Пятачок Модель новорожденных гипоксически-ишемическая энцефалопатия
Summary
Hypoxic-ischemic encephalopathy following perinatal asphyxia can be studied using animal models. We demonstrate the procedures necessary for establishing a piglet model of neonatal hypoxic-ischemic encephalopathy.
Abstract
Асфиксия рождения, который вызывает гипоксически-ишемическая энцефалопатия (HIE), составляет 0,66 миллиона смертей во всем мире каждый год, около четверти 2,9 млн смертей новорожденных в мире. Животные модели ГИЭ способствовали пониманию патофизиологии в ГИЭ, и подчеркнул динамический процесс, которые происходят в мозговой травмой из-за перинатальной асфиксии. Таким образом, исследования на животных показали, тайм-окно для стратегий лечения постинсультных. Переохлаждение был протестирован для лечения ГИЭ в pdiglet моделей, а затем доказали свою эффективность в клинических испытаниях. Вариации модели были применены в изучении вспомогательной нейропротективных методов и поросят исследований ксенона и мелатонина, привели к фазе клинических испытаний и я 1,2 II. Поросенок ГИЭ модель используется в дальнейшем для новорожденных resuscitation- и гемодинамики исследований, а также в исследованиях головного мозга гипоксии на клеточном уровне. Тем не менее, это технически сложнойМодель и вариации в протоколе могут привести либо слишком мягким или слишком тяжелой черепно-мозговой травмой. В этой статье мы покажем, технические процедуры, необходимые для установления стабильного поросят модель новорожденных ГИЭ. Во-первых, новорожденный поросенок (<24 ч назад, средний вес 1500 г) под наркозом, интубация, и контролируется в установке, сравнимой с найдены в отделении интенсивной терапии новорожденных. Глобальный ишемии-гипоксии индуцируется за счет снижения доли кислорода на вдохе для достижения глобальной гипоксии, ишемии через гипотензии и амплитуда плоской след интегрированной ЭЭГ (AEEG), указывающего гипоксии головного мозга. Выживание способствует регулировке оксигенации в соответствии с ответом аЭЭГ и кровяное давление. Черепно-мозговая травма количественно гистопатологией и магнитно-резонансной томографии после 72 часов.
Introduction
Перинатальная асфиксия является острой и часто непредсказуемым состояние, связанное с гипоксически-ишемической энцефалопатии (HIE). Общая цель этого протокола является демонстрация модели поросят выживания перинатальной гипоксически-ишемической энцефалопатии. Эта модель может быть использована для изучения влияния различных степеней гипоксии-ишемии на новорожденных мозг и экспериментальных методов лечения на невропатологии, магнитно-резонансной томографии и спектроскопии (МРТ и МРС) и биомаркеров в жидкостях организма, таких как кровь, спинномозговая жидкость и моча , Модель также доказала свою полезность для исследования сердечно-сосудистой системы, дыхательной системы, почек и печени, все из которых пострадали в глобальной гипоксии-ишемии.
Перинатальная асфиксия является результатом скомпрометированных подачи кислорода интранатальной или в непосредственной послеродовой период. Родах гипоксии события зарегистрированы 0,66 миллиона смертей во всем мире каждый год, около четверти мирового 2,9 мельницыионные неонатальной смертности в 2012 году 3. В 2010 году 1,15 млн младенцев, по оценкам, были разработаны следующие неонатальной энцефалопатии асфиксии 4. ГИЭ определяется как энцефалопатия у детей, рожденных после 34 недель беременности происходит в 1-3 / 1000 родившихся живыми 5 в промышленно развитых странах и до 8,5 / 1000 живорожденных в развивающихся странах 4. Риск смерти 10-60%, а риск неврологических инвалидности у выживших 30-100% 6,7. 50,2 млн инвалидности лет жизни (DALYs) относятся к гипоксии в родах событий 4. В настоящее лечение только кроме поддержку для ГИЭ пост-гипоксического гипотермия. Таким образом, прогресс в диагностических процедур и стратегий лечения необходимы для улучшения управления ГИЭ 8.
Улучшения в прогнозе после перинатальной асфиксии и управления новорожденного травмы головного мозга основаны на расширении знаний о механизмах, лежащих болезниD возможные методы лечения. Животные модели ГИЭ особенно полезны в различных клинических событий может привести к ГИЭ и заболеваемость в любом одном центре рождении низка 5. Экспериментальная установка, в которой влияние биологических вариаций может быть сведено к минимуму, важно при тестировании нового прогностические и диагностические инструменты и стратегии лечения. Модель животное должно приблизить клиническую ситуацию, насколько это возможно, тем самым способствуя пониманию патологических механизмов, лежащих в основе индуцированного повреждения и динамический процесс, связанный с заболеванием и it's исхода 9. Животные модели новорожденных ГИЭ включили ряд видов, в том числе грызунов, баранина, и свиней. Для сравнения, новорожденный поросенок имеет более высокую сходство с человеческой новорожденных по отношению к размеру, сердечно-сосудистой системы 10 и зрелости мозга во время родов 11,12. Мониторинг, приборы и оценка результатов в модели поросят подобна тхат используется в клинической практике младенцев с ГИЭ. Таким образом, существует высокая степень перевода в ухода за новорожденными от этой модели.
Поросята модели перинатальной гипоксии и ГИЭ используются многими группами и варьируются в ряде областей 13. В соответствии с целью эксперимента, особое внимание должно быть уделено выбору лекарств, способ индукции гипоксия-ишемия, способ управления продолжительность и тяжесть оскорбления, постинсультных реанимации и ухода, и оценку результатов. Чтобы избежать предвзятости рандомизированное исследование дизайн всегда должны быть использованы в интервенционных исследований.
Метод применяется при индукции гипоксически-ишемического повреждения важно. Глобальный гипоксия приводит к ГИЭ часто приводит к полиорганной недостаточности с участием головного мозга, сердца, легких, почек и печени. В зависимости от результатов оцененных, модели ГИЭ должны быть основаны на глобальном гипоксии и ишемии, а не полагаться на фокальной ишемии, например., Перевязкой автомобиляotid артерии 14. Недавняя статья применяется сочетание гипоксии (FiO 2 12%) и сжатие сонной артерии при сохранении среднего артериального давления> 40 мм рт ст 2. Другая группа не индуцированной глобального гипоксии на 8% O 2 до отрицательной базовой избыточной> 20 ммоль / л или среднее артериальное давление (МАВР) <15 мм рт.ст., и в жертву животных в 4 часа 15. Гипоксия также титруют сердечного выброса (на 30-40% от исходного уровня), MABP (30-35 мм рт.ст.) и артериальной рН (6,95-7,05) 16.
Модели глобальной гипоксии-ишемии титруемой подавления аЭЭГ, подобной той, приведенные в данном отчете, продемонстрировали, что энцефалопатия клинически, электрофизиологически и neuropathologically сравнимо с состоянии, что в перспективе асфиксии ребенка 17,18.
Степень ГИЭ индуцированной важно. Полезная модель животное ГИЭ также должны позволить для тестирования нового диаметромгностической процедуры и методы лечения. Для включения этого модели должны побудить умеренный HIE, где есть потенциал как обработка тяжелой черепно-мозговой травмы с небольшим или никаким потенциалом лечения будут менее релевантными при оценке новых методов лечения. Толерантность к гипоксии значительно варьируется между подопытных животных. Предыдущие исследования показали, что более последовательным мозговая травма может быть достигнуто и что больше животных выжить 17,19 по индивидуализации гипоксии головного мозга в соответствии с каждого ответ поросят оценивается по амплитуде интегрированы электроэнцефалографии (AEEG), а не с помощью набора FiO 2 значение на протяжении гипоксическая событие. Продолжительность подавления аЭЭГ коррелирует со степенью повреждения мозга, с небольшими изменениями гистологических в <20 мин подавления аЭЭГ и тяжелых приступов увеличивается на 45 мин> подавления аЭЭГ. Недавний обзор нейропротективных лечения ГИЭ определили необходимость для моделей выживания позволяет поведенческие итоговые МПСОЭС в животных моделях 20.
Существуют многочисленные преимущества представленного HIE поросят модели. Он основан на видов, где результаты являются весьма вероятно, перевести на человеческой физиологии. Глобальные модели ишемии-гипоксии недостаточность многих органов и титрование гипоксии-ишемии в AEEG вызывает последовательную степень повреждения головного мозга с клиническими выживания соответствующих решений, таких, что биомаркеры, МРТ и поведение могут быть оценены на соответствующих временных точках.
Пятачок модели перинатальной асфиксии и ГИЭ не только внесли значительный вклад в понимание текущего HIE патофизиологии, но также успешно предшествует клинические испытания, в конечном счете, приводит к новым методам лечения на людях. Пятачок модельные исследования сыграли ключевую роль в создании гипотермии для лечения ГИЭ 21, и используются в неонатальной реанимации исследований 22. Различные группы использовали модели Пятачок при выполнении исследований в рамках асфиксии и ГИЭ, сD Исследования включают в себя гипотермию 23 альфа-меланоциты гормон 24, остановка сердца 25, тирозингидроксилазы активности 26, повторяется гипоксии 27, рецептор NMDA-активность 14 и ближней ИК-области спектроскопия 28.
Поросенок ГИЭ модель, представленная в данном отчете технически сложно работать, а незначительные изменения, в ходе процедуры может привести либо слишком мягким или слишком тяжелой черепно-мозговой травмой 29,2. Мы обнаружили, что имеющаяся литература не хватало деталей, чтобы воспроизвести ранее опубликованных моделей. Таким образом, мы здесь продемонстрировать каждый шаг технических процедур, необходимых для создания поросят модели выживания 72 ч в настоящем докладе, позволяет исследователям установить эту передовую модель для изучения ГИЭ.
Protocol
Representative Results
Discussion
Из-за своей сложности, описанная модель может быть реализована только в учреждениях, аккредитованных и опытных в ходе исследований на животных. Утверждение локальных этических комитетах должны быть получены до начала экспериментов, а оптимальная защита животных должна быть обеспече?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to thank John Kristensen and Søren Braad Andersen from the Department of Communication, Aarhus University Hospital, Denmark, for their exceptional help with filming and editing. Animal technician Diana Gyldenløve and veterinarian Birgitte Kousgaard, Institute of Clinical Medicine Aarhus University Hospital, Denmark for assisting with animal care. This study was supported by the Lundbeck Foundation, the Laerdal Foundation for Acute Medicine, Central Denmark Region’s Research Foundation, Augustinus Foundation, Aase and Ejnar Danielsens Foundation, the Institute of Clinical Medicine Aarhus University Hospital, Brødrene Hartmanns Foundation, Karen Elise Jensens Foundation, Fonden til Lægevidenskabens Fremme, and Marie Dorthea og Holger From, Haderslevs Fond.
Materials
| Warm-touch-pediatric blanket | Covidien | 5030840 |
| Adhesive Apertrue Drape | Barrier | 915447 |
| Utility Drape (sterile) 75×80 cm | Barrier | 800530 |
| Neoflon | BD – Luer | 391350 |
| Laryngoscope | Miller | 85-0045 |
| Endotracheal tube 2.5 mm | Covidien | 111-25 |
| Endotracheal tube 3.0 mm with cuff | Unomedical | MM61110030 |
| Endotracheal tube 3.5 mm with cuff | Unomedical | MM61110035 |
| Anesthesia machine | GE Healthcare | 1009-9002-000 |
| EEG – electrodes/disposable subdermal needle electrode | Cephalon | ACCE120550 |
| ECG – electrodes | medtronic | 3010107-003 |
| ECG-electrodes for MR | philips | ACCE120550 |
| Arterial blood sampler – aspirator | Radiometer medical ApS | 956552 |
| Polyurethane Umbilical vein catheter (5 Fr/Ch) | Covidien | 8888160341 |
| Polyurethane Umbilical vein catheter (3,5 Fr/ch) | Covidien | 8888160333 |
| Suture set (size 3-0) | Covidien | 8886 623341 |
| BD Spinal needle 0.7x38mm | BD needles | 405254 |
| Gas with 96% Nitrogen / 4% oxygen | Air Liquide | made on order |
| NeuroMonitor (CFM) system | Natus Medical Incorporated | OBM70002 |
References
- Chakkarapani, E., et al. Xenon enhances hypothermic neuroprotection in asphyxiated newborn pigs. Annals of. 68, 330-341 (2010).
- Robertson, N. J., et al. Melatonin augments hypothermic neuroprotection in a perinatal asphyxia model. Brain : a journal of neurology. 136, 90-105 (2013).
- Lawn, J. E., et al. Every Newborn: progress, priorities, and potential beyond survival. Lancet. 384, 189-205 (2014).
- Lee, A. C., et al. Intrapartum-related neonatal encephalopathy incidence and impairment at regional and global levels for 2010 with trends from 1990. Pediatric research. 74, 50-72 (2013).
- Kurinczuk, J. J., White-Koning, M., Badawi, N. Epidemiology of neonatal encephalopathy and hypoxic-ischaemic encephalopathy. Early human development. 86, 329-338 (2010).
- Shankaran, S., Woldt, E., Koepke, T., Bedard, M. P., Nandyal, R. Acute neonatal morbidity and long-term central nervous system sequelae of perinatal asphyxia in term infants. Early human development. 25, 135-148 (1991).
- Robertson, C. M., Finer, N. N., Grace, M. G. School performance of survivors of neonatal encephalopathy associated with birth asphyxia at term. The Journal of pediatrics. 114, 753-760 (1989).
- Bennet, L., Booth, L., Gunn, A. J. Potential biomarkers for hypoxic-ischemic encephalopathy. Seminars in feta., & neonatal medicine. 15, 253-260 (2010).
- Yager, J. Y., Ashwal, S. Animal models of perinatal hypoxic-ischemic brain damage. Pediatric neurology. 40, 156-167 (2009).
- Buckley, N. M. Maturation of circulatory system in three mammalian models of human development. Comparative biochemistry and physiology. A, Comparative. 83, 1-7 (1986).
- Dobbing, J., Sands, J. Comparative aspects of the brain growth spurt. Early human development. 3, 79-83 (1979).
- Dobbing, J., Sands, J. Quantitative growth and development of human brain. Archives of disease in childhood. 48, 757-767 (1973).
- Foster, K. A., et al. An improved survival model of hypoxia/ischaemia in the piglet suitable for neuroprotection studies. Brain research. 919, 122-131 (2001).
- LeBlanc, M. H., Li, X. Q., Huang, M., Patel, D. M., Smith, E. E. AMPA antagonist LY293558 does not affect the severity of hypoxic-ischemic injury in newborn pigs. Stroke; a journal of cerebral circulation. 26, 1908-1914 (1995).
- Andresen, J. H., et al. Nicotine affects the expression of brain-derived neurotrophic factor mRNA and protein in the hippocampus of hypoxic newborn piglets. J Perinat Med. 37, 553-560 (2009).
- Cheung, P. Y., Gill, R. S., Bigam, D. L. A swine model of neonatal asphyxia. Journal of visualized experiments : JoVE. , (2011).
- Thoresen, M., et al. A piglet survival model of posthypoxic encephalopathy. Pediatric research. 40, 738-748 (1996).
- Liu, X., Tooley, J., Loberg, E. M., Suleiman, M. S., Thoresen, M. Immediate hypothermia reduces cardiac troponin I after hypoxic-ischemic encephalopathy in newborn pigs. Pediatric research. 70, 352-356 (2011).
- Bjorkman, S. T., et al. Hypoxic/Ischemic models in newborn piglet: comparison of constant FiO2 versus variable FiO2 delivery. Brain research. 1100, 110-117 (2006).
- Robertson, N. J., et al. Which neuroprotective agents are ready for bench to bedside translation in the newborn infant. The Journal of pediatrics. 160, 544-552 (2012).
- Jacobs, S. E., et al. Cooling for newborns with hypoxic ischaemic encephalopathy. Cochrane Database Syst Rev. 1, CD003311 (2013).
- Andresen, J. H., et al. Resuscitation with 21 or 100% oxygen in hypoxic nicotine-pretreated newborn piglets: possible neuroprotective effects of nicotine. Neonatology. 93, 36-44 (2008).
- Karlsson, M., et al. Delayed hypothermia as selective head cooling or whole body cooling does not protect brain or body in newborn pig subjected to hypoxia-ischemia. Pediatric research. 64, 74-78 (2008).
- Kovacs, J., et al. Asphyxia-induced release of alpha-melanocyte-stimulating hormone in newborn pigs. Peptides. 22, 1049-1053 (2001).
- Varvarousi, G., et al. Asphyxial cardiac arrest, resuscitation and neurological outcome in a Landrace/Large-White swine model. Laboratory animals. 45, 184-190 (2011).
- Tammela, O., Pastuszko, A., Lajevardi, N. S., Delivoria-Papadopoulos, M., Wilson, D. F. Activity of tyrosine hydroxylase in the striatum of newborn piglets in response to hypocapnic hypoxia. Journal of neurochemistry. 60, 1399-1406 (1993).
- Cote, A., Barter, J., Meehan, B. Age-dependent metabolic effects of repeated hypoxemia in piglets. Canadian journal of physiology and pharmacology. 78, 321-328 (2000).
- Tichauer, K. M., et al. Assessing the severity of perinatal hypoxia-ischemia in piglets using near-infrared spectroscopy to measure the cerebral metabolic rate of oxygen. Pediatric research. 65, 301-306 (2009).
- Jasani, M. S., Salzman, S. K., Tice, L. L., Ginn, A., Nadkarni, V. M. Anesthetic regimen effects on a pediatric porcine model of asphyxial arrest. Resuscitation. 35, 69-75 (1997).
- Chakkarapani, E., Thoresen, M., Liu, X., Walloe, L., Dingley, J. Xenon offers stable haemodynamics independent of induced hypothermia after hypoxia-ischaemia in newborn pigs. Intensive care medicine. 38, 316-323 (2012).
- Munkeby, B. H., et al. A piglet model for detection of hypoxic-ischemic brain injury with magnetic resonance imaging. Acta radiologica. 49, 1049-1057 (2008).
- Andresen, J. H., et al. Newborn piglets exposed to hypoxia after nicotine or saline pretreatment: long-term effects on brain and heart. J Matern Fetal Neonatal Med. 22, 161-168 (2009).
- Munkeby, B. H., et al. Resuscitation with 100% O2 increases cerebral injury in hypoxemic piglets. Pediatric research. 56, 783-790 (2004).
