This research was supported by National Heart, Lung, and Blood Institute Grant HL-093113.

1. Oszillierende Lower Body Negative Pressure (OLBNP) <ol><li> Geräte-Setup <ol><li> Elektrokardiogramm-Ableitung II (EVG): Befestigen Sie die drei (oder mehr) Elektroden an der Person Oberkörper zur Überwachung der Herzfrequenz während der gesamten Studie. </li><li> Neopren-Rock: Verwenden Sie ein maßgeschneidertes Neopren-Rock, der das Thema in Unterkörper-Unterdruckkammer bis zu dem Beckenkamm abdichtet. Legte sie um den Brustkorb des Subjekts, bevor sie in den Tank auf dem Rücken angeordnet sind und sicherstellen, dass das EKG-Signal ist noch ausreichend. Stellen Sie sicher, dass es gemütlich, aber nicht so fest, um die Atmung zu beschränken ist. </li><li> Lower Body Negative Pressure Chamber: Haben Sie das Motiv auf dem Rücken liegen auf dem Bett und manövrieren die LBNP Kammer unter ihnen. Wenn die LBNP Kammer hat einen verstellbaren Fahrradsitz (um Bewegungsartefakte ohne sie die Auswirkungen der Saug- minimieren), damit das Motiv ist komfortabel auf ihr sitzt. Verwenden Sie eine maßgeschneiderte Plexiglas Distanz Schnitt zu wa des SubjektsGröße ist, um die Kammer zu versiegeln. Verschließen Sie den Neoprenrock um die LBNP Kammer mit Klebeband. </li><li> LBNP Kammer Druck: Schließen Sie das LBNP Kammer zu einem Standard-Druckgeber. Kalibrieren Sie den Druckgeber an mmHg. </li><li> Wiederholen Zyklus Timer auf mechanische Ventil angebaute: Befestigen Sie die speziell angefertigten mechanischen Klappe und eines Wiederholungszyklus Timer auf die LBNP Kammer. HINWEIS: Ein Zeitrelais mit zwei Motoren, die eine mechanische Ventils angebracht wird zwischen Unterdruck und Umgebungsdruck zu wechseln. Die Zeitverzögerungsrelais wechselt die Spannung an die Motoren in einem festen Abstand zum Öffnen und Schließen eines Ventils zwischen der Kammer und dem Vakuum. Dies schafft eine LBNP Kammerdruck-Wellenform, die in etwa Rechteckform hat. Stellen Sie die Zykluszeit auf den gewünschten OLBNP Frequenz. </li><li> Variable Transformer und Vakuum: Schließen Sie ein Standardhaushaltsstaubsauger mit dem mechanischen Ventil. Stecken Sie das Vakuum in eine Variable Transformator, der die Spannung auf der erlaubtVakuum gesteuert werden. Schalten Sie den Staubsauger und stellen Sie den Stelltransformator bis die Ziel LBNP Druck (zB 30 mm Hg) erreicht ist. </li><li> Der arterielle Blutdruck: Befestigen nichtinvasiven photoplethysmographischen arteriellen Druckmanschetten (zB Portapres, Finapres) an dem Finger (n) einer Hand. Stellen Sie sicher, Genauigkeit durch Vergleich Druck oszillometrischen Druck der Oberarmarterie des anderen Arm. </li><li> 2 MHz Transkranielle Dopplersonde und Fixiervorrichtung <ol><li> Verwenden Sie ein 2-MHz-Pulswelle Doppler-Sonde, um die M1-Segment der mittleren Hirnarterie im Tempel (dh die überzeitliche Fenster) Ultraschall erfassen. </li><li> Alter Sondenwinkel, Beschallung Tiefe (~ 55 mm), Verstärkung und Sendeleistung, die spektrale Intensität des Signals zu maximieren. </li><li> Befestigen Sie den Doppler-Sonde an Ort und Stelle mit einer Befestigungsvorrichtung, die keine Rückseite hat (dh nicht ein Stirnband), so dass Bewegungsartefakte nicht in das Signal als Freiwilliger Umzug eingeführts mit negativen Druckschwingungen. 20 zerebrale Blutfluss kann einseitig oder beidseitig gemessen werden, aber kein Unterschied in der zerebralen Autoregulation zwischen Hemisphären zu erwarten, wenn eine lokalisierte Verletzungen wie Schlaganfall oder Schädel-Hirn-Verletzung vorliegt: Hinweis. </li></ol></li><li> Abgelaufene CO 2: Verwenden Sie einen Nasenkanüle mit einem Infrarot-CO2-Analysegerät angeschlossen, abgelaufene CO 2 zu überwachen und weisen Sie den Gegenstand nur durch die Nase atmen. Angesichts der tiefgreifenden Effekt arteriellen CO 2 hat auf Hirndurchblutung, 21 Monitor CO 2 zu jeder Studie. </li></ol></li><li> Datenerfassung <ol><li> Einrichten des Analog-Digital-Umwandlung des arteriellen Drucks, des zerebralen Blutflusses, LBNP Kammerdruck und abgelaufene CO 2 bis zu einem Minimum von 50 Hz pro Kanal erhalten. Erwerben EKG bei 1 kHz. HINWEIS: Während die nachfolgende Analyse befasst sich mit viel niedrigeren Frequenzinformationen (≤0.07 Hz), ist es critische, um die Qualität der Signale zu überwachen, die während einer Untersuchung erfasst. Eine Abtastrate von 50 Hz wird eine genaue Darstellung von Blutdruck und zerebrale Durchblutung zum Nachweis von Artefakten zu ermöglichen. </li></ol></li><li> Oszillierende LBNP Protocol <ol><li> Schalten Sie Vakuum und sicherzustellen, Tankdruck bei -30 mmHg stabil. </li><li> Set Wiederholungszyklus-Timer auf 33 Sekunden für 0,03 Hz OLBNP. </li><li> Einzustellen Doppler-Sonde (n), um eine optimale Signal gewährleisten. </li><li> Erwerben Sie Daten für mindestens 15 Zyklen (500 Sekunden bei 0,03 Hz), um genügend Vertrauen in PPR Schätzungen zu gewährleisten. Wenn es die Zeit erlaubt, sammeln mehr Daten als das, wie es weiter verbessern das Signal-zu-Rausch-Verhältnis. </li><li> Wiederholen Sie diese Schritte für alle Frequenzen zwischen 0,03 Hz-0.08 Hz durch Änderung der Wiederholungszyklus Einschaltdauer. HINWEIS: Wenden Sie Frequenzen, um aber nach dem Zufallsprinzip die Startfrequenz zwischen Themen variieren. </li></ol></li></ol> 2. Projection Pursuit Regression (PPR) <ol><li> Datenvorverarbeitung <ol><li> Dezimierung und Tiefpaßfilterung <ol><li> Öffnen Sie Matlab. Geben Sie den Befehl &quot;Daten = resample (Daten, 1, SR / 5)&quot; (in dem SR ist die ursprüngliche Abtastrate), um den arteriellen Druck und Hirndurchblutung, um 5 Hz zu dezimieren. HINWEIS: Optional Tiefpaßfilter (19-ter Ordnung Chebyshev-Typ II) mit einem Cut-off von 0,4 Hz. Die Filterung ist überflüssig, da die nachfolgende Verarbeitung, sondern schafft mittlere Wellenformen, die nicht auf Spitzenerfassung der manchmal laut Arteriendrucks und des zerebralen Blutströmungssignale angewiesen sind. </li></ol></li><li> Artefaktbeseitigungs <ol><li> Mit den ursprünglichen nicht-dezimierten Signalformen als Leitfaden, entfernen Sie alle Abschnitte der Signale mit Artefakten und linear zu interpolieren. Wenn diese Abschnitte entfallen mehr als 10% der Aufzeichnungsdauer, entsorgen Sie die Aufnahme komplett. HINWEIS: An dieser Stelle werden die Wellenformen in geeigneter Weise für herkömmliche lineare Ansätze wie die Übertragungsfunktion Analyse verarbeitet.</li></ol></li><li> Bandpaßfilterung <ol><li> In Matlab ein: [B, A] = cheby1 (1,1, [F - F + 0,005 0,005] / (SRD / 2)) data = filtfilt (B, A, detrend (Daten, &quot;linear&quot;) zu Band -pass filtern den Druck und Strömung in einem ± 0,005 Hz Band (1. Ordnung Chebyshev Typ I mit 1 dB Durchlaßbereich Welligkeit) um die Frequenz des OLBNP (Abbildung 2), wobei F die dominante OLBNP Frequenz ist SRD dezimierten Abtastrate Rate (5 Hz nach Schritt 2.1.1), und die &quot;Daten&quot; des dezimierten Signals (Arteriendruck oder Strömung). ANMERKUNG: Dies minimiert potenzielle Interferenz und erhöht das Signal-zu-Rausch-Verhältnis in den nachfolgenden PPR Analyse. Obwohl der vorherrschende arteriellen Druckschwankung an der Schwingungsfrequenz der Unterkörper-Unterdruck auftritt, kann Zufallsrauschen in den Signalen mit der Ableitung des Druck-Strömungs-Verhältnisse beeinträchtigen. Ergebnisse ohne Bandpassfilterung wird qualitativ ähnlich, aber die prozentuale Abweichung e seinXplained (dh, R 2) ist niedriger. 19 </li></ol></li></ol></li><li> Projection Pursuit Regression Schätzung HINWEIS: Mit der integrierten Funktion &#39;PPR&#39; in R Sprache und Umgebung für statistische Berechnungen, und / oder über speziell geschriebenen Funktionen für andere Betriebssysteme, erzeugen einen einzigen Kamm-Funktion (M = 1) für den arteriellen Druck-Hirnstrom Verhältnis . <ol><li> In Matlab, geben Sie den Befehl &quot;CVLabPPR (Druck, Durchfluss)&quot;. Geben Sie den Study ID als xxxyyy, wobei XXX die 3-stellige M-Studie Code und YYY ist die drei Ziffern für die Subjekt-ID. Geben Sie den Study Datum in folgendem Format: JJJJ-MM-DD. Geben Sie den numerischen Mess # (zB für Tag 1 &quot;1&quot;). </li><li> Geben Sie die APM (geben FP für finapress oder AL für Kunst-Linie). Geben Sie den Behälter (MCA, ACA oder PCA). Geben Sie &quot;y&quot; oder &quot;n&quot; auf die Abfrage &quot;Wollen Sie mit der rechten MCA Messungen haben?&quot; Geben Sie &quot;y &amp;# 8221; oder &quot;n&quot; auf die Abfrage &quot;Wollen Sie MCA Messungen verlassen haben?&quot; Hinweis: <img alt="Gleichung 1" fo:content-width="3in" src="/files/ftp_upload/51082/51082eq1.jpg" width="300" /> Für jeden Eingang (x t - arteriellen Blutdruck) und der Ausgang (y t - Hirndurchblutung) eine lineare autoregressive Übertragungsfunktion (Gleichung 1 - der Ausdruck innerhalb der Klammern) durch parametrische Kernfunktionen (k m bestanden; genannte Rippe Funktionen &#39;), die durch Minimieren des mittleren quadratischen Fehler bestimmt werden. Projection Pursuit Regression kann mehr als einen Kamm-Funktion (dh M&gt; 1). Allerdings, auch wenn sie die mittlere quadratische Fehler zu reduzieren, kann die Auslegung der Rippe Funktionen aufgrund möglicher Wechselwirkungen zwischen ihnen zu verdecken. Da der Hauptzweck ist es, eine Beziehung zwischen Arteriendrucks und des zerebralen Blutflusses, CA erhaltenn physiologisch interpretiert werden sollte PPR nur eine Rippe Funktion (M = 1) begrenzt werden. </li><li> Stückweise lineare Parametrierung. Parametrieren Sie den Bergrücken Funktion als stückweise lineare Funktion für die anschließende statistische Analyse (Abbildung 3). Für Matlab verwenden Bruno Luong Free-Knoten Spline-Annäherung. Geben Sie den Befehl &quot;BSFK (x, y, k, nknots)&quot;, in dem k = 2 für eine lineare Anpassung und nknots = 3 für drei Regionen. ANMERKUNG: Dies identifiziert die Stellen, wo die arterielle Druck-Hirnstrombeziehung ändert, und die Bereiche, wobei die Beziehung ungefähr linear ist Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung der Ergebnisse.. Die Verstärkung (dh die lineare Steigung) der Druck-Strömungsbeziehung innerhalb jedes Bereichs liefert ein Maß für die Wirksamkeit des zerebralen Selbstregulations innerhalb dieser Region. Eine niedrigere Verstärkung gibt effektivere Gegenregulation von Druckschwankungen während höhere Gewinne zeigen mehr passive flow Reaktionen auf Druckänderungen. </li></ol></li></ol>

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The authors declare that they have no competing financial interests.

Genaue Definition Eingabe-Ausgabe-Beziehungen können erfordern, dass der Eingang (in diesem Fall Druck) aktiv verändert über einen ausreichend breiten Bereich, um die Ausgangsantwort zu beobachten. Jedoch sind spontan auftretenden Druckschwankungen innerhalb der Frequenzen der zerebralen Selbstregulations äußerst widersprüchlich und in der Amplitude klein. 27. Dies ist der Grund, daß die spontane Änderungen des Drucks und der Strömungs zeigen eine Beziehung mit Perioden hoher Korrelation und Perioden von extrem geringen Korrelation und Schwingungen Hirndurchblutung scheinbar ohne ersichtlichen arteriellen Druck Laufwerk angezeigt. 28 OLBNP 22 eine kritische Technik eine konsistente arteriellen Druckschwingungen unterschiedlicher Frequenz und Amplitude zu schaffen, um Hirndurchblutung Antworten bewerten. Zwar gibt es auch andere Ansätze, die eine ähnliche Sonde liefern könnte, ermöglicht diese Vorgehensweise für die strengen Tests der frequenz- und / oder amplitudenabhängigen Beziehung Wetteschen Arteriendruck und zerebrale Blutflussgeschwindigkeit. Vor Forschung lotet mögliche Messwerkzeuge für zerebrale Autoregulation haben lineare Modelle für die Beziehung zwischen arteriellen Druck und Hirndurchblutung (zB Übertragungsfunktion Analyse) verwendet. Eine enge lineare Beziehung zwischen Druck und Strömungsvorgänge ohne Dämpfung beobachtet wird, wenn der Druckschwankungen sind relativ schnell, dh&gt; ~ 10 sec. Allerdings langsamere Schwingungen (&gt; ~ 20 sec) erzeugen eine Beziehung zwischen Druck und Volumenstrom wird, dass immer weniger linear zusammen. 8,24 Wenn die Beziehung ist nicht sehr linear verbundenen (niedrige R 2, niedrige Querspektralen Kohärenz) kann man nicht irgendwelche Vertrauen in die Genauigkeit der linearen Maßnahmen wie Übertragungsfunktion Verstärkung und Phase. Der Mangel an lineare Beziehung zeigt die Anwesenheit von wichtigen Nichtlinearitäten, die charakteristisch für cerebrale Autoregulation sind. In der Tat, ihrer Natur nach, autoregulatiauf nicht zugänglich ist, um eine Charakterisierung durch lineare Ansätze; Linear Ansätze Anwesenheit oder Abwesenheit der Autoregulation zeigen, kann aber nicht beschreiben seine Eigenschaften und seine Wirksamkeit. Es gibt Methoden, die vergleichbar sind mit linearen Methoden in ihrer Einfachheit, aber das nichtlineare Beziehungen zwischen Eingang (Druck) und Ausgang (Flow) Variablen zu beurteilen kann. Projection Pursuit Regression ist lediglich eine nichtparametrische, atheoretische, multiple Regressionsmethode 29,30, die eine a priori-Modell nicht postulieren, noch übernehmen wir keine Linearität in der Input-Output-Verhältnis. Das sind klare Vorteile für die Charakterisierung eines Systems, das nicht vollständig verstanden wird. Es sollte jedoch beachtet werden, dass mehr als eine Rippe Funktion wird die prozentuale Abweichung zu erhöhen erklärt, aber auf Kosten der Verschleierung physiologischen Interpretation der charakteristischen Beziehungen werden. Daher ist es empfehlenswert, Projection Pursuit Regression nur eine Rippe fu begrenztnktion. Ungeachtet dessen kann der PPR-Ansatz mit einer einzigen Rippe Funktion skizziert einen signifikanten Anteil der Abweichung in der Beziehung zwischen den arteriellen Druck und zerebrale Blutfluß erläutern und zeigen die charakteristische nichtlineare Beziehung, die konsistent Individuen ist. Einschränkungen und mögliche Änderungen Oszillierende Unterkörper-Unterdruck erfordert spezielle und aufdringlich Geräte und Verfahren und damit nicht für Klinik basiert Einschätzungen angemessen. Es ist möglich, dass ruhende Aufnahmen von ausreichender Länge können ausreichende Daten für PPR Analyse der zerebralen Selbstregulations bereitzustellen. Jedoch zeigten früheren Arbeiten, dass Projektion Verfolgung Regressions ruhender Daten führt deutlich schlechter als Analyse von 0,03 Hz OLBNP Daten. Obwohl Druckströmungsverhältnisse in Ruhe und unter 0,03 Hz OLBNP quantifiziert verwandt sind, einfach schlägt 19 die bescheidene Entsprechung, dass die Druck-Fluss Relationshin Ruhe geschätzt ips nicht zuverlässig die Ansichten von 0,03 Hz OLBNP abgeleitet. Eine Lösung könnte sein, konsistente und größere Amplitude Druckschwankungen innerhalb der Frequenzen der Autoregulation über langsame, tiefe Atem eucapnic oder wiederholter Squat-Stand Manöver zu generieren. Diese Verfahren haben gezeigt, dass zuverlässig große Druckschwankungen, Änderungen in einem ausreichend breiten Bereich bereitzustellen, um den zerebralen Blutfluss Reaktionen beobachten kann zu erzeugen. 31,32 Obwohl im Durchschnitt kann Projektion Verfolgung Regression eine erhebliche Menge der Beziehung zwischen arteriellen Druck und Gehirnstromschwankungen erklären, erklärte Varianz kann in wenigen Fällen (~ 6% 19) niedrig sein. Niedrige Leistung könnte ableiten, beispielsweise von Atemmuster, wenn Frequenz und Tidalvolumen werden nicht erfasst. Jeder physiologischen Test hat jedoch einige abweichende Beobachtungen, und dieser Ansatz ist keine Ausnahme. Schlechte Messungen in ~ 1 von 20 Beobachtungen sollten nichtt untergraben den potenziellen Nutzen des Ansatzes. Zukünftige Anwendungen / Schlussfolgerungen Die charakteristische Druck-Strömungs-Beziehung kann in einigen pathophysiologischen Bedingungen verändert werden, wie Schlaganfall 33 und traumatischer Hirnverletzung. 34 Wenn genaue Beziehungen könnten im klinischen Umfeld erfasst werden kann Projection Pursuit Regression der zerebralen Selbstregulations breitere Anwendung haben und nützlich als ein Assessment-Tool, wo OLBNP ist nicht verfügbar. Es ist möglich, dass einfache Manöver (zB tiefes Atmen, Oberschenkelmanschette, Sit-to-Stand) und / oder längere Laufzeit Ruhe Aufnahmen könnten in Druck-Fluss-Beziehung, die verklagt können zerebrale Autoregulation vergleichbare Daten OLBNP abzuleiten führen. Dennoch konnte laborgestützten Bestimmung der verschiedenen Regulierungssysteme und deren Beitrag zu den Nichtlinearitäten der Autoregulation einzigartigen Einblick auf zerebrovaskuläre Kontrolle bieten und ermöglichen diaGnosis von pathophysiologischen Veränderungen der zerebralen Autoregulation (zB nach Schädelhirntrauma).

Der Prozess, durch den Hirndurchblutung wird über einen weiten Bereich der systemischen Druck wird als Original-Beobachtungen der Hirnstrom Antworten 1 bekannt &quot;zerebrale Autoregulation.&quot; Konstant gehalten unterstützt eine Gegenregulation gegen Änderungen des arteriellen Druck, die für das tägliche Regulierung von großer Bedeutung ist zerebraler Perfusion. Obwohl Charakterisierung der Autoregulation wurde auf Studien zur nachhaltigen, kontrollierten Hypo- und Hypertonie basiert, 2,3 wurde erkannt, dass druckbedingte Widerstandsänderungen sind &quot;eine oszillierende Prozess&quot; 3 umfasst Änderungen von 10 bis 90 Sek. 4 Weiterhin wurden innerhalb der vergangenen zwei Jahrzehnten Messung des zerebralen Blutströmungsgeschwindigkeit auf einer Schlag-für-Schlag-Basis 5 wurde gezeigt, daß Hirnstrom über Zeiträume von nur wenigen Herzschläge geregelt. 6,7 Diese Schlag-zu-Schlag-Daten legen nahe, dass eine wirksame Dämpfung der Strömung gegen Druckänderungen erfolgt überZeiten so kurz wie ca. 15 s, und es wird zunehmend größere über längere Zeiträume. 8 Somit wird die Beziehung zwischen Druck und Strömung als ein Hochpaßfilter 7,9-12 wobei langsamer Änderungen des Blutdrucks wirksam abgestumpft und schneller Schwingungen passieren durch relativ unberührt. Die Hauptschwierigkeit bei der Charakterisierung der Frequenzabhängigkeit der zerebralen Autoregulation ist die fehlende prominente spontanen Schwankungen arteriellen Druck um den interessierenden Frequenzen (weniger als ~ 0,07 Hz oder ~ 15 s). Ohne ausreichend große Druckschwankungen, kann man nicht genau zu quantifizieren, die Hirndurchblutung Antwort. Unser Labor hat mit dieser Einschränkung mit einer Technik wie Schwingungsunterkörper-Unterdruck (OLBNP) bekannt behandelt. Dies schafft Schwanzvenenblutvolumenverschiebungen proportional zu dem Pegel des Unterdrucks in dem Tank aufgrund verminderter venöser transmuralen Druck. Wenn die negative Druckbehälterverordre wird in festgelegten Intervallen angewendet wird, die Schwingungen im Zentrum von venösen Rück Ergebnis im arteriellen Druckschwankungen bei der Frequenz von OLBNP. Dieser Ansatz wurde in mehreren Studien für verschiedene Laboratorien verwendet worden. 8,14-17 Dies schafft Schwanzvenenblutvolumenverschiebungen proportional zur Höhe des Unterdrucks in dem Tank aufgrund verminderter venöser transmuralen Druck. Wenn der Unterdruck in bestimmten Intervallen angewendet wird, die Schwingungen im zentralen venösen Rück ergeben arteriellen Druckschwankungen bei der Frequenz OLBNP. Dieser Ansatz wurde in mehreren Studien über verschiedene Labors eingesetzt. 8,15-18 Selbst mit einem Ansatz, der prominente Schwankungen im arteriellen Druck um den interessierenden Frequenzen erzeugen kann, gibt es ein erschwerender Faktor: Es gibt deutliche Hinweise auf die Nichtlinearität in der zerebralen Autoregulation, insbesondere bei den niedrigsten Frequenzen 8 Darüber hinaus gibt es keine starke theoretische Führer.über die Art der in der zerebralen Selbstregulations vorliegenden Nichtlinearitäten. Daher verwenden wir einen atheoretische ist datengesteuerte Verfahren Projection Pursuit Regression (PPR) in unserer Analyse bekannt. 19 PPR eine nichtparametrische Verfahren, um nichtlineare Beziehungen die mit einem System ohne A-priori Annahmen über die Natur dieser Nichtlinearitäten zu charakterisieren. Dies ist ein entscheidender Vorteil für die Erfassung eines Systems, dessen Physiologie wird noch nicht durch expliziten lineare Modelle definiert. PPR zeigt, daß die charakteristischen Nichtlinearität des zerebralen Selbstregulations ähnelt dem &quot;klassischen autoregulatorischer Kurve&quot; first by Lassen 1959 beschrieben (Figur 1). 2,19 Das heißt, bleibt der cerebralen Durchblutung in einem bestimmten Bereich des Arteriendrucks relativ konstant, aber passiv verfolgt linear außerhalb dieses Bereichs. Diese Form wird noch deutlicher, wie arterielle Druckschwankungen langsamer. Daher ist lineare Analyse nicht ausreichend, um vollständig interrogate zerebralen Autoregulation und die Abhängigkeit von linearen Techniken wahrscheinlich verpasst wichtige Informationen. In diesem Artikel werden wir ausführlich die Vorgehensweise sowohl für die Datenerfassung (Laborgeräte von OLBNP) und Analyse (PPR) wir nutzen, um zerebrale Autoregulation in Gesundheit und Krankheit zu charakterisieren.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="687">
	<tbody>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:216px;">Device</td>
			<td style="width:185px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Product</td>
			<td style="width:167px;">Comments</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">Transcranial Doppler Ultrasound</td>
			<td style="width:185px;">Compumedics DWL</td>
			<td style="width:119px;">Multi-Dop X digital</td>
			<td style="width:167px;">&#160;2 MHz probe</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:216px;">ECG and Brachial BP</td>
			<td style="width:185px;">GE</td>
			<td style="width:119px;">Dash 2000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:216px;">LBNP Tank</td>
			<td style="width:185px;">U. of Iowa Bioengineering</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Custom Built</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:216px;">Mechanical Valve</td>
			<td style="width:185px;">U. of Iowa Bioengineering</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Custom Built</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:216px;">Repeat Cycle Timer</td>
			<td style="width:185px;">Macromatics</td>
			<td style="width:119px;">TR-50826-07</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:216px;">Pressure Transducer</td>
			<td style="width:185px;">Gould</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">Photoplethysmographic finger pressure monitor</td>
			<td style="width:185px;">Finapres Medical Systems</td>
			<td style="width:119px;">Finometer PRO</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:216px;">CO2 gas analyzer</td>
			<td style="width:185px;">VacuMed</td>
			<td style="width:119px;">#17515 CO2 Analyzer, Gold Edition</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:216px;">Data acquisition system</td>
			<td style="width:185px;">AD Instruments</td>
			<td style="width:119px;">Data Acquisition Systems - PowerLab</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assessing cerebral autoregulation via oscillatory lower body negative pressure and projection pursuit regression

Der Prozess, durch den cerebralen Perfusionsdruck konstant über einen weiten Bereich von systemischen Drücken gehalten wird als &quot;cerebrale Autoregulation.&quot; Wirksame Feuchtströmungs gegen Druckänderungen tritt über Zeiträume von nur ~ 15 sec und progressiv größere über längere Zeiträume. So werden langsamere Veränderungen des Blutdrucks wirksam abgestumpft und schneller Veränderungen oder Schwankungen passieren zu Hirndurchblutung relativ unberührt. Die Hauptschwierigkeit bei der Charakterisierung der Frequenzabhängigkeit der zerebralen Autoregulation ist die fehlende prominente spontanen Schwankungen arteriellen Druck um den interessierenden Frequenzen (weniger als ~ 0,07 Hz oder ~ 15 s). Oszillierende Unterkörper-Unterdruck (OLBNP) eingesetzt werden, um Schwingungen im zentralen venösen Rückfluss, die im arteriellen Druckschwankungen bei der Frequenz von OLBNP führen zu generieren. Außerdem Projection Pursuit Regression (PPR) stellt eine nichtparametrische Verfahren, um dadurch gekenn¬ zeichnete lineare Beziehungen immanent ohne a priori-Annahmen und zeigt die charakteristischen Nichtlinearität des zerebralen Selbstregulations. OLBNP erzeugt stärkere Schwankungen des Arteriendrucks als die Frequenz des negativen Druckschwingungen langsamer werden; jedoch Schwankungen in den zerebralen Blutfluss zu progressiv geringeren. Daher zeigt das PPR eine immer wichtigere autoregulatorischen, auf OLBNP Frequenzen von 0,05 Hz und darunter (20 sec Zyklen). Ziel dieser Vorgehensweise ist, um laborgestützten Ermittlung der charakteristischen nichtlinearen Beziehung zwischen Druck und Hirnstrom zu ermöglichen und könnte einen einzigartigen Einblick zu integrieren zerebrovaskuläre Steuer Verfügung stellen sowie die physiologischen Veränderungen Basiswert beeinträchtigt zerebralen Autoregulation (zB nach Schädelhirntrauma, Schlaganfall usw.).

OLBNP Amplituden von 10 mmHg 22 bis 120 mmHg 17 in Blutdruckoszillationen verwendet, um arterielle Druckschwankungen zu erhöhen, aber 30 mmHg OLBNP reicht 23,24 und nicht über die Regulationsfähigkeit des cerebrovasculature. 17 dieser Ebene der OLBNP Ergebnisse, die sind ca. 15-20 mmHg in Höhe bei 0,03 Hz, die nicht größer als die Blutdruckveränderungen auftreten, wenn man vom Sitz zu stehen ist. 25 Es gibt einige Einschränkungen auf den Bereich, in dem OLBNP können arterielle Druckschwankungen zu generieren. Autoregulation erst bei ~ 0,07 Hz und langsamer aktiv, so dass die obere Grenze ist nicht ein Problem. Doch die Schwierigkeit bei der Erzeugung von niederfrequenten Schwingungen unter 0,03 Hz ist, dass die Herz-Kreislauf-System Gegen regelt gegen die LBNP induzierte arterielle Druck ändert, bevor der Zyklus beendet ist. Wie Abbildung 4 zeigt, bei 0.025 Hz OLBNP wir tatsächlich sehen die größte Spitze in derarterielle Druckschwankungen bei 0,05 Hz. Während der Frequenzgang des zerebralen Selbstregulations kann von 0,03 Hz bis 0,08 Hz, dadurch gekennzeichnet die Zeitskalen, innerhalb dessen die Autoregulation aktiv ist, 23,24 0,03 Hz und 0,08 Hz OLBNP ausreichen definieren da sie eine Reihe von autoregulatorische Funktion (dh ein ausgesprochen autoregulatorische Region keine oder bescheiden). OLBNP erzeugt stärkere Schwankungen des Arteriendrucks als die Frequenz des negativen Druckschwingungen langsamer werden. Figur 5 zeigt den arteriellen Druck und die daraus folgende zerebralen Blutfluß Schwankungen OLBNP von 0,08 Hz (12,5 sec Zyklen) bis 0,03 Hz (33 sec Zyklen). Bei den höheren Frequenzen schwankt Hirndurchblutung im Konzert mit arteriellen Druck. Das PPR zeigt dies; gibt es eine proportionale lineare Beziehung zwischen Arteriendruck und zerebrale Durchblutung bei den höheren Frequenzen von 0,08 Hz, 0,07 Hz (14 sec Zyklen) und 0,06 Hz (16,6 sec Zyklen). Bei niedrigeren Frequenzen OLBNP, obgleich arterielle Druckschwankungen grßer werden, Schwankungen in der Hirndurchblutung sind zunehmend wirksam gedämpft. Daher zeigt das PPR eine immer wichtigere autoregulatorischen, auf OLBNP Frequenzen von 0,05 Hz (20 s-Zyklen), auf 0,04 Hz (25 s-Zyklen), auf 0,03 Hz. In dem gezeigten Beispiel, bei 0,03 Hz, die PPR-Kurve deutlich ähnelt dem &quot;klassischen autoregulatorischen Kurve&quot; von Lassen (Abbildung 1) beschrieben. Wir haben zuvor gezeigt, daß diese Beobachtung kann nicht einfach durch die Erhöhung der Grße der arteriellen Druckschwankungen erläutert, wenn die Frequenz der Schwingungen langsamer zu werden. Wir haben zuvor aufgebracht PPR, um Daten von 48 Personen in verschiedenen Grßen OLBNP (somit unterschiedlich große Druckschwankungen). 19 Während wir nicht ausdrücklich eine Potentialbeziehung zwischen dem autoregulatorischen Bereich, und der Grße der Druckschwankungen zu erkunden, haben wir erneutportiert, dass die Variation in autoregulatorischen Bereich nur ~ 6%. Somit vorherige Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Änderung der PPR-Kurve mit der Frequenz kann nicht vollständig durch eine Änderung in der Größe der Druckschwankungen erläutert. In der gleichen Studie untersuchten wir, ob die PPR Charakterisierung der Autoregulation ist reproduzierbar in getrennten Sitzungen. Diese Analyse zeigte, dass die Neigung der Autoregulationsbereich bei 0,03 Hz OLBNP veränderte sich nicht (Lin Konkordanz = 0,96, p &lt;0,001) und somit die nicht-lineare Druck-Fluss-Verhältnis ist konsistent über Studientage. Obwohl der zerebrovaskulären Bett ist gut mit sympathischen Nervenfasern innerviert, ihre Rolle in der Autoregulation wurde nicht durchgesetzt. 26 Daher einige unserer bisherigen Arbeit erforscht die Rolle, die das sympathische Nervensystem in zerebrovaskulären Autoregulation 24. Wir fanden eine klare Rolle für das sympathische Nervensystem bei der Regulierung der Hirnstrom, aber wir were nicht möglich aufgrund der Beschränkungen von linearen Methoden zur Charakterisierung der Autoregulation zu charakterisieren, wie die Beziehung verändert unter Entfernung des sympathischen Auswirkungen dar. 6 zeigt die Ergebnisse von PPR Anwendung Daten vor (Grundlinie) und nach Sympathikusblockade bei 0,05 Hz. Die Gesamtkurve wird deutlich linear. Außerdem PPR Analyse von 0,03 Hz Daten wo Autoregulation am deutlichsten gezeigt, dass der Bereich der autoregulatorischen Region bleibt unverändert, aber die Steigung innerhalb dieser Region erhöht, was weniger wirksam Autoregulation (Abbildung 7). <img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/51082/51082fig1highres.jpg" /> Abbildung 1. Der &quot;klassische&quot; autoregulatorische Kurve aus der Beziehung zwischen statischer zunimmt abgeleitet und nimmt in Druck und stationären Gehirndurchblutung. Eine Region der unveränderliche Strömung despite ändernden Druck (dh Steigung = 0) nach Regionen begrenzt, bei zunehmender und abnehmender Druck ergibt proportionale Hirndurchblutung ändert. <img alt="Abbildung 2" src="/files/ftp_upload/51082/51082fig2highres.jpg" /> Abbildung 2. Die Vorverarbeitung notwendig PPR Analyse durchzuführen. Die Signale werden zuerst in 5 Hz und dann Bandpass bei einer Frequenz von OLBNP filtriert (± 0,005 Hz) dezimiert. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/51082/51082fig3highres.jpg" /> Abbildung 3. Parameter der zerebralen Autoregulation Kurve von PPR Analyse des arteriellen Blutdrucks und Hirndurchblutung bei 0,03 Hz OLBNP abgeleitet. <img alt="4" src="/files/ftp_upload/51082/51082fig4highres.jpg" /> <strOng&gt; Figure 4. Leistungsspektrum zeigt die Größe der Fluktuationen in arteriellen Druck bei OLBNP Frequenz unterhalb 0,03 Hz (33-Sekunden-Zyklus). Beachten Sie, dass es zwei große Spitzen in der arteriellen Druck Spektralleistung bei 0,025 und 0,05 Hz (40 und 20 sec Zyklus), jedoch gibt es nur einen einzigen Peak in der LBNP Spektralleistung bei 0.025 Hz. Darüber hinaus ist der größte Druckschwankung bei 0,05 Hz und würde die Auslegung der Hirndurchblutung Antworten zu verwechseln. <img alt="Abbildung 5" src="/files/ftp_upload/51082/51082fig5highres.jpg" /> Figur 5. Beispiel der Auswirkungen OLBNP 0,08-0,03 Hz auf Arteriendruck und zerebrale Durchblutung. Arterielle Druckschwankungen größer werden mit langsamer OLBNP wohin zerebralen Blutflussschwankungen kleiner. Diese autoregulatorische Funktion wird durch die Ergebnisse der in den Bodenplatten gezeigt PPR Analyse beschrieben. Ter autoregulatorische Region des zerebralen Blutflusses fortschreitend stärker mit langsamer OLBNP. <img alt="Figur 6" src="/files/ftp_upload/51082/51082fig6highres.jpg" /> Abbildung 6: Individuelle und gemittelt PPR autoregulatorischen Kurven von 0,05 Hz OLBNP Daten bei Patienten vor (Baseline) und nach Sympathikusblockade. Beachten Sie, dass der Verlust der engen autoregulatorische Region nach Sympathikusblockade. <img alt="7" src="/files/ftp_upload/51082/51082fig7highres.jpg" /> Abbildung 7. Durchschnitt der PPR-Parameter von 0,03 Hz OLBNP Daten vor und nach Sympathikusblockade. Sympathische Blockade hatte einen ausgeprägten Effekt auf die zerebrale Autoregulation Kurve innerhalb des Autoregulationsbereich, deutlich Erhöhung der Steigung (dh mehr proportional Hirnstromänderungen mit Druckänderungen ).

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Assessing Cerebral Autoregulation via Oscillatory Lower Body Negative Pressure and Projection Pursuit Regression

Cerebral perfusion is maintained across a range of pressures via cerebral autoregulation. However, characterizing autoregulation requires prominent pressure fluctuations at regulated frequencies. The described protocol will show how oscillatory lower body negative pressure can generate pressure fluctuations to provide data for projection pursuit regression for quantification of the autoregulatory curve.

Die Beurteilung der zerebralen Autoregulation über Oszillierende Lower Body Negative Pressure und Projection Pursuit Regression

The process by which cerebral perfusion is maintained constant over a wide range of systemic pressures is known as &#8220;cerebral autoregulation.&#8221; ...

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Research

JoVE Journal

Biology

12.3K Aufrufe.  Harvard Medical School. Cerebral perfusion is maintained across a range of pressures via cerebral autoregulation. However, characterizing autoregulation requires prominent pressure fluctuations at regulated frequencies. The described protocol will show how oscillatory lower body negative pressure can generate pressure fluctuations to provide data for projection pursuit regression for quantification of the autoregulatory curve.

Serie: Assessing Cerebral Autoregulation via Oscillatory Lower Body Negative Pressure and Projection Pursuit Regression

Pressure-polishing Pipettes for Improved Patch-clamp Recording

Pressure-polishing is a method for shaping glass pipettes for patch-clamp recording. We first developed this method for fabricating pipettes suitable for recording from small (&lt;3 m) neuronal cell bodies. The basic principal is similar to glass-blowing and combines air pressure and heat to modify the shape of patch pipettes prepared by a conventional micropipette puller. It can be applied to so-called soft (soda lime) and hard (borosilicate) glasses. Generally speaking, pressure polishing can reduce pipette resistance by 25% without decreasing the diameter of the tip opening (Goodman and Lockery, 2000). It can be applied to virtually any type of glass and requires only the addition of a high-pressure valve and fitting to a microforge. This technique is essential for recording from ultrasmall cells (&lt;5 m) and can also improve single-channel recording by minimizing pipette resistance. The blunt shape is also useful for perforated-patch clamp recording since this tip shape results in a larger membrane bleb available for perforation.

This is a guide to modifying the shape of glass micropipettes. Specifically, by using heat and air pressure the taper is widened without increasing the tip opening, leading to lower pipette resistance. This is critical to obtain low noise recordings of small cells but is useful in many applications.

Pressure-Polieren Pipetten für verbesserte Patch-Clamp Recording

Pressure-polishing is a method for shaping glass pipettes for patch-clamp recording.  We first developed this method for fabricating pipettes suitable for ...

Forschung

Biologie

Measuring Blood Pressure in Mice using Volume Pressure Recording, a Tail-cuff Method

The CODA 8-Channel High Throughput Non-Invasive Blood Pressure system measures the blood pressure in up to 8 mice or rats simultaneously. The CODA tail-cuff system uses Volume Pressure Recording (VPR) to measure the blood pressure by determining the tail blood volume. A specially designed differential pressure transducer and an occlusion tail-cuff measure the total blood volume in the tail without the need to obtain the individual pulse signal. Special attention is afforded to the length of the occlusion cuff in order to derive the most accurate blood pressure readings. VPR can easily obtain readings on dark-skinned rodents, such as C57BL6 mice and is MRI compatible. The CODA system provides you with measurements of six (6) different blood pressure parameters; systolic and diastolic blood pressure, heart rate, mean blood pressure, tail blood flow, and tail blood volume. Measurements can be made on either awake or anesthetized mice or rats. The CODA system includes a controller, laptop computer, software, cuffs, animal holders, infrared warming pads, and an infrared thermometer. There are seven different holder sizes for mice as small as 8 grams to rats as large as 900 grams.

The CODA 8-Channel High Throughput Non-Invasive Blood Pressure system measures the blood pressure in up to 8 mice or rats simultaneously. This tail-cuff system uses Volume Pressure Recording (VPR) to measure the blood pressure by determining the tail blood volume.

Blutdruckmessung in Mäuse mit Volume Druck Recording, ein Tail-Manschette Methode

The CODA 8-Channel High Throughput Non-Invasive Blood Pressure system measures the blood pressure in up to 8 mice or rats simultaneously. The CODA ...

Born Normalization for Fluorescence Optical Projection Tomography for Whole Heart Imaging

Optical projection tomography is a three-dimensional imaging technique that has been recently introduced as an imaging tool primarily in developmental biology and gene expression studies. The technique renders biological sample optically transparent by first dehydrating them and then placing in a mixture of benzyl alcohol and benzyl benzoate in a 2:1 ratio (BABB or Murray s Clear solution). The technique renders biological samples optically transparent by first dehydrating them in graded ethanol solutions then placing them in a mixture of benzyl alcohol and benzyl benzoate in a 2:1 ratio (BABB or Murray s Clear solution) to clear. After the clearing process the scattering contribution in the sample can be greatly reduced and made almost negligible while the absorption contribution cannot be eliminated completely. When trying to reconstruct the fluorescence distribution within the sample under investigation, this contribution affects the reconstructions and leads, inevitably, to image artifacts and quantification errors.. While absorption could be reduced further with a permanence of weeks or months in the clearing media, this will lead to progressive loss of fluorescence and to an unrealistically long sample processing time. This is true when reconstructing both exogenous contrast agents (molecular contrast agents) as well as endogenous contrast (e.g. reconstructions of genetically expressed fluorescent proteins).

We suggest a Born normalized approach for Optical Projection Tomography (BnOPT) that accounts for the absorption properties of imaged samples to obtain accurate and quantitative fluorescence tomographic reconstructions. We use the proposed algorithm to reconstruct the fluorescence molecular probe distribution within small animal organs.

Geboren Normalisierung für Fluoreszenz-Optical Projection Tomographie für ganzem Herzen Imaging

Optical projection tomography is a three-dimensional imaging technique that has been recently introduced as an imaging tool primarily in developmental ...

Making Gynogenetic Diploid Zebrafish by Early Pressure

Heterozygosity in diploid eukaryotes often makes genetic studies cumbersome. Methods that produce viable homozygous diploid offspring directly from heterozygous females allow F1 mutagenized females to be screened directly for deleterious mutations in an accelerated forward genetic screen. Streisinger et al.1,2 described methods for making gynogenetic (homozygous) diploid zebrafish by activating zebrafish eggs with ultraviolet light-inactivated sperm and preventing either the second meiotic or the first zygotic cell division using physical treatments (heat or pressure) that deploymerize microtubules. The "early pressure" (EP) method blocks the meiosis II, which occurs shortly after fertilization. The EP method produces a high percentage of viable embryos that can develop to fertile adults of either sex. The method generates embryos that are homozygous at all loci except those that were separated from their centromere by recombination during meiosis I. Homozygous mutations are detected in EP clutches at between 50% for centromeric loci and less than 1% for telomeric loci. This method is reproduced verbatim from the Zebrafish Book3.

This is a method for generating gynogenetic diploid zebrafish embryos (embryos whose only genetic contribution comes from the mother) by blocking the second meiotic division immediately after fertilization with ultraviolet light-inactivated sperm. EP embryos are not fully homozygous due to recombination during the first meiotic division, however they are homozygous at all loci that have not been separated from their centromere by recombination.

Machen Gynogenetic Diploid Zebrafisch von Anfang Druck

Heterozygosity in diploid eukaryotes often makes genetic studies cumbersome. Methods that produce viable homozygous diploid offspring directly from ...

Long-term Culture of Human Breast Cancer Specimens and Their Analysis Using Optical Projection Tomography

Breast cancer is a leading cause of mortality in the Western world. It is well established that the spread of breast cancer, first locally and later distally, is a major factor in patient prognosis. Experimental systems of breast cancer rely on cell lines usually derived from primary tumours or pleural effusions. Two major obstacles hinder this research: (i) some known sub-types of breast cancers (notably poor prognosis luminal B tumours) are not represented within current line collections; (ii) the influence of the tumour microenvironment is not usually taken into account.
We demonstrate a technique to culture primary breast cancer specimens of all sub-types. This is achieved by using three-dimensional (3D) culture system in which small pieces of tumour are embedded in soft rat collagen I cushions. Within 2-3 weeks, the tumour cells spread into the collagen and form various structures similar to those observed in human tumours1. Viable adipocytes, epithelial cells and fibroblasts within the original core were evident on histology. Malignant epithelial cells with squamoid morphology were demonstrated invading into the surrounding collagen. Nuclear pleomorphism was evident within these cells, along with mitotic figures and apoptotic bodies.
We have employed Optical Projection Tomography (OPT), a 3D imaging technology, in order to quantify the extent of tumour spread in culture. We have used OPT to measure the bulk volume of the tumour culture, a parameter routinely measured during the neo-adjuvant treatment of breast cancer patients to assess response to drug therapy. 
Here, we present an opportunity to culture human breast tumours without sub-type bias and quantify the spread of those ex vivo. This method could be used in the future to quantify drug sensitivity in original tumour. This may provide a more predictive model than currently used cell lines.

We have developed a collagen-based in vitro assay which promotes proliferation and invasion from samples of all breast cancer subtypes. Optical Projection Tomography, a three dimensional microscopy technique was utilised to visualise and quantify tumour expansion. This assay may be used to quantify drug response of individual tumour samples.

Langfristige Culture of Human Breast Cancer Proben und deren Analyse mit Hilfe von optischen Projektion Tomography

Breast cancer is a leading cause of mortality in the Western world. It is well established that the spread of breast cancer, first locally and later ...

Collection, Isolation and Enrichment of Naturally Occurring Magnetotactic Bacteria from the Environment

Magnetotactic bacteria (MTB) are aquatic microorganisms that were first notably described in 19751 from sediment samples collected in salt marshes of Massachusetts (USA). Since then MTB have been discovered in stratified water- and sediment-columns from all over the world2. One feature common to all MTB is that they contain magnetosomes, which are intracellular, membrane-bound magnetic nanocrystals of magnetite (Fe3O4) and/or greigite (Fe3S4) or both3, 4. In the Northern hemisphere, MTB are typically attracted to the south end of a bar magnet, while in the Southern hemisphere they are usually attracted to the north end of a magnet3,5. This property can be exploited when trying to isolate MTB from environmental samples.
One of the most common ways to enrich MTB is to use a clear plastic container to collect sediment and water from a natural source, such as a freshwater pond. In the Northern hemisphere, the south end of a bar magnet is placed against the outside of the container just above the sediment at the sediment-water interface. After some time, the bacteria can be removed from the inside of the container near the magnet with a pipette and then enriched further by using a capillary racetrack6 and a magnet. Once enriched, the bacteria can be placed on a microscope slide using a hanging drop method and observed in a light microscope or deposited onto a copper grid and observed using transmission electron microscopy (TEM).
Using this method, isolated MTB may be studied microscopically to determine characteristics such as swimming behavior, type and number of flagella, cell morphology of the cells, shape of the magnetic crystals, number of magnetosomes, number of magnetosome chains in each cell, composition of the nanomineral crystals, and presence of intracellular vacuoles.

We demonstrate a method to collect magnetotactic bacteria (MTB) that can be applied to natural waters. MTB can be isolated and enriched from sediment samples using a relatively simple setup that takes advantage of the bacteria's natural magnetism. Isolated MTB can then be examined in detail using both light and electron microscopy.

Collection, Isolierung und Anreicherung von natürlich vorkommenden Magnetotaktische Bakterien aus der Umwelt

Magnetotactic bacteria (MTB) are aquatic microorganisms that were first notably described in 19751 from sediment samples collected in salt marshes of ...

Whole-Body Nanoparticle Aerosol Inhalation Exposures

Inhalation is the most likely exposure route for individuals working with aerosolizable engineered nano-materials (ENM). To properly perform nanoparticle inhalation toxicology studies, the aerosols in a chamber housing the experimental animals must have: 1) a steady concentration maintained at a desired level for the entire exposure period; 2) a homogenous composition free of contaminants; and 3) a stable size distribution with a geometric mean diameter &lt; 200 nm and a geometric standard deviation &sigma;g &lt; 2.5 5. The generation of aerosols containing nanoparticles is quite challenging because nanoparticles easily agglomerate. This is largely due to very strong inter-particle forces and the formation of large fractal structures in tens or hundreds of microns in size 6, which are difficult to be broken up. Several common aerosol generators, including nebulizers, fluidized beds, Venturi aspirators and the Wright dust feed, were tested; however, none were able to produce nanoparticle aerosols which satisfy all criteria 5.
A whole-body nanoparticle aerosol inhalation exposure system was fabricated, validated and utilized for nano-TiO2 inhalation toxicology studies. Critical components: 1) novel nano-TiO2 aerosol generator; 2) 0.5 m3 whole-body inhalation exposure chamber; and 3) monitor and control system. Nano-TiO2 aerosols generated from bulk dry nano-TiO2 powders (primary diameter of 21 nm, bulk density of 3.8 g/cm3) were delivered into the exposure chamber at a flow rate of 90 LPM (10.8 air changes/hr). Particle size distribution and mass concentration profiles were measured continuously with a scanning mobility particle sizer (SMPS), and an electric low pressure impactor (ELPI). The aerosol mass concentration (C) was verified gravimetrically (mg/m3). The mass (M) of the collected particles was determined as M = (Mpost-Mpre), where Mpre and Mpost are masses of the filter before and after sampling (mg). The mass concentration was calculated as C = M/(Q*t), where Q is sampling flowrate (m3/min), and t is the sampling time (minute). The chamber pressure, temperature, relative humidity (RH), O2 and CO2 concentrations were monitored and controlled continuously. Nano-TiO2 aerosols collected on Nuclepore filters were analyzed with a scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive X-ray (EDX) analysis.
In summary, we report that the nano-particle aerosols generated and delivered to our exposure chamber have: 1) steady mass concentration; 2) homogenous composition free of contaminants; 3) stable particle size distributions with a count-median aerodynamic diameter of 157 nm during aerosol generation. This system reliably and repeatedly creates test atmospheres that simulate occupational, environmental or domestic ENM aerosol exposures.

A whole-body nanoparticle aerosol inhalation exposure facility was constructed for nano-sized titanium dioxide (TiO2) inhalation toxicology studies. This system provides nano-TiO2 aerosol test atmospheres that have: 1) a steady mass concentration; 2) a homogenous composition free of contaminants; and 3) a stable particle size distribution during aerosol generation.

Ganzkörper-Nanopartikel Aerosol Inhalation Exposures

Inhalation is the most likely exposure route for individuals working with aerosolizable engineered nano-materials (ENM). To properly perform nanoparticle ...

Assessing Murine Resistance Artery Function Using Pressure Myography

Pressure myograph systems are exquisitely useful in the functional assessment of small arteries, pressurized to a suitable transmural pressure. The near physiological condition achieved in pressure myography permits in-depth characterization of intrinsic responses to pharmacological and physiological stimuli, which can be extrapolated to the in vivo behavior of the vascular bed. Pressure myograph has several advantages over conventional wire myographs. For example, smaller resistance vessels can be studied at tightly controlled and physiologically relevant intraluminal pressures. Here, we study the ability of 3rd order mesenteric arteries (3-4 mm long), preconstricted with phenylephrine, to vaso-relax in response to acetylcholine. Mesenteric arteries are mounted on two cannulas connected to a pressurized and sealed system that is maintained at constant pressure of 60 mmHg. The lumen and outer diameter of the vessel are continuously recorded using a video camera, allowing real time quantification of the vasoconstriction and vasorelaxation in response to phenylephrine and acetylcholine, respectively.
	To demonstrate the applicability of pressure myography to study the etiology of cardiovascular disease, we assessed endothelium-dependent vascular function in a murine model of systemic hypertension. Mice deficient in the &alpha;1 subunit of soluble guanylate cyclase (sGC&alpha;1-/-) are hypertensive when on a 129S6 (S6) background (sGC&alpha;1-/-S6) but not when on a C57BL/6 (B6) background (sGC&alpha;1-/-B6). Using pressure myography, we demonstrate that sGC&alpha;1-deficiency results in impaired endothelium-dependent vasorelaxation. The vascular dysfunction is more pronounced in sGC&alpha;1-/-S6 than in sGC&alpha;1-/-B6 mice, likely contributing to the higher blood pressure in sGC&alpha;1-/-S6 than in sGC&alpha;1-/-B6 mice. 
	Pressure myography is a relatively simple, but sensitive and mechanistically useful technique that can be used to assess the effect of various stimuli on vascular contraction and relaxation, thereby augmenting our insight into the mechanisms underlying cardiovascular disease.

In pressure myography, an intact small segment of a vessel is mounted onto two small cannulas and pressurized to a suitable luminal pressure. Here, we describe the method to measure vasorelaxation response of the mouse 3rd order mesenteric arteries in c57 and sGC&alpha;1-/- mice using pressure myography.

Beurteilung Murine Widerstand Artery Funktion Mit Druck Myographie

Pressure myograph systems are  exquisitely useful in the functional assessment of small arteries, pressurized  to a suitable transmural pressure. The  ...

Measuring Respiratory Function in Mice Using Unrestrained Whole-body Plethysmography

Respiratory dysfunction is one of the leading causes of morbidity and mortality in the world and the rates of mortality continue to rise. Quantitative assessment of lung function in rodent models is an important tool in the development of future therapies. Commonly used techniques for assessing respiratory function including invasive plethysmography and forced oscillation. While these techniques provide valuable information, data collection can be fraught with artefacts and experimental variability due to the need for anesthesia and/or invasive instrumentation of the animal. In contrast, unrestrained whole-body plethysmography (UWBP) offers a precise, non-invasive, quantitative way by which to analyze respiratory parameters. This technique avoids the use of anesthesia and restraints, which is common to traditional plethysmography techniques. This video will demonstrate the UWBP procedure including the equipment set up, calibration and lung function recording. It will explain how to analyze the collected data, as well as identify experimental outliers and artefacts that results from animal movement. The respiratory parameters obtained using this technique include tidal volume, minute volume, inspiratory duty cycle, inspiratory flow rate and the ratio of inspiration time to expiration time. UWBP does not rely on specialized skills and is inexpensive to perform. A key feature of UWBP, and most appealing to potential users, is the ability to perform repeated measures of lung function on the same animal.

The assessment of respiratory physiology has traditionally relied upon techniques, which require restraint or sedation of the animal. Unrestrained whole-body plethysmography, however, provides precise, non-invasive, quantitative analysis of respiratory physiology in animal models. In addition, the technique allows repeated respiratory assessment of mice allowing for longitudinal studies.

Messatemfunktion im Maus Mit Hemmungslose Ganzkörper-Plethysmographie

Respiratory dysfunction is one of the leading causes of morbidity and mortality in the world and the rates of mortality continue to rise. Quantitative ...

Measuring Pressure Volume Loops in the Mouse

Understanding the causes and progression of heart disease presents a significant challenge to the biomedical community. The genetic flexibility of the mouse provides great potential to explore cardiac function at the molecular level. The mouse&#39;s small size does present some challenges in regards to performing detailed cardiac phenotyping. Miniaturization and other advancements in technology have made many methods of cardiac assessment possible in the mouse. Of these, the simultaneous collection of pressure and volume data provides a detailed picture of cardiac function that is not available through any other modality. Here a detailed procedure for the collection of pressure-volume loop data is described. Included is a discussion of the principles underlying the measurements and the potential sources of error. Anesthetic management and surgical approaches are discussed in great detail as they are both critical to obtaining high quality hemodynamic measurements. The principles of hemodynamic protocol development and relevant aspects of data analysis are also addressed.

This manuscript describes a detailed protocol for the collection of pressure-volume data from the mouse.

Mess Druck Volumen Loops in der Maus

Understanding the causes and progression of heart disease presents a significant challenge to the biomedical community. The genetic flexibility of the ...