Yöntem makalesi

İskemi ve Resüsitasyon Sırasında Beyin Görüntüleme ve Beyin Fizyolojisinin İzlenmesi için Fare Kardiyak Arrest Modeli

DOI:

10.3791/65340

⸱

14 Nisan 2023

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Multidisciplinary Brain Protection Program, Department of Anesthesiology, Duke University Medical Center, 2Department of Biomedical Engineering, Duke University, 3Department of Anesthesiology and Pain Management, UT Southwestern University Medical Center

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu protokol, resüsitasyon için göğüs kompresyonunu gerektirmeyen benzersiz bir asfiksi kardiyak arrest fare modelini göstermektedir. Bu model, kardiyak arrest ve resüsitasyon sırasında beyin fizyolojisinin dinamiklerini izlemek ve görüntülemek için kullanışlıdır.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kardiyak arrestten (CA) kurtulanların çoğu, değişen derecelerde nörolojik defisit yaşarlar. CA kaynaklı beyin hasarının temelini oluşturan mekanizmaları anlamak ve daha sonra etkili tedaviler geliştirmek için deneysel CA araştırması esastır. Bu amaçla, birkaç fare CA modeli oluşturulmuştur. Bu modellerin çoğunda, kardiyopulmoner resüsitasyon (CPR) için göğüs kompresyonu yapmak üzere fareler sırtüstü pozisyona yerleştirilir. Bununla birlikte, bu resüsitasyon prosedürü, CA ve resüsitasyon sırasında beyin fizyolojisinin gerçek zamanlı görüntülenmesini / izlenmesini zorlaştırır. Bu tür kritik bilgileri elde etmek için mevcut protokol, göğüs kompresyon CPR adımını gerektirmeyen bir fare asfiksisi CA modeli sunar. Bu model, kan akışındaki, vasküler yapıdaki, elektriksel potansiyellerdeki ve beyin dokusu oksijenindeki dinamik değişikliklerin CA öncesi başlangıçtan erken CA sonrası reperfüzyona kadar incelenmesine izin verir. Daha da önemlisi, bu model yaşlı fareler için geçerlidir. Bu nedenle, bu fare CA modelinin, CA'nın beyin fizyolojisi üzerindeki etkisini deşifre etmek için kritik bir araç olması beklenmektedir.

Giriş

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kardiyak arrest (CA) küresel bir halk sağlığı krizi olmaya devam ediyor1. Yalnızca ABD'de yılda 356.000'den fazla hastane dışı ve 290.000'den fazla hastane içi CA vakası bildirilmektedir ve CA kurbanlarının çoğu 60 yaşın üzerindedir. Özellikle, CA sonrası nörolojik bozukluklar hayatta kalanlar arasında yaygındır ve bunlar CA yönetimi için büyük bir zorluk teşkil etmektedir 2,3,4,5. CA sonrası beyin patolojik değişikliklerini ve bunların nörolojik sonuçlar üzerindeki etkilerini anlamak için 6,7,8,9,10,11,12 numaralı hastalarda çeşitli nörofizyolojik monitörizasyon ve beyin dokusu monitörizasyon teknikleri uygulanmıştır. Yakın kızılötesi spektroskopi kullanılarak, nörolojik sonuçları tahmin etmek için CA sıçanlarında gerçek zamanlı beyin izleme de yapılmıştır13.

Bununla birlikte, murin CA modellerinde, böyle bir görüntüleme yaklaşımı, her zaman önemli fiziksel hareket gerektiren ve dolayısıyla hassas görüntüleme prosedürlerini engelleyen spontan dolaşımı eski haline getirmek için göğüs kompresyonlarına duyulan ihtiyaç nedeniyle karmaşıklaşmıştır. Ayrıca, CA modelleri normalde sırtüstü pozisyonda farelerle gerçekleştirilirken, birçok beyin görüntüleme modalitesi için farelerin yüzüstü pozisyona döndürülmesi gerekir. Bu nedenle, CA öncesinden resüsitasyon sonrasına kadar uzanan tüm CA prosedürü boyunca beynin gerçek zamanlı görüntülemesini/izlenmesini gerçekleştirmek için birçok durumda ameliyat sırasında minimum vücut hareketine sahip bir fare modeli gereklidir.

Daha önce, Zhang ve ark. beyin görüntüleme için yararlı olabilecek bir fare CA modeli bildirmiştir14. Modellerinde CA, vekuronyum ve esmololün bolus enjeksiyonları ve ardından mekanik ventilasyonun kesilmesi ile indüklendi. 5 dakikalık CA'dan sonra, bir resüsitasyon karışımı infüze edilerek resüsitasyonun sağlanabileceğini gösterdiler. Bununla birlikte, özellikle, modellerinde dolaşım durması, esmolol enjeksiyonundan sadece yaklaşık 10 saniye sonra meydana geldi. Bu nedenle, bu model, tutuklama öncesi dönemde hiperkapni ve doku hipoksisi dahil olmak üzere hastalarda asfiksinin neden olduğu CA'nın ilerlemesini özetlemez.

Mevcut cerrahi prosedürün genel amacı, farelerde klinik asfiksi CA'yı ve ardından göğüs kompresyonları olmadan resüsitasyonu modellemektir. Bu nedenle, bu CA modeli, farelerde beyin fizyolojisini incelemek için karmaşık görüntüleme tekniklerinin kullanılmasına izin verir15.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Burada açıklanan tüm prosedürler, araştırmalarda hayvanların bakımı ve kullanımı için Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) yönergelerine uygun olarak yürütülmüştür ve protokol, Duke Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi Enstitüsü (IACUC) tarafından onaylanmıştır. Bu çalışma için 8-10 haftalık C57BL/6 erkek ve dişi fareler kullanıldı.

1. Cerrahi hazırlık

  1. Bir fareyi dijital bir ölçekte tartın ve pleksiglas anestezi indüksiyon kutusunda 4 inç x 4 inç x 7 içine yerleştirin.
  2. Anestezi buharlaştırıcısını %5 izoflurana, oksijen akış ölçeri 30'a ve nitrojen akış ölçeri 70'e ayarlayın (bkz.
  3. Hayvanı indüksiyon kutusundan çıkarın ve solunum hızı dakikada 30-40 nefese düştüğünde cerrahi tezgahta sırtüstü pozisyonda yatırın.
  4. Dili künt forseps ile dışarı çekin ve baskın olmayan elinizi kullanarak tutun. Farenin ağzına bir laringoskop (Malzeme Tablosuna bakınız) yerleştirmek ve ses telini görselleştirmek için baskın elinizi kullanın.
  5. Ağza bir kılavuz tel ve 20 G intravenöz kateter yerleştirmek için baskın olmayan elinizi kullanın. Kılavuz teli yavaşça trakeaya yerleştirin.
  6. Kateterin kanat kısmı burun ucu ile aynı hizaya gelene kadar kateteri soluk borusuna itin.
    NOT: Tam olarak uyuşturulmamış bir fareyi entübe etmeyin çünkü bu, trakeaya zarar verebilir ve hava yolu kanamasına neden olabilir.
  7. Entübe fareyi küçük bir hayvan ventilatörüne bağlayın ( Malzeme Tablosuna bakınız) ve izofluranı %1,5'e düşürün.
  8. Tidal hacmi ve solunum hızını belirlemek için farenin vücut ağırlığını ventilatörün kontrol paneline girin.
  9. Fareyi bir ısı lambasının altında sırtüstü pozisyonda tutun ve bir sıcaklık kontrol cihazı ile rektal sıcaklığı 37 °C'de tutun.
  10. Kasık bölgelerini tıraş edin, cerrahi bölgeyi en az üç kez iyot ve alkolle dezenfekte edin (bkz . Malzeme Tablosu) ve bölgeyi steril bir cerrahi örtü ile örtün.
  11. Her iki göze göz merhemi sürün ve ameliyattan önce deri altına 5 mg/kg carprofen uygulayın.
  12. Ameliyat için steril alet paketini açın. Her iki taraftaki femoral arterlere erişmek için cerrahi makasla 1 cm'lik bir cilt kesisi yapın. Distal femoral arteri tek bir 4-0 ipek sütür ipliği ile diseke edin ve bağlayın (Malzeme Tablosuna bakınız) ve bir damla lidokain uygulayın.
  13. Proksimal femoral artere bir anevrizma klipsi uygulayın ve klipsin distalindeki arterde küçük bir kesi yapın. Sol ve sağ femoral arterlere bir polietilen 10 (PE-10, Malzeme Tablosuna bakınız) kateter yerleştirin.
    NOT: Sol arter hattı kan basıncı izleme için, sağ hat ise kan alma ve resüsitasyon karışımı infüzyonu için kullanılır.
  14. Hattaki pıhtılaşmayı önlemek için her bir arteriyel çizgiye 50 μL 1:10 heparinize salin enjekte edin.
  15. Fareyi yüzüstü konuma getirin ve stereotaksik bir kafa çerçevesine monte edin.
  16. Elektrokardiyogram (EKG, Malzeme Tablosuna bakınız) izleme için sol kola, sol bacağa ve sağ kola üç iğne elektrotu (kırmızı, yeşil ve siyah) bağlayın.
  17. Serebral kan akışının izlenmesi için 0,5 cm'lik bir cilt kesisinden sağlam temporal kafatasına esnek bir plastik fiber prob yapıştırın. Bu adım isteğe bağlıdır.
  18. Başın üstünü tıraş edin, cerrahi bölgeyi iyot ve alkolle en az üç kez dezenfekte edin ve bölgeyi steril bir cerrahi örtü ile örtün.
  19. 2,5 cm'lik bir orta hat cilt kesisi kesin ve beyin görüntüleme için tüm kafatası yüzeyini ortaya çıkarmak için dört küçük ekartör kullanın.
  20. Başın üzerine bir izleme görüntüleyicisi (örneğin, bir lazer benek kontrast görüntüleyici, Malzeme Tablosuna bakın) yerleştirin.
    NOT: Lazer benek kontrast görüntülemeyi kolaylaştırmak için kafatası yüzeyine birkaç damla salin eklenebilir.

2. Kardiyak arrest indüksiyonu

  1. 1 mL'lik bir plastik şırıngayı 26 μL resüsitasyon kokteyli stok çözeltisi ile doldurun.
    NOT: Bu çözeltinin her mililitresi 400 μL 1 mg/mL epinefrin, 500 μL %8.4 sodyum bikarbonat, 50 μL 1.000 U/mL heparin ve 50 μL %0.9 sodyum klorür içerir (bkz.
  2. Vücut ısısı 37 °C'ye ulaşana kadar bekleyin. Kanı 2 dakika oksijenlendirmek için oksijen ölçeri %100'e ayarlayın.
  3. Oksijenli arteriyel kanı sağ femoral arter yoluyla 200 μL'ye kadar 26 μL resüsitasyon kokteyli stok solüsyonu içeren hazırlanmış plastik şırıngaya çekin.
  4. Oksijeni kapatın ve anoksiyi indüklemek için nitrojeni %100'e yükseltin.
    NOT: Yaklaşık 45 saniye sonra kalp çalışmaz ve kalp atış hızı hızla azalır, bu da CA'nın başladığını gösterir. Yaklaşık 2 dakikalık oksijen yoksunluğundan sonra, EKG izlemesi bir asistol gösterecek ve ölçülebilir sistemik kan basıncı ve ihmal edilebilir serebral kan akışı olmayacaktır.
  5. Vantilatörü, izofluran buharlaştırıcıyı, sıcaklık kontrol cihazını ve nitrojen akış ölçeri kapatın. Resüsitasyona hazırlanırken oksijeni %100'e ayarlayın.

3. Resüsitasyon prosedürü

  1. CA başlangıcından 8 dakika sonra ventilatörü açın.
  2. Resüsitasyon kokteyli ile karıştırılan geri çekilmiş oksijenli kanı hemen 1 dakika içinde sağ femoral arter yoluyla kan dolaşımına vermeye başlayın.
    NOT: İnfüzyon, kalp atış hızında kademeli bir artışa ve kan perfüzyonunun restorasyonuna yol açar; sonunda, spontan dolaşımın (ROSC) geri dönüşü sağlanır.

4. CA sonrası kurtarma

  1. Fareyi stereotaksik çerçeveden çıkardıktan sonra sırtüstü pozisyona getirin ve PE-10 kateterlerini femoral arterlerden çıkarın.
  2. Cilt kesisine %0.25 bupivakain uygulayın ve 6-0 naylon sütür kullanarak cilt kesilerini dikin (bkz. Cilt kesisinin yüzeyine antibiyotik merhem sürün.
  3. Spontan solunum geri geldiğinde fare ventilatörünün bağlantısını kesin.
  4. Fareyi 32 °C kontrollü sıcaklığa sahip bir kurtarma odasına aktarın.
  5. 2 saatlik iyileşmeden sonra, fareyi ekstübe edin ve ev kafesine geri dönün. Dehidrasyonu önlemek için deri altına 0.5 mL normal salin enjekte edin.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

CA'yı indüklemek için, fare% 1.5 izofluran ile uyuşturuldu ve% 100 nitrojen ile havalandırıldı. Bu durum 45 saniyede şiddetli bradikardiye yol açtı (Şekil 1). 2 dakikalık anoksiden sonra, kalp hızı önemli ölçüde azaldı (Şekil 2), kan basıncı 20 mmHg'nin altına düştü ve serebral kan akışı tamamen durdu (Şekil 1). İzofluran kapatıldığı için, vücut ısısı artık yönetilemedi ve CA'nın sonunda yavaşça yaklaşık 32 ° C'ye düştü (

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Deneysel CA çalışmalarında, CA 16,17,18,19,20,21,22,23'ü indüklemek için asfiksi, potasyum klorür enjeksiyonları veya elektrik akımı kaynaklı ventriküler fibrilasyon kullanılmıştır. Normalde, bu CA modellerinde, özellikle farelerde resüsitasyon için CPR ger...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların çıkar çatışması yoktur.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar, editoryal desteği için Kathy Gage'e teşekkür eder. Bu çalışma, Anesteziyoloji Anabilim Dalı (Duke Üniversitesi Tıp Merkezi), Amerikan Kalp Derneği hibesi (18CSA34080277) ve Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) hibeleri (NS099590, HL157354, NS117973 ve NS127163) tarafından desteklenmiştir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
AdrenalinPar FarmasötikNDC 42023-159-01
Alkollü bezlerBD326895
Hayvan Biyo AmpCihazlarıFE232
BP dönüştürücüADInstrumentsMLT0699
Bridge AmpADInstrumentsFE117
Heparin sodyum enjeksiyonu, USPFresenius KabiNDC 63323-540-05
İzofluranCovetrusNDC 11695-6777-2
Lazer Doppler perfüzyon monitörüMoor InstrumentsmoorVMS-LDF1
Lazer benek görüntüleme sistemiRWDRFLSI III
Kayganlaştırıcı göz merhemiBausch + Lomb339081
Mikro klipsRobozRS-5431
Fare rektal probPhysitempRET-3
İğne elektrotADInstrumentsMLA121329 Ga, 1.5 mm soket
AzotHava GazıUN1066
Optik plastik fiberMoor InstrumentsPOF500
OtoskopWelchallyn7282.5 mm Spekulum
OksijenHava GazıUN1072
PE-10 boruBD427401Polietilen boru
Povidon-iyotCVS955338
PowerLab 8/35Ekipman
Rimadil (carprofen)Zoetis6100701Enjekte edilebilir 50 mg / ml
Küçük hayvan ventilatörüKent ScientificRoVent Jr.
Sıcaklık kontrolörüPhysitempTCAT-2DF
Üçlü antibiyorik ve ağrı kesiciCVSNDC 59770-823-56
BuharlaştırıcıRWDR583S
%0.25 bupivakainHospiraNDC 0409-1159-18
%0.9 sodyum krürYBÜ TıbbiNDC 0990-7983-03
1 mL plastik şırıngaBD309659
4-0 ipek sütürLookSP116Siyah örgülü ipek
6-0 naylon sütürEthilon1698G
% 8.4 sodyum bikarbonat Inj., USPHospiraNDC 0409-6625-02
20 G IV kateterBD38153420GA 1.6 IN
30 G PrecisionGlide iğneBD30510630 G X 1/2

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Smith, A., Masters, S., Ball, S., Finn, J. The incidence and outcomes of out-of-hospital cardiac arrest in metropolitan versus rural locations: A systematic review and meta-analysis. Resuscitation. 185, 109655(2022).
  2. Amacher, S. A., et al. Predicting neurological outcome in adult patients with cardiac arrest: systematic review and meta-analysis of prediction model performance. Critical Care. 26 (1), 382(2022).
  3. Matsuyama, T., Ohta, B., Kiyohara, K., Kitamura, T. Intra-arrest partial carbon dioxide level and favorable neurological outcome after out-of-hospital cardiac arrest: A nationwide multicenter observational study in Japan (the JAAM-OHCA registry). European Heart Journal of Acute Cardiovascular Care. 12 (1), 14-21 (2023).
  4. Takahagi, M., Sawano, H., Moriyama, T. Long-term neurological outcome of extracorporeal cardiopulmonary resuscitation for out-of-hospital cardiac arrest patients with nonshockable rhythms: A single-center, consecutive, retrospective observational study. The Journal of Emergency Medicine. 63 (3), 367-375 (2022).
  5. Mork, S. R., Botker, M. T., Christensen, S., Tang, M., Terkelsen, C. J. Survival and neurological outcome after out-of-hospital cardiac arrest treated with and without mechanical circulatory support. Resuscition Plus. 10, 100230(2022).
  6. Koenig, M. A., Kaplan, P. W., Thakor, N. V. Clinical neurophysiologic monitoring and brain injury from cardiac arrest. Neurologic Clinics. 24 (1), 89-106 (2006).
  7. Cavazzoni, E., Schibler, A. Monitoring of brain tissue oxygen tension and use of vasopressin after cardiac arrest in a child with catecholamine-induced cardiac arrhythmia. Critical Care & Resuscitation. 10 (4), 316-319 (2008).
  8. Topjian, A. A., et al. Multimodal monitoring including early EEG improves stratification of brain injury severity after pediatric cardiac arrest. Resuscitation. 167, 282-288 (2021).
  9. Beekman, R., et al. Bedside monitoring of hypoxic ischemic brain injury using low-field, portable brain magnetic resonance imaging after cardiac arrest. Resuscitation. 176, 150-158 (2022).
  10. Sinha, N., Parnia, S. Monitoring the brain after cardiac arrest: A new era. Current Neurology Neuroscience Report. 17 (8), 62(2017).
  11. Reis, C., et al. Pathophysiology and the monitoring methods for cardiac arrest associated brain injury. International Journal of Molecular Sciences. 18 (1), 129(2017).
  12. Zhou, H., Lin, C., Liu, J., Wang, X. Continuous monitoring of brain perfusion by cerebral oximetry after spontaneous return of circulation in cardiac arrest: A case report. BMC Neurology. 22 (1), 365(2022).
  13. Takegawa, R., et al. Real-time brain monitoring by near-infrared spectroscopy predicts neurological outcome after cardiac arrest and resuscitation in rats: A proof of concept study of a novel prognostic measure after cardiac arrest. Journal Clinical Medicine. 11 (1), 131(2021).
  14. Zhang, C., et al. Invasion of peripheral immune cells into brain parenchyma after cardiac arrest and resuscitation. Aging and Disease. 9 (3), 412-425 (2018).
  15. Duan, W., et al. Cervical vagus nerve stimulation improves neurologic outcome after cardiac arrest in mice by attenuating oxidative stress and excessive autophagy. Neuromodulation. 25 (3), 414-423 (2022).
  16. Liu, H., et al. Novel modification of potassium chloride induced cardiac arrest model for aged mice. Aging and Disease. 9 (1), 31-39 (2018).
  17. Shen, Y., et al. Aging is associated with impaired activation of protein homeostasis-related pathways after cardiac arrest in mice. Journal of American Heart Association. 7 (17), e009634(2018).
  18. Wang, P., et al. Manganese porphyrin promotes post cardiac arrest recovery in mice and rats. Biology. 11 (7), 957(2022).
  19. Wang, W., et al. Development and evaluation of a novel mouse model of asphyxial cardiac arrest revealed severely impaired lymphopoiesis after resuscitation. Journal of American Heart Association. 10 (11), e019142(2021).
  20. Li, R., et al. Activation of the XBP1s/O-GlcNAcylation pathway improves functional outcome after cardiac arrest and resuscitation in young and aged mice. Shock. 56 (5), 755-761 (2021).
  21. Shen, Y., et al. Activation of the ATF6 (activating transcription factor 6) signaling pathway in neurons improves outcome after cardiac arrest in mice. Journal American Heart Association. 10 (12), e020216(2021).
  22. Jiang, M., et al. MCC950, a selective NLPR3 inflammasome inhibitor, improves neurologic function and survival after cardiac arrest and resuscitation. Journal of Neuroinflammation. 17 (1), 256(2020).
  23. Zhao, Q., et al. Cardiac arrest and resuscitation activates the hypothalamic-pituitary-adrenal axis and results in severe immunosuppression. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 41 (5), 1091-1102 (2021).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Fare Asfiksi ModeliSerebral Kan AkBeyin OksijenasyonuN rolojik FonksiyonVask ler YapRes sitasyon zlemiDeneysel Kardiyak Arrest Ara t rmalar

İlgili makaleler