Använda Laser Doppler Imaging och övervakning för att analysera ryggmärgen mikrocirkulationen i råtta
Summary
Här presenterar vi en kombination av laser Doppler perfusion imaging (LDPI) och laser Doppler perfusion övervakning (LDPM) för att mäta spinal cord lokala blodet flyter och syremättnad (SO2), samt ett standardiserat förfarande för införande av ryggmärgen trauma på råtta.
Abstract
Laser Doppler flowmetry (LDF) är en noninvasiv metod för blod (BF) flödesmätning, som gör det bättre för att mäta mikrocirkulatoriska förändringar av ryggmärgen. I denna artikel var vårt mål att använda både Laser Doppler imaging och övervakning för att analysera förändringen av BF efter ryggmärgsskada. Både laser Doppler bild skannern och sond/skärmen var anställs att få varje avläsning. Uppgifterna om LDPI föreskrivs en lokal distribution av BF, som gav en översikt över perfusion runt skadan webbplats och gjort det tillgängligt för jämförande analys av BF bland olika platser. Genom att intensivt mäta sondering området under en tid, användes en kombinerad sond för att samtidigt mäta BF och syre mättnad av ryggmärgen, visar övergripande ryggmärgen perfusion och syretillförsel. LDF själv har några begränsningar, såsom relativ flux, känslighet för rörligheten, och biologiska noll signal. Tekniken har dock tillämpats i klinisk och experimentell studie på grund av dess enkel installation och snabb mätning av BF.
Introduction
Vävnaden i ryggmärgen är högt vaskulariserad och extremt känslig för hypoxi som induceras av ryggmärgsskada (SCI). Våra tidigare studier visade att blodflödet i ryggmärgen betydligt minskade efter hjärnskakning skada1,2, som kan vara relaterat till underskottet av motorisk funktion. Nyligen genomförda studier har visat att integriteten i blodkärl efter SCI är väl korrelerade med förbättringen av sensorisk motorisk funktion3. Det har rapporterats att ökad kärlteckning kan rädda vit substans, indirekt leder till förbättrad funktion4. Därför, underhåll av efter skada ryggmärgen perfusion föreföll vara av primär betydelse för att bevara livskraften och funktionalitet.
Effekterna av olika behandlingar på perfusion efter SCI har granskats av många utredare med hjälp av olika tekniker i experimentella modeller av SCI5,6,7. Laser Doppler, som en väl etablerad teknik, var utan tvekan en användbar metod för att kvantifiera perfusion i flera djurs och människors studier8,9,10,11. Tekniken bygger på att mäta den Dopplereffekten12 induceras genom att flytta lampan lysande röda blodkroppar. Sedan kommersialisering av tekniken i början av 1980, har stora framsteg gjorts i laserteknik, fiberoptik och signalbehandling för att mäta perfusion av laser Doppler instrument13, som gjort LDF till en tillförlitlig teknik.
I den aktuella studien tillämpades båda metoderna av laser Doppler mätningar för att utvärdera blodflödet (BF) i ryggmärgen concussive råttor. Noninvasiv pågrund av tekniken och dess enkel setup ger våra protokoll en känslig, snabb och pålitlig metod för BF mätningar av ryggmärgen. Denna metod tillåter viktigare, longitudinell studie av BF inlägget concussive SCI utan djuroffer vid varje tidpunkt.
Förmåga att bedöma BF av vävnad och fastar ändringar av perfusion vid stimulering, är det möjligt att tillämpa detta protokoll för att utvärdera cerebral BF14,15 samt mäta andra vävnader såsom levern16, 17, hud18,19och tarm20. I en råtta modell av övergående ocklusion av den mellersta cerebral artären, användes laser Doppler avläsningarna för att säkerställa ordentlig minskning av andelen BF till nivåer som förväntas i ischemisk penumbra14. Hos råttor som genomgått kritiska lem ischemi (CLI) induktion, tillämpades Doppler laserskanning för att observera bakbenen BF före och efter förfarandet CLI och under olika perioder efter behandling21. Dessutom berodde de biotillgänglighet och metabolisk clearance av vissa droger på nedsatt BF, som upptäcktes av LDF16. LDF kunde därför användas allmänt i experimentell modell, farmakodynamiska och farmakokinetiska utvärderingen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Några detaljer bör märkas när du utför detta protokoll. För det första bör processen av anestesi och kirurgi utföras så snabbt och elegant som möjligt för att minimera den introducerade stressen för djuret. För att minska störningar till resultaten, hålla djuret i ett relativt fredligt och stabilt tillstånd. För det andra bör mer uppmärksamhet ägnas blödning under mätningen med laser Doppler utrustning, eftersom blod kan potentiellt störa läsningen. Slutligen under inspelningen data bör djur hå…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna har inga bekräftelser.
Materials
| Laser Doppler Line Scanner | Moor Instruments | moorLDLS2 | |
| Laser Doppler Monitor | Moor Instruments | moorVMS-LDF | |
| Probe for Monitor | Moor Instruments | VP3 | Blunt needle end delivery probe |
| Impactor | Precision Systems and Instrumentation | IH-0400 | |
| Phenobarbital sodium | Sigma-Aldrich | P3761 | |
| Buprenorphine | Sigma-Aldrich | B-908 | |
| Syringe | Becton Dickinson Medica (s) Pte.Ltd | 300841 | |
| Surgical suture needles with thread | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd | 18T0329 (batch number) /4-0 | |
| Scalpel | Operation instrument factory of Shanghai Medical Instrument Co., Ltd. | J11030 4# | |
| Scalpel blade | Operation instrument factory of Shanghai Medical Instrument Co., Ltd. | J12130 20# | |
| Ophthalmic forceps | Operation instrument factory of Shanghai Medical Instrument Co., Ltd. | JD1040 | |
| Hemostatic forceps | Operation instrument factory of Shanghai Medical Instrument Co., Ltd. | J31050 | |
| Benzyl penicillin sodium | North China Pharmaceutical Co., Ltd | F6072116 (batch number) | |
| 75% alcohol | Dezhou Anjie Gaoke disinfection products Co., Ltd | 150421R (batch number) | |
| Iodine | Shandong Lierkang Medical Technology Co., Ltd | 20170102 (batch number) | |
| Rat | Laboratory Animal Center, The Academy of Millitery Medical Sciences | Sprague-Dawly (rat strain) |
References
- Jing, Y. L., Bai, F., Chen, H., Dong, H. Meliorating microcirculatory with melatonin in rat model of spinal cord injury using laser Doppler flowmetry. Neuroreport. 27 (17), 1248-1255 (2016).
- Jing, Y. L., Bai, F., Chen, H., Dong, H. Melatonin prevents blood vessel loss and neurological impairment induced by spinal cord injury in rats. J Spinal Cord Med. , 1-8 (2016).
- Han, S., et al. Rescuing vasculature with intravenous angiopoietin-1 and alpha v beta 3 integrin peptide is protective after spinal cord injury. Brain. 133 (Pt 4), 1026-1042 (2010).
- Gerzanich, V., et al. De novo expression of Trpm4 initiates secondary hemorrhage in spinal cord injury. Nat Med. 15 (2), 185-191 (2009).
- Phillips, J. P., Cibert-Goton, V., Langford, R. M., Shortland, P. J. Perfusion assessment in rat spinal cord tissue using photoplethysmography and laser Doppler flux measurements. Journal of Biomedical Optics. 18 (3), 037005 (2013).
- Garcia-Lopez, P., Martinez-Cruz, A., Guizar-Sahagun, G., Castaneda-Hernandez, G. Acute spinal cord injury changes the disposition of some, but not all drugs given intravenously. Spinal Cord. 45 (9), 603-608 (2007).
- Brown, A., Nabel, A., Oh, W., Etlinger, J. D., Zeman, R. J. Perfusion imaging of spinal cord contusion: injury-induced blockade and partial reversal by β2-agonist treatment in rats. Journal of Neurosurgery-Spine. 20 (2), 164-171 (2014).
- Olive, J. L., McCully, K. K., Dudley, G. A. Blood flow response in individuals with incomplete spinal cord injuries. Spinal Cord. 40 (12), 639-645 (2002).
- Yamada, T., et al. Spinal cord blood flow and pathophysiological changes after transient spinal cord ischemia in cats. Neurosurgery. 42 (3), 626-634 (1998).
- Gordeeva, A. E., et al. Vascular Pathology of Ischemia/Reperfusion Injury of Rat Small Intestine. Cells Tissues Organs. , (2017).
- Liu, M., et al. Insulin treatment restores islet microvascular vasomotion function in diabetic mice. J Diabetes. , (2016).
- Drain, L. . The laser Doppler technique. , (1980).
- Rajan, V., Varghese, B., van Leeuwen, T. G., Steenbergen, W. Review of methodological developments in laser Doppler flowmetry. Lasers Med Sci. 24 (2), 269-283 (2009).
- Dohare, P., et al. The neuroprotective properties of the superoxide dismutase mimetic tempol correlate with its ability to reduce pathological glutamate release in a rodent model of stroke. Free Radic Biol Med. 77, 168-182 (2014).
- Bai, H. Y., et al. Pre-treatment with LCZ696, an orally active angiotensin receptor neprilysin inhibitor, prevents ischemic brain damage. Eur J Pharmacol. 762, 293-298 (2015).
- Vertiz-Hernandez, A., et al. L-arginine reverses alterations in drug disposition induced by spinal cord injury by increasing hepatic blood flow. J Neurotrauma. 24 (12), 1855-1862 (2007).
- Garcia-Lopez, P., Martinez-Cruz, A., Guizar-Sahagun, G., Castaneda-Hernandez, G. Acute spinal cord injury changes the disposition of some, but not all drugs given intravenously. Spinal Cord. 45 (9), 603-608 (2007).
- Li, Z., et al. Post pressure response of skin blood flowmotions in anesthetized rats with spinal cord injury. Microvasc Res. 78 (1), 20-24 (2009).
- Boyle, N. H., et al. Scanning laser Doppler is a useful technique to assess foot cutaneous perfusion during femoral artery cannulation. Critical Care. 3 (4), 95-100 (1999).
- Emmanuel, A. V., Chung, E. A. L., Kamm, M. A., Middleton, F. Relationship between gut-specific autonomic testing and bowel dysfunction in spinal cord injury patients. Spinal Cord. 47 (8), 623-627 (2009).
- Sheu, J. J., et al. Combination of cilostazol and clopidogrel attenuates rat critical limb ischemia. J Transl Med. 10, 164 (2012).
- Basso, D. M., Beattie, M. S., Bresnahan, J. C. Graded histological and locomotor outcomes after spinal cord contusion using the NYU weight-drop device versus transection. Experimental Neurology. 139 (2), 244-256 (1996).
- Basso, D. M., Beattie, M. S., Bresnahan, J. C. A Sensitive and Reliable Locomotor Rating-Scale for Open-Field Testing in Rats. Journal of Neurotrauma. 12 (1), 1-21 (1995).
- Oberg, P. A. Tissue motion–a disturbance in the laser-Doppler blood flow signal?. Technol Health Care. 7 (2-3), 185-192 (1999).
- Tenland, T., Salerud, E. G., Nilsson, G. E., Oberg, P. A. Spatial and temporal variations in human skin blood flow. Int J Microcirc Clin Exp. 2 (2), 81-90 (1983).
- Kernick, D. P., Tooke, J. E., Shore, A. C. The biological zero signal in laser Doppler fluximetry – origins and practical implications. Pflugers Arch. 437 (4), 624-631 (1999).
- Rudolph, A. M., Heymann, M. A. The circulation of the fetus in utero. Methods for studying distribution of blood flow, cardiac output and organ blood flow. Circ Res. 21 (2), 163-184 (1967).
- Dubory, A., et al. Contrast Enhanced Ultrasound Imaging for Assessment of Spinal Cord Blood Flow in Experimental Spinal Cord Injury. Jove-Journal of Visualized Experiments. (99), e52536 (2015).
- Kuliga, K. Z., et al. Dynamics of Microvascular Blood Flow and Oxygenation Measured Simultaneously in Human Skin. Microcirculation. 21 (6), 562-573 (2014).
- Li, Z. Y., et al. Post pressure response of skin blood flowmotions in anesthetized rats with spinal cord injury. Microvascular Research. 78 (1), 20-24 (2009).
- Muck-Weymann, M. E., et al. Respiratory-dependent laser-Doppler flux motion in different skin areas and its meaning to autonomic nervous control of the vessels of the skin. Microvasc Res. 52 (1), 69-78 (1996).
- Stefanovska, A., Bracic, M., Kvernmo, H. D. Wavelet analysis of oscillations in the peripheral blood circulation measured by laser Doppler technique. Ieee Transactions on Biomedical Engineering. 46 (10), 1230-1239 (1999).
