פרוטוקול זה מתאר את התהליך לגרימת מודל תרדמת איסכמית מוחית באמצעות שיטת חסימה שונה של ארבעה כלי דם.
תרדמת הנגרמת על ידי איסכמיה מוחית היא הסיבוך החמור ביותר של איסכמיה מוחית. חסימת ארבעה כלי דם יכולה לבסס מודל תרדמת איסכמית מוחית לחקר מחלות ופיתוח תרופות. עם זאת, שיטת חסימת ארבעת כלי הדם הנפוצה כוללת בעיקר החדרת עט אלקטרוקואגולציה לתוך הפתח הפטריגואיד הדו-צדדי של החוליה הצווארית הראשונה מאחורי הצוואר כדי לחשמל את עורקי החוליות. תהליך זה טומן בחובו סיכון של אלקטרוקואגולציה לא מלאה, דימום ונזק לגזע המוח ולחוט השדרה. עשרים וארבע שעות לאחר הניתוח, חולדות מורדמות מחדש עוברות קשירת עורק התרדמה לפני הצוואר. שני ניתוחים חושפים את החולדות לסיכון גבוה יותר להדבקה ומאריכים את תקופת הניסוי. במחקר זה, במהלך הליך כירורגי יחיד, נעשה שימוש בחתך צווארי קדמי כדי לאתר את אתר המפתח שבו עורק החוליות חודר לחוליה הצווארית הראשונה. עורקי החוליות הדו-צדדיים עברו אלקטרו-צרוב בתנאי ראייה, ואילו עורקי התרדמה המשותפים הדו-צדדיים הופרדו כדי ליצור קשרים רופפים. כאשר הגפיים של החולדות החלו להתעוות, עורקי התרדמה המשותפים הדו-צדדיים נקשרו במהירות כדי לגרום לתרדמת איסכמית. שיטה זו יכולה למנוע את הסיכון לזיהום הנגרם על ידי שתי פעולות כירורגיות והיא קלה לביצוע עם שיעור הצלחה גבוה, מתן התייחסות שימושית למטפלים הרלוונטיים.
פגיעה מוחית איסכמית היא הפגיעה המוחית הנפוצה ביותר בקליניקה, ומהווה כ-75% מהמקרים של מחלות כלי דם במוח. איסכמיה יכולה להוביל לפגיעות מוח משניות חמורותולמחלות 1,2, ותרדמת היא התסמין החמור ביותר הנגרם על ידי פגיעה מוחית איסכמית היפוקסית. זהו גם המסלול הסופי למצבים קריטיים רבים3. תרדמת היא מחלה קריטית וקשה בקליניקה שקשה לנהל4. ככל שהתרדמת נמשכת זמן רב יותר, כך גדלה הסכנה הפוטנציאלית. התעוררות מהירה היא המטרה העיקרית במניעת הידרדרות והתקדמות המצב. למרות הזרקת naloxone יש מגוון רחב של יישומים קליניים בקידום ערות, זה עדיין יש כמה תופעות לוואי5. לכן, פיתוח תרופות בטוחות ויעילות המקדמות ערות הוא בעיה דחופה שיש לטפל בה. הקמת מודל פשוט וקל לתפעול של תרדמת איסכמית במוח חיונית להבהרת הפתוגנזה של תרדמת איסכמית ולפיתוח תרופות 6,7,8.
מטרת מחקר זה היא להציג מודל של גרימת תרדמת איסכמית גלובלית באמצעות אלקטרוקואגולציה של עורקי חוליות דו-צדדיים (VA) וקשירה זמנית של עורקי התרדמה המשותפים הדו-צדדיים (CCA), שהיא פשוטה וידידותית למשתמש עבור מתחילים. הפרוטוקול הקודם כלל חשיפת הפתח הפטריגואיד הדו-צדדי של החוליה הצווארית האחורית הראשונה במהלך הניתוח הראשון וצריבה חשמלית של פתח הפטריגואיד כדי לחסום את ה- VAs הדו-צדדיים. ניתוח שני בוצע 24 שעות מאוחר יותר כדי לגרום לתרדמת איסכמית מוחלטת על ידי קשירה של CCA דו צדדי 9,10,11,12. עם זאת, בשל חוסר נראות, קיים סיכון של אלקטרוקואגולציה חלקית, דימום, גזע המוח, ופגיעה בחוט השדרה, כמו גם תקופת ניסוי ממושכת. לכן, יש צורך לטפל בנושאים אלה.
כאן, אנו מציגים שיטה משופרת עבור מודלים תרדמת איסכמית. ההליך העיקרי כולל ביצוע חתך צוואר קדמי חציוני, ביצוע כריתה חשמלית של VAs דו צדדי בתנאי ראייה, וקשירת CCA דו צדדית קצרה במהלך ניתוח אחד כדי לחסום את אספקת הדם למוח כולו, גרימת עיכוב אלקטרואנצפלוגרם מהיר (EEG) ומוביל לתרדמת. שיטה זו גם גורמת לתרדמת מתמשכת קצרה לאחר רפרפוזיה. הליך זה קל לביצוע, ידידותי למתחילים, ומפחית את הסיכון לזיהום טראומות משני בבעלי חיים, ובכך מקצר את תקופת הניסוי.
הפרוטוקול מתאים לחקר תרדמת איסכמית גלובלית הנגרמת מדום לב. זה גם אידיאלי לחקר דמנציה איסכמית, בעיקר משום שאזור המוח בהיפוקמפוס רגיש מאוד לאיסכמיה; לכן, איסכמיה מוחית חולפת יכולה להוביל לנזק או אפילו אובדן של נוירונים בהיפוקמפוס13, וכתוצאה מכך תפקוד קוגניטיבי. לכן, הפרוטוקול יכול לספק התייחסות למתרגלים הלומדים איסכמיה מוחית, תרדמת איסכמית ודמנציה איסכמית.
פרוטוקול הניסוי נערך בהתאם לדרישות הוועדה לטיפול ושימוש מוסדי בחיות מעבדה באוניברסיטת פושאן (מספר רשומה: 2023-643656). במחקר זה נעשה שימוש בחולדות זכרים מסוג Sprague Dawley (SD) (200 גרם ±-20 גרם, בני 6-8 שבועות). כל נתוני המחקר בבעלי חיים נכתבו בהתאם להנחיות ARRIVE (Animal Research: Reporting In Vivo Experiments). פרטי הריאגנטים והציוד ששימשו במחקר מפורטים בטבלת החומרים.
1. השתלת אלקטרודות EEG
2. תהליך כירורגי של מודל תרדמת איסכמית מוחית
3. התאוששות בעלי חיים
בשל דלקת וגירוי אחר הנגרם על ידי השתלת אלקטרודות, EEG עשוי להיות לא יציב, ולכן החולדות צריך להתאושש במשך 3 ימים. חולדות עם EEG ו- EMG תקינים לאחר 3 ימים יכולות להיכלל להכנת דגם תרדמת. כאשר החולדות הורדמו, פעילות ה-EEG וה-EMG דוכאה מעט, אך התנהלה בצורה חלקה. לא היה שינוי משמעותי בפעילות ה-EEG וה-EMG לאחר שאלקטרוקואגולציה חסמה את ה-VAs הדו-צדדיים. לאחר כ-30 דקות, התרופה עברה מטבוליזם, החולדות חזרו בהדרגה להכרה, ופעילות ה-EEG וה-EMG התגברה. כאשר חולדות הראו עוויתות גפיים, בעוד שאותות EEG ו-EMG היו פעילים וכבר לא בקו ישר, ה-CCA נקשר במהירות. ברגע זה, כל ארבעת כלי הדם האחראים על אספקת הדם למוח נחסמו, וכתוצאה מכך איסכמיה מוחית עולמית. פעילויות ה-EEG וה-EMG עוכבו במהירות, כמעט יצרו קו ישר, והחולדה כבר לא נאבקה, וגלגלי העיניים נראו אפורים ולבנים (איור 2A). אם לא ניתן לגרום לחולדות להיכנס לתרדמת, זה אומר שהמודל נכשל.
לאחר 30 דקות, חוט הקשירה הראשון של ה-CCA שוחרר לרפרפוזיה, אך חוט הקשירה השני שהונח לפני ה-CCA שמר על רמת זילוח נמוכה, וגרם לתרדמת מתמשכת אצל החולדות למשך כ-60 דקות. עם הפיצוי ההדרגתי וזילוח הדם של הגוף, החולדות התעוררו בהדרגה (איור 2B). ה-EEG וה-EMG של החולדות התאוששו כמעט לחלוטין לאחר שהתעוררו.
איור 1: תרשים מיקום של עורק החוליות האלקטרוקואגולציה. שלבים 1-3 מתארים את פרוטוקול השתלת האלקטרודות, ושלב 4 בודק אם האלקטרודות מתפקדות כראוי. שלבים 5-6 מפרטים את הליך החתך הכירורגי בקדמת הצוואר ובעורקי החוליות הדו-צדדיים (VAs) לאלקטרוקואגולציה. חיצים צהובים וקשתות מציינים את אתרי המפתח לאלקטרוקואגולציה. חוטי משי משמשים להדמיית המעבר של עורק החוליות דרך עמוד השדרה, ומספקים אינדיקציה ברורה יותר למיקומו האופייני של עורק החוליות החשמלי. שלבים 7-9 מתארים את הפרוטוקולים לקשירת עורקי התרדמה המשותפים הדו-צדדיים (CCAs) לגרימת תרדמת. כל הנהלים עומדים בהנחיות לשימוש בבעלי חיים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: אלקטרואנצפלוגרם (EEG) ואלקטרומיוגרמה (EMG) משתנים מתרדמת להתאוששות. (A) צורת גל של EEG, EMG ורמות פעילות בחולדות במהלך תרדמת איסכמית מוחית. (B) תרשים של רמות EEG, EMG ופעילות בחולדות שעוברות מתרדמת להתעוררות. התהליך כולו נמשך כ-90 דקות. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
חסימת ארבעה כלי דם גורמת לפגיעה מוחית איסכמית והיפוקסית גלובלית, שיכולה לדמות תרדמת חריפה, דום לב, חנק, הלם, הפרעות קצב חמורות ומצבים קליניים קריטיים אחרים הנגרמים על ידי איסכמיה מוחית בפרקטיקה הקלינית. בינתיים, חסימה של ארבעה כלי דם יכולה להוביל לנזק בעיקר בהיפוקמפוס17,18, שהוא האזור התפקודי העיקרי במוח האחראי על זיכרון קוגניטיבי 19,20,21. לכן, חסימת ארבעה כלי דם יכולה לשמש גם כדי לדמות דמנציה וסקולרית מודל22,23. לסיכום, מודל איסכמיה מוחית גלובלית הנגרמת על ידי חסימת ארבעה כלי דם נמצא בשימוש נרחב כדי לדמות את המחלות הקליניות הנ"ל.
בשנת 1979, Pulsinelli et al.10 השיגו איסכמיה מוחית גלובלית ורפרפוזיה על ידי חסימת עורקי התרדמה המשותפים הדו-צדדיים ועורקי החוליות הדו-צדדיים. מאז, המודל הפך בהדרגה לשיטת הכנה קלאסית מוכרת בעולם לדגמי איסכמיה מוחית עולמית 24,25,26. עם זאת, לשיטה זו יש כמה בעיות, כגון הבדלים בודדים בתהליך הרוחבי ובפתח של החוליה הצווארית הראשונה, כולל פורמינה קטנה, לא סדירה ומעוקלת, וכתוצאה מכך אלקטרוקואגולציה חלקית. בנוסף, קרישה חשמלית ארוכת טווח או זרם חשמלי מוגזם עלולים להוות סיכון לפגיעה בגזע המוח ובחוט השדרה. קרישה לא מספקת של עורק החוליות עלולה להוביל לדימום משמעותי ולבעיות אחרות 15,16,27.
לכן, חוקרים ביצעו שיפורים ללא הרף כדי להבטיח את שלמות electrocoagulation של עורק החוליות ולהפחית את השונות של מודל28,29. בשל חוסר הנראות של קרישה חשמלית של עורק החוליות דרך פתח החוליות, טוד ואחרים 30 חשפו באופן מלא את עורק החוליות ושרפו אותו תחת ראייה ישירה על ידי קידוח דרך פתח האטלס, ובכך הגדילו את הדיוק של אלקטרוקואגולציה. עם זאת, שיטה כירורגית זו היא פולשנית מאוד ועלולה לפגוע בעמוד השדרה הצווארי. הדופן הדקה של פתח הפטריגואיד יכולה בקלות לפגוע בעורק החוליות, לגרום לדימום מסיבי וכתוצאה מכך לשיעור תמותה גבוה יחסית. Sugio et al.12 דמיינו את עורק החוליות וקטעו אותו לצמיתות על ידי החדרת מחט חשמלית לפורמינה הבין חולייתית השמאלית והימנית של החוליה הצווארית השנייה. Toda et al.31 ו- Lu et al.27 חשפו את עורק החוליות בין התהליכים הרוחביים הראשון והשני מחוץ למפרק האטלס בהתבסס על מבנה אנטומי זה וביצעו אלקטרוקואגולציה. חוקרים אלה פתרו את בעיית חוסר היציבות באלקטרוקואגולציה כאשר עורק החוליות לא נראה לעין על ידי חשיפתו מאחורי הצוואר וביצוע אלקטרוקואגולציה.
עם זאת, חולדות שעברו ניתוח הן בבטן והן בגב עדיין היו בסיכון מוגבר לזיהום, ולכן כמה חוקרים ניסו לנתח מקדמת הצוואר. Sun Wei et al.15 השיגו איסכמיה מוחית גלובלית על ידי הפרדת עורק החוליות מהצוואר הקדמי, קשירה או חיתוך של העורקים הקטנים, וחיתוך רציף או לסירוגין של CCA. שלב זה דורש פעולה קפדנית, שכן עורק החוליות קשה להפרדה בשל אופיו העדין. בנוסף, קשה להדק במדויק מהדקים עורקים קטנים את עורק החוליות. אם ההפרדה אינה ברורה ונקייה מספיק, היא תוביל להידוק או קשירה לא מלאים, מה שללא ספק מגביר את חוסר היציבות של המודל.
מחקר זה מספק שיטה פשוטה וישימה לאלקטרוקואגולציה של עורק החוליות. שלב המפתח הוא לא להפריד את עורק החוליות אלא לאתר את הפתח הרוחבי שבו עורק החוליות חוצה ונכנס לחוליה הצווארית הראשונה. זוהי הכניסה לעורק החוליות, שיש לו תכונה מעוקלת, המאפשרת לטירונים לאתר אותו במהירות. לאחר חימום מקדים של עט האלקטרוקואגולציה, הכנס אותו למצב מעוקל כדי לקרוש במהירות את עורק החוליות, שנמשך 3-5 שניות כדי להבטיח חסימה מוחלטת. הן אלקטרוקואגולציה של עורק החוליות והן קשירת CCA בוצעו בניתוח אחד, מה שהפחית את הסיכון לזיהום ואת משך הניסוי.
עוד מצאנו כי מותה של חיית המודל נגרם בעיקר מחסימה של כל ארבעת כלי הדם האחראים על אספקת הדם במוח ולא היה קשור למספר הפעולות הכירורגיות. עם זאת, השלמת כל הניתוחים בניתוח אחד אכן קיצרה את תקופת הניסוי. בנוסף, השיטה ששונתה יכולה לשמש גם להכנת מודל איסכמיה מוחית גלובלית. מודל תרדמת איסכמיה מוחית הנגרמת על ידי חסימת ארבעה כלי דם יכול גם לדמות את מודל "תסמונת הנעילה" ברפואה הסינית המסורתית32. לכן, המודל שהוצג במחקר זה יכול גם לספק התייחסות למטפלים ברפואה סינית מסורתית.
בספרות קודמת 16,33,34, קשירת היצרות CCA בוצעה 30 דקות לאחר איסכמיה. עם זאת, לאחר 30 דקות של איסכמיה, כמה חולדות הראו הכרה קלה עקב פיצוי. גירוי מכני עלול לגרום לחולדות האלה להתעורר, מה שיוביל לכישלון של מודל התרדמת. לכן, במחקר שלנו, טיפול בהיצרות CCA בוצע מיד לאחר תחילת התרדמת. בשלב זה, עומק התרדמת היה עמוק, מה שהקשה על גירוי החולדות להתעורר, מה שהבטיח את יציבות המודל. ה- CCA היה במצב מהודק במהלך טיפול זה, והטיפול בהיצרות לא ישפיע על זרימת הדם.
בנוסף, בחתך הצוואר של חולדות, נצפה כי עורקי החוליות בשלושה מרווחי עמוד השדרה יכולים להיחסם על ידי electrocautery או קשירה. עם זאת, קיים סימן אופייני לכניסת עורק החוליות בעמוד השדרה הראשון, מה שהופך אותו מתאים מאוד לחסימה אלקטרוקאוטרית. בשל היעדר סמנים אופייניים בין החוליה השנייה והשלישית, כמו גם בין החוליה השלישית והרביעית, קשירת התפרים מתאימה יותר. עם זאת, יש חסרון של קשירה לא מספקת. לכן, במחקר זה נבחרה אלקטרוצריבה לניתוק עורק החוליות בין החוליה הראשונה לשנייה.
בנוסף, יש לציין כי ההצלחה של מודל זה קשורה קשר הדוק למשקל של חולדות. דווח כי חולדות השוקלות בין 180-200 גרם מתאימות יותר לגרימת תרדמת. במחקר זה נמצא גם כי חולדות השוקלות פחות מ-180 גרם מתקשות לעמוד בנזק של ארבעה כלי דם בו זמנית, מה שמוביל לשיעור תמותה גבוה. לעומת זאת, אם המשקל גדול מ -220 גרם, החולדה תתעורר במהירות ולא תישאר בתרדמת מספיק זמן כדי לעמוד בתקן הדגם.
יתר על כן, קוטר חור הסיכה המשמש להיצרות CCA הוא גורם נוסף המשפיע על משך התרדמת בחולדות. מחקרים הראו כי קוטר חור סיכה של 0.6 מ"מ יכול לגרום לתרדמת מתמשכת בחולדות למשך 6-8 שעות עם שיעור הישרדות גבוה. קוטר חור סיכה של 0.45 מ"מ גרם להיצרות עורקים קיצונית בחולדות, מה שהוביל לכישלון של חולדות שנפגעו קשה להחלים, בעוד שקוטר של 0.7 מ"מ גרם לתרדמת שנמשכה 1-3 שעות, אך עם הבדלים אינדיבידואליים משמעותיים16.
עם זאת, בניסוי הראשוני, קוטר חור סיכה של 0.6 מ"מ לא יכול לגרום לתרדמת במשך יותר מ -60 דקות, בעוד קוטר של 0.5 מ"מ יכול לגרום לתרדמת במשך 1-2 שעות. זה שונה מהמחקר של Xiaobing Jia et al., אשר עשוי להיות בשל הבדלים בהרדמה ושיטות דוגמנות. מחקר נוסף יידרש בעתיד כדי להבהיר הבדלים אלה.
לסיכום, מחקר זה מציג שיטה פשוטה, ישימה וידידותית למתחילים לחסימת ארבעה כלי שיט. הוא משמש התייחסות חשובה למתרגלים הלומדים תרדמת איסכמית מוחית או איסכמיה מוחית גלובלית.
למחברים אין מה לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (82173781 ו -82373835), פרויקט מחקר פוסט-דוקטורט (BKS212055), פרויקט חדשנות מדע וטכנולוגיה של פושאן הלשכה למדע וטכנולוגיה (2320001007331), קרן המחקר הבסיסית והיישומית של גואנגדונג (2019A1515010806), פרויקטי שדה מרכזיים (ייצור חכם) של אוניברסיטאות כלליות במחוז גואנגדונג (2020ZDZX2057), ופרויקטי המחקר המדעי (חדשנות אופיינית) של כללי אוניברסיטאות במחוז גואנגדונג (2019KTSCX195).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
16 channel microfiber photoelectrode array | Jiangsu Yige Biotechnology Co., Ltd | 2605 | |
4-0 Surgical suture | Nantong Holycon Medical Devices Co.,Ltd. | B-104 | |
6-0 Surgical suture | Ningbo MEDICAL Needle Co., Ltd. | JM1216-742417 | |
EEG electrode | Kedou Brain machine Technology Co., LTD | KD-EEGEMG | |
Electrocoagulation pen | CONPUVON Company | 465 | |
Lunion Stage Automatic Sleep Staging System | Shanghai Lulian Intelligent Technology Co., Ltd. | 1336 | |
Miniature hand-held skull drill | Rayward Life Technology Co., Ltd | 87001 | |
Penicillin sodium | Chengdu Kelong Chemical Co., Ltd. | 17121709-2 | |
SD rats | SPF ( Beijing ) Biotechnology Co.,Ltd. | 180-220g | |
Skull nail | GLOBALEBIO,LTD | / | |
Stereotaxic instrument | Rayward Life Technology Co., Ltd | 68801 | |
Zoletil 50 | Vic Trading (Shanghai) Co., LTD | BN 88SHA |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved