A الخنزير الصغير نموذج من الأطفال حديثي الولادة نقص الأوكسجين، اعتلال الدماغ الإقفاري
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
الاختناق أثناء الولادة، والذي يسبب بنقص التأكسج اعتلال الدماغ الإقفاري (عجل)، وحسابات لل0660000 شخص حول العالم سنويا، نحو ربع 2.9 مليون حالة وفاة حديثي الولادة في العالم. وقد ساهمت نماذج حيوانية من عجل في فهم الفيزيولوجيا المرضية في عجل، وسلطت الضوء على العملية الديناميكية التي تحدث في إصابات الدماغ بسبب الاختناق في الفترة المحيطة بالولادة. وهكذا، وقد اقترحت الدراسات الحيوان نافذة الوقت لاستراتيجيات العلاج بعد إهانة. وقد تم اختبار انخفاض حرارة الجسم كعلاج للعجل في نماذج pdiglet وأثبتت فعاليتها في التجارب السريرية في وقت لاحق. وقد طبقت الاختلافات في نموذج في دراسة طرق اعصاب مرافقة والدراسات خنزير صغير من الزينون والميلاتونين أدت إلى المرحلة السريرية I و II المحاكمات 1،2. وكذلك استخدم النموذج خنزير صغير عجل لresuscitation- والدورة الدموية دراسات حديثي الولادة وكذلك في التحقيقات من نقص الأكسجة الدماغية على المستوى الخلوي. ومع ذلك، فإنه هو تحديا تقنيانموذج والاختلافات في البروتوكول قد يؤدي إما خفيفة جدا أو شديدة جدا إصابات الدماغ. في هذه المقالة، ونحن لشرح الإجراءات الفنية اللازمة لإنشاء نموذج خنزير صغير مستقر من الأطفال حديثي الولادة عجل. أولا، يتم تخدير خنزير صغير حديث الولادة (<24 ساعة من العمر، متوسط وزن 1500 غ)، مدخل أنبوب، ورصد في إعداد مماثلة لتلك الموجودة في وحدة العناية المركزة لحديثي الولادة. هو فعل العالمي نقص الأكسجة نقص التروية عن طريق خفض نسبة الأكسجين الشهيق لتحقيق نقص الأكسجة العالمي، نقص التروية من خلال انخفاض ضغط الدم وEEG السعة أثر شقة متكاملة (aEEG) يدل على نقص الأكسجة الدماغية. يتم الترويج البقاء على قيد الحياة من خلال تعديل الأوكسجين وفقا لاستجابة aEEG وضغط الدم. وكميا إصابة الدماغ عن طريق التشريح والتصوير بالرنين المغناطيسي بعد 72 ساعة.
Introduction
الاختناق حول الولادة هو حالة حادة وغير متوقعة في كثير من الأحيان يرتبط بنقص التأكسج اعتلال الدماغ الإقفاري (عجل). الهدف العام من هذا البروتوكول هو لإظهار نموذج بقاء خنزير صغير من فترة ما حول الولادة التأكسج نقص تروية الدماغ. هذا النموذج يمكن أن تستخدم لدراسة تأثير درجات مختلفة من نقص الأكسجة نقص التروية على الدماغ حديثي الولادة والعلاجات التجريبية على الأعصاب، والتصوير بالرنين المغناطيسي والتحليل الطيفي (MRI وMRS) والمؤشرات الحيوية في سوائل الجسم مثل الدم والسائل النخاعي والبول . وقد أثبت هذا النموذج مفيد أيضا للتحقيق في نظام القلب والأوعية الدموية والجهاز التنفسي والكلى والكبد، والتي تتأثر في عالمي نقص الأكسجة نقص التروية.
الاختناق حول الولادة هو نتيجة للخطر أثناء الوضع امدادات الاوكسجين أو في فترة ما بعد الولادة مباشرة. حساب المخاض الأحداث ميتة ل0660000 شخص حول العالم سنويا، حوالي ربع سكان العالم البالغ عددهم 2.9 طاحونةوقدرت وفيات الولدان أيون في عام 2012 3. وفي عام 2010 1.15 مليون طفل قد وضعت اعتلال الدماغ عند الوليد بعد الاختناق أثناء الولادة 4. HIE يعرف بأنه التهاب الدماغ في الأطفال الذين يولدون بعد 34 أسبوعا من الحمل يحدث في 1-3 / 1000 ولادة حية 5 في العالم الصناعي، و 8.5 / 1000 ولادة حية في البلدان النامية (4). خطر الموت هو 10-60٪، وخطر الإعاقة العصبية عند الناجين 30-100٪ 6،7. وتعزى 50200000 العجز تعديل الحياة سنة (سنوات العمر) للأحداث ميتة الولاد 4. في الوقت الحاضر العلاج الوحيد غير داعمة لHIE هو انخفاض درجة حرارة الجسم بعد ميتة. وهكذا، والتقدم في إجراءات التشخيص واستراتيجيات العلاج ضرورية لتحسين إدارة HIE 8.
وتستند تحسينات في التشخيص بعد الاختناق في الفترة المحيطة بالولادة وإدارة إصابات الدماغ حديثي الولادة على توسيع معرفة آليات المرض الكامنة فيالعلاجات الممكنة د. نماذج حيوانية من HIE مفيدة بشكل خاص عن الأحداث سريرية مختلفة قد تؤدي إلى HIE والإصابة في أي مركز ولادة واحد منخفض 5. الإعداد التجريبي الذي تأثير الاختلاف البيولوجي يمكن أن يكون الحد الأدنى، أمر ضروري عند اختبار جديد أدوات النذير والتشخيص واستراتيجيات العلاج. يجب على نموذج حيواني تقارب الحالة السريرية قدر الإمكان، وبالتالي المساهمة في فهم الآليات المرضية الكامنة وراء الإصابة التي يسببها وعملية ديناميكية تشارك في مرض وانها نتيجة 9. وشملت نماذج حيوانية من الأطفال حديثي الولادة HIE عدد من الأنواع، بما في ذلك القوارض، والضأن، والخنازير. في المقابل، خنزير صغير حديث الولادة لديها أعلى تشابه الوليد البشري فيما يتعلق حجم، ونظام القلب والأوعية الدموية 10 ونضج الدماغ في وقت التسليم 11،12. الرصد والقياس وتقييم النتائج في النموذج خنزير صغير يشبه ثاتي المستخدمة في الرعاية السريرية لالاطفال الذين يعانون من عجل. وفقا لذلك، هناك درجة عالية من الترجمة إلى رعاية الأطفال حديثي الولادة من هذا النموذج.
وتستخدم نماذج الخنازير من نقص الأكسجة حول الولادة وعجل من قبل العديد من الجماعات وتختلف في عدد من مناطق 13. وفقا للغرض من هذه التجربة، ويجب إيلاء اهتمام دقيق لاختيار الأدوية وطريقة إحداث نقص الأكسجة نقص التروية، وطريقة التحكم في مدة وشدة الإهانة، الإنعاش بعد إهانة والرعاية، وتقييم النتائج. لتجنب التحيز وينبغي دائما على تصميم التجارب العشوائية يمكن استخدامها في الدراسات التدخلية.
طريقة تطبيقها عند يحفز الإصابة بنقص التأكسج الدماغية هو المهم. نقص الأكسجة العالمي مما أدى إلى HIE غالبا ما يؤدي إلى فشل الأعضاء المتعددة التي تنطوي على الدماغ والقلب والرئتين والكلى والكبد. اعتمادا على نتائج تقييمها، ينبغي أن تستند نماذج من HIE على نقص الأكسجين ونقص التروية العالمي بدلا من الاعتماد على نقص التروية التنسيق، على سبيل المثال، من خلال ربط السيارةالشرايين otid 14. ورقة الأخيرة تطبيق مزيج من نقص الأكسجة (قوة المراقبة الدولية 2 12٪) والشريان السباتي ضغط الشريان مع الحفاظ على متوسط ضغط الدم الشرياني> 40 ملم زئبق 2. مجموعة أخرى يسببها نقص الأكسجة العالمي بنسبة 8٪ O 2 حتى القاعدة السلبية الزائدة> 20 مليمول / لتر أو يعني ضغط الدم الشرياني (MABP) <15 ملم زئبق، والتضحية الحيوانات في 4 ساعة 15. كما تم معاير نقص الأكسجة التي كتبها النتاج القلبي (30-40٪ من خط الأساس)، MABP (ل30-35 ملم زئبق) ودرجة الحموضة الشرياني (6،95-7،05) 16.
وقد أظهرت نماذج العالمي نقص الأكسجة نقص التروية معاير التي كتبها aEEG قمع مماثلة لتلك الواردة في هذا التقرير، والاعتلال الدماغي الذي هو سريريا، electrophysiologically، وقابلة للمقارنة neuropathologically إلى حالة وجدت في الرضع المدى اختنق 17،18.
درجة عجل بفعل أمر ضروري. ويجب على نموذج حيواني مفيد للHIE تسمح أيضا لاختبار ديا جديدإجراءات وخيارات العلاج معرفي. لتمكين هذا، ينبغي للنماذج لحث على عجل معتدل حيث هناك إمكانية العلاج في إصابات الدماغ الحادة مع إمكانية العلاج ضئيلة أو معدومة سيكون أقل أهمية عند تقييم علاجات جديدة. التسامح لنقص الأكسجين اختلافا كبيرا بين حيوانات التجارب. وقد أظهرت دراسات سابقة أن إصابات الدماغ أكثر اتساقا يمكن أن يتحقق وأن أكثر الحيوانات البقاء على قيد الحياة 17،19 من قبل إضفاء الطابع الشخصي على نقص الأكسجة الناجم فقا لاستجابة كل خنزير صغير في الدماغ تقييمها من قبل السعة متكاملة كهربية (aEEG) بدلا من استخدام مجموعة قوة المراقبة الدولية 2 القيمة في جميع أنحاء الحدث ميتة. مدة aEEG قمع يرتبط إلى درجة من إصابات الدماغ، مع بعض التغييرات النسيجية في <20 دقيقة aEEG قمع والنوبات الدماغية الخطيرة زيادة في> 45 دقيقة aEEG القمع. وقد أظهرت مراجعة الأخير من العلاجات اعصاب لHIE الحاجة إلى نماذج بقاء تمكين الاتفاقات البيئية المتعددة الأطراف النتيجة السلوكيةures في النماذج الحيوانية 20.
هناك العديد من المزايا من HIE نموذج خنزير صغير المقدمة. لأنه يقوم على الأنواع التي يحتمل بشكل كبير لترجمة لعلم وظائف الأعضاء البشرية النتائج. نماذج نقص الأكسجة نقص التروية العالمية فشل الأعضاء المتعددة والمعايرة من نقص الأكسجة نقص التروية التي كتبها aEEG يؤدي الى درجة ثابتة من إصابات الدماغ مع بقاء النتائج السريرية ذات الصلة مثل أن المؤشرات الحيوية، التصوير بالرنين المغناطيسي والسلوك يمكن تقييمها في نقاط زمنية ذات الصلة.
وقد نماذج خنزير صغير من الاختناق ما حول الولادة وعجل لم تسهم فقط إلى حد كبير في البصيرة الحالية إلى HIE الفيزيولوجيا المرضية، ولكن أيضا سبق بنجاح التجارب السريرية، مما يؤدي في نهاية المطاف إلى علاجات جديدة في البشر. لعبت دراسات نموذج الخنزير الصغير دورا رئيسيا في تأسيس انخفاض حرارة الجسم كعلاج للHIE 21، وتستخدم في البحوث إنعاش الوليد 22. وقد استخدمت مجموعات مختلفة نماذج خنزير صغير عند إجراء البحوث داخل الاختناق وعجل، وهووتشمل د الدراسات انخفاض حرارة الجسم 23، وتحفيز الخلايا الصباغية ألفا هرمون 24، وتوقف القلب 25، التيروزين النشاط هيدروكسيلاز 26، التعرض المتكرر ميتة 27، NMDA نشاط مستقبلات 14، والأشعة تحت الحمراء القريبة التحليل الطيفي 28.
على عجل نموذج خنزير صغير الواردة في هذا التقرير يمثل تحديا تقنيا للعمل مع، وتعديلات طفيفة أثناء إجراء قد يؤدي إلى إما خفيفة جدا أو شديدة جدا إصابات الدماغ 29،2. وجدنا أن الكتابات الموجودة تفتقر إلى التفاصيل الكافية لإعادة إنتاج النماذج المنشورة سابقا. وبالتالي، نحن هنا لشرح كل خطوة من الإجراءات الفنية اللازمة لإنشاء خنزير صغير 72 ساعة نموذج البقاء على قيد الحياة في هذا التقرير، تمكين الباحثين من إقامة هذا النموذج المتقدم لدراسة عجل.
Protocol
Representative Results
Discussion
نظرا لتعقيده، لا يمكن إلا أن تنفيذ نموذج موضح في المرافق المعتمدة وذوي الخبرة في مجال البحوث الحيوانية. يجب الحصول على موافقة من قبل لجان الأخلاق المحلية قبل الشروع في التجارب، ويجب ضمان الرفق بالحيوان الأمثل في جميع الأوقات. كما يستند هذا النموذج على البقاء على قيد …
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).
