Bir sıçan modelinde deneysel subaraknoid kanamayı indüklemek için kiazmatik öncesi, tek otolog kan enjeksiyonu
Summary
Subaraknoid kanama insanda yüksek mortalite ve morbidite yükü taşımaya devam etmektedir. Durum ve patofizyolojisi hakkında daha fazla araştırmayı kolaylaştırmak için, kiazmatik öncesi, tek enjeksiyon modeli sunulmaktadır.
Abstract
Son yıllarda tedavideki ilerlemelere rağmen, subaraknoid kanama (SAK), oldukça genç bir nüfusu büyük ölçüde etkileyen yüksek bir morbidite ve mortalite yükü taşımaya devam etmektedir. SAK’ın arkasındaki patofizyolojik mekanizmaları araştırmak ve farmakolojik müdahaleleri test etmek için çeşitli SAH hayvan modelleri geliştirilmiştir. Bu makalede sunulan sıçandaki kiazmatik öncesi, tek enjeksiyon modeli, önceden belirlenmiş bir kan hacmine sahip deneysel bir SAH modelidir. Kısaca, hayvan uyuşturulur, entübe edilir ve mekanik ventilasyon altında tutulur. Sıcaklık bir ısıtma yastığı ile düzenlenir. Kuyruk arterine bir kateter yerleştirilerek sürekli kan basıncı ölçümünün yanı sıra kan örneklemesi de sağlanır. Atlantooksipital membran kesilir ve intraserebral basınç ölçümünü sağlamak için cisterna magna’ya basınç kaydı için bir kateter yerleştirilir. Bu kateter intratekal terapötik müdahaleler için de kullanılabilir. Sıçan stereotaksik bir çerçeveye yerleştirilir, bregmanın önünden bir çapak deliği açılır ve çapak deliğinden bir kateter yerleştirilir ve optik kiazmın hemen önüne yerleştirilir. Otolog kan (0.3 mL) kuyruk kateterinden çekilir ve manuel olarak enjekte edilir. Bu, intraserebral basıncın yükselmesine ve serebral kan akışının azalmasına neden olur. Hayvan 30 dakika boyunca yatıştırılır ve deri altı salin ve analjezikler verilir. Hayvan ekstübe edilir ve kafesine geri gönderilir. Ön kiazmatik model, önceden belirlenmiş kan hacmi nedeniyle yüksek bir tekrarlanabilirlik oranına ve hayvanlar arasında sınırlı bir varyasyona sahiptir. İnsanlarda SAH’ı taklit eder, bu da onu SAH araştırması için uygun bir model haline getirir.
Introduction
Travmatik olmayan subaraknoid kanama (SAK), tüm vakaların yaklaşık% 5’ini temsil eden bir inme şeklidir. Travmatik olmayan SAK’ın en yaygın nedeni, SAH’ların% 85’ini oluşturan bir anevrizmanın (aSAH) ani rüptürüdür. Diğer nedenler arasında arteriyo-venöz malformasyonun rüptürü, koagülopatiler ve perimezensefalik kanamada ven rüptürüsayılabilir 1. İnsidans oranı 100.000 kişi-yılda 9’dur ve mortalite yaklaşık üçte biri ve diğer üçte biri SAH 2,3’ü takiben günlük yaşamın desteğini gerektirir.
İlk stabilizasyon ve tanı onayını takiben, tedavi kanamanın ciddiyetine bağlıdır. En ciddi şekilde etkilenen hastalar, intraserebral basıncı (ICP) azaltmak için ventriküllere yerleştirilen ekstraventriküler bir drene sahip olacak ve yakından izlendikleri nöroyoğun bakım ünitesine kabul edilecektir. Hastalar (olası) anevrizmayı tanımlamak için bir anjiyografiye tabi tutulacak ve daha sonra yeniden kanamayı önlemek için anevrizmayı saracak veya kırpacaktır4. Farmakolojik tedavilerin sayısız denemesine rağmen, sadece bir kalsiyum kanalı antagonisti olan nimodipinin sonuçları iyileştirdiği gösterilmiştir5. Şu anda çoklu klinik çalışmalar devam etmektedir. Kapsamlı bir liste için lütfen Daou ve meslektaşları tarafından yapılan incelemeye bakın6.
Bir anevrizmanın yırtılması, şimdiye kadar yaşanan en kötü baş ağrısının ani başlangıcı veya gök gürültüsü baş ağrısı olarak tanımlanmıştır. Rüptür, ICP’de dik bir artışa ve ardından serebral kan akışında (CBF) bir azalmaya neden olur. Bu azalma, beynin küresel iskemisi ile sonuçlanır ve bu da bilinç kaybına neden olabilir. Bu daha mekanik yolak, ekstravaze edilmiş kan elementlerinin parçalanmaya başlamasıyla birlikte, steril nöroinflamasyonla sonuçlanan doğuştan gelen bağışıklık sisteminin sitokin salınımına ve aktivasyonuna yol açar. Ayrıca, iyon homeostazında serebral ödem ve rahatsızlık ile sonuçlanan kan-beyin bariyerinin bozulması sıklıkla gözlenir. Tüm bu değişiklikler ve daha fazlası, erken beyin hasarı (EBI) olarak adlandırılır, ilk birkaç gün içinde ortaya çıkar ve nöronal kayıp ve apoptoz ile sonuçlanır7.
ASAH’tan etkilenen hastaların yaklaşık 1/3’ünde 4-14. günler arasında gecikmiş serebral iskemi (DCI) gelişecektir8. DCI, nöbetler ve yeniden kanama dahil olmak üzere diğer nedenler hariç tutulduğunda, fokal, nörolojik bir bozukluğun başlangıcı veya Glasgow koma ölçeğinde en az 1 saat süren en az iki puanlık bir düşüş olarak tanımlanır. DCI, aSAH9’u takiben artmış ölüm riski ve azalmış fonksiyonel sonuç ile ilişkilidir. Serebral arterlerin daralması olan serebral vazospazmın (CVS), on yıllardır DCI ile ilişkili olduğu bilinmektedir ve eskiden DCI’nın tek nedeni olduğu düşünülmektedir. O zamandan beri CVS’nin DCI gelişmeden ortaya çıkabileceği gösterilmiştir ve mikrovasküler tromboz ve daralma, kortikal yayılan depresyon ve EBI’nin enflamatuar yanıtı dahil olmak üzere daha fazla faktör tanımlanmıştır10,11,12.
EBI ve DCI’nın hastalığın seyri ve etkilenen hastaların sonuçları üzerindeki büyük etkisi nedeniyle, hayvan modellerinin bunları mümkün olan en yüksek dereceye kadar taklit etmesi ve yine de tekrarlanabilir olması gerekir. Araştırmacılar, aSAH’ı denemek ve simüle etmek için farelerden insan olmayan primatlara kadar çeşitli hayvanlarda çok çeşitli farklı modeller kullandılar. Sprague-Dawley ve Wistar vahşi tip sıçanlar şu anda en sık kullanılan laboratuvar hayvanlarıdır ve en yaygın modeller endovasküler perforasyon modeli, cisterna-magna çift enjeksiyon modeli ve son olarak bu makale13’te açıklanacak olan kiazmatik öncesi tek enjeksiyon modelidir.
Kiazmatik öncesi, tek enjeksiyon modeli başlangıçta Prunell ve meslektaşları tarafından diğer deneysel modellerin bazı eksikliklerine karşı koymak için geliştirilmiştir14. Ameliyat, ustalaşıldığında, oldukça tekrarlanabilir ve hayvanlar arasındaki çeşitliliği en aza indirir. Model, insanlarda SAH’ı, kan enjeksiyonunu takiben ICP’deki ani artış da dahil olmak üzere birçok noktada taklit eder ve CBF15,16’daki düşüşe bağlı olarak geçici küresel iskemi ile sonuçlanır. İnsanlarda çoğu aSAH’ın meydana geldiği anterior dolaşımı etkiler17. Mortalite çalışmaya ve enjekte edilen kan miktarına bağlı olarak %10-%33 arasında değişmektedir14,18. Gecikmiş hücre ölümü ve nöroinflamasyon 2. ve 7. günlerde tespit edilebilir, böylece EBI ve DCI 19,20’nin sonuçlarını incelemek için değişkenler sağlar.
Çalışma, sıçandaki kiazmatik öncesi tek enjeksiyon modelinin güncellenmiş bir tanımını ve ICP-probunun farmasötiklerin intratekal uygulaması için bir liman olarak nasıl kullanılacağına dair bir açıklama sunmaktadır.
Protocol
Representative Results
Discussion
SAK’ın kizmatik öncesi tek enjeksiyon modeli, ICP’deki artış, CBF’nin azaltılması, geçici küresel iskemi, nöroinflamatuar belirteçlerin upregülasyonu ve CVS 14,15,16,18,19,20 dahil olmak üzere insan SAK’ının birçok önemli unsurunu taklit eder. ICP probu ayrıca intratekal uygulama için bir liman olarak da kul…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Çalışma, Lundbeck Vakfı ve Lundbeck Mükemmellik Hibesi (no. R59-A5404) tarafından desteklenmiştir. Fon verenlerin makalenin herhangi bir bölümünde hiçbir rolü yoktu.
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).
