Met behulp van Laser Doppler Imaging en toezicht voor het analyseren van ruggenmerg microcirculatie in Rat
Summary
Hier presenteren we een combinatie van laser Doppler perfusie imaging (LDPI) en lokale bloed stromen en zuurstof verzadiging (SO2), evenals een gestandaardiseerde procedure voor de invoering van ruggenmerg laser Doppler perfusie toezicht (LDPM) voor het meten van spinal cord trauma’s op rat.
Abstract
Laser Doppler flowmetrie (LDF) is een noninvasive methode voor het meten van bloed stroom (BF), waardoor het beter voor het meten van microcirculatory veranderingen van het ruggenmerg. In dit artikel was ons doel om het gebruik van zowel Laser Doppler Beeldvorming en toezicht voor het analyseren van de verandering van BF na dwarslaesie. Zowel de laser Doppler-imagescanner en de sonde/monitor wordt voor elke uitlezing werkten. De gegevens van LDPI verstrekt een lokale distributie van BF, die gaf een overzicht van perfusie rond de site van de schade en het toegankelijk voor vergelijkende analyse van BF onder verschillende locaties gemaakt. Door intens de indringende oppervlakte te meten over een periode van tijd, werd een gecombineerde sonde gebruikt om tegelijk meten de BF en zuurstof saturatie van het ruggenmerg, tonen algemene ruggenmerg perfusie en zuurstoftoevoer. LDF zelf heeft een aantal beperkingen, zoals de relatieve flux, gevoeligheid voor beweging en biologische nul signaal. Echter, de technologie is toegepast in de klinische en experimentele studie vanwege de eenvoudige installatie en snelle meting van BF.
Introduction
Het weefsel van het ruggenmerg is zeer gevacuoliseerd en zeer gevoelig aan hypoxie geïnduceerd door dwarslaesie (SCI). Onze eerdere studies is gebleken dat de doorbloeding van het ruggenmerg aanzienlijk werd verlaagd na hersenschudding schade1,2, die kunnen worden gerelateerd aan het tekort aan motor functie. Recente studies hebben aangetoond dat de integriteit van bloedvaten na SCI goed gecorreleerd zijn met de verbetering van de sensorische motorische functie3 is. Er werd gemeld dat verbeterde vasculariteit witte stof, niet indirect leidt tot verbeterde functie4zou kunnen redden. Daarom leek het onderhoud van het ruggenmerg na letsel perfusie van primair belang voor het behoud van de haalbaarheid en functionaliteit.
De effecten van verschillende behandelingen op de perfusie na SCI zijn bestudeerd door talrijke onderzoekers met behulp van een verscheidenheid van technieken in experimentele modellen van SCI5,6,7. Laser Doppler, als een gevestigde techniek, was ongetwijfeld een handige methode voor het kwantificeren van de perfusie van verschillende dierlijke en menselijke studies8,9,10,11. De techniek is gebaseerd op de meting van de Doppler shift12 geïnduceerd door rode bloedcellen te verplaatsen naar het verhelderend licht. Sinds de commercialisering van de techniek in de vroege jaren 1980, grote vooruitgang geboekt in lasertechnologie, glasvezel en signaalverwerking voor het meten van de perfusie door laser Doppler instrumenten13, waardoor LDF in een betrouwbare technologie.
In de huidige studie, werden beide methoden van laser Doppler meting toegepast om te evalueren van de bloedstroom (BF) in de spinale koorden van concussive ratten. Vanwege de noninvasive aard van de technologie en de eenvoudige installatie biedt ons protocol een gevoelige, snelle en betrouwbare methode voor BF metingen van het ruggenmerg. Met deze methode kunt en wat nog belangrijker is, longitudinaal onderzoek naar de post concussive SCI BF zonder dierlijke offer op elk tijdstip.
Vanwege de mogelijkheid om te beoordelen van de BF van het weefsel en snelle veranderingen in de perfusie tijdens de stimulatie, is het mogelijk om de toepassing van dit protocol om te evalueren van cerebrale BF14,15 , alsmede het meten van andere weefsels zoals lever16, 17, huid18,19en20van de darm. In het model van een rat van voorbijgaande occlusie van de middelste cerebrale slagader, werden de laser Doppler lezingen gebruikt om de juiste verlaging van het tarief van de BF tot niveaus die worden verwacht in de ischemische penumbra-14. Bij ratten die kritische ledemaat ischemie (CLI) inductie hebben ondergaan, werd laser Doppler scannen hind-limb BF vóór en na de ingreep CLI om en te observeren tijdens verschillende perioden na behandeling21toegepast. Bovendien, afhankelijk de biologische beschikbaarheid en metabole Goedkeuringvande sommige drugs van hepatische BF, die werd ontdekt door LDF16. Daarom kon LDF veel worden gebruikt in experimentele model, farmacokinetische en farmacodynamische evaluatie.
Protocol
Representative Results
Discussion
Een paar details moeten opgemerkt worden bij het uitvoeren van dit protocol. Ten eerste, het proces van anesthesie en chirurgie moet worden uitgevoerd zo snel en elegant mogelijk om te minimaliseren van de geïntroduceerde stress bij het dier. Verklein de verstoring van de resultaten en het dier in een relatief rustige en stabiele staat te houden. Ten tweede moet meer aandacht uitgaan naar het bloeden tijdens de meting met behulp van laser Doppler apparatuur omdat bloed potentieel met de lezing interfereren kon. Tot slot…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs hebben geen bevestigingen.
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).
