JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Résultats
Discussion
Divulgations
Acknowledgements
Materials
References
Traduction automatique
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Médecine

Realtidsbedömning av ryggmärgsmikroperfusion i en porcinmodell av Ischemia/Reperfusion

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

Ryggmärgsmikrocirkulation spelar en central roll i ryggmärgsskada. De flesta metoder tillåter inte realtidsbedömning av ryggmärgsmikrocirkulation, vilket är viktigt för utvecklingen av mikrocirkulationsriktade behandlingar. Här föreslår vi ett protokoll med Laser-Doppler-Flow Needle sonder i en stor djurmodell av ischemi/reperfusion.

Abstract

Ryggmärgsskada är en förödande komplikation av aorta reparation. Trots utvecklingen för förebyggande och behandling av ryggmärgsskada är dess förekomst fortfarande betydligt hög och påverkar därför patientens resultat. Mikrocirkulation spelar en nyckelroll i vävnadsperfusion och syretillförsel och är ofta dissocierad från makrohemodynamik. Direkt utvärdering av ryggmärgsmikrocirkulation är därför avgörande för utvecklingen av mikrocirkulationsriktade terapier och utvärdering av befintliga metoder när det gäller ryggmärgsmikrocirkulation. De flesta av metoderna ger dock inte realtidsbedömning av ryggmärgsmikrocirkulation. Syftet med denna studie är att beskriva ett standardiserat protokoll för mikrocirkulatorisk utvärdering av ryggmärgen i realtid med hjälp av laserdoppler nålsonder direkt insatta i ryggmärgen. Vi använde en svin modell av ischemi/reperfusion att inducera försämring av ryggmärgen mikrocirkulation. Dessutom användes en fluorescerande mikrosfärinjektionsteknik. Ursprungligen bedövades djur och ventilerades mekaniskt. Därefter utfördes laser-Doppler nål sond insättningspunkten, följt av placeringen av ryggmärgsvätskan dränering. En median sternotomy utfördes för exponering av fallande aorta att utföra aorta cross-clamping. Ischemia/reperfusion framkallades av supra-celiac kolorektal cross-clamping för totalt 48 min, följt av reperfusion och hemodynamic stabilisering. Laser-Doppler Flux utfördes parallellt med makrohemodynamisk utvärdering. Dessutom användes automatiserad ryggmärgsvätskan dränering för att upprätthålla ett stabilt ryggmärgstryck. Efter slutförandet av protokollet offrades djur, och ryggmärgen skördades för histopatologiska och mikrosfär analys. Protokollet avslöjar genomförbarheten av ryggmärg microperfusion mätningar med laser-Doppler sonder och visar en markant minskning under ischemi samt återhämtning efter reperfusion. Resultaten visade jämförbart beteende med fluorescerande mikrosfär utvärdering. Sammanfattningsvis kan detta nya protokoll ge en användbar stor djurmodell för framtida studier med hjälp av realtids spinal cord microperfusion bedömning i ischemi/reperfusion villkor.

Introduction

Ryggmärgsskada framkallad av ischemi/reperfusion (SCI) är en av de mest förödande komplikationerna av aortareparation i samband med minskat utfall1,2,3,4. Nuvarande förebyggande och behandlingsalternativ för SCI inkluderar optimering av makrohemodynamiska parametrar samt normalisering av cerebrospinalvätskans tryck (CSP) för att förbättra ryggmärgsperfusionstrycket2,5,6,7,8,9. Trots genomförandet av dessa manövrer varierar förekomsten av SCI fortfarande mellan 2% och 31% beroende på komplexiteten hos aortareparation10,11,12.

Nyligen har mikrocirkulation fått ökad uppmärksamhet13,14. Mikrocirkulation är området för cellulärt syreupptag och metaboliskt utbyte och spelar därför en kritisk roll i organfunktion och cellulär integritet13. Nedsatt mikrocirkulationsblodflöde är en viktig bestämningsfaktor för vävnads ischemi i samband med ökad dödlighet15,16,17,18,19. Försämring av ryggmärgsmikrocirkulationen är förknippad med minskad neurologisk funktion och utfall20,21,22,23. Därför är optimering av mikroperfusion för behandling av SCI ett mycket lovande tillvägagångssätt. Persistens av mikrocirkulationsstörningar, trots makrocirkulationsoptimering, har beskrivits26,27,28,29. Denna förlust av hemodynamisk koherens förekommer ofta under olika förhållanden, inklusive ischemi/reperfusion, vilket betonar behovet av direkt mikrocirkulationsutvärdering och mikrocirkulationsriktade terapier26,27,30.

Hittills har endast ett fåtal studier använt laser-Doppler-sonder för realtidsbedömning av ryggmärgens mikrocirkulationsbeteende20,31. I befintliga studier har man ofta använt mikrosfärinjektionstekniker, som begränsas av intermittent användning ochobduktionsanalys 32,33. Antalet olika mätningar med hjälp av mikrosfärinjektionsteknik begränsas av tillgången på mikrosfärer med olika våglängder. I motsats till Laser-Doppler-tekniker är det dessutom inte möjligt att i realtid bedöma mikroperfusion, eftersom det behövs vävnadsbehandling och analys efter döden för denna metod. Här presenterar vi ett experimentellt protokoll för realtidsbedömning av ryggmärgsmikrocirkulation i en svin stora djur modell av ischemi/reperfusion.

Denna studie var en del av ett stort djurprojekt som kombinerade en randomiserad studie som jämförde påverkan av kristalloider kontra kolloider på mikrocirkulation i ischemi/reperfusion samt en explorativ randomiserad studie om effekterna av vätskor kontra vasopressorer på ryggmärgsmikroperfusion. Flödessondens 2-punktskalibrering samt kateterkalibrering med tryckspetsar har tidigare beskrivitssom 34. Utöver det rapporterade protokollet användes fluorescerande mikrosfärer för mätning av ryggmärgsmikroperfusion, som tidigare beskrivits, med hjälp av 12 prover av ryggmärgsvävnad för varje djur, med prover 1-6 som representerar övre ryggmärgen och 7-12 som representerar nedre ryggmärgen35,36. Mikrosfärinjektion utfördes för varje mätsteg efter slutförandet av Laser-Doppler inspelningar och makrohemodynamisk utvärdering. Histopatologisk utvärdering utfördes med hjälp av Kleinman-Score som tidigare beskrivits37.

Protocol

Studien godkändes av den statliga kommissionen för vård och användning av djur i staden Hamburg (referens nr 60/17). Djuren fick vård i enlighet med “Guide for the Care and Use of Laboratory Animals” (NIH-publikation nr 86–23, reviderad 2011) samt FELASA:s rekommendationer och experiment genomfördes i enlighet med RIKTLINJERNA24,25. Denna studie var en akut studie, och alla djur avlivades i slutet av protokollet. OBS: Studien u…

Representative Results

Alla sex djuren överlevde tills protokollet var klart. Djurvikten var 48,2 ± 2,9 kg; fem djur var män, och ett djur var hona. Ryggmärg nål sond insättning samt ryggmärg Flux mätning var genomförbart i alla djur. Exempel på mikrokretsinspelningar i realtid av ryggmärgsmikrokrets i kombination med cerebral mikrocirkulation och makrohemodynamiska inspelningar under aorta-korsklämma för ischemisk induktion samt vid uncl…

Discussion

SCI inducerad av ryggmärg ischemi är en stor komplikation av aorta reparation med enorm inverkan på patientens resultat1,2,3,4,10,11,12. Mikrocirkulationsriktade behandlingar för att förebygga och behandla SCI är mest lovande. Protokollet ger en reproducerbar metod för realtid ryggmä…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Författarna vill tacka Lena Brix, V.M.D, Institute of Animal Research, Hannover Medical School, samt Fru Jutta Dammann, Facility of Research Animal Care, University Medical Center Hamburg-Eppendorf, Tyskland, för att ha tillhandahållit pre- och perioperativ djurvård och deras tekniska hjälp med djurhantering. Författarna vill vidare tacka Dr. Daniel Manzoni, Institutionen för kärlkirurgi, Hôpital Kirchberg, Luxemburg, för hans tekniska hjälp.

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