JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Medicine

Lazer Doppler Flowmetry Kullanarak Sıçanserebral Kan Akımı Otoregülasyon Değerlendirilmesi

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

Summary

Bu makalede, arteriyel kan basıncında azalma sırasında kan akışını otomatik düzenleme serebral dolaşımın yeteneğini değerlendirmek için lazer Doppler flowmetry kullanımını göstermektedir.

Abstract

Serebral kan akışını düzenleyen vücudun mekanizmaları araştırırken, mikrosirkülasyon kan akışının göreceli bir ölçüm lazer Doppler flowmetry kullanılarak elde edilebilir (LDF). Bu kağıt, serebral kan akışının kafatasını delmeden veya bir oda veya serebral pencere kurmadan değerlendirilmesini sağlayan kapalı bir kafatası hazırlığı göstermektedir. Otodüzenleyici mekanizmaları değerlendirmek için, aynı anda LDF istihdam ederken dereceli kanama yoluyla kontrollü kan basıncı azaltma modeli kullanılabilir. Bu dolaşımdaki kan hacminin çekilmesi ile üretilen arteriyel kan basıncında azalmayanıt olarak kan akışında göreceli değişikliklerin gerçek zamanlı izleme sağlar. Bu paradigma arteriyel kan basıncında azalma sırasında serebral kan akımı otoregülasyonu incelemek için değerli bir yaklaşımdır ve protokolde küçük değişiklikler ile, hemorajik şok deneysel bir model olarak da değerlidir. Otodüzenleyici yanıtları değerlendirmeye ek olarak, LDF, serebral kan akışını ve çeşitli deneysel etkileri düzenleyen metabolik, miyojenik, endotel, humoral veya nöral mekanizmaları araştırırken kortikal kan akışını izlemek için kullanılabilir serebral kan akımına müdahaleler ve patolojik durumlar.

Introduction

Serebral dolaşımdaki otodüzenleyici mekanizmalar homeostazın ve beyindeki normal fonksiyonun korunmasında önemli bir rol oynar. Serebral kan akımının otoregülasyonu kalp hızı, kan hızı, perfüzyon basıncı, serebral direnç arterlerin çapı ve mikrosirkülasyon direnci gibi birçok faktörden etkilenir, bunların hepsi sistemik kan basıncının fizyolojik aralığı üzerinde beyindeki toplam serebral kan akımı sabitinin korunmasında rol oynar. Arteriyel basınç arttığında, Bu mekanizmalar intrakraniyal basınçta tehlikeli artışları önlemek için arteriyol ve direnç arterleri daraltır. Arteriyel kan basıncı düştüğünde, lokal kontrol mekanizmaları doku perfüzyonu ve O2 doğum korumak için arteriyolleri dilfle. Hiperkapni gibi çeşitli patolojik koşullar, travmatik veya küresel hipoksik beyin hasarı, ve diyabetik mikroanjiyopati1,2,3,4,5,6 kan akışını otomatik düzenleme beynin yeteneğini bozabilir. Örneğin, kronik hipertansiyon yüksek basınçlar doğru etkili otodüzenleyici aralığı kaydırıyor7,8,9, ve yüksek tuz (HS) diyet sadece serebral mikrosirkülasyon normal endotel bağımlı dilatasyon ile müdahale10, ama aynı zamanda arteriyel basınç azaldığında doku perfüzyonu azaltmak ve korumak için serebral dolaşımda otodüzenleyici mekanizmaların yeteneğini bozar11. Serebral otoregülasyon da Bir HS diyet12beslenir dahl tuza duyarlı sıçanlarda bozulur.

Arteriyel basınç azalmaları sırasında, serebral direnç arterler ve arteriyollerin genişlemesi başlangıçta azaltılmış perfüzyon basıncına rağmen değerleri kontrol etmek için serebral kan akımı nı döndürür. Arteriyel basınç daha da azalır gibi, serebral kan akımı düşük basınçta sabit kalır (otodüzenleyici yanıt plato faz) vaskülatür artık düşük basınçta kan akışını korumak için genişledikçe kadar. Bir organın normal kan akışını koruyabileceği en düşük basınç, otoregülasyonun alt sınırı (LLA) olarak adlandırılır. LLA altındaki basınçlarda, serebral kan akımı istirahat değerlerinden önemli ölçüde azalır ve arteriyel perfüzyon basıncı nda her azalma ile doğrusal bir şekilde azalır13,14. LLA bir yukarı kayma, hipertansiyon gözlenen7,8,9, arteriyel perfüzyon basıncı azalır koşullar sırasında iskemik yaralanma riskini ve şiddetini artırabilir (örneğin, miyokard infarktüsü, iskemik inme, veya dolaşım şoku).

LDF serebral dolaşımda kan akışının otoregülasyonu da dahil olmak üzere çeşitli koşullar altında mikrosirkülasyon kan akışını değerlendirmek için son derece değerli bir yaklaşım olduğu kanıtlanmıştır11,14,15. Otodüzenleyici yanıtları değerlendirmeye ek olarak, LDF metabolik araştırırken kortikal kan akışını izlemek için kullanılabilir, miyojenik, endotel, humoral, veya serebral kan akışını düzenleyen nöral mekanizmalar ve serebral kan akımı üzerinde çeşitli deneysel müdahaleler ve patolojik koşulların etkisi10,16,17,18,19,20,21.

LDF, yansıyan lazer ışığındaki değişimi hareket eden parçacıkların sayısı ve hızına yanıt olarak ölçer- bu durumda, kırmızı kan hücreleri (RBC). Serebral vasküler otoregülasyon çalışmaları için, arteriyel kan basıncı arteriyel basıncı artırmak için bir alfa-adrenerjik agonist infüzyonu ile değiştirilir (çünkü beyin dolaşımı kendisi alfa-adrenerjik vazokonstriktör agonistler duyarsız olduğu için)12,15 veya arteriyel basıncı azaltmak için kontrollü kan hacmi çekilmesi yoluyla11,14. Bu çalışmada, LDF sağlıklı bir sıçanda serebral otoregülasyon üzerine kan basıncında dereceli azalmaetkilerini göstermek için kullanılmaktadır. Literatürde açık ve kapalı kafatası yöntemleri tanımlanmış olmasına rağmen22,23,24,25, Bu kağıt kapalı bir kafatası hazırlığı gösterir, serebral kan akışının kafatası nüfuz veya bir oda veya serebral pencere yüklemeden değerlendirilmesine izin.

Protocol

Wisconsin Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi Tıp Koleji (IACUC) bu yazıda açıklanan tüm protokolleri onayladı ve tüm prosedürler Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) Laboratuvar Hayvan Refahı Ofisi (OLAW) ile uyumludur Yönetmelik. 1. Deneysel hayvanlar ve kayıt için hazırlık 8-12 haftalık erkek Sprague-Dawley sıçanlarının 250-300 g ağırlığında olduğunu kullanın. Bu deneyler için, %0.4 NaCl, 200 g/kg kazein, 3 g/kg DL-metiyonin, 497,77 g/kg sakaroz, …

Representative Results

Şekil 2, standart laboratuvar yemekle beslenen 10 erkek Sprague-Dawley sıçanında yapılan deneylerin sonuçlarını özetlemektedir. Bu deneylerde ortalama LCBF, ortalama arteriyel basınç LLA’ya ulaşana kadar ilk üç kan hacmi çekilmesinden sonra premoraji değerinin ‘sinde muhafaza edildi. LLA’nın altındaki basınçlarda sonraki kan hacmi çekilmeleri LCBF’nin ilerleyici bir azalmaya neden oldu, serebral dolaşımın artık düşük perfüzyon basınçlarında serebral kan ak?…

Discussion

Lazer Doppler Flowmetri (LDF) ile Doku Kan Akımı Yanıtlarının Değerlendirilmesi. Yukarıda belirtildiği gibi, LDF sinyali mikrosirkülasyonda, bu durumda RBC, hareketli parçacıkların sayısı ve hızı ile orantılıdır. Farklı organlarda LDF okumaları iyi elektromanyetik akış ölçerler ve radyoaktif mikroküreler30 gibi kurulan yöntemlerle değerlendirilen tüm organ kan akımı ile ilişkilidir ve genellikle kanüle arter preparatları aktif ton regülasyonu de?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Yazarlar Kaleigh Kozak, Megan Stumpf ve Jack Bullis’e bu çalışmanın tamamlanması ve el yazmasının hazırlanmasındaki olağanüstü yardımları için içten teşekkürlerini sunarlar. Hibe Desteği: NIH #R01-HL128242, #R21-OD018309 ve #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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Aso, Y., Inukai, T., Takemura, Y. Evaluation of microangiopathy of the skin in patients with non-insulin-dependent diabetes mellitus by laser Doppler flowmetry; microvasodilatory responses to beraprost sodium. Diabetes Research and Clinical Practice. 36, 19-26 (1997).
  2. Golding, E. M., Robertson, C. S., Bryan, R. M. The consequences of traumatic brain injury on cerebral blood flow and autoregulation: a review. Clinical and Experimental Hypertension. 21, 299-332 (1999).
  3. Grunwald, J. E., DuPont, J., Riva, C. E. Retinal haemodynamics in patients with early diabetes mellitus. British Journal of Ophthalmology. 80, 327-331 (1996).
  4. Mankovsky, B. N., Piolot, R., Mankovsky, O. L., Ziegler, D. Impairment of cerebral autoregulation in diabetic patients with cardiovascular autonomic neuropathy and orthostatic hypotension. Diabetic Medicine. 20, 119-126 (2003).
  5. Symon, L., Held, K., Dorsch, N. W. A study of regional autoregulation in the cerebral circulation to increased perfusion pressure in normocapnia and hypercapnia. Stroke. 4, 139-147 (1973).
  6. Taccone, F. S., et al. Cerebral autoregulation is influenced by carbon dioxide levels in patients with septic shock. Neurocritical Care. 12, 35-42 (2010).
  7. Barry, D. I., et al. Cerebral blood flow in rats with renal and spontaneous hypertension: resetting of the lower limit of autoregulation. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 2, 347-353 (1982).
  8. Faraci, F. M., Baumbach, G. L., Heistad, D. D. Cerebral circulation: humoral regulation and effects of chronic hypertension. Journal of the American Society of Nephrology. 1, 53-57 (1990).
  9. Strandgaard, S. Autoregulation of cerebral blood flow in hypertensive patients. The modifying influence of prolonged antihypertensive treatment on the tolerance to acute, drug-induced hypotension. Circulation. 53, 720-727 (1976).
  10. McEwen, S. T., Schmidt, J. R., Somberg, L., de la Cruz, L., Lombard, J. H. Time-course and mechanisms of restored vascular relaxation by reduced salt intake and angiotensin II infusion in rats fed a high-salt diet. Microcirculation. 16, 220-234 (2009).
  11. Allen, L. A., et al. High salt diet impairs cerebral blood flow regulation via salt-induced angiotensin II suppression. Microcirculation. , e12518 (2018).
  12. Smeda, J. S., Payne, G. W. Alterations in autoregulatory and myogenic function in the cerebrovasculature of Dahl salt-sensitive rats. Stroke. 34, 1484-1490 (2003).
  13. Greene, N. H., Lee, L. A. Modern and Evolving Understanding of Cerebral Perfusion and Autoregulation. Advances in Anesthesia. 30, 97-129 (2012).
  14. Merzeau, S., Preckel, M. P., Fromy, B., Leftheriotis, G., Saumet, J. L. Differences between cerebral and cerebellar autoregulation during progressive hypotension in rats. Neuroscience Letters. 280, 103-106 (2000).
  15. Zagorac, D., Yamaura, K., Zhang, C., Roman, R. J., Harder, D. R. The effect of superoxide anion on autoregulation of cerebral blood flow. Stroke. 36, 2589-2594 (2005).
  16. Hudetz, A. G., Lee, J. G., Smith, J. J., Bosnjak, Z. J., Kampine, J. P. Effects of volatile anesthetics on cerebrocortical laser Doppler flow: hyperemia, autoregulation, carbon dioxide response, flow oscillations, and role of nitric oxide. Advances in Pharmacology. 31, 577-593 (1994).
  17. Hudetz, A. G., Shen, H., Kampine, J. P. Nitric oxide from neuronal NOS plays critical role in cerebral capillary flow response to hypoxia. American Journal of Physiology. 274, H982-H989 (1998).
  18. Okamoto, H., Hudetz, A. G., Roman, R. J., Bosnjak, Z. J., Kampine, J. P. Neuronal NOS-derived NO plays permissive role in cerebral blood flow response to hypercapnia. American Journal of Physiology. 272, H559-H566 (1997).
  19. Okamoto, H., Roman, R. J., Kampine, J. P., Hudetz, A. G. Endotoxin augments cerebral hyperemic response to halothane by inducing nitric oxide synthase and cyclooxygenase. Anesthesia and Analgesia. 91, 896-903 (2000).
  20. Schulte, M. L., Hudetz, A. G. Functional hyperemic response in the rat visual cortex under halothane anesthesia. Neuroscience Letters. 394, 63-68 (2006).
  21. Schulte, M. L., Li, S. J., Hyde, J. S., Hudetz, A. G. Digit tapping model of functional activation in the rat somatosensory cortex. Journal of Neuroscience Methods. 157, 48-53 (2006).
  22. Alkayed, N. J., et al. Inhibition of brain P-450 arachidonic acid epoxygenase decreases baseline cerebral blood flow. American Journal of Physiology. 271, H1541-H1546 (1996).
  23. Alonso-Galicia, M., Hudetz, A. G., Shen, H., Harder, D. R., Roman, R. J. Contribution of 20-HETE to vasodilator actions of nitric oxide in the cerebral microcirculation. Stroke. 30, 2727-2734 (1999).
  24. Kurosawa, M., Messlinger, K., Pawlak, M., Schmidt, R. F. Increase of meningeal blood flow after electrical stimulation of rat dura mater encephali: mediation by calcitonin gene-related peptide. British Journal of Pharmacology. 114, 1397-1402 (1995).
  25. Mayhan, W. G., Faraci, F. M., Heistad, D. D. Impairment of endothelium-dependent responses of cerebral arterioles in chronic hypertension. American Journal of Physiology. 253, H1435-H1440 (1987).
  26. Ghali, M. G. Z. Microsurgical technique for tracheostomy in the rat. MethodsX. 5, 61-67 (2018).
  27. Ghali, M. G. Z. Microsurgical technique for femoral vascular access in the rat. MethodsX. 4, 498-507 (2017).
  28. Takada, J., et al. Valsartan improves the lower limit of cerebral autoregulation in rats. Hypertension Research. 29, 621-626 (2006).
  29. Jones, S. C., Radinsky, C. R., Furlan, A. J., Chyatte, D., Perez-Trepichio, A. D. Cortical NOS inhibition raises the lower limit of cerebral blood flow-arterial pressure autoregulation. American Journal of Physiology. 276, H1253-H1262 (1999).
  30. Smits, G. J., Roman, R. J., Lombard, J. H. Evaluation of laser-Doppler flowmetry as a measure of tissue blood flow. Journal of Applied Physiology (1985). 61, 666-672 (1986).
  31. Durand, M. J., Raffai, G., Weinberg, B. D., Lombard, J. H. Angiotensin-(1-7) and low-dose angiotensin II infusion reverse salt-induced endothelial dysfunction via different mechanisms in rat middle cerebral arteries. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 299, H1024-H1033 (2010).
  32. Lombard, J. H., Sylvester, F. A., Phillips, S. A., Frisbee, J. C. High-salt diet impairs vascular relaxation mechanisms in rat middle cerebral arteries. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 284, H1124-H1133 (2003).
  33. Weber, D. S., Lombard, J. H. Elevated salt intake impairs dilation of rat skeletal muscle resistance arteries via ANG II suppression. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 278, H500-H506 (2000).
  34. Weber, D. S., Lombard, J. H. Angiotensin II AT1 receptors preserve vasodilator reactivity in skeletal muscle resistance arteries. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 280, H2196-H2202 (2001).
  35. Liu, Y., Rusch, N. J., Lombard, J. H. Loss of endothelium and receptor-mediated dilation in pial arterioles of rats fed a short-term high salt diet. Hypertension. 33, 686-688 (1999).
  36. Priestley, J. R., et al. Reduced angiotensin II levels cause generalized vascular dysfunction via oxidant stress in hamster cheek pouch arterioles. Microvascular Research. 89, 134-145 (2013).
  37. McEwen, S. T., Balus, S. F., Durand, M. J., Lombard, J. H. Angiotensin II maintains cerebral vascular relaxation via EGF receptor transactivation and ERK1/2. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 297, H1296-H1303 (2009).
  38. Jensen, N. F., Todd, M. M., Kramer, D. J., Leonard, P. A., Warner, D. S. A comparison of the vasodilating effects of halothane and isoflurane on the isolated rabbit basilar artery with and without intact endothelium. Anesthesiology. 76, 624-634 (1992).
  39. Avram, M. J., et al. Isoflurane alters the recirculatory pharmacokinetics of physiologic markers. Anesthesiology. 92, 1757-1768 (2000).
  40. Wang, Z., Schuler, B., Vogel, O., Arras, M., Vogel, J. What is the optimal anesthetic protocol for measurements of cerebral autoregulation in spontaneously breathing mice?. Experimental Brain Research. 207, 249-258 (2010).
  41. Ayata, C., et al. Pronounced hypoperfusion during spreading depression in mouse cortex. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 24, 1172-1182 (2004).
  42. Niwa, K., et al. Cerebrovascular autoregulation is profoundly impaired in mice overexpressing amyloid precursor protein. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 283, H315-H323 (2002).
  43. Carreira, S., et al. Diaphragmatic Function Is Preserved during Severe Hemorrhagic Shock in the Rat. Anesthesiology. 120, 425-435 (2014).
  44. Kerby, J. D., et al. Resuscitation from hemorrhagic shock with HBOC-201 in the setting of traumatic brain injury. Shock. 27, 652-656 (2007).
  45. Krejci, V., et al. Continuous measurements of microcirculatory blood flow in gastrointestinal organs during acute haemorrhage. British Journal of Anaesthesia. 84, 468-475 (2000).
  46. Rosengarte, B., Hecht, M., Wolff, S., Kaps, M. Autoregulative function in the brain in an endotoxic rat shock model. Inflammation Research. 57, 542-546 (2008).
  47. Rozet, I., et al. Cerebral autoregulation and CO2 reactivity in anterior and posterior cerebral circulation during sevoflurane anesthesia. Anesthesia and Analgesia. 102, 560-564 (2006).
  48. Hudetz, A. G., Biswal, B. B., Feher, G., Kampine, J. P. Effects of hypoxia and hypercapnia on capillary flow velocity in the rat cerebral cortex. Microvascular Research. 54, 35-42 (1997).
  49. Shi, Y., et al. Interaction of mechanisms involving epoxyeicosatrienoic acids, adenosine receptors, and metabotropic glutamate receptors in neurovascular coupling in rat whisker barrel cortex. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 28, 111-125 (2008).

Tags

Laser Doppler FlowmetryCerebral Blood Flow AutoregulationRatNon-invasiveBlood PressureVascular BedsFemoral ArteryCannulaAnesthesiaShavingDisinfectionSuturesLigation
check_url/60540?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image