JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Résultats
Discussion
Divulgations
Acknowledgements
Materials
References
Traduction automatique
Médecine

Sanntidsvurdering av ryggmargsmikroperfusjon i en porcin modell av iskemi/reperfusjon

Published: December 10, 2020
doi:
10.3791/62047
, , , , , , , , , , ,
1Department of Anesthesiology, Center of Anesthesiology and Intensive Care Medicine,University Medical Center Hamburg-Eppendorf, 2University Department for Vascular Surgery and Department of Operative Medicine,Medical University of Innsbruck, 3Department of Medical Biometry and Epidemiology,University Medical Center Hamburg-Eppendorf, 4Department of Vascular Medicine,University Heart and Vascular Center Hamburg (UHZ), 5Department of Cardiology,Rostock University Medical Center, 6University Department for Cardiac Surgery,Heart Center Leipzig

Summary

Ryggmargsmikrosirkulasjon spiller en sentral rolle i ryggmargsskaden. De fleste metoder tillater ikke sanntidsvurdering av ryggmargsmikrosirkulasjon, noe som er viktig for utviklingen av mikrosirkulasjonsmålrettede terapier. Her foreslår vi en protokoll ved hjelp av Laser-Doppler-Flow Needle-sonder i en stor dyremodell av iskemi/reperfusjon.

Abstract

Ryggmargsskade er en ødeleggende komplikasjon av aorta reparasjon. Til tross for utviklingen for forebygging og behandling av ryggmargsskade, er forekomsten fortsatt betydelig høy og påvirker derfor pasientutfallet. Mikrosirkulasjon spiller en nøkkelrolle i vevsperfusjon og oksygentilførsel og blir ofte dissosiert fra makrohemodynamikk. Dermed er direkte evaluering av ryggmargsmikrosirkulasjon avgjørende for utviklingen av mikrosirkulasjonsmålrettede terapier og evaluering av eksisterende tilnærminger med hensyn til ryggmargsmikrosirkulasjon. Imidlertid gir de fleste metodene ikke sanntidsvurdering av ryggmargsmikrosirkulasjon. Målet med denne studien er å beskrive en standardisert protokoll for sanntids mikrosirkulasjon av ryggmargen ved hjelp av laser-Doppler nål sonder direkte satt inn i ryggmargen. Vi brukte en porcin modell av iskemi / reperfusjon for å indusere forverring av ryggmargen mikrosirkulasjon. I tillegg ble det brukt en fluorescerende mikrosfæreinjeksjonsteknikk. I utgangspunktet ble dyr bedøvet og mekanisk ventilert. Deretter ble laser-Doppler nål sondeinnsetting utført, etterfulgt av plassering av cerebrospinalvæskedrenering. En median sternotomi ble utført for eksponering av den synkende aorta for å utføre aorta kryssklemming. Iskemi/reperfusjon ble indusert av supra-cøliaki aorta kryssklemming i totalt 48 min, etterfulgt av reperfusjon og hemodynamisk stabilisering. Laser-Doppler Flux ble utført parallelt med makrohemdynamisk evaluering. I tillegg ble automatisert cerebrospinalvæskedrenering brukt til å opprettholde et stabilt cerebrospinaltrykk. Etter ferdigstillelse av protokollen ble dyr ofret, og ryggmargen ble høstet for histopatologisk og mikrosfæreanalyse. Protokollen avslører muligheten for mikroperfusjonsmålinger i ryggmargen ved hjelp av laser-Doppler-sonder og viser en markert reduksjon under iskemi samt gjenoppretting etter reperfusjon. Resultatene viste sammenlignbar oppførsel med fluorescerende mikrosfæreevaluering. Til slutt kan denne nye protokollen gi en nyttig stor dyremodell for fremtidige studier ved hjelp av sanntids spinalmargsmikroperfusjonsvurdering i iskemi / reperfusjonsforhold.

Introduction

Ryggmargsskade forårsaket av iskemi/reperfusjon (SCI) er en av de mest ødeleggende komplikasjonene ved aortareparasjon forbundet med redusert utfall1,2,3,4. Nåværende forebyggings- og behandlingsalternativer for SCI inkluderer optimalisering av makrohemodynamiske parametere samt normalisering av cerebrospinalvæsketrykk (CSP) for å forbedre ryggmargsperfusjonstrykket2,5,6,7,8,9. Til tross for implementeringen av disse manøvrene varierer forekomsten av SCI fortsatt mellom 2% og 31% avhengig av kompleksiteten av aortareparasjon10,11,12.

Nylig har mikrosirkulasjonen fått økt oppmerksomhet13,14. Mikrosirkulasjon er området for cellulær oksygenopptak og metabolsk utveksling og spiller derfor en kritisk rolle i organfunksjon og cellulær integritet13. Nedsatt mikrosirkulasjonsblodstrøm er en viktig determinant for vevs iskemi forbundet med øktdødelighet 15,16,17,18,19. Svekkelse av ryggmargsmikrosirkulasjon er forbundet med redusert nevrologisk funksjon og utfall20,21,22,23. Derfor er optimalisering av mikroperfusjon for behandling av SCI en mest lovende tilnærming. Vedvarende mikrosirkulasjonsforstyrrelser, til tross for makrosirkulasjonsoptimalisering, er beskrevet26,27,28,29. Dette tapet av hemodynamisk sammenheng forekommer ofte under ulike forhold, inkludert iskemi / reperfusjon, understreker behovet for direkte mikrosirkulasjonsevaluering og mikrosirkulasjonsmålrettede terapier26,27,30.

Så langt har bare få studier brukt laser-Doppler-sonder for sanntidsvurdering av ryggmargens mikrosirkulasjonsadferd20,31. Eksisterende studier har ofte brukt mikrosfæreinjeksjonsteknikker, som er begrenset av periodisk bruk og post-mortem analyse32,33. Antall forskjellige målinger ved hjelp av mikrosfæreinjeksjonsteknikk er begrenset av tilgjengeligheten av mikrosfærer med forskjellige bølgelengder. I motsetning til Laser-Doppler-teknikker er det heller ikke mulig å vurdere mikroperfusjon i sanntid, da vevsbehandling og analyse etter mortem er nødvendig for denne metoden. Her presenterer vi en eksperimentell protokoll for sanntidsvurdering av ryggmargsmikrosirkulasjon i en porcin stor dyremodell av iskemi/reperfusjon.

Denne studien var en del av et stort dyreprosjekt som kombinerte en randomisert studie som sammenlignet påvirkningen av krystallloider vs. kolloider på mikrosirkulasjon i iskemi/reperfusjon samt en utforskende randomisert studie om effekten av væsker vs. vasopressorer på ryggmargsmikroperfusjon. Strømningssonde 2-punkts kalibrering samt trykkspisskateterkalibrering er tidligere beskrevet34. I tillegg til den rapporterte protokollen ble fluorescerende mikrosfærer brukt til måling av ryggmargsmikroperfusjon, som tidligere beskrevet, ved hjelp av 12 prøver av ryggmargsvev for hvert dyr, med prøver 1-6 som representerer øvre ryggmarg og 7-12 som representerer nedre ryggmarg35,36. Mikrosfæreinjeksjon ble utført for hvert måletrinn etter ferdigstillelse av Laser-Doppler-registreringer og makrohemodynamisk evaluering. Histopatologisk evaluering ble utført ved hjelp av Kleinman-Score som tidligere beskrevet37.

Protocol

Studien ble godkjent av Den statlige kommisjonen for omsorg og bruk av dyr i Hamburg kommune (referanse nr. 60/17). Dyrene fikk omsorg i samsvar med ‘Guide for the Care and Use of Laboratory Animals’ (NIH-publikasjon nr. 86-23, revidert 2011) samt FELASA anbefalinger og eksperimenter ble utført i henhold til ARRIVE-retningslinjene24,25. Denne studien var en akutt studie, og alle dyrene ble euthanized på slutten av protokollen. MERK: …

Representative Results

Alle seks dyrene overlevde til protokollen var fullført. Dyrevekten var 48,2 ± 2,9 kg; fem dyr var menn, og ett dyr var kvinne. Innsetting av ryggmargsnålsonde samt ryggmargsfluksmåling var mulig hos alle dyr. Eksempler på mikrosirkulasjonsopptak i ryggmargen i sanntid i kombinasjon med cerebral mikrosirkulasjon og makrohemodynamiske opptak under aorta kryssklemming for iskemiinduksjon samt under unlamping og reperfusjon er…

Discussion

SCI indusert av ryggmargs iskemi er en stor komplikasjon av aorta reparasjon med enorm innvirkning på pasientens utfall1,2,3,4,10,11,12. Mikrosirkulasjonsrettede terapier for å forebygge og behandle SCI er mest lovende. Protokollen gir en reproduserbar metode for sanntids ryggmargsmikrosir…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Forfatterne vil takke Lena Brix, V.M.D, Institute of Animal Research, Hannover Medical School, samt Mrs. Jutta Dammann, Facility of Research Animal Care, University Medical Center Hamburg-Eppendorf, Tyskland, for å gi pre- og perioperativ dyrepleie og deres tekniske hjelp til dyrehåndtering. Forfatterne vil videre takke Dr. Daniel Manzoni, Department of Vascular Surgery, Hôpital Kirchberg, Luxembourg, for hans tekniske hjelp.

Materials

CardioMed Flowmeter Medistim AS, Oslo, Norway CM4000 Flowmeter for Flow-Probe Femoral Artery
CardioMed Flow-Probe, 5mm Medistim AS, Oslo, Norway PS100051 Flow-Probe Femoral Artery
COnfidence probe,  Transonic Systems Inc., Ithaca, NY, USA MA16PAU Flow-Probe Aorta
16 mm liners
DIVA Sevoflurane Vapor Dräger Medical, Lübeck, Germany Vapor
Hotline Level 1 Fluid Warmer Smiths Medical Germany GmbH, Grasbrunn, Germany HL-90-DE-230 Fluid Warmer
Infinity Delta Dräger Medical, Lübeck, Germany Basic Monitoring Hardware
Infinity Hemo Dräger Medical, Lübeck, Germany Basic Pressure Monitoring and Pulmonary Thermodilution Hardware
LabChart Pro ADInstruments Ltd., Oxford, UK v8.1.16 Synchronic Laser-Doppler, Blood Pressure, ECG and Blood-Flow Aquisition Software
LiquoGuard 7 Möller Medical GmbH, Fulda, Germany Cerebrospinal Fluid Drainage System
Millar Micro-Tip Pressure Catheter (5F, Single, Curved, 120cm, PU/WD) ADInstruments Ltd., Oxford, UK SPR-350 Pressure-Tip Catheter Aorta
moor VMS LDF moor Instruments, Devon, UK Designated Laser-Doppler Hardware
moor VMS Research Software moor Instruments, Devon, UK Designated Laser-Doppler Software
Perivascular Flow Module Transonic Systems Inc., Ithaca, NY, USA TS 420 Flow-Module for Flow-Probe Aorta
PiCCO 2, Science Version Getinge AB, Göteborg, Sweden v. 6.0 Blood Pressure and Transcardiopulmonary Monitoring Hard- and Software
PiCCO 5 Fr. 20cm Getinge AB, Göteborg, Sweden Thermistor-tipped Arterial Line 
PowerLab ADInstruments Ltd., Oxford, UK PL 3516 Synchronic Laser-Doppler, Blood Pressure, ECG and Blood-Flow Aquisition Hardware
QuadBridgeAmp ADInstruments Ltd., Oxford, UK FE 224 Four Channel Bridge Amplifier for Laser-Doppler and Invasive Blood Pressure Aquisition
Silverline Spiegelberg, Hamburg, Germany ELD33.010.02 Cerebrospinal Fluid Drainage
SPSS statistical software package  IBM SPSS Statistics Inc., Armonk, New York, USA v. 27 Statistical Software
Twinwarm Warming System Moeck & Moeck GmbH, Hamburg, Germany 12TW921DE Warming System
Universal II Warming Blanket Moeck & Moeck GmbH, Hamburg, Germany 906 Warming Blanket
VP 3 Probe, 8mm length (individually manufactured) moor Instruments, Devon, UK Laser-Doppler Probe
Zeus Dräger Medical, Lübeck, Germany Anesthesia Machine
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Etz, C. D., et al. Contemporary spinal cord protection during thoracic and thoracoabdominal aortic surgery and endovascular aortic repair: a position paper of the vascular domain of the European Association for Cardio-Thoracic Surgerydagger. The European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 47 (6), 943-957 (2015).
  2. Schraag, S. Postoperative management. Best Practice & Research Clinical Anaesthesiology. 30 (3), 381-393 (2016).
  3. Cambria, R. P., et al. Thoracoabdominal aneurysm repair: results with 337 operations performed over a 15-year interval. Annals of Surgery. 236 (4), 471-479 (2002).
  4. Becker, D. A., McGarvey, M. L., Rojvirat, C., Bavaria, J. E., Messe, S. R. Predictors of outcome in patients with spinal cord ischemia after open aortic repair. Neurocritical Care. 18 (1), 70-74 (2013).
  5. McGarvey, M. L., et al. The treatment of spinal cord ischemia following thoracic endovascular aortic repair. Neurocritical Care. 6 (1), 35-39 (2007).
  6. Fukui, S., et al. Development of collaterals to the spinal cord after endovascular stent graft repair of thoracic aneurysms. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 52 (6), 801-807 (2016).
  7. Augoustides, J. G., Stone, M. E., Drenger, B. Novel approaches to spinal cord protection during thoracoabdominal aortic interventions. Current Opinion in Anesthesiology. 27 (1), 98-105 (2014).
  8. Bicknell, C. D., Riga, C. V., Wolfe, J. H. Prevention of paraplegia during thoracoabdominal aortic aneurysm repair. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 37 (6), 654-660 (2009).
  9. Feezor, R. J., Lee, W. A. Strategies for detection and prevention of spinal cord ischemia during TEVAR. Seminars in Vascular Surgery. 22 (3), 187-192 (2009).
  10. Heidemann, F., et al. Incidence, predictors, and outcomes of spinal cord ischemia in elective complex endovascular aortic repair: An analysis of health insurance claims. Journal of Vascular Surgery. , (2020).
  11. Rizvi, A. Z., Sullivan, T. M. Incidence, prevention, and management in spinal cord protection during TEVAR. Journal of Vascular Surgery. 52 (4), 86-90 (2010).
  12. Wortmann, M., Bockler, D., Geisbusch, P. Perioperative cerebrospinal fluid drainage for the prevention of spinal ischemia after endovascular aortic repair. Gefasschirurgie. 22, 35-40 (2017).
  13. Saugel, B., Trepte, C. J., Heckel, K., Wagner, J. Y., Reuter, D. A. Hemodynamic management of septic shock: is it time for “individualized goal-directed hemodynamic therapy” and for specifically targeting the microcirculation. Shock. 43 (6), 522-529 (2015).
  14. Moore, J. P., Dyson, A., Singer, M., Fraser, J. Microcirculatory dysfunction and resuscitation: why, when, and how. British Journal of Anaesthesia. 115 (3), 366-375 (2015).
  15. De Backer, D., Creteur, J., Preiser, J. C., Dubois, M. J., Vincent, J. L. Microvascular blood flow is altered in patients with sepsis. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 166 (1), 98-104 (2002).
  16. De Backer, D., Creteur, J., Dubois, M. J., Sakr, Y., Vincent, J. L. Microvascular alterations in patients with acute severe heart failure and cardiogenic shock. American Heart Journal. 147 (1), 91-99 (2004).
  17. Sakr, Y., Dubois, M. J., De Backer, D., Creteur, J., Vincent, J. L. Persistent microcirculatory alterations are associated with organ failure and death in patients with septic shock. Critical Care Medicine. 32 (9), 1825-1831 (2004).
  18. Trzeciak, S., et al. Early microcirculatory perfusion derangements in patients with severe sepsis and septic shock: relationship to hemodynamics, oxygen transport, and survival. Annals of Emergency Medicine. 49 (1), 88-98 (2007).
  19. Donati, A., et al. From macrohemodynamic to the microcirculation. Critical Care Research and Practice. 2013, 892710 (2013).
  20. 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. 32 (18), 1955-1962 (2007).
  21. Soubeyrand, M., et al. Real-time and spatial quantification using contrast-enhanced ultrasonography of spinal cord perfusion during experimental spinal cord injury. Spine. 37 (22), 1376-1382 (2012).
  22. Han, S., et al. Rescuing vasculature with intravenous angiopoietin-1 and alpha v beta 3 integrin peptide is protective after spinal cord injury. Brain. 133, 1026-1042 (2010).
  23. Muradov, J. M., Ewan, E. E., Hagg, T. Dorsal column sensory axons degenerate due to impaired microvascular perfusion after spinal cord injury in rats. Experimental Neurology. 249, 59-73 (2013).
  24. Guillen, J., , . FELASA guidelines and recommendations. J Am Assoc Lab Anim Sci. 51, 311-321 (2012).
  25. Kilkenny, C., Browne, W. J., Cuthill, I. C., Emerson, M., Altman, D. G. Improving bioscience research reporting: the ARRIVE guidelines for reporting animal research. Osteoarthritis Cartilage. 20, 256-260 (2012).
  26. Ospina-Tascon, G., et al. Effects of fluids on microvascular perfusion in patients with severe sepsis. Intensive Care Medicine. 36 (6), 949-955 (2010).
  27. Pottecher, J., et al. Both passive leg raising and intravascular volume expansion improve sublingual microcirculatory perfusion in severe sepsis and septic shock patients. Intensive Care Medicine. 36 (11), 1867-1874 (2010).
  28. De Backer, D., Ortiz, J. A., Salgado, D. Coupling microcirculation to systemic hemodynamics. Current Opinion in Critical Care. 16 (3), 250-254 (2010).
  29. van Genderen, M. E., et al. Microvascular perfusion as a target for fluid resuscitation in experimental circulatory shock. Critical care medicine. 42 (2), 96-105 (2014).
  30. Ince, C. Hemodynamic coherence and the rationale for monitoring the microcirculation. Critical care. 19, 8 (2015).
  31. Kise, Y., et al. Directly measuring spinal cord blood flow and spinal cord perfusion pressure via the collateral network: correlations with changes in systemic blood pressure. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 149 (1), 360-366 (2015).
  32. Haunschild, J., et al. Detrimental effects of cerebrospinal fluid pressure elevation on spinal cord perfusion: first-time direct detection in a large animal model. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 58 (2), 286-293 (2020).
  33. Wipper, S., et al. Impact of hybrid thoracoabdominal aortic repair on visceral and spinal cord perfusion: The new and improved SPIDER-graft. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 158 (3), 692-701 (2019).
  34. Kluttig, R., et al. Invasive hemodynamic monitoring of aortic and pulmonary artery hemodynamics in a large animal model of ARDS. Journal of Visualized Experiments. (141), e57405 (2018).
  35. Detter, C., et al. Fluorescent cardiac imaging: a novel intraoperative method for quantitative assessment of myocardial perfusion during graded coronary artery stenosis. Circulation. 116 (9), 1007-1014 (2007).
  36. Wipper, S., et al. Distinction of non-ischemia inducing versus ischemia inducing coronary stenosis by fluorescent cardiac imaging. International Journal of Cardiovascular Imaging. 32 (2), 363-371 (2016).
  37. Etz, C. D., et al. Spinal cord blood flow and ischemic injury after experimental sacrifice of thoracic and abdominal segmental arteries. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 33 (6), 1030-1038 (2008).
  38. Saugel, B., Scheeren, T. W. L., Teboul, J. L. Ultrasound-guided central venous catheter placement: a structured review and recommendations for clinical practice. Critical care. 21 (1), 225 (2017).
  39. Marty, B., et al. Partial inflow occlusion facilitates accurate deployment of thoracic aortic endografts. Journal of Endovascular Therapy. 11 (2), 175-179 (2004).
  40. Matyal, R., et al. Monitoring the variation in myocardial function with the Doppler-derived myocardial performance index during aortic cross-clamping. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 26 (2), 204-208 (2012).
  41. Miller, R. D. . Miller’sanesthesia. 8th Edition. , (2015).
  42. Martikos, G., et al. Remote ischemic preconditioning decreases the magnitude of hepatic ischemia-reperfusion injury on a swine model of supraceliac aortic cross-clamping. Annals of Vascular Surgery. 48, 241-250 (2018).
  43. Lazaris, A. M., et al. Protective effect of remote ischemic preconditioning in renal ischemia/reperfusion injury, in a model of thoracoabdominal aorta approach. Journal of Surgical Research. 154 (2), 267-273 (2009).
  44. Ince, C., et al. Second consensus on the assessment of sublingual microcirculation in critically ill patients: results from a task force of the European Society of Intensive Care Medicine. Intensive Care Medicine. 44 (3), 281-299 (2018).
  45. Edul, V. S., et al. Dissociation between sublingual and gut microcirculation in the response to a fluid challenge in postoperative patients with abdominal sepsis. Annals of intensive care. 4, 39 (2014).
  46. Schierling, W., et al. Sonographic real-time imaging of tissue perfusion in a porcine haemorrhagic shock model. Ultrasound in Medicine and Biology. 45 (10), 2797-2804 (2019).
  47. Jing, Y., Bai, F., Chen, H., Dong, H. Using Laser Doppler Imaging and Monitoring to Analyze Spinal Cord Microcirculation in Rat. Journal of Visualized Experiments. (135), e56243 (2018).
  48. Jing, Y., Bai, F., Chen, H., Dong, H. Meliorating microcirculatory with melatonin in rat model of spinal cord injury using laser Doppler flowmetry. Neuroreport. 27 (17), 1248-1255 (2016).
  49. Jing, Y., Bai, F., Chen, H., Dong, H. Melatonin prevents blood vessel loss and neurological impairment induced by spinal cord injury in rats. Journal of Spinal Cord Medicine. 40 (2), 222-229 (2017).
  50. Phillips, J. P., Cibert-Goton, V., Langford, R. M., Shortland, P. J. Perfusion assessment in rat spinal cord tissue using photoplethysmography and laser Doppler flux measurements. Journal of Biomedical Optics. 18 (3), 037005 (2013).
  51. Glenny, R. W., Bernard, S. L., Lamm, W. J. Hemodynamic effects of 15-microm-diameter microspheres on the rat pulmonary circulation. Journal of Applied Physiology. 89 (1985), 499-504 (2000).

Tags

Keywords: Spinal CordMicroperfusionIschemia/reperfusionReal-time AssessmentPorcine ModelLaser DopplerCerebrospinal Fluid PressureMacrohemodynamicsMinimally InvasiveAnesthesiologySurgical Procedure
check_url/fr/62047?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citer Cet Article
Behem, C. R., Friedheim, T., Wipper, S. H., Pinnschmidt, H. O., Graessler, M. F., Gaeth, C., Holthusen, H., Rapp, A., Suntrop, T., Haunschild, J., Etz, C. D., Trepte, C. J. C. Real-Time Assessment of Spinal Cord Microperfusion in a Porcine Model of Ischemia/Reperfusion. J. Vis. Exp. (166), e62047, doi:10.3791/62047 (2020).
Télécharger la Citation
Réimpressions et Autorisations

View Video

✖

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

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image