Modelos experimentales de isquemia cerebral

ALBERTO JAVIER RAMOS; AMALIA MERELLI; ROLANDO AVILES REYES; ALBERTO LAZAROWSKI

Actualización en Neurociencia

Editoroal Panamericana

Año: 2010; p. 231 - 241

Modelos experimentales de isquemia  Modelos de isquemia global Arresto cardiaco: En este modelo se usa una inyección intracardíaca de cloruro de potasio, agentes cardioplégicos, flebotomías o asfixia (Kofler J y col 2004; Behronger W y col 2000; Liachenko S y col 1998), la resucitación conlleva cierta complejidad. Luego de la asfixia, el arresto cardiaco por agentes cardioplégicos es mas fácil reversible, que la recuperación de la actividad cardiaca. Reestablecida la actividad cardiaca, hay un periodo de tiempo variable en el cual se recupera la perfusión cerebral.  Arresto de la circulación cerebral: Es un arresto selectivo de la circulación cerebral, evitando  interferencia cardíaca en el desarrollo de la isquemia global. El pronostico de sobrevida de los animales en este modelo es mejor, siendo un modelo ideal pocas veces observado en la clínica y por lo tanto las conclusiones, fundamentalmente en el testeo de estrategias de neuroprotección deben ser interpretadas con sumo cuidado. Modelo de oclusión de cuatro vasos: En este modelo se bloquea primeramente las dos arterias vertebrales, y seguidamente se realiza la oclusión de las arterias carótidas comunes (Pulsinelli WA y col 1979). En animales que no cuentan con el Polígono de Willis, el mismo efecto de isquemia global cerebral puede lograrse ligando las arterias carótidas comunes, ya que no cuentan con conexión entre la arteria carótida interna y la basilar (Levine S 1966). Existen otros modelos que incluyen desde el insuflado de un cinturón neumático en el cuello hasta la oclusión intratoráxica de los vasos que alimentan a tanto las carótidas como las arterias vertebrales (Hossman K.A y col 1974). En estos modelos se debe realizar oclusiones adicionales de las arterias mamarias internas y de otras arterias del cuello o bien se reduce la tensión arterial a niveles de hipotensión por que se puede establecer circulación colateral. Además es importante tener en consideración que los modelos de oclusión de arterias generalmente llevan al vaciado de las venas y al desarrollo de una isquemia anémica, mientras que la oclusión de arterias y venas causa la congestión de la circulación cerebral (Hossman K 2008). Esto es muy importante para la reperfusión, ya que el aumento de viscosidad producido por la estasis sanguínea o bien el vaciado de los vasos cerebrales cambia las condiciones necesarias para lograr la reperfusión usualmente requiriendo de mayores valores de tensión arterial para lograr la reperfusión (Fisher E.G y col 1972). Modelos de isquemia cerebral incompleta: El objetivo principal de este modelo es lograr una reducción global del flujo sanguíneo cerebral. El modelo más utilizado causa la reducción de la tensión arterial por debajo de los limites de autorregulación de la circulación cerebral o bien el aumento de la presión intracraneal a niveles a la tensión arterial. Con este tipo de modelos se logra un efecto más potente de isquemia en las zonas periféricas irrigadas por las arterias cerebrales. Este modelo induce mucha injuria cerebral, aún mayor que en la isquemia completa, debido a la baja irrigación sanguínea que provee glucosa necesaria para el metabolismo anaerobio, incrementando la liberación de glutamato, la acidosis y la hinchazón celular (Li P.A y col 2000; Li P.A y col 2001).  Modelos de isquemia focal Oclusión de la arteria carótida común: Se realiza una ligación unilateral de la arteria carótida común a la altura del cuello del animal provocando una isquemia focal unilateral. Este modelo produce isquemias de diferente intensidad de acuerdo al tipo de animal con el que se este trabajando. Por ejemplo los gerbos y algunas cepas de ratones presentan un polígono de Willis incompleto al que le falta la arteria comunicante posterior, obteniéndose una isquemia con un tipo de intensidad. Por otro lado en animales con polígono de Willis completo (rata), se produce isquemias de muy variable intensidad, por que el calibre de la arteria comunicante anterior tiene mucha variación entre individuos de una misma especie. Oclusión de la arteria carótida común y anoxia / hipoxia: Se utiliza mucho este modelo en animales neonatos (Vanucci R.C y col 1999), por que es fácilmente adaptable en animales muy pequeños y se ha utilizado mucho para conocer los mecanismos involucrados en la hipoxia perinatal. El daño isquémico se observa en el hemisferio ipsilateral a la ligación de la arteria carótida común e incluye la corteza cerebral, la sustancia blanca subcortical y periventricular, el estriado y el hipocampo. En animales con polígono de Willis intacto, la oclusión extracraneal unilateral de la arteria carótida común en combinación con hipoxia/anoxia produce una isquemia focal en el hemisferio ipsilateral a la oclusión (Levine S 1960). Por otro lado, una complicación de este modelo es la superposición de isquemia e hipoxia/anoxia global, por lo cual se debe analizar muy cuidadosamente los resultados obtenidos. Oclusión de la arteria cerebral media (MCAO): Esta oclusión impide el flujo sanguíneo hacia el territorio vascular irrigado por esta arteria, incluyendo los ganglios basales que reciben irrigación por las arterias lenticulo-estriatales. El resultado de la MCAO, es una isquemia gradual que en corteza presenta niveles isquémicos leves y en los ganglios basales muestra una isquemia severa. Esta gradual isquemia, permite el desarrollo de zonas de penumbra y core isquémico tal como se observa en la práctica clínica (Hossman K 2008). Sin embargo, la extensión del área de penumbra y core isquémico son muy variables de acuerdo a la técnica utilizada y a la especie y cepa del animal de experimentación elegido. MCAO transorbital: Fue originariamente desarrollada para ser utilizada en monos (Hudgins W.R y col 1970), se necesita remover el globo ocular, por lo cual es compleja en desarrollar. No se requiere  retraer áreas cerebrales para acceder al origen de la arteria cerebral media, pero se necesita mucho entrenamiento en técnicas de microcirugía para obtener resultados reproducibles. MCAO transcraneal: Es el modelo más utilizado en ratas y ratones debido a que en estas especies la arteria cerebral media aparece sobre la superficie cortical cerca de su origen en la arteria carótida interna. Cuanto más distal es la oclusión, más variable es el tamaño del infarto y por ello, en ratas, se recomienda la remoción del hueso zigomático para acceder al segmento proximal de la arteria. Esta desventaja en experimentos de largo plazo es debido a las complicaciones que los animales pueden tener para alimentarse. MCAO por filamento intraluminal: Es el modelo más utilizado para realizar MCAO temporaria (Koizumi J y col 1986). Se utiliza un filamento de nylon para suturas, al cual se le realiza un engrosamiento en el extremo, se debe introducir en la arteria carótida común y se avanza hasta que el engrosamiento alcanza la bifurcación hacia la ACM obstruyendo allí la circulación sanguínea. La localización del filamento en el origen de la ACM obstruye totalmente la circulación a su territorio de irrigación y usualmente también disminuye la circulación por colaterales, con lo cual la isquemia es generalizada y suele comprometer dos tercios del hemisferio afectado, con lo cual penumbra se reduce a un pequeño anillo alrededor del gran core isquémico (Mies G y col, 1991). Después se realiza una  reperfusión retirando el filamento en 1-2 hs mejorando la sobrevida y la recuperación tisular (Hossman K 2008), ya que se produce un gran infarto que afecta la viabilidad de los animales y produce un masivo edema cerebral.       MCAO por tromboembolismo: La mayor aplicación de estos modelos es en el estudio de la trombolisis experimental y los efectos de la recanalización post-isquemia. Ya que intenta reproducir situaciones clínicas en seres humanos. Para realizar esto, se requiere la formación de trombos cilíndricos utilizando tubuladuras calibradas y un nivel controlado de fibrina (ricos o pobres en fibrina) ya que de ello dependerá la recanalización posterior con activadores de la trombolisis (Niessen F y col 2003) MCAO de tres vasos: Con el objetivo de obtener infartos corticales de mayor magnitud (recordemos que la MCAO clásica genera un gran infarto en los ganglios basa-les y tiene gran variabilidad en las áreas corticales) se desarrolló el modelo de oclusión de tres vasos que consiste en ocluir simultáneamente las dos arterias carótidas comunes y la ACM con la técnica del filamento intraluminal (Yanamoto H y col 2003). Oclusión de la microvasculatura: Oclusión fototrombotica: Se infunde vía intravenosa un colorante (Rosa de Bengala), para luego realiza una iluminación con un láser de argón de una zona especifica de la corteza donde se desea originar la isquemia (Weste P y col 1993). La rosa de bengala induce una coagulación intravascular local y la penumbra (isquémica) se rodea de una zona de hiper-hemia reactiva que difiere mucho de la penumbra isquémica real. Microembolización: Este modelo provoca  isquemias graduales ó accidentes isquémicos transitorios (TIA). Para producir isquemias graduales se inyecta dextrán, polietileno, microesferas de vidrio de 20-50um (Winding O 1981; Nagano H y col 1992) y para los TIA se inyecta ADP ó ác.araquidónico (activadores de la agregación plaquetaria) (Furlow T.W, 1974) ó el uso de fototrombosis. En ambos modelos, se produce rápidamente un edema por el abrupto incremento en el volumen sanguíneo que rodea a la obstrucción y se provoca una rápida caída de la barrera hematoencefálica. Desvascularización cortical: Originalmente utilizado como un modelo para inducir degeneración retrograda de las neuronas colinérgicas de los núcleos basales (Liberini P y col 1995; Figueiredo B:C y col 1993; Ginestet L y col 2007). Así mismo este modelo ha permitido investigar factores tróficos que regulan la sobrevida neuronal (Karl J.M y col 2010; Angelo MF y col 2009; Debeir T y col 2004);   probar estrategias de neuroprotección (Bartnik BL y col 2005; Chopin P y col 2004; Ramos A.J y col 2004) e investigar la interacción entre neuronas y astrocitos en la penumbra isquémica (Ramos A.J y col 2004; Villarreal A y col 2010) (Figura No……..). Es este modelo se realiza una pequeña injuria en una zona limitada de la pía-aracnoides que cubre la corteza cerebral, induciendo un infarto limitado y una zona de penumbra con abundante gliosis reactiva y diferentes tasas de sobrevida neuronal (Debeir T y col 2004; Bartnik B.L y col 2005; Chopin P y col 2004; Ramos A.J y col 2004). Hipoxia-isquemia química por Cloruro de Cobalto (CoCl2): Vía inyección intracortical de CoCl2 se produce una injuria hipóxica-isquémica química localizada, con una zona de penumbra isquémica, que rodea al core (Lazarowski A y col 2007). También se usa vía intraperitoneal, pero esta forma sistémica de inducir isquemia, produce graves alteraciones hepáticas y de otros órganos  con altos consumo de O2   no siendo útil hay otros para producir hipoxia-isquemia cerebral debido a la cantidad de efectos secundarios.