İskemi ve Resüsitasyon Sırasında Beyin Görüntüleme ve Beyin Fizyolojisinin İzlenmesi için Fare Kardiyak Arrest Modeli
Summary
Bu protokol, resüsitasyon için göğüs kompresyonunu gerektirmeyen benzersiz bir asfiksi kardiyak arrest fare modelini göstermektedir. Bu model, kardiyak arrest ve resüsitasyon sırasında beyin fizyolojisinin dinamiklerini izlemek ve görüntülemek için kullanışlıdır.
Abstract
Kardiyak arrestten (CA) kurtulanların çoğu, değişen derecelerde nörolojik defisit yaşarlar. CA kaynaklı beyin hasarının temelini oluşturan mekanizmaları anlamak ve daha sonra etkili tedaviler geliştirmek için deneysel CA araştırması esastır. Bu amaçla, birkaç fare CA modeli oluşturulmuştur. Bu modellerin çoğunda, kardiyopulmoner resüsitasyon (CPR) için göğüs kompresyonu yapmak üzere fareler sırtüstü pozisyona yerleştirilir. Bununla birlikte, bu resüsitasyon prosedürü, CA ve resüsitasyon sırasında beyin fizyolojisinin gerçek zamanlı görüntülenmesini / izlenmesini zorlaştırır. Bu tür kritik bilgileri elde etmek için mevcut protokol, göğüs kompresyon CPR adımını gerektirmeyen bir fare asfiksisi CA modeli sunar. Bu model, kan akışındaki, vasküler yapıdaki, elektriksel potansiyellerdeki ve beyin dokusu oksijenindeki dinamik değişikliklerin CA öncesi başlangıçtan erken CA sonrası reperfüzyona kadar incelenmesine izin verir. Daha da önemlisi, bu model yaşlı fareler için geçerlidir. Bu nedenle, bu fare CA modelinin, CA’nın beyin fizyolojisi üzerindeki etkisini deşifre etmek için kritik bir araç olması beklenmektedir.
Introduction
Kardiyak arrest (CA) küresel bir halk sağlığı krizi olmaya devam ediyor1. Yalnızca ABD’de yılda 356.000’den fazla hastane dışı ve 290.000’den fazla hastane içi CA vakası bildirilmektedir ve CA kurbanlarının çoğu 60 yaşın üzerindedir. Özellikle, CA sonrası nörolojik bozukluklar hayatta kalanlar arasında yaygındır ve bunlar CA yönetimi için büyük bir zorluk teşkil etmektedir 2,3,4,5. CA sonrası beyin patolojik değişikliklerini ve bunların nörolojik sonuçlar üzerindeki etkilerini anlamak için 6,7,8,9,10,11,12 numaralı hastalarda çeşitli nörofizyolojik monitörizasyon ve beyin dokusu monitörizasyon teknikleri uygulanmıştır. Yakın kızılötesi spektroskopi kullanılarak, nörolojik sonuçları tahmin etmek için CA sıçanlarında gerçek zamanlı beyin izleme de yapılmıştır13.
Bununla birlikte, murin CA modellerinde, böyle bir görüntüleme yaklaşımı, her zaman önemli fiziksel hareket gerektiren ve dolayısıyla hassas görüntüleme prosedürlerini engelleyen spontan dolaşımı eski haline getirmek için göğüs kompresyonlarına duyulan ihtiyaç nedeniyle karmaşıklaşmıştır. Ayrıca, CA modelleri normalde sırtüstü pozisyonda farelerle gerçekleştirilirken, birçok beyin görüntüleme modalitesi için farelerin yüzüstü pozisyona döndürülmesi gerekir. Bu nedenle, CA öncesinden resüsitasyon sonrasına kadar uzanan tüm CA prosedürü boyunca beynin gerçek zamanlı görüntülemesini/izlenmesini gerçekleştirmek için birçok durumda ameliyat sırasında minimum vücut hareketine sahip bir fare modeli gereklidir.
Daha önce, Zhang ve ark. beyin görüntüleme için yararlı olabilecek bir fare CA modeli bildirmiştir14. Modellerinde CA, vekuronyum ve esmololün bolus enjeksiyonları ve ardından mekanik ventilasyonun kesilmesi ile indüklendi. 5 dakikalık CA’dan sonra, bir resüsitasyon karışımı infüze edilerek resüsitasyonun sağlanabileceğini gösterdiler. Bununla birlikte, özellikle, modellerinde dolaşım durması, esmolol enjeksiyonundan sadece yaklaşık 10 saniye sonra meydana geldi. Bu nedenle, bu model, tutuklama öncesi dönemde hiperkapni ve doku hipoksisi dahil olmak üzere hastalarda asfiksinin neden olduğu CA’nın ilerlemesini özetlemez.
Mevcut cerrahi prosedürün genel amacı, farelerde klinik asfiksi CA’yı ve ardından göğüs kompresyonları olmadan resüsitasyonu modellemektir. Bu nedenle, bu CA modeli, farelerde beyin fizyolojisini incelemek için karmaşık görüntüleme tekniklerinin kullanılmasına izin verir15.
Protocol
Representative Results
Discussion
Deneysel CA çalışmalarında, CA 16,17,18,19,20,21,22,23’ü indüklemek için asfiksi, potasyum klorür enjeksiyonları veya elektrik akımı kaynaklı ventriküler fibrilasyon kullanılmıştır. Normalde, bu CA modellerinde, özellikle farelerde resüsi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar, editoryal desteği için Kathy Gage’e teşekkür eder. Bu çalışma, Anesteziyoloji Anabilim Dalı (Duke Üniversitesi Tıp Merkezi), Amerikan Kalp Derneği hibesi (18CSA34080277) ve Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) hibeleri (NS099590, HL157354, NS117973 ve NS127163) tarafından desteklenmiştir.
Materials
| Adrenalin | Par Pharmaceutical | NDC 42023-159-01 | |
| Alcohol swabs | BD | 326895 | |
| Animal Bio Amp | ADInstruments | FE232 | |
| BP transducer | ADInstruments | MLT0699 | |
| Bridge Amp | ADInstruments | FE117 | |
| Heparin sodium injection, USP | Fresenius Kabi | NDC 63323-540-05 | |
| Isoflurane | Covetrus | NDC 11695-6777-2 | |
| Laser Doppler perfusion monitor | Moor Instruments | moorVMS-LDF1 | |
| Laser speckle imaging system | RWD | RFLSI III | |
| Lubricant eye ointment | Bausch + Lomb | 339081 | |
| Micro clip | Roboz | RS-5431 | |
| Mouse rectal probe | Physitemp | RET-3 | |
| Needle electrode | ADInstruments | MLA1213 | 29 Ga, 1.5 mm socket |
| Nitrogen | Airgas | UN1066 | |
| Optic plastic fibre | Moor Instruments | POF500 | |
| Otoscope | Welchallyn | 728 | 2.5 mm Speculum |
| Oxygen | Airgas | UN1072 | |
| PE-10 tubing | BD | 427401 | Polyethylene tubing |
| Povidone-iodine | CVS | 955338 | |
| PowerLab 8/35 | ADInstruments | ||
| Rimadyl (carprofen) | Zoetis | 6100701 | Injectable 50 mg/ml |
| Small animal ventilator | Kent Scientific | RoVent Jr. | |
| Temperature controller | Physitemp | TCAT-2DF | |
| Triple antibioric & pain relief | CVS | NDC 59770-823-56 | |
| Vaporizer | RWD | R583S | |
| 0.25% bupivacaine | Hospira | NDC 0409-1159-18 | |
| 0.9% sodium chroride | ICU Medical | NDC 0990-7983-03 | |
| 1 mL plastic syringe | BD | 309659 | |
| 4-0 silk suture | Look | SP116 | Black braided silk |
| 6-0 nylon suture | Ethilon | 1698G | |
| 8.4% sodium bicarbonate Inj., USP | Hospira | NDC 0409-6625-02 | |
| 20 G IV catheter | BD | 381534 | 20GA 1.6 IN |
| 30 G PrecisionGlide needle | BD | 305106 | 30 G X 1/2 |
References
- Smith, A., Masters, S., Ball, S., Finn, J. The incidence and outcomes of out-of-hospital cardiac arrest in metropolitan versus rural locations: A systematic review and meta-analysis. Resuscitation. 185, 109655 (2022).
- Amacher, S. A., et al. Predicting neurological outcome in adult patients with cardiac arrest: systematic review and meta-analysis of prediction model performance. Critical Care. 26 (1), 382 (2022).
- Matsuyama, T., Ohta, B., Kiyohara, K., Kitamura, T. Intra-arrest partial carbon dioxide level and favorable neurological outcome after out-of-hospital cardiac arrest: A nationwide multicenter observational study in Japan (the JAAM-OHCA registry). European Heart Journal of Acute Cardiovascular Care. 12 (1), 14-21 (2023).
- Takahagi, M., Sawano, H., Moriyama, T. Long-term neurological outcome of extracorporeal cardiopulmonary resuscitation for out-of-hospital cardiac arrest patients with nonshockable rhythms: A single-center, consecutive, retrospective observational study. The Journal of Emergency Medicine. 63 (3), 367-375 (2022).
- Mork, S. R., Botker, M. T., Christensen, S., Tang, M., Terkelsen, C. J. Survival and neurological outcome after out-of-hospital cardiac arrest treated with and without mechanical circulatory support. Resuscition Plus. 10, 100230 (2022).
- Koenig, M. A., Kaplan, P. W., Thakor, N. V. Clinical neurophysiologic monitoring and brain injury from cardiac arrest. Neurologic Clinics. 24 (1), 89-106 (2006).
- Cavazzoni, E., Schibler, A. Monitoring of brain tissue oxygen tension and use of vasopressin after cardiac arrest in a child with catecholamine-induced cardiac arrhythmia. Critical Care & Resuscitation. 10 (4), 316-319 (2008).
- Topjian, A. A., et al. Multimodal monitoring including early EEG improves stratification of brain injury severity after pediatric cardiac arrest. Resuscitation. 167, 282-288 (2021).
- Beekman, R., et al. Bedside monitoring of hypoxic ischemic brain injury using low-field, portable brain magnetic resonance imaging after cardiac arrest. Resuscitation. 176, 150-158 (2022).
- Sinha, N., Parnia, S. Monitoring the brain after cardiac arrest: A new era. Current Neurology Neuroscience Report. 17 (8), 62 (2017).
- Reis, C., et al. Pathophysiology and the monitoring methods for cardiac arrest associated brain injury. International Journal of Molecular Sciences. 18 (1), 129 (2017).
- Zhou, H., Lin, C., Liu, J., Wang, X. Continuous monitoring of brain perfusion by cerebral oximetry after spontaneous return of circulation in cardiac arrest: A case report. BMC Neurology. 22 (1), 365 (2022).
- Takegawa, R., et al. Real-time brain monitoring by near-infrared spectroscopy predicts neurological outcome after cardiac arrest and resuscitation in rats: A proof of concept study of a novel prognostic measure after cardiac arrest. Journal Clinical Medicine. 11 (1), 131 (2021).
- Zhang, C., et al. Invasion of peripheral immune cells into brain parenchyma after cardiac arrest and resuscitation. Aging and Disease. 9 (3), 412-425 (2018).
- Duan, W., et al. Cervical vagus nerve stimulation improves neurologic outcome after cardiac arrest in mice by attenuating oxidative stress and excessive autophagy. Neuromodulation. 25 (3), 414-423 (2022).
- Liu, H., et al. Novel modification of potassium chloride induced cardiac arrest model for aged mice. Aging and Disease. 9 (1), 31-39 (2018).
- Shen, Y., et al. Aging is associated with impaired activation of protein homeostasis-related pathways after cardiac arrest in mice. Journal of American Heart Association. 7 (17), e009634 (2018).
- Wang, P., et al. Manganese porphyrin promotes post cardiac arrest recovery in mice and rats. Biology. 11 (7), 957 (2022).
- Wang, W., et al. Development and evaluation of a novel mouse model of asphyxial cardiac arrest revealed severely impaired lymphopoiesis after resuscitation. Journal of American Heart Association. 10 (11), e019142 (2021).
- Li, R., et al. Activation of the XBP1s/O-GlcNAcylation pathway improves functional outcome after cardiac arrest and resuscitation in young and aged mice. Shock. 56 (5), 755-761 (2021).
- Shen, Y., et al. Activation of the ATF6 (activating transcription factor 6) signaling pathway in neurons improves outcome after cardiac arrest in mice. Journal American Heart Association. 10 (12), e020216 (2021).
- Jiang, M., et al. MCC950, a selective NLPR3 inflammasome inhibitor, improves neurologic function and survival after cardiac arrest and resuscitation. Journal of Neuroinflammation. 17 (1), 256 (2020).
- Zhao, Q., et al. Cardiac arrest and resuscitation activates the hypothalamic-pituitary-adrenal axis and results in severe immunosuppression. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 41 (5), 1091-1102 (2021).
