A Blood-Brain Barrier Disruption Model Eliminating the Hemodynamic Effect of Ketamine

David Fortin, Robert Adams, Ariane Gallez

Abstract: Objective: We propose a simple modification to an established blood-brain barrier disruption (BBBD) animal model that allows us to use ketamine/xylazine as the anaesthetic agent, therefore decreasing the complexity and the cost of the model, while maintaining similar efficiency. Methods: Sixty-two Long Evans rats were anaesthetized by intraperitoneal injection of ketamine/ xylazine. Osmotic BBBD was performed by administering 25% mannitol into the internal carotid artery in a retrograde fashion from the external carotid. The infusion rate of mannitol, as well as the duration was adjusted in a stepwise fashion to identify optimal parameters for BBBD and minimize complications. As a supplementary step to previously reported models, a vascular clip was applied to the common carotid artery prior to the infusion of mannitol, therefore isolating our model system from the depressant hemodynamic effects of ketamine/xylazine. Evans blue dye was used to control for BBBD intensity. Results: Using this model at an initial infusion rate of 0.15 ml/sec, a significant incidence of brain hemorrhage (75%) and a death rate of 62.5% were observed. Decreasing the infusion rate in a stepwise fashion, 0.08 ml/sec was found to produce optimal BBBD, as demonstrated by Evans blue staining. At this rate, 6/7 animals depicted grade II staining, whereas one animal depicted grade IV. Conclusion: The application of a clip to the common carotid artery prior to mannitol infusion allowed us to isolate the cerebral circulation from the depressant hemodynamic effects of ketamine/xylazine. This supplementary step produced consistent and efficient BBBD in our animal model.

Résumé: Modèle de perturbation de la barrière hémato-encéphalique éliminant l’effet hémodynamique de la kétamine. Objectif: Nous proposons une modification simple à un modèle animal établi de perturbation de la barrière hémato-encéphalique (PBHE) qui nous permet d’utiliser la kétamine/xylazine comme anesthésique, ce qui diminue la complexité et le coût du modèle tout en maintenant une efficacité similaire. Méthodes: Soixante-deux rats Long Evans ont été anesthésiés par injection intrapéritonéale de kétamine/xylazine. La PBHE a été effectuée en administrant du mannitol 25% dans la carotide interne par injection rétrograde, à partir de la carotide externe. La vitesse et la durée d’infusion du mannitol étaient ajustées par paliers afin d’identifier les paramètres optimaux et de minimiser les complications de la PBHE. Une étape supplémentaire a été ajoutée au modèle, soit l’application d’un clip vasculaire au niveau de la carotide primitive avant l’infusion du mannitol, isolant ainsi le modèle des effets de dépression hémodynamique de la kétamine/xylazine. L’intensité de la PBHE a été évaluée par coloration au bleu d’Evans. Résultats: Avec un taux initial de perfusion de 0,15 ml/sec, nous avons observé un taux important d’hémorragies cérébrales (75%) et de décès (62,5%). En diminuant progressivement la vitesse d’infusion, nous avons constaté à la coloration au bleu d’Evans que le taux de 0,08 ml/sec produisait la PBHE optimale. À ce taux, 6 animaux sur 7 présentaient une coloration de grade II et 1 animal présentait une coloration de grade IV. Conclusion: La mise en place d’un clip au niveau de la carotide primitive avant l’infusion de mannitol nous a permis d’isoler la circulation cérébrale des effets de dépression hémodynamique de la kétamine/xylazine. Cette étape supplémentaire a induit une PBHE reproductible et efficace chez ce modèle animal.

Can. J. Neurol. Sci. 2004; 31: 248-253