Deneysel Spinal Kord Yaralanmalarında Omurilik Kan Akımının Değerlendirilmesi için geliştirilmiş Ultrason Görüntüleme Kontrast
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
İndirimli omurilik kan akımı (SCBF) (yani, iskemi) travmatik omurilik yaralanması (SKY) patofizyolojisinde önemli bir rol oynar ve bu doğrultuda nöron koruyucu tedaviler için önemli bir hedeftir. Çeşitli teknikler SCBF değerlendirmek için tarif edilmiş olmasına rağmen, hepsi önemli sınırlamalar vardır. İkincisi aşmak için, gerçek zamanlı kontrastlı ultrason görüntüleme (CEU) kullanımını öneriyoruz. Burada SKY sıçan kontüzyon modelinde bu tekniğin uygulanmasını açıklar. Bir boyun kateterine sahip birinci kontrast ajanı kükürt heksafluorür kapsüllenmiş mikro-kabarcıkların bir sodyum klorür solüsyonu ile tekrar enjeksiyon için implante edilir. omurga daha sonra bir ısmarlama 3D çerçeve ile stabilize edilir ve omurilik dura mater Thix-ThXII bir laminektomi ile maruz kalmaktadır. ultrason prob, (ultrason jel ile kaplanmış), dura mater arka tarafına konumlandırılır. Ters başlangıçtaki SCBF, tek bir damar içi enjeksiyon (400 ul) değerlendirmekst madde sağlam omurilik mikrovasküler içinden geçişini kaydetmek için uygulanır. Bir ağırlık bırak cihaz, daha sonra SCI bir yeniden üretilebilen deneysel kontüzyon modeli oluşturmak için kullanılır. Kontrast madde sonrası SKY SCBF değişiklikleri değerlendirmek için yaralanma sonrası 15 dakika re-enjekte edilir. CEU Gerçek süre ve in vivo SCI, aşağıdaki SCBF değişikliklerin değerlendirilmesi sağlar. Yaralanmamış hayvanda, ultrason görüntüleme bozulmamış omurilik boyunca düzensiz kan akımı gösterdi. SCBF daha uzak sağlam yerlerde muhafaza kalmıştır Ayrıca, 15 dakika sonrası SCI, kritik iskemi üssü seviyesinde oldu. Üssü (rostral ve kaudal her ikisi de) bitişik bölgelerde SCBF önemli ölçüde azaltılmıştır. Bu daha önce açıklanan "iskemik penumbra bölgesi" karşılık gelir. Bu araç iskemi ve SCI sonra ortaya çıkan doku nekrozu sınırlama amaçlı tedavilerin etkilerini değerlendirmek için önemli bir ilgi alanıdır.
Introduction
Travmatik spinal kord yaralanması (SKY) duyusal motorda ciddi bozulma ve özerk fonksiyonlar giden bir yıkıcı bir durumdur. Bugüne kadar, tedavi hastalardaki etkinliğini göstermiştir. Böyle nedenle, potansiyel tedavilerin değerlendirmesini artıracak ve daha fazla yaralanma pathiophysiology 1 aydınlatmak yeni teknikler belirlemek önemlidir.
SCI olarak birincil ve ikincil yaralanma adlandırılan iki ardışık aşamadan oluşur. Birincil yaralanma ilk mekanik hasara karşılık gelir. Ayrıca ilk lezyon, doku hasarı ve dolayısıyla nörolojik defisit 2,3 ilerici genişlemesine katkıda ikincil yaralanma grupları (örneğin inflamasyon, oksidatif stres ve hipoksi gibi) çeşitli biyolojik olayların bir çağlayan Oysa.
SCI akut aşamasında, nöro-koruyucu tedaviler ikincil yaralanma patoloji ve sh azaltılması hedefleniyorbuna göre nörolojik sonuçlarını iyileştirmek ould. Birçok ikincil yaralanma olayları arasında, iskemi çok önemli bir rol oynar 4,5'ten. SCI merkez üssü düzeyinde, hasarlı parankimal mikrodamarlar etkili omurilik kan akımını (SCBF) engel. Ayrıca, SCBF de önemli ölçüde hasar merkezinden, özellikle "iskemik penumbra bölgesi" olarak bilinen bir alanı çevreleyen bölgede azalır. SCBF hızlı bir şekilde bu bölgeler içinde geri alınamaz ise, iskemi ek parankimal nekroz ve daha fazla sinir doku hasarına neden olabilir. Hatta en ufak bir doku koruma fonksiyonu önemli etkileri olabilir gibi, iskemi sonrası SCI azaltabilir ilaçlar ve tedaviler geliştirmek için önemli ilgi alanıdır. Bu olguyu vurgulamak için, önceki çalışma miyelinli akson sadece% 10 olduğunu göstermiştir korunması SKY sonrası 6 kedilerde yürüyüş izin için yeterli oldu.
Çeşitli teknikler SCBF değerlendirmek için tarif edilmiş olmasına rağmeny tüm önemli sınırlamaları vardır. Örneğin, radyoaktif mikro-7,8 ve C14-iodopyrine otoradyografi 9'a göre bir kullanım daha sonra hayvan kurban gerektirir ve daha sonraki zaman noktalarında tekrarlanmaz. Hidrojen boşluk tekniği 10 daha omuriliğe zarar verebilir intraspinal elektrotlar, ekleme bağlıdır. Lazer Doppler görüntüleme, 14,15 photoplethysmography ve in vivo ışık mikroskobu 16 ölçüm 11-13 çok sınırlı derinlik / alan varken.
Ekibimiz daha önce kontrastlı ultrason (CEU) görüntüleme gerçek zamanlı değerlendirmek için kullanılabileceğini gösterdi ve in vivo sıçan omurilik parankimi 17 SCBF değişir. Benzer bir teknik, Huang ve arkadaşları tarafından uygulanmış olduğunu not etmek önemlidir. SCI 18 bir domuz modelinde. CEU gri tonlama morfolojik im ilişkilendirmek sağlar ultrason görüntüleme belirli bir mod uygularkan akımı 19 mekansal dağılımı ile (konvansiyonel B-mode ile elde edilir) yaşları. SCBF görüntüleme ve miktar eko-kontrast maddelerin intravasküler enjeksiyonu dayanır. kontrast madde (ortalama çapa, yaklaşık 2.5 mm ve çapı en az 6 um olan% 90) kükürt heksafluorür mikro-kabarcıkları oluşur fosfolipidler ile stabilize. mikro kabarcıklar böylece kan ekojenisitesini ve kan akışına göre dokuların artan kontrast artırıcı prob yaydığı ultrason ışınını yansıtacak. Bu yansıyan sinyalin yoğunluğuna göre ilgi konusu bir bölgedeki kan akışını değerlendirmek mümkündür. mikro-kabarcıklar, aynı zamanda, güvenli ve klinik olarak, insanlarda uygulanmıştır. kükürt heksafluorür hızlı bir şekilde temizlenir (terminal yarılanma ömrü anlamına 12 dk) ve kullanılan kükürt heksaflorür fazla% 80, enjeksiyondan sonra 2 dakika içinde nefes verme hava geri kazanılır. Bu protokol CEU im kullanmak için basit bir yol sağlarsıçan SCBF değişiklikleri değerlendirmek için yaşlanma.
Protocol
Representative Results
Discussion
Biz sıçan SKY kontüzyon modelinde CEU nasıl kullanılacağını tarif olmasına rağmen, bu protokol, diğer deneysel hedefleri veya SCI modellerini uyacak şekilde modifiye edilebilir. Biz ancak zaman noktalarının sayısı ve SCBF ölçümleri arasındaki gecikme, diğer çalışmaların ihtiyaçlarını karşılamak için adapte edilebilir, (yaralanma ve 15 dakika sonrası SKY öncesi) sadece iki kez noktalarında SCBF ölçmek için seçtiniz. Örneğin, önceki çalışmaları 17, ilk saat sonrası …
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).
