على النقيض المحسن التصوير بالموجات فوق الصوتية لتقييم الحبل الشوكي تدفق الدم في التجريبية العمود الفقري اصابات الحبل
Summary
Contrast Enhanced Ultrasound imaging is a reliable in-vivo tool for quantifying spinal cord blood flow in an experimental rat spinal cord injury model. This paper contains a comprehensive protocol for application of this technique in association with a contusion model of thoracic spinal cord injury.
Abstract
انخفاض تدفق دم الحبل الشوكي (SCBF) (أي نقص التروية) يلعب دورا رئيسيا في إصابات الحبل الشوكي (النخاع الشوكي) الفيزيولوجيا المرضية وفقا لذلك هو هدف هام للعلاجات اعصاب. على الرغم من أن العديد من التقنيات تم وصفها لتقييم SCBF، لديهم كل قيود كبيرة. للتغلب على هذه الأخيرة، نقترح الاستفادة من الوقت الحقيقي التصوير النقيض المحسن الموجات فوق الصوتية (سي إي يو). نحن هنا وصف تطبيق هذه التقنية في نموذج كدمة الفئران اصابات النخاع الشوكي. يتم زرع قسطرة الوريد أول لحقن متكررة من وكيل النقيض من ذلك، محلول كلوريد الصوديوم من سادس فلوريد الكبريت microbubbles مغلفة. ثم استقرت في العمود الفقري مع العرف 3D الإطار ويتعرض العمود الفقري الجافية الحبل الأم من قبل الثقب في ThIX-ThXII. ثم يتم وضع مسبار الموجات فوق الصوتية في الجانب الخلفي من الأم الجافية (المغلفة مع هلام الموجات فوق الصوتية). لتقييم SCBF خط الأساس، والحقن في الوريد واحد (400 ميكرولتر) من كونترايتم تطبيق عامل الواحد لتسجيل مرور من خلال الأوعية الدموية الدقيقة الحبل الشوكي سليمة. ويستخدم الجهاز الوزن الإفلات في وقت لاحق لتوليد نموذج كدمة التجريبية استنساخه من اصابات النخاع الشوكي. وكيل النقيض إعادة حقن 15 دقيقة بعد اصابة لتقييم التغيرات في الوظائف-SCI SCBF. CEU يسمح في الوقت الحقيقي وداخل الجسم الحي تقييم التغيرات SCBF التالية اصابات النخاع الشوكي. في الحيوان لم يصب، وأظهر التصوير بالموجات فوق الصوتية تدفق الدم متفاوتة على طول الحبل الشوكي سليمة. وعلاوة على ذلك، لمدة 15 دقيقة بعد اصابات النخاع الشوكي، كان هناك نقص التروية حاسما على مستوى مركز الزلزال في حين SCBF ظلت محفوظة في أكثر المناطق النائية سليمة. في المناطق المتاخمة للمركز (سواء منقاري والذيلية)، تم تخفيض SCBF بشكل كبير. هذا يتوافق مع سبق وصفها "منطقة شبه الظل الدماغية". هذه الأداة هي ذات الأهمية الرئيسية لتقييم آثار العلاجات التي تهدف إلى الحد من نقص التروية وما ينجم عنها من نخر الأنسجة لاحق لاصابات النخاع الشوكي.
Introduction
إصابة الحبل الشوكي الصدمة (SCI) هو شرط مدمرة مما أدى إلى انخفاض كبير في السيارات، والحسية وظائف مستقلة. حتى الآن، وقد أثبت العلاج لا كفاءته في المرضى. لهذا السبب، من المهم للتعرف على تقنيات جديدة من شأنها تحسين تقييم العلاجات المحتملة ويمكن أن يزيد من توضيح الاصابة pathiophysiology 1.
وينقسم إلى قسمين SCI مراحل متتابعة، ويشار إلى الإصابات الأولية باعتبارها والثانوية. الإصابة الأولية يناظر إهانة الميكانيكية الأولية. في حين أن الجماعات الإصابات الثانوية سلسلة من الأحداث البيولوجية المختلفة (مثل التهاب، الاكسدة ونقص الأكسجين) التي ستؤدي إلى زيادة التوسع التدريجي من الآفة الأولية، تلف الأنسجة العصبية، وبالتالي العجز 2،3.
في المرحلة الحادة من اصابات النخاع الشوكي، وتهدف علاجات اعصاب في الحد من أمراض الإصابة الثانوية والمعدات اولد وفقا لتحسين النتائج العصبية. من بين العديد من الأحداث الإصابات الثانوية، نقص تروية يلعب دورا حاسما 4،5. على مستوى مركز الزلزال SCI، وmicrovessels متني أضرار تعوق تدفق دم الحبل الشوكي الفعال (SCBF). وعلاوة على ذلك، تم أيضا تخفيض SCBF بشكل كبير في المنطقة المحيطة بؤرة الإصابة، وهي منطقة معروفة على وجه التحديد باعتبارها "منطقة شبه الظل الدماغية". إذا SCBF لا يمكن استعادتها بسرعة في هذه المناطق، ويمكن أن يؤدي إلى نقص تروية نخر متني التكميلي وتلف الأنسجة مزيد العصبي. حتى أدنى حفظ الأنسجة يمكن أن يكون لها آثار كبيرة من وظيفة، فإنه من مصلحة كبرى لتطوير العقاقير والعلاجات التي يمكن أن تقلل من نقص التروية بعد اصابات النخاع الشوكي. لتسليط الضوء على هذه الظاهرة، وقد أظهرت الأعمال السابقة أن الحفاظ على 10٪ فقط من myelinated محاور عصبية كان كافيا للسماح المشي في القطط بعد SCI 6.
على الرغم من أن العديد من التقنيات تم وصفها لتقييم SCBF، لذ جميعا قيود كبيرة. على سبيل المثال، استخدام المجهرية المشعة 7،8 و C14-iodopyrine تصوير الإشعاع الذاتي 9 يتطلب التضحية بالحيوانات اللاحقة، ولا يمكن أن تتكرر في وقت لاحق نقاط الوقت. تقنية إزالة الهيدروجين 10 تعتمد على إدخال أقطاب كهربائية داخل النخاع، وهو ما يمكن أن يؤدي إلى تلف الحبل الشوكي. بينما التصوير دوبلر الليزر، photoplethysmography 14،15 وداخل الجسم الحي المجهر الضوئي 16 ديهم عمق / منطقة محدودة جدا من قياس 11-13.
فريقنا وقد أظهرت سابقا على النقيض من ذلك تعزيز الموجات فوق الصوتية (سي إي يو) التصوير يمكن استخدامها لتقييم الوقت الحقيقي، وداخل الجسم الحي التغييرات SCBF في لحمة الفئران الحبل الشوكي 17. من المهم أن نلاحظ أن تقنية مماثلة تم تطبيقها من قبل هوانغ آخرون في نموذج الخنازير من SCI 18. CEU ينطبق على وضع معين من التصوير بالموجات فوق الصوتية والذي يسمح للربط الرمادي ايم الصرفيالأعمار (التي حصل عليها التقليدي B-اسطة) مع التوزيع المكاني للتدفق الدم 19. التصوير SCBF النوعي والكمي يعتمد على حقن داخل الأوعية الدموية وكلاء صدى التباين. ويتكون عامل تباين تصل من microbubbles سادس فلوريد الكبريت (يعني قطرها حوالي 2.5 ميكرون و 90٪ التي يبلغ قطرها أقل من 6 ميكرون) استقرت الفوسفاتية. وmicrobubbles تعكس شعاع الموجات فوق الصوتية المنبعثة من التحقيق مما يعزز echogenicity الدم والتباين المتزايد للأنسجة وفقا لتدفق الدم لديهم. ولذلك فمن الممكن لتقييم تدفق الدم في منطقة معينة من الفائدة وفقا لشدة الإشارة المنعكسة. وmicrobubbles هي أيضا آمنة وأن تم تطبيقها سريريا في البشر. تم مسح سادس فلوريد الكبريت بسرعة (يعني محطة نصف العمر هو 12 دقيقة) ويتم استرداد أكثر من 80٪ من سادس فلوريد الكبريت تدار في هواء الزفير في غضون 2 دقيقة بعد الحقن. يوفر هذا البروتوكول طريقة بسيطة لاستخدام CEU ايمالشيخوخة لتقييم التغيرات SCBF في الفئران.
Protocol
Representative Results
Discussion
على الرغم من أننا قد وصفت كيفية استخدام CEU في الفئران اصابات النخاع الشوكي نموذج كدمة، هذا البروتوكول يمكن تعديلها لتناسب أهداف تجريبية أخرى أو نماذج اصابات النخاع الشوكي. اخترناه لقياس SCBF عند نقطتين فقط الوقت (قبل الإصابة و 15 دقيقة بعد SCI)، إلا أن عدد من النقاط الوقت ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We acknowledge Stephanie Gorgeard, Thierry Scheerlink (Toshiba France), and Christophe Lazare (Bracco France).
Materials
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Comments/Description | |
| External Fixator Hoffman 3 | Stryker, Kalamazoo, USA | Modular system used to build the custom made 3D frame and the jointed arm holding the ultrasound probe | |
| Toshiba Applio | Toshiba, Tokyo, Japan | Ultrasound machine | |
| Sonovue | Bracco, Milan, Italy | Contrast agent : microbubbles | |
| Vueject pump | Bracco, Milan, Italy | Electric pump for infusion of microbubbles bolus | |
| Aquasonic Ultrasound Gel | Parker Laboratories, Fairfield, NJ, USA | Ultrasound gel used to transmit the ultrasound waves | |
| Isovet | Piramal Healthcare, Mumbai, India | Isoflurane used for anesthesia | |
| Ultra Extend | Toshiba, Tokyo, Japan | Software used for quantification of spinal cord blood flow | |
| Mastercraft Five-piece Mini-pliers Set, Product #58-4788-6 | Canadian Tire, Toronto, Canada | Set of pliers for Do-it-yourself job |
References
- Cadotte, D. W., Fehlings, M. G. Spinal cord injury: a systematic review of current treatment options. Clin Orthop Relat Res. 469 (3), 732-741 (2011).
- Beattie, M. S., Farooqui, A. A., Bresnahan, J. C. Review of current evidence for apoptosis after spinal cord injury. J Neurotrauma. 17 (10), 915-925 (2000).
- MacDonald, J. W., Sadowsky, C. Spinal-cord injury. Lancet. 359 (9304), 417-425 (2002).
- Mautes, A. E., Weinzierl, M. R., Donovan, F., Noble, L. J. Vascular events after spinal cord injury: contribution to secondary pathogenesis. Phys Ther. 80 (7), 673-687 (2000).
- Martirosyan, N. L., et al. Blood supply and vascular reactivity of the spinal cord under normal and pathological conditions. J Neurosurg Spine. 15 (3), 238-251 (2011).
- Blight, A. R. Cellular morphology of chronic spinal cord injury in the cat: analysis of myelinated axons by line-sampling. Neuroscience. 10 (2), 521-543 (1983).
- Bassingthwaighte, J. B., et al. Validity of microsphere depositions for regional myocardial flows. Am J Physiol. 253 (1 Pt 2), H184-H193 (1987).
- Drescher, W. R., Weigert, K. P., Bunger, M. H., Hansen, E. S., Bunger, C. E. Spinal blood flow in 24-hour megadose glucocorticoid treatment in awake pigs. J Neurosurg. 99 (3 Suppl), 286-290 (2003).
- Golanov, E. V., Reis, D. J. Contribution of oxygen-sensitive neurons of the rostral ventrolateral medulla to hypoxic cerebral vasodilatation in the rat. J Physiol. 495 (Pt 1), 201-216 (1996).
- Ueda, Y., et al. Influence on spinal cord blood flow and function by interruption of bilateral segmental arteries at up to three levels: experimental study in dogs). Spine (Phila Pa 1976). 30 (20), 2239-2243 (2005).
- Carlson, G. D., et al. Sustained spinal cord compression: part II: effect of methylprednisolone on regional blood flow and recovery of somatosensory evoked potentials). J Bone Joint Surg Am. 85-A (1), 95-101 (2003).
- Hamamoto, Y., Ogata, T., Morino, T., Hino, M., Yamamoto, H. Real-time direct measurement of spinal cord blood flow at the site of compression: relationship between blood flow recovery and motor deficiency in spinal cord injury. Spine (Phila Pa 1976). 32 (18), 1955-1962 (2007).
- Horn, E. M., et al. The effects of intrathecal hypotension on tissue perfusion and pathophysiological outcome after acute spinal cord injury). Neurosurg Focus. 25 (5), E12 (2008).
- Phillips, J. P., George, K. J., Kyriacou, P. A., Langford, R. M. Investigation of photoplethysmographic changes using a static compression model of spinal cord injury. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2009, 1493-1496 (2009).
- Phillips, J. P., George, K. J., Kyriacou, P. A., Langford, R. M. Investigation of photoplethysmographic changes using a static compression model of spinal cord injury. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2009, 1493-1496 (2009).
- Ishikawa, M., et al. Platelet adhesion and arteriolar dilation in the photothrombosis: observation with the rat closed cranial and spinal windows. J Neurol Sci. 194 (1), 59-69 (2002).
- Soubeyrand, M., et al. Real-time and spatial quantification using contrast-enhanced ultrasonography of spinal cord perfusion during experimental spinal cord injury. Spine (Phila Pa 1976). 37 (22), E1376-E1382 (1976).
- Huang, L., et al. Quantitative assessment of spinal cord perfusion by using contrast-enhanced ultrasound in a porcine model with acute spinal cord contusion). Spinal Cord. 51 (3), 196-201 (2012).
- Postema, M., Gilja, O. H. Contrast-enhanced and targeted ultrasound. World J Gastroenterol. 17 (1), 28-41 (2011).
- Soubeyrand, M., Badner, A., Vawda, R., Chung, Y. S., Fehlings, M. Very High Resolution Ultrasound Imaging for Real-Time Quantitative Visualisation of Vascular Disruption After Spinal Cord Injury. J Neurotrauma. , (2014).
- Akhtar, A. Z., Pippin, J. J., Sandusky, C. B. Animal models in spinal cord injury: a review. Rev Neurosci. 19 (1), 47-60 (2008).
