De ontwikkeling van een algoritme om een uitgebreide studie van Autonomic dysreflexie in Dieren voeren met hoge Spinal Cord Injury Met behulp van een telemetrie-apparaat
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
Autonome dysreflexie (AD) is een levensbedreigende noodsituatie patiënten na acute of chronische ruggenmergletsel (SCI) en cervicale of high-thoracale segmenten en wordt gewoonlijk gekenmerkt door episoden van aanhoudende hypertensie en bradycardie 1. AD wordt voornamelijk veroorzaakt door een verstoring van de dalende spinale routes die gewoonlijk een input van supraspinale centra naar de spinale sympathische preganglionic neuronen die sympathische activiteit en vasculaire tonus 1-4 te regelen. AD episodes worden gekenmerkt door een piek in de systolische bloeddruk (SBP) tot 300 mmHg en indien onbehandeld kan leiden tot convulsies, intracraniële bloeding, myocardinfarct, en zelfs de dood 5-8. Een verscheidenheid van schadelijke en niet-schadelijke stimuli fungeren als een trigger van AD, met inbegrip van darmen en blaas buik, krampen, decubitus, urineblaas catheterisatie of iatrogene procedures 9-12.
De temporele ontwikkeling van AD in response SCI is onderzocht in zowel humane 9 en diermodellen 13,14. Typisch deze studies hebben een 'geïnduceerde AD' gebruikte methode (dat wil zeggen, urodynamica, penis vibrostimulations bij mensen of colorectale distensie bij dieren) naar de temporele ontwikkeling van de advertentie te bepalen. Een dergelijke benadering wordt beperkt door de noodzaak voor herhaalde evaluaties op geïsoleerde tijdstippen dat een nauwkeurige bepaling van de temporele ontwikkeling van AD kan voorkomen. Het gebruik van 24-uurs controle van de bloeddruk bij mensen mogelijk maakt seriële bloeddrukmetingen te worden gemaakt op vooraf bepaalde tijdstippen. Deze techniek is onlangs gebruikt om spontaan optredende AD bij patiënten met chronische SCI controleren. In diermodellen, zijn solid-state druksensoren steeds meer gebruikt om chronisch controleren beat-by-sloeg de arteriële bloeddruk. Recentelijk Rabchesvky et al. (2012), ontwikkelde een algoritme dat een tweede gemiddelde van de gemiddelde arteriële druk geëxtraheerd (MAP) eend vergeleken met een voortschrijdend gemiddelde drempel 15. Spontane AD evenementen werden gekenmerkt gebaseerd op MAP pieken die 10 mmHg zijn of meer boven de drempel gelijktijdig met een HR daling van 10 slagen per minuut of meer.
Hier een roman JAVA software die een heeft opgebouwd in AD Detection algoritme wordt gepresenteerd. Dit algoritme werkt door het detecteren van vooraf bepaalde patronen in arteriële bloeddruk (ABP) en hartslag (HR) die indicatief is voor een spontaan optredende AD evenement. De gebruiker kan alle invoervariabelen zelf zodanig aanpassen dat de software zodanig dat de "algoritme" gemakkelijk kan worden aangepast aan de specifieke parameters van belang. De software kan ook ABP en HR dichotomize in een bepaalde periode zodat dagelijkse ritme van hemodynamische parameters kunnen worden geanalyseerd 16. In dit manuscript wordt een gedetailleerde uitleg gegeven van de chirurgische techniek die wordt gebruikt om de telemetrietoestellen implanteren en leidt de SCI operatie. Examples worden ook gegeven met betrekking tot de post-verwerkingsmogelijkheden van de AD Detection software en hoe cardiovasculaire functie veranderd na SCI. Ter vergelijking, de methodologie en de resultaten verkregen uit een werkwijze geïnduceerde AD bekend als colorectale opzwelling (CRD) wordt ook getoond.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het protocol wordt een gedetailleerde uitvoering van een nieuwe JAVA platform AD detectie software die worden gecombineerd met een telemetrie-inrichting voor een langdurige grondige analyse van ABP in SCI-dieren (Figuur 1B). Dit is de eerste software waarmee de karakterisering van ABP patronen spontane gebeurtenissen AD detecteren ze sporadisch gedurende de looptijd van de dag optreden. Een goed gekarakteriseerd T3 SCI diermodellen de functionele capaciteit van de software illustreren de frequentie, pre…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit onderzoek indien gefinancierd door het Canadese Institute of Health Research en de Heart and Stroke Foundation van BC en Yukon. Wij willen graag aan de heer Rayshad Gopaul en Dr. Shelly McErlane erkennen voor de technische ondersteuning en expertise in verzorging van dieren.
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
- 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).
- Krassioukov, A. Autonomic function following cervical spinal cord injury. Respiratory physiology & neurobiology. 169, 157-164 (2009).
- 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).
- Alan, N., et al. Recurrent autonomic dysreflexia exacerbates vascular dysfunction after spinal cord injury. The Spine Journal. 10, 1108-1117 (2010).
- 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).
- 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).
- Ho, C., Krassioukov, A. Autonomic dysreflexia and myocardial ischemia. Spinal cord. 48, 714-715 (2010).
- 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).
- Mathias, C. J., Frankel, H. Cardiovascular control in spinal man. Annual review of physiology. 50, 577-592 (1988).
- Hubli, M., Krassioukov, A. V. Ambulatory Blood Pressure Monitoring in Spinal Cord Injury: Clinical Practicability. Journal of neurotrauma. 31, 789-797 (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Ramsey, J. B., et al. Care of rats with complete high-thoracic spinal cord injury. Journal of neurotrauma. 27, 1709-1722 (2010).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
