טרום כיאזמטי, הזרקה יחידה של דם אוטולוגי כדי לגרום לדימום ניסיוני subarachnoid במודל חולדה
Summary
דימום תת-קרקעי ממשיך לשאת נטל גבוה של תמותה ותחלואה באדם. כדי לאפשר מחקר נוסף על המצב והפתופיזיולוגיה שלו, מוצג מודל פרה-כיאזמטי, הזרקה יחידה.
Abstract
למרות התקדמות הטיפול בעשורים האחרונים, דימום תת-עכבישי (SAH) ממשיך לשאת נטל גבוה של תחלואה ותמותה, ופוגע בעיקר באוכלוסייה צעירה למדי. מספר מודלים של SAH בבעלי חיים פותחו כדי לחקור את המנגנונים הפתופיזיולוגיים שמאחורי SAH ולבחון התערבויות פרמקולוגיות. מודל ההזרקה הקדם-כיאזמטית, היחידה, בחולדה המוצג במאמר זה, הוא מודל ניסיוני של SAH עם נפח דם קבוע מראש. בקצרה, בעל החיים מורדם, אינטובציה, ונשמר תחת אוורור מכני. הטמפרטורה מווסתת באמצעות כרית חימום. צנתר ממוקם בעורק הזנב ומאפשר מדידה רציפה של לחץ הדם וכן דגימת דם. הקרום האטלנטו-אוקסיפיטלי נחתך וצנתר לרישום לחץ ממוקם במגנה cisterna כדי לאפשר מדידת לחץ תוך מוחי. קטטר זה יכול לשמש גם להתערבויות טיפוליות תוך-תקליות. החולדה ממוקמת במסגרת סטריאוטקסית, חור בור נקדח קדמית לברגמה, וקטטר מוכנס דרך חור הבור ומונח בדיוק קדמי לכיאזם האופטי. דם אוטולוגי (0.3 מ”ל) נסוג מקטטר הזנב ומוזרק ידנית. התוצאה היא עלייה בלחץ התוך-מוחי וירידה בזרימת הדם במוח. החיה נשמרת מורדמת במשך 30 דקות ומקבלת מלוחים תת עוריים ומשככי כאבים. החיה עוברת צינורית ומוחזרת לכלוב שלה. למודל הפרה-כיאזמטי יש שיעור רבייה גבוה ושונות מוגבלת בין בעלי חיים בשל נפח הדם שנקבע מראש. הוא מחקה SAH בבני אדם, מה שהופך אותו למודל רלוונטי למחקר SAH.
Introduction
דימום תת-עכבישי לא טראומטי (SAH) הוא סוג של שבץ, המייצג כ -5% מכלל המקרים. הגורם השכיח ביותר ל-SAH שאינו טראומטי הוא קרע פתאומי של מפרצת (aSAH), המהווה 85% ממקרי ה-SAH. סיבות אחרות כוללות קרע של מום ורידי עורקי, coagulopathies, וקרע של ורידים דימום perimesencephalic1. שיעור ההיארעות הוא 9 לכל 100,000 שנות אדם, כאשר התמותה היא סביב אחד מכל שלושה ושליש נוסף הדורש תמיכה בחיי היומיום לאחר SAH 2,3.
לאחר ייצוב ראשוני ואישור האבחון, הטיפול תלוי בחומרת הדימום. החולים הסובלים בצורה הקשה ביותר יעברו ניקוז חוץ-חדרי שיוחדר לחדרים כדי להפחית את הלחץ התוך-מוחי (ICP) ויתקבלו ליחידה לטיפול נמרץ עצבי, שם הם נמצאים במעקב צמוד. המטופלים יעברו אנגיוגרפיה כדי לזהות את המפרצת (הסבירה) ולאחר מכן לפתות או לחתוך את המפרצת כדי למנוע דימום חוזר4. למרות ניסויים רבים של טיפולים תרופתיים, רק נימודיפין, אנטגוניסט לתעלות סידן, הראה שיפור בתוצאות5. ניסויים קליניים מרובים נמצאים כעת בעיצומם. אנא עיין בסקירה של דאו ועמיתיו לרשימה מקיפה6.
קרע של מפרצת תואר כהתפרצות פתאומית של כאב הראש הגרוע ביותר שאי פעם חווינו או כאב ראש רעם. הקרע גורם לעלייה תלולה ב- ICP ואחריו ירידה בזרימת הדם המוחית (CBF). הפחתה זו גורמת לאיסכמיה גלובלית של המוח, אשר עלולה לגרום לאובדן הכרה. מסלול מכניסטי יותר זה, יחד עם פירוק יזום של יסודות הדם האקסטרווסים, מוליד שחרור ציטוקינים והפעלה של מערכת החיסון המולדת וכתוצאה מכך דלקת עצבית סטרילית. יתר על כן, לעתים קרובות נצפתה התמוטטות של מחסום הדם-מוח, וכתוצאה מכך בצקת מוחית והפרעה בהומאוסטזיס היונים. כל השינויים הללו ועוד, המכונים פגיעה מוחית מוקדמת (EBI), מתרחשים כבר בימים הראשונים וגורמים לאובדן עצבי ולאפופטוזיס7.
כ -1/3 מהחולים הסובלים מ- aSAH יפתחו איסכמיה מוחית מאוחרת (DCI) בין היום 4-148. DCI מוגדר כהופעת בכורה של ליקוי מוקדי, נוירולוגי או ירידה של מינימום שתי נקודות בסולם התרדמת של גלזגו הנמשכת לפחות שעה אחת, כאשר סיבות אחרות, כולל התקפים ודימום חוזר אינן נכללות. DCI נקשר לסיכון מוגבר למוות ולירידה בתוצאות תפקודיות לאחר aSAH9. וזוספאזם מוחי (CVS), היצרות עורקי המוח, ידוע כקשור ל- DCI במשך עשרות שנים ונחשב בעבר כסיבה היחידה ל- DCI. מאז הוכח כי CVS יכול להתרחש ללא התפתחות של DCI וגורמים נוספים, כולל פקקת כלי דם והתכווצות, דיכאון מתפשט קליפת המוח, ותגובה דלקתית של EBI זוהו מאז10,11,12.
בשל ההשפעה הגדולה של EBI ו-DCI על מהלך המחלה ועל תוצאות החולים הלוקים, מודלים של בעלי חיים צריכים לחקות אותם במידה רבה ככל האפשר, ועדיין להיות ניתנים לשחזור. חוקרים השתמשו במגוון רחב של מודלים שונים במגוון בעלי חיים, מעכברים ועד פרימטים לא אנושיים, כדי לנסות ולדמות aSAH. חולדות הבר Sprague-Dawley ו-Wistar הן כיום חיות המעבדה הנפוצות ביותר, והמודלים הנפוצים ביותר הם מודל הניקוב האנדוסקולרי, מודל ההזרקה הכפולה cisterna-magna, ולבסוף מודל ההזרקה הבודדת הקדם-כיאזמטית, שיתואר במאמרזה 13.
המודל הפרה-כיאזמטי, הזרקה יחידה, פותח במקור על ידי פרונל ועמיתיו כדי להתמודד עם כמה מהחסרונות של מודלים ניסיוניים אחרים14. הניתוח, כאשר הוא נשלט, הוא מאוד לשחזור וממזער את השונות בין בעלי חיים. המודל מחקה SAH בבני אדם במספר נקודות, כולל העלייה הפתאומית ב- ICP בעקבות הזרקת הדם, וכתוצאה מכך איסכמיה עולמית חולפת עקב ירידה ב- CBF15,16. זה משפיע על זרימת הדם הקדמית, וזה המקום שבו רוב aSAH בבני אדם להתרחש17. התמותה נעה בין 10%-33% בהתאם למחקר ולכמות הדם המוזרקת14,18. מוות תאי מושהה ודלקת עצבית יכולים להיות מזוהים ביום 2 ו -7 ובכך לספק משתנים לחקור את ההשלכות של EBI ו- DCI19,20.
המחקר מציג תיאור מעודכן של מודל ההזרקה החד-פעמית הקדם-כיאזמטי בחולדה יחד עם תיאור כיצד להשתמש בבדיקת ICP כנמל לניהול תוך-תאי של רוקחות.
Protocol
Representative Results
Discussion
מודל ההזרקה היחידה הקדם-כיאזמטית של SAH מחקה מספר אלמנטים חשובים של SAH אנושי, כולל הזינוק ב- ICP, הפחתת CBF, איסכמיה גלובלית חולפת, upregulation של סמנים נוירו-דלקתיים, ו- CVS 14,15,16,18,19,20. הגשושית ICP…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
העבודה נתמכה על ידי קרן לונדבק ומענק המצוינות של לונדבק (מס’ R59-A5404). לתורמים לא היה כל תפקיד בשום חלק של כתב היד.
Materials
| 16 G peripheral vein catheter | BD Venflon | 393229 | Needle shortened, distal 1 cm curved. Wings removed |
| Anesthesia bell/ chamber | Unknown | ||
| Blood gas analyzer | Radiometer | ABL80 | |
| Blood pressure (BP) monitor | Adinstruments | ML117 | Connects to Powerlab |
| Curved forceps, 12 cm x 3 | F.S.T | 11001-12 | For anesthesia |
| Cylindrical pillow, 28 cm x 4 cm | Homemade | Made from surgical towels | |
| Data acquisition hardware | Adinstruments | ML870 Powerlab | |
| Data acquistion software | Adinstruments | LabChart 6.0 | |
| Drill | KMD | 1189 | |
| Drill controller | Silfradent | 300 IN | |
| Flexible light | Schott | KL200 | |
| Heating pad | Minco | 1135 | |
| Hypodermic needle, 20 G | KD Medical | 301300 | Connects to stereotaxic frame |
| ICP monitor | Adinstruments | ML117 | Connects to Powerlab |
| Isoflurane vaporizer | Ohmeda | TEC3 | |
| Laptop | Lenovo | T410 | |
| Laser doppler monitor | Adinstruments | ML191 | |
| Laser doppler probe | Oxford Optronics | MSF100XP | Connects to laser doppler monitor |
| Needle holder, 13 cm | F.S.T | 12001-13 | For anesthesia |
| Precision syringe, 0.025 mL | Hamilton | 547407 | |
| Stereotaxic frame | Kopf Instruments | M900 | |
| Surgical microscope | Carl Zeiss | F170 | |
| Suture needle | Allgaier | 1245 | For anesthesia |
| Temperaure controller | CWE,INC. | TC-1000 | |
| Transducer x 2 | Adinstruments | MLT0699 | Connects to BP and ICP monitor |
| Ventilator | Ugo Basile | 7025 | |
| Veterinary clipper | Aesculap | GT421 | |
| 3-pronged Blair retractor, 13.5 cm | Agnthos | 17022–13 | |
| Blunt Alm retractor | F.S.T | 17008-07 | |
| Curved forceps, 12 cm x 2 | F.S.T | 11001-12 | |
| Needle holder, 13 cm | F.S.T | 12001-13 | |
| Straight Dumont forceps, 11 cm | F.S.T | 11252-00 | |
| Straight Halsted-Mosquito hemostat x 2 | F.S.T | 13008-12 | |
| Straight Iris scissor, 9 cm | F.S.T | 14090-09 | |
| Straight Vannas scissor, 10.5 cm | F.S.T | 15018-10 | |
| Absorpable swabs | Kettenbach | 31603 | |
| Black silk thread, 4-0, 5 x 15 cm | Vömel | 14757 | |
| Bone wax | Aesculap | 1029754 | |
| Carbomer eye gel 2 mg/g | Paranova | ||
| Cotton swab | Heinz Herenz | WA-1 | |
| Cotton tipped applicator x 4 | Selefa | 120788 | |
| Hypodermic needle, 23 G x2 | KD Medical | 900284 | Connects to stopcock. Remove distal end |
| Hypodermic needle, 23 G x3 | KD Medical | 900284 | Remove distal end. 2 connects to stopcock, 1 to syringe |
| ICP probe: | Homemade | Made of the following: | |
| Polythene tubing, 20 mm | Smiths medical | 800/100/200 | Inner diameter (ID): 0.58 mm, Outer diameter (OD): 0.96 mm. |
| Silicone tubing, 10 mm | Fisher | 15202710 | ID: 0.76 mm, OD: 2.4 mm. |
| Silicone tubing, 2 mm | Fisher | 11716513 | ID: 1.0 mm, OD: 3.0 mm. |
| Micro hematocrit tubes | Brand | 7493 11 | |
| OP-towel, 45 cm x75 cm | Mölnlycke | 800430 | |
| PinPort adapter, 22 G | Instech | PNP3F22 | |
| PinPort injector | Instech | PNP3M | |
| Polythene tubing, 2 x 20 cm | Smiths medical | 800/100/200 | Connects to syringe. ID: 0.58 mm, OD: 0.96 mm. |
| Rubberband | Unknown | ||
| Scalpel, 10 blade | Kiato | 23110 | |
| Spinalneedle, 25 G x 3.5'' | Braun | 5405905-01 | |
| Stopcock system, Discofix x 2 | Braun | 16494C | Connects to transducer |
| Suture, 4-0, monofil, non-resorbable x 3 | Ethicon | EH7145H | |
| Syringe, 1 mL | BD Plastipak | 1710023 | |
| Syringe, luer-lock, 10 mL x 4 | BD Plastipak | 305959 | Connects to transducer |
| Tissue adhesive glue | 3M | 1469SB | |
| 0.5% Chlorhexidine spirit | Faaborg Pharma | 210918 | |
| Carprofen 50 mg/mL | ScanVet | 43715 | Diluted 1:10 |
| Isoflurane | Baxter | ||
| Isotonic saline | Amgros | 16404 | |
| Lidocaine-Adrenaline 10 mg/5 µg/mL | Amgros | 16318 |
References
- van Gijn, J., Kerr, R. S., Rinkel, G. J. Subarachnoid haemorrhage. Lancet. 369 (9558), 306-318 (2007).
- de Rooij, N. K., Linn, F. H. H., vander Plas, J. A., Algra, A., Rinkel, G. J. E. Incidence of subarachnoid haemorrhage: a systematic review with emphasis on region, age, gender and time trends. Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. 78 (12), 1365-1372 (2007).
- Feigin, V. L., Lawes, C. M., Bennett, D. A., Barker-Collo, S. L., Parag, V. Worldwide stroke incidence and early case fatality reported in 56 population-based studies: a systematic review. The Lancet, Neurology. 8 (4), 355-369 (2009).
- Maher, M., Schweizer, T. A., Macdonald, R. L. Treatment of spontaneous subarachnoid hemorrhage: guidelines and gaps. Stroke. 51 (4), 1326-1332 (2020).
- Pickard, J. D., et al. Effect of oral nimodipine on cerebral infarction and outcome after subarachnoid haemorrhage: British aneurysm nimodipine trial. British Medical Journal (Clinical Research ed.). 298 (6674), 636-642 (1989).
- Daou, B. J., Koduri, S., Thompson, B. G., Chaudhary, N., Pandey, A. S. Clinical and experimental aspects of aneurysmal subarachnoid hemorrhage. CNS Neuroscience and Therapeutics. 25 (10), 1096-1112 (2019).
- Fujii, M., et al. Early brain injury, an evolving frontier in subarachnoid hemorrhage research. Translational Stroke Research. 4 (4), 432-446 (2013).
- Roos, Y. B., et al. Complications and outcome in patients with aneurysmal subarachnoid haemorrhage: A prospective hospital based cohort study in the Netherlands. Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. 68 (3), 337-341 (2000).
- Vergouwen, M. D. I., et al. Definition of delayed cerebral ischemia after aneurysmal subarachnoid hemorrhage as an outcome event in clinical trials and observational studies: proposal of a multidisciplinary research group. Stroke. 41 (10), 2391-2395 (2010).
- Brown, R. J., Kumar, A., Dhar, R., Sampson, T. R., Diringer, M. N. The relationship between delayed infarcts and angiographic vasospasm after aneurysmal subarachnoid hemorrhage. Neurosurgery. 72 (5), 702-707 (2013).
- Dhar, R., et al. Relationship between angiographic vasospasm and regional hypoperfusion in aneurysmal subarachnoid hemorrhage. Stroke. 43 (7), 1788-1794 (2012).
- Macdonald, R. L. Delayed neurological deterioration after subarachnoid haemorrhage. Nature Reviews. Neurology. 10 (1), 44-58 (2014).
- Marbacher, S., et al. Systematic review of in vivo animal models of subarachnoid hemorrhage: species, standard parameters, and outcomes. Translational Stroke Research. 10 (3), 250-258 (2019).
- Prunell, G. F., Mathiesen, T., Svendgaard, N. -. A. A new experimental model in rats for study of the pathophysiology of subarachnoid hemorrhage. Neuroreport. 13 (18), 2553-2556 (2002).
- Prunell, G. F., Mathiesen, T., Diemer, N. H., Svendgaard, N. A. Experimental subarachnoid hemorrhage: subarachnoid blood volume, mortality rate, neuronal death, cerebral blood flow, and perfusion pressure in three different rat models. Neurosurgery. 52 (1), 165-176 (2003).
- Prunell, G. F., et al. Experimental Subarachnoid Hemorrhage: Cerebral blood flow and brain metabolism during the acute phase in three different models in the rat. Neurosurgery. 54 (2), 426-437 (2004).
- Velthuis, B. K., et al. Subarachnoid hemorrhage: Aneurysm detection and preoperative evaluation with CT angiography. Radiology. 208 (2), 423-430 (1998).
- Leclerc, J. L., et al. A comparison of pathophysiology in humans and rodent models of subarachnoid hemorrhage. Frontiers in Molecular Neuroscience. 11, 71 (2018).
- Prunell, G. F., Svendgaard, N. A., Alkass, K., Mathiesen, T. Inflammation in the brain after experimental subarachnoid hemorrhage. Neurosurgery. 56 (5), 1082-1091 (2005).
- Prunell, G. F., Svendgaard, N. A., Alkass, K., Mathiesen, T. Delayed cell death related to acute cerebral blood flow changes following subarachnoid hemorrhage in the rat brain. Journal of Neurosurgery. 102 (6), 1046-1054 (2005).
- Spray, S., Haanes, K. A., Edvinsson, L., Johansson, S. E. Subacute phase of subarachnoid haemorrhage in female rats: increased intracranial pressure, vascular changes and impaired sensorimotor function. Microvascular Research. 135, 104127 (2020).
- Ansar, S., Vikman, P., Nielsen, M., Edvinsson, L. Cerebrovascular ETB, 5-HT1B, and AT1 receptor upregulation correlates with reduction in regional CBF after subarachnoid hemorrhage. American Journal of Physiology – Heart and Circulatory Physiology. 293 (6), 3750-3758 (2007).
- Hansen-Schwartz, J., et al. Subarachnoid hemorrhage enhances endothelin receptor expression and function in rat cerebral arteries. Neurosurgery. 52 (5), 1188-1194 (2003).
- Hayman, E. G., Wessell, A., Gerzanich, V., Sheth, K. N., Simard, J. M. Mechanisms of global cerebral edema formation in aneurysmal subarachnoid hemorrhage. Neurocritical Care. 26 (2), 301-310 (2017).
- Miyata, H., et al. Vasa vasorum formation is associated with rupture of intracranial aneurysms. Journal of Neurosurgery. , 1-11 (2019).
- Tada, Y., et al. Roles of hypertension in the rupture of intracranial aneurysms. Stroke. 45 (2), 579-586 (2014).
- Nuki, Y., et al. Elastase-induced intracranial aneurysms in hypertensive mice. Hypertension. 54 (6), 1337-1344 (1979).
- Marbacher, S., Wanderer, S., Strange, F., Grüter, B. E., Fandino, J. Saccular aneurysm models featuring growth and rupture: A systematic review. Brain Sciences. 10 (2), 101 (2020).
- Altay, O., et al. Isoflurane on brain inflammation. Neurobiology of Disease. 62, 365-371 (2014).
- Hockel, K., Trabold, R., Schöller, K., Török, E., Plesnila, N. Impact of anesthesia on pathophysiology and mortality following subarachnoid hemorrhage in rats. Experimental and Translational Stroke Medicine. 4 (1), 5 (2012).
- Kamp, M. A., et al. A Systematic and meta-analysis of mortality in experimental mouse models analyzing delayed cerebral ischemia after subarachnoid hemorrhage. Translational Stroke Research. 8 (3), 206-219 (2017).
- Povlsen, G. K., Johansson, S. E., Larsen, C. C., Samraj, A. K., Edvinsson, L. Early events triggering delayed vasoconstrictor receptor upregulation and cerebral ischemia after subarachnoid hemorrhage. BMC Neuroscience. 14, 34 (2013).
