Name: evaluation of cerebral blood flow autoregulation in the rat using laser doppler flowmetry
Uploaded: 2020-01-19T15:00:00
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Les auteurs expriment leurs sincères remerciements à Kaleigh Kozak, Megan Stumpf et Jack Bullis pour leur aide exceptionnelle dans la réalisation de cette étude et la préparation du manuscrit. Soutien accordé : NIH #R01-HL128242, #R21-OD018309 et #R21-OD024781.

Le Medical College of Wisconsin Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) a approuvé tous les protocoles décrits dans le présent document et toutes les procédures sont conformes au National Institutes of Health (NIH) Office of Laboratory Animal Welfare (OLAW) Règlements.
1. Animaux expérimentaux et préparation à l'enregistrement
<ol><li>Utilisez des rats Mâles Sprague-Dawley de 8 à 12 semaines pesant de 250 à 300 g. Pour ces expériences, nourrir les rats d'un régime al...

Évaluation des réponses de flux sanguin de tissu avec la flowmemétrie de Doppler de laser (LDF). Comme indiqué ci-dessus, le signal LDF est proportionnel au nombre et à la vitesse des particules en mouvement, en l'occurrence RBC, dans la microcirculation. Les lectures de LDF dans différents organes sont bien corrélées avec le flux sanguin entier d'organe évalué par des méthodes établies telles que les compteurs d'écoulement électromagnétiques et les microsphères radioactives<sup class="xr...

Les mécanismes autorégulateurs dans la circulation cérébrale jouent un rôle crucial dans le maintien de l'homéostasie et de la fonction normale dans le cerveau. L'autorégulation du flux sanguin cérébral est affectée par de multiples facteurs, y compris la fréquence cardiaque, la vitesse du sang, la pression de perfusion, le diamètre des artères de résistance cérébrale, et la résistance microcirculatoire, qui jouent tous un rôle dans le maintien de la constante totale du flux sanguin cérébral dans le cerveau sur la gamme physiologique de la pression artérielle systémique. Lorsque la pression artérielle augmente, ces mécanismes resserrent les artérioles et les artères de résistance pour prévenir les augmentations dangereuses de la pression intracrânienne. Quand la tension artérielle diminue, les mécanismes locaux de commande dilatent les artérioles pour maintenir la perfusion de tissu et la livraisond'O 2. Diverses conditions pathologiques telles que l'hypercapnie, traumatisme ou des lésions cérébrales hypoxiques globales, et la microangiopathie diabétique1,2,3,4,5,6 peut perturber la capacité du cerveau à autoréguler son flux sanguin. Par exemple, l'hypertension chronique déplace la gamme autorégulatrice efficace vers des pressions plus élevées7,8,9, et un régime à haute teneur en sel (HS) interfère non seulement avec la dilatation normale endothélium-dépendante dans la microcirculation cérébrale10, mais altère également la capacité des mécanismes d'autorégulation dans la circulation cérébrale à dilater et maintenir la perfusion de tissu lorsque la pression artérielle est réduite11. L'autorégulation cérébrale est également altérée chez les rats sensibles au sel Dahl lorsqu'ils sont nourris avec un régime HS12.
Pendant des réductions de la pression artérielle, la dilatation des artères et des artérioles de résistance cérébrale retourne au commencement le flux sanguin cérébral pour commander des valeurs en dépit de la pression réduite de perfusion. Comme la pression artérielle est réduite davantage, le flux sanguin cérébral reste constant à la pression inférieure (phase de plateau de la réponse autorégulatrice) jusqu'à ce que la vascularisation ne peut plus se dilater pour maintenir le flux sanguin à la pression inférieure. La pression la plus basse à laquelle un organe peut maintenir le flux sanguin normal est appelée la limite inférieure de l'autorégulation (LLA). Aux pressions au-dessous du LLA, le flux sanguin cérébral diminue de manière significative des valeurs de repos et diminue d'une manière linéaire avec chaque réduction de la pression de perfusion artérielle13,14. Un décalage vers le haut dans le LLA, comme observé dans l'hypertension7,8,9, peut augmenter le risque et la gravité des dommages ischémiques pendant les conditions où la pression de perfusion artérielle est réduite (par exemple, infarctus du myocarde, accident vasculaire cérébral ischémique, ou choc circulatoire).
LDF s'est avéré être une approche extrêmement précieuse pour évaluer le flux sanguin dans la microcirculation dans une variété de circonstances, y compris l'autorégulation du flux sanguin dans la circulation cérébrale11,14,15. En plus d'évaluer les réponses autorégulatrices, LDF peut être utilisé pour surveiller le flux sanguin cortical lors de l'étude métabolique, myogénique, endothéliale, humoral, ou des mécanismes neuronaux qui régulent le flux sanguin cérébral et l'impact de diverses interventions expérimentales et des conditions pathologiques sur le flux sanguin cérébral10,16,17,18,19,20,21.
LDF mesure le déplacement de la lumière laser réfléchie en réponse au nombre et à la vitesse des particules en mouvement - dans ce cas, les globules rouges (RBC). Pour les études de l'autorégulation vasculaire cérébrale, la tension artérielle artérielle est changée soit par l'infusion d'un agoniste alpha-adrénergique pour augmenter la pression artérielle (parce que la circulation cérébrale elle-même est insensible aux agonistes vasoconstricteurs vasoconstricteurs alpha-adrénergiques)12,15 ou par le retrait contrôlé de volume sanguin pour réduire la pression artérielle11,14. Dans la présente étude, LDF est utilisé pour démontrer les effets des réductions graduées de la pression artérielle sur l'autorégulation cérébrale chez un rat en bonne santé. Bien que des méthodes ouvertes et fermées de crâne aient été décrites dans la littérature22,23,24,25, le présent article démontre une préparation fermée de crâne, permettant le flux sanguin cérébral pour être évalué sans pénétrer le crâne ou installer une chambre ou une fenêtre cérébrale.

<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

En examinant les mécanismes du corps pour réguler le flux sanguin cérébral, une mesure relative du flux sanguin microcirculatoire peut être obtenue à l'aide de la fluidité d'écoulement de Doppler de laser (LDF). Cet article démontre une préparation fermée de crâne qui permet à la circulation de sang cérébrale d'être évaluée sans pénétrer le crâne ou installer une chambre ou une fenêtre cérébrale. Pour évaluer les mécanismes d'autorégulation, un modèle de réduction contrôlée de la pression artérielle par hémorragie graduée peut être utilisé tout en employant simultanément LDF. Cela permet le suivi en temps réel des changements relatifs dans le flux sanguin en réponse à la réduction de la pression artérielle produite par le retrait du volume sanguin circulant. Ce paradigme est une approche valable pour étudier l'autorégulation cérébrale de flux sanguin pendant des réductions de tension artérielle et, avec des modifications mineures dans le protocole, est également valable comme modèle expérimental de choc hémorragique. En plus d'évaluer les réponses autorégulatrices, LDF peut être utilisé pour surveiller le flux sanguin cortical lors de l'étude métabolique, myogénique, endothéliale, humoral, ou les mécanismes neuronaux qui régulent le flux sanguin cérébral et l'impact de divers interventions et conditions pathologiques sur le flux sanguin cérébral.

La figure 2 résume les résultats d'expériences menées chez 10 rats mâles Sprague-Dawley nourris en chow de laboratoire standard. Dans ces expériences, le LCBF moyen a été maintenu dans 20% de la valeur de préhemorrhage suivant les trois premiers retraits de volume de sang, jusqu'à ce que la pression artérielle moyenne ait atteint le LLA. Les retraits subséquents de volume sanguin aux pressions au-dessous du LLA ont causé une réduction progressive de LCBF, montrant que la circul...

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

Cet article démontre l'utilisation de la fluidité de Doppler de laser pour évaluer la capacité de la circulation cérébrale pour autoréguler son flux sanguin pendant des réductions de la tension artérielle.

Évaluation de l'autorégulation du flux sanguin cérébral dans le Rat à l'aide de laser Doppler Flowmetry

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

Ce protocole est idéal pour évaluer la capacité de la microcirculation cérébrale à réguler son propre flux sanguin pendant les changements de pression artérielle dans des conditions normales et pathologiques. LDF fournit une méthode relativement non invasive pour la surveillance continue du flux sanguin cérébral dans une variété de conditions qui n’est pas possible avec d’autres méthodes. La flowmétrie Laser Doppler peut être utilisée pour l’évaluation non invasive du flux sanguin.Par exemple, évaluer les effets d’un régime riche en sel sur la régulation altérée du flux sanguin chez les jeunes femmes en bonne santé. LDF permet le flux sanguin d’être facilement surveillé dans de nombreux lits vasculaires différents d’humains et d’animaux, et peut être utilisé dans une grande variété d’études. Megan Stumpf, technologue de recherche et directrice de laboratoire, fera la démonstration de la procédure avec Adrienne Allen.Avant de commencer la procédure, placez le rat sur une couverture d’eau circulante maintenue à 37 degrés Celsius et confirmez un manque de réponse au réflexe de pédale chez un rat expérimental anesthésié. Appliquez de l’onguent sur les yeux des animaux et rasez le dessus du crâne, de la région ventrale du cou et des triangles fémoraux. Retirez les cheveux perdants de la peau exposée.Et désinfecter la peau avec de l’alcool à friction. Déplacez le rat sur un coussin chauffant avec une pompe à eau chaude en circulation. Et utilisez du ruban médical pour fixer temporairement le rat en position supine.Remplissez deux canules PE 50 d’une unité par mL d’héparine dans une solution isotonique de chlorure de sodium. Et biseauter l’extrémité ouverte des cathéters avec des ciseaux chirurgicaux pour faciliter l’insertion dans les artères. Après avoir soigneusement séparé les artères fémorales du tissu environnant sous un microscope disséquant, ligate l’extrémité distale du segment isolé d’artère fémorale et placez deux sutures additionnelles autour des extrémités moyennes et proximales de l’artère sans serrer les noeuds.Insérez un fil en forme de V façonné à partir d’un trombone sous l’artère pour occluser le navire jusqu’à ce que la canule ait été fixée. Ensuite, utilisez des ciseaux vannas pour faire une petite incision dans l’artère fémorale près de la ligature distale. Insérez l’extrémité biseauté de la canule dans l’incision et avancez la canule dans l’artère fémorale.Retirez le trombone. Serrer le nœud dans la ligature moyenne sur la canule pour fixer la canule en place. Relâchez la tension sur la ligature de levage, puis serrez la ligature proximale et fermez l’incision.Immédiatement après la place des canules, placez l’animal dans une position sternale. Et fixez la tête dans un dispositif stéréotaxique en prenant soin de ne pas déloger les cathéters. Faire une incision elliptique dans la peau couvrant le crâne.Et utilisez un coton-tige pour enlever tout tissu conjonctif, en veillant à ce que le crâne soit propre et sec. Placez un petit morceau allongé roulé de papier de soie autour de l’incision sur le cuir chevelu pour arrêter tout saignement et sous le microscope disséquant, utilisez une perceuse de taille appropriée avec un foret de 2,15 mm pour amincir une zone osseuse de 0,5 à 1 cm dans la zone pariétale au-dessus du cortex somatosensory gauche ou droit, selon la taille du rat. Amincir l’os lentement et soigneusement pour éviter de pénétrer dans le crâne.Lors de l’exécution de cette étape, solution saline doit être appliquée généreusement pour empêcher la zone de surchauffer. Lorsque la zone a une apparence rose et / ou des vaisseaux sanguins peuvent être visualisés, couvrir l’os éclairci avec de l’huile minérale. Et utilisez un micromanipulateur pour positionner la sonde laser doppler au-dessus de la microcirculation cérébrale exposée de sorte que la pointe de la sonde ne fait que toucher le sommet de la piscine d’huile minérale.Pour le placement initial de la sonde, il est préférable de commencer par un signal d’environ 150 unités pour s’assurer que la sonde est positionnée au-dessus de la micro-circulation. Lorsque la sonde d’écoulement doppler laser est en place, laissez l’animal se reposer pendant une période d’équilibrition de 30 à 45 minutes avant de retirer 1,5 mL de sang de la canule d’artère fémorale appropriée sur une période de 30 secondes. Pour conserver le brevet du cathéter, infuser 100 unités par mL d’héparine dans la solution saline isotonique dans la canule après chaque prise de sang.Laissez le rat récupérer pendant deux minutes, puis mesurez le LDF et la pression artérielle toutes les 30 secondes pendant deux minutes. Après les mesures de la pression artérielle et du LDF, répétez le retrait du volume sanguin toutes les deux minutes jusqu’à ce que l’animal atteigne une pression artérielle moyenne d’environ 20mmHg. Dans ces expériences représentatives, le flux sanguin cérébral laser moyen de 10 rats Sprague-Dawley nourris au chow standard de laboratoire a été maintenu dans les 20% de la valeur de pré-hémorragie suivant les trois premiers retraits de volume sanguin, jusqu’à ce que la pression artérielle moyenne ait atteint la limite inférieure de l’autorégulation.Les retraits ultérieurs de volume sanguin aux pressions au-dessous de la limite inférieure de l’autorégulation, ont causé une réduction progressive du flux sanguin cérébral laser démontrant que la circulation cérébrale n’était plus capable de produire un niveau suffisant de vasodilatation pour maintenir la constante cérébrale de flux sanguin aux pressions inférieures de profusion. Aux pressions à la limite inférieure ou au-dessus de la limite inférieure de l’autorégulation, il n’y avait aucune corrélation significative entre le flux sanguin cérébral laser et la pression artérielle, indiquant que le flux sanguin cérébral laser était indépendant de la pression artérielle dans la gamme de plateau de la courbe autoréglementative. Au-dessous de la limite inférieure de l’autorégulation, la relation artérielle cérébrale de flux sanguin de laser a eu une pente négative.Et le flux sanguin cérébral laser a été significativement corrélé avec la pression artérielle. Les choses les plus importantes à retenir sont d’amincir le crâne très soigneusement et de s’assurer que la sonde LDF reste fermement ancrée sur la même zone de tissu. Cette procédure peut être utilisée pour tester la réactivité de la microcirculation de divers agents après perfusion rétrograde via l’artère carotide, ou pour évaluer l’hyperémie fonctionnelle et le couplage neurovasculaire dans la circulation cérébrale.Cette technique a permis d’étude des effets de différents médicaments et anesthésiques sur la circulation cérébrale et les changements dans l’autorégulation cérébrale dans les modèles de la maladie tels que l’hypertension.

Research

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Medicine

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Médecine

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