Utveckling av en algoritm för att göra en studie av Autonom dysreflexi i djur med hög ryggmärgsskada med hjälp av en telemetrienhet
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
Autonoma dysreflexi (AD) är en livshotande nödsituation hos individer efter akut eller kronisk ryggmärgsskada (SCI) på livmoderhalsen eller hög bröstkorg segment och kännetecknas vanligtvis av episoder av ihållande högt blodtryck och bradykardi en. AD huvudsakligen orsakas av störningar i fallande spinal vägar som vanligtvis ger input från supraspinala centra till spinal sympatiska preganglioniska nervceller som styr sympatisk aktivitet och kärltonus 1-4. AD episoder kännetecknas av en pigg i systoliskt blodtryck (SBP) upp till 300 mmHg och om de lämnas obehandlade kan leda till kramper, intrakraniell blödning, hjärtinfarkt och även dödsfall 5-8. En mängd olika skadliga och icke-skadliga stimuli fungera som en utlösare av AD, inklusive tarm och blåsa buk, spasmer, trycksår, urinblåsan kateterisering eller iatrogena förfaranden 9-12.
Den tidsmässiga utvecklingen av AD i response till SCI har undersökts i både humana 9 och djurmodeller 13,14. Typiskt för dessa studier har använt en "inducerad AD metoden (dvs urodynamik, penis vibrostimulations hos människor eller kolorektal utspänning hos djur) för att bestämma tids utveckling av AD. Ett sådant tillvägagångssätt begränsas av behovet av upprepade bedömningar vid enstaka tidpunkter som kan hindra en noggrann bestämning av den tidsmässiga utvecklingen av AD. Användningen av 24-tim blodtrycksmätning i människor gör mätningar serie blodtryck göras vid förutbestämda intervaller. Denna teknik har nyligen använts för att övervaka spontant förekommande AD hos patienter med kronisk SCI. I djurmodeller, är solid-state tryckgivare alltmer används för att kroniskt övervaka beat-by-slå arteriella blodtrycket. Nyligen Rabchesvky et al. (2012), utvecklat en algoritm som utvinns en sekund genomsnitt av medelartärtryck (MAP) end jämförs med en glidande medelvärde tröskel 15. Spontana AD händelser karakteriserades baserat på MAP toppar som är 10 mmHg eller mer över tröskeln samtidigt med en HR droppe 10 slag per minut eller mer.
Här en ny JAVA program som har en inbyggd AD Detection Algorithm presenteras. Denna algoritm fungerar genom att detektera förutbestämda mönster i det arteriella blodtrycket (ABP) och hjärtfrekvens (HR) som är indikativ för ett spontant förekommande AD händelse. Användaren kan manuellt justera alla indatavariabler programvaran så att "detekteringsalgoritmen" kan lätt anpassas till de specifika parametrarna av intresse. Mjukvaran kan även dichotomize ABP och HR i en given epok så att dygns rhythmicity av hemodynamiska parametrar kan analyseras 16. I föreliggande manuskript, är en detaljerad förklaring av den kirurgiska tekniken som används för att implantera telemetri enheter och genomföra SCI kirurgi. Expel är också försedda med avseende på de efterbehandlingskapacitet AD Detection programvara och hur kardiovaskulär funktion ändras efter SCI. För jämförande ändamål, metodik och resultat från en metod för inducerad AD kallas kolorektal utspänning (CRD) illustreras också.
Protocol
Representative Results
Discussion
Protokollet beskriver en närmare genomförandet av en ny mjukvaru JAVA plattform AD Detection som skulle kombineras med en telemetrienhet för en långsiktig grundlig analys av animaliska biprodukter i sci-djur (Figur 1B). Detta är det första program som gör det möjligt för karakterisering av ABP mönster för att detektera spontana AD händelser när de förekommer sporadiskt under hela dagen. En väl karakteriserad T3 SCI djurmodell kan illustrera funktionsförmåga av programvaran för att uppt…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna forskning om finansieras av Canadian Institute of Health Research och hjärta- och slaggrunden av BC och Yukon. Vi vill tacka för Mr Rayshad Gopaul och Dr. Shelly McErlane för teknisk support och expertis inom djurvård.
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).
