JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Medicine

تقييم التنظيم التلقائي لتدفق الدم الدماغي في الفئران باستخدام الليزر دوبلر الجريان

Published: January 19, 2020
doi:
10.3791/60540
, , ,
1Department of Physiology,Medical College of Wisconsin

Summary

توضح هذه المقالة استخدام الليزر دوبلر الجريان لتقييم قدره الدورة الدموية الدماغية لتنظيم تدفق الدم تلقائيا خلال التخفيضات في ضغط الدم الشرياني.

Abstract

عند التحقيق في أليات الجسم لتنظيم تدفق الدم الدماغي ، يمكن الحصول علي قياس نسبي لتدفق الدم في الاوعيه الدموية الدقيقة باستخدام الليزر دوبلر الجريان (DF). توضح هذه الورقة اعداد الجمجمة المغلقة التي تسمح بتقييم تدفق الدم الدماغي دون اختراق الجمجمة أو تركيب حجره أو نافذه دماغيه. لتقييم أليات التنظيمية التلقائية ، يمكن استخدام نموذج للحد من ضغط الدم المتحكم به عن طريق النزف المتدرج اثناء الاستخدام المتزامن لل DF. وهذا يتيح تتبع الوقت الحقيقي للتغيرات النسبية في تدفق الدم استجابه للتخفيضات في ضغط الدم الشرياني الناتجة عن سحب حجم الدم المتداول. هذا النموذج هو نهج قيم لدراسة التنظيم التلقائي لتدفق الدم الدماغي خلال التخفيضات في ضغط الدم الشرياني ، ومع التعديلات الطفيفة في البروتوكول ، هو أيضا قيمه كنموذج تجريبي من الصدمة النزفية. بالاضافه إلى تقييم الاستجابات التنظيمية التلقائية ، يمكن استخدام DF لمراقبه تدفق الدم القشري عند التحقيق في أليات الايضيه ، العضلية ، البطانية ، القرنية ، أو العصبية التي تنظم تدفق الدم الدماغي وتاثير التجارب المختلفة التدخلات والحالات المرضية علي تدفق الدم الدماغي.

Introduction

أليات التنظيم التلقائي في الدورة الدموية الدماغية تلعب دورا حاسما في الحفاظ علي التوازن والوظيفة الطبيعية في الدماغ. يتاثر التنظيم التلقائي لتدفق الدم الدماغي بعوامل متعددة بما في ذلك معدل ضربات القلب ، وسرعه الدم ، وضغط التروية ، وقطر شرايين المقاومة الدماغية ، ومقاومه الدوران المجهري ، وكلها تلعب دورا في الحفاظ علي إجمالي تدفق الدم الدماغي الثابت في الدماغ علي المدى الفسيولوجي لضغط الدم الجهازي. عندما يزيد الضغط الشرياني, هذه أليات الشريانية الدقيقة والشرايين المقاومة لمنع الزيادات الخطيرة في الضغط داخل الجمجمة. عندما ينخفض ضغط الدم الشرياني ، تمدد أليات التحكم المحلية الشرايين للحفاظ علي الانسجه الفوقية و O2 التسليم. الحالات المرضية المختلفة مثل hypercapnia ، صدمه أو العالمية أصابه الدماغ نقص الأكسجين ، واعتلال الاوعيه الدموية السكري1،2،3،4،5،6 قد يعطل قدره الدماغ علي تنظيم تدفق الدم تلقائيا. علي سبيل المثال, ارتفاع ضغط الدم المزمن يغير نطاق التنظيم التلقائي الفعال نحو الضغوط العالية7,8,9, والملح العالي (HS) النظام الغذائي لا يتداخل فقط مع تمدد البطانة الطبيعية المعتمدة في الدورة الدموية الدماغية10, ولكنأيضا يضعف قدره أليات التنظيم التلقائي في الدورة الدموية وضعف التنظيم الذاتي الدماغي أيضا في دال الفئران الحساسة للملح عندما يتم تغذيتها نظام غذائي HS12.

خلال التخفيضات في الضغط الشرياني ، وتمدد الشرايين المقاومة الدماغية والشريانية في البداية إرجاع تدفق الدم الدماغي للسيطرة علي القيم علي الرغم من انخفاض ضغط التروية. ومع انخفاض الضغط الشرياني ، يظل تدفق الدم الدماغي ثابتا عند الضغط المنخفض (مرحله الهضبة من الاستجابة التنظيمية التلقائية) حتى لا يمكن تمدد الاوعيه الدموية للحفاظ علي تدفق الدم عند الضغط المنخفض. والضغط الأدنى الذي يمكن فيه للجهاز الحفاظ علي تدفق الدم الطبيعي يسمي الحد الأدنى من التنظيم التلقائي (LLA). في الضغوط تحت LLA, انخفاض تدفق الدم الدماغي بشكل كبير من القيم يستريح والانخفاضات في الأزياء الخطية مع كل انخفاض في الضغط ترويهالشرياني 13,14. التحول التصاعدي في LLA ، كما لوحظ في ارتفاع ضغط الدم7،8،9، قد تزيد من خطر وشده الاصابه بنقص التروية خلال الظروف التي يتم فيها تقليل ضغط التروية الشريانية (علي سبيل المثال ، احتشاء عضله القلب ، السكتة الدماغية ، أو صدمه الدوران).

وقد ثبت ان df نهجا قيما للغاية لتقييم تدفق الدم في دوران الاوعيه الدقيقة تحت مجموعه متنوعة من الظروف ، بما في ذلك التنظيم التلقائي لتدفق الدم في الدورة الدموية الدماغية11،14،15. بالاضافه إلى تقييم الاستجابات التنظيمية التلقائية ، يمكن استخدام df لمراقبه تدفق الدم القشري عند التحقيق في الأيض ، العضلي ، البطانية ، أليات العصبية التي تنظم تدفق الدم الدماغي وتاثير مختلف التدخلات التجريبية والحالات المرضية علي تدفق الدم الدماغي10،16،17،18،19،20

يقيس DF التحول في ضوء الليزر ينعكس استجابه لعدد وسرعه الجسيمات المتحركة-في هذه الحالة ، خلايا الدم الحمراء (ربك). لدراسات التنظيم التلقائي للاوعيه الدموية الدماغية ، يتم تغيير ضغط الدم الشرياني اما عن طريق ضخ ناهض الفا الكظر لزيادة الضغط الشرياني (لان الدورة الدموية الدماغية نفسها غير حساسة لناهضات الاوعيه الدمويةالفاالكظر)12،15 أو عن طريق التحكم في حجم الدمالانسحابللحد من في هذه الدراسة ، يستخدم DF لإظهار اثار التخفيضات المتدرجة في ضغط الدم علي التنظيم التلقائي الدماغي في الفئران صحية. علي الرغم من ان طرق الجمجمة المفتوحة والمغلقة قد وصفت في الأدب22،23،24،25، توضح هذه الورقة اعداد الجمجمة المغلقة ، مما يسمح بتقييم تدفق الدم الدماغي دون اختراق الجمجمة أو تركيب حجره أو نافذه دماغيه.

Protocol

وافقت الكلية الطبية في ولاية ويسكونسن المؤسسية لرعاية الحيوانية واستخدامها (IACUC) جميع البروتوكولات الموصوفة في هذه الورقة وجميع الإجراءات هي في الامتثال للمعاهد الوطنية للصحة (المعاهد القومية للصحة) مكتب رعاية الماشية المختبرية (OLAW) الانظمه. 1. الحيوانية التجريبية والتحضير …

Representative Results

ويلخص الشكل 2 نتائج التجارب التي أجريت في 10 من الذكور الفئران sprague-dawley تغذيه المختبر القياسية تشاو. وفي تلك التجارب ، تم الحفاظ علي النسبة المئوية لهذا النزيف في حدود 20 في المائة من قيمه النزف السابق للدماء بعد السحب الأول لحجم الدم الثلاثة ، إلى ان وصل الضغط الشرياني المتوس…

Discussion

تقييم الاستجابات تدفق الدم الانسجه مع الليزر دوبلر الجريان (df). كما ذكر أعلاه ، اشاره DF يتناسب مع عدد وسرعه الجزيئات المتحركة ، في هذه الحالة ار بي سي ، في دوران الاوعيه الدقيقة. وترتبط بشكل جيد قراءات df في أجهزه مختلفه معتدفق الدمالجهاز كله تقييمها من قبل الأساليب المعمول به…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

ويعرب المؤلفون عن شكرهم الخالص لكالي كوزاك ، ميغان ستوبف ، وجاك بولليس لمساعدتهم المتميزة في إكمال هذه الدراسة واعداد المخطوطة. دعم المنح: المعاهد القومية للصحة #R01-HL128242 ، #R21-OD018309 ، و #R21-OD024781.

Materials

3-0 braided black silk suture Midwest Vet 193.73000.2
Arterial Pressure Transducer Merit Medical 041516504A
Automated Data Acquisition Systems (WINDAQ & BIOPAC system) DATAQ Instruments
Blood Pressure Display Unit Stoelting 50115
Circulating warm water pump Gaymar Industries T-pump
End-tidal CO2 monitor Stoelting Capstar-100
Heparin Sodium Midwest Vet 191.46720.3
Kimwipe Fisher Scientific 06-666A
Laser Doppler Flow Meter Perimed PeriFlux 5000 LDPM
Laser Doppler Refill Motility Standard Perimed PF1001
Polyethylene Tubing (PE240) (for trachea cannula) VWR 63018-828
Polyethylene Tubing (PE50) (for femoral catheters) VWR 63019-048
Rodent Ventilator Cwe/Stoelting SAR-830/P
Saline Midwest Vet 193.74504.3
Sprague-Dawley Outbred Rats Variable N/A Rats were ordered from various companies
Standard Rat Chow Dyets, Inc. 113755
Stereotaxic Instrument Cwe/Stoelting Clasic Lab Standard
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Aso, Y., Inukai, T., Takemura, Y. Evaluation of microangiopathy of the skin in patients with non-insulin-dependent diabetes mellitus by laser Doppler flowmetry; microvasodilatory responses to beraprost sodium. Diabetes Research and Clinical Practice. 36, 19-26 (1997).
  2. Golding, E. M., Robertson, C. S., Bryan, R. M. The consequences of traumatic brain injury on cerebral blood flow and autoregulation: a review. Clinical and Experimental Hypertension. 21, 299-332 (1999).
  3. Grunwald, J. E., DuPont, J., Riva, C. E. Retinal haemodynamics in patients with early diabetes mellitus. British Journal of Ophthalmology. 80, 327-331 (1996).
  4. Mankovsky, B. N., Piolot, R., Mankovsky, O. L., Ziegler, D. Impairment of cerebral autoregulation in diabetic patients with cardiovascular autonomic neuropathy and orthostatic hypotension. Diabetic Medicine. 20, 119-126 (2003).
  5. Symon, L., Held, K., Dorsch, N. W. A study of regional autoregulation in the cerebral circulation to increased perfusion pressure in normocapnia and hypercapnia. Stroke. 4, 139-147 (1973).
  6. Taccone, F. S., et al. Cerebral autoregulation is influenced by carbon dioxide levels in patients with septic shock. Neurocritical Care. 12, 35-42 (2010).
  7. Barry, D. I., et al. Cerebral blood flow in rats with renal and spontaneous hypertension: resetting of the lower limit of autoregulation. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 2, 347-353 (1982).
  8. Faraci, F. M., Baumbach, G. L., Heistad, D. D. Cerebral circulation: humoral regulation and effects of chronic hypertension. Journal of the American Society of Nephrology. 1, 53-57 (1990).
  9. Strandgaard, S. Autoregulation of cerebral blood flow in hypertensive patients. The modifying influence of prolonged antihypertensive treatment on the tolerance to acute, drug-induced hypotension. Circulation. 53, 720-727 (1976).
  10. McEwen, S. T., Schmidt, J. R., Somberg, L., de la Cruz, L., Lombard, J. H. Time-course and mechanisms of restored vascular relaxation by reduced salt intake and angiotensin II infusion in rats fed a high-salt diet. Microcirculation. 16, 220-234 (2009).
  11. Allen, L. A., et al. High salt diet impairs cerebral blood flow regulation via salt-induced angiotensin II suppression. Microcirculation. , e12518 (2018).
  12. Smeda, J. S., Payne, G. W. Alterations in autoregulatory and myogenic function in the cerebrovasculature of Dahl salt-sensitive rats. Stroke. 34, 1484-1490 (2003).
  13. Greene, N. H., Lee, L. A. Modern and Evolving Understanding of Cerebral Perfusion and Autoregulation. Advances in Anesthesia. 30, 97-129 (2012).
  14. Merzeau, S., Preckel, M. P., Fromy, B., Leftheriotis, G., Saumet, J. L. Differences between cerebral and cerebellar autoregulation during progressive hypotension in rats. Neuroscience Letters. 280, 103-106 (2000).
  15. Zagorac, D., Yamaura, K., Zhang, C., Roman, R. J., Harder, D. R. The effect of superoxide anion on autoregulation of cerebral blood flow. Stroke. 36, 2589-2594 (2005).
  16. Hudetz, A. G., Lee, J. G., Smith, J. J., Bosnjak, Z. J., Kampine, J. P. Effects of volatile anesthetics on cerebrocortical laser Doppler flow: hyperemia, autoregulation, carbon dioxide response, flow oscillations, and role of nitric oxide. Advances in Pharmacology. 31, 577-593 (1994).
  17. Hudetz, A. G., Shen, H., Kampine, J. P. Nitric oxide from neuronal NOS plays critical role in cerebral capillary flow response to hypoxia. American Journal of Physiology. 274, H982-H989 (1998).
  18. Okamoto, H., Hudetz, A. G., Roman, R. J., Bosnjak, Z. J., Kampine, J. P. Neuronal NOS-derived NO plays permissive role in cerebral blood flow response to hypercapnia. American Journal of Physiology. 272, H559-H566 (1997).
  19. Okamoto, H., Roman, R. J., Kampine, J. P., Hudetz, A. G. Endotoxin augments cerebral hyperemic response to halothane by inducing nitric oxide synthase and cyclooxygenase. Anesthesia and Analgesia. 91, 896-903 (2000).
  20. Schulte, M. L., Hudetz, A. G. Functional hyperemic response in the rat visual cortex under halothane anesthesia. Neuroscience Letters. 394, 63-68 (2006).
  21. Schulte, M. L., Li, S. J., Hyde, J. S., Hudetz, A. G. Digit tapping model of functional activation in the rat somatosensory cortex. Journal of Neuroscience Methods. 157, 48-53 (2006).
  22. Alkayed, N. J., et al. Inhibition of brain P-450 arachidonic acid epoxygenase decreases baseline cerebral blood flow. American Journal of Physiology. 271, H1541-H1546 (1996).
  23. Alonso-Galicia, M., Hudetz, A. G., Shen, H., Harder, D. R., Roman, R. J. Contribution of 20-HETE to vasodilator actions of nitric oxide in the cerebral microcirculation. Stroke. 30, 2727-2734 (1999).
  24. Kurosawa, M., Messlinger, K., Pawlak, M., Schmidt, R. F. Increase of meningeal blood flow after electrical stimulation of rat dura mater encephali: mediation by calcitonin gene-related peptide. British Journal of Pharmacology. 114, 1397-1402 (1995).
  25. Mayhan, W. G., Faraci, F. M., Heistad, D. D. Impairment of endothelium-dependent responses of cerebral arterioles in chronic hypertension. American Journal of Physiology. 253, H1435-H1440 (1987).
  26. Ghali, M. G. Z. Microsurgical technique for tracheostomy in the rat. MethodsX. 5, 61-67 (2018).
  27. Ghali, M. G. Z. Microsurgical technique for femoral vascular access in the rat. MethodsX. 4, 498-507 (2017).
  28. Takada, J., et al. Valsartan improves the lower limit of cerebral autoregulation in rats. Hypertension Research. 29, 621-626 (2006).
  29. Jones, S. C., Radinsky, C. R., Furlan, A. J., Chyatte, D., Perez-Trepichio, A. D. Cortical NOS inhibition raises the lower limit of cerebral blood flow-arterial pressure autoregulation. American Journal of Physiology. 276, H1253-H1262 (1999).
  30. Smits, G. J., Roman, R. J., Lombard, J. H. Evaluation of laser-Doppler flowmetry as a measure of tissue blood flow. Journal of Applied Physiology (1985). 61, 666-672 (1986).
  31. Durand, M. J., Raffai, G., Weinberg, B. D., Lombard, J. H. Angiotensin-(1-7) and low-dose angiotensin II infusion reverse salt-induced endothelial dysfunction via different mechanisms in rat middle cerebral arteries. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 299, H1024-H1033 (2010).
  32. Lombard, J. H., Sylvester, F. A., Phillips, S. A., Frisbee, J. C. High-salt diet impairs vascular relaxation mechanisms in rat middle cerebral arteries. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 284, H1124-H1133 (2003).
  33. Weber, D. S., Lombard, J. H. Elevated salt intake impairs dilation of rat skeletal muscle resistance arteries via ANG II suppression. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 278, H500-H506 (2000).
  34. Weber, D. S., Lombard, J. H. Angiotensin II AT1 receptors preserve vasodilator reactivity in skeletal muscle resistance arteries. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 280, H2196-H2202 (2001).
  35. Liu, Y., Rusch, N. J., Lombard, J. H. Loss of endothelium and receptor-mediated dilation in pial arterioles of rats fed a short-term high salt diet. Hypertension. 33, 686-688 (1999).
  36. Priestley, J. R., et al. Reduced angiotensin II levels cause generalized vascular dysfunction via oxidant stress in hamster cheek pouch arterioles. Microvascular Research. 89, 134-145 (2013).
  37. McEwen, S. T., Balus, S. F., Durand, M. J., Lombard, J. H. Angiotensin II maintains cerebral vascular relaxation via EGF receptor transactivation and ERK1/2. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 297, H1296-H1303 (2009).
  38. Jensen, N. F., Todd, M. M., Kramer, D. J., Leonard, P. A., Warner, D. S. A comparison of the vasodilating effects of halothane and isoflurane on the isolated rabbit basilar artery with and without intact endothelium. Anesthesiology. 76, 624-634 (1992).
  39. Avram, M. J., et al. Isoflurane alters the recirculatory pharmacokinetics of physiologic markers. Anesthesiology. 92, 1757-1768 (2000).
  40. Wang, Z., Schuler, B., Vogel, O., Arras, M., Vogel, J. What is the optimal anesthetic protocol for measurements of cerebral autoregulation in spontaneously breathing mice?. Experimental Brain Research. 207, 249-258 (2010).
  41. Ayata, C., et al. Pronounced hypoperfusion during spreading depression in mouse cortex. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 24, 1172-1182 (2004).
  42. Niwa, K., et al. Cerebrovascular autoregulation is profoundly impaired in mice overexpressing amyloid precursor protein. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 283, H315-H323 (2002).
  43. Carreira, S., et al. Diaphragmatic Function Is Preserved during Severe Hemorrhagic Shock in the Rat. Anesthesiology. 120, 425-435 (2014).
  44. Kerby, J. D., et al. Resuscitation from hemorrhagic shock with HBOC-201 in the setting of traumatic brain injury. Shock. 27, 652-656 (2007).
  45. Krejci, V., et al. Continuous measurements of microcirculatory blood flow in gastrointestinal organs during acute haemorrhage. British Journal of Anaesthesia. 84, 468-475 (2000).
  46. Rosengarte, B., Hecht, M., Wolff, S., Kaps, M. Autoregulative function in the brain in an endotoxic rat shock model. Inflammation Research. 57, 542-546 (2008).
  47. Rozet, I., et al. Cerebral autoregulation and CO2 reactivity in anterior and posterior cerebral circulation during sevoflurane anesthesia. Anesthesia and Analgesia. 102, 560-564 (2006).
  48. Hudetz, A. G., Biswal, B. B., Feher, G., Kampine, J. P. Effects of hypoxia and hypercapnia on capillary flow velocity in the rat cerebral cortex. Microvascular Research. 54, 35-42 (1997).
  49. Shi, Y., et al. Interaction of mechanisms involving epoxyeicosatrienoic acids, adenosine receptors, and metabotropic glutamate receptors in neurovascular coupling in rat whisker barrel cortex. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 28, 111-125 (2008).

Tags

Laser Doppler FlowmetryCerebral Blood Flow AutoregulationRatNon-invasiveBlood PressureVascular BedsFemoral ArteryCannulaAnesthesiaShavingDisinfectionSuturesLigation
check_url/60540?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Allen, L. A., Terashvili, M., Gifford, A., Lombard, J. H. Evaluation of Cerebral Blood Flow Autoregulation in the Rat Using Laser Doppler Flowmetry. J. Vis. Exp. (155), e60540, doi:10.3791/60540 (2020).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image