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

Författarna uttrycker sitt uppriktiga tack till Kaleigh Kozak, Megan Stumpf, och Jack Bullis för deras enastående hjälp med att slutföra denna studie och förbereda manuskriptet. Bevilja stöd: NIH #R01-HL128242, #R21-OD018309, och #R21-OD024781.

Medical College of Wisconsin institutionella djuromsorg och användning kommittén (IACUC) godkände alla protokoll som beskrivs i detta dokument och alla förfaranden är i överensstämmelse med National Institutes of Health (NIH) Office of Laboratory djurvälfärd (OLAW) Förordningar.
1. försöksdjur och förberedelse för registrering
<ol><li>Använd 8 – 12-veckors-gamla manliga Sprague-Dawley råttor som väger 250 – 300 g. För dessa experiment, feed råttor en standard diet som ...

Utvärdering av vävnads blodflöde svar med Laser Doppler Flowmetry (LDF). Som nämnts ovan, den LDF signalen är proportionell mot antalet och hastigheten av rörliga partiklar, i detta fall RBC, i mikrocirkulationen. LDF avläsningar i olika organ är väl korrelerade med hela organ blodflödet bedömas av etablerade metoder såsom elektromagnetiska flödesmätare och radioaktiva mikrosfärer30 och är i allmänhet förenliga med studier som utvärderar regleringen av aktiv ton...

Autoregulatoriska mekanismer i den cerebrala cirkulationen spelar en avgörande roll för att upprätthålla homeostas och normal funktion i hjärnan. Autoregulation av cerebralt blodflöde påverkas av flera faktorer, inklusive hjärtfrekvens, blod hastighet, perfusionstryck, diametern på hjärnans motståndskraft artärer, och mikrocirkulatorisk resistens, som alla spelar en roll för att upprätthålla den totala cerebrala blodflödet konstant i hjärnan över det fysiologiska intervallet av systemiska blodtryck. När arteriella trycket ökar, dessa mekanismer tygla arterioler och resistens artärer för att förhindra farliga ökningar i intrakraniellt tryck. När arteriella blodtrycket minskar, lokala kontrollmekanismer vidga arterioler att bibehålla vävnad perfusion och O2 leverans. Olika sjukdomstillstånd såsom hyperkapni, traumatisk eller global hypoxisk hjärnskada, och diabetesmikroangiopati1,2,3,4,5,6 kan störa hjärnans förmåga att autoreglera sitt blodflöde. Till exempel, kronisk hypertoni skiftar den effektiva autoregulatory intervallet mot högre tryck7,8,9, och en hög salt (HS) diet inte bara stör normala endotel-beroende dilatation i hjärnans mikrocirkulation10, men också försämrar möjligheten för autoregulatoriska mekanismer i den cerebrala cirkulationen att vidgas och bibehålla vävnad perfusion när arteriellt tryck reduceras11. Cerebral autoregulation är också nedsatt i Dahl salt-känsliga råttor när de matas en HS diet12.
Under minskningar av arteriella trycket, utvidgning av hjärnans motståndskraft artärer och arterioler returnerar initialt cerebralt blodflöde till kontrollvärden trots den reducerade perfusionstryck. Som arteriellt tryck reduceras ytterligare, cerebralt blodflöde förblir konstant vid det lägre trycket (platåfasen av den autoregulatoriska svar) tills kärlsystemet inte längre kan vidga för att bibehålla blodflödet vid det lägre trycket. Det lägsta trycket vid vilket ett organ kan bibehålla normalt blodflöde kallas den nedre gränsen för autoregulation (LLA). Vid tryck under lla, cerebralt blodflöde minskar signifikant från vilande värden och minskningar i ett linjärt sätt med varje minskning av arteriella perfusionstryck13,14. En uppåtgående förskjutning i lla, som observerats i hypertoni7,8,9, kan öka risken och svårighetsgraden av ischemisk skada under förhållanden där det arteriella perfusionstrycket reduceras (t. ex., hjärtinfarkt, ischemisk stroke, eller cirkulations chock).
LDF har visat sig vara en mycket värdefull metod för att utvärdera blodflödet i mikrocirkulationen under en mängd olika omständigheter, inklusive autoreglering av blodflödet i den cerebrala cirkulationen11,14,15. Förutom att utvärdera autoregulatory svar, LDF kan användas för att övervaka det kortikala blodflödet vid undersökning av metaboliska, myogena, endoteliala, humoral, eller neural mekanismer som reglerar cerebralt blodflöde och effekterna av olika experimentella interventioner och sjukdomstillstånd på cerebralt blodflöde10,16,17,18,19,20,21.
LDF mäter förskjutningen i reflekterat laserljus som svar på antalet och hastigheten hos rörliga partiklar-i detta fall röda blodkroppar (RBC). För studier av cerebral vaskulär autoreglering, arteriellt blodtryck ändras antingen genom infusion av en alfa-adrenerga agonist att öka arteriellt tryck (eftersom den cerebrala cirkulationen i sig är okänslig för alfa-adrenerga vasokonstriktor agonister)12,15 eller via kontrollerad blodvolym tillbakadragande att minska arteriella trycket11,14. I den nuvarande studien, LDF utnyttjas för att demonstrera effekterna av graderade minskningar av blodtrycket på cerebral autoregulation i en frisk råtta. Även öppna och slutna skalle metoder har beskrivits i litteraturen22,23,24,25, visar den nuvarande papper en sluten skalle förberedelse, vilket gör att cerebralt blodflöde bedömas utan att tränga in i skallen eller installera en kammare eller cerebralt fönster.

<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

Vid undersökning av kroppens mekanismer för att reglera cerebralt blodflöde, en relativ mätning av mikrocirkulatorisk blodflödet kan erhållas med hjälp av Laser Doppler flowmetry (LDF). Detta papper visar en sluten skalle beredning som tillåter cerebralt blodflöde bedömas utan att tränga in i skallen eller installera en kammare eller cerebralt fönster. För att utvärdera autoregulatoriska mekanismer, en modell av kontrollerad blodtryckssänkning via graderad blödning kan utnyttjas samtidigt som sysselsätter LDF. Detta möjliggör realtidsspårning av de relativa förändringarna i blodflödet som svar på minskningar av arteriellt blodtryck som produceras av indragning av cirkulerande blodvolym. Detta paradigm är en värdefull metod för att studera cerebral blodflöde autoregulation under minskningar av arteriellt blodtryck och, med mindre ändringar i protokollet, är också värdefullt som en experimentell modell av hemorragisk chock. Förutom att utvärdera autoregulatoriska svar, LDF kan användas för att övervaka det kortikala blodflödet vid undersökning av metaboliska, myogena, endoteliala, humoral, eller neural mekanismer som reglerar cerebralt blodflöde och effekterna av olika experimentella ingrepp och sjukdomstillstånd på cerebralt blodflöde.

Figur 2 sammanfattar resultaten av experiment som utförts i 10 manliga Sprague-Dawley råttor Fed standard laboratorium Chow. I dessa experiment, var genomsnittlig LCBF upprätthålls inom 20% av prehemorragi värde efter de första tre blodvolym uttag, tills medelvärdet av arteriella trycket nådde LLA. Efterföljande blodvolym uttag vid tryck under LLA orsakade en progressiv minskning av LCBF, visar att den cerebrala cirkulationen inte längre kan producera en tillräcklig nivå av vasod...

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

Denna artikel visar användningen av Laser Doppler flowmetry att utvärdera förmågan hos den cerebrala cirkulationen att autoreglera sitt blodflöde under minskningar av arteriellt blodtryck.

Utvärdering av cerebral blodflöde Autoregulation hos råtta med 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 ...

Detta protokoll är idealiskt lämpad för utvärdering av förmågan hos den cerebrala mikrocirkulationen att reglera sitt eget blodflöde under blodtrycksförändringar under normala och patologiska förhållanden. LDF ger en relativt icke-invasiv metod för kontinuerlig övervakning av cerebralt blodflöde under en mängd olika förhållanden som inte är möjligt med andra metoder. Laser Doppler flowmetry kan användas för icke-invasiv blodflöde utvärdering.Till exempel, för att bedöma effekterna av en hög salt diet på nedsatt blodflöde reglering hos friska unga kvinnor. LDF gör att blodflödet lätt kan övervakas i många olika kärlsängar av människor och djur, och kan användas i en mängd olika studier. Demonstrera förfarandet med Adrienne Allen kommer att Megan Stumpf, min forskning tekniker och lab manager.Innan du börjar proceduren, placera råttan på en cirkulerande vattentäcke underhålls vid 37 grader Celsius och bekräfta en brist på svar på pedalreflex i en sövd experimentell råtta. Applicera salva på djurens ögon och raka toppen av kraniet, ventral hals området, och lårbenstrianglar. Ta bort eventuellt tappar hår från den exponerade huden.Och desinficera huden med gnidande alkohol. Flytta råttan till en värmedyna med en cirkulerande varmvattenpump. Och använd medicinsk tejp för att tillfälligt säkra råttan i ryggläge.Fyll två PE 50 kanyler med en enhet per mL heparin i isotonisk natriumkloridlösning. Och avfasa den öppna änden av katetrarna med kirurgisk sax för att underlätta insättning i artärerna. Efter noggrant separera de femorala artärerna från den omgivande vävnaden under en dissekera mikroskop, ligate den distala änden av den isolerade femorala artär segmentet och placera två ytterligare suturer runt mitten och proximala ändarna av artären utan att dra åt knutarna.Sätt in en V-formad tråd som är formad från ett gem under artären för att ockludera kärlet tills kanylen har säkrats. Använd sedan Vannas sax för att göra ett litet snitt i lårbensartären nära den distala ligeringen. Sätt in kanylens fasade ände i snittet och för fram kanylen i lårbensartären.Ta bort gemen. Dra åt knuten i mitten ligaturen över kanylen för att säkra kanylen på plats. Släpp spänningen på lyftligaturen, dra sedan åt den proximala ligaturen och stäng snittet.Omedelbart efter kanylerna är på plats, placera djuret i en sternal position. Och säkra huvudet i en stereotaxisk enhet noga med att inte rubba katetrarna. Gör ett elliptisk snitt i huden som täcker kraniet.Och använd en bomullspinne för att ta bort eventuell bindväv, se till att kraniet är rent och torrt. Placera en liten, rullad långsträckt bit av vävnadspapper runt snittet i hårbotten för att stoppa blödning och under dissekera mikroskop, använd en lämpligt storlek borr med en 2,15mm borrkrona för att tunna en 0,5 till 1 cm område av ben i parietalområdet över vänster eller höger somatosensory cortex, beroende på storleken på råttan. Tunna ut benet långsamt och försiktigt för att undvika att tränga in i skallen.Medan du utför detta steg, saltlösning bör tillämpas frikostigt för att förhindra att området över uppvärmning. När området har ett rosa utseende och / eller blodkärl kan visualiseras, täcka det förtunnade benet med mineralolja. Och använd en micromanipulator för att placera laserdopplersonden över den exponerade hjärnmikrocirkulationen så att sondens spets bara rör vid toppen av poolen av mineralolja.För den inledande sondplaceringen är det bäst att börja med en signal på cirka 150 enheter för att säkerställa att sonden är placerad över mikrocirkulationen. När laser doppler flowmetry sonden är på plats, låt djuret för vila för en 30 till 45 minuters jämviktsperiod innan 1.5mL blod dras tillbaka från lämplig femoral artärkanyl under en period av 30 sekunder. För att hålla kateterpatentet infuserar du 100 enheter per mL heparin i isoton koksaltlösning in i kanylen efter varje bloddragning.Låt råttan återhämta sig i två minuter och mät sedan LDF och blodtryck var 30:e sekund i två minuter. Efter blodtrycket och LDF-mätningarna, upprepa blodvolymen tillbakadragande varannan minut tills djuret når ett genomsnittligt arteriellt tryck på cirka 20mmHg. I dessa representativa experiment, medelvärdet laser cerebral blodflödet av 10 Sprague-Dawley råttor utfodras standard laboratorium chow bibehölls inom 20%av pre-blödning värde efter de tre första blodvolym uttag, tills medelvärdet kranskärlens trycket nått den nedre gränsen för autoreglering.Efterföljande blodvolym uttag vid tryck under den nedre gränsen för autoreglering, orsakade en progressiv minskning av laser cerebrala blodflödet visar att den cerebrala cirkulationen inte längre kunde producera en tillräcklig nivå av vasodilatation att upprätthålla cerebrala blodflödet konstant vid de lägre profusion tryck. Vid tryck vid eller över den nedre gränsen för autoreglering, fanns det ingen signifikant korrelation mellan laser cerebrala blodflödet och kranskärlens tryck, vilket visar att laser cerebrala blodflödet var oberoende av kranskärlens trycket i platåområdet för autoregulatory kurvan. Under den nedre gränsen för autoreglering, lasern cerebrala blodflödet kranskärlens tryck förhållandet hade en negativ lutning.Och lasern cerebrala blodflödet var signifikant korrelerade med kranskärlens trycket. Det viktigaste att komma ihåg är att tunna skallen mycket noggrant och att se till att LDF-sonden förblir fast förankrad över samma område av vävnad. Denna procedur kan användas för att testa reaktiviteten hos mikrocirkulationen av olika medel efter retrograd infusion via halspulsådern, eller för att utvärdera funktionell hyperemi och neurovaskulär koppling i cerebral cirkulation.Denna teknik har möjliggjort utredning av effekterna av olika läkemedel och bedövningsmedel på hjärncirkulationen och förändringarna i cerebral autoreglering i sjukdomsmodeller såsom hypertoni.

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

Intraluminal Middle Cerebral artärocklusion (kortex) Modell för ischemisk stroke med Laser Doppler Flowmetry Vägledning hos möss

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

MR-guidad Rubbning av blod-hjärnbarriären med hjälp Transkraniell fokuserat ultraljud i en råttmodell

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

Endotelin-1 inducerad Middle cerebral artärocklusion modell för ischemisk stroke med laser Doppler Flowmetry Vägledning i råtta

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

Optimerat system för cerebral perfusion övervakning i råtta Stroke Modell av Intraluminal Middle cerebral artärocklusion

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

Hantering av Cotton Rat i studier för Preklinisk utvärdering av onkolytisk virus

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

Kvantifiering av Immunsuppressivum takrolimus på torkade blodfläckar Använda 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- utvärdering av råtttavans mekaniska och viskoelastiska egenskaper

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: Ett verktyg för att mäta bukspottskörteln Islet mikrovaskulära 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

Hemocompatibility Testning av blod-kontaktimplantat i en Flow Loop Modell Härma humant blodflöde

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 i musen Hindlimb

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