Ved hjælp af Laser Doppler Imaging og overvågning til at analysere rygmarven mikrocirkulationen i Rat
Summary
Her præsenterer vi en kombination af laser Doppler perfusion imaging (LDPI) og laser Doppler perfusion overvågning (LDPM) til at måle spinal ledning lokale blodet flyder og iltmætning (SO2), samt en standardiseret procedure for indførelse af rygmarven traumer på rotte.
Abstract
Laser Doppler flowmetry (LDF) er en invasiv metode for blood flow (BF) måling, som gør det hensigtsmæssigt for måling af microcirculatory ændringer i rygmarven. I denne artikel var vores mål at bruge både Laser Doppler imaging og overvågning til at analysere ændringen af BF efter rygmarvsskade. Både laser Doppler image scanner og sonde/monitor blev ansat at få hver enkelt udlæsning. Data fra LDPI fastsat en lokal distribution af BF, som gav et overblik over perfusion omkring skaden site og gjort den tilgængelig for sammenlignende analyse af BF blandt forskellige steder. Af intenst maaling dybdeborende området over en periode, blev en kombineret sonde brugt til samtidig måle BF og oxygen mætning af rygmarven, viser generelt rygmarven perfusion og iltforsyning. LDF, selv har nogle begrænsninger, såsom relative flux, følsomhed over for bevægelse og biologiske nul signal. Men teknologien har været anvendt i klinisk og eksperimentel undersøgelse på grund af dens simpel setup og hurtig måling af BF.
Introduction
Væv af rygmarven er yderst vaskulariserede og yderst følsom over for iltmangel induceret af rygmarvsskade (SCI). Vores tidligere undersøgelser viste, at blodgennemstrømningen i rygmarven var faldt betydeligt efter hjernerystelse skade1,2, som kan være relateret til underskud på motorik. Nylige undersøgelser har vist, at integriteten af blodkar efter SCI er godt korreleret med forbedring af sensoriske motorik3. Det er blevet rapporteret, at forbedret vaskularisering kan redde hvide substans, indirekte fører til forbedret funktion4. Derfor, vedligeholdelse af efter skade rygmarven perfusion syntes at være af primær betydning for at bevare levedygtigheden og funktionalitet.
Virkningerne af forskellige behandlinger på perfusion efter SCI er blevet undersøgt af talrige efterforskere ved hjælp af forskellige teknikker i eksperimentelle modeller af SCI5,6,7. Laser Doppler, som en veletableret teknik, var uden tvivl en nyttig metode til kvantificering perfusion i flere dyre- og humane undersøgelser8,9,10,11. Teknikken er baseret på måling af Doppler Skift12 induceret ved at flytte røde blodlegemer til den lysende light. Siden kommercialisering af teknikken i begyndelsen af 1980 ‘ erne, har været gjort store fremskridt i laserteknologi, fiber optik og signalbehandling til at måle perfusion af laser Doppler instrumenter13, som gøres LDF til en pålidelig teknologi.
I den aktuelle undersøgelse, var begge metoder af laser Doppler måling anvendes til vurdering af blodgennemstrømningen (BF) i rygmarv concussive rotter. På grund af teknologien og dens simpel setup noninvasive karakter indeholder vores protokol en følsom, hurtig og pålidelig metode til BF målinger af rygmarven. Vigtigere er, tillader denne metode langsgående undersøgelse af BF indlæg concussive SCI uden animalske offer på hvert tidspunkt.
På grund af evnen til at vurdere BF af væv og hurtige ændringer af perfusion under stimulation, er det muligt at anvende denne protokol for at vurdere cerebral BF14,15 samt måle andre væv som lever16, 17, hud18,19, og tarm20. I en rotte model af forbigående okklusion af den midterste cerebral arterie, blev laser Doppler aflæsninger brugt til at sikre korrekt reduktion af BF sats til niveauer, der er forventet i iskæmisk penumbra14. Hos rotter, der har gennemgået kritisk lemmer iskæmi (CLI) induktion, blev laser Doppler scanning anvendt til at observere hind lemmer BF før og efter CLI proceduren og i forskellige perioder efter behandling21. Derudover afhang biotilgængelighed og metaboliske clearance af nogle narkotika af hepatisk BF, som var opdaget af LDF16. Derfor, LDF kunne være almindeligt anvendt i eksperimentel model, farmakodynamiske og farmakokinetiske evaluering.
Protocol
Representative Results
Discussion
Et par detaljer bør blive bemærket, når du udfører denne protokol. For det første, processen med anæstesi og kirurgi bør gennemføres så hurtigt og elegant som muligt for at minimere den indførte stress til dyret. For at nedbringe de forstyrrelser til resultaterne, skal du holde dyret i en relativt fredelig og stabil tilstand. For det andet, mere bør være opmærksom blødning under målingen ved hjælp af laser Doppler udstyr, da blodet kunne potentielt interferere med læsning. Endelig under dataregistrering,…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne har ingen anerkendelser.
Materials
| Laser Doppler Line Scanner | Moor Instruments | moorLDLS2 | |
| Laser Doppler Monitor | Moor Instruments | moorVMS-LDF | |
| Probe for Monitor | Moor Instruments | VP3 | Blunt needle end delivery probe |
| Impactor | Precision Systems and Instrumentation | IH-0400 | |
| Phenobarbital sodium | Sigma-Aldrich | P3761 | |
| Buprenorphine | Sigma-Aldrich | B-908 | |
| Syringe | Becton Dickinson Medica (s) Pte.Ltd | 300841 | |
| Surgical suture needles with thread | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd | 18T0329 (batch number) /4-0 | |
| Scalpel | Operation instrument factory of Shanghai Medical Instrument Co., Ltd. | J11030 4# | |
| Scalpel blade | Operation instrument factory of Shanghai Medical Instrument Co., Ltd. | J12130 20# | |
| Ophthalmic forceps | Operation instrument factory of Shanghai Medical Instrument Co., Ltd. | JD1040 | |
| Hemostatic forceps | Operation instrument factory of Shanghai Medical Instrument Co., Ltd. | J31050 | |
| Benzyl penicillin sodium | North China Pharmaceutical Co., Ltd | F6072116 (batch number) | |
| 75% alcohol | Dezhou Anjie Gaoke disinfection products Co., Ltd | 150421R (batch number) | |
| Iodine | Shandong Lierkang Medical Technology Co., Ltd | 20170102 (batch number) | |
| Rat | Laboratory Animal Center, The Academy of Millitery Medical Sciences | Sprague-Dawly (rat strain) |
References
- Jing, Y. L., Bai, F., Chen, H., Dong, H. Meliorating microcirculatory with melatonin in rat model of spinal cord injury using laser Doppler flowmetry. Neuroreport. 27 (17), 1248-1255 (2016).
- Jing, Y. L., Bai, F., Chen, H., Dong, H. Melatonin prevents blood vessel loss and neurological impairment induced by spinal cord injury in rats. J Spinal Cord Med. , 1-8 (2016).
- Han, S., et al. Rescuing vasculature with intravenous angiopoietin-1 and alpha v beta 3 integrin peptide is protective after spinal cord injury. Brain. 133 (Pt 4), 1026-1042 (2010).
- Gerzanich, V., et al. De novo expression of Trpm4 initiates secondary hemorrhage in spinal cord injury. Nat Med. 15 (2), 185-191 (2009).
- Phillips, J. P., Cibert-Goton, V., Langford, R. M., Shortland, P. J. Perfusion assessment in rat spinal cord tissue using photoplethysmography and laser Doppler flux measurements. Journal of Biomedical Optics. 18 (3), 037005 (2013).
- Garcia-Lopez, P., Martinez-Cruz, A., Guizar-Sahagun, G., Castaneda-Hernandez, G. Acute spinal cord injury changes the disposition of some, but not all drugs given intravenously. Spinal Cord. 45 (9), 603-608 (2007).
- Brown, A., Nabel, A., Oh, W., Etlinger, J. D., Zeman, R. J. Perfusion imaging of spinal cord contusion: injury-induced blockade and partial reversal by β2-agonist treatment in rats. Journal of Neurosurgery-Spine. 20 (2), 164-171 (2014).
- Olive, J. L., McCully, K. K., Dudley, G. A. Blood flow response in individuals with incomplete spinal cord injuries. Spinal Cord. 40 (12), 639-645 (2002).
- Yamada, T., et al. Spinal cord blood flow and pathophysiological changes after transient spinal cord ischemia in cats. Neurosurgery. 42 (3), 626-634 (1998).
- Gordeeva, A. E., et al. Vascular Pathology of Ischemia/Reperfusion Injury of Rat Small Intestine. Cells Tissues Organs. , (2017).
- Liu, M., et al. Insulin treatment restores islet microvascular vasomotion function in diabetic mice. J Diabetes. , (2016).
- Drain, L. . The laser Doppler technique. , (1980).
- Rajan, V., Varghese, B., van Leeuwen, T. G., Steenbergen, W. Review of methodological developments in laser Doppler flowmetry. Lasers Med Sci. 24 (2), 269-283 (2009).
- Dohare, P., et al. The neuroprotective properties of the superoxide dismutase mimetic tempol correlate with its ability to reduce pathological glutamate release in a rodent model of stroke. Free Radic Biol Med. 77, 168-182 (2014).
- Bai, H. Y., et al. Pre-treatment with LCZ696, an orally active angiotensin receptor neprilysin inhibitor, prevents ischemic brain damage. Eur J Pharmacol. 762, 293-298 (2015).
- Vertiz-Hernandez, A., et al. L-arginine reverses alterations in drug disposition induced by spinal cord injury by increasing hepatic blood flow. J Neurotrauma. 24 (12), 1855-1862 (2007).
- Garcia-Lopez, P., Martinez-Cruz, A., Guizar-Sahagun, G., Castaneda-Hernandez, G. Acute spinal cord injury changes the disposition of some, but not all drugs given intravenously. Spinal Cord. 45 (9), 603-608 (2007).
- Li, Z., et al. Post pressure response of skin blood flowmotions in anesthetized rats with spinal cord injury. Microvasc Res. 78 (1), 20-24 (2009).
- Boyle, N. H., et al. Scanning laser Doppler is a useful technique to assess foot cutaneous perfusion during femoral artery cannulation. Critical Care. 3 (4), 95-100 (1999).
- Emmanuel, A. V., Chung, E. A. L., Kamm, M. A., Middleton, F. Relationship between gut-specific autonomic testing and bowel dysfunction in spinal cord injury patients. Spinal Cord. 47 (8), 623-627 (2009).
- Sheu, J. J., et al. Combination of cilostazol and clopidogrel attenuates rat critical limb ischemia. J Transl Med. 10, 164 (2012).
- Basso, D. M., Beattie, M. S., Bresnahan, J. C. Graded histological and locomotor outcomes after spinal cord contusion using the NYU weight-drop device versus transection. Experimental Neurology. 139 (2), 244-256 (1996).
- Basso, D. M., Beattie, M. S., Bresnahan, J. C. A Sensitive and Reliable Locomotor Rating-Scale for Open-Field Testing in Rats. Journal of Neurotrauma. 12 (1), 1-21 (1995).
- Oberg, P. A. Tissue motion–a disturbance in the laser-Doppler blood flow signal?. Technol Health Care. 7 (2-3), 185-192 (1999).
- Tenland, T., Salerud, E. G., Nilsson, G. E., Oberg, P. A. Spatial and temporal variations in human skin blood flow. Int J Microcirc Clin Exp. 2 (2), 81-90 (1983).
- Kernick, D. P., Tooke, J. E., Shore, A. C. The biological zero signal in laser Doppler fluximetry – origins and practical implications. Pflugers Arch. 437 (4), 624-631 (1999).
- Rudolph, A. M., Heymann, M. A. The circulation of the fetus in utero. Methods for studying distribution of blood flow, cardiac output and organ blood flow. Circ Res. 21 (2), 163-184 (1967).
- Dubory, A., et al. Contrast Enhanced Ultrasound Imaging for Assessment of Spinal Cord Blood Flow in Experimental Spinal Cord Injury. Jove-Journal of Visualized Experiments. (99), e52536 (2015).
- Kuliga, K. Z., et al. Dynamics of Microvascular Blood Flow and Oxygenation Measured Simultaneously in Human Skin. Microcirculation. 21 (6), 562-573 (2014).
- Li, Z. Y., et al. Post pressure response of skin blood flowmotions in anesthetized rats with spinal cord injury. Microvascular Research. 78 (1), 20-24 (2009).
- Muck-Weymann, M. E., et al. Respiratory-dependent laser-Doppler flux motion in different skin areas and its meaning to autonomic nervous control of the vessels of the skin. Microvasc Res. 52 (1), 69-78 (1996).
- Stefanovska, A., Bracic, M., Kvernmo, H. D. Wavelet analysis of oscillations in the peripheral blood circulation measured by laser Doppler technique. Ieee Transactions on Biomedical Engineering. 46 (10), 1230-1239 (1999).
