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* Questi autori hanno contribuito in egual misura
Questo articolo dimostra l'uso di flussometria Doppler laser per valutare la capacità della circolazione cerebrale di autoregolare il suo flusso sanguigno durante la riduzione della pressione arteriosa.
Quando si studiano i meccanismi del corpo per regolare il flusso sanguigno cerebrale, è possibile ottenere una misurazione relativa del flusso sanguigno microcircolatorio utilizzando la flowmetria Doppler laser (LDF). Questo documento dimostra una preparazione del cranio chiusa che consente di valutare il flusso sanguigno cerebrale senza penetrare il cranio o installare una camera o una finestra cerebrale. Per valutare i meccanismi di autoregolamentazione, un modello di riduzione controllata della pressione sanguigna tramite emorragia graduata può essere utilizzato mentre allo stesso tempo impiega l'LDF. Ciò consente il monitoraggio in tempo reale dei cambiamenti relativi nel flusso sanguigno in risposta a riduzioni della pressione arteriosa prodotta dal ritiro del volume sanguigno circolante. Questo paradigma è un valido approccio per studiare l'autoregolazione del flusso sanguigno cerebrale durante la riduzione della pressione sanguigna arteriosa e, con piccole modifiche nel protocollo, è anche prezioso come modello sperimentale di shock emorragico. Oltre a valutare le risposte autoregolatorie, LDF può essere utilizzato per monitorare il flusso sanguigno corticale durante lo studio dei meccanismi metabolici, miogenici, endoteliali, umorali o neurali che regolano il flusso sanguigno cerebrale e l'impatto di vari meccanismi sperimentali interventi e condizioni patologiche sul flusso sanguigno cerebrale.
I meccanismi autoregolanti nella circolazione cerebrale svolgono un ruolo cruciale nel mantenimento dell'omeostasi e della normale funzione cerebrale. L'autoregolazione del flusso sanguigno cerebrale è influenzata da molteplici fattori tra cui la frequenza cardiaca, la velocità del sangue, la pressione di perfusione, il diametro delle arterie di resistenza cerebrale e la resistenza microcircolatoria, che svolgono un ruolo nel mantenere costante il flusso sanguigno cerebrale totale nel cervello sulla gamma fisiologica delle pressioni sistemiche. Quando aumenta la pressione arteriosa, questi meccanismi restringono arteriole e arterie di resistenza per prevenire aumenti pericolosi nella pressione intracranica. Quando la pressione sanguigna arteriosa diminuisce, i meccanismi di controllo locali dilatano le arteriole per mantenere la perfusione dei tessuti e la consegna di O2. Varie condizioni patologiche come l'ipercapnia, la lesione cerebrale ipossica traumatica o globale e la microangiopatia diabetica1,2,3,4,5,6 possono interrompere la capacità del cervello di autoregolarne il suo flusso sanguigno. Ad esempio, l'ipertensione cronica sposta l'effettiva gamma di autoregolazione verso pressioni più elevate7,8,9e una dieta ad alto sale (HS) non solo interferisce con la normale dilatazione dipendente dall'endotelio nella microcircolazione cerebrale10, ma compromette anche la capacità dei meccanismi di autoregolamentazione nella circolazione cerebrale di dilatare e mantenere la perfusione dei tessuti quando la pressione arteriosa è ridotta di11. L'autoregolazione cerebrale è compromessa anche nei ratti sensibili al sale Dahl quando vengono alimentati con una dieta HS12.
Durante la riduzione della pressione arteriosa, la dilatazione delle arterie di resistenza cerebrale e arteriole ritorna inizialmente il flusso sanguigno cerebrale ai valori di controllo nonostante la ridotta pressione di perfusione. Man mano che la pressione arteriosa si riduce ulteriormente, il flusso sanguigno cerebrale rimane costante alla pressione inferiore (fase plateau della risposta autoregolatoria) fino a quando la vascolatura non può più dilatare per mantenere il flusso sanguigno alla pressione più bassa. La pressione più bassa alla quale un organo può mantenere il flusso sanguigno normale è definita il limite inferiore dell'autoregolazione (LLA). A pressioni inferiori al LLA, il flusso sanguigno cerebrale diminuisce in modo significativo dai valori di riposo e diminuisce in modo lineare con ogni riduzione della pressione arteriosaperfusione 13,14. Uno spostamento verso l'alto nel LLA, come osservato nell'ipertensione7,8,9, può aumentare il rischio e la gravità della lesione ischemica in condizioni in cui la pressione perlano arteriosa è ridotta (ad esempio, infarto miocardico, ictus ischemico o shock circolatorio).
LDF ha dimostrato di essere un approccio estremamente prezioso per valutare il flusso sanguigno nella microcircolazione in una varietà di circostanze, tra cui l'autoregolazione del flusso sanguigno nella circolazione cerebrale11,14,15. Oltre a valutare le risposte autoregolatorie, LDF può essere utilizzato per monitorare il flusso sanguigno corticale quando si studia meccanismi metabolici, miogenici, endoteliali, umorali o neurali che regolano il flusso sanguigno e l'impatto di vari interventi sperimentali e condizioni patologiche sul flusso sanguigno cerebrale10,16,17,18,19,20,21.
LDF misura lo spostamento della luce laser riflessa in risposta al numero e alla velocità delle particelle in movimento, in questo caso i globuli rossi (RBC). Per gli studi di autoregolazione vascolare cerebrale, la pressione arteriosa viene modificata dall'infusione di un agonista alfa-avverso per aumentare la pressione arteriosa (perché la circolazione cerebrale stessa è insensibile agli agonisti vasoconstrictor alfa-sensibili)12,15 o tramite ritiro controllato del volume sanguigno per ridurre la pressione arteriosa11,14. Nel presente studio, LDF è utilizzato per dimostrare gli effetti della riduzione graduata della pressione sanguigna sull'autoregolazione cerebrale in un ratto sano. Sebbene i metodi del cranio aperto e chiuso siano stati descritti nella letteratura22,23,24,25, il presente documento dimostra una preparazione del cranio chiusa, consentendo di valutare il flusso sanguigno cerebrale senza penetrare il cranio o installare una camera o una finestra cerebrale.
Il Medical College of Wisconsin Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) ha approvato tutti i protocolli descritti in questo documento e tutte le procedure sono in conformità con il National Institutes of Health (NIH) Office of Laboratory Animal Welfare (OLAW) Regolamenti.
1. Animali sperimentali e preparazione per la registrazione
2. Preparazione chirurgica
3. Assottigliamento del cranio per le misurazioni LDF
4. Valutazione dell'autoregolazione vascolare cerebrale
5. Analisi statistica
La figura 2 riassume i risultati degli esperimenti condotti in 10 ratti Maschi Sprague-Dawley alimentati con chow di laboratorio standard. In tali esperimenti, media LCBF è stato mantenuto entro il 20% del valore di emorragia dopo i primi tre prelievi del volume di sangue, fino a quando la pressione arteriosa media ha raggiunto il LLA. I successivi prelievi di volume sanguigno a pressioni al di sotto del LLA hanno causato una progressiva riduzione di LCBF, dimostrando che la circolazione ce...
Valutazione delle risposte del flusso sanguigno dei tessuti con Laser Doppler Flowmetry (LDF). Come notato in precedenza, il segnale LDF è proporzionale al numero e alla velocità delle particelle in movimento, in questo caso RBC, nella microcircolazione. Le letture LDF in diversi organi sono ben correlate al flusso sanguigno dell'intero organo valutato con metodi stabiliti come i misuratori di flusso elettromagnetico e le microsfere radioattive30 e sono generalmente coerenti con...
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Gli autori esprimono il loro sincero ringraziamento a Kaleigh Kozak, Megan Stumpf e Jack Bullis per la loro eccezionale assistenza nel completare questo studio e preparare il manoscritto. Supporto: NIH #R01-HL128242, #R21-OD018309 e #R21-OD024781.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
3-0 braided black silk suture | Midwest Vet | 193.73000.2 | |
Arterial Pressure Transducer | Merit Medical | 041516504A | |
Automated Data Acquisition Systems (WINDAQ & BIOPAC system) | DATAQ Instruments | ||
Blood Pressure Display Unit | Stoelting | 50115 | |
Circulating warm water pump | Gaymar Industries | T-pump | |
End-tidal CO2 monitor | Stoelting | Capstar-100 | |
Heparin Sodium | Midwest Vet | 191.46720.3 | |
Kimwipe | Fisher Scientific | 06-666A | |
Laser Doppler Flow Meter | Perimed | PeriFlux 5000 LDPM | |
Laser Doppler Refill Motility Standard | Perimed | PF1001 | |
Polyethylene Tubing (PE240) (for trachea cannula) | VWR | 63018-828 | |
Polyethylene Tubing (PE50) (for femoral catheters) | VWR | 63019-048 | |
Rodent Ventilator | Cwe/Stoelting | SAR-830/P | |
Saline | Midwest Vet | 193.74504.3 | |
Sprague-Dawley Outbred Rats | Variable | N/A | Rats were ordered from various companies |
Standard Rat Chow | Dyets, Inc. | 113755 | |
Stereotaxic Instrument | Cwe/Stoelting | Clasic Lab Standard |
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