Musehjertestopmodel til hjernebilleddannelse og hjernefysiologiovervågning under iskæmi og genoplivning
Summary
Denne protokol demonstrerer en unik musemodel af kvælningshjertestop, der ikke kræver brystkompression til genoplivning. Denne model er nyttig til overvågning og billeddannelse af dynamikken i hjernens fysiologi under hjertestop og genoplivning.
Abstract
De fleste hjertestop (CA) overlevende oplever varierende grader af neurologiske underskud. For at forstå de mekanismer, der understøtter CA-induceret hjerneskade og efterfølgende udvikle effektive behandlinger, er eksperimentel CA-forskning afgørende. Til dette formål er der etableret et par mus CA-modeller. I de fleste af disse modeller placeres musene i liggende stilling for at udføre brystkompression til hjerte-lungeredning (HLR). Denne genoplivningsprocedure gør imidlertid realtidsbilleddannelse / overvågning af hjernefysiologi under CA og genoplivning udfordrende. For at opnå en sådan kritisk viden præsenterer denne protokol en museasfyksi CA-model, der ikke kræver brystkompressions-HLR-trinnet. Denne model giver mulighed for undersøgelse af dynamiske ændringer i blodgennemstrømning, vaskulær struktur, elektriske potentialer og hjernevævsilt fra præ-CA baseline til tidlig post-CA reperfusion. Det er vigtigt, at denne model gælder for ældre mus. Således forventes denne mus CA-model at være et kritisk værktøj til at dechifrere virkningen af CA på hjernens fysiologi.
Introduction
Hjertestop (CA) er fortsat en global folkesundhedskrise1. Mere end 356.000 tilfælde uden for hospitalet og 290.000 CA-tilfælde på hospitalet rapporteres årligt alene i USA, og de fleste CA-ofre er over 60 år gamle. Især er neurologiske svækkelser efter CA almindelige blandt overlevende, og disse udgør en stor udfordring for CA-styring 2,3,4,5. For at forstå post-CA hjernepatologiske ændringer og deres virkninger på neurologiske resultater er forskellige neurofysiologiske overvågnings- og hjernevævsovervågningsteknikker blevet anvendt hos patienter 6,7,8,9,10,11,12. Ved hjælp af nær-infrarød spektroskopi er hjerneovervågning i realtid også blevet udført i CA-rotter for at forudsige neurologiske resultater13.
I murine CA-modeller er en sådan billeddannelsesmetode imidlertid blevet kompliceret af behovet for brystkompressioner for at genoprette spontan cirkulation, hvilket altid medfører betydelig fysisk bevægelse og dermed hindrer sarte billeddannelsesprocedurer. Desuden udføres CA-modeller normalt med mus i liggende stilling, mens musene skal vendes til den udsatte position for mange hjernebilleddannelsesmetoder. Således kræves en musemodel med minimal kropsbevægelse under operationen i mange tilfælde for at udføre realtidsbilleddannelse / overvågning af hjernen under hele CA-proceduren, der spænder fra præ-CA til post-genoplivning.
Tidligere rapporterede Zhang et al. en mus CA-model, der kunne være nyttig til hjernebilleddannelse14. I deres model blev CA induceret af bolusinjektioner af vecuronium og esmolol efterfulgt af ophør af mekanisk ventilation. De viste, at efter 5 minutters CA kunne genoplivning opnås ved infusion af en genoplivningsblanding. Især forekom kredsløbsstop i deres model kun ca. 10 s efter esmololinjektionen. Denne model rekapitulerer således ikke progressionen af asfyxi-induceret CA hos patienter, herunder hyperkapni og vævshypoxi i perioden før anholdelsen.
Det overordnede mål med den nuværende kirurgiske procedure er at modellere klinisk asfyksi CA hos mus efterfulgt af genoplivning uden brystkompressioner. Denne CA-model tillader derfor brugen af komplekse billeddannelsesteknikker til at studere hjernefysiologi hos mus15.
Protocol
Representative Results
Discussion
I eksperimentelle CA-undersøgelser er asfyxi, kaliumchloridinjektioner eller elektrisk strømafledt ventrikelflimmer blevet anvendt til at inducere CA 16,17,18,19,20,21,22,23. Normalt kræves HLR til genoplivning i disse CA-modeller, især hos mus. Vi har …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne takker Kathy Gage for hendes redaktionelle støtte. Denne undersøgelse blev støttet af midler fra Institut for Anæstesiologi (Duke University Medical Center), American Heart Association tilskud (18CSA34080277) og National Institutes of Health (NIH) tilskud (NS099590, HL157354, NS117973 og NS127163).
Materials
| Adrenalin | Par Pharmaceutical | NDC 42023-159-01 | |
| Alcohol swabs | BD | 326895 | |
| Animal Bio Amp | ADInstruments | FE232 | |
| BP transducer | ADInstruments | MLT0699 | |
| Bridge Amp | ADInstruments | FE117 | |
| Heparin sodium injection, USP | Fresenius Kabi | NDC 63323-540-05 | |
| Isoflurane | Covetrus | NDC 11695-6777-2 | |
| Laser Doppler perfusion monitor | Moor Instruments | moorVMS-LDF1 | |
| Laser speckle imaging system | RWD | RFLSI III | |
| Lubricant eye ointment | Bausch + Lomb | 339081 | |
| Micro clip | Roboz | RS-5431 | |
| Mouse rectal probe | Physitemp | RET-3 | |
| Needle electrode | ADInstruments | MLA1213 | 29 Ga, 1.5 mm socket |
| Nitrogen | Airgas | UN1066 | |
| Optic plastic fibre | Moor Instruments | POF500 | |
| Otoscope | Welchallyn | 728 | 2.5 mm Speculum |
| Oxygen | Airgas | UN1072 | |
| PE-10 tubing | BD | 427401 | Polyethylene tubing |
| Povidone-iodine | CVS | 955338 | |
| PowerLab 8/35 | ADInstruments | ||
| Rimadyl (carprofen) | Zoetis | 6100701 | Injectable 50 mg/ml |
| Small animal ventilator | Kent Scientific | RoVent Jr. | |
| Temperature controller | Physitemp | TCAT-2DF | |
| Triple antibioric & pain relief | CVS | NDC 59770-823-56 | |
| Vaporizer | RWD | R583S | |
| 0.25% bupivacaine | Hospira | NDC 0409-1159-18 | |
| 0.9% sodium chroride | ICU Medical | NDC 0990-7983-03 | |
| 1 mL plastic syringe | BD | 309659 | |
| 4-0 silk suture | Look | SP116 | Black braided silk |
| 6-0 nylon suture | Ethilon | 1698G | |
| 8.4% sodium bicarbonate Inj., USP | Hospira | NDC 0409-6625-02 | |
| 20 G IV catheter | BD | 381534 | 20GA 1.6 IN |
| 30 G PrecisionGlide needle | BD | 305106 | 30 G X 1/2 |
References
- Smith, A., Masters, S., Ball, S., Finn, J. The incidence and outcomes of out-of-hospital cardiac arrest in metropolitan versus rural locations: A systematic review and meta-analysis. Resuscitation. 185, 109655 (2022).
- Amacher, S. A., et al. Predicting neurological outcome in adult patients with cardiac arrest: systematic review and meta-analysis of prediction model performance. Critical Care. 26 (1), 382 (2022).
- Matsuyama, T., Ohta, B., Kiyohara, K., Kitamura, T. Intra-arrest partial carbon dioxide level and favorable neurological outcome after out-of-hospital cardiac arrest: A nationwide multicenter observational study in Japan (the JAAM-OHCA registry). European Heart Journal of Acute Cardiovascular Care. 12 (1), 14-21 (2023).
- Takahagi, M., Sawano, H., Moriyama, T. Long-term neurological outcome of extracorporeal cardiopulmonary resuscitation for out-of-hospital cardiac arrest patients with nonshockable rhythms: A single-center, consecutive, retrospective observational study. The Journal of Emergency Medicine. 63 (3), 367-375 (2022).
- Mork, S. R., Botker, M. T., Christensen, S., Tang, M., Terkelsen, C. J. Survival and neurological outcome after out-of-hospital cardiac arrest treated with and without mechanical circulatory support. Resuscition Plus. 10, 100230 (2022).
- Koenig, M. A., Kaplan, P. W., Thakor, N. V. Clinical neurophysiologic monitoring and brain injury from cardiac arrest. Neurologic Clinics. 24 (1), 89-106 (2006).
- Cavazzoni, E., Schibler, A. Monitoring of brain tissue oxygen tension and use of vasopressin after cardiac arrest in a child with catecholamine-induced cardiac arrhythmia. Critical Care & Resuscitation. 10 (4), 316-319 (2008).
- Topjian, A. A., et al. Multimodal monitoring including early EEG improves stratification of brain injury severity after pediatric cardiac arrest. Resuscitation. 167, 282-288 (2021).
- Beekman, R., et al. Bedside monitoring of hypoxic ischemic brain injury using low-field, portable brain magnetic resonance imaging after cardiac arrest. Resuscitation. 176, 150-158 (2022).
- Sinha, N., Parnia, S. Monitoring the brain after cardiac arrest: A new era. Current Neurology Neuroscience Report. 17 (8), 62 (2017).
- Reis, C., et al. Pathophysiology and the monitoring methods for cardiac arrest associated brain injury. International Journal of Molecular Sciences. 18 (1), 129 (2017).
- Zhou, H., Lin, C., Liu, J., Wang, X. Continuous monitoring of brain perfusion by cerebral oximetry after spontaneous return of circulation in cardiac arrest: A case report. BMC Neurology. 22 (1), 365 (2022).
- Takegawa, R., et al. Real-time brain monitoring by near-infrared spectroscopy predicts neurological outcome after cardiac arrest and resuscitation in rats: A proof of concept study of a novel prognostic measure after cardiac arrest. Journal Clinical Medicine. 11 (1), 131 (2021).
- Zhang, C., et al. Invasion of peripheral immune cells into brain parenchyma after cardiac arrest and resuscitation. Aging and Disease. 9 (3), 412-425 (2018).
- Duan, W., et al. Cervical vagus nerve stimulation improves neurologic outcome after cardiac arrest in mice by attenuating oxidative stress and excessive autophagy. Neuromodulation. 25 (3), 414-423 (2022).
- Liu, H., et al. Novel modification of potassium chloride induced cardiac arrest model for aged mice. Aging and Disease. 9 (1), 31-39 (2018).
- Shen, Y., et al. Aging is associated with impaired activation of protein homeostasis-related pathways after cardiac arrest in mice. Journal of American Heart Association. 7 (17), e009634 (2018).
- Wang, P., et al. Manganese porphyrin promotes post cardiac arrest recovery in mice and rats. 생물학. 11 (7), 957 (2022).
- Wang, W., et al. Development and evaluation of a novel mouse model of asphyxial cardiac arrest revealed severely impaired lymphopoiesis after resuscitation. Journal of American Heart Association. 10 (11), e019142 (2021).
- Li, R., et al. Activation of the XBP1s/O-GlcNAcylation pathway improves functional outcome after cardiac arrest and resuscitation in young and aged mice. Shock. 56 (5), 755-761 (2021).
- Shen, Y., et al. Activation of the ATF6 (activating transcription factor 6) signaling pathway in neurons improves outcome after cardiac arrest in mice. Journal American Heart Association. 10 (12), e020216 (2021).
- Jiang, M., et al. MCC950, a selective NLPR3 inflammasome inhibitor, improves neurologic function and survival after cardiac arrest and resuscitation. Journal of Neuroinflammation. 17 (1), 256 (2020).
- Zhao, Q., et al. Cardiac arrest and resuscitation activates the hypothalamic-pituitary-adrenal axis and results in severe immunosuppression. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 41 (5), 1091-1102 (2021).
