Summary

Udvikling af en algoritme til at udføre en omfattende undersøgelse af autonom dysrefleksi i Dyr med høj Rygmarvsskader Brug af en Telemetri Device

Published: July 29, 2016
doi:

Summary

The catheter of a telemetry device is implanted into the abdominal aorta in order to continuously collect beat-by-beat hemodynamic data from animals pre and post-high thoracic spinal cord transection. A novel JAVA software was employed to analyze hemodynamic parameters as well as frequency and intensity of spontaneous episodes of autonomic dysreflexia.

Abstract

Spinal cord injury (SCI) is a debilitating neurological condition characterized by somatic and autonomic dysfunctions. In particular, SCI above the mid-thoracic level can lead to a potentially life-threatening hypertensive condition called autonomic dysreflexia (AD) that is often triggered by noxious or non-noxious somatic or visceral stimuli below the level of injury. One of the most common triggers of AD is the distension of pelvic viscera, such as during bladder and bowel distension or evacuation. This protocol presents a novel pattern recognition algorithm developed for a JAVA platform software to study the fluctuations of cardiovascular parameters as well as the number, severity and duration of spontaneously occurring AD events. The software is able to apply a pattern recognition algorithm on hemodynamic data such as systolic blood pressure (SBP) and heart rate (HR) extracted from telemetry recordings of conscious and unrestrained animals before and after thoracic (T3) complete transection. With this software, hemodynamic parameters and episodes of AD are able to be detected and analyzed with minimal experimenter bias.

Introduction

Autonom dysrefleksi (AD) er en livstruende nødsituation i individer efter akut eller kronisk rygmarvsskade (SCI) på livmoderhalsen eller høje-thorax segmenter og er normalt karakteriseret ved episoder af vedvarende hypertension og bradykardi 1. AD er hovedsagelig forårsaget af afbrydelse af faldende spinal veje, der normalt giver input fra supraspinale centre til spinal sympatiske præganglioniske neuroner, der styrer sympatisk aktivitet og vaskulær tone 1-4. AD episoder er kendetegnet ved en stigning i det systoliske blodtryk (SBP) op til 300 mmHg, og hvis venstre ubehandlet kan føre til anfald, hjerneblødning, myokardieinfarkt, og endda død 5-8. En række skadelige og ikke-skadelige stimuli fungere som en udløser af AD, herunder tarm og blære udspiling, krampe, tryksår, urinblære kateterisation eller iatrogene procedurer 9-12.

Den tidsmæssige udvikling af AD i hhvonse til SCI er blevet undersøgt i både humane 9 og dyremodeller 13,14. Disse undersøgelser har typisk brugt en "induceret AD 'metode (dvs. urodynamikken, penis vibrostimulations i mennesker eller colorectal distension hos dyr) for at bestemme den tidsmæssige udvikling af AD. En sådan tilgang er begrænset af behovet for gentagne vurderinger på isolerede tidspunkter, der kan udelukke en nøjagtig bestemmelse af den tidsmæssige udvikling af AD. Brugen af ​​24-timers blodtryksmåling hos mennesker giver seriel blodtryksmålinger skal foretages ved forudbestemte intervaller. Denne teknik er for nylig blevet anvendt til at overvåge spontant forekommende AD hos patienter med kronisk SCI. I dyremodeller, er solid-state tryktransducere bliver i stigende grad brugt til kronisk overvåge slå-by-slå arterielle blodtryk. For nylig Rabchesvky et al. (2012), udviklet en algoritme, der udvindes et sekund gennemsnit af gennemsnitligt arterielt tryk (MAP) end sammenlignet med en glidende gennemsnit tærskel 15. Spontane AD hændelser blev karakteriseret baseret på MAP toppe, der er 10 mmHg eller mere over grænsen i takt med en HR-fald på 10 bpm eller mere.

Her en roman JAVA software, der har en indbygget AD Detection Algoritme præsenteres. Denne algoritme virker ved at detektere forudbestemte mønstre i arterielt blodtryk (ABP) og hjertefrekvens (HR), der er indikative for en spontant forekommende AD begivenhed. Brugeren er i stand til manuelt at justere alle inputvariabler til den software, således at den "afsløring algoritme" kan let tilpasses til de specifikke parametre af interesse. Softwaren er også i stand til dichotomize ABP og HR i en given epoke, således at døgnets rytme af hæmodynamiske parametre kan analyseres 16. I den foreliggende manuskript, er en detaljeret forklaring af den kirurgiske teknik, der bruges til at implantere telemetri-enheder og udfører SCI kirurgi. Exsempler er også med hensyn til de post-databehandling af AD Detection software og hvordan kardiovaskulære funktion ændres post-SCI. Til sammenligning, den metode og resultater fra en metode induceret AD kendt som kolorektal distension (CRD) er også illustreret.

Protocol

Wistar (Hsd: WI Wistar) rotter på 7 uger gamle og vejer 300-350 g, blev anvendt i dette eksperiment. Alle rotter blev holdt i en 12 timers lys / mørke-cyklus og fik standard laboratorie rottefoder og vand ad libitum. Alle eksperimentelle procedurer tilpasset med vejledning til pasning og anvendelse af forsøgsdyr oprettet af den canadiske Rådet om Animal Care og givet etik godkendelse af University of British Columbia. Kirurgi og dyrepleje blev udført ifølge standardprocedurer i vores laboratorium (Ramsey et al…

Representative Results

Brug af telemetri, er arterielle blodtryk samplet ved en frekvens på 1.000 Hz kontinuerligt i 24 timer. En illustrativ registrering af arterielt blodtryk (ABP) under anvendelse LabChart er vist i figur 1B. Prøven ABP blev overvåget ved en fast tilstand tryksensor indsat i aorta descendens. Romanen JAVA platform AD Detection software er i stand til at udtrække relevante SBP (mmHg) toppe (figur 1C). Vi kan også udtrække HR (bpm) fra tidsintervallet mellem nærliggende SBP toppe <str…

Discussion

Protokollen beskriver en detaljeret gennemførelse af en ny JAVA platform AD Detection software, som vil blive kombineret med en telemetri enhed, for en langsigtet grundig analyse af ABP i sci-dyr (Figur 1B). Dette er den første software, der muliggør karakteriseringen af ​​ABP mønstre til at detektere spontane AD begivenheder, som de opstår sporadisk under hele dagen. Et godt karakteriseret T3 SCI dyremodel kan illustrere den funktionelle kapacitet af software til at registrere frekvensen, pres…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Denne forskning, hvis finansieret af den canadiske Institute of Health Research og hjerte og Stroke Foundation of BC og Yukon. Vi vil gerne anerkende Mr. Rayshad Gopaul og Dr. Shelly McErlane for tekniske støtte og ekspertise i dyr pleje.

Materials

11 Male Wistar Rats -Hsd-WI (250-300g) Envigo (formerly Harlan Laboratories)  141
Lab Chart (PowerLab® Data Acquisition System) AD Instruments 
Pressure Telemeter  Millar Inc. RP-TRM54P
Configurator Millar Inc. TR190
SmartPad Millar Inc. TR180
Isoflurane (Aerrane) Baxter Corp. DIN: 02225875
Enrofloxacin (Baytril) Bayer Healthcare DIN: 02169428
5-0 Silk Sutures Ethicon S182
4-0 Vicryl Subcuticular Ethicon J496G
Buprenorphine (Temgesic) Reckitt Benckiser DIN: 0281250
Bupivicaine Hydrochloride (Marcaine 0.5%) Hospira Healthcare Corp.  DIN: 02305909
Ketoprofen (Anafen) Merial DIN: 02150999
Ketamine Hydrochloride (Vetalar) Bioniche DIN: 01989529
Dexmedetomidine Hydrochloride (Domitor) Pfizer DIN: 02333929
Lactated Ringer's Solution  Braun Medical Inc. DIN: 01931636
Gelfoam #12 Pharmacia & Upjohn Company 03603-14-1
Microscissors Fine Science Tools 15003-008
Iris Spatulae Fine Science Tools 10094-13
10 French 35cm Foley Catheter  Coloplast  AA6110
Dietgel®  Clear H2O, Westbrook, ME 76A
LabDiet Rodent Diet 5001 Purina Mills (PMI®) 5001
Chlorhexadine (Hibitane) Wyeth Animal Health, Guelph, Ontario DIN 00245097
Atipamezole Hydrochloride(Antisedan) Orion Pharma DIN: 02237744

Riferimenti

  1. Krassioukov, A., Claydon, V. E. The clinical problems in cardiovascular control following spinal cord injury: an overview. Progress in brain research. 152, 223-229 (2006).
  2. Krassioukov, A. Autonomic function following cervical spinal cord injury. Respiratory physiology & neurobiology. 169, 157-164 (2009).
  3. Teasell, R. W., Arnold, J. M. O., Krassioukov, A., Delaney, G. A. Cardiovascular consequences of loss of supraspinal control of the sympathetic nervous system after spinal cord injury. Archives of physical medicine and rehabilitation. 81, 506-516 (2000).
  4. Alan, N., et al. Recurrent autonomic dysreflexia exacerbates vascular dysfunction after spinal cord injury. The Spine Journal. 10, 1108-1117 (2010).
  5. Eltorai, I., Kim, R., Vulpe, M., Kasravi, H., Ho, W. Fatal cerebral hemorrhage due to autonomic dysreflexia in a tetraplegic patient: case report and review. Spinal Cord. 30, 355-360 (1992).
  6. Pan, S. -. L., et al. Intracerebral hemorrhage secondary to autonomic dysreflexia in a young person with incomplete C8 tetraplegia: A case report. Archives of physical medicine and rehabilitation. 86, 591-593 (2005).
  7. Ho, C., Krassioukov, A. Autonomic dysreflexia and myocardial ischemia. Spinal cord. 48, 714-715 (2010).
  8. Wan, D., Krassioukov, A. V. Life-threatening outcomes associated with autonomic dysreflexia: A clinical review. The journal of spinal cord medicine. 37, 2-10 (2014).
  9. Mathias, C. J., Frankel, H. Cardiovascular control in spinal man. Annual review of physiology. 50, 577-592 (1988).
  10. Hubli, M., Krassioukov, A. V. Ambulatory Blood Pressure Monitoring in Spinal Cord Injury: Clinical Practicability. Journal of neurotrauma. 31, 789-797 (2014).
  11. Liu, N., Fougere, R., Zhou, M., Nigro, M., Krassioukov, A. Autonomic dysreflexia severity during urodynamics and cystoscopy in individuals with spinal cord injury. Spinal cord. 51, 863-867 (2013).
  12. Phillips, A. A., Elliott, S. L., Zheng, M. M., Krassioukov, A. V. Selective alpha adrenergic antagonist reduces severity of transient hypertension during sexual stimulation after spinal cord injury. Journal of neurotrauma. , (2014).
  13. Maiorov, D. N., Fehlings, M. G., Weaver, L. C., Krassioukov, A. V. Relationship between severity of spinal cord injury and abnormalities in neurogenic cardiovascular control in conscious rats. Journal of neurotrauma. 15, 365-374 (1998).
  14. Maiorov, D. N., Weaver, L. C., Krassioukov, A. V. Relationship between sympathetic activity and arterial pressure in conscious spinal rats. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 41, H625 (1997).
  15. Rabchevsky, A. G., et al. Effects of gabapentin on muscle spasticity and both induced as well as spontaneous autonomic dysreflexia after complete spinal cord injury. Frontiers in physiology. 3, (2012).
  16. Mayorov, D. N., Adams, M. A., Krassioukov, A. V. Telemetric blood pressure monitoring in conscious rats before and after compression injury of spinal cord. Journal of neurotrauma. 18, 727-736 (2001).
  17. Ramsey, J. B., et al. Care of rats with complete high-thoracic spinal cord injury. Journal of neurotrauma. 27, 1709-1722 (2010).
  18. Krassioukov, A. V., Furlan, J. C., Fehlings, M. G. Autonomic dysreflexia in acute spinal cord injury: an under-recognized clinical entity. Journal of neurotrauma. 20, 707-716 (2003).
  19. Krogh, K., Mosdal, C., Laurberg, S. Gastrointestinal and segmental colonic transit times in patients with acute and chronic spinal cord lesions. Spinal cord. 38, 615-621 (2000).
  20. Krassioukov, A. V., Johns, D. G., Schramm, L. P. Sensitivity of sympathetically correlated spinal interneurons, renal sympathetic nerve activity, and arterial pressure to somatic and visceral stimuli after chronic spinal injury. Journal of neurotrauma. 19, 1521-1529 (2002).
  21. Braga, V. A., Prabhakar, N. R. Refinement of telemetry for measuring blood pressure in conscious rats. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science: JAALAS. 48, 268 (2009).
  22. Whitesall, S. E., Hoff, J. B., Vollmer, A. P., D’Alecy, L. G. Comparison of simultaneous measurement of mouse systolic arterial blood pressure by radiotelemetry and tail-cuff methods. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 286, H2408-H2415 (2004).
check_url/it/52809?article_type=t

Play Video

Citazione di questo articolo
Popok, D., West, C., Frias, B., Krassioukov, A. V. Development of an Algorithm to Perform a Comprehensive Study of Autonomic Dysreflexia in Animals with High Spinal Cord Injury Using a Telemetry Device. J. Vis. Exp. (113), e52809, doi:10.3791/52809 (2016).

View Video