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Medicine

Echtzeit-Beurteilung der Rückenmarksmikroperfusion in einem Schweinemodell der Ischämie/Reperfusion

Published: December 10, 2020
doi:
10.3791/62047
, , , , , , , , , , ,
1Department of Anesthesiology, Center of Anesthesiology and Intensive Care Medicine,University Medical Center Hamburg-Eppendorf, 2University Department for Vascular Surgery and Department of Operative Medicine,Medical University of Innsbruck, 3Department of Medical Biometry and Epidemiology,University Medical Center Hamburg-Eppendorf, 4Department of Vascular Medicine,University Heart and Vascular Center Hamburg (UHZ), 5Department of Cardiology,Rostock University Medical Center, 6University Department for Cardiac Surgery,Heart Center Leipzig

Summary

Die Mikrozirkulation des Rückenmarks spielt eine zentrale Rolle bei Rückenmarksverletzungen. Die meisten Methoden erlauben keine Echtzeitbewertung der Mikrozirkulation des Rückenmarks, die für die Entwicklung von mikrozirkulationsorientierten Therapien unerlässlich ist. Hier schlagen wir ein Protokoll unter Verwendung von Laser-Doppler-Flow-Nadelsonden in einem großen Tiermodell der Ischämie / Reperfusion vor.

Abstract

Rückenmarksverletzungen sind eine verheerende Komplikation der Aortenreparatur. Trotz entwicklungen zur Prävention und Behandlung von Rückenmarksverletzungen ist ihre Inzidenz immer noch beträchtlich hoch und beeinflusst daher das Patientenergebnis. Die Mikrozirkulation spielt eine Schlüsselrolle bei der Gewebeperfusion und Sauerstoffversorgung und ist oft von der Makrohämodynamik getrennt. Daher ist die direkte Evaluierung der Rückenmarksmikrozirkulation essentiell für die Entwicklung von mikrozirkulationsgezielten Therapien und die Evaluierung bestehender Ansätze in Bezug auf die Mikrozirkulation des Rückenmarks. Die meisten Methoden bieten jedoch keine Echtzeitbewertung der Mikrozirkulation des Rückenmarks. Ziel dieser Studie ist es, ein standardisiertes Protokoll für die mikrozirkulatorische Auswertung des Rückenmarks in Echtzeit mit Laser-Doppler-Nadelsonden zu beschreiben, die direkt in das Rückenmark eingeführt werden. Wir verwendeten ein Schweinemodell der Ischämie / Reperfusion, um eine Verschlechterung der Mikrozirkulation des Rückenmarks zu induzieren. Zusätzlich wurde eine fluoreszierende Mikrosphären-Injektionstechnik verwendet. Anfangs wurden die Tiere betäubt und mechanisch beatmet. Danach wurde eine Laser-Doppler-Nadelsondeneinführung durchgeführt, gefolgt von der Platzierung der Zerebrospinalflüssigkeitsdrainage. Eine mediane Sternotomie wurde für die Exposition der absteigenden Aorta durchgeführt, um eine Aortenkreuzklemmung durchzuführen. Ischämie/Reperfusion wurde durch supra-zöliakie-Aorten-Kreuzklemmung für insgesamt 48 min induziert, gefolgt von Reperfusion und hämodynamischer Stabilisierung. Der Laser-Doppler-Fluss wurde parallel zur makrohämodynamischen Auswertung durchgeführt. Darüber hinaus wurde eine automatisierte Zerebrospinalflüssigkeitsdrainage eingesetzt, um einen stabilen Zerebrospinaldruck aufrechtzuerhalten. Nach Abschluss des Protokolls wurden Tiere geopfert und das Rückenmark für histopathologische und Mikrosphärenanalysen geerntet. Das Protokoll zeigt die Machbarkeit von Rückenmarks-Mikroperfusionsmessungen mit Laser-Doppler-Sonden und zeigt eine deutliche Abnahme während der Ischämie sowie der Erholung nach reperfusion. Die Ergebnisse zeigten ein vergleichbares Verhalten wie die Fluoreszenzmikrosphärenbewertung. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dieses neue Protokoll ein nützliches Großtiermodell für zukünftige Studien mit Echtzeit-Rückenmarksmikroperfusionsbewertung bei Ischämie/ Reperfusionsbedingungen darstellen könnte.

Introduction

Eine durch Ischämie/Reperfusion (SCI) induzierte Rückenmarksverletzung ist eine der verheerendsten Komplikationen der Aortenreparatur im Zusammenhang mit einem reduzierten Ergebnis1,2,3,4. Zu den aktuellen Präventions- und Behandlungsmöglichkeiten für SCI gehören die Optimierung makrohämodynamischer Parameter sowie die Normalisierung des Liquordrucks (CSP) zur Verbesserung des Rückenmarksperfusionsdrucks2,5,6,7,8,9. Trotz der Durchführung dieser Manöver liegt die Inzidenz von SCI immer noch zwischen 2% und 31%, abhängig von der Komplexität der Aortenreparatur10,11,12.

In jüngster Zeit hat die Mikrozirkulation erhöhte Aufmerksamkeit erregt13,14. Die Mikrozirkulation ist der Bereich der zellulären Sauerstoffaufnahme und des Stoffwechselaustauschs und spielt daher eine entscheidende Rolle für die Organfunktion und die zelluläre Integrität13. Eine Beeinträchtigung des mikrozirkulatorischen Blutflusses ist eine wichtige Determinante der Gewebeischämie im Zusammenhang mit einer erhöhtenMortalität 15,16,17,18,19. Eine Beeinträchtigung der Mikrozirkulation des Rückenmarks ist mit einer verminderten neurologischen Funktion und dem Ergebnis20,21,22,23 verbunden. Daher ist die Optimierung der Mikroperfusion zur Behandlung von SCI ein vielversprechender Ansatz. Persistenz mikrozirkulatorischer Störungen, trotz makrozirkulatorischer Optimierung, wurde beschrieben26,27,28,29. Dieser Verlust der hämodynamischen Kohärenz tritt häufig unter verschiedenen Bedingungen auf, einschließlich Ischämie / Reperfusion, was die Notwendigkeit einer direkten mikrozirkulatorischen Bewertung und mikrozirkulationsorientierter Therapienunterstreicht 26,27,30.

Bisher haben nur wenige Studien Laser-Doppler-Sonden zur Echtzeitbewertung des mikrozirkulatorischen Verhaltens des Rückenmarks verwendet20,31. Bestehende Studien haben häufig Mikrosphäreninjektionstechniken verwendet, die durch intermittierende Anwendung und Post-mortem-Analyse begrenzt sind32,33. Die Anzahl der verschiedenen Messungen mit Mikrosphäreninjektionstechnik ist durch die Verfügbarkeit von Mikrosphären mit unterschiedlichen Wellenlängen begrenzt. Darüber hinaus ist im Gegensatz zu Laser-Doppler-Techniken eine Echtzeitbewertung der Mikroperfusion nicht möglich, da für diese Methode eine postmortale Gewebebearbeitung und -analyse erforderlich ist. Hier stellen wir ein experimentelles Protokoll zur Echtzeitbewertung der Rückenmarksmikrowelle in einem porcinen Großtiermodell der Ischämie/Reperfusion vor.

Diese Studie war Teil eines großen Tierprojekts, das eine randomisierte Studie, in der der Einfluss von Kristalloiden vs. Kolloiden auf die Mikrozirkulation bei Ischämie/Reperfusion verglichen wurde, sowie eine explorative randomisierte Studie über die Auswirkungen von Flüssigkeiten vs. Vasopressoren auf die Mikroperfusion des Rückenmarks kombinierte. Die 2-Punkt-Kalibrierung der Durchflusssonde sowie die Druckspitzenkatheterkalibrierung wurden zuvor beschrieben34. Zusätzlich zu dem berichteten Protokoll wurden fluoreszierende Mikrokugeln für die Messung der Rückenmarksmikroperfusion verwendet, wie zuvor beschrieben, wobei 12 Proben von Rückenmarksgewebe für jedes Tier verwendet wurden, wobei die Proben 1-6 das obere Rückenmark und 7-12 das untere Rückenmark35,36 darstellten. Die Mikrosphäreninjektion wurde für jeden Messschritt nach Abschluss der Laser-Doppler-Aufnahmen und der makrohämodynamischen Auswertung durchgeführt. Die histopathologische Bewertung wurde mit dem Kleinman-Score durchgeführt, wie zuvor beschrieben37.

Protocol

Die Studie wurde von der Regierungskommission für die Pflege und Verwendung von Tieren der Stadt Hamburg genehmigt (Aktenzeichen 60/17). Die Tiere wurden gemäß dem “Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren” (NIH-Publikation Nr. 86-23, überarbeitet 2011) sowie den Empfehlungen und Experimenten der FELASA nach den ARRIVE-Richtlinien24,25gepflegt. Diese Studie war eine akute Studie, und alle Tiere wurden am Ende des Protokolls eingeschläfert.</p…

Representative Results

Alle sechs Tiere überlebten bis zum Abschluss des Protokolls. Das Tiergewicht betrug 48,2 ± 2,9 kg; fünf Tiere waren männlich und ein Tier war weiblich. Das Einsetzen der Rückenmarksnadelsonde sowie die Messung des Rückenmarksflusses war bei allen Tieren möglich. Beispiele für mikrozirkulatorische Aufzeichnungen des Rückenmarks in Echtzeit in Kombination mit zerebralen mikrozirkulatorischen und makrohämodynamischen Auf…

Discussion

Die durch Rückenmarksischämie induzierte Rückenmarkslähmung ist eine Hauptkomplikation der Aortenreparatur mit enormen Auswirkungen auf das Patientenergebnis1,2,3,4,10,11,12. Mikrozirkulations-zielgerichtete Therapien zur Vorbeugung und Behandlung von Rückenmarksverletzungen sind am vie…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Die Autorinnen und Autoren danken Lena Brix, V.M.D, Institut für Tierversuche, Medizinische Hochschule Hannover, sowie Frau Jutta Dammann, Versuchstierpflegeeinrichtung, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Deutschland, für die prä- und perioperative Tierpflege und ihre technische Unterstützung beim Umgang mit Tieren. Die Autoren danken ferner Dr. Daniel Manzoni, Klinik für Gefäßchirurgie, Hôpital Kirchberg, Luxemburg, für seine technische Unterstützung.

Materials

CardioMed Flowmeter Medistim AS, Oslo, Norway CM4000 Flowmeter for Flow-Probe Femoral Artery
CardioMed Flow-Probe, 5mm Medistim AS, Oslo, Norway PS100051 Flow-Probe Femoral Artery
COnfidence probe,  Transonic Systems Inc., Ithaca, NY, USA MA16PAU Flow-Probe Aorta
16 mm liners
DIVA Sevoflurane Vapor Dräger Medical, Lübeck, Germany Vapor
Hotline Level 1 Fluid Warmer Smiths Medical Germany GmbH, Grasbrunn, Germany HL-90-DE-230 Fluid Warmer
Infinity Delta Dräger Medical, Lübeck, Germany Basic Monitoring Hardware
Infinity Hemo Dräger Medical, Lübeck, Germany Basic Pressure Monitoring and Pulmonary Thermodilution Hardware
LabChart Pro ADInstruments Ltd., Oxford, UK v8.1.16 Synchronic Laser-Doppler, Blood Pressure, ECG and Blood-Flow Aquisition Software
LiquoGuard 7 Möller Medical GmbH, Fulda, Germany Cerebrospinal Fluid Drainage System
Millar Micro-Tip Pressure Catheter (5F, Single, Curved, 120cm, PU/WD) ADInstruments Ltd., Oxford, UK SPR-350 Pressure-Tip Catheter Aorta
moor VMS LDF moor Instruments, Devon, UK Designated Laser-Doppler Hardware
moor VMS Research Software moor Instruments, Devon, UK Designated Laser-Doppler Software
Perivascular Flow Module Transonic Systems Inc., Ithaca, NY, USA TS 420 Flow-Module for Flow-Probe Aorta
PiCCO 2, Science Version Getinge AB, Göteborg, Sweden v. 6.0 Blood Pressure and Transcardiopulmonary Monitoring Hard- and Software
PiCCO 5 Fr. 20cm Getinge AB, Göteborg, Sweden Thermistor-tipped Arterial Line 
PowerLab ADInstruments Ltd., Oxford, UK PL 3516 Synchronic Laser-Doppler, Blood Pressure, ECG and Blood-Flow Aquisition Hardware
QuadBridgeAmp ADInstruments Ltd., Oxford, UK FE 224 Four Channel Bridge Amplifier for Laser-Doppler and Invasive Blood Pressure Aquisition
Silverline Spiegelberg, Hamburg, Germany ELD33.010.02 Cerebrospinal Fluid Drainage
SPSS statistical software package  IBM SPSS Statistics Inc., Armonk, New York, USA v. 27 Statistical Software
Twinwarm Warming System Moeck & Moeck GmbH, Hamburg, Germany 12TW921DE Warming System
Universal II Warming Blanket Moeck & Moeck GmbH, Hamburg, Germany 906 Warming Blanket
VP 3 Probe, 8mm length (individually manufactured) moor Instruments, Devon, UK Laser-Doppler Probe
Zeus Dräger Medical, Lübeck, Germany Anesthesia Machine
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