Name: evaluation of cerebral blood flow autoregulation in the rat using laser doppler flowmetry
Uploaded: 2020-01-19T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Evaluation of Cerebral Blood Flow Autoregulation in the Rat Using Laser Doppler Flowmetry at JoVE.com

De auteurs uiten hun oprechte dank aan Kaleigh Kozak, Megan Stumpf, en Jack Bullis voor hun uitstekende hulp bij het afronden van deze studie en het opstellen van het manuscript. Subsidie ondersteuning: NIH #R01-HL128242, #R21-OD018309 en #R21-OD024781.

Het medisch college van Wisconsin institutioneel Dierenzorg-en gebruiks Comité (IACUC) keurde alle in dit document beschreven protocollen goed en alle procedures zijn in overeenstemming met de National Institutes of Health (NIH) Bureau voor laboratoriumdieren welzijn (OLAW) Regelgeving.
1. proefdieren en voorbereiding op de opname
<ol><li>Gebruik 8 – 12 weken oude mannelijke Sprague-Dawley ratten met een gewicht van 250 – 300 g. Voor deze experimenten, voeden ratten een standaard dieet ...

Evaluatie van weefsel bloedstroom reacties met laser doppler flowmetrie (LDF). Zoals hierboven vermeld, is het LDF-signaal evenredig aan het aantal en de snelheid van bewegende deeltjes, in dit geval RBC, in de microcirculatie. Ldf-metingen in verschillende organen zijn goed gecorreleerd met een hele orgaan bloedstroom die wordt beoordeeld door gevestigde methoden zoals elektromagnetische stromingsmeters en radioactieve microsferen30 en zijn over het algemeen consistent met studie...

Autoregulatory mechanismen in de cerebrale circulatie spelen een cruciale rol bij het handhaven van de homeostase en de normale functie in de hersenen. Autoregulatie van de cerebrale doorbloeding wordt beïnvloed door meerdere factoren, waaronder hartslag, bloed snelheid, perfusiedruk, de diameter van de cerebrale resistentie slagaders en de microcirculatoire weerstand, die allemaal een rol spelen bij het handhaven van de totale cerebrale bloedstroom constante in de hersenen over het fysiologische bereik van systemische bloeddruk. Wanneer de arteriële druk toeneemt, deze mechanismen constrikte arteriolen en weerstand aders om te voorkomen dat gevaarlijke stijgingen van de intracraniële druk. Wanneer arteriële bloeddruk afneemt, lokale controlemechanismen verwijden de arteriolen te handhaven weefsel perfusie en O2 levering. Verschillende pathologische aandoeningen zoals hypercapnia, traumatisch of globaal hypoxisch hersenletsel, en diabetische microangiopathie1,2,3,4,5,6 kunnen het vermogen van de hersenen om de bloedstroom te autoregeren verstoren. Chronische hypertensie verschuift bijvoorbeeld het effectieve autoregulatoire bereik naar hogere druk7,8,9, en een hoog zout (HS) dieet interfereert niet alleen met normale endotheel-afhankelijke verwijding in de cerebrale microcirculatie10, maar ook het vermogen van autoregulatory mechanismen in de cerebrale circulatie te verwijden en handhaven weefsel perfusie wanneer de arteriële druk wordt verlaagd11. Cerebrale autoregulatie is ook aangetast bij Dahl-zoutgevoelige ratten wanneer ze een HS-dieet12hebben gevoed.
Tijdens verlagingen van de arteriële druk, verwijding van de cerebrale resistentie slagaders en arteriolen in eerste instantie retourneert cerebrale doorbloeding om waarden te beheersen ondanks de verminderde perfusiedruk. Naarmate de arteriële druk verder wordt verlaagd, blijft de cerebrale bloedstroom constant bij de lagere druk (plateaufase van de autoregulatoire respons) totdat de vasculatuur niet langer kan verwijden om de bloedstroom bij de lagere druk te handhaven. De laagste druk waarbij een orgaan de normale bloedtoevoer kan aanhouden, wordt de ondergrens van de autoregulatie (LLA) genoemd. Bij druk onder de LLA daalt de cerebrale bloedstroom aanzienlijk van de rust waarden en neemt deze af op een lineaire manier met elke reductie in arteriële perfusiedruk13,14. Een opwaartse verschuiving in de LLA, zoals waargenomen in hypertensie7,8,9, kan het risico en de ernst van ischemische letsel verhogen tijdens omstandigheden waar de arteriële perfusiedruk wordt verminderd (bijv. myocardinfarct, ischemische beroerte, of bloedsomloop shock).
Ldf heeft bewezen een uiterst waardevolle benadering te zijn om de bloedtoevoer in de microcirculatie onder verschillende omstandigheden te evalueren, waaronder autoregulatie van de bloedstroom in de cerebrale circulatie11,14,15. Naast het evalueren van autoregulatoire reacties, kan ldf worden gebruikt om de corticale bloedstroom te bewaken bij het onderzoeken van metabole, myogene, endotheel-, humorele of neurale mechanismen die de cerebrale doorbloeding reguleren en de impact van verschillende experimentele interventies en pathologische aandoeningen op de cerebrale bloedstroom10,16,17,18,19,20,21
LDF meet de verschuiving in gereflecteerde laserlicht in reactie op het aantal en de snelheid van bewegende deeltjes--in dit geval, rode bloedcellen (RBC). Voor studies van cerebrale vasculaire autoregulatie, arteriële bloeddruk wordt veranderd hetzij door de infusie van een alpha-adrenergic agonist te verhogen arteriële druk (omdat de cerebrale circulatie zelf is ongevoelig voor alpha-adrenergic vasoconstrictor agonisten)12,15 of via gecontroleerde bloed volume terugtrekking te verminderen van arteriële druk11,14. In de huidige studie wordt LDF gebruikt om de effecten van beoordeelde verlagingen van de bloeddruk op cerebrale autoregulatie in een gezonde rat aan te tonen. Hoewel open en gesloten schedel methoden zijn beschreven in de literatuur22,23,24,25, het huidige papier toont een gesloten schedel voorbereiding, waardoor cerebrale bloedtoevoer kan worden beoordeeld zonder het binnendringen van de schedel of het installeren van een kamer of cerebrale venster.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3-0 braided black silk suture</td>
			<td>Midwest Vet</td>
			<td>193.73000.2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arterial Pressure Transducer</td>
			<td>Merit Medical</td>
			<td>041516504A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Automated Data Acquisition Systems (WINDAQ &#38; BIOPAC system)</td>
			<td>DATAQ Instruments</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blood Pressure Display Unit</td>
			<td>Stoelting</td>
			<td>50115</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Circulating warm water pump</td>
			<td>Gaymar Industries</td>
			<td>T-pump</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>End-tidal CO2 monitor</td>
			<td>Stoelting</td>
			<td>Capstar-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heparin Sodium</td>
			<td>Midwest Vet</td>
			<td>191.46720.3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kimwipe</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>06-666A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser Doppler Flow Meter</td>
			<td>Perimed</td>
			<td>PeriFlux 5000 LDPM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser Doppler Refill Motility Standard</td>
			<td>Perimed</td>
			<td>PF1001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyethylene Tubing (PE240) (for trachea cannula)</td>
			<td>VWR</td>
			<td>63018-828</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyethylene Tubing (PE50) (for femoral catheters)</td>
			<td>VWR</td>
			<td>63019-048</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rodent Ventilator</td>
			<td>Cwe/Stoelting</td>
			<td>SAR-830/P</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Saline</td>
			<td>Midwest Vet</td>
			<td>193.74504.3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sprague-Dawley Outbred Rats</td>
			<td>Variable</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Rats were ordered from various companies</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard Rat Chow</td>
			<td>Dyets, Inc.</td>
			<td>113755</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereotaxic Instrument</td>
			<td>Cwe/Stoelting</td>
			<td>Clasic Lab Standard</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

evaluation of cerebral blood flow autoregulation in the rat using laser doppler flowmetry

Bij het onderzoeken van de mechanismen van het lichaam voor het reguleren van cerebrale doorbloeding, een relatieve meting van de micro circulatoire bloedstroom kan worden verkregen met behulp van laser doppler flowmetrie (LDF). Deze paper toont een gesloten schedel preparaat dat het mogelijk maakt cerebrale bloedtoevoer te beoordelen zonder de schedel door te dringen of een kamer of cerebrale venster te installeren. Om autoregulatory mechanismen te evalueren, kan een model van gecontroleerde bloeddruk reductie via gegradeerde bloeding worden gebruikt, terwijl tegelijkertijd gebruik wordt maken van LDF. Dit maakt de real time tracking van de relatieve veranderingen in de bloedstroom in reactie op verlagingen van de arteriële bloeddruk geproduceerd door de terugtrekking van Circulerend bloed volume. Dit paradigma is een waardevolle benadering voor het bestuderen van cerebrale bloedstroom autoregulatie tijdens verlagingen van de arteriële bloeddruk en, met kleine wijzigingen in het Protocol, is ook waardevol als een experimenteel model van hemorragische shock. Naast het evalueren van autoregulatoire responsen, kan LDF worden gebruikt om de corticale bloedstroom te monitoren bij het onderzoeken van metabole, myogene, endotheel-, humorele of neurale mechanismen die de cerebrale doorbloeding reguleren en de impact van verschillende experimentele interventies en pathologische condities op cerebrale doorbloeding.

Figuur 2 geeft een overzicht van de resultaten van experimenten uitgevoerd in 10 mannelijke Sprague-Dawley ratten gevoed standaard laboratorium Chow. In die experimenten werd het gemiddelde LCBF gehandhaafd binnen 20% van de waarde van de prehemorragie na de eerste drie bloed volume-opnames, totdat de gemiddelde arteriële druk de LLA bereikte. Daaropvolgende bloed volume opnames onder druk onder de LLA veroorzaakte een progressieve reductie van LCBF, waaruit bleek dat de cerebrale circulati...

Watch this Scientific Journal Video about Evaluation of Cerebral Blood Flow Autoregulation in the Rat Using Laser Doppler Flowmetry at JoVE.com

Evaluation of Cerebral Blood Flow Autoregulation in the Rat Using Laser Doppler Flowmetry

Dit artikel demonstreert het gebruik van laser doppler flowmetrie om te evalueren van het vermogen van de cerebrale circulatie te autoreguleren de bloedtoevoer tijdens verlagingen van de arteriële bloeddruk.

Evaluatie van cerebrale bloedstroom autoregulatie in de rat met behulp van laser doppler flowmetrie

When investigating the body&#39;s mechanisms for regulating cerebral blood flow, a relative measurement of microcirculatory blood flow can be obtained ...

Dit protocol is bij uitstek geschikt voor het evalueren van het vermogen van de cerebrale microcirculatie om zijn eigen bloedstroom te reguleren tijdens bloeddrukveranderingen onder normale en pathologische omstandigheden. LDF biedt een relatief niet-invasieve methode voor de continue monitoring van de cerebrale bloedstroom onder een verscheidenheid van voorwaarden die niet mogelijk is met andere methoden. Laser Doppler flowmetry kan worden gebruikt voor niet-invasieve bloedstroom evaluatie.Bijvoorbeeld, om de effecten van een hoog zout dieet op verminderde bloedstroom regelgeving bij gezonde jonge vrouwen te beoordelen. LDF maakt het mogelijk de bloedstroom gemakkelijk te controleren in veel verschillende vasculaire bedden van mensen en dieren, en kan worden gebruikt in een breed scala van studies. Het aantonen van de procedure met Adrienne Allen zal Megan Stumpf, mijn onderzoek technoloog en lab manager.Plaats de rat voor het begin van de procedure op een circulerende waterdeken die bij 37 graden Celsius wordt gehouden en bevestig een gebrek aan reactie op pedaalreflex bij een verdoofde experimentele rat. Breng zalf aan op de ogen van de dieren en scheer de bovenkant van de schedel, ventrale nek gebied, en dijbeen driehoeken. Verwijder eventuele verliezen haar van de blootgestelde huid.En desinfecteren de huid met alcohol. Verplaats de rat naar een verwarmingskussen met een circulerende warmwaterpomp. En gebruik medische tape om de rat tijdelijk in de supine positie te beveiligen.Vul twee PE 50 canules met één eenheid per lL heparine in isotone natriumchlorideoplossing. En schuin het open uiteinde van de katheters met chirurgische schaar om het inbrengen in de slagaders te vergemakkelijken. Na het zorgvuldig scheiden van de dijbeenslagaders van het omringende weefsel onder een ontledenmicroscoop, ligate het distale uiteinde van het geïsoleerde femorale slagadersegment en plaatst u twee extra hechtingen rond het midden en proximale uiteinden van de slagader zonder de knopen aan te scherpen.Steek een V-vormige draad uit een paperclip onder de slagader om het vat af te voegen totdat de canule is bevestigd. Gebruik dan vannas schaar om een kleine incisie in de dijbeenslagader in de buurt van de distale ligatie te maken. Steek het afgeschuinde uiteinde van de canule in de incisie en ga de canule in de dijbeenslagader.Verwijder de paperclip. Draai de knoop in de middelste ligatuur over de canule om de canule op zijn plaats te krijgen. Laat de spanning los op de hefligbondture, draai vervolgens de proximale ligatuur aan en sluit de incisie.Direct nadat de canules op hun plaats zijn, plaatst u het dier in een sternale positie. En zet het hoofd vast in een stereotaxic apparaat dat ervoor zorgt dat de katheters niet los komen. Maak een elliptische incisie in de huid die de schedel bedekt.En gebruik een wattenstaafje om bindweefsel te verwijderen, zodat de schedel schoon en droog is. Plaats een klein, gerold langwerpig stuk tissuepapier rond de incisie op de hoofdhuid om bloedingen en onder de ontledenmicroscoop te stoppen, gebruik een voldoende grote boor met een 2,15mm boorbit om een 0,5 tot 1 cm bot in het pariëtale gebied over de linker- of rechter somatosensorische cortex te verdunnen, afhankelijk van de grootte van de rat. Dun het bot langzaam en voorzichtig om te voorkomen dat het doordringen van de schedel.Tijdens het uitvoeren van deze stap, zoute oplossing moet royaal worden toegepast om te voorkomen dat het gebied over verwarming. Wanneer het gebied een roze uiterlijk heeft en/of bloedvaten kunnen worden gevisualiseerd, bedek het uitgedunde bot met minerale olie. En gebruik een micromanipulator om de laser doppler sonde over de blootgestelde cerebrale microcirculatie te positioneren, zodat de punt van de sonde is gewoon het aanraken van de bovenkant van de pool van minerale olie.Voor de eerste sonde plaatsing, is het het beste om te beginnen met een signaal van ongeveer 150 eenheden om ervoor te zorgen dat de sonde is gepositioneerd over de micro-circulatie. Wanneer de laser doppler flowmetry sonde is op zijn plaats, laat het dier voor een 30 tot 45 minuten evenwichtsperiode alvorens 1,5 mL bloed uit de juiste femorale slagader canule over een periode van 30 seconden. Om het katheteroctrooi te behouden, bezielt u 100 eenheden per lL heparine in isotone zoutoplossing in de canule na elke bloedafname.Laat de rat twee minuten herstellen en meet vervolgens LDF en bloeddruk om de 30 seconden gedurende twee minuten. Herhaal na de bloeddruk- en LDF-metingen om de twee minuten de onttrekking van het bloedvolume totdat het dier een gemiddelde arteriële druk van ongeveer 20mmHg bereikt. In deze representatieve experimenten, de gemiddelde laser cerebrale bloedstroom van 10 Sprague-Dawley ratten gevoed standaard laboratorium chow werd gehandhaafd binnen 20% van de pre-bloeding waarde na de eerste drie bloedvolume onttrekkingen, totdat de gemiddelde arteriële druk bereikte de ondergrens van de autoregulatie.Latere bloedvolume onttrekkingen bij druk onder de ondergrens van de autoregulatie, veroorzaakte een geleidelijke vermindering van de laser cerebrale bloedstroom waaruit blijkt dat de cerebrale circulatie niet langer in staat was om een voldoende niveau van vasodilatatie te produceren om de cerebrale bloedstroom constant te handhaven bij de lagere profusie druk. Bij druk op of boven de ondergrens van de autoregulatie, was er geen significante correlatie tussen de laser cerebrale bloedstroom en de arteriële druk, wat aangeeft dat de laser cerebrale bloedstroom onafhankelijk was van de arteriële druk in het plateau bereik van de autoregulerende curve. Onder de ondergrens van de autoregulatie, de laser cerebrale bloedstroom arteriële druk relatie had een negatieve helling.En de laser cerebrale bloedstroom was aanzienlijk gecorreleerd met de arteriële druk. De belangrijkste dingen om te onthouden zijn om de schedel zeer zorgvuldig dun en om ervoor te zorgen dat de LDF sonde blijft stevig verankerd over hetzelfde gebied van weefsel. Deze procedure kan worden gebruikt om de reactiviteit van de microcirculatie van verschillende middelen na retrograde infusie via de halsslagader te testen, of om functionele hyperemie en neurovasculaire koppeling in de cerebrale circulatie te evalueren.Deze techniek heeft het mogelijk gemaakt onderzoek te onderzoeken naar de effecten van verschillende geneesmiddelen en verdovingsmiddelen op de cerebrale circulatie en de veranderingen in cerebrale autoregulatie in ziektemodellen zoals hypertensie.

Research

JoVE Journal

Medicine

Intraluminal Middle Cerebral Artery Occlusion (MCAO) Model for Ischemic Stroke with Laser Doppler Flowmetry Guidance in Mice

Intraluminal Middle Cerebral Artery Occlusion MCAO Model for Ischemic Stroke with Laser Doppler Flowmetry Guidance in Mice

Intraluminale midden cerebrale slagader Occlusie (MCAO) Model voor ischemische beroerte met Laser Doppler Flowmetry Begeleiding in Muizen

Stroke is the third leading cause of death and the leading cause of disability in the world, with an estimated cost of near $70 billion 
in the United ...

MRI-guided Disruption of the Blood-brain Barrier using Transcranial Focused Ultrasound in a Rat Model

MRI-geleide Verstoring van de bloed-hersen barrière met behulp van Transcraniële Focused Ultrasound in een ratmodel

Focused ultrasound (FUS) disruption of the blood-brain barrier (BBB) is an increasingly investigated technique for circumventing the BBB1-5. The BBB is a ...

Endothelin-1 Induced Middle Cerebral Artery Occlusion Model for Ischemic Stroke with Laser Doppler Flowmetry Guidance in Rat

Endotheline-1 geïnduceerde midden cerebrale slagader occlusie Model voor ischemische beroerte met Laser Doppler flowmetrie Begeleiding in Rat

Stroke is the number one cause of disability and third leading cause of death in the world, costing an estimated $70 billion in the United States in ...

Optimized System for Cerebral Perfusion Monitoring in the Rat Stroke Model of Intraluminal Middle Cerebral Artery Occlusion

Geoptimaliseerde Systeem voor cerebrale perfusie Monitoring in het Rat Stroke Model van intraluminale midden cerebrale slagader occlusie

The translational potential of pre-clinical stroke research depends on the accuracy of experimental modeling. Cerebral perfusion monitoring in animal ...

Handling of the Cotton Rat in Studies for the Pre-clinical Evaluation of Oncolytic Viruses

Het hanteren van de Cotton Rat in Studies voor de Pre-klinische evaluatie van Oncolytic Virussen

Oncolytic viruses are a novel anticancer therapy with the ability to target tumor cells, while leaving healthy cells intact.  For this strategy to be ...

Quantification of the Immunosuppressant Tacrolimus on Dried Blood Spots Using LC-MS/MS

Kwantificering van de Immunosuppressieve tacrolimus op opgedroogd bloed Spots Met behulp van LC-MS / MS

The calcineurin inhibitor tacrolimus is the cornerstone of most immunosuppressive treatment protocols after solid organ transplantation in the United ...

In Vivo Evaluation of the Mechanical and Viscoelastic Properties of the Rat Tongue

In Vivo Evaluation of the Mechanical and Viscoelastic Properties of the Rat Tongue

In Vivo Evaluatie van de Mechanische en Viscoelastische Eigenschappen van de Rat Tongue

The tongue is a highly innervated and vascularized muscle hydrostat on the floor of the mouth of most vertebrates. Its primary functions include ...

Laser Doppler: A Tool for Measuring Pancreatic Islet Microvascular Vasomotion In Vivo

Laser Doppler: A Tool for Measuring Pancreatic Islet Microvascular Vasomotion In Vivo

Laser Doppler: Een instrument voor het meten alvleesklier Islet microvasculaire Vasomotion In Vivo

As a functional status of microcirculation, microvascular vasomotion is important for the delivery of oxygen and nutrients and the removal of carbon ...

Hemocompatibility Testing of Blood-Contacting Implants in a Flow Loop Model Mimicking Human Blood Flow

Hemocompatibiliteittesten van bloedcontactimplantaten in een Flow Loop-model dat menselijke bloedstroom nabootst

The growing use of medical devices (e.g., vascular grafts, stents, and cardiac catheters) for temporary or permanent purposes that remain in the ...

Laser Doppler Perfusion Imaging in the Mouse Hindlimb

Laser Doppler Perfusion Imaging in de hindlimb van de muis

Blood flow recovery is a critical outcome measure after experimental hindlimb ischemia or ischemia-reperfusion. Laser Doppler perfusion imaging (LDPI) is ...