Модель ишемического инсульта у крыс

Животная модель ишемического инсульта — Animal model of ischemic stroke

Модели ишемического инсульта на животных — это процедуры, вызывающие церебральную ишемию . Целью является изучение основных процессов или возможных терапевтических вмешательств при этом заболевании, а также расширение патофизиологических знаний и / или улучшение медицинского лечения ишемического инсульта у человека. Ишемический инсульт имеет сложную патофизиологию, включающую взаимодействие множества различных клеток и тканей, таких как нейроны , глии , эндотелий и иммунную систему . Эти события пока нельзя удовлетворительно воспроизвести in vitro . Таким образом, большая часть исследований инсульта проводится на животных.

Содержание

Обзор

В настоящее время известно несколько моделей, вызывающих церебральную ишемию у разных видов. Глобальные модели ишемии, как полные, так и неполные, как правило, легче выполнять. Однако они менее актуальны для человеческого инсульта, чем модели фокального инсульта, потому что глобальная ишемия не является общей чертой человеческого инсульта. Однако в различных условиях глобальная ишемия также актуальна, например, при глобальном аноксическом поражении мозга из-за остановки сердца. Различные виды также различаются по своей восприимчивости к различным типам ишемических поражений. Пример — песчанки . У них нет Виллисова круга, и инсульт может быть вызван только окклюзией общей сонной артерии.

Механизмы индукции ишемического инсульта

Некоторые из используемых механизмов:

• Полная глобальная ишемия
  • Обезглавливание
  • Окклюзия аорты / полой вены
  • Наружный жгут шеи или манжета
  • Остановка сердца
• Неполная глобальная ишемия
  • Кровоизлияние или гипотония
  • Гипоксическая ишемия
  • Внутричерепная гипертензия и окклюзия общей сонной артерии
  • Окклюзия двух сосудов и гипотензия
  • Окклюзия четырех сосудов
  • Односторонняя окклюзия общей сонной артерии (только у некоторых видов)
• Фокальная церебральная ишемия
  • Сужение артерий и вен, вызванное эндотелином-1
  • Окклюзия средней мозговой артерии
  • Спонтанный инфаркт головного мозга (у крыс со спонтанной гипертонией)
  • Эмболизация макросфер
• Мультифокальная церебральная ишемия
  • Эмболизация тромбов
  • Эмболизация микросфер
  • Фототромбоз

Модели гипоксической ишемии

Одна из наиболее часто используемых моделей гипоксической ишемии на животных была первоначально описана Левином в 1960 году и позже усовершенствована Райсом и др. В 1981 году. Этот подход полезен для изучения гипоксической ишемии в развивающемся головном мозге, поскольку новорожденных крысят используют в эта модель. Вкратце, 7-дневным крысятам проводят постоянную одностороннюю перевязку сонной артерии с последующим 3-часовым воздействием гипоксической среды (8% кислорода). Эта модель создает односторонний инфаркт в полушарии, ипсилатеральном по отношению к перевязке, поскольку гипоксия сама по себе является подпороговой для травмы в этом возрасте. Область повреждения обычно сосредоточена в перивентрикулярных областях мозга, особенно в области коры и гиппокампа.

Модели фокальной ишемии

Они делятся на методы, включающие реперфузию ишемической ткани (преходящая фокальная церебральная ишемия) и методы без реперфузии (постоянная фокальная церебральная ишемия). Установлены следующие модели:

• Сужение артерий и вен, вызванное эндотелином-1
• Окклюзия средней мозговой артерии (MCAO)
  • MCAO избегает краниотомии
    • Эмболическая окклюзия средней мозговой артерии
    • Эндоваскулярная окклюзия средней мозговой артерии (преходящая или постоянная)
  • MCAO с трепанацией черепа
    • Постоянная транскраниальная окклюзия средней мозговой артерии
    • Транзиторная транскраниальная окклюзия средней мозговой артерии
• Прямое повреждение тканей
  • Цереброкортикальный фототромбоз

Сужение артерий и вен, вызванное эндотелином-1

Эндотелин-1 является сильнодействующим вазоконстриктором, который вырабатывается эндогенно во время ишемического инсульта и способствует общей потере клеток и инвалидности. Экзогенный эндотелин-1 также может быть использован для индукции инсульта и гибели клеток после стойкой вазоконстрикции с реперфузией. Его можно вводить с помощью микроинъекций, чтобы вызвать очаговый удар в небольших объемах тканей (например, серое вещество коры, белое вещество или подкорковую ткань) или после инъекции рядом со средней мозговой артерией . Его часто используют в качестве модели фокального инсульта для оценки возможных прорегенеративных методов лечения. Одним из преимуществ этой модели инсульта является то, что он вызывает хорошо воспроизводимые инфаркты. Еще одно преимущество заключается в том, что его можно использовать у пожилых крыс с очень низкой смертностью.

Эмболическая окклюзия средней мозговой артерии

Окклюзия средней мозговой артерии (MCA) достигается в этой модели путем инъекции частиц, таких как сгустки крови (тромбоэмболическая MCAO) или искусственных сфер, в сонную артерию животных в качестве животной модели ишемического инсульта. Тромбоэмболическая MCAO достигается либо путем инъекции сгустков, которые образовались in vitro, либо путем эндоваскулярной инстилляции тромбина для свертывания in situ. Модель тромбоэмболии наиболее близка к патофизиологии кардиоэмболического инсульта у человека . При введении сфер в мозговое кровообращение их размер определяет характер инфаркта головного мозга: макросферы (300–400 мкм) вызывают инфаркты, аналогичные тем, которые достигаются при окклюзии проксимальной СМА, тогда как инъекции микросфер (

50 мкм) вызывают дистальные диффузные эмболия. Однако качество MCAO — и, следовательно, объем инфарктов головного мозга — очень изменчиво, что еще больше усугубляется определенной скоростью спонтанного лизиса введенных сгустков крови.

Окклюзия эндоваскулярной нити средней мозговой артерии

Техника эндоваскулярного филамента (внутрипросветного шва) MCAO в качестве животной модели ишемического инсульта была впервые описана Коидзуми. Применяется для крыс и мышей. Кусок хирургической нити вводится во внутреннюю сонную артерию и продвигается вперед до тех пор, пока кончик не закроет начало средней мозговой артерии , что приведет к прекращению кровотока и последующему инфаркту мозга в области ее кровоснабжения. Если через определенный интервал снимается шов, достигается реперфузия (переходная MCAO); если нить остается на месте, процедура также подходит в качестве модели постоянной MCAO. Наиболее распространенная модификация основана на Longa (1989), который описал введение филамента через внешнюю сонную артерию , что позволяет закрыть точку доступа с сохранением кровоснабжения головного мозга через общую и внутреннюю сонную артерию после удаления филамента. Известными недостатками этого метода являются недостаточная окклюзия, субарахноидальное кровоизлияние , гипертермия и некроз ипсилатеральной экстракраниальной ткани. Нить MCAO не применима ко всем крысиным штаммам .

Постоянная транскраниальная окклюзия средней мозговой артерии

В этой животной модели ишемического инсульта средняя мозговая артерия (СМА) иссекается хирургическим путем, а затем окончательно закупоривается, например, с помощью электрокоагуляции или лигирования . Окклюзия может выполняться на проксимальной или дистальной части СМА. В последнем случае ишемическое повреждение ограничивается корой головного мозга . MCAO может сочетаться с временной или постоянной окклюзией общей сонной артерии . Эти модели требуют небольшой трепанации черепа .

Транзиторная транскраниальная окклюзия средней мозговой артерии

Техника моделирования ишемического инсульта с помощью транзиторной транскраниальной MCAO аналогична методике постоянной транскраниальной MCAO, при этом MCA реперфузируется после определенного периода фокальной церебральной ишемии . Как и постоянная MCAO, требуется трепанация черепа, и можно комбинировать окклюзию общей сонной артерии (ОСА). Окклюзия одной СМА и обеих ОСА называется моделью окклюзии трех сосудов при фокальной церебральной ишемии .

Цереброкортикальный фототромбоз

Фототромботические модели ишемического инсульта используют локальную внутрисосудистую фотокоагуляцию ограниченных областей коры. После внутривенной инъекции светочувствительных красителей, таких как бенгальская роза , мозг облучается через череп через небольшое отверстие или истонченное черепное окно, что приводит к фотохимической окклюзии облученных сосудов с вторичной ишемией тканей. Этот подход был первоначально предложен Розенблюмом и Эль-Саббаном в 1977 году и усовершенствован Уотсоном в 1985 году на мозге крысы. Этот метод также был адаптирован для использования на мышах.

Источник

Модель окклюзии средней мозговой артерии у грызунов: методы и потенциальные ловушки

Академический редактор: Andrea Vecchione

Для моделирования ишемического инсульта были разработаны различные модели животных. Модель окклюзии средней мозговой артерии (MCAO) широко используется, особенно у грызунов. В то время как модель MCAO предоставляет исследователям инсульта отличную платформу для исследования болезни, в литературе, использующей эту модель, иногда встречаются противоречивые или даже парадоксальные результаты. Различные факторы оказывают важное влияние на результат в этой модели инсульта, включая возраст и пол исследуемого животного. В настоящем документе рассматривается новая информация о влиянии возраста и пола на результаты ишемии после MCAO с акцентом на мышиные модели инсульта.

Инсульт является третьей основной причиной смертности и главной причиной долговременной инвалидности в Соединенных Штатах. Ишемический инсульт составляет примерно 80% всех ходов [1]; однако существует только одна одобренная FDA терапия для лечения острого ишемического инсульта, активатора плазминогена тромболитической ткани (tPA) [2]. Чтобы исследовать механизмы, лежащие в основе травмы после ишемического инсульта, а также разработать эффективные терапевтические подходы к заболеванию, было разработано несколько моделей ишемического инсульта у самых разных видов, включая грызунов, клыков, кроликов, кошек и даже нечеловеческих приматов [ 3-6]. Модели инсульта, которые могут быть использованы у грызунов, становятся все более популярными на скамейке, потому что (1) генетически сконструированные мыши особенно полезны для улучшения нашего понимания компонентов ишемической патофизиологии и разработки потенциальных новых профилактических, нейропротекторных и терапевтических препаратов и вмешательств; (2) ряд результатов нейросенсорного и моторного поведения стал стандартизован для грызунов, что облегчает оценку функциональных результатов после экспериментального инсульта [7]; (3) общественность имеет тенденцию к меньшему количеству забот о животных в отношении грызунов в исследованиях по сравнению с неродцентами 8. В общем, существует четыре основных типа животных моделей ишемического инсульта: (1) полная глобальная церебральная ишемия; (2) неполная глобальная ишемия; (3) очаговая церебральная ишемия и (4) многофокальная церебральная ишемия [10] (рис. 1). Поскольку ишемический инсульт у пациентов обычно возникает из-за тромботической или эмболической окклюзии в основной мозговой артерии, чаще всего развивается средняя мозговая артерия (MCA), модели экспериментальной фокальной мозговой ишемии, которые имитируют человеческий инсульт и служат незаменимым инструментом при инсульте исследовательской области [11].

Тем не менее, все экспериментальные модели болезни имеют слабые места, а моделирование инсульта не является исключением, особенно с учетом моделей грызунов. Несмотря на многие многообещающие фармакологические агенты, которые резко уменьшают повреждение ткани после экспериментального инсульта на скамейке, ни один из них не был переведен на эффективные средства для клинического применения. Возможные причины этого «отсутствия перевода» были недавно рассмотрены в другом месте [12, 13], но здесь будут обсуждаться некоторые из наиболее очевидных, но часто игнорируемых факторов, то есть влияние возраста и пола на результаты инсульта. Большинство экспериментальных исследований инсульта были сделаны исключительно у молодых самцов, хотя инсульт — это заболевание, которое в основном поражает пожилых людей [14]. Инсульт также является сексуально диморфным в клинических популяциях с различными функциональными исходами, возрастом начала и этиологией у мужчин и женщин [15]. Мы опишем наиболее часто используемые модели при исследовании инсульта у грызунов с упором на модель MCAO и обсудим некоторые ограничения этой модели, как она используется в настоящее время. Также будут обсуждены некоторые общие факторы, которые могут влиять на гистологические и поведенческие результаты, включая старение и половые / гормональные факторы.

Были разработаны четыре основные модели грызунов фокальной церебральной ишемии: (1) модели, не требующие краниотомии (эмболическая модель, внутрипросветная шовная модель MCAO, модель фототромбоза и модель развития эндотелина-1), (2) модели, требующие краниотомии (модель Тамуры ), (3) модели развития задней мозговой циркуляции и (4) модели мозгового венозного тромбоза. Они были предметом отличного всестороннего обзора [11] и здесь не будут обсуждаться, кроме как внутрипросветной модели. Среди этих хорошо развитых моделей MCAO широко используется и была распространена на мышь в недавних генетических исследованиях механизмов клеточной гибели. Эта модель предлагает более простой и менее травматичный хирургический подход по сравнению с краниотомическими моделями, более легко поддается изучению реперфузии и адаптирована для использования при непрерывной магнитно-резонансной томографии [16], производит фокальную окклюзию большой мозговой артерии, как показано в человеческий инсульт, и может выполняться с высокой пропускной способностью [17]. Строгий контроль температуры, физиологических переменных и оценка окклюзии с помощью неинвазивных средств (т. Е. Лазерного допплера) уменьшают изменчивость.

Обратимая модель MCAO хорошо изучена и использована исследователями инсульта из-за ее клинически значимой природы, которая имитирует реканализацию эмболизации или тромбированного сосуда с помощью tPA (рисунок 2). Хотя модель использовалась для изучения ишемического инсульта в течение десятилетий, эволюция инфаркта в области крови, передаваемой МКА, не была хорошо выяснена. Поэтому существуют значительные противоречия из-за изменчивости окончательного размера инфаркта и дебатов относительно наиболее надежного момента времени для измерения эффектов различных терапевтических агентов [9, 18, 19]. Вообще говоря, развитие инфаркта, по-видимому, происходит быстрее у мышей, чем у крыс, а также при реперфузии по сравнению с перманентными «нереперфузионными» моделями MCAO. Предыдущие исследования продемонстрировали увеличение объемов инфаркта даже через 3 дня после инсульта у крыс [20, 21]; однако у этих животных не было восстановления кровотока, что может замедлить развитие инфаркта. В предыдущем исследовании [16] мы показали, что 90-минутная окклюзия MCA индуцирует пиковый объем повреждения, очерченный окрашиванием TTC на 24 часа у мышей, который остается без изменений через 7-й день реперфузии (рис. 3). Мы также наблюдали пространственно-временную эволюцию ядра и полутени: в более ранние моменты времени (через 2 и 6 часов после окклюзии) гистологическое сердце инфаркта, измеренное ТТК, ограничивалось полосатым течением, а жизнеспособная ткань окружала это ядро ​​и включала много коры. Впоследствии «определяемый TTC» сердечник расширяется, чтобы задействовать большую часть корковой ткани, поставляемой MCA. Это происходит довольно быстро и полностью (через ТТК) в течение 6-12 часов после начала инсульта. Неясно, может ли какое-либо вмешательство началось через несколько часов после ишемического начала, может уменьшить набор полутени. Разумеется, на 12 часов вся территория, предоставленная MCA, необратимо повреждена. Исследования с использованием МРТ в моделях крыс с переходными MCAO [22, 23] показали, что инфаркт, индуцированный инсультом, превратился в область повреждения аналогичной величины с начальным диффузионным возмущением на 24 часа, как измерено уменьшенным кажущимся коэффициентом диффузии и длительными сигналами T2. Несколько предыдущих исследований также показали, что апоптоз, вызванный переходной моделью MCAO, достиг своего пика при 24-48 ч инсульта [24, 25]. В моделях реперфузии мыши увеличение сигнала T2 наблюдалось крайне рано (на 90 минут) в области инфаркта, что указывало на отек и разрушение гематоэнцефалического барьера, которые не наблюдались после постоянной окклюзии. Это говорит о том, что реперфузия может ускорить развитие инфаркта, по крайней мере у мышей [26]. Динамика полутени также различна между штаммами, измеренными с помощью МРТ [27]. У спонтанно гипертензивной крысы и ее когорта, подверженной инсультам, развиваются более крупные и значительно менее переменные инфаркты после MCAO [28]. Быстрое развитие полутени подчеркивает одно из ограничений в клинических исследованиях нейрозащиты. Большинство исследований на животных вводили предполагаемый нейропротекторный агент либо пред ишемию, внутрисессию, либо очень скоро после реперфузии 29, временные окна, которые невозможно имитировать в клинических испытаниях. Хотя длительное «терапевтическое окно» позволяет большему числу пациентов лечиться, маловероятно наличие спасательной ткани, особенно после успешной реперфузии, если она возникает через 8 часов. Попытка лечить пациентов без рентгенографических доказательств ткани пенообразования через 6 часов, вероятно, является бесполезной и разбавляет любое потенциальное преимущество острого нейропротективного агента. Другие механизмы, которые преобладают после травмы, такие как воспаление, могут быть более жизнеспособными мишенями [32].

Интересно, что различные методы гистологического окрашивания обнаруживают различные эволюционирующие структуры ткани инфаркта или вырождающиеся нейроны. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки. Например, в то время как окрашивание ТТК вызванной MCAO черепно-мозговой травмы не продемонстрировало дальнейшего увеличения инфаркта после 24 ч инсульта, окрашивание фтор-нефрит B [33] показало, что дегенерация нейронов достигла максимума в течение 24 ч, увеличилась на 48 ч, но уменьшилась до исходных значений 7 d после инсульта [16]. Это говорит о том, что Fluoro-Jade B является более чувствительным маркером для острой дегенерации нейронов, но может быть не так полезен для оценки хронического повреждения, которое более точно выполняется с крезил-фиолетовым (CV). TTC является маркером дегидрогеназы ткани и митохондриальной дисфункции и не может представлять собой необратимую гибель клеток, поэтому он может переоценить размер инфаркта [34]. Долгосрочная оценка инфаркта также указывает на то, что ущерб, измеряемый острым окрашиванием ТТС, переоценивает степень травматизма. 50% ишемического полушария плохо окрашивается ТТК остро, но через 30 дней теряется только 10-20% объема полушария (неопубликованные наблюдения). Это говорит о том, что ТТК не может достоверно отражать смерть ткани, а скорее дисфункцию тканей. Fluoro-Jade B очень специфичен для смерти нейронов, но через несколько дней становится неточным, так как дегенерирующие нейроны часто удаляются, что приводит к недооценке повреждений нейронов. CV хорош для долгосрочных исследований, но занимает много времени. Скорее всего, комбинация методов является наиболее точной, и как краткосрочные (24-72 часа), так и долгосрочные (недельные) гистологические результаты следует оценивать до клинического развития любого нейропротективного агента.

Повышенные показатели риска инсульта являются основными факторами роста распространенности инсульта и включают гипертонию, ожирение и диабет [35]. Разработаны модели для этих важных факторов риска. Например, мышь APO E-дефицитная (apoE — / -), созданная в 1992 году, представляет собой наиболее важные модели атеросклероза животных [36]. Спонтанно гипертензивные (SH) крысы используются в качестве «модели, подверженной ударам», и широко используются в исследованиях гипертонии [37]. Также исследована мутация цистатиониновой β-синтетазы (CBS), которая индуцирует усиленный атеротромбоз [38]. Хотя моделирование факторов риска инсульта продвигало наши знания об этих нарушениях, взаимодействие с возрастом и сексом часто игнорировалось.

Старение является наиболее важным независимым фактором риска развития инсульта. У пожилых пациентов более высокая внутрибольничная смертность, а также более низкие функциональные результаты после ишемического события [14]. Хотя возраст является одним из наиболее значимых прогностических маркеров для плохого исхода [39], очень мало исследований было проведено у пожилых животных, особенно у животных старше 15 месяцев. Многочисленные нейрохимические и физиологические изменения происходят со старением [40]. У стареющих животных после инсульта наблюдается меньше образования отека по сравнению с молодыми [41], а NKCC, котранспортер Na-K-Cl, выражен на более низком уровне у старших мышей, чем у молодых мышей после MCAO [42], что указывает на возможный механизм для этого вывода. Клинические исследования postmortem [43] также подтвердили более надежное образование отеков в молодом мозге после инсульта и отчасти являются обоснованием для предложения верхнего возрастного предела 60 для гемикраниэктомии [44]. Недавние данные свидетельствуют о том, что ишемическая предварительная обработка менее эффективна в старческом сердце как в экспериментальных, так и в клинических исследованиях [45], и наше исследование также показало, что ингибитор протеинкиназы (АМФК), индуцированный С, аденозинмонофосфатом, который был доказан как нейропротекторный молодые животные после MCAO [46, 47] не оказывают влияния на стареющих животных (представленная рукопись). Продолжающаяся клиническая неудача перспективных нейропротекторных агентов [48] привела нас к вопросу о целесообразности моделирования инсульта у молодых животных. Необходимы новые парадигмы для проведения трансляционных исследований у стареющих животных.

Гораздо сложнее выполнять MCAO у пожилых грызунов. Стареющие животные обычно тяжелее с большим количеством висцерального жира, менее толерантны к анестезии и имеют менее гибкие сосуды, делающие вставку закрывающих швов намного сложнее, чем у молодых животных. У стареющих животных более высокая смертность после MCAO из-за слабости, периферической иммуносупрессии и других сопутствующих заболеваний [41]. Исследователи инсульта часто избегают использования стареющих животных для MCAO из-за более сложной хирургической процедуры и высокой стоимости покупки и выращивания животных. В литературе очень мало экспериментальных исследований, которые изучали животных среднего возраста и стареющих животных, и это привело к несколько противоречивым результатам. Харламов и др. [49] не обнаружили различий в размере инфаркта в 24 часа, когда оценивали самцов крыс Фишера из трех разных возрастных групп (4, 20 и 27 месяцев). В другом исследовании возраст ассоциировался с увеличением размера инфаркта от 9 до 12% в неокортексе и стриатуме у самцов крыс Wistar у взрослых [50]. Напротив, в других исследованиях было установлено, что гистологическое поражение инфаркта может быть парадоксально выше у молодых (3 месяца) по сравнению с старыми (24-26 месяцев) крысами-самцами [51]. Многие из исследований, в которых показано возрастание объема инсульта, связанного с возрастом, использовали женских животных (поскольку они меньше, чем мужчины, совпадающие с возрастом), а результаты могут также быть связаны с потерей гормонов яичников со старением [52]. В наших предыдущих исследованиях окончательно показано, что у старших мышей у мужчин значительно меньше инфарктов, чем у молодых мужчин после 24 ч 90-минутного MCAO [41], по крайней мере, на гистологическом уровне. Эта разница может быть обнаружена даже до 30 дней после MCAO (неопубликованные данные). Несмотря на разногласия между гистологическими эффектами старения на объем инфаркта (с некоторыми показателями больше, а другие с меньшим поражением инфаркта), неизменно значительно более высокие показатели смертности и более серьезные неврологические нарушения обнаруживаются у более старых животных. Например, в одном исследовании, которое изучало 3-4-месячных против 22-24-месячных крыс-самцов, показатель смертности среди взрослых крыс составил 43,5% по сравнению с 9% у молодых [53]. Несмотря на то, что риск смерти от ишемического повреждения больше у старых мышей, мы обнаружили, что возможное восстановление (через 4 недели после инсульта) не отличается от смертности молодой мыши в большинстве простых поведенческих тестов, хотя «наклон» восстановление происходит намного медленнее. Исключением является угловой тест (представленная рукопись). Необходимо дополнительно исследовать корреляцию между повреждением головного мозга, восстановлением поведения и возрастом.

Учитывая, что молодые и стареющие животные обычно имеют разные веса во время MCAO, неудивительно, что сосуды головного мозга также имеют разный размер и размер. Чтобы обеспечить адекватный и эквивалентный уровень снижения церебрального кровотока (CBF), мы использовали разные размеры окклюзионных швов у молодых и стареющих мышей. Мы обнаружили, что в [41, 42] молодых мышах (20-25 мг) успешная окклюзия требует шва 0.21 мм, но у старших мышей (30-40 мг) требуется более крупный 0,23 мм шов для получения той же степени сокращения CBF. Наш опыт подчеркивает важность рутинного лазерного доплеровского контроля кровотока для обеспечения адекватного (85% -ного падения от исходного уровня) в моделях MCAO для мыши. Это не только уменьшает изменчивость, но и гарантирует, что каждое животное испытывает одинаковый уровень ишемии головного мозга, так как это может иметь драматические последствия для результатов. При использовании стареющих животных в исследованиях необходимо учитывать несколько других проблем, в том числе более высокий уровень инфекций и злокачественных новообразований.

Все шире признается, что эпидемиология ишемического инсульта является сексуально диморфной [15], а терапевтические агенты, направленные на инсульт, по-разному воздействуют на мужчин и женщин. Например, женщины с антикоагуляцией имели относительный риск 2,0 при ишемическом инсульте против антикоагулянтов [54], что указывало на разницу в поведении при коагуляции. Женщины получают большую пользу от лечения тканевого плазминогена (tPA), чем мужчины [55]. Клинические испытания 21-аминостероидного липидного ингибитора перекисного окисления тирилазада, проведенного при травматической черепно-мозговой травме, субарахноидальном кровоизлиянии, ишемическом инсульте и травме спинного мозга, показали, что положительный эффект тирилазада был выше у мужчин, чем у женщин [56, 57]. Эти половые различия становятся все более очевидными в клинических группах. Подавляющее большинство доклинических исследований также продолжает использовать исключительно мужских животных. Существенные ограничения для этого подхода, как мы обсуждаем здесь, используют в качестве примера эстроген (E2). До менопаузы женщины имеют более низкий риск развития инсульта относительно мужчин с возрастом [58]. После менопаузы частота развития инсульта у женщин возрастает [59], что совпадает с уменьшенным циркулирующим уровнем эстрогена и прогестерона и превосходит заболеваемость мужчин. Таким образом, эта картина риска инсульта объясняется наличием защитных женских половых гормонов. За последние тридцать лет большинство когортных, ретроспективных или перспективных обсервационных исследований продемонстрировали значительное снижение сердечно-сосудистых заболеваний у женщин в постменопаузе, получавших E2 (ERT) или комбинированную терапию эстроген-прогестином (ЗГТ) [60]. Все большее число доклинических исследований также зафиксировало половой диморфизм при инсульте. Самки крыс и мышей многих разных инбредных и отбитых штаммов выдерживают меньшее повреждение тканей для эквивалентного оскорбления от фокальной или глобальной церебральной ишемии [61]. Фенотип, защищенный женщинами, часто может быть отменен путем индукции хирургической менопаузы с помощью овариэктомии, и защита может быть воспроизведена у самцов животных путем введения экзогенных эстрогенов [62]. E2 обладает нейротрофическим, антиапоптотическим, сосудорасширяющим, противовоспалительным и антиоксидантным эффектами, каждый из которых может способствовать улучшению результатов в мозге мужчин и женщин [63]. Обработка E2 в физиологически значимых концентрациях уменьшает инфаркт после МСАО в овариэктомированных (OVX) или репродуктивно стареющих женских животных [64, 65], а также у мужчин [61, 66], даже когда они назначаются после MCAO [62].

Инициатива «Здоровье женщины» (WHI), крупнейшее клиническое исследование замены E2 для профилактики инсульта, показала удивительное увеличение частоты инсульта у женщин, получавших эстроген [67, 68]. Объяснение этих результатов широко обсуждалось в литературе [67], но, как полагают, связано с неожиданными провоспалительными эффектами введения эстрогена после длительного периода «гипоэстрогении». Недавнее исследование на мышах показало, что длительная потеря E2 до замены (10 недель) улучшила нейропротекторное и противовоспалительное действие E2, наблюдаемое в MCAO-модели [69]. Похоже, что время замены эстрогена после менопаузы имеет решающее значение для результатов как на животных моделях, так и в клинических испытаниях. Женщины, участвующие в исследовании WHI, были значительно старше (средний возраст 63 года) и хорошо прошли менопаузу (что происходит в среднем возрасте 51 года) до рандомизации [70, 71]. В исследовании на Северном Манхэттенском обследовании показатели инсульта у женщин не выравниваются по сравнению с мужчинами до 75 лет, предполагая, что значительное время проходит, прежде чем женщины потеряют защиту гонадных стероидов.

В дополнение к времени замены E2, другие факторы также могут влиять на эффекты E2 в MCAO, вызванные черепно-мозговой травмой, включая дозу, возраст животного и сроки замены. Недавнее исследование [72], в котором вводили 17β-эстрадиол крысам OVX, которые подверглись MCAO, обнаружили, что коммерчески приобретенные гранулы 17β-эстрадиола с медленным высвобождением продуцировали ранние супрафизиологические пики с последующим существенным снижением уровней сыворотки E2, тогда как силикатные капсулы (внутренние / наружный диаметр: 1,575 / 3,175 мм) позволили получить концентрацию 17β-эстрадиола в физиологическом диапазоне в течение не менее 4 недель. Первый был вредным и усугублял черепно-мозговую травму, в то время как последний был полезен для снижения вызванного MCAO повреждения головного мозга. Сама модель удара может также оказывать влияние на эффект обработки E2. Хотя большинство исследований с переходным MCAO подтвердили нейропротективный эффект замены E2 [63], лечение 17β-эстрадиолом после постоянного MCAO не улучшало результаты инсульта; однако использовались коммерческие гранулы, и супрафизиологические уровни E2 могли объяснить это расхождение [73].

Интересно, что все чаще признается, что влияние пола на результат инсульта также может быть гормононезависимым. Врожденные половые различия также способствуют изменчивости объемов инфаркта, вызванных MCAO у мужчин и женщин. Все чаще признается, что различные клеточные пути смерти могут преобладать, соответственно, у мужчин и женщин, подвергнутых ишемической травме [74] (рисунок 4). Было обнаружено, что путь цитохрома C-каспазы является преобладающим путем смерти клеток у женщин после ишемических оскорблений [31, 75]. Введение ингибитора каспазы широкого спектра, хинолин-Val-Asp (Ome) -CH2-O-фенокси (Q-VD-OPh), уменьшало объемы инфаркта у самок мышей OVX после MCAO, но не влияло на мужчин [31]. С другой стороны, путь PARP-1-AIF опосредует гибель клеток, вызванную ишемическими оскорблениями, главным образом у самцов [76, 77]. Миноциклин ингибитора PARP-1 является нейропротективным у самцов мышей, но не у женщин OVX после MCAO [78], который ожидает подтверждения. У стареющих самок мышей наблюдались больший объем инфаркта, чем у стареющих мужчин после 24 ч 90-минутного MCAO, хотя уровни сыворотки E2 были одинаково низкими как у старших мужчин, так и у женщин [41]. Женщины-крысы более уязвимы к долгосрочным последствиям воспалительной травмы новорожденных по сравнению с неонатально поврежденными мужчинами [79].

Половой диморфизм, наблюдаемый в MCAO у стареющих животных, также может быть вызван различными воспалительными реакциями на инсульт у стареющих мужчин и женщин. Растущее количество данных свидетельствует о том, что существует половой диморфизм в воспалительном ответе и даже в частоте вариантов про / противовоспалительных генов [80]. Функция лейкоцитов зависит от пола у пожилых крыс; стареющие мужчины менее компетентны по иммунитету, чем женщины, сопоставимые с возрастом, поскольку женщины показали более высокие лимфопролиферативные ответы, более высокую активность естественного убийцы и более высокое высвобождение IL-2 в селезенке и подмышечных узлах [81]. В предыдущих исследованиях у стареющих мышей [41] мы обнаружили, что уровни сывороточного IL-6, мощного провоспалительного цитокина [82, 83], были ниже у стареющих мужчин, чем у женщин старшего возраста после MCAO. Действительно, эти половые различия можно также повторить у неонатальных животных [75], где уровни циркулирующего гормона эквивалентны [84]. Все эти исследования предполагали, что секс является независимым жизнеспособным, который должен быть рассмотрен при трансляционных исследованиях инсульта, если мы надеемся разработать эффективные нейропротекторные агенты из наших моделей на животных. Сексуальные различия в инсульте должны рассматриваться как самостоятельные жизнеспособные при интерпретации результатов как экспериментальных, так и клинических испытаний для нейропротективных агентов.

Таким образом, модель MCAO у грызунов представляет собой полезный инструмент для исследования инсульта; тем не менее, время анализа, возраст животных и пол являются важными факторами, которые оказывают большое влияние на результат инсульта, но по-прежнему менее изучены. Мы должны помнить об этих влиятельных факторах при разработке наших экспериментов и в наших попытках перевести терапию в клинические группы с самым высоким риском развития инсульта, женщин и пожилых людей.

Эта работа была поддержана NIH / NINDS (гранты NS050505 и NS055215 Л. Д. Маккалоу).

Основные типы животных моделей ишемического инсульта.

Диаграмма цереброваскулярной анатомии и MCAO у крыс. Перепечатано с разрешения Лонги, EZ и др., Stroke 1989 20: 84-91. a., артерия; Com .: общий; Внешний: внешний; Int .: внутренний.

Эволюция инфаркта в мозге мыши после 90-минутного MCAO.

Механизмы PARP-AIF и цитохрома C-каспазы-клеточные пути смерти преобладают, соответственно, у мужчин и женщин мозга после ишемии. Эта цифра была получена с использованием Servier Medical Art.

Источник