Laser Doppler Perfusion Imaging in de hindlimb van de muis
Summary
Hier presenteren we een protocol dat de techniek en noodzakelijke controles demonstreert voor Laser Doppler perfusiebeeldvorming om de bloedstroom in de achterpoten van de muis te meten.
Abstract
Bloedstroomherstel is een kritische uitkomstmaat na experimentele hindlimb ischemie of ischemie-reperfusie. Laser Doppler perfusion imaging (LDPI) is een veelgebruikte, niet-invasieve, herhaalbare methode voor het beoordelen van het herstel van de bloedstroom. De techniek berekent de totale bloedstroom in het bemonsterde weefsel van de Doppler-verschuiving in frequentie veroorzaakt wanneer een laser bewegende rode bloedcellen raakt. Metingen worden uitgedrukt in willekeurige perfusie-eenheden, dus de contralaterale niet-ingegrepen op het been wordt meestal gebruikt om metingen te helpen controleren. Meetdiepte ligt tussen 0,3-1 mm; voor hindlimb ischemie betekent dit dat dermale perfusie wordt beoordeeld. Huidperfusie is afhankelijk van verschillende factoren – het belangrijkste is de huidtemperatuur en het verdovingsmiddel, dat zorgvuldig moet worden gecontroleerd om betrouwbare metingen te kunnen opleveren. Bovendien kan haar- en huidpigmentatie het vermogen van de laser veranderen om de dermis te bereiken of door te dringen. Dit artikel demonstreert de techniek van LDPI in de muis hindlimb.
Introduction
Huidzweren met onvoldoende wondgenezing is een belangrijke oorzaak van amputaties bij menselijke patiënten1. Adequate wondgenezing vereist hogere niveaus van arteriële perfusie dan nodig is om een intacte huid te behouden, die wordt aangetast bij patiënten met perifere arteriële ziekte2,3,4. Verschillende andere rheumatologische aandoeningen en diabetes kunnen ook leiden tot een verstoorde en ontoereikende huidmicrocirculatie om wonden te genezen5,6. Veel diabetespatiënten hebben gelijktijdige perifere arteriële aandoeningen, waardoor ze een bijzonder hoog risico lopen op amputatie. Laser Doppler perfusie beeldvorming (LDPI) wordt gebruikt in klinische situaties om de microcirculatie van de huid te evalueren, evenals in onderzoekssituaties om de bloedstroom en het herstel van de bloedstroom te evalueren na experimentele hindlimb ischemie, ischemie-reperfusie en microchirurgische flaps7.
Het LDPI-systeem projecteert een laagvermogen laserstraal die wordt afgebogen door een scanspiegel om zich over een interessant gebied te bewegen. Dit verschilt van Laser Doppler flowmetrie, die een perfusiemeting biedt voor het kleine weefselgebied dat in direct contact staat met de flowmetriesonde8. Wanneer de laserstraal interageert met bewegend bloed in het microvasculatuur, ondergaat het een Doppler-frequentieverschuiving, die door de scanner wordt gedetecteerd en omgezet in willekeurige perfusie-eenheden. Omdat LDPI een op licht gebaseerde techniek is, is deze beperkt in termen van penetratiediepte tot 0,3-1 mm, wat betekent dat voor het grootste deel dermale perfusie wordt beoordeeld7. De huidstroom kan worden gewijzigd door de huidtemperatuur en het sympathische zenuwstelsel, dat kan worden beïnvloed door verschillende verdovende middelen9. Metingen van de optische laser worden ook beïnvloed door omgevingslichtomstandigheden, huidpigmentatie en kunnen worden geblokkeerd door een overtolkend bont of haar7.
LDPI is de meest gebruikte onderzoekstechniek om perfusieherstel na ischemie te controleren, omdat het niet-invasief is, geen contrasttoediening vereist en snelle scantijden heeft waarmee gegevens over meerdere dieren kunnen wordenverzameling. Dit maakt het ideaal om te helpen bepalen of behandelingen gericht op therapeutische arteriogenese of angiogenese effectief zijn in modellen voor kleine dieren. Het herstel van de bloedstroom na hindlimb ischemie zoals gemeten door LDPI correleert goed met de ontwikkeling van de collaterale slagader wanneer beoordeeld met andere middelen zoals Microfil casting of micro-CT10,11. Het doel van dit protocol is om de beoordeling van hindlimbperfusie met behulp van LDPI aan te tonen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Consistente techniek is van cruciaal belang voor het verkrijgen van betrouwbare resultaten met LDPI. Dezelfde verdoving, temperatuurinstellingen, muispositie en interessegebied moeten gedurende de hele tijd worden gebruikt. Verschillende anesthesiemiddelen resulteren in hogere of lagere perfusiewaarden9. Isofluraan anesthesie is handig vanwege het snelle begin en de opkomst, evenals de algehele veiligheid. Een consistent percentage isofluraan moet worden gebruikt als diepte van anesthesie met dit …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd uitgevoerd met behulp van faciliteiten en middelen in het VA Puget Sound Health Care Center. Het werk is dat van de auteur en weerspiegelt niet noodzakelijkerwijs de positie of het beleid van het Department of Veterans Affairs of de regering van de Verenigde Staten. Dr Tang wordt momenteel gefinancierd via de VA (Merit 5 I01 BX004975-02).
Materials
| Black nonreflective material | Fabric store, black neoprene recommended by company | ||
| F/air cannister | A.M. Bickford Inc | 80120 | |
| Homeothermic blanket with rigid metal probe | Harvard Apparatus | Also comes with flexible probe, but this is less durable | |
| Isoflurane Anesthesia machine | Drager | Multiple manufacturers | |
| Isoflurane induction chamber | VetEquip | 941444 | 2 L chamber |
| Moor laser Doppler perfusion imager | Moor Instruments | MoorLDI2-IR | Higher resolution imager (MoorLDI2-HIR) |
| Mouse Anesthesia nose cone | Multiple manufacturers | ||
| Nair | Nair | ||
| Oxygen tank | Multiple manufacturers | ||
| Surgilube | Multiple distributors |
References
- Varma, P., Stineman, M. G., Dillingham, T. R. Epidemiology of limb loss. Physical Medicine and Rehabilitation Clinics of North America. 25 (1), 1-8 (2014).
- Farber, A. Chronic Limb-Threatening Ischemia. New England Journal of Medicine. 379 (2), 171-180 (2018).
- Abularrage, C. J., et al. Evaluation of the microcirculation in vascular disease. Journal of Vascular Surgery. 42 (3), 574-581 (2005).
- Houben, A., Martens, R. J. H., Stehouwer, C. D. A. Assessing Microvascular Function in Humans from a Chronic Disease Perspective. Journal of the American Society of Nephrology. 28 (12), 3461-3472 (2017).
- Mahe, G., Humeau-Heurtier, A., Durand, S., Leftheriotis, G., Abraham, P. Assessment of skin microvascular function and dysfunction with laser speckle contrast imaging. Circulation: Cardiovascular Imaging. 5 (1), 155-163 (2012).
- Murray, A. K., Herrick, A. L., King, T. A. Laser Doppler imaging: a developing technique for application in the rheumatic diseases. Rheumatology (Oxford). 43 (10), 1210-1218 (2004).
- Greco, A., et al. Repeatability, reproducibility and standardisation of a laser Doppler imaging technique for the evaluation of normal mouse hindlimb perfusion. Sensors (Basel). 13 (1), 500-515 (2012).
- Sonmez, T. T., et al. A novel laser-Doppler flowmetry assisted murine model of acute hindlimb ischemia-reperfusion for free flap research. PLoS One. 8 (6), 66498 (2013).
- Gargiulo, S., et al. Effects of some anesthetic agents on skin microcirculation evaluated by laser Doppler perfusion imaging in mice. BMC Veterinary Research. 9, 255 (2013).
- Ankri-Eliahoo, G., Weitz, K., Cox, T. C., Tang, G. L. p27(kip1) Knockout enhances collateralization in response to hindlimb ischemia. Journal of Vascular Surgery. 63 (5), 1351-1359 (2016).
- McEnaney, R. M., Shukla, A., Madigan, M. C., Sachdev, U., Tzeng, E. P2Y2 nucleotide receptor mediates arteriogenesis in a murine model of hind limb ischemia. Journal of Vascular Surgery. 63 (1), 216-225 (2016).
- Padgett, M. E., McCord, T. J., McClung, J. M., Kontos, C. D. Methods for Acute and Subacute Murine Hindlimb Ischemia. Journal of Visualized Experiments. (112), e54166 (2016).
- Niiyama, H., Huang, N. F., Rollins, M. D., Cooke, J. P. Murine model of hindlimb ischemia. Journal of Visualized Experiments. (23), e1035 (2009).
- Chalothorn, D., Faber, J. E. Strain-dependent variation in collateral circulatory function in mouse hindlimb. Physiological Genomics. 42 (3), 469-479 (2010).
- Helisch, A., et al. Impact of mouse strain differences in innate hindlimb collateral vasculature. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 26 (3), 520-526 (2006).
- Faber, J. E., et al. Aging causes collateral rarefaction and increased severity of ischemic injury in multiple tissues. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 31 (8), 1748-1756 (2011).
- Forrester, K. R., Stewart, C., Tulip, J., Leonard, C., Bray, R. C. Comparison of laser speckle and laser Doppler perfusion imaging: measurement in human skin and rabbit articular tissue. Medical & Biological Engineering & Computing. 40 (6), 687-697 (2002).
- Briers, J. D. Laser Doppler, speckle and related techniques for blood perfusion mapping and imaging. Physiological Measurement. 22 (4), 35-66 (2001).
- Heeman, W., Steenbergen, W., van Dam, G., Boerma, E. C. Clinical applications of laser speckle contrast imaging: a review. Journal of Biomedical Optics. 24 (8), 1-11 (2019).
- Nguyen, T., Davidson, B. P. Contrast Enhanced Ultrasound Perfusion Imaging in Skeletal Muscle. Journal of Cardiovascular Imaging. 27 (3), 163-177 (2019).
- Zaccagnini, G., et al. Magnetic Resonance Imaging Allows the Evaluation of Tissue Damage and Regeneration in a Mouse Model of Critical Limb Ischemia. PLoS One. 10 (11), 0142111 (2015).
- Penuelas, I., et al. PET as a measurement of hindlimb perfusion in a mouse model of peripheral artery occlusive disease. Journal of Nuclear Medicine. 48 (13), 1216-1223 (2007).
- Jia, Y., Qin, J., Zhi, Z., Wang, R. K. Ultrahigh sensitive optical microangiography reveals depth-resolved microcirculation and its longitudinal response to prolonged ischemic event within skeletal muscles in mice. Journal of Biomedical Optics. 16 (8), 086004 (2011).
- Turaihi, A. H., et al. Combined Intravital Microscopy and Contrast-enhanced Ultrasonography of the Mouse Hindlimb to Study Insulin-induced Vasodilation and Muscle Perfusion. Journal of Visualized Experiments. (121), e54912 (2017).
- Liu, C., et al. Enhanced autophagy alleviates injury during hindlimb ischemia/reperfusion in mice. Experimental and Therapeutic Medicine. 18 (3), 1669-1676 (2019).
- Liu, D. L., Svanberg, K., Wang, I., Andersson-Engels, S., Svanberg, S. Laser Doppler perfusion imaging: new technique for determination of perfusion and reperfusion of splanchnic organs and tumor tissue. Lasers in Surgery and Medicine. 20 (4), 473-479 (1997).
- 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).
- Zhang, D., Li, S., Wang, S., Ma, H. An evaluation of the effect of a gastric ischemia-reperfusion model with laser Doppler blood perfusion imaging. Lasers in Medical Science. 21 (4), 224-228 (2006).
- Fitzal, F., et al. Circulatory changes after prolonged ischemia in the epigastric flap. Journal of Reconstructive Microsurgery. 17 (7), 535-543 (2001).
