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Medicina

Auswertung der zerebralen Blutfluss-Autoregulation in der Ratte mit Laser-Doppler-Flowmetrie

Published: January 19, 2020
doi:
10.3791/60540
, , ,
1Department of Physiology,Medical College of Wisconsin

Summary

Dieser Artikel zeigt die Verwendung von Laser-Doppler-Flowmetrie, um die Fähigkeit der zerebralen Zirkulation zu bewerten, ihren Blutfluss während der Senkung des arteriellen Blutdrucks autoregulieren.

Abstract

Bei der Untersuchung der mechanismen des Körpers zur Regulierung des zerebralen Blutflusses kann eine relative Messung des mikrozirkulierenden Blutflusses mit Laser-Doppler-Flowmetrie (LDF) erreicht werden. Dieses Papier zeigt eine geschlossene Schädelpräparation, die es ermöglicht, den zerebralen Blutfluss zu beurteilen, ohne in den Schädel einzudringen oder eine Kammer oder ein Zerebralpeinzusungsfenster zu installieren. Zur Bewertung der autoregulatorischen Mechanismen kann ein Modell der kontrollierten Blutdrucksenkung durch abgestufte Blutungen verwendet werden, während gleichzeitig LDF eingesetzt wird. Dies ermöglicht die Echtzeit-Tracking der relativen Veränderungen des Blutflusses als Reaktion auf die Verringerung des arteriellen Blutdrucks durch die Entnahme des zirkulierenden Blutvolumens erzeugt. Dieses Paradigma ist ein wertvoller Ansatz zur Untersuchung der autoregulation des zerebralen Blutflusses bei der Senkung des arteriellen Blutdrucks und ist mit geringfügigen Änderungen im Protokoll auch als experimentelles Modell des hämorrhagischen Schocks wertvoll. Zusätzlich zur Bewertung autoregulierender Reaktionen kann LDF verwendet werden, um den kortikalen Blutfluss zu überwachen, wenn metabolische, myogene, endotheliale, humorale oder neuronale Mechanismen untersucht werden, die den zerebralen Blutfluss und die Auswirkungen verschiedener experimenteller Interventionen und pathologische Bedingungen bei der zerebralen Durchblutung.

Introduction

Autoregulatorische Mechanismen in der zerebralen Zirkulation spielen eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Homöostase und der normalen Funktion im Gehirn. Die Autoregulation des zerebralen Blutflusses wird durch mehrere Faktoren beeinflusst, einschließlich Herzfrequenz, Blutgeschwindigkeit, Perfusionsdruck, Durchmesser der Hirnwiderstandsarterien und der Mikrozirkulationsresistenz, die alle eine Rolle bei der Aufrechterhaltung der gesamten zerebralen Blutflusskonstante im Gehirn über den physiologischen Bereich des systemischen Blutdrucks spielen. Wenn der arterielle Druck zunimmt, verengen diese Mechanismen Arteriolen und Widerstandsarterien, um gefährliche Erhöhungen des intrakraniellen Drucks zu verhindern. Wenn der arterielle Blutdruck abnimmt, werden die Arteriolen durch lokale Kontrollmechanismen zur Aufrechterhaltung der Gewebeperfusion und o2-Abgabe dedukumen. Verschiedene pathologische Erkrankungen wie Hyperkapnie, traumatische oder globale hypoxische Hirnverletzungen und diabetische Mikroangiopathie1,2,3,4,5,6 können die Fähigkeit des Gehirns stören, seinen Blutfluss autoregulieren. Zum Beispiel verschiebt chronische Hypertonie den effektiven Autoregulierungsbereich in Richtung höherer Drücke7,8,9, und eine hohe Salzdiät (HS) stört nicht nur die normale Endothel-abhängige Dilatation in der zerebralen Mikrozirkulation10, sondern beeinträchtigt auch die Fähigkeit der autoregulatorischen Mechanismen in der zerebralen Zirkulation, die Gewebedurchblutung zu erweitern und aufrechtzuerhalten, wenn der arterielle Druck reduziert wird11. Die zerebrale Autoregulation ist auch bei Salzempfindlichen Ratten in Dahl beeinträchtigt, wenn sie mit einer HS-Diät gefüttert werden12.

Bei der Verringerung des arteriellen Drucks gibt die Dilatation der Hirnwiderstandsarterien und Arteriolen zunächst den zerebralen Blutfluss zurück, um die Werte trotz des reduzierten Durchblutungsdrucks zu kontrollieren. Da der arterielle Druck weiter reduziert wird, bleibt der zerebrale Blutfluss im unteren Druck konstant (Plateauphase der autoregulierenden Reaktion), bis die Gefäße nicht mehr erweitern können, um den Blutfluss im unteren Druck aufrechtzuerhalten. Der niedrigste Druck, bei dem ein Organ den normalen Blutfluss aufrechterhalten kann, wird als untere Grenze der Autoregulation (LLA) bezeichnet. Bei Drücken unterhalb der LLA nimmt der zerebrale Blutfluss signifikant ab von ruhewerten und nimmt linear mit jeder Verringerung des arteriellen Perfusionsdrucks13,14ab. Eine Aufwärtsverschiebung in der LLA, wie bei Bluthochdruck7,8,9beobachtet, kann das Risiko und die Schwere der ischämischen Verletzung unter Bedingungen erhöhen, in denen der arterielle Perfusionsdruck reduziert wird (z. B. Myokardinfarkt, ischämischer Schlaganfall oder Kreislaufschock).

LDF hat sich als äußerst wertvoller Ansatz zur Bewertung des Blutflusses in der Mikrozirkulation unter einer Vielzahl von Umständen erwiesen, einschließlich der Autoregulation des Blutflusses im Zerebralparesekreislauf11,14,15. Zusätzlich zur Bewertung autoregulierender Reaktionen kann LDF verwendet werden, um den kortikalen Blutfluss bei der Untersuchung metabolischer, myogener, endothelialer, humoraler oder neuronaler Mechanismen zu überwachen, die den zerebralen Blutfluss und die Auswirkungen verschiedener experimenteller Eingriffe und pathologischer Bedingungen auf den zerebralen Blutfluss10,16,17,18,19,20,21regulieren.

LDF misst die Verschiebung des reflektierten Laserlichts als Reaktion auf die Anzahl und Geschwindigkeit sich bewegender Teilchen – in diesem Fall rote Blutkörperchen (RBC). Für Studien zur zerebralen vaskulären Autoregulation wird der arterielle Blutdruck entweder durch die Infusion eines alpha-adrenergen Agonisten verändert, um den arteriellen Druck zu erhöhen (weil die zerebrale Zirkulation selbst unempfindlich gegenüber alpha-adrenergen Vasokonstriktoragonisten ist)12,15 oder durch kontrollierte Blutvolumenentnahme zur Verringerung des arteriellen Drucks11,14. In der vorliegenden Studie wird LDF verwendet, um die Auswirkungen von abgestuften Senkungen des Blutdrucks auf die zerebrale Autoregulation bei einer gesunden Ratte zu demonstrieren. Obwohl offene und geschlossene Schädelmethoden in der Literatur22,23,24,25beschrieben wurden, zeigt das vorliegende Papier eine geschlossene Schädelpräparation, die es ermöglicht, den zerebralen Blutfluss zu bewerten, ohne in den Schädel einzudringen oder eine Kammer oder ein Hirnfenster zu installieren.

Protocol

Das Medical College of Wisconsin Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) genehmigte alle in diesem Papier beschriebenen Protokolle, und alle Verfahren entsprechen dem National Institutes of Health (NIH) Office of Laboratory Animal Welfare (OLAW) Vorschriften. 1. Versuchstiere und Aufnahmevorbereitung Verwenden Sie 8-12 Wochen alte männliche Sprague-Dawley Ratten mit einem Gewicht von 250–300 g. Für diese Experimente füttern Ratten eine Standarddiät bestehend aus 0,4…

Representative Results

Abbildung 2 fasst die Ergebnisse von Experimenten zusammen, die an 10 männlichen Sprague-Dawley-Ratten durchgeführt wurden, die standardlaborierte Chow gefüttert wurden. In diesen Experimenten wurde der mittlere LCBF nach den ersten drei Blutvolumenentnahmen innerhalb von 20 % des Prämorhage-Wertes gehalten, bis der mittlere arterielle Druck die LLA erreichte. Nachfolgende Blutvolumenentnahmen bei Drücken unterhalb der LLA führten zu einer progressiven Reduktion von LCBF, was zeigte, d…

Discussion

Auswertung von Gewebe-Blutflussreaktionen mit Laser Doppler-Flowmetrie (LDF). Wie oben erwähnt, ist das LDF-Signal proportional zur Anzahl und Geschwindigkeit der sich bewegenden Teilchen, in diesem Fall RBC, in der Mikrozirkulation. LDF-Messungen in verschiedenen Organen korrelieren gut mit dem Vollorgan-Blutfluss, der mit etablierten Methoden wie elektromagnetischen Durchflussmessern und radioaktiven Mikrosphären30 bewertet wird, und stimmen im Allgemeinen mit Studien überein…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Die Autoren bedanken sich aufrichtig bei Kaleigh Kozak, Megan Stumpf und Jack Bullis für ihre hervorragende Unterstützung bei der Fertigstellung dieser Studie und der Vorbereitung des Manuskripts. Grant-Unterstützung: NIH #R01-HL128242, #R21-OD018309 und #R21-OD024781.

Materials

3-0 braided black silk suture Midwest Vet 193.73000.2
Arterial Pressure Transducer Merit Medical 041516504A
Automated Data Acquisition Systems (WINDAQ & BIOPAC system) DATAQ Instruments
Blood Pressure Display Unit Stoelting 50115
Circulating warm water pump Gaymar Industries T-pump
End-tidal CO2 monitor Stoelting Capstar-100
Heparin Sodium Midwest Vet 191.46720.3
Kimwipe Fisher Scientific 06-666A
Laser Doppler Flow Meter Perimed PeriFlux 5000 LDPM
Laser Doppler Refill Motility Standard Perimed PF1001
Polyethylene Tubing (PE240) (for trachea cannula) VWR 63018-828
Polyethylene Tubing (PE50) (for femoral catheters) VWR 63019-048
Rodent Ventilator Cwe/Stoelting SAR-830/P
Saline Midwest Vet 193.74504.3
Sprague-Dawley Outbred Rats Variable N/A Rats were ordered from various companies
Standard Rat Chow Dyets, Inc. 113755
Stereotaxic Instrument Cwe/Stoelting Clasic Lab Standard
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Allen, L. A., Terashvili, M., Gifford, A., Lombard, J. H. Evaluation of Cerebral Blood Flow Autoregulation in the Rat Using Laser Doppler Flowmetry. J. Vis. Exp. (155), e60540, doi:10.3791/60540 (2020).
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