Utvikling av en algoritme for å utføre en omfattende studie av Autonom dysrefleksi i dyr med høy ryggmargsskade Ved hjelp av en Telemetri Device
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
Autonom dysrefleksi (AD) er en livstruende krise i individer etter akutt eller kronisk ryggmargsskade (SCI) på livmorhalsen eller høy-thorax segmenter og er vanligvis preget av episoder av vedvarende hypertensjon og bradykardi en. AD er hovedsakelig forårsaket av forstyrrelser i synkende spinal veier som vanligvis gir innspill fra supraspinal sentrene til rygg sympatiske preganglionic nevroner som kontrollerer sympatisk aktivitet og vaskulær tone 1-4. AD episoder er preget av en topp i systolisk blodtrykk (SBP) opp til 300 mmHg og hvis den forblir ubehandlet kan føre til anfall, hemorrhagisk hjerneslag, hjerteinfarkt og død 5-8. En rekke giftige og ikke-giftige stimuli fungere som en utløser av AD, inkludert tarm og blære distensjon, spasmer, trykksår, urinblæren kateterisering eller iatrogen prosedyrer 9-12.
Den tidsmessige utvikling av AD i hhvOnse til SCI har blitt undersøkt hos både mennesker 9 og dyremodeller 13,14. Vanligvis disse studiene har brukt en "indusert AD 'metode (dvs. urodynamics, penile vibrostimulations hos mennesker eller kolorektal utspilt i dyr) for å bestemme tidsmessig utvikling av AD. En slik tilnærming er begrenset av behovet for gjentatte vurderinger ved isolerte tidspunkter som kan utelukke en nøyaktig bestemmelse av tidsmessige utviklingen av AD. Anvendelse av 24-timers overvåking av blodtrykket hos mennesker lar serieblodtrykksmålinger gjøres ved forhåndsbestemte intervaller. Denne teknikken har nylig blitt anvendt for å overvåke spontant forekommende AD hos pasienter med kronisk ryggmargsskade. I dyremodeller, er SSD-trykkgivere blir stadig mer brukt til kronisk overvåke slå-av-slå arterielle blodtrykket. Nylig, Rabchesvky et al. (2012), utviklet en algoritme som ekstraheres ett sekund gjennomsnitt av gjennomsnittlig arterietrykk (MAP) etd sammenlignet mot et glidende gjennomsnitt terskel 15. Spontane AD hendelsene ble preget basert på MAP topper som er 10 mmHg eller mer over terskel samtidig med en HR fall på 10 slag i minuttet eller mer.
Her en roman JAVA programvare som har en innebygd AD algoritme er presentert. Denne algoritmen fungerer ved å registrere forhåndsbestemte mønstre i arterielt blodtrykk (ABP) og hjertefrekvens (HR) som er en indikasjon på et spontant forekommende AD hendelsen. Brukeren er i stand til å justere alle input variabler manuelt til programvaren slik at den "algoritme" kan enkelt tilpasses til de spesifikke parametre av interesse. Programvaren er også i stand til å dichotomize ABP og HR i en gitt epoke slik at dagaktive rhythmicity av hemodynamiske parametre kan analyseres 16. I den foreliggende manuskriptet, er en detaljert beskrivelse gitt av den kirurgiske teknikk som brukes for å implantere telemetri-enheter og utføre SCI kirurgi. examples er også utstyrt med hensyn til etterbehandlingsmulighetene i AD Detection programvare og hvordan hjerte-funksjon endres post-SCI. For sammenligningsformål, metodikk og resultater oppnådd fra en fremgangsmåte for indusert AD kjent som kolorektal utspilt (CRD) er også vist.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den protokollen beskriver en detaljert implementering av en ny JAVA-plattformen AD Detection programvare som ville være kombinert med en telemetri-enhet, for en langvarig grundig analyse av ABP i SCI-dyr (figur 1B). Dette er den første programvaren som gjør det mulig for karakterisering av ABP-mønstre for å detektere spontane AD hendelser som de uregelmessige gjennom hele dagen. Et godt karakterisert T3 SCI dyremodell kan illustrere den funksjonelle kapasiteten til programvare for å oppdage frekve…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne forskningen hvis finansiert av Canadian Institute of Health Research and the Heart og stiftelsen av BC og Yukon Stroke. Vi ønsker å takke Mr. Rayshad Gopaul og Dr. Shelly McErlane for teknisk støtte og kompetanse i dyr omsorg.
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).
