דגם חזרזיר של ילודים חוסר חמצן-איסכמי אנצפלופתיה
Summary
Hypoxic-ischemic encephalopathy following perinatal asphyxia can be studied using animal models. We demonstrate the procedures necessary for establishing a piglet model of neonatal hypoxic-ischemic encephalopathy.
Abstract
חנק לידה, מה שגורם לחוסר החמצן אנצפלופתיה-איסכמי (hie), מהווה 0,660,000 מקרי מוות ברחבי העולם בכל שנה, כרבע ממקרי המוות של 2.9 מיליון היילודים בעולם. מודלים של בעלי החיים של hie תרמו להבנה של הפתופיזיולוגיה בhie, והדגישו את התהליך הדינמי המתרחש בפגיעה מוחית בשל חנק סביב הלידה. כך, מחקרים בבעלי החיים הראו בזמן חלון לאסטרטגיות טיפול פוסט-עלבון. היפותרמיה נבדקה כטיפול לhie בדגמי pdiglet ולאחר מכן הוכחה כיעיל בניסויים קליניים. וריאציות של המודל יושמו במחקר של שיטות נוירו משלים ומחקרי חזרזיר של קסנון ומלטונין הוביל לשלב קליני I ו- II של ניסויים 1,2. מודל hie החזרזיר משמש עוד ללימודי resuscitation- והמודינמית בילוד, כמו גם בחקירות של היפוקסיה מוחית ברמה תאית. עם זאת, זה מאתגר מבחינה טכניתמודל ושינויים בפרוטוקול עלול לגרום לפגיעה מוחית או קלה או קשה מדי. במאמר זה, אנחנו מדגימים את הנהלים הטכניים הנדרשים להקמת מודל חזרזיר יציב של hie ילוד. ראשית, חזרזיר היילוד (<משקל 1500 גרם 24 שעות ישנות, חציון) הוא הרדים, מחובר לצינורות, ופיקוח בהתקנה דומה לזה שנמצא ביחידה לטיפול נמרצת בילוד. היפוקסיה-איסכמיה עולמית הנגרמת על ידי הורדת חלק חמצן השאיפה להשיג היפוקסיה הגלובלית, איסכמיה דרך תת לחץ דם וEEG משרעת עקבות שטוחות משולב (aEEG) מעיד על חוסר חמצן במוח. הישרדות היא מקודמת על ידי התאמת חמצון פי תגובת aEEG ולחץ דם. פגיעה מוחית היא לכמת ידי histopathology והדמיה בתהודה מגנטית לאחר 72 שעות.
Introduction
חנק סביב הלידה הוא מצב חריף ולעתים קרובות לא צפוי הקשורים לאנצפלופתיה חוסר חמצן-איסכמי (hie). המטרה הכללית של פרוטוקול זה היא להדגים מודל הישרדות חזרזיר של אנצפלופתיה חוסר חמצן-איסכמי סביב הלידה. מודל זה יכול לשמש כדי לחקור את ההשפעה של דרגות שונות של היפוקסיה-איסכמיה על המוח בילוד ושל טיפולים ניסיוניים על נוירופתולוגיה, הדמיה בתהודה מגנטית וספקטרוסקופיה (MRI וMRS) וסמנים ביולוגיים בנוזלי גוף כמו דם, נוזל השדרתי ושתן . המודל גם הוכיח שימושי לחקר מערכת הלב וכלי הדם, מערכת נשימה, כליות וכבד, אשר כולם מושפעות בהיפוקסיה-איסכמיה הגלובלית.
חנק סביב הלידה הוא התוצאה של ידתית אספקת חמצן בסכנה או בתקופה שלאחר הלידה המיידית. אירועי חוסר חמצן סבים-לידתית בחשבון 0,660,000 מקרי מוות ברחבי העולם בכל שנה, כרבע מטחנת 2.9 בעולםמות יון בילוד בשנת 2012 3. בשנת 2010 1.15 מיליון תינוקות הוערכו פיתח אנצפלופתיה הילוד הבא חנק הלידה 4. Hie מוגדר כאנצפלופתיה בתינוקות שנולדו לאחר 34 שבועות של הריון מתרחש ב1-3 / 1,000 לידה חי 5 בעולם המתועש ועד 8.5 / 1,000 לידה חי במדינות מתפתחות 4. הסיכון למוות הוא 10-60%, ואת הסיכון לנכי נוירולוגית בניצולי 30-100% 6,7. 50.2 מ'שנות חיים נכות מתואמת (DALYs) מיוחסות לאירועי חוסר חמצן ידתית 4. כיום הטיפול היחיד מלבד תומך לhie הוא היפותרמיה לאחר חוסר חמצן. כך, התקדמות בהליכי אבחון ואסטרטגיות טיפול חיונית כדי לשפר את הניהול של hie 8.
שיפורים בפרוגנוזה לאחר חנק וניהול של פגיעה מוחית בילוד סביב הלידה מבוססים על הרחבת ידע של מנגנוני מחלה הבסיסייםטיפולים אפשריים ד. מודלים של בעלי החיים של hie הם שימושיים במיוחד כאירועים קליניים שונים עלולים להוביל לhie ושכיחות בכל מרכז לידה אחת היא 5 נמוכים. הגדרת ניסוי שבו ניתן למזער את ההשפעה של שונות ביולוגיות, היא חיונית בעת בדיקה חדשה כלים פרוגנוסטיים ואבחון ואסטרטגיות טיפול. מודל חיה צריך להתקרב למצב הקליני ככל האפשר, ובכך לתרום להבנתנו את המנגנונים פתולוגיים שבבסיס הפגיעה הנגרמת ולתהליך הדינמי המעורב במחלה ולא האמין, זה התוצאה 9. מודלים של בעלי החיים של hie הילוד כללו מספר המינים, כוללים מכרסמים, כבש, וחזירים. לשם השוואה, יש חזרזיר יילוד דמיון גבוה יותר לתינוק אנושי ביחס לגודל, מערכת לב וכלי דם 10 ובגרות מוח בעת המשלוח 11,12. ניטור, מכשור והערכת תוצאות במודל דומה לחזרזיר thaלא השתמש בטיפול הקליני של תינוקות עם hie. בהתאם לכך, יש מידה גבוהה של תרגום לטיפול שזה עתה נולד ממודל זה.
מודלים חזירונים של היפוקסיה סביב הלידה וhie משמשים קבוצות רבות ושונים זה מזה במספר תחומים 13. על פי מטרת הניסוי, תשומת לב קפדנית חייבת להיות משולם לבחירה של תרופות, שיטה של גרימת היפוקסיה-איסכמיה, שיטה של השליטה משך עלבון וחומרה, החייאה לאחר עלבון וטיפול, והערכת תוצאות. כדי למנוע הטיה עיצוב מחקר אקראי יש להשתמש תמיד במחקרים התערבותיים.
השיטה מיושמת כאשר גרימת פציעת חוסר חמצן-איסכמי היא חשובה. היפוקסיה עולמית המובילה לhie לעתים קרובות תוצאות כישלון רב-איבר מעורב מוח, לב, ריאות, כליות וכבד. בהתאם לתוצאות ההערכה, מודלים של hie צריכים להיות מבוססים על היפוקסיה ואיסכמיה הגלובליות ולא להסתמך על איסכמיה מוקד, למשל., על ידי קשירה של מכוניתעורקי otid 14. נייר האחרון הוחל בשילוב של היפוקסיה (FiO 2 12%) ודחיסת עורק הראשי תוך שמירה על לחץ דם> 40 מ"מ דם ממוצע כספית 2. קבוצה נוספת הנגרמת היפוקסיה העולמית ב -8% O 2 עד עודף> 20 mmol / L בסיס שלילי או מתכוונת לחץ דם דם (MABP) <15 מ"מ כספית, והקריבה את בעלי החיים על 4 שעות 15. היפוקסיה גם כבר טיטרציה ידי תפוקת לב (30-40% מבסיס), MABP (30-35 מ"מ כספית) ו- pH עורקים (6.95-7.05) 16.
מודלים של היפוקסיה-איסכמיה הגלובלית טיטרציה ידי דיכוי aEEG דומה לזו שהוצגה בדוח זה, הוכיחו אנצפלופתיה שהיא קליני, electrophysiologically, וneuropathologically דומה למצב שנמצא בתינוק נחנק לטווח 17,18.
מידת hie המושרית היא חיונית. מודל חיה שימושי של hie גם חייב לאפשר לבדיקה של Dia החדשגנוסטי נהלים ואפשרויות טיפול. כדי לאפשר זאת, המודלים צריכים לגרום hie המתון שבם יש פוטנציאל לטיפול בפגיעה מוחית חמורה עם פוטנציאל טיפול קטן או לא יהיה פחות רלוונטי בעת הערכת טיפולים חדשים. סובלנות להיפוקסיה משתנה במידה ניכרת בין בעלי החיים מבחן. המחקרים קודמים הראו כי פגיעה מוחית עקבית יותר ניתן להשיג ושיותר חיות לשרוד 17,19 באינדיווידואליזציה היפוקסיה המושרית על פי התגובה המוחית של כל חזרזיר הוערכה על ידי electroencephalography משרעת משולב (aEEG) ולא באמצעות FiO ערך 2 סט לאורך אירוע חוסר חמצן. משך דיכוי aEEG בקורלציה למידת פגיעה מוחית, עם כמה שינויים בהיסטופתולוגיות <דיכוי aEEG 20 דקות והתקפים חמורים גדלו ב> 45 דקות דיכוי aEEG. סקירה האחרונה של טיפולי נוירו לhie זיהתה את הצורך במודלים הישרדות מאפשרת שקילת משקל הג תוצאת התנהגותures במודלים של בעלי החיים 20.
ישנם יתרונות רבים של מודל חזרזיר hie הציג. היא מבוססת על מינים שבם תוצאות הן סבירה מאוד לתרגם לפיסיולוגיה האנושית. מודלים היפוקסיה-איסכמיה גלובליות כישלון רב-איברים וטיטרציה של היפוקסיה-איסכמיה ידי aEEG גורם תואר עקבי של פגיעה מוחית עם תוצאות רלוונטיות קליניות הישרדות כך שסמנים ביולוגיים, MRI והתנהגות ניתן להעריך בנקודות זמן רלוונטיות.
המודלים חזרזיר של חנק סביב הלידה וhie לא תרמו באופן משמעותי רק לתובנה נוכחית להפתופיזיולוגיה hie, אלא גם קדמו בהצלחה ניסויים קליניים, וכתוצאה מכך בסופו של טיפולים חדשים בבני אדם. מחקרי מודל חזרזיר מילאו תפקיד מפתח בהקמת היפותרמיה כטיפול לhie 21, ומשמשים במחקר החייאת יילודי 22. קבוצות שונות השתמשו במודלי חזרזיר בעת ביצוע מחקר בחנק וhie,מחקרי ד כוללים היפותרמיה 23, הורמון אלפא-גירוי מלנוציט 24, מדום לב 25, פעילות hydroxylase טירוזין 26, חשיפת חוסר חמצן חזר 27, פעילות הקולטן NMDA 14, וקרובים אינפרא אדום ספקטרוסקופיה 28.
מודל hie החזרזיר מוצג בדוח זה הוא מאתגר מבחינה טכנית לעבוד עם, כהתאמות קלות במהלך ההליך עלולות לגרום לפגיעה מוחית או קלה או קשה מדי 29,2. מצאנו שהספרות הקיימת חסרת פירוט מספיק כדי לשחזר דגמים שפורסמו בעבר. לפיכך, אנו כאן להפגין כל שלב של ההליכים הטכניים הנדרשים להקמת מודל הישרדות 72 שעות חזרזיר בדוח זה, המאפשר לחוקרים לקבוע מודל מתקדם לחקר hie.
Protocol
Representative Results
Discussion
בשל מורכבותה, המודל שתואר יכול להיות מיושם רק במתקנים המוכרים ומנוסה במחקר בבעלי חיים. אישור על ידי ועדת אתיקה המקומית יש לקבל לפני תחילת הניסויים, ורווחת בעלי חיים אופטימלית יש להבטיח בכל העת. כמודל מבוסס על הישרדותם של בעלי החיים הבדיקה, חשובה שסביבת סטרילית נשמר ב?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to thank John Kristensen and Søren Braad Andersen from the Department of Communication, Aarhus University Hospital, Denmark, for their exceptional help with filming and editing. Animal technician Diana Gyldenløve and veterinarian Birgitte Kousgaard, Institute of Clinical Medicine Aarhus University Hospital, Denmark for assisting with animal care. This study was supported by the Lundbeck Foundation, the Laerdal Foundation for Acute Medicine, Central Denmark Region’s Research Foundation, Augustinus Foundation, Aase and Ejnar Danielsens Foundation, the Institute of Clinical Medicine Aarhus University Hospital, Brødrene Hartmanns Foundation, Karen Elise Jensens Foundation, Fonden til Lægevidenskabens Fremme, and Marie Dorthea og Holger From, Haderslevs Fond.
Materials
| Warm-touch-pediatric blanket | Covidien | 5030840 |
| Adhesive Apertrue Drape | Barrier | 915447 |
| Utility Drape (sterile) 75×80 cm | Barrier | 800530 |
| Neoflon | BD – Luer | 391350 |
| Laryngoscope | Miller | 85-0045 |
| Endotracheal tube 2.5 mm | Covidien | 111-25 |
| Endotracheal tube 3.0 mm with cuff | Unomedical | MM61110030 |
| Endotracheal tube 3.5 mm with cuff | Unomedical | MM61110035 |
| Anesthesia machine | GE Healthcare | 1009-9002-000 |
| EEG – electrodes/disposable subdermal needle electrode | Cephalon | ACCE120550 |
| ECG – electrodes | medtronic | 3010107-003 |
| ECG-electrodes for MR | philips | ACCE120550 |
| Arterial blood sampler – aspirator | Radiometer medical ApS | 956552 |
| Polyurethane Umbilical vein catheter (5 Fr/Ch) | Covidien | 8888160341 |
| Polyurethane Umbilical vein catheter (3,5 Fr/ch) | Covidien | 8888160333 |
| Suture set (size 3-0) | Covidien | 8886 623341 |
| BD Spinal needle 0.7x38mm | BD needles | 405254 |
| Gas with 96% Nitrogen / 4% oxygen | Air Liquide | made on order |
| NeuroMonitor (CFM) system | Natus Medical Incorporated | OBM70002 |
Referências
- Chakkarapani, E., et al. Xenon enhances hypothermic neuroprotection in asphyxiated newborn pigs. Annals of. 68, 330-341 (2010).
- Robertson, N. J., et al. Melatonin augments hypothermic neuroprotection in a perinatal asphyxia model. Brain : a journal of neurology. 136, 90-105 (2013).
- Lawn, J. E., et al. Every Newborn: progress, priorities, and potential beyond survival. Lancet. 384, 189-205 (2014).
- Lee, A. C., et al. Intrapartum-related neonatal encephalopathy incidence and impairment at regional and global levels for 2010 with trends from 1990. Pediatric research. 74, 50-72 (2013).
- Kurinczuk, J. J., White-Koning, M., Badawi, N. Epidemiology of neonatal encephalopathy and hypoxic-ischaemic encephalopathy. Early human development. 86, 329-338 (2010).
- Shankaran, S., Woldt, E., Koepke, T., Bedard, M. P., Nandyal, R. Acute neonatal morbidity and long-term central nervous system sequelae of perinatal asphyxia in term infants. Early human development. 25, 135-148 (1991).
- Robertson, C. M., Finer, N. N., Grace, M. G. School performance of survivors of neonatal encephalopathy associated with birth asphyxia at term. The Journal of pediatrics. 114, 753-760 (1989).
- Bennet, L., Booth, L., Gunn, A. J. Potential biomarkers for hypoxic-ischemic encephalopathy. Seminars in feta., & neonatal medicine. 15, 253-260 (2010).
- Yager, J. Y., Ashwal, S. Animal models of perinatal hypoxic-ischemic brain damage. Pediatric neurology. 40, 156-167 (2009).
- Buckley, N. M. Maturation of circulatory system in three mammalian models of human development. Comparative biochemistry and physiology. A, Comparative. 83, 1-7 (1986).
- Dobbing, J., Sands, J. Comparative aspects of the brain growth spurt. Early human development. 3, 79-83 (1979).
- Dobbing, J., Sands, J. Quantitative growth and development of human brain. Archives of disease in childhood. 48, 757-767 (1973).
- Foster, K. A., et al. An improved survival model of hypoxia/ischaemia in the piglet suitable for neuroprotection studies. Brain research. 919, 122-131 (2001).
- LeBlanc, M. H., Li, X. Q., Huang, M., Patel, D. M., Smith, E. E. AMPA antagonist LY293558 does not affect the severity of hypoxic-ischemic injury in newborn pigs. Stroke; a journal of cerebral circulation. 26, 1908-1914 (1995).
- Andresen, J. H., et al. Nicotine affects the expression of brain-derived neurotrophic factor mRNA and protein in the hippocampus of hypoxic newborn piglets. J Perinat Med. 37, 553-560 (2009).
- Cheung, P. Y., Gill, R. S., Bigam, D. L. A swine model of neonatal asphyxia. Journal of visualized experiments : JoVE. , (2011).
- Thoresen, M., et al. A piglet survival model of posthypoxic encephalopathy. Pediatric research. 40, 738-748 (1996).
- Liu, X., Tooley, J., Loberg, E. M., Suleiman, M. S., Thoresen, M. Immediate hypothermia reduces cardiac troponin I after hypoxic-ischemic encephalopathy in newborn pigs. Pediatric research. 70, 352-356 (2011).
- Bjorkman, S. T., et al. Hypoxic/Ischemic models in newborn piglet: comparison of constant FiO2 versus variable FiO2 delivery. Brain research. 1100, 110-117 (2006).
- Robertson, N. J., et al. Which neuroprotective agents are ready for bench to bedside translation in the newborn infant. The Journal of pediatrics. 160, 544-552 (2012).
- Jacobs, S. E., et al. Cooling for newborns with hypoxic ischaemic encephalopathy. Cochrane Database Syst Rev. 1, CD003311 (2013).
- Andresen, J. H., et al. Resuscitation with 21 or 100% oxygen in hypoxic nicotine-pretreated newborn piglets: possible neuroprotective effects of nicotine. Neonatology. 93, 36-44 (2008).
- Karlsson, M., et al. Delayed hypothermia as selective head cooling or whole body cooling does not protect brain or body in newborn pig subjected to hypoxia-ischemia. Pediatric research. 64, 74-78 (2008).
- Kovacs, J., et al. Asphyxia-induced release of alpha-melanocyte-stimulating hormone in newborn pigs. Peptides. 22, 1049-1053 (2001).
- Varvarousi, G., et al. Asphyxial cardiac arrest, resuscitation and neurological outcome in a Landrace/Large-White swine model. Laboratory animals. 45, 184-190 (2011).
- Tammela, O., Pastuszko, A., Lajevardi, N. S., Delivoria-Papadopoulos, M., Wilson, D. F. Activity of tyrosine hydroxylase in the striatum of newborn piglets in response to hypocapnic hypoxia. Journal of neurochemistry. 60, 1399-1406 (1993).
- Cote, A., Barter, J., Meehan, B. Age-dependent metabolic effects of repeated hypoxemia in piglets. Canadian journal of physiology and pharmacology. 78, 321-328 (2000).
- Tichauer, K. M., et al. Assessing the severity of perinatal hypoxia-ischemia in piglets using near-infrared spectroscopy to measure the cerebral metabolic rate of oxygen. Pediatric research. 65, 301-306 (2009).
- Jasani, M. S., Salzman, S. K., Tice, L. L., Ginn, A., Nadkarni, V. M. Anesthetic regimen effects on a pediatric porcine model of asphyxial arrest. Resuscitation. 35, 69-75 (1997).
- Chakkarapani, E., Thoresen, M., Liu, X., Walloe, L., Dingley, J. Xenon offers stable haemodynamics independent of induced hypothermia after hypoxia-ischaemia in newborn pigs. Intensive care medicine. 38, 316-323 (2012).
- Munkeby, B. H., et al. A piglet model for detection of hypoxic-ischemic brain injury with magnetic resonance imaging. Acta radiologica. 49, 1049-1057 (2008).
- Andresen, J. H., et al. Newborn piglets exposed to hypoxia after nicotine or saline pretreatment: long-term effects on brain and heart. J Matern Fetal Neonatal Med. 22, 161-168 (2009).
- Munkeby, B. H., et al. Resuscitation with 100% O2 increases cerebral injury in hypoxemic piglets. Pediatric research. 56, 783-790 (2004).
