פיתוח אלגוריתם לבצע מחקר מקיף על האוטונומית דיסרפלקסיה ב בעלי חיים עם פגיעה בחוט השדרה גבוהה שימוש בהתקן טלמטריה
Summary
The catheter of a telemetry device is implanted into the abdominal aorta in order to continuously collect beat-by-beat hemodynamic data from animals pre and post-high thoracic spinal cord transection. A novel JAVA software was employed to analyze hemodynamic parameters as well as frequency and intensity of spontaneous episodes of autonomic dysreflexia.
Abstract
Spinal cord injury (SCI) is a debilitating neurological condition characterized by somatic and autonomic dysfunctions. In particular, SCI above the mid-thoracic level can lead to a potentially life-threatening hypertensive condition called autonomic dysreflexia (AD) that is often triggered by noxious or non-noxious somatic or visceral stimuli below the level of injury. One of the most common triggers of AD is the distension of pelvic viscera, such as during bladder and bowel distension or evacuation. This protocol presents a novel pattern recognition algorithm developed for a JAVA platform software to study the fluctuations of cardiovascular parameters as well as the number, severity and duration of spontaneously occurring AD events. The software is able to apply a pattern recognition algorithm on hemodynamic data such as systolic blood pressure (SBP) and heart rate (HR) extracted from telemetry recordings of conscious and unrestrained animals before and after thoracic (T3) complete transection. With this software, hemodynamic parameters and episodes of AD are able to be detected and analyzed with minimal experimenter bias.
Introduction
דיסרפלקסיה אוטונומית (AD) היא מצב חירום מסכני חיים אצל אנשים לאחר פגיעה בחוט השדרה אקוטית או כרונית (SCI) בקטעי צוואר רחם או גבוהים ובית החזה מתאפיינת בדרך כלל פרקים של יתר לחץ דם מתמשך ברדיקרדיה 1. AD נגרם בעיקר בגלל שיבוש יורד מסלולים השדרה כי בדרך כלל מספקים קלט ממרכזי supraspinal לתאי העצב preganglionic אוהד השדרה השולטים פעילות סימפתטית ואת הטון וסקולרית 1-4. פרקים לספירה מאופיינים עלייה חדה בלחץ הדם הסיסטולי (SBP) עד 300 מ"מ כספית אם אינו מטופל עלול לגרום התקפים, דימום תוך מוחי, אוטם שריר הלב, ואפילו מוות 5-8. מגוון של גירוי מזיק ובלתי מזיק לפעול כמפעיל של AD, כולל המעי התנפחות שלפוחית השתן, עוויתות, פצעי לחץ, צנתור שלפוחית השתן או נהלים iatrogenic 9-12.
הפיתוח הזמני לאלצהיימר בבני שו"תonse כדי SCI נחקר בשני מודלי 9 ו חיה האנושיים 13,14. בדרך כלל המחקרים הללו השתמשו בשיטה 'מושרה AD' (כלומר, urodynamics, פין vibrostimulations בבני אדם או התנפחות גסה בחיות) כדי לקבוע את הפיתוח הזמני של AD. גישה כזו היא מוגבלת על ידי צורך הערכות חוזרות ונשנות בזמן נקודות מבודדות שעשויות למנוע קביעה מדויקת של הפיתוח הזמני של AD. השימוש ניטור לחץ דם 24 שעות אצל בני אדם מאפשר מדידות לחץ דם סדרתי להתבצע במרווחי זמן קבועים מראש. טכניקה זו הועסקה לאחרונה לפקח המתרחשת לספירה ספונטנית בחולים עם כרונית SCI. במודלים של בעלי חיים, מתמר ללחץ מצב מוצק יותר ויותר בשימוש כדי לפקח באופן כרוני לנצח-ידי-כלוחם נגד לחץ דם עורקים. לאחרונה, Rabchesvky et al. (2012), פתח אלגוריתם חילוץ אחד ממוצעים שניים של לחץ דם ממוצע (MAP)ד לעומת נגד סף ממוצע נע 15. אירועים לספירה ספונטני התאפיינו מבוסס על פסגות MAP כי הם 10 מ"מ כספית או יותר מעל לסף במקביל לירידה HR של 10 פעימות לדקה או יותר.
הנה תוכנה JAVA הרומן אשר מובנה AD איתור אלגוריתם מוצג. אלגוריתם זה עובד על ידי זיהוי דפוסים שנקבעו מראש בלחץ הדם העורקי (ABP) וקצב הלב (HR) המעידים על אירוע לספירה המתרחשים באופן ספונטני. המשתמש יכול להתאים את כל משתני הקלט באופן ידני על תוכנה כזו כי "אלגוריתם זיהוי 'יכול להיות מותאם אישית בקלות על פרמטרים ספציפיים של עניין. התוכנה היא גם מסוגל dichotomize ABP ומשאבי אנוש לתוך עידן נתון כזה כי מקצב יומי של פרמטרים המודינמי ניתן לנתח 16. בכתב היד הנוכחית, הסבר מפורט ניתן של הטכניקה כירורגית אשר ממשמשת להשתיל את התקנים טלמטריה לנהל ניתוח SCI. לְשֶׁעָבַרamples ניתן גם ביחס ליכולות שלאחר העיבוד של בתוכנת האיתור לספירה ואיך לב וכלי דם פונקציה משתנה שלאחר SCI. לצורך השוואה, המתודולוגיה התוצאות שהתקבלו בשיטה של מושרה לספירה המכונית התנפחות גסה (CRD) בא לידי ביטוי גם.
Protocol
Representative Results
Discussion
הפרוטוקול מתאר מפורט ליישום של תוכנת איתור לספירת פלטפורמת JAVA רומן אשר יהיה משולבת עם מכשיר טלמטריה, עבור ניתוח מעמיק לטווח ארוך של ABP ב SCI-חיים (איור 1 ב). זוהי התוכנה הראשונה שמאפשרת לאפיון דפוסי ABP לזהות אירועים לספירה ספונטניים כפי שהם מתרחשים לסירוגין במש?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה אם הממומן על ידי המכון הקנדי לחקר בריאות ואת לב ושבץ קרן של BC ו יוקון. ברצוננו להודות למר Rayshad Gopaul וד"ר שלי McErlane לתמיכה טכנית מומחיות לטיפול בבעלי חיים.
Materials
| 11 Male Wistar Rats -Hsd-WI (250-300g) | Envigo (formerly Harlan Laboratories) | 141 | |
| Lab Chart (PowerLab® Data Acquisition System) | AD Instruments | ||
| Pressure Telemeter | Millar Inc. | RP-TRM54P | |
| Configurator | Millar Inc. | TR190 | |
| SmartPad | Millar Inc. | TR180 | |
| Isoflurane (Aerrane) | Baxter Corp. | DIN: 02225875 | |
| Enrofloxacin (Baytril) | Bayer Healthcare | DIN: 02169428 | |
| 5-0 Silk Sutures | Ethicon | S182 | |
| 4-0 Vicryl Subcuticular | Ethicon | J496G | |
| Buprenorphine (Temgesic) | Reckitt Benckiser | DIN: 0281250 | |
| Bupivicaine Hydrochloride (Marcaine 0.5%) | Hospira Healthcare Corp. | DIN: 02305909 | |
| Ketoprofen (Anafen) | Merial | DIN: 02150999 | |
| Ketamine Hydrochloride (Vetalar) | Bioniche | DIN: 01989529 | |
| Dexmedetomidine Hydrochloride (Domitor) | Pfizer | DIN: 02333929 | |
| Lactated Ringer's Solution | Braun Medical Inc. | DIN: 01931636 | |
| Gelfoam #12 | Pharmacia & Upjohn Company | 03603-14-1 | |
| Microscissors | Fine Science Tools | 15003-008 | |
| Iris Spatulae | Fine Science Tools | 10094-13 | |
| 10 French 35cm Foley Catheter | Coloplast | AA6110 | |
| Dietgel® | Clear H2O, Westbrook, ME | 76A | |
| LabDiet Rodent Diet 5001 | Purina Mills (PMI®) | 5001 | |
| Chlorhexadine (Hibitane) | Wyeth Animal Health, Guelph, Ontario | DIN 00245097 | |
| Atipamezole Hydrochloride(Antisedan) | Orion Pharma | DIN: 02237744 |
References
- Krassioukov, A., Claydon, V. E. The clinical problems in cardiovascular control following spinal cord injury: an overview. Progress in brain research. 152, 223-229 (2006).
- Krassioukov, A. Autonomic function following cervical spinal cord injury. Respiratory physiology & neurobiology. 169, 157-164 (2009).
- Teasell, R. W., Arnold, J. M. O., Krassioukov, A., Delaney, G. A. Cardiovascular consequences of loss of supraspinal control of the sympathetic nervous system after spinal cord injury. Archives of physical medicine and rehabilitation. 81, 506-516 (2000).
- Alan, N., et al. Recurrent autonomic dysreflexia exacerbates vascular dysfunction after spinal cord injury. The Spine Journal. 10, 1108-1117 (2010).
- Eltorai, I., Kim, R., Vulpe, M., Kasravi, H., Ho, W. Fatal cerebral hemorrhage due to autonomic dysreflexia in a tetraplegic patient: case report and review. Spinal Cord. 30, 355-360 (1992).
- Pan, S. -. L., et al. Intracerebral hemorrhage secondary to autonomic dysreflexia in a young person with incomplete C8 tetraplegia: A case report. Archives of physical medicine and rehabilitation. 86, 591-593 (2005).
- Ho, C., Krassioukov, A. Autonomic dysreflexia and myocardial ischemia. Spinal cord. 48, 714-715 (2010).
- Wan, D., Krassioukov, A. V. Life-threatening outcomes associated with autonomic dysreflexia: A clinical review. The journal of spinal cord medicine. 37, 2-10 (2014).
- Mathias, C. J., Frankel, H. Cardiovascular control in spinal man. Annual review of physiology. 50, 577-592 (1988).
- Hubli, M., Krassioukov, A. V. Ambulatory Blood Pressure Monitoring in Spinal Cord Injury: Clinical Practicability. Journal of neurotrauma. 31, 789-797 (2014).
- Liu, N., Fougere, R., Zhou, M., Nigro, M., Krassioukov, A. Autonomic dysreflexia severity during urodynamics and cystoscopy in individuals with spinal cord injury. Spinal cord. 51, 863-867 (2013).
- Phillips, A. A., Elliott, S. L., Zheng, M. M., Krassioukov, A. V. Selective alpha adrenergic antagonist reduces severity of transient hypertension during sexual stimulation after spinal cord injury. Journal of neurotrauma. , (2014).
- Maiorov, D. N., Fehlings, M. G., Weaver, L. C., Krassioukov, A. V. Relationship between severity of spinal cord injury and abnormalities in neurogenic cardiovascular control in conscious rats. Journal of neurotrauma. 15, 365-374 (1998).
- Maiorov, D. N., Weaver, L. C., Krassioukov, A. V. Relationship between sympathetic activity and arterial pressure in conscious spinal rats. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 41, H625 (1997).
- Rabchevsky, A. G., et al. Effects of gabapentin on muscle spasticity and both induced as well as spontaneous autonomic dysreflexia after complete spinal cord injury. Frontiers in physiology. 3, (2012).
- Mayorov, D. N., Adams, M. A., Krassioukov, A. V. Telemetric blood pressure monitoring in conscious rats before and after compression injury of spinal cord. Journal of neurotrauma. 18, 727-736 (2001).
- Ramsey, J. B., et al. Care of rats with complete high-thoracic spinal cord injury. Journal of neurotrauma. 27, 1709-1722 (2010).
- Krassioukov, A. V., Furlan, J. C., Fehlings, M. G. Autonomic dysreflexia in acute spinal cord injury: an under-recognized clinical entity. Journal of neurotrauma. 20, 707-716 (2003).
- Krogh, K., Mosdal, C., Laurberg, S. Gastrointestinal and segmental colonic transit times in patients with acute and chronic spinal cord lesions. Spinal cord. 38, 615-621 (2000).
- Krassioukov, A. V., Johns, D. G., Schramm, L. P. Sensitivity of sympathetically correlated spinal interneurons, renal sympathetic nerve activity, and arterial pressure to somatic and visceral stimuli after chronic spinal injury. Journal of neurotrauma. 19, 1521-1529 (2002).
- Braga, V. A., Prabhakar, N. R. Refinement of telemetry for measuring blood pressure in conscious rats. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science: JAALAS. 48, 268 (2009).
- Whitesall, S. E., Hoff, J. B., Vollmer, A. P., D’Alecy, L. G. Comparison of simultaneous measurement of mouse systolic arterial blood pressure by radiotelemetry and tail-cuff methods. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 286, H2408-H2415 (2004).
