Контраст расширенного ультразвуковое исследование для оценки спинного мозга кровотока в экспериментальной повреждением спинного мозга
Summary
Contrast Enhanced Ultrasound imaging is a reliable in-vivo tool for quantifying spinal cord blood flow in an experimental rat spinal cord injury model. This paper contains a comprehensive protocol for application of this technique in association with a contusion model of thoracic spinal cord injury.
Abstract
Снижение расхода спинного мозга крови (SCBF) (т.е. ишемии) играет ключевую роль в травматического повреждения спинного мозга (ТСМ) патофизиологии и, соответственно, важной целью для нейропротективных лечения. Хотя несколько методов были описаны для оценки SCBF, все они имеют существенные ограничения. Чтобы преодолеть тот, мы предлагаем использовать в режиме реального времени усиленного контрастом ультразвуковой томографии (CEU). Здесь мы опишем применение этого метода в крысиной модели ушиба ТСМ. Яремную катетер сначала имплантировали для повторного введения контрастного агента, раствора хлорида натрия элегазовых инкапсулированных микропузырьков. Позвоночник затем стабилизировался с заказ 3D-кадра и спинного мозга твердая мозговая оболочка подвергается по ламинэктомией в THIX-ThXII. Ультразвуковой зонд затем устанавливают на задней поверхности твердой мозговой оболочки (покрытого ультразвуковой гель). Для оценки базового SCBF, один внутривенную инъекцию (400 мкл) противопоказанийул агент наносят записать его прохождение через неповрежденную спинного мозга микрососудов. Вес падение устройство затем используется для генерации воспроизводимого экспериментальную модель ушиб SCI. Контрастное вещество повторно вводят через 15 мин после травмы, чтобы оценить после ТСМ SCBF изменения. КЕС позволяет в режиме реального времени и в естественных условиях оценки изменений SCBF следующей ТСМ. В неповрежденной животного, ультразвуковое обследование показало неравномерное кровотока по интактного спинного мозга. Кроме того, 15 мин после ТСМ, было критической ишемии на уровне эпицентре а SCBF сохранился в более отдаленных районах нетронутыми. В районах, прилегающих к эпицентру (как ростральной и хвостовой), SCBF была значительно снижена. Это соответствует ранее описанной "ишемической полутени" зоне. Этот инструмент представляет большой интерес для оценки влияния терапии, направленных на ограничение ишемии и некроза тканей в результате После ТСМ.
Introduction
Травматический травмы спинного мозга (SCI) является разрушительным состояние приводит к значительному нарушению в моторных, сенсорных и автономных функций. На сегодняшний день, никакой терапии не продемонстрировала свою эффективность у пациентов. Для такого причине, важно, чтобы определить новые методы, которые позволят улучшить оценку возможных методов лечения и может в дальнейшем выяснения травмы pathiophysiology 1.
ТСМ разделена на два последовательных этапа, называемого первичных и вторичных повреждений. Первичный травмы соответствует начальной механической инсульта. В то время как вторичное повреждение групп каскадных различных биологических событий (таких как воспаление, окислительный стресс и гипоксии), что дополнительно способствовать прогрессивному расширению первоначального поражения, повреждения тканей и, следовательно, неврологического дефицита 2,3.
В острой фазе ТСМ, нейропротективные лечения направлены на уменьшение вторичной патологии травмы и шульд соответственно улучшить неврологические исходы. Среди многих вторичных событий травмы, ишемия играет решающую роль 4,5. На уровне эпицентра SCI, поврежденные паренхимных микрососудов препятствовать эффективной кровотока спинного мозга (SCBF). Кроме того, SCBF также значительно снижается в области, окружающей эпицентр травмы, площадь специально известный как "ишемической полутени зоне". Если SCBF не может быть быстро восстановлена в течение этих регионах, ишемия может привести к некрозу паренхимы и дополнительного дальнейшего повреждения нервной ткани. Поскольку даже малейшего сохранение ткань может иметь существенные последствия функции, она представляет большой интерес для разработки лекарств и методов лечения, которые могут уменьшить ишемию пост-SCI. Чтобы подчеркнуть это явление, предыдущая работа показала, что сохранение только 10% миелиновых аксонов было достаточно того, чтобы ходить в кошках после ТСМ 6.
Хотя несколько методов были описаны для оценки SCBF, ву всех есть существенные ограничения. Например, использование радиоактивных микросфер 7,8 и С14-iodopyrine авторадиографией 9 требуется последующее жертву животных и не могут быть повторены в более поздние моменты времени. Техника оформление водорода 10 зависит от введения интраспинальных электродов, которые могут дальнейшее повреждение спинного мозга. В то время как лазерный доплеровский изображений, фотоплетизмография 14,15 и в естественных условиях световой микроскопии 16 имеют очень ограниченную глубину / область измерения 11-13.
Наша команда ранее показали, что контраст усиливается ультразвуковое (КЕС) изображения может быть использован для оценки в режиме реального времени и в естественных условиях изменения SCBF в паренхиме спинного мозга крысы 17. Важно отметить, что подобный метод был применен Хуанг и др. В модели свиньи ТСМ 18. КЕС относится конкретный режим ультразвуковой визуализации, которая позволяет связать в оттенках серого морфологический чатвозрастов (полученные с помощью обычного B-режиме) с пространственным распределением кровотока 19. SCBF изображений и количественное опирается на внутрисосудистого введения эхо-контрастных агентов. Контрастное вещество состоит из гексафторида серы микропузырьков (средний диаметр около 2,5 мкм и 90%, имеющие диаметр менее чем 6 мкм), стабилизированный фосфолипидов. Микропузырьки отражают ультразвуковой луч, испускаемый датчиком, таким образом, увеличивая эхогенность крови и увеличение контрастности тканей в соответствии с их кровотока. Таким образом, можно оценить кровоток в данной области, представляющей интерес в зависимости от интенсивности отраженного сигнала. Микропузырьки также безопасен, и они были клинически применены в организме человека. Гексафторид серы быстро очищается (имею в виду терминала полураспада 12 мин) и более 80% от введенной гексафторида серы восстанавливается в выдыхаемом воздухе в течение 2 мин после инъекции. Этот протокол обеспечивает простой способ использовать CEU чатстарения для оценки изменений в SCBF крысы.
Protocol
Representative Results
Discussion
Хотя мы описали, как использовать CEU в крысиной модели SCI ушиб, этот протокол может быть изменен, чтобы соответствовать другим экспериментальных целей или моделей SCI. Мы выбрали для измерения SCBF только в двух временных точках (до того травм и 15 мин после SCI), однако количество временных то?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We acknowledge Stephanie Gorgeard, Thierry Scheerlink (Toshiba France), and Christophe Lazare (Bracco France).
Materials
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Comments/Description | |
| External Fixator Hoffman 3 | Stryker, Kalamazoo, USA | Modular system used to build the custom made 3D frame and the jointed arm holding the ultrasound probe | |
| Toshiba Applio | Toshiba, Tokyo, Japan | Ultrasound machine | |
| Sonovue | Bracco, Milan, Italy | Contrast agent : microbubbles | |
| Vueject pump | Bracco, Milan, Italy | Electric pump for infusion of microbubbles bolus | |
| Aquasonic Ultrasound Gel | Parker Laboratories, Fairfield, NJ, USA | Ultrasound gel used to transmit the ultrasound waves | |
| Isovet | Piramal Healthcare, Mumbai, India | Isoflurane used for anesthesia | |
| Ultra Extend | Toshiba, Tokyo, Japan | Software used for quantification of spinal cord blood flow | |
| Mastercraft Five-piece Mini-pliers Set, Product #58-4788-6 | Canadian Tire, Toronto, Canada | Set of pliers for Do-it-yourself job |
Referencias
- Cadotte, D. W., Fehlings, M. G. Spinal cord injury: a systematic review of current treatment options. Clin Orthop Relat Res. 469 (3), 732-741 (2011).
- Beattie, M. S., Farooqui, A. A., Bresnahan, J. C. Review of current evidence for apoptosis after spinal cord injury. J Neurotrauma. 17 (10), 915-925 (2000).
- MacDonald, J. W., Sadowsky, C. Spinal-cord injury. Lancet. 359 (9304), 417-425 (2002).
- Mautes, A. E., Weinzierl, M. R., Donovan, F., Noble, L. J. Vascular events after spinal cord injury: contribution to secondary pathogenesis. Phys Ther. 80 (7), 673-687 (2000).
- Martirosyan, N. L., et al. Blood supply and vascular reactivity of the spinal cord under normal and pathological conditions. J Neurosurg Spine. 15 (3), 238-251 (2011).
- Blight, A. R. Cellular morphology of chronic spinal cord injury in the cat: analysis of myelinated axons by line-sampling. Neurociencias. 10 (2), 521-543 (1983).
- Bassingthwaighte, J. B., et al. Validity of microsphere depositions for regional myocardial flows. Am J Physiol. 253 (1 Pt 2), H184-H193 (1987).
- Drescher, W. R., Weigert, K. P., Bunger, M. H., Hansen, E. S., Bunger, C. E. Spinal blood flow in 24-hour megadose glucocorticoid treatment in awake pigs. J Neurosurg. 99 (3 Suppl), 286-290 (2003).
- Golanov, E. V., Reis, D. J. Contribution of oxygen-sensitive neurons of the rostral ventrolateral medulla to hypoxic cerebral vasodilatation in the rat. J Physiol. 495 (Pt 1), 201-216 (1996).
- Ueda, Y., et al. Influence on spinal cord blood flow and function by interruption of bilateral segmental arteries at up to three levels: experimental study in dogs). Spine (Phila Pa 1976). 30 (20), 2239-2243 (2005).
- Carlson, G. D., et al. Sustained spinal cord compression: part II: effect of methylprednisolone on regional blood flow and recovery of somatosensory evoked potentials). J Bone Joint Surg Am. 85-A (1), 95-101 (2003).
- Hamamoto, Y., Ogata, T., Morino, T., Hino, M., Yamamoto, H. Real-time direct measurement of spinal cord blood flow at the site of compression: relationship between blood flow recovery and motor deficiency in spinal cord injury. Spine (Phila Pa 1976). 32 (18), 1955-1962 (2007).
- Horn, E. M., et al. The effects of intrathecal hypotension on tissue perfusion and pathophysiological outcome after acute spinal cord injury). Neurosurg Focus. 25 (5), E12 (2008).
- Phillips, J. P., George, K. J., Kyriacou, P. A., Langford, R. M. Investigation of photoplethysmographic changes using a static compression model of spinal cord injury. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2009, 1493-1496 (2009).
- Phillips, J. P., George, K. J., Kyriacou, P. A., Langford, R. M. Investigation of photoplethysmographic changes using a static compression model of spinal cord injury. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2009, 1493-1496 (2009).
- Ishikawa, M., et al. Platelet adhesion and arteriolar dilation in the photothrombosis: observation with the rat closed cranial and spinal windows. J Neurol Sci. 194 (1), 59-69 (2002).
- Soubeyrand, M., et al. Real-time and spatial quantification using contrast-enhanced ultrasonography of spinal cord perfusion during experimental spinal cord injury. Spine (Phila Pa 1976). 37 (22), E1376-E1382 (1976).
- Huang, L., et al. Quantitative assessment of spinal cord perfusion by using contrast-enhanced ultrasound in a porcine model with acute spinal cord contusion). Spinal Cord. 51 (3), 196-201 (2012).
- Postema, M., Gilja, O. H. Contrast-enhanced and targeted ultrasound. World J Gastroenterol. 17 (1), 28-41 (2011).
- Soubeyrand, M., Badner, A., Vawda, R., Chung, Y. S., Fehlings, M. Very High Resolution Ultrasound Imaging for Real-Time Quantitative Visualisation of Vascular Disruption After Spinal Cord Injury. J Neurotrauma. , (2014).
- Akhtar, A. Z., Pippin, J. J., Sandusky, C. B. Animal models in spinal cord injury: a review. Rev Neurosci. 19 (1), 47-60 (2008).
