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

허혈/재관류의 돼지 모델에서 척수 미세 퍼퍼퓨전의 실시간 평가

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

척수 미세 순환은 척수 손상에 중추적 인 역할을합니다. 대부분의 방법은 미세 순환 표적 치료의 발달을 위해 필수적인 척수 미세 순환의 실시간 평가를 허용하지 않습니다. 여기에서, 우리는 허혈 / 재퍼퓨전의 큰 동물 모델에서 레이저 도플러 – 흐름 바늘 프로브를 사용하여 프로토콜을 제안한다.

Abstract

척수 손상은 대동맥 수리의 치명적인 합병증입니다. 척수 손상의 예방 및 치료를위한 발달에도 불구하고, 그 발생률은 여전히 상당히 높기 때문에 환자 결과에 영향을 미칩니다. 미세 순환은 조직 관류 및 산소 공급에 중요한 역할을하며 종종 거식성 역학에서 해리됩니다. 따라서 척수 미세 순환에 대한 직접적인 평가는 미세 순환 표적 치료법의 개발과 척수 미세 순환과 관련하여 기존 접근 방식의 평가에 필수적입니다. 그러나 대부분의 방법은 척수 미세 순환에 대한 실시간 평가를 제공하지 않습니다. 이 연구의 목적은 척수에 직접 삽입 된 레이저 도플러 바늘 프로브를 사용하여 실시간 척수 미세 순환 평가를위한 표준화 된 프로토콜을 설명하는 것입니다. 우리는 척수 미세 순환의 악화를 유도하기 위해 허혈 /재관류의 돼지 모델을 사용했습니다. 또한 형광 마이크로스피어 주입 기술이 사용되었습니다. 처음에 동물은 마취되고 기계적으로 환기되었습니다. 그 후, 레이저-도플러 바늘 프로브 삽입을 수행 하 여 뇌척수액 배수의 배치에 이어. 대동맥 교차 클램핑을 수행하기 위해 내림차순 대동맥의 노출을 위해 중앙분리증이 수행되었다. 허혈/재퍼퓨전은 총 48분 동안 초라-체강 대동맥 교차 클램핑에 의해 유도되었고, 이어서 재관류와 혈역학적 안정화가 뒤따랐다. 레이저-도플러 플럭스는 거체역학적 평가와 병행하여 수행되었다. 또한, 자동화된 뇌척수액 배수는 안정적인 뇌척수압을 유지하기 위해 사용되었다. 프로토콜이 완료된 후, 동물을 희생하고, 척수는 조직 병리학 및 현미경 분석용으로 수확되었다. 이 프로토콜은 레이저 도플러 프로브를 사용하여 척수 미세 포류 측정의 타당성을 밝히고 허혈 중 현저한 감소뿐만 아니라 재관전 후 회복을 보여줍니다. 결과는 형광 마이크로스피어 평가에 유사한 행동을 보였다. 결론적으로, 이 새로운 프로토콜은 허혈/재관류 조건에서 실시간 척수 미세 인융합 평가를 사용하여 미래 연구를 위한 유용한 큰 동물 모형을 제공할 수 있습니다.

Introduction

허혈/재관류(SCI)에 의해 유도된 척수 손상은 감소된 결과1,2,3,4와관련된 대동맥 수리의 가장 치명적인 합병증 중 하나입니다. SCI에 대한 현재 예방 및 치료 옵션은 척수관류 압력2,5,5,6,7,8,9를개선하기 위해 뇌척수액 압력(CSP)의 정상화뿐만 아니라 거형역학적 파라미터의최적화를포함한다. 이러한 기동의 구현에도 불구하고 SCI의 발생률은 여전히 대동맥수리10, 11,12의복잡성에 따라 2 %와31% 사이입니다.

최근에는 미세순환이 주목을 받고있으며, 13,14. 미세 순환은 세포 산소 섭취 및 대사 교환의 영역이므로 장기 기능 및 세포 무결성13에서중요한 역할을한다. 손상된 미세 순환 혈류는 증가된 사망률15,16,17,18,19와관련된 조직 허혈의 주요 결정자이다. 척수 미세 순환의 손상은 신경 기능 저하및 결과20,21,22, 23과관련이있다. 따라서 SCI 치료를 위한 미세 관전의 최적화는 가장 유망한 접근법입니다. 거시순환 적 최적화에도 불구하고 미세 순환 장애의 지속성은26,27,28,29로기술되었다. 혈역학 일관성의 이러한 손실은 허혈/재관류를 포함한 다양한 조건에서 자주 발생하며, 직접 미세 순환 평가 및 미세 순환 표적 요법26,27,30의필요성을 강조한다.

지금까지 척수 미세 순환 행동20,31의실시간 평가를 위해 레이저 도플러 프로브를 사용한 연구는 거의 없습니다. 기존 연구는 종종 간헐적 인 사용 및 사후 분석(32,33)에의해 제한되는 마이크로 스피어 주입 기술을 사용했다. 마이크로스피어 사출 기법을 이용한 상이한 측정 횟수는 파장이 다른 마이크로스피어의 가용성에 의해 제한됩니다. 더욱이, 레이저 도플러 기술과는 대조적으로, 이 방법에 대한 사후 조직 처리 및 분석이 필요하기 때문에, 마이크로 퍼퓨전의 실시간 평가는 불가능하다. 여기서, 우리는 허혈/재퍼퓨전의 돼지 큰 동물 모형에서 척수 미세 순환의 실시간 평가를 위한 실험 프로토콜을 제시합니다.

이 연구는 허혈/레퍼퓨전의 미세 순환에 대한 결정적 대 콜로이드의 영향과 척수 미세 포류에 대한 유체 대 혈관 압박자의 영향에 대한 탐구무작위 연구를 결합한 무작위 연구를 결합한 대규모 동물 프로젝트의 일부였습니다. 유량 프로브 2점 보정뿐만 아니라 압력 팁 카테터 교정은 이전에34로설명되었다. 보고된 프로토콜 이외에, 형광 마이크로스피어는 척수 미세인혈의 측정을 위해 사용되었으며, 이전에 설명한 바와 같이, 각 동물에 대한 척수 조직의 12개의 샘플을 사용했으며, 상부 척수를 나타내는 샘플 1-6및 7-12는 하부척수(35,36)를나타내고 있었다. 레이저-도플러 레코딩 및 거체역학적 평가가 완료된 후 각 측정 단계에 대해 마이크로스피어 주입이 수행되었다. 조직 병리학 적 평가는 이전에 설명 된 바와 같이 클라인만 -점수를 사용하여 수행되었다37.

Protocol

이 연구는 함부르크 시의 동물 관리 및 사용에 대한 정부 위원회의 승인을 받았습니다 (참조 번호 60/17). 동물들은 ‘실험실 동물의 관리 및 사용 안내서'(NIH 간행물 제86-23호, 개정2011)와 FELASA 권고 및 실험을 준수하여 치료를 받았으며,24일,25일도착지침에 따라 펠라사 권고및 실험이 수행되었다. 이 연구는 급성 예심이었고, 모든 동물은 프로토콜의 끝에 ?…

Representative Results

여섯 마리의 동물은 모두 프로토콜이 완료될 때까지 살아남았습니다. 동물 중량은 48.2 ± 2.9 kg; 5마리의 동물이 수컷이고, 한 마리의 동물은 암컷이었다. 척수 바늘 프로브 삽입뿐만 아니라 척수 플럭스 측정은 모든 동물에서 가능했다. 허혈 유도를 위한 대동맥 교차 클램핑 동안뿐만 아니라 클램핑 및 재퍼주입 동안 대뇌 미세 …

Discussion

척수 허혈에 의해 유도된 SCI는 환자 결과1,2,3,4,10,11,12에엄청난 영향을 미치는 대동맥 수리가 큰 합병증이다. SCI를 예방하고 치료하는 미세 순환 표적 치료법이 가장 유망합니다. 이 프로토콜은 실시간 척수 미세 순환 평가…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

저자는 레나 브릭스, V.M.D, 동물 연구 연구소, 하노버 의과 대학뿐만 아니라 부인 Jutta Dammann, 연구 동물 관리 시설, 대학 의료 센터 함부르크 – Eppendorf, 독일, 전 및 perioperative 동물 관리 및 동물 취급에 대한 기술 지원을 제공하고 싶습니다. 저자는 더 박사 다니엘 만조니, 혈관 외과의 부서, Hôpital Kirchberg, 룩셈부르크, 그의 기술 지원에 감사드립니다.

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Etz, C. D., et al. Contemporary spinal cord protection during thoracic and thoracoabdominal aortic surgery and endovascular aortic repair: a position paper of the vascular domain of the European Association for Cardio-Thoracic Surgerydagger. The European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 47 (6), 943-957 (2015).
  2. Schraag, S. Postoperative management. Best Practice & Research Clinical Anaesthesiology. 30 (3), 381-393 (2016).
  3. Cambria, R. P., et al. Thoracoabdominal aneurysm repair: results with 337 operations performed over a 15-year interval. Annals of Surgery. 236 (4), 471-479 (2002).
  4. Becker, D. A., McGarvey, M. L., Rojvirat, C., Bavaria, J. E., Messe, S. R. Predictors of outcome in patients with spinal cord ischemia after open aortic repair. Neurocritical Care. 18 (1), 70-74 (2013).
  5. McGarvey, M. L., et al. The treatment of spinal cord ischemia following thoracic endovascular aortic repair. Neurocritical Care. 6 (1), 35-39 (2007).
  6. Fukui, S., et al. Development of collaterals to the spinal cord after endovascular stent graft repair of thoracic aneurysms. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 52 (6), 801-807 (2016).
  7. Augoustides, J. G., Stone, M. E., Drenger, B. Novel approaches to spinal cord protection during thoracoabdominal aortic interventions. Current Opinion in Anesthesiology. 27 (1), 98-105 (2014).
  8. Bicknell, C. D., Riga, C. V., Wolfe, J. H. Prevention of paraplegia during thoracoabdominal aortic aneurysm repair. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 37 (6), 654-660 (2009).
  9. Feezor, R. J., Lee, W. A. Strategies for detection and prevention of spinal cord ischemia during TEVAR. Seminars in Vascular Surgery. 22 (3), 187-192 (2009).
  10. Heidemann, F., et al. Incidence, predictors, and outcomes of spinal cord ischemia in elective complex endovascular aortic repair: An analysis of health insurance claims. Journal of Vascular Surgery. , (2020).
  11. Rizvi, A. Z., Sullivan, T. M. Incidence, prevention, and management in spinal cord protection during TEVAR. Journal of Vascular Surgery. 52 (4), 86-90 (2010).
  12. Wortmann, M., Bockler, D., Geisbusch, P. Perioperative cerebrospinal fluid drainage for the prevention of spinal ischemia after endovascular aortic repair. Gefasschirurgie. 22, 35-40 (2017).
  13. Saugel, B., Trepte, C. J., Heckel, K., Wagner, J. Y., Reuter, D. A. Hemodynamic management of septic shock: is it time for “individualized goal-directed hemodynamic therapy” and for specifically targeting the microcirculation. Shock. 43 (6), 522-529 (2015).
  14. Moore, J. P., Dyson, A., Singer, M., Fraser, J. Microcirculatory dysfunction and resuscitation: why, when, and how. British Journal of Anaesthesia. 115 (3), 366-375 (2015).
  15. De Backer, D., Creteur, J., Preiser, J. C., Dubois, M. J., Vincent, J. L. Microvascular blood flow is altered in patients with sepsis. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 166 (1), 98-104 (2002).
  16. De Backer, D., Creteur, J., Dubois, M. J., Sakr, Y., Vincent, J. L. Microvascular alterations in patients with acute severe heart failure and cardiogenic shock. American Heart Journal. 147 (1), 91-99 (2004).
  17. Sakr, Y., Dubois, M. J., De Backer, D., Creteur, J., Vincent, J. L. Persistent microcirculatory alterations are associated with organ failure and death in patients with septic shock. Critical Care Medicine. 32 (9), 1825-1831 (2004).
  18. Trzeciak, S., et al. Early microcirculatory perfusion derangements in patients with severe sepsis and septic shock: relationship to hemodynamics, oxygen transport, and survival. Annals of Emergency Medicine. 49 (1), 88-98 (2007).
  19. Donati, A., et al. From macrohemodynamic to the microcirculation. Critical Care Research and Practice. 2013, 892710 (2013).
  20. 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. 32 (18), 1955-1962 (2007).
  21. Soubeyrand, M., et al. Real-time and spatial quantification using contrast-enhanced ultrasonography of spinal cord perfusion during experimental spinal cord injury. Spine. 37 (22), 1376-1382 (2012).
  22. 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, 1026-1042 (2010).
  23. Muradov, J. M., Ewan, E. E., Hagg, T. Dorsal column sensory axons degenerate due to impaired microvascular perfusion after spinal cord injury in rats. Experimental Neurology. 249, 59-73 (2013).
  24. Guillen, J., , . FELASA guidelines and recommendations. J Am Assoc Lab Anim Sci. 51, 311-321 (2012).
  25. Kilkenny, C., Browne, W. J., Cuthill, I. C., Emerson, M., Altman, D. G. Improving bioscience research reporting: the ARRIVE guidelines for reporting animal research. Osteoarthritis Cartilage. 20, 256-260 (2012).
  26. Ospina-Tascon, G., et al. Effects of fluids on microvascular perfusion in patients with severe sepsis. Intensive Care Medicine. 36 (6), 949-955 (2010).
  27. Pottecher, J., et al. Both passive leg raising and intravascular volume expansion improve sublingual microcirculatory perfusion in severe sepsis and septic shock patients. Intensive Care Medicine. 36 (11), 1867-1874 (2010).
  28. De Backer, D., Ortiz, J. A., Salgado, D. Coupling microcirculation to systemic hemodynamics. Current Opinion in Critical Care. 16 (3), 250-254 (2010).
  29. van Genderen, M. E., et al. Microvascular perfusion as a target for fluid resuscitation in experimental circulatory shock. Critical care medicine. 42 (2), 96-105 (2014).
  30. Ince, C. Hemodynamic coherence and the rationale for monitoring the microcirculation. Critical care. 19, 8 (2015).
  31. Kise, Y., et al. Directly measuring spinal cord blood flow and spinal cord perfusion pressure via the collateral network: correlations with changes in systemic blood pressure. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 149 (1), 360-366 (2015).
  32. Haunschild, J., et al. Detrimental effects of cerebrospinal fluid pressure elevation on spinal cord perfusion: first-time direct detection in a large animal model. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 58 (2), 286-293 (2020).
  33. Wipper, S., et al. Impact of hybrid thoracoabdominal aortic repair on visceral and spinal cord perfusion: The new and improved SPIDER-graft. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 158 (3), 692-701 (2019).
  34. Kluttig, R., et al. Invasive hemodynamic monitoring of aortic and pulmonary artery hemodynamics in a large animal model of ARDS. Journal of Visualized Experiments. (141), e57405 (2018).
  35. Detter, C., et al. Fluorescent cardiac imaging: a novel intraoperative method for quantitative assessment of myocardial perfusion during graded coronary artery stenosis. Circulation. 116 (9), 1007-1014 (2007).
  36. Wipper, S., et al. Distinction of non-ischemia inducing versus ischemia inducing coronary stenosis by fluorescent cardiac imaging. International Journal of Cardiovascular Imaging. 32 (2), 363-371 (2016).
  37. Etz, C. D., et al. Spinal cord blood flow and ischemic injury after experimental sacrifice of thoracic and abdominal segmental arteries. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 33 (6), 1030-1038 (2008).
  38. Saugel, B., Scheeren, T. W. L., Teboul, J. L. Ultrasound-guided central venous catheter placement: a structured review and recommendations for clinical practice. Critical care. 21 (1), 225 (2017).
  39. Marty, B., et al. Partial inflow occlusion facilitates accurate deployment of thoracic aortic endografts. Journal of Endovascular Therapy. 11 (2), 175-179 (2004).
  40. Matyal, R., et al. Monitoring the variation in myocardial function with the Doppler-derived myocardial performance index during aortic cross-clamping. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 26 (2), 204-208 (2012).
  41. Miller, R. D. . Miller’sanesthesia. 8th Edition. , (2015).
  42. Martikos, G., et al. Remote ischemic preconditioning decreases the magnitude of hepatic ischemia-reperfusion injury on a swine model of supraceliac aortic cross-clamping. Annals of Vascular Surgery. 48, 241-250 (2018).
  43. Lazaris, A. M., et al. Protective effect of remote ischemic preconditioning in renal ischemia/reperfusion injury, in a model of thoracoabdominal aorta approach. Journal of Surgical Research. 154 (2), 267-273 (2009).
  44. Ince, C., et al. Second consensus on the assessment of sublingual microcirculation in critically ill patients: results from a task force of the European Society of Intensive Care Medicine. Intensive Care Medicine. 44 (3), 281-299 (2018).
  45. Edul, V. S., et al. Dissociation between sublingual and gut microcirculation in the response to a fluid challenge in postoperative patients with abdominal sepsis. Annals of intensive care. 4, 39 (2014).
  46. Schierling, W., et al. Sonographic real-time imaging of tissue perfusion in a porcine haemorrhagic shock model. Ultrasound in Medicine and Biology. 45 (10), 2797-2804 (2019).
  47. Jing, Y., Bai, F., Chen, H., Dong, H. Using Laser Doppler Imaging and Monitoring to Analyze Spinal Cord Microcirculation in Rat. Journal of Visualized Experiments. (135), e56243 (2018).
  48. Jing, Y., 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).
  49. Jing, Y., Bai, F., Chen, H., Dong, H. Melatonin prevents blood vessel loss and neurological impairment induced by spinal cord injury in rats. Journal of Spinal Cord Medicine. 40 (2), 222-229 (2017).
  50. 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).
  51. Glenny, R. W., Bernard, S. L., Lamm, W. J. Hemodynamic effects of 15-microm-diameter microspheres on the rat pulmonary circulation. Journal of Applied Physiology. 89 (1985), 499-504 (2000).

Tags

Keywords: Spinal CordMicroperfusionIschemia/reperfusionReal-time AssessmentPorcine ModelLaser DopplerCerebrospinal Fluid PressureMacrohemodynamicsMinimally InvasiveAnesthesiologySurgical Procedure
check_url/62047?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Behem, C. R., Friedheim, T., Wipper, S. H., Pinnschmidt, H. O., Graessler, M. F., Gaeth, C., Holthusen, H., Rapp, A., Suntrop, T., Haunschild, J., Etz, C. D., Trepte, C. J. C. Real-Time Assessment of Spinal Cord Microperfusion in a Porcine Model of Ischemia/Reperfusion. J. Vis. Exp. (166), e62047, doi:10.3791/62047 (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