השווה אולטראסאונד הדמיה משופרת להערכה של חוט השדרה זרימת דם בפגיעה בחוט השדרה הניסויית
Summary
Contrast Enhanced Ultrasound imaging is a reliable in-vivo tool for quantifying spinal cord blood flow in an experimental rat spinal cord injury model. This paper contains a comprehensive protocol for application of this technique in association with a contusion model of thoracic spinal cord injury.
Abstract
זרימה מופחתת חוט השדרה דם (SCBF) (כלומר, איסכמיה) ממלאת תפקיד מרכזי בהפתופיזיולוגיה טראומטית פגיעה בחוט השדרה (SCI), והוא בהתאם יעד חשוב לטיפולי נוירו. למרות כמה טכניקות תוארו להעריך SCBF, לכולם יש מגבלות משמעותיות. כדי להתגבר על זה האחרון, אנו מציעים שימוש בהדמיה בזמן אמת אולטרסאונד ניגוד משופר (CEU). כאן אנו מתארים את היישום של טכניקה זו במודל חולדה חבלה של SCI. קטטר הצוואר מושתל ראשון להזרקה החוזרת ונשנית של חומר ניגוד, פתרון נתרן כלורי של microbubbles מארז hexafluoride הגופרית. עמוד השדרה מכן התייצב עם 3D מסגרת מותאמת אישית ומאטר הדורה חוט השדרה הוא נחשף על ידי laminectomy בThIX-ThXII. הבדיקה אולטרסאונד אז הוא מוצב בחלק האחורי של מאטר הדורה (מצופה בג'ל אולטרסאונד). כדי להעריך SCBF בסיס, הזרקה תוך ורידית אחת (400 μl) של קונטרהסוכן רח מוחל להקליט המעבר שלו דרך נימי הדם הזעיר בעמוד השדרה בשלמותה. מכשיר ירידה במשקל משמש לאחר מכן כדי ליצור מודל חבלה ניסיוני לשחזור של SCI. חומר ניגוד מוזרק מחדש 15 דקות הבאות הפציעה להעריך שינויים פוסט-SCI SCBF. CEU מאפשר בזמן אמת וב- vivo הערכה של שינויי SCBF הבאים SCI. בבעלי החיים ללא כל הפגע, הדמיה אולטרסאונד הראתה זרימת דם לא אחידה לאורך חוט השדרה בשלמותה. יתר על כן, 15 דקות לאחר SCI, הייתה איסכמיה קריטית ברמה של המוקד בעוד SCBF נשאר השתמר באזורים המרוחקים יותר ללא פגע. באזורים הסמוכים למוקד הרעש (שני מקורי ואת הזנב), SCBF הופחת באופן משמעותי. זה מתאים לתואר קודם לכן "אזור פנומברה איסכמית". כלי זה הוא עניין גדול להערכת ההשפעות של טיפולים שמטרתן להגביל איסכמיה והנימק של רקמות וכתוצאה מכך לאחר SCI.
Introduction
פגיעה טראומטית בחוט השדרה (SCI) היא מצב הרסני שהוביל לירידת ערך המשמעותית במנוע, חושית ופונקציות אוטונומיות. נכון להיום, אין טיפול הוכיח את יעילותה בחולים. מסיבה כזו, חשוב לזהות טכניקות חדשות שתשפר את ההערכה של טיפולים פוטנציאליים ועוד יכול להבהיר pathiophysiology פציעת 1.
SCI מחולק לשני שלבים רציפים, התייחס לפציעות ראשוניות ומשניים כ. הפגיעה העיקרית תואמת את העלבון המכני הראשוני. בעוד הקבוצות המשניות פציעת מפל של אירועים ביולוגיים שונים (כגון דלקת, סטרס חמצונים והיפוקסיה) שתורמים עוד יותר להרחבה ההדרגתית של הנגע הראשוני, נזק לרקמות וגירעון 2,3 לכן נוירולוגיות.
בשלב האקוטי של SCI, טיפולי נוירו אלה נועדו לצמצם את הפתולוגיה פגיעה המשנית וציודולד בהתאם לשפר את תוצאות נוירולוגיות. בין אירועי הפגיעה המשניים הרבים, איסכמיה משחקת תפקיד מכריע 4,5. ברמה של מוקד SCI, microvessels parenchymal הפגומה לעכב זרימה יעילה השדרה דם טבורי (SCBF). יתר על כן, SCBF גם הקטינה באופן משמעותי באזור המקיף את מוקד פגיעה, אזור ספציפי המכונה "אזור פנומברה איסכמית". אם SCBF לא ניתן לשחזר במהירות באזורים אלה, איסכמיה יכולה להוביל לנימק parenchymal נוסף ונזק לרקמות עצבים נוסף. כאפילו שימור הרקמות הקל יכול להיות השפעות משמעותיות של פונקציה, זה עניין גדול לפיתוח תרופות וטיפולים שיכולים להפחית איסכמיה לאחר SCI. כדי להדגיש את התופעה הזאת, עבודה קודמת הראתה כי שימור של 10% בלבד של אקסונים myelinated היה מספיק כדי לאפשר הליכה בחתולי פוסט-SCI 6.
למרות כמה טכניקות תוארו להעריך SCBF,יש כל y מגבלות משמעותיות. לדוגמא, השימוש בmicrospheres רדיואקטיבי 7,8 וC14-iodopyrine autoradiography 9 דורש הקרבת בעלי חיים שלאחר מכן ולא ניתן לחזור בזמן מאוחר יותר נקודות. טכניקת שחרור מימן 10 תלויה בהכנסה של אלקטרודות intraspinal, אשר עשוי לפגוע עוד יותר בעמוד השדרה. בעוד ההדמיה דופלר הלייזר, photoplethysmography 14,15 וב- vivo מיקרוסקופ אור 16 יש עומק / שטח מצומצם מאוד של המדידה 11-13.
צוות שלנו הראה בעבר כי אולטרסאונד הניגוד משופר הדמיה (CEU) ניתן להשתמש כדי להעריך בזמן אמת וב- vivo שינויי SCBF בparenchyma חוט השדרה עכברוש 17. חשוב לציין כי טכניקה דומה מיושמת על ידי אל הואנג ואח. במודל חזירי של SCI 18. CEU חל במצב ספציפי של ההדמיה אולטרסאונד המאפשר לשייך im מורפולוגיים בגווני אפורגילים (מתקבלים על ידי B-המצב הקונבנציונלי) עם פריסה המרחבית של זרימת דם 19. ההדמיה SCBF והכימות מסתמכים על הזרקה תוך-של סוכני הד ניגודיות. חומר הניגוד מורכב מmicrobubbles hexafluoride הגופרית (כלומר קוטר של כ 2.5 מיקרומטר ו -90% בעל קוטר של פחות מ -6 מיקרומטר) התייצב בפוספוליפידים. Microbubbles משקפת את קורה אולטרסאונד הנפלט על ידי הבדיקה ובכך לשפר echogenicity דם וניגוד הולך וגדל של הרקמות על פי זרימת הדם שלהם. לכן ניתן להעריך את זרימת הדם באזור נתון של ריבית בהתאם לעוצמת האות לידי ביטוי. Microbubbles גם בטוחה והם יושמו קליניים בבני אדם. Hexafluoride הגופרית מנוקה במהירות (כלומר מחצית חיים מסוף הוא 12 דקות) ויותר מ -80% מhexafluoride הגופרית מנוהל הוא התאושש באוויר ננשף בתוך 2 דקות לאחר הזרקה. פרוטוקול זה מספק דרך פשוטה לשימוש im CEUהזדקנות להעריך שינויי SCBF בחולדה.
Protocol
Representative Results
Discussion
למרות שתארנו כיצד להשתמש CEU במודל חבלת עכברוש SCI, פרוטוקול זה יכול להיות שונה כדי להתאים את יעדי ניסוי אחרים או מודלים SCI. אנחנו בחרנו למדוד SCBF רק שתי נקודות בזמן (לפני פציעה ו -15 דקות לאחר SCI), עם זאת את מספר נקודות זמן, והעיכוב בין מדידות SCBF ניתן להתאימם לצורך של מחקרים א?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We acknowledge Stephanie Gorgeard, Thierry Scheerlink (Toshiba France), and Christophe Lazare (Bracco France).
Materials
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Comments/Description | |
| External Fixator Hoffman 3 | Stryker, Kalamazoo, USA | Modular system used to build the custom made 3D frame and the jointed arm holding the ultrasound probe | |
| Toshiba Applio | Toshiba, Tokyo, Japan | Ultrasound machine | |
| Sonovue | Bracco, Milan, Italy | Contrast agent : microbubbles | |
| Vueject pump | Bracco, Milan, Italy | Electric pump for infusion of microbubbles bolus | |
| Aquasonic Ultrasound Gel | Parker Laboratories, Fairfield, NJ, USA | Ultrasound gel used to transmit the ultrasound waves | |
| Isovet | Piramal Healthcare, Mumbai, India | Isoflurane used for anesthesia | |
| Ultra Extend | Toshiba, Tokyo, Japan | Software used for quantification of spinal cord blood flow | |
| Mastercraft Five-piece Mini-pliers Set, Product #58-4788-6 | Canadian Tire, Toronto, Canada | Set of pliers for Do-it-yourself job |
References
- Cadotte, D. W., Fehlings, M. G. Spinal cord injury: a systematic review of current treatment options. Clin Orthop Relat Res. 469 (3), 732-741 (2011).
- Beattie, M. S., Farooqui, A. A., Bresnahan, J. C. Review of current evidence for apoptosis after spinal cord injury. J Neurotrauma. 17 (10), 915-925 (2000).
- MacDonald, J. W., Sadowsky, C. Spinal-cord injury. Lancet. 359 (9304), 417-425 (2002).
- Mautes, A. E., Weinzierl, M. R., Donovan, F., Noble, L. J. Vascular events after spinal cord injury: contribution to secondary pathogenesis. Phys Ther. 80 (7), 673-687 (2000).
- Martirosyan, N. L., et al. Blood supply and vascular reactivity of the spinal cord under normal and pathological conditions. J Neurosurg Spine. 15 (3), 238-251 (2011).
- Blight, A. R. Cellular morphology of chronic spinal cord injury in the cat: analysis of myelinated axons by line-sampling. 신경과학. 10 (2), 521-543 (1983).
- Bassingthwaighte, J. B., et al. Validity of microsphere depositions for regional myocardial flows. Am J Physiol. 253 (1 Pt 2), H184-H193 (1987).
- Drescher, W. R., Weigert, K. P., Bunger, M. H., Hansen, E. S., Bunger, C. E. Spinal blood flow in 24-hour megadose glucocorticoid treatment in awake pigs. J Neurosurg. 99 (3 Suppl), 286-290 (2003).
- Golanov, E. V., Reis, D. J. Contribution of oxygen-sensitive neurons of the rostral ventrolateral medulla to hypoxic cerebral vasodilatation in the rat. J Physiol. 495 (Pt 1), 201-216 (1996).
- Ueda, Y., et al. Influence on spinal cord blood flow and function by interruption of bilateral segmental arteries at up to three levels: experimental study in dogs). Spine (Phila Pa 1976). 30 (20), 2239-2243 (2005).
- Carlson, G. D., et al. Sustained spinal cord compression: part II: effect of methylprednisolone on regional blood flow and recovery of somatosensory evoked potentials). J Bone Joint Surg Am. 85-A (1), 95-101 (2003).
- Hamamoto, Y., Ogata, T., Morino, T., Hino, M., Yamamoto, H. Real-time direct measurement of spinal cord blood flow at the site of compression: relationship between blood flow recovery and motor deficiency in spinal cord injury. Spine (Phila Pa 1976). 32 (18), 1955-1962 (2007).
- Horn, E. M., et al. The effects of intrathecal hypotension on tissue perfusion and pathophysiological outcome after acute spinal cord injury). Neurosurg Focus. 25 (5), E12 (2008).
- Phillips, J. P., George, K. J., Kyriacou, P. A., Langford, R. M. Investigation of photoplethysmographic changes using a static compression model of spinal cord injury. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2009, 1493-1496 (2009).
- Phillips, J. P., George, K. J., Kyriacou, P. A., Langford, R. M. Investigation of photoplethysmographic changes using a static compression model of spinal cord injury. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2009, 1493-1496 (2009).
- Ishikawa, M., et al. Platelet adhesion and arteriolar dilation in the photothrombosis: observation with the rat closed cranial and spinal windows. J Neurol Sci. 194 (1), 59-69 (2002).
- Soubeyrand, M., et al. Real-time and spatial quantification using contrast-enhanced ultrasonography of spinal cord perfusion during experimental spinal cord injury. Spine (Phila Pa 1976). 37 (22), E1376-E1382 (1976).
- Huang, L., et al. Quantitative assessment of spinal cord perfusion by using contrast-enhanced ultrasound in a porcine model with acute spinal cord contusion). Spinal Cord. 51 (3), 196-201 (2012).
- Postema, M., Gilja, O. H. Contrast-enhanced and targeted ultrasound. World J Gastroenterol. 17 (1), 28-41 (2011).
- Soubeyrand, M., Badner, A., Vawda, R., Chung, Y. S., Fehlings, M. Very High Resolution Ultrasound Imaging for Real-Time Quantitative Visualisation of Vascular Disruption After Spinal Cord Injury. J Neurotrauma. , (2014).
- Akhtar, A. Z., Pippin, J. J., Sandusky, C. B. Animal models in spinal cord injury: a review. Rev Neurosci. 19 (1), 47-60 (2008).
