Прехиазматическая однократная инъекция аутологичной крови для индукции экспериментального субарахноидального кровоизлияния на крысиной модели
Summary
Субарахноидальное кровоизлияние продолжает нести высокое бремя смертности и заболеваемости человека. Для облегчения дальнейших исследований состояния и его патофизиологии представлена дохиазматическая модель однократной инъекции.
Abstract
Несмотря на успехи, достигнутые в лечении за последние десятилетия, субарахноидальное кровоизлияние (САК) по-прежнему несет на себе тяжелое бремя заболеваемости и смертности, в основном затрагивая довольно молодое население. Было разработано несколько моделей САК на животных для исследования патофизиологических механизмов, лежащих в основе САК, и для тестирования фармакологических вмешательств. Прехиазматическая модель однократной инъекции на крысах, представленная в этой статье, представляет собой экспериментальную модель САК с заданным объемом крови. Вкратце, животное обезболивают, интубируют и держат под искусственной вентиляцией легких. Температура регулируется с помощью грелки. Катетер помещается в хвостовую артерию, что позволяет непрерывно измерять артериальное давление, а также брать кровь. Атлантоокципитальная мембрана разрезается, и катетер для регистрации давления помещается в большую цистерну, чтобы обеспечить измерение внутримозгового давления. Этот катетер также может быть использован для интратекальных терапевтических вмешательств. Крысу помещают в стереотаксическую рамку, просверливают отверстие для заусенца спереди от брегмы, а через отверстие для заусенца вводят катетер и помещают прямо перед хиазмой зрительного нерва. Аутологичная кровь (0,3 мл) извлекается из хвостового катетера и вводится вручную. Это приводит к повышению внутримозгового давления и уменьшению мозгового кровотока. Животное держат под действием седативных препаратов в течение 30 минут и дают подкожный физиологический раствор и анальгетики. Животное экстубируют и возвращают в клетку. Дохиазматическая модель имеет высокую скорость воспроизводимости и ограниченную вариабельность между животными из-за заранее определенного объема крови. Он имитирует САК у людей, что делает его подходящей моделью для исследований САК.
Introduction
Нетравматическое субарахноидальное кровоизлияние (САК) является одной из форм инсульта, составляющей около 5% всех случаев. Наиболее распространенной причиной нетравматического САК является внезапный разрыв аневризмы (САК), на долю которого приходится 85% САК. Другие причины включают разрыв артериовенозной мальформации, коагулопатии и разрыв вен при перимезенцефальном кровоизлиянии1. Уровень заболеваемости составляет 9 на 100 000 человеко-лет, при этом смертность составляет примерно каждый третий, а другая треть требует поддержки повседневной жизни послеSAH 2,3.
После первоначальной стабилизации и подтверждения диагноза лечение зависит от тяжести кровоизлияния. Пациентам с наиболее тяжелыми заболеваниями будет вставлен внежелудочковый дренаж в желудочки для снижения внутримозгового давления (ВЧД), и они будут госпитализированы в отделение нейроинтенсивной терапии, где они будут находиться под пристальным наблюдением. Пациенты будут проходить ангиографию для выявления (вероятной) аневризмы, а затем аневризму скручивать или зажимать, чтобы предотвратить повторное кровотечение4. Несмотря на многочисленные испытания фармакологической терапии, только нимодипин, антагонист кальциевых каналов, показал улучшение исходов5. В настоящее время проводятся многочисленные клинические испытания. Пожалуйста, ознакомьтесь с обзором Дау и его коллег для получения обширного списка6.
Разрыв аневризмы был описан как внезапное начало самой сильной головной боли, которую когда-либо испытывали, или головной боли, вызванной ударом грома. Разрыв приводит к резкому повышению ВЧД с последующим снижением мозгового кровотока (КБФ). Это снижение приводит к глобальной ишемии мозга, что может привести к потере сознания. Этот более механистический путь, наряду с инициированным распадом экстравазированных элементов крови, приводит к высвобождению цитокинов и активации врожденной иммунной системы, что приводит к стерильному нейровоспалению. Кроме того, часто наблюдается разрушение гематоэнцефалического барьера, что приводит к отеку мозга и нарушению ионного гомеостаза. Все эти и другие изменения, названные ранней черепно-мозговой травмой (EBI), происходят в течение первых нескольких дней и приводят к потере нейронов и апоптозу7.
Примерно у 1/3 пациентов, страдающих аСАК, развивается отсроченная ишемия головного мозга (DCI) между 4-14 днями8. DCI определяется либо как дебют очагового, неврологического нарушения, либо как снижение минимум на два балла по шкале комы Глазго, продолжающееся не менее 1 часа, когда другие причины, включая судороги и повторное кровотечение, исключаются. DCI связан с повышенным риском смерти и снижением функционального исхода после aSAH9. Церебральный вазоспазм (CVS), сужение мозговых артерий, как известно, связан с DCI на протяжении десятилетий и ранее считался единственной причиной DCI. С тех пор было показано, что CVS может возникать без развития DCI, и с тех пор было выявлено больше факторов, включая микрососудистый тромбоз и сужение, корковую депрессию и воспалительную реакцию EBI10,11,12.
Из-за большого влияния EBI и DCI на течение заболевания и исход пациентов, животные модели должны имитировать их в максимально возможной степени, оставаясь при этом воспроизводимыми. Исследователи использовали широкий спектр различных моделей на различных животных, от мышей до приматов, чтобы попытаться смоделировать aSAH. Крысы дикого типа Sprague-Dawley и Wistar в настоящее время являются наиболее часто используемыми лабораторными животными, и наиболее распространенными моделями являются модель эндоваскулярной перфорации, модель двойной инъекции цистерна-магна и, наконец, прехиазматическая модель однократной инъекции, которая будет описана в этой статье13.
Дохиазматическая модель с одной инъекцией была первоначально разработана Прунеллом и его коллегами для противодействия некоторым недостаткам других экспериментальных моделей14. Операция, когда она освоена, обладает высокой воспроизводимостью и сводит к минимуму различия между животными. Модель имитирует САК у людей по нескольким пунктам, включая внезапный рост ВЧД после инъекции крови, что приводит к преходящей глобальной ишемии из-за падения CBF15,16. Он влияет на переднее кровообращение, где происходит большинство аСАК у людей17. Летальность колеблется от 10% до 33% в зависимости от исследования и количества введенной крови14,18. Отсроченная гибель клеток и нейровоспаление могут быть обнаружены на 2-й и 7-й день, что обеспечивает переменные для изучения последствий EBI и DCI19,20.
В исследовании представлено обновленное описание прехиазматической модели однократной инъекции у крыс, а также описание того, как использовать ICP-зонд в качестве порта для интратекального введения фармацевтических препаратов.
Protocol
Representative Results
Discussion
Прехиазматическая модель САК с однократной инъекцией имитирует несколько важных элементов САК человека, включая всплеск ВЧД, снижение CBF, транзиторную глобальную ишемию, активацию нейровоспалительных маркеров и CVS 14,15,16,18,19,20.<sup c…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Работа была поддержана Фондом Лундбека и Грантом передового опыта Лундбека (No R59-A5404). Спонсоры не играли никакой роли ни в одной части рукописи.
Materials
| 16 G peripheral vein catheter | BD Venflon | 393229 | Needle shortened, distal 1 cm curved. Wings removed |
| Anesthesia bell/ chamber | Unknown | ||
| Blood gas analyzer | Radiometer | ABL80 | |
| Blood pressure (BP) monitor | Adinstruments | ML117 | Connects to Powerlab |
| Curved forceps, 12 cm x 3 | F.S.T | 11001-12 | For anesthesia |
| Cylindrical pillow, 28 cm x 4 cm | Homemade | Made from surgical towels | |
| Data acquisition hardware | Adinstruments | ML870 Powerlab | |
| Data acquistion software | Adinstruments | LabChart 6.0 | |
| Drill | KMD | 1189 | |
| Drill controller | Silfradent | 300 IN | |
| Flexible light | Schott | KL200 | |
| Heating pad | Minco | 1135 | |
| Hypodermic needle, 20 G | KD Medical | 301300 | Connects to stereotaxic frame |
| ICP monitor | Adinstruments | ML117 | Connects to Powerlab |
| Isoflurane vaporizer | Ohmeda | TEC3 | |
| Laptop | Lenovo | T410 | |
| Laser doppler monitor | Adinstruments | ML191 | |
| Laser doppler probe | Oxford Optronics | MSF100XP | Connects to laser doppler monitor |
| Needle holder, 13 cm | F.S.T | 12001-13 | For anesthesia |
| Precision syringe, 0.025 mL | Hamilton | 547407 | |
| Stereotaxic frame | Kopf Instruments | M900 | |
| Surgical microscope | Carl Zeiss | F170 | |
| Suture needle | Allgaier | 1245 | For anesthesia |
| Temperaure controller | CWE,INC. | TC-1000 | |
| Transducer x 2 | Adinstruments | MLT0699 | Connects to BP and ICP monitor |
| Ventilator | Ugo Basile | 7025 | |
| Veterinary clipper | Aesculap | GT421 | |
| 3-pronged Blair retractor, 13.5 cm | Agnthos | 17022–13 | |
| Blunt Alm retractor | F.S.T | 17008-07 | |
| Curved forceps, 12 cm x 2 | F.S.T | 11001-12 | |
| Needle holder, 13 cm | F.S.T | 12001-13 | |
| Straight Dumont forceps, 11 cm | F.S.T | 11252-00 | |
| Straight Halsted-Mosquito hemostat x 2 | F.S.T | 13008-12 | |
| Straight Iris scissor, 9 cm | F.S.T | 14090-09 | |
| Straight Vannas scissor, 10.5 cm | F.S.T | 15018-10 | |
| Absorpable swabs | Kettenbach | 31603 | |
| Black silk thread, 4-0, 5 x 15 cm | Vömel | 14757 | |
| Bone wax | Aesculap | 1029754 | |
| Carbomer eye gel 2 mg/g | Paranova | ||
| Cotton swab | Heinz Herenz | WA-1 | |
| Cotton tipped applicator x 4 | Selefa | 120788 | |
| Hypodermic needle, 23 G x2 | KD Medical | 900284 | Connects to stopcock. Remove distal end |
| Hypodermic needle, 23 G x3 | KD Medical | 900284 | Remove distal end. 2 connects to stopcock, 1 to syringe |
| ICP probe: | Homemade | Made of the following: | |
| Polythene tubing, 20 mm | Smiths medical | 800/100/200 | Inner diameter (ID): 0.58 mm, Outer diameter (OD): 0.96 mm. |
| Silicone tubing, 10 mm | Fisher | 15202710 | ID: 0.76 mm, OD: 2.4 mm. |
| Silicone tubing, 2 mm | Fisher | 11716513 | ID: 1.0 mm, OD: 3.0 mm. |
| Micro hematocrit tubes | Brand | 7493 11 | |
| OP-towel, 45 cm x75 cm | Mölnlycke | 800430 | |
| PinPort adapter, 22 G | Instech | PNP3F22 | |
| PinPort injector | Instech | PNP3M | |
| Polythene tubing, 2 x 20 cm | Smiths medical | 800/100/200 | Connects to syringe. ID: 0.58 mm, OD: 0.96 mm. |
| Rubberband | Unknown | ||
| Scalpel, 10 blade | Kiato | 23110 | |
| Spinalneedle, 25 G x 3.5'' | Braun | 5405905-01 | |
| Stopcock system, Discofix x 2 | Braun | 16494C | Connects to transducer |
| Suture, 4-0, monofil, non-resorbable x 3 | Ethicon | EH7145H | |
| Syringe, 1 mL | BD Plastipak | 1710023 | |
| Syringe, luer-lock, 10 mL x 4 | BD Plastipak | 305959 | Connects to transducer |
| Tissue adhesive glue | 3M | 1469SB | |
| 0.5% Chlorhexidine spirit | Faaborg Pharma | 210918 | |
| Carprofen 50 mg/mL | ScanVet | 43715 | Diluted 1:10 |
| Isoflurane | Baxter | ||
| Isotonic saline | Amgros | 16404 | |
| Lidocaine-Adrenaline 10 mg/5 µg/mL | Amgros | 16318 |
Riferimenti
- van Gijn, J., Kerr, R. S., Rinkel, G. J. Subarachnoid haemorrhage. Lancet. 369 (9558), 306-318 (2007).
- de Rooij, N. K., Linn, F. H. H., vander Plas, J. A., Algra, A., Rinkel, G. J. E. Incidence of subarachnoid haemorrhage: a systematic review with emphasis on region, age, gender and time trends. Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. 78 (12), 1365-1372 (2007).
- Feigin, V. L., Lawes, C. M., Bennett, D. A., Barker-Collo, S. L., Parag, V. Worldwide stroke incidence and early case fatality reported in 56 population-based studies: a systematic review. The Lancet, Neurology. 8 (4), 355-369 (2009).
- Maher, M., Schweizer, T. A., Macdonald, R. L. Treatment of spontaneous subarachnoid hemorrhage: guidelines and gaps. Stroke. 51 (4), 1326-1332 (2020).
- Pickard, J. D., et al. Effect of oral nimodipine on cerebral infarction and outcome after subarachnoid haemorrhage: British aneurysm nimodipine trial. British Medical Journal (Clinical Research ed.). 298 (6674), 636-642 (1989).
- Daou, B. J., Koduri, S., Thompson, B. G., Chaudhary, N., Pandey, A. S. Clinical and experimental aspects of aneurysmal subarachnoid hemorrhage. CNS Neuroscience and Therapeutics. 25 (10), 1096-1112 (2019).
- Fujii, M., et al. Early brain injury, an evolving frontier in subarachnoid hemorrhage research. Translational Stroke Research. 4 (4), 432-446 (2013).
- Roos, Y. B., et al. Complications and outcome in patients with aneurysmal subarachnoid haemorrhage: A prospective hospital based cohort study in the Netherlands. Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. 68 (3), 337-341 (2000).
- Vergouwen, M. D. I., et al. Definition of delayed cerebral ischemia after aneurysmal subarachnoid hemorrhage as an outcome event in clinical trials and observational studies: proposal of a multidisciplinary research group. Stroke. 41 (10), 2391-2395 (2010).
- Brown, R. J., Kumar, A., Dhar, R., Sampson, T. R., Diringer, M. N. The relationship between delayed infarcts and angiographic vasospasm after aneurysmal subarachnoid hemorrhage. Neurosurgery. 72 (5), 702-707 (2013).
- Dhar, R., et al. Relationship between angiographic vasospasm and regional hypoperfusion in aneurysmal subarachnoid hemorrhage. Stroke. 43 (7), 1788-1794 (2012).
- Macdonald, R. L. Delayed neurological deterioration after subarachnoid haemorrhage. Nature Reviews. Neurology. 10 (1), 44-58 (2014).
- Marbacher, S., et al. Systematic review of in vivo animal models of subarachnoid hemorrhage: species, standard parameters, and outcomes. Translational Stroke Research. 10 (3), 250-258 (2019).
- Prunell, G. F., Mathiesen, T., Svendgaard, N. -. A. A new experimental model in rats for study of the pathophysiology of subarachnoid hemorrhage. Neuroreport. 13 (18), 2553-2556 (2002).
- Prunell, G. F., Mathiesen, T., Diemer, N. H., Svendgaard, N. A. Experimental subarachnoid hemorrhage: subarachnoid blood volume, mortality rate, neuronal death, cerebral blood flow, and perfusion pressure in three different rat models. Neurosurgery. 52 (1), 165-176 (2003).
- Prunell, G. F., et al. Experimental Subarachnoid Hemorrhage: Cerebral blood flow and brain metabolism during the acute phase in three different models in the rat. Neurosurgery. 54 (2), 426-437 (2004).
- Velthuis, B. K., et al. Subarachnoid hemorrhage: Aneurysm detection and preoperative evaluation with CT angiography. Radiology. 208 (2), 423-430 (1998).
- Leclerc, J. L., et al. A comparison of pathophysiology in humans and rodent models of subarachnoid hemorrhage. Frontiers in Molecular Neuroscience. 11, 71 (2018).
- Prunell, G. F., Svendgaard, N. A., Alkass, K., Mathiesen, T. Inflammation in the brain after experimental subarachnoid hemorrhage. Neurosurgery. 56 (5), 1082-1091 (2005).
- Prunell, G. F., Svendgaard, N. A., Alkass, K., Mathiesen, T. Delayed cell death related to acute cerebral blood flow changes following subarachnoid hemorrhage in the rat brain. Journal of Neurosurgery. 102 (6), 1046-1054 (2005).
- Spray, S., Haanes, K. A., Edvinsson, L., Johansson, S. E. Subacute phase of subarachnoid haemorrhage in female rats: increased intracranial pressure, vascular changes and impaired sensorimotor function. Microvascular Research. 135, 104127 (2020).
- Ansar, S., Vikman, P., Nielsen, M., Edvinsson, L. Cerebrovascular ETB, 5-HT1B, and AT1 receptor upregulation correlates with reduction in regional CBF after subarachnoid hemorrhage. American Journal of Physiology – Heart and Circulatory Physiology. 293 (6), 3750-3758 (2007).
- Hansen-Schwartz, J., et al. Subarachnoid hemorrhage enhances endothelin receptor expression and function in rat cerebral arteries. Neurosurgery. 52 (5), 1188-1194 (2003).
- Hayman, E. G., Wessell, A., Gerzanich, V., Sheth, K. N., Simard, J. M. Mechanisms of global cerebral edema formation in aneurysmal subarachnoid hemorrhage. Neurocritical Care. 26 (2), 301-310 (2017).
- Miyata, H., et al. Vasa vasorum formation is associated with rupture of intracranial aneurysms. Journal of Neurosurgery. , 1-11 (2019).
- Tada, Y., et al. Roles of hypertension in the rupture of intracranial aneurysms. Stroke. 45 (2), 579-586 (2014).
- Nuki, Y., et al. Elastase-induced intracranial aneurysms in hypertensive mice. Hypertension. 54 (6), 1337-1344 (1979).
- Marbacher, S., Wanderer, S., Strange, F., Grüter, B. E., Fandino, J. Saccular aneurysm models featuring growth and rupture: A systematic review. Brain Sciences. 10 (2), 101 (2020).
- Altay, O., et al. Isoflurane on brain inflammation. Neurobiology of Disease. 62, 365-371 (2014).
- Hockel, K., Trabold, R., Schöller, K., Török, E., Plesnila, N. Impact of anesthesia on pathophysiology and mortality following subarachnoid hemorrhage in rats. Experimental and Translational Stroke Medicine. 4 (1), 5 (2012).
- Kamp, M. A., et al. A Systematic and meta-analysis of mortality in experimental mouse models analyzing delayed cerebral ischemia after subarachnoid hemorrhage. Translational Stroke Research. 8 (3), 206-219 (2017).
- Povlsen, G. K., Johansson, S. E., Larsen, C. C., Samraj, A. K., Edvinsson, L. Early events triggering delayed vasoconstrictor receptor upregulation and cerebral ischemia after subarachnoid hemorrhage. BMC Neuroscience. 14, 34 (2013).
