيا ، كما هو موضح في مخرجات راسم الذبذبات.
الشكل 1: رسم تخطيطي لجهاز LFPI واستئصال القحف الجانبي الذي تم إجراؤه قبل الإصابة. يستخدم هذا الجهاز لإعادة إنتاج إصابات الدماغ الرضية مع عدم وجود كسر في الجمجمة في النماذج الحيوانية عن طريق التسبب في إزاحة و / أو تشوه الدماغ بسبب زيادة الضغط بين الجمجمة. تم إنشاؤها باستخدام Biorender.com. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: مراقبة خرج محول الضغط لتقييم صيانة جهاز LFPI والحالة الوظيفية13. (أ) صورة تمثيلية لشكل موجة الضغط الناتج عن جهاز LFPI الذي تم تنظيفه وتشغيله بشكل صحيح. (ب) صورة عينة لشكل موجة ضغط تشير إلى وجود تلوث بفقاعات الهواء. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: صورة تمثيلية لمخرجات راسم الذبذبات لجميع الحالات الأربعة . (أ ، ب ، ج ، د) مخرجات راسم الذبذبات غير الملوثة ، 5 مل من حقن الهواء ، 10 مل من حقن الهواء ، و 15 مل من حقن الهواء ، على التوالي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| حالة تلوث فقاعة الهواء | |||||
| جهاز LFPI مملوء وغير ملوث | 5 مل من إجمالي حقن الهواء | 10 مل من إجمالي الهواء المحقون | 15 مل من إجمالي الهواء المحقون | ||
| إخراج الشكل الموجي (مللي فولت) | 240 | 218 | 230 | 218 | |
| 234 | 222 | 226 | 220 | ||
| 240 | 228 | 226 | 220 | ||
| 244 | 226 | 228 | 218 | ||
| 246 | 228 | 230 | 218 | ||
| 248 | 232 | 226 | 220 | ||
| 248 | 230 | 226 | 220 | ||
| 250 | 230 | 228 | 220 | ||
| 248 | 232 | 228 | 224 | ||
| 252 | 232 | 228 | 222 | ||
| 250 | 232 | 226 | 220 | ||
| 250 | 230 | 228 | 222 | ||
| 252 | 230 | 228 | 222 | ||
| 252 | 232 | 228 | 220 | ||
| متوسط خرج الشكل الموجي (مللي فولت) | 246.7 | 228.7 | 227.6 | 220.3 | |
الجدول 1: مخرجات جهد راسم الذبذبات من مجموعة التحكم غير الملوثة مقارنة بالظروف الملوثة. تم إجراء اختبارات t المزدوجة بين الظروف غير الملوثة وكل حالة ملوثة. انخفضت جميع الظروف الملوثة بشكل كبير عند مقارنتها بالظروف غير الملوثة (p < 0.0001).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
توضح التقنيات الموضحة أعلاه كيفية صيانة جهاز LFPI بشكل صحيح. يعد التنظيف والمراقبة الروتينية ضروريين للحفاظ على عمل جهاز LFPI بشكل صحيح وموثوق. بالإضافة إلى ذلك ، نظرا للطبيعة الغازية لإجراء LFPI ، من الضروري تنظيف الجهاز جيدا لمنع إصابة المختبر.
يعد تجنب تكوين فقاعات الهواء في الجهاز أمرا بالغ الأهمية للحصول على الإصابات المثلى وأشكال موجات الضغط. تغير فقاعات الهواء خصائص نبض الضغط الذي يتم توصيله إلى الدماغ ، مما يتسبب في إصابات غير متسقة ويجعل من الصعب إعادة إنتاج إصابات الدماغ الرضية السريرية بشكل صحيح. تظهر البيانات التكميلية التي تم جمعها هنا أن تلوث فقاعة الهواء يغير جهد الموجة الناتجة عن التأثير. تساعد مخرجات راسم الذبذبات الموضحة في الشكل 3 في توضيح تأثيرات الهواء على موجات الضغط. الأشكال الموجية ليست حادة وبدلا من ذلك لها قمم متعددة عند وجود تلوث الهواء. الهدف من جهاز LFPI هو توفير نبضة سائلة فريدة قابلة للقياس للدماغ. تشير النتائج إلى أنه عند وجود فقاعات هواء ، يتم إنشاء نبضات متعددة ، مما يجعل من الصعب تمييز الضغط الذي يتم تطبيقه على الدماغ.
تقلل التقنيات المستخدمة هنا من احتمالية إدخال الغازات إلى الجهاز و / أو تساعد في إزالة أي جيوب صغيرة من الغاز قد تلوث السائل. يقلل استخدام السائل الذي تم تفريغه من خطر تلوث فقاعة الهواء ويمكن أن يطيل فترة الصيانة13. وبالتالي ، فإن الإجراءات التي يتم تنفيذها في الخطوة 2 ضرورية لتقليل فرصة تكوين فقاعة الهواء في جهاز LFPI. تسلط الخطوات 3.4-3.9 الضوء على أهمية إزالة الغازات العالقة في الجهاز قبل إجراء الإصابات. من الجدير بالذكر أنه بعد إعادة تجميع جهاز الإصابة ، تكون الرؤية في كل من محول الضغط ومركز منفذ التعبئة محدودة ؛ وبالتالي ، تتطلب هذه المناطق اهتماما خاصا عند التحقق من تكوين فقاعة الهواء بعد ملء الأسطوانة.
تم تصميم هذا الإجراء خصيصا لجهاز LFPI الذي صنعته شركة Custom Design &Fabrication Inc. قد تكون التغييرات الطفيفة على البروتوكول ضرورية عند استخدام أجهزة LFPI المصنعة من قبل شركات أخرى.
يتطلب تنظيف جهاز LFPI وإعادة تجميعه وقتا واهتماما ، ولكنه أمر أساسي لإنتاج إصابات ثابتة. يعد تجنب فقاعات الهواء أمرا مهما بشكل خاص ، حيث يمكن أن يساعد في تقليل النتائج الخاطئة والحد من الحاجة إلى إجراء تجارب إضافية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
لم يتم الإعلان عن أي تضارب في المصالح.
Acknowledgments
يود المؤلفون أن يشكروا شركة Custom Design &Fabrication Inc. على مساعدتهم الفنية ودعمهم. تم تمويل هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة منح R01NS120099-01A1 و R37HD059288-19.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2 - 10 mL syringes with Luer lock capability | Ensures that needle is secure and reduces possible leaks of fluid | ||
| Degassed fluid | Helps to reduce air bubble formation during injury procedure | ||
| Fluid Percussion Injury (FPI) device (Model 01-B) | Custom Designs & Fabrications Inc. | N/A | Injury device used to model TBI in rodents |
| Mild detergent | Allows to thoroughly clean the LFPI cylinder | ||
| Petroleum Jelly | Used as a water-repellent and protects LFPI device form rust | ||
| Teflon tape | Helps with tight seal of pipe joints on the LFPI device | ||
| *Materials other than the LFPI device can be purchased from any reliable company. |
References
- Centers for Disease Control and Prevention. Surveillance Report of Traumatic Brain Injury-related Emergency Department Visits, Hospitalizations, and Deaths. Centers for Disease Control and Prevention, U.S. Department of Health and Human Services. , https://www.cdc.gov/traumaticbraininjury/get_the_facts.html (2014).
- Dewan, M. C. Estimating the global incidence of traumatic brain injury. Journal of Neurosurgery. 130 (4), 1080-1097 (2018).
- National Center for Injury Prevention and Control; Division of Unintentional Injury Prevention. Traumatic Brain Injury in the United States: Epidemiology and Rehabilitation. , Centers for Disease Control and Prevention. Atlanta, GA. (2015).
- Holm, L., Cassidy, J. D., Carroll, L. J., Borg, J. Summary of the WHO Collaborating Centre for neurotrauma task force on mild traumatic brain injury. Journal of Rehabilitation Medicine. 37 (3), 137-141 (2005).
- Pavlovic, D., Pekic, S., Stojanovic, M., Popovic, V. Traumatic brain injury: neuropathological, neurocognitive and neurobehavioral sequelae. Pituitary. 22 (3), 270-282 (2019).
- Dixon, C. E. A fluid percussion model of experimental brain injury in the rat. Journal of Neurosurgery. 67 (1), 110-119 (1987).
- McIntosh, T. K. Traumatic brain injury in the rat: characterization of a lateral fluid-percussion model. Neuroscience. 28 (1), 233-244 (1989).
- Ma, X., Aravind, A., Pfister, B. J., Chandra, N., Haorah, J. Animal models of traumatic brain injury and assessment of injury severity. Molecular Neurobiology. 56 (8), 5332-5345 (2019).
- Nwafor, D. C. Pediatric traumatic brain injury: an update on preclinical models, clinical biomarkers, and the implications of cerebrovascular dysfunction. Journal of Central Nervous System Disease. 14, (2022).
- Turner, R. C. Modeling chronic traumatic encephalopathy: the way forward for future discovery. Frontiers in Neurology. 6, 223 (2015).
- Petersen, A., Soderstrom, M., Saha, B., Sharma, P. Animal models of traumatic brain injury: a review of pathophysiology to biomarkers and treatments. Experimental Brain Research. 239 (10), 2939-2950 (2021).
- Sullivan, H. G. Fluid-percussion model of mechanical brain injury in the cat. Journal of Neurosurgery. 45 (5), 521-534 (1976).
- Fluid Percussion Injury Model 01-B: General Operation. , Custom Design & Fabrication, Inc. Available from: http://www.cdf-products.com/ (2023).
- Fluid Percussion Injury Model 01-B: Assembly Instructions. , Custom Design & Fabrication, Inc. Available from: http://www.cdf-products.com/ (2023).
- Pernici, C. D. Longitudinal optical imaging technique to visualize progressive axonal damage after brain injury in mice reveals responses to different minocycline treatments. Scientific Reports. 10, 7815-78 (2020).
