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Medicina

レーザードップラー流量測定を用いたラットにおける脳血流自動調節の評価

Published: January 19, 2020
doi:
10.3791/60540
, , ,
1Department of Physiology,Medical College of Wisconsin

Summary

この記事では、レーザードップラー流量測定法を使用して、動脈血圧の低下中に血流を調節する脳循環の能力を評価する。

Abstract

脳血流を調節する身体のメカニズムを調べるとき、レーザードップラー流量測定法(LDF)を用いて微小循環血流の相対的な測定が得られる。本論文では、頭蓋骨を貫通したり、チャンバーや大脳の窓を設置することなく、脳血流を評価できる閉じた頭蓋骨製剤を示す。自動車調節機構を評価するために、等級出血による制御血圧低下のモデルを利用しながら、同時にLDFを採用することができる。これにより、循環血液量の離脱によって生じる動脈血圧の低下に応じて、血流の相対的な変化をリアルタイムで追跡することができます。このパラダイムは、動脈血圧の低下時に脳血流自動調節を研究する貴重なアプローチであり、プロトコルのわずかな変更を伴い、出血性ショックの実験モデルとしても価値がある。LDFは、自律応答の評価に加えて、代謝、筋原性、内皮、体液、または脳血流を調節する神経機構および様々な実験の影響を調べる際の皮質血流を監視するために使用することができる脳血流の介入と病理学的状態。

Introduction

脳循環における自己調節機構は、脳内の恒常性と正常な機能を維持する上で重要な役割を果たす。脳血流の自己調節は、心拍数、血速、灌流圧、脳抵抗動脈の直径、および微小循環抵抗を含む複数の要因によって影響を受け、そのすべてが全身血圧の生理学的範囲にわたって脳内の全脳血流を一定に維持する役割を果たす。動脈圧が上昇すると、これらのメカニズムは、頭蓋内圧の危険な増加を防ぐために動脈および抵抗動脈を収縮させる。動脈血圧が低下すると、局所制御機構は動脈を拡張して組織灌流およびO2送達を維持する。高カプニア、外傷性または世界的な低酸素脳損傷、および糖尿病性微小血管障害1、2、3、4、5、6などの様々な病理学的状態は、その血流を自動調節する脳の能力を破壊する可能性がある。例えば、慢性高血圧は、有効な自制態の範囲を高圧7、8、9にシフトし、高塩(HS)食生活は、脳微小循環10における正常な内皮依存性拡張を妨げるだけでなく、動脈圧が低下した場合に組織の灌流を拡張および維持する脳循環における自制機構の能力を損なう。脳の自動調節はまた、彼らがHS食12を与えられるとき、ダール塩感受性ラットで損なわれる。

動脈圧の低下の間に、脳抵抗性動脈および動脈の拡張は、最初は、灌流圧の低下にもかかわらず、制御値に脳血流を返す。動脈圧がさらに低下するにつれて、血管系が低圧で血流を維持するために拡張できなくなるまで、脳血流は低圧(対指圧応答の高原相)で一定のままである。臓器が正常な血流を維持できる最低圧は、自己調節(LLA)の下限と呼ばれます。LLA以下の圧力では、脳血流は安静値から有意に減少し、動脈灌流圧力13、14の減少のたびに直線的に減少する。LLAの上向きのシフトは、高血圧7、8、9で観察されるように、動脈灌流圧が低下する条件(例えば、心筋梗塞、虚血性脳卒中、または循環ショック)の間に虚血性損傷のリスクおよび重症度を増加させる可能性がある。

LDFは、脳循環11、14、15における血流の自動調節を含む様々な状況下で微小循環中の血流を評価する非常に貴重なアプローチであることが証明されている。LDFは、自律応答の評価に加えて、代謝、筋原性、内皮、体液、または脳血流を調節する神経機構および脳血流に対する様々な実験的介入および病理学的状態の影響を調べる際の皮質血流を監視するために使用することができる。

LDFは、移動粒子の数と速度(この場合は赤血球)に応じて、反射レーザー光のシフトを測定します。脳血管自動調節の研究では、動脈血圧を増加させるためにα-アドレナリン作動異常者の注入のいずれかによって動脈血圧が変化する(脳循環自体がα-アドレナリン血管収縮症に対して感受性が低いため)12、15、または制御された血液量を介して動脈圧を低下させる11、14。本研究では、LDFは、健康なラットにおける脳の自己調節に対する血圧の等級減少の影響を実証するために利用される。文献22、23、24、25に開閉した頭蓋骨の方法が記載されているが、本論文は、頭蓋骨を貫通したり、チャンバーまたは大脳窓を設置することなく脳血流を評価することを可能にする、閉じた頭蓋骨製剤を示す。

Protocol

ウィスコンシン州立医科大学機関動物利用委員会(IACUC)は、この論文に記載されているすべてのプロトコルを承認し、すべての手順は国立衛生研究所(NIH)実験動物福祉局(OLAW)に準拠しています。規制。 1. 実験動物と記録準備 体重250~300gの8~12週齢の雄のスプレイグ・ドーリーラットを使用する。これらの実験では、0.4%NaCl、200 g/kgカゼイン、3 g/kg DL-メチオニン、497.77 …

Representative Results

図2は、10匹の男性スプレイグ・ドーリーラットに与えられた標準的な実験室チャウで行われた実験の結果をまとめたものである。これらの実験では、平均LCBFは、平均動脈圧がLLAに達するまで、最初の3つの血液量の引き出しに続く前出血値の20%以内に維持された。LLA以下の圧力でのその後の血液量の引き出しは、LCBFの進行性の低下を引き起こし、脳循環が低い灌流圧力?…

Discussion

レーザードップラーフローメトリー(LDF)による組織血流応答の評価上述したように、LDF信号は、移動粒子の数および速度に比例し、この場合RBCは、微小循環において行う。異なる器官におけるLDF測定値は、電磁流量計および放射性微小球30などの確立された方法によって評価される全臓器血流と十分に相関しており、一般に、カニューリン状動脈製剤10、…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

著者たちは、この研究を完了し、原稿を準備する際に彼らの優れた支援をしてくれたカリー・コザック、メーガン・スタンプ、ジャック・ブルリスに心から感謝しています。補助金サポート: NIH #R01-HL128242、#R21-OD018309、および #R21-OD024781。

Materials

3-0 braided black silk suture Midwest Vet 193.73000.2
Arterial Pressure Transducer Merit Medical 041516504A
Automated Data Acquisition Systems (WINDAQ & BIOPAC system) DATAQ Instruments
Blood Pressure Display Unit Stoelting 50115
Circulating warm water pump Gaymar Industries T-pump
End-tidal CO2 monitor Stoelting Capstar-100
Heparin Sodium Midwest Vet 191.46720.3
Kimwipe Fisher Scientific 06-666A
Laser Doppler Flow Meter Perimed PeriFlux 5000 LDPM
Laser Doppler Refill Motility Standard Perimed PF1001
Polyethylene Tubing (PE240) (for trachea cannula) VWR 63018-828
Polyethylene Tubing (PE50) (for femoral catheters) VWR 63019-048
Rodent Ventilator Cwe/Stoelting SAR-830/P
Saline Midwest Vet 193.74504.3
Sprague-Dawley Outbred Rats Variable N/A Rats were ordered from various companies
Standard Rat Chow Dyets, Inc. 113755
Stereotaxic Instrument Cwe/Stoelting Clasic Lab Standard
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Keywords: Laser Doppler FlowmetryCerebral Blood Flow AutoregulationRatNon-invasiveBlood PressureVascular BedsFemoral ArteryCannulaAnesthesiaShavingDisinfectionSuturesLigation
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Allen, L. A., Terashvili, M., Gifford, A., Lombard, J. H. Evaluation of Cerebral Blood Flow Autoregulation in the Rat Using Laser Doppler Flowmetry. J. Vis. Exp. (155), e60540, doi:10.3791/60540 (2020).
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