Láser Doppler: Una herramienta para medir islote pancreático AMPc Microvascular en Vivo

Medicine

Your institution must subscribe to JoVE's Medicine section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Islote pancreático microvascular AMPc regula la distribución de sangre del islote y mantiene la función fisiológica de las células β del islote. Este protocolo describe el uso de un monitor Doppler láser para determinar el estado funcional del islote pancreático AMPc microvascular en vivo y para evaluar las contribuciones de la microcirculación de islotes pancreáticos para enfermedades relacionadas con el páncreas.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Liu, M., Zhang, X., Li, B., Wang, B., Wu, Q., Shang, F., Li, A., Li, H., Xiu, R. Laser Doppler: A Tool for Measuring Pancreatic Islet Microvascular Vasomotion In Vivo. J. Vis. Exp. (133), e56028, doi:10.3791/56028 (2018).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Como un estado funcional de la microcirculación, AMPc microvascular es importante para el suministro de oxígeno y nutrientes y la eliminación de dióxido de carbono y productos de desecho. La debilitación de la vasomoción microvascular podría ser un paso crucial en el desarrollo de enfermedades relacionadas con la microcirculación. Además, los islotes pancreáticos altamente vascularizado está adaptado para apoyar la función endocrina. En este sentido, parece posible inferir que el estado funcional de islotes pancreáticos microvascular AMPc podría afectar la función de islotes pancreáticos. Analizar los cambios patológicos de la situación funcional de AMPc microvascular islote pancreático puede ser una estrategia factible para determinar las contribuciones que la microcirculación de islote pancreático hace relacionados con enfermedades, como diabetes mellitus, pancreatitis, etcetera. Por lo tanto, este protocolo describe el uso de un monitor de flujo de sangre Doppler de láser para determinar el estado funcional del islote pancreático AMPc microvascular y establecer los parámetros (incluida la perfusión de la sangre media, amplitud, frecuencia y relativa velocidad de AMPc microvascular del islote pancreático) para la evaluación del estado funcional microcirculación. En un modelo de ratón diabético inducida, observamos un estado funcional deterioro de AMPc microvascular del islote pancreático. En conclusión, este enfoque para la evaluación de islote pancreático AMPc microvascular en vivo puede revelar mecanismos relativos a las enfermedades del islote pancreático.

Introduction

Como un parámetro del estado funcional de la microcirculación, AMPc microvascular asume la responsabilidad de la entrega y el intercambio de oxígeno, nutrientes y hormonas y es fundamental para la eliminación de productos metabólicos, tales como dióxido de carbono y residuos celulares 1. microvascular AMPc también regula la distribución del flujo sanguíneo y la perfusión del tejido, afectando microcirculatoria local de la presión arterial y respuestas a los inflamación, que puede inducir edema en muchas enfermedades. Por lo tanto, es extremadamente importante para mantener la función fisiológica de órganos2,3,4, tejidos y células componentes AMPc microvascular. La debilitación de la vasomoción microvascular podría ser uno de los pasos clave en el desarrollo de enfermedades relacionadas con la microcirculación5.

Láser Doppler fue inicialmente desarrollado para la observación y cuantificación en el ámbito de la microcirculación investigación6. Esta técnica, junto con otros enfoques técnicos (p. ej., láser de punto7, oxígeno transcutáneo, etcetera), ha sido considerada como el estándar de oro para evaluar el flujo sanguíneo en la microcirculación. La justificación que la perfusión de sangre de la microcirculación local (es decir, los capilares, arteriolas, vénulas, etc.) puede ser determinada por el aparato equipado con láser Doppler, se basa en el principio de Doppler shift. La longitud de onda y frecuencia de la emisión estimulada de luz cambian cuando partículas ligeras encuentran movimiento glóbulos en microvasos, o permanecen sin cambios. Por lo tanto, en la microcirculación, el número y la velocidad de las células sanguíneas son los factores claves relativos a la magnitud y la distribución de frecuencias de la luz cambió de puesto de Doppler, mientras que la dirección del flujo sanguíneo microvascular es irrelevante. Utilizando diferentes métodos, se han utilizado una variedad de tejidos para estudios micro circulatorio, incluyendo los entresijos y dorsal plicometro cámaras de ratones, ratas, hámsteres e incluso los seres humanos8. Sin embargo, en el protocolo actual, nos centramos en el funcional estado de AMPc microvascular del islote pancreático, que es evaluada usando láser Doppler y un sistema de parámetro de evaluación hecha en casa.

Microcirculación del islote pancreático se compone principalmente de microvasos del islote pancreático y exhibe características distintivas. Una red capilar de islote pancreático muestra una densidad cinco veces mayores que la red capilar de su contraparte exocrine9. Proporcionar un conducto para el suministro de entrada de la glucosa y la insulina difusión, células endoteliales del islote suministrar oxígeno a las células metabólicamente activas en islote las células β. Además, también emergentes evidencia demuestra que islote microvessels están involucrados no sólo en la regulación de la expresión de gene de la insulina y la supervivencia de la célula β, sino también en que afectan a la función de las células β; promover la proliferación de células β; y producir un número de crecimiento y angiogénicos sustancias vasoactivas, factores de10. Por lo tanto, en este sentido, se infiere que el estado funcional de islotes pancreáticos microvascular AMPc puede afectar la función de las células β del islote y conseguir implicado en la patogenia de enfermedades como la pancreatitis aguda, crónica, diabetes y otras enfermedades relacionadas con el páncreas.

Analizando los cambios patológicos del estado funcional del islote pancreático microvascular AMPc podría ser una estrategia factible para determinar las contribuciones de la microcirculación de islotes pancreáticos para las enfermedades antes mencionadas. Un procedimiento detallado paso a paso que describe el enfoque para determinar islotes pancreáticos AMPc microvascular en vivo ofrecen aquí. Las medidas típicas de entonces se muestran en los Resultados de representante. Finalmente, los beneficios y limitaciones del método se destacan en la discusión, junto con más aplicaciones.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Todos los experimentos en animales fueron ejecutados en cumplimiento de todas las directrices pertinentes, regulaciones y agencias reguladoras. El presente Protocolo se demostró fue realizado bajo la dirección y aprobación de la Instituto de microcirculación Animal ética Comité (IMAEC) en el colegio médico Unión de Pekín (PUMC).

1. los animales

  1. Antes del inicio del experimento, mantener tres ratones BALB/c por jaula, con temperatura controlada (24 ± 1 ° C) y humedad (55 ± 5%), en un ciclo de luz-oscuridad de 12 h. Permitir que los ratones libre acceso a agua y comida regular.
  2. Dividir los ratones, al azar, un grupo de no diabéticas control y un grupo diabético. Con precisión pesan cada ratón individual y calcular el volumen de inyección utilizando la masa corporal de cada ratón.
  3. Rápidamente los ratones durante 4 horas antes de la inyección del streptozotocin (STZ) y proporcionar agua normal como normal experimental día 1.
  4. Preparación de buffer de citrato de sodio de 0.1 M a pH 4.3. Poner 1 mL de la solución en un tubo de microcentrífuga de 1,5 mL y envuelva el tubo de microcentrífuga en papel de aluminio para evitar la exposición a la luz.
  5. Disolver el STZ en tampón de citrato de sodio (pH 4.3) a una concentración final de trabajo de 5 mg/mL antes de su uso.
  6. Dar a los ratones de las inyecciones intraperitoneales de grupo diabético de STZ a dosis de 40 mg/kg utilizando una jeringa de 1 mL y una aguja de 25 G. Inyectar a los ratones del control no diabético con el mismo volumen de buffer de citrato de sodio (pH 4.3).
  7. Vuelva a colocar los ratones en las jaulas y proporcionarles alimento regular y 10% en agua y sacarosa.
  8. Repita los pasos 1.3-1.7 días experimentales 2 a 5 (es decir, el próximo 4 días consecutivos).
  9. Reemplazar el agua de 10% de sacarosa con agua corriente después de la última inyección de STZ.
  10. Rápidamente los ratones por 6 horas, pero les da libre acceso al agua y mida sus niveles de glucosa en sangre nueve días más tarde (experimental 14). Recoger una muestra de sangre de la vena de la cola para confirmar hiperglucemia utilizando un sistema de monitoreo de glucosa de sangre.
    Nota: Ratones con sangre glucosa niveles > 200 mg / dL se consideran diabetes.

2. preparación del instrumento

  1. Limpie las superficies ópticas de la punta de prueba y conector de la sonda del aparato Doppler laser con un paño suave no abrasivo para eliminar polvo o partículas. Enchufe el cable en el puerto del instrumento (figura 1A).
  2. Montar el soporte de calibración permitiendo el flujo estándar de estar en equilibrio térmico con un entorno experimental (temperatura ambiente, generalmente por 30 min). Agite el flujo estándar suavemente durante 10 s y deje descansar por 2 minutos.
  3. Coloque el contenedor estándar de flujo en medio de la base de calibración. Ajuste la abrazadera a la altura máxima y fije la sonda en la abrazadera que apunta hacia abajo en el contenedor. Asegúrese de que el estándar de flujo está correctamente colocado debajo de la sonda.
  4. Lentamente mueva la sonda hacia abajo hasta que la punta esté correctamente sumergida en el estándar de flujo. Seleccione y presione "calibración" en el laser Doppler aparato y elegir el canal de trabajo que la sonda está conectada a. Ejecute el programa de calibración hasta que aparezca un aviso de "Calibración exitosa" en la pantalla del laser Doppler aparato.
  5. Asegure la sonda con los titulares de la sonda. Asegure manualmente la sonda para evitar el movimiento.
  6. Mantener la sala experimental a temperatura constante (24 ± 1 ° C) y humedad (~ 50-60%).
  7. Apague cualquier luz externa (por ejemplo, lámparas fluorescentes y punto) antes de realizar el experimento para evitar el cambio inducido por la luz externo.

3. preparación de los animales

  1. Autoclave el quirúrgico instrumentos y déjelos enfriar a temperatura ambiente antes de usar.
  2. Dar a los ratones 10 min para aclimatarse al ambiente experimental antes de detectar AMPc microvascular islote pancreático por láser Doppler.
  3. Llene una jeringa de 1 mL con 1 mL de pentobarbital sódico de 3%. Inyecte la solución de pentobarbital sódico (75 mg/kg i.p.) para anestesiar los ratones.
  4. Cubrir los ojos del ratón con una gasa médica previamente humedecido para evitar la sequedad.
  5. Asegúrese de que el ratón pierde totalmente la conciencia y ya no responde a la cola o retropié pellizca con fórceps. Monitor de la anestesia durante todo el evento anestésico e intraoperatoria cada 15 minutos mantener la anestesia complementando con el 10% del volumen inicial de la inyección de la solución de pentobarbital cuando sea necesario.
  6. Coloque una almohadilla de calefacción con una capa de semi aislamiento debajo del animal y colocar el animal en posición supina y traslado a la estación de trabajo del laser Doppler aparato. Fijar el ratón a la plataforma de trabajo con cinta quirúrgica.
  7. Torunda la piel abdominal de ratón con betadine y luego el etanol del 75% se utiliza para limpiar la zona abdominal limpia.
  8. Inyectar por vía subcutánea 2% lidocaine/0.5% bupivacaína mezcla (50/50).  Cortar un ~ 3 cm-orificio de diámetro en el centro de una esponja de Gasa. Cubren la región abdominal con la esponja de la gasa.
  9. Levante la piel abdominal con pinzas y hacer una incisión vertical inicial a lo largo de la línea media del abdomen usando una tijera bisturí o la piel.
  10. Sujete el músculo subyacente con pinzas e incisión para entrar en la cavidad abdominal. No dañar cualquier órgano. Plegar la piel y el músculo subyacente del pecho a la cavidad abdominal. Exponer suavemente el cuerpo del páncreas y el bazo usando un par de pinzas de punta Roma.

4. adquisición de datos para el análisis

  1. Ejecutar el software del aparato Doppler láser haciendo clic en "Archivo" → "Nuevo" para crear un nuevo archivo de medición. Para configurar a los monitores conectados, en la pestaña "General", establecer la duración de vigilancia realizar "gratis." Utilizar los valores predeterminados de fábrica para la ficha de "Monitor LDF" haga clic en "Siguiente".
  2. Configurar la pantalla de gráfico en el "configuración cuadro de diálogo visualización." Seleccionar los canales de "Velocidad de flujo, Conc," marcando las respectivas casillas. Seleccione los siguientes parámetros: "Origen de datos para el canal" y "etiqueta, unidades y Color". Haga clic en "Siguiente".
  3. Ingrese la información del usuario sobre el tema y la medida (es decir, nombre y número de tema, operador, control de tiempo, comentarios, etc.) en el "cuadro de diálogo de información archivo" y haga clic en "Siguiente" para finalizar la configuración de medida.
    Nota: Una ventana de medición se crea automáticamente por el software (figura 1B).
  4. Avanzar manualmente el electrodo al páncreas. Asegúrese de que la distancia entre la sonda y páncreas tejido es dentro de 1 mm. Una distancia inadecuada da una lectura de flujo sanguíneo artificialmente aumentada o disminuida.
  5. Haga clic en el icono de barra de herramientas de "Inicio" para iniciar la grabación de los datos de unidades (PU) de perfusión microvascular de la sangre. Recoge los datos de PU continuamente durante 1 minuto cada. Haga clic en "Stop" para detener la medición. Seleccione "Archivo" → "Guardar como" nombre y guarde el archivo de medición final.
  6. Manualmente volver a colocar la sonda después de cada carrera para evitar efectos aditivos y el agotamiento localizado de contráctil y la capacidad de relajación. Repita los pasos 4.1-4.4 para cosechar datos de PU microvasculares múltiples puntos (es decir, tres puntos elegido al azar del tejido pancreático) para cada ratón. Medir los datos de la PU de una placa no reflexiva como un control de línea de base.
  7. Cerca de la capa del músculo abdominal y la capa de la piel con una sutura. Colocar los animales en jaulas limpias después de los experimentos.
  8. Mantener el animal caliente colocando la jaula de recuperación media-en la almohada.
    Nota: Preste atención al calor, higiene, fluido y consumo de alimentos y la infección. Administrar ratones con 2 mg/kg de carprofeno durante 48 h como tratamiento del dolor postoperatorio.  Realizar la eutanasia por inyección i.p. de pentobarbital sódico de 150 mg/kg cuando los ratones se observan en un estado de dolor o angustia que no puede ser aliviado.

5. cálculo de los parámetros de AMPc Microvascular

  1. Utilice el comando "Exportar" del laser Doppler software para exportar el tiempo y los datos primarios de PU como archivo *.xlsx y abra el archivo en una hoja de cálculo.
  2. Calcular la unidad de perfusión basal promedio (PUb) (véase el paso 4.6).
  3. Calcular el promedio perfusión de la sangre (PUuna) para 1 minuto de la medición como sigue: promedio de perfusión de la sangre (PUun) = PU - PUb (ecuación 1).
  4. Calcular la frecuencia (ciclos/min) para cada 1 minuto de medición.
    Nota: La frecuencia de AMPc microvascular se define como el número de picos que se produjeron en una ola de AMPc microvascular por minuto.
  5. Calcular la amplitud (ΔPU) para cada 1 minuto de medición.
    1. Calcular la amplitud de la vasomoción microvascular como la diferencia entre el máximo (PUmax) y mínimo (PUmin): amplitud (ΔPU) = PUmax - PUmin (ecuación 2).
  6. Calcular la velocidad relativa (PU) para cada 1 minuto de medición.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Una fotografía del láser de medición de AMPc microvascular Doppler aparato equipado con un diodo de láser de semiconductor se muestra en la figura 1A. Software de interfaz de usuario se presenta en la figura 1B. Usando el método mencionado anteriormente, los parámetros hemodinámicos de AMPc microvascular islote pancreático fueron detectados de ratones diabéticos y no diabéticos control. Una variedad de técnicas, incluyendo el laser Doppler flujometría, refleja dispersos espectroscopia de infrarrojo, luz y técnicas, la proyección de imagen se han utilizado para estudiar microvascular AMPc ya que primero se definió. La tabla 1 resume los grupos de investigación y artículos publicados que utilizan láser tecnología Doppler para determinar el papel de la microcirculación en la diabetes y enfermedades relacionadas.

En general, las condiciones de la microcirculación del islote pancreático están representadas por el estado funcional de islotes pancreáticos microvascular AMPc utilizando los parámetros microvasculares, incluyendo la perfusión arterial media, amplitud, frecuencia, relativa velocidad (figura 2). El esquema representativo AMPc microvascular se compone principalmente de periódicas fases de contracción y relajación (figura 2A). Los fenómenos hemodinámicos presentan un patrón de perfusión del flujo de sangre en redes microvasculares. Datos PU por láser Doppler aparato se emplearon diagramas de dispersión y mostrar el patrón de distribución de la perfusión microvascular de la sangre. En el protocolo actual, los patrones de distribución de la perfusión de sangre microvascular de islotes pancreáticos en ratones no diabéticos y diabéticos eran totalmente diferentes (figura 2B). Una escala inferior de la perfusión de sangre de AMPc microvascular islote pancreático fue observada en ratones diabéticos en comparación con el control de los no diabéticos. El ritmo de las contracciones y relajaciones de AMPc microvascular islote pancreático eran caótico e irregular en ratones diabéticos inducida por STZ, mientras que los controles no diabéticos tuvieron oscilaciones rítmicas (figura 2 y Figura 2D). Se extrajeron los datos de 5 s de la perfusión de sangre microvascular del islote pancreático dentro de las líneas discontinuas en la figura 2 y Figura 2D y demostró que las fluctuaciones caóticas del islote pancreático microvascular sangre perfusión en ratones diabéticos perdido la capacidad de regular el estado funcional de islotes pancreáticos AMPc microvascular, que debe ocurrir en respuesta a fluctuation (Figura 2E) de la glucosa de la sangre.

Además, para dar respuesta a la hiperglucemia, islotes pancreáticos necesitan personas y sangre Biorrítmicas perfusión de flujo para el transporte de insulina. El AMPc microvascular del islote pancreático parámetros (incluyendo la perfusión de la sangre media, amplitud, frecuencia y velocidad relativa) fueron calcularon y analizan cuantitativamente en base a los perfiles de PU. Como se muestra en la figura 3, en comparación con controles no diabéticos, fue disminuida la perfusión sanguínea promedio de la microcirculación de islotes pancreáticos en ratones diabéticos STZ-inducida (Figura 3A). Mientras tanto, hubo descensos importantes en la amplitud (figura 3B) y frecuencia (figura 3) de AMPc microvascular de islotes pancreáticos en ratones diabéticos inducida por STZ. La velocidad relativa de la perfusión de sangre de islote pancreático disminuyó significativamente en el grupo de diabetes inducida por STZ en comparación con el control de los no diabéticos (figura 3D). Como se mencionó anteriormente, el estado funcional de AMPc microvascular islote pancreático fue deteriorado en ratones diabéticos. Especulamos que anormalidades en el ritmo, junto con una disminución de la frecuencia, la amplitud y la velocidad relativa de AMPc microvascular del islote pancreático, podrían dar lugar a una deficiency de la perfusión de sangre microvascular, que puede dañar las células β del islote y reducir secreción de insulina.

Figure 1
Figura 1. Aparato utilizado para determinar islotes pancreáticos AMPc microvascular en vivo. A. fotografía del aparato de medición utilizado para determinar la vasomoción microvascular de islotes pancreáticos de ratones. Los probe y botón laser están en el panel izquierdo. La pantalla de cristal líquido está en el panel central. Botones del menú (es decir, arriba, abajo, botones y enter) y el energía diodo emisor están en el panel derecho. No se muestran los dispositivos periféricos (es decir, ordenadores y cables). B. captura de pantalla que ilustran los elementos típicos y los canales de gráfico del software del aparato Doppler láser. "Flujo", "Conc", "DC", y las lecturas de medición de "Velocidad" se muestran en los canales de gráfico. "Flujo" representa la perfusión microvascular sangre tejido "Conc" representa la concentración de tejido microvascular del glóbulo, "DC" representa la intensidad media de luz reflexiva y "Velocidad" representa la velocidad relativa del flujo sanguíneo microvascular. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2. Estado funcional de AMPc microvascular de islotes pancreáticos en ratones. La perfusión de sangre de AMPc microvascular islote pancreático fue evaluada mediante un láser Doppler aparato, y se analizó el estado funcional. A. esquema de parámetros relativos a AMPc microvascular. CA representa la amplitud de una contracción de AMPc microvascular, Ar representa la amplitud de una relajación microvascular AMPc, Tc representa la longitud del tiempo de una contracción de AMPc microvascular y Tr representa la longitud del tiempo de una relajación microvascular AMPc. B. patrón de distribución de la perfusión de sangre microvascular de islotes pancreáticos en ratones no diabéticos y diabéticos. Puntos rojos: ratones no diabéticos. Azul puntos: ratones diabéticos. La línea verde discontinua muestra la demarcación entre el patrón de perfusión de sangre microvascular no diabéticos y diabéticos. C. islote pancreático AMPc microvasculares en el grupo control se evaluó sobre la base de la perfusión microvascular dinámica de flujo de la sangre. D. AMPc microvascular de islotes pancreáticos en ratones diabéticos se evaluó sobre la base de la perfusión microvascular dinámica de flujo de la sangre. E. diagrama de islote pancreático de representante (rango 5-s) AMPc microvascular entre ratones diabéticos y no diabéticos control. Línea roja: control no diabético. Línea azul: ratones diabéticos. PU: unidades de perfusión. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3. Quantification de los parámetros del islote pancreático microvascular AMPc. Islote pancreático AMPc microvascular parámetros, incluyendo la perfusión arterial media, amplitud, frecuencia y velocidad relativa fueron analizados y comparados entre ratones diabéticos y no diabéticos control. Quantification de A. de la perfusión sanguínea promedio (PU/min) de AMPc microvascular de islotes pancreáticos en ratones no diabéticos y diabéticos. La amplitud de B. (ΔPU) C. frecuencia (ciclos/min) y D. velocidad relativa (PU) de AMPc microvascular islote pancreático fueron inferiores en ratones diabéticos que en los ratones no diabéticos control. La amplitud de la vasomoción microvascular se calculó como la diferencia entre el máximo (PUmax) y mínimo (PUmin). La frecuencia de AMPc microvascular se definió como el número de picos o valles que se produjeron en una ola de AMPc microvascular por minuto. Los datos fueron presentados como la media ± SD (n = 6 en cada grupo). P < 0.05, **P < 0.01. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Enfermedades Objeto Aparato de Ref no.
Función endotelial H LDF, EMPEORARON 11, 12, etc.
DN H, R LDF 13, 14, 15, etc.
DR. H LDF 16, 17, 18, etc.
Microcirculación de la piel, cutáneo H LDF 11, 19, 20, etc.
Microcirculación cardiaca R LDF 21
Deterioro de oído M LDF 22
DN, neuropatía diabética. DR, la retinopatía diabética. LDF, laser Doppler flujometría.
Empeoraron, láser punto proyección de imagen de contraste. R, rata. H, ratón humanos, M.

Tabla 1. El papel de la microcirculación en la diabetes y sus complicaciones. Grupos de investigación han utilizado laser Doppler para determinar el papel de la microcirculación en la diabetes y sus complicaciones durante décadas. Artículos relacionados en los últimos años se enumeran aquí. Estas publicaciones se centran principalmente en la disfunción endotelial, (DN) de la neuropatía diabética, retinopatía diabética (RD), piel y deterioro microvascular cutáneo y relativamente raras complicaciones tales como disfunción de la microcirculación cardiaca y audiencia deterioro. DN: neuropatía diabética. RD: retinopatía diabética. LDF: laser Doppler flujometría. PONE: láser de marcas en contraste proyección de imagen. R: rata. H: humano. M: el ratón.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

En los casos que implican la disfunción microvascular (p. ej., diabetes, pancreatitis aguda, enfermedades microvasculares periféricas, etcetera), algunas enfermedades llevan a la reducción del flujo sanguíneo. Aparte de cambios en el flujo de sangre, hay indicadores importantes, como el AMPc microvascular, que reflejan el estado funcional de la microcirculación. El indicador específico, AMPc microvascular, se define generalmente como la oscilación del tono microvascular en lechos microvasculares. En el protocolo actual, una perfusión microvascular sangre sistema de monitoreo permite la visualización directa y el análisis cuantitativo de la situación funcional de AMPc microvascular. Nuestro enfoque de evaluación microcirculación puede aplicarse selectivamente a los específicos tejidos y órganos mediante la identificación de cambios dinámicos en la perfusión de la sangre. Informes publicados por otros grupos sobre el uso de láser Doppler para determinar el papel de la perfusión microvascular arterial en la diabetes y sus complicaciones fueron resumidos en la tabla 1. En el presente estudio, para demostrar nuestro enfoque, se evaluó el estado funcional de la vasomoción microvascular de islotes pancreáticos de ratones diabéticos.

AMPc microvascular es reconocido como un parámetro del estado funcional de la microcirculación y es capaz de regular la perfusión del flujo de sangre mediante el ajuste de la distribución en el tejido local23. La microcirculación del páncreas, que puede ser dividido en islotes, acinos y conductos, ha sido estudiado durante décadas. Básicamente, esta separación del páncreas en diferentes partes es para la conveniencia solamente porque la microvascularización es realmente interconectados y homogéneo como una entidad orgánica24. Esta red de microcirculación apoya la regulación del flujo de sangre del islote pancreático. Por lo tanto, utilizamos parámetros del estado funcional, determinado por láser Doppler, para representar la vasomoción de microvascularización del islote pancreático. Sin embargo, debido a las características de la arquitectura pancreática, todavía pudimos hacer un juicio después de aplicar el método actual para determinar si la perfusión de la sangre se deriva de la parte endocrina o de la parte exocrina del páncreas. Uso específico de islote etiquetado tintes, como ditizona y rojo neutro, puede convertirse en uno de las posibles formas de entender este tema, al menos hasta cierto punto.

Un aspecto importante de la etapa de medición es la distancia entre la sonda y el tejido del páncreas. Una distancia inadecuada da un artificial aumento del flujo sanguíneo de la lectura. La fuerza física aplicada a los órganos y tejidos por una punta reducirá el flujo sanguíneo microvascular. Por lo tanto, se debe aplicar presión mínima al tomar las mediciones. Otro punto a destacar es la potencia del láser. Lasers de alta potencia generalmente fácilmente dañan los microvasos en el islote pancreático, por lo que la frecuencia del rayo láser controlado, dentro de las limitaciones. Para la medición general y temporal, se recomienda una frecuencia de 1 Hz o menos. Para evitar el agotamiento localizado de capacidad microvascular AMPc (incluyendo contráctil y relajación) y el efecto aditivo, determinación multipunto y el reposicionamiento de sitio después de cada medición se sugieren en cualquier experimentos.

En el método actual, los datos de la PU se utilizan para representar el flujo de sangre del flujo sanguíneo microvascular. Debido a las características del flujo sanguíneo microvascular en la microcirculación, no es factible determinar las unidades de flujo absoluto (p. ej., mL/min/100 g de determinados órganos o tejidos). Por lo tanto, el sistema de parámetro de evaluación usado aquí se basa en las unidades de perfusión relativa de la sangre flujo. Análisis wavelet rápida de Fourier y otros algoritmos de análisis espectral son métodos comunes que llevan a cabo las señales Doppler láser. En el presente Protocolo, se estableció un enfoque que utiliza parámetros hemodinámicos (es decir, perfusión de la sangre, de amplitud, frecuencia y velocidad relativa) para mostrar el estado funcional de AMPc microvascular. Por otra parte, la precisión de la medición está relacionada con la profundidad de la meta y el diseño de la sonda, que suele ser alrededor de 1 mm. Así, los tejidos y órganos más gruesos o compactos pueden no ser apropiados para la aplicación de láser Doppler y el método actual. Además, porque los datos derivados de perfusión del flujo de sangre pueden verse afectados por otras condiciones que causa cambios notables, incluyendo temperatura, humedad, iluminación externa y alteraciones en la posición de los ratones, algunas reglas deben ser obedecidas durante el procedimiento experimental. El laboratorio debe mantener la humedad y temperatura constante, y alumbrado exterior debe estar separados. Se recomienda fijar los ratones para evitar cambios de posición. Se cree que estas estrategias pueden superar las limitaciones mencionadas y aumentarán la exactitud de los datos de perfusión de flujo de sangre.

La ventaja del presente Protocolo, comparando con otros divulgados en la literatura es que es sensible y responsivo a la AMPc microvascular local de tejidos y órganos. Esto facilitará la más amplia aplicación del método para la evaluación o investigación de la microcirculación, especialmente el estado funcional de AMPc microvascular, en investigación clínica y laboratorial. Las aplicaciones incluyen pero no están limitadas a: isquemia visualización, evaluación de la perfusión de sangre y la evaluación del estado funcional de AMPc microvascular. En conclusión, nuestro método puede utilizarse para investigar y evaluar el estado funcional de AMPc microvascular de islotes pancreáticos en ratones en vivo y puede ser capaces de satisfacer la necesidad clínica para evaluar la función de la microcirculación.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Este trabajo fue apoyado por subvenciones de Pekín Unión médica Colegio juventud fondos y los fondos de Investigación Fundamental para las universidades Central (Grant no. 3332015200).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
MoorVMS-LDF2 Moor Instruments GI80 PeriFlux 5000 (Perimed Inc.) can be used as an alternative apparatus to harvest data
MoorVMS-PC Software Moor Instruments GI80-1 Software of MoorVMS-LDF2
Calibration stand Moor Instruments GI-cal Calibration tool
Calibration base Moor Instruments GI-cal Calibration tool
Calibration flux standard Moor Instruments GI-cal Calibration tool
One Touch UltraEasy glucometer Johnson and Johnson #1955685 Confirm hyperglycemia
One Touch UltraEasy strips Johnson and Johnson #1297006 Confirm hyperglycemia
Streptozotocin Sigma-Aldrich S0130 Dissolve in sodium citrate buffer (pH 4.3)
Pentobarbital sodium Sigma-Aldrich P3761 Working concentration 3 %
Ethanol Sinopharm Inc. 200121 Working concentration 75 %
Sucrose Amresco 335 Working concentration 10 %
Medical gauze China Health Materials Co. S-7112 Surgical
Blunt-nose forceps Shang Hai Surgical Instruments Inc. N-551 Surgical
Surgical tapes 3M Company 3664CU Surgical
Gauze sponge Fu Kang Sen Medical Device CO. BB5447 Surgical
Scalpel Yu Lin Surgical Instruments Inc. 175C Surgical
Skin scissor Carent 255-17 Surgical
Suture Ning Bo Surgical Instruments Inc. 3325-77 Surgical
Syringe and 25-G needle MISAWA Inc. 3731-2011 Scale: 1 ml

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Aalkjaer, C., Nilsson, H. Vasomotion: cellular background for the oscillator and for the synchronization of smooth muscle cells. Br J Pharmacol. 144, (5), 605-616 (2005).
  2. Serne, E. H., de Jongh, R. T., Eringa, E. C., IJzerman, R. G., Stehouwer, C. D. Microvascular dysfunction: a potential pathophysiological role in the metabolic syndrome. Hypertension. 50, (1), 204-211 (2007).
  3. Carmines, P. K. Mechanisms of renal microvascular dysfunction in type 1 diabetes: potential contribution to end organ damage. Curr Vasc Pharmacol. 12, (6), 781-787 (2014).
  4. Holowatz, L. A. Human cutaneous microvascular ageing: potential insights into underlying physiological mechanisms of endothelial function and dysfunction. J Physiol. 586, (14), 3301 (2008).
  5. De Boer, M. P., et al. Microvascular dysfunction: a potential mechanism in the pathogenesis of obesity-associated insulin resistance and hypertension. Microcirculation. 19, (1), 5-18 (2012).
  6. Nilsson, G. E., Tenland, T., Oberg, P. A. Evaluation of a laser Doppler flowmeter for measurement of tissue blood flow. IEEE Trans Biomed Eng. 27, (10), 597-604 (1980).
  7. Chen, D., et al. Relationship between the blood perfusion values determined by laser speckle imaging and laser Doppler imaging in normal skin and port wine stains. Photodiagnosis Photodyn Ther. 13, (1), 1-9 (2016).
  8. Fuchs, D., Dupon, P. P., Schaap, L. A., Draijer, R. The association between diabetes and dermal microvascular dysfunction non-invasively assessed by laser Doppler with local thermal hyperemia: a systematic review with meta-analysis. Cardiovasc Diabetol. 16, (1), 11-22 (2017).
  9. Yaginuma, N., Takahashi, T., Saito, K., Kyoguku, M. The microvasculature of the human pancreas and its relation to Langerhans islets and lobules. Pathol Res Pract. 181, (1), 77-84 (1986).
  10. Brissova, M., et al. Islet microenvironment, modulated by vascular endothelial growth factor-A signaling, promotes beta cell regeneration. Cell Metab. 19, (3), 498-511 (2014).
  11. de Moraes, R., Van Bavel, D., Gomes Mde, B., Tibirica, E. Effects of non-supervised low intensity aerobic excise training on the microvascular endothelial function of patients with type 1 diabetes: a non-pharmacological interventional study. BMC Cardiovasc Disord. 16, (1), 23-31 (2016).
  12. Humeau-Heurtier, A., Guerreschi, E., Abraham, P., Mahe, G. Relevance of laser Doppler and laser speckle techniques for assessing vascular function: state of the art and future trends. IEEE Trans Biomed Eng. 60, (3), 659-666 (2013).
  13. Park, H. S., Yun, H. M., Jung, I. M., Lee, T. Role of Laser Doppler for the Evaluation of Pedal Microcirculatory Function in Diabetic Neuropathy Patients. Microcirculation. 23, (1), 44-52 (2016).
  14. Sun, P. C., et al. Microcirculatory vasomotor changes are associated with severity of peripheral neuropathy in patients with type 2 diabetes. Diab Vasc Dis Res. 10, (3), 270-276 (2013).
  15. Pan, Y., et al. Effects of PEMF on microcirculation and angiogenesis in a model of acute hindlimb ischemia in diabetic rats. Bioelectromagnetics. 34, (3), 180-188 (2013).
  16. Jumar, A., et al. Early Signs of End-Organ Damage in Retinal Arterioles in Patients with Type 2 Diabetes Compared to Hypertensive Patients. Microcirculation. 23, (6), 447-455 (2016).
  17. Nguyen, H. T., et al. Retinal blood flow is increased in type 1 diabetes mellitus patients with advanced stages of retinopathy. BMC Endocr Disord. 16, (1), 25-33 (2016).
  18. Forst, T., et al. Retinal Microcirculation in Type 1 Diabetic Patients With and Without Peripheral Sensory Neuropathy. J Diabetes Sci Technol. 8, (2), 356-361 (2014).
  19. Hu, H. F., Hsiu, H., Sung, C. J., Lee, C. H. Combining laser-Doppler flowmetry measurements with spectral analysis to study different microcirculatory effects in human prediabetic and diabetic subjects. Lasers Med Sci. 31, (1), 1-8 (2016).
  20. Klonizakis, M., Manning, G., Lingam, K., Donnelly, R., Yeung, J. M. Effect of diabetes on the cutaneous microcirculation of the feet in patients with intermittent claudication. Clin Hemorheol Microcirc. 61, (3), 439-444 (2015).
  21. Khazraei, H., Shafa, M., Mirkhani, H. Effect of ranolazine on cardiac microcirculation in normal and diabetic rats. Acta Physiol Hung. 101, (3), 301-308 (2014).
  22. Fujita, T., et al. Increased inner ear susceptibility to noise injury in mice with streptozotocin-induced diabetes. Diabetes. 61, (11), 2980-2986 (2012).
  23. Wiernsperger, N., Nivoit, P., De Aguiar, L. G., Bouskela, E. Microcirculation and the metabolic syndrome. Microcirculation. 14, (4-5), 403-438 (2007).
  24. Chawla, L. S., et al. Vascular content, tone, integrity, and haemodynamics for guiding fluid therapy: a conceptual approach. Br J Anaesth. 113, (5), 748-755 (2014).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics