Deneysel fare subaraknoid kanama modelinde erken dönem kortikal kan akımı değişikliklerinin incelenmesi
Investigation of early cortical blood flow changes in the experimental mouse model of subarachnoid hemorrhage
Yazar: TURAL HIDAYATOV
Danışman: PROF. DR. MELİKE MUT AŞKUN
Hacettepe Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Beyin ve Sinir Cerrahisi Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2016
Konu: Nöroşirürji = Neurosurgery

Özet:
Giriş: İntrakranial anevrizma rüptürüne bağlı spontan subaraknoid kanama (SAK) önemli bir mortalite ve morbidite nedenidir. Subaraknoid kanama ile ilgili temel araştırmalar geç dönemde ortaya çıkan vazospazmın mekanizmaları üzerine yoğunlaşmıştır. Subaraknoid kanama sonrası iskemik hasarın patofizyolojisinde erken dönem mikrosirkülasyon değişikliklerinin rolü giderek önem kazanamaktadır. Ancak literatürdeki mikrosikülasyon değişiklikleri ile ilgili güncel bilgiler oldukça sınırlıdır.
Amaç: Bu çalışmada, yeni bir in vivo görüntüleme yöntemi olan "laser speckle contrast imaging" (lazer beneklenme kontrast görüntüleme (LBKG)) ile SAK sonrası erken dönem kortikal kan akımı değişikliklerinin hem mekansal (spatial) hem de zamansal (temporal) dinamiklerinin izlenmesi amaçlanmıştır. Ayrıca %5 CO2 inhalasyonunun mikrosirkulasyon değişikliklerinin otoregülasyonu ve kortikal damarsal yanıtı nasıl etkilediği araştırılmıştır.
Metod: Çalışmada ağırlıkları 25 ile 40 gr arasında değişen 20 adet erkek Swiss albino fare kullanıldı, 5 denek SAK indüksiyonu sonrası erken mortalite nedeniyle çalışmaya alınmadı. Denekler 2 gruba ayrıldı; Grup 1: Sham grubu (5 hayvan): kranial kemik inceltilmesi + boyun diseksiyonu + LBKG; Grup 2: SAK grubu (10 hayvan): kranial kemik inceltilmesi + boyun diseksiyonu + SAK + LBKG. Deneklerde stereotaksik çerçevede pron pozisyonda kranial kemik inceltildikten sonra LBKG ile bazal görüntüler alındı. Daha sonra supin pozisyonda boyun diseksiyonu yapıldı ve takiben endovasküler filament perforasyon yöntemi ile SAK oluşturuldu. Tekrar pron pozisyona alınarak SAK oluşturulduktan sonra 90 dk boyunca LBKG kaydı ile mikrosirkülasyon değişiklikleri gözlendi. Deneklere 3 dakika boyunca %5 CO2 solutularak kortikal damarların reaktivitesine bakıldı. Aynı zamanda spontan oluşan kortikal yayılan depolarizasyon (KYD) dalgaları kaydedildi. Toplamda 2 saat izlem sonrası hayvanlar bilinç ve nörolojik hasar yönünden muayene edildikten sonra sakrifiye edilerek beyinleri çıkartıldı. Çıkarılan beyinlerin bazal sisternlerindeki kan miktarı Sugawara SAK derecelendirme sakalasına göre değerlendirildi ve örnekler histopatolojik olarak incelendi.
v
Bulgular: Subaraknoid kanamadan hemen sonra ipsilateral (SAK oluşan) hemisferde MCA sulama alanında derin iskemi ve serebral kan akımında (SKA) ortalama %62,6 (%38-85) düzeyinde azalma görüldü. Kontralateral hemisferde oluşan iskemi daha hafifti ve SKA'nda ortalama %32,8 (%13-58) azalma görüldü. SAK grubundaki 10 fareden 6'sında oluşan spontan KYD'lar sonrası normal beyinde beklenen hiperemik yanıt gözlenmedi, yayılan iskemi yanıtı izlendi. KYD sonrası ipsilateral iskemi arttı ve SKA'da azalma 30. dk'da ortalama %68,6 (%46-80), 60. dk'da ise ortalama %68,5 (%41-82) değerlerine ulaştı. Kontralateral hemisferde ise her KYD'a iskemi sonrası minimal hiperemik yanıtın eşlik ettiği görüldü. Aynı zamanda kontralateral hemisferde 3 denekte spontan, 3 denekte ise ipsilateral hemisferdeki KYD'ları takiben spontan KYD'lar izlendi. İskemi ağırlaşarak SKA'da azalma 30. dk'da ortalama %42,8 (%11-64), 60. dk'da ise ortalama %47,5 (%21-75) değerine ulaştı. Sadece bir denekte kontralateral hemisferde SAK sonrası SKA'da %20 oranda artış görüldü. İpsilateral hemisferde CO2'e hiperemik yanıt - SKA'da ortalama %18,7 (%4-33) artış, kontralateral hemisferde ise ortalama %31,2 (%4-100) değerinde SKA artışı ile sonuçlanan hiperemik yanıt gözlendi.
Sonuç: Bu çalışma ile SAK sonrası erken dönemde ipsilateral hemisferde daha derin olmak üzere beyinde global iskemi geliştiği, bu iskeminin özellikle spontan KYD'ların geçişi ile daha da derinleştiği gözlenmiştir. İpsilateral hemisferde daha belirgin olmak üzere CO2 verilmesi sonrası otoregülasyonun ve kortikal damarsal yanıtın bozulmuş olduğu ve KYD geçişi ile bu bozulmanın daha da arttığı ortaya konulmuştur. SAK sonrası 2. saatte histopatolojik değişiklik, enfarkt, mikrotrombus veya vasokonsriksiyon gözlenmemiştir; bu nedenle SAK sonrası erken iskemik hasarın sınırlandırılması ve geç dönem ilerleyici ikincil hasarın önlenmesi için ilk 2 saatte yapılacak mikrosirkülasyonu düzeltmeye yönelik tedaviler başarı sağlayabilir. Gelecekte yapılacak çalışmalar, SAK sonrası mikrosirkülasyondaki disfonksiyonun altında yatan mekanizmaları aydınlattığında, beyin hasarını önlemek ve klinik sonuçları iyileştirmek amacıyla yeni tedavi stratejilerinin geliştirilmesi için zemin hazırlayacaktır.

Abstract:
Introduction: Subarachnoid hemorrhage (SAH) caused by spontaneous rupture of a cerebral aneurysm has very high mortality and morbidity. Recent studies about SAH have focused on the mechanisms of vasospasm which occur in the late period. Early onset microcirculation changes after SAH have gained significant role on the pathophysiology of ischemic injury. However, current knowledge about microcirculation changes is quite limited in the literature.
Objective: In this study, spatial and temporal dynamics of early cortical blood flow (CBF) changes after subarachnoid hemorrhage were investigated with a new in vivo imaging method called laser speckle contrast imaging (LSCI). Additionally effects of CO2 inhalation on autoregulation of microcirculation and cortical vascular response were studied.
Methods: Twenty male Swiss albino mice weighing 25-40 gr were included in this study, 5 mice excluded due to early mortality after induction of SAH. The remaining 15 were randomly divided into 2 groups; Group 1: Sham group (5 animals): thinning of cranium + neck dissection + LSCI; Group 2: SAH group (10 animals): thinning of cranium + neck dissection + SAH + LSCI. Fixed in stereotaxic frame in prone position, the cranium was thinned and LSCI basal images were taken. With the animals placed in supine position, neck dissection was carried out and SAH was performed using endovascular filament perforation method. The animals were placed in prone position again, LSCI was recorded for 90 minutes. Cortical vascular reactivity was evaluated with the inhalation of 5% CO2 for 3 minutes. Meanwhile, spontaneous cortical spreading depolarizations (CSD) were recorded as phasic changes in CBF. After 2 hours of investigation, the mice were examined in terms of consciousness and neurological damage. Later on they were sacrificed and the brains were removed. The amount of blood in basal cisterns of ex vivo brains were evaluated according to Sugawara's SAH grading system and the samples were studied histopathologically.
Results: Immediately after SAH, severe ischemia and mean 62.6% (range: 38-85%) reduction of CBF were observed in the MCA territory of ipsilateral hemisphere
vii
(SAH induced). On the other hand, the ischemia was milder and reduction of CBF was mean 32.8% (range: 13-58%) in the contralateral hemisphere. Hyperemic response to CSD that occurs in physiologic conditions (sham) was not observed in ipsilateral hemisphere; instead spreading ischemia was recorded. In 6 mice of the SAH group, ischemia after spontaneous CSDs was aggravated and reduction of CBF reached mean 42.8% (range: 11-64%) at the 30th min, mean 47.5% (range: 21-75%) at the 60th min. However, minimal hyperemic response to CSDs was observed in contralateral hemisphere. In contralateral hemispheres of 6 animals spontaneous CSDs were recorded: 3 of them had spontaneous ones, the remaining 3 had CSDs after ipsilateral pinprick. As the ischemia continued to spread, CBF reached mean 42.8% (range: 11-64%) and mean 47.5% (range: 21-75%) of the original value at the 30th and 60th minutes respectively. In only one of the cases an increase of 20% was observed in the CBF value of the contralateral hemisphere following SAH. Regarding hyperemic response to CO2, an increase of mean 18.7% (range: 4-33%) in the ipsilateral hemisphere and mean 31.2% (range: 4-100%) in the contralateral hemisphere were observed in the CBF values.
Conclusion: According to the results of the present study, during the early phase following SAH, a global ischemia –deeper in the ipsilateral hemisphere– develops in the brain, which goes even deeper with the onset of spontaneous CSDs. Based on the CBF measurements, cortical vascular reactivity, evaluated by CO2 inhalation, is found to be disrupted. This disruption, however, is worsened with the onset of CSDs. No histopathological changes, infarct, microthrombus or vasoconstriction were observed 2 hours after SAH. Hence, in order to minimize ischemic damages during early stages following SAH, as well as to prevent progressive secondary damages during late stages, it might be useful to apply treatments that improve microcirculation during the first 2 hours following SAH. Further investigations are needed to study the underlying mechanisms of post-SAH ischemia and microcirculation dysfunction. These studies might provide the basis for new treatment strategies preventing brain damage following SAH, hence improving clinical outcomes.