Beurteilung von Veränderungen in volatilen Vollnarkose Empfindlichkeit von Mäusen nach lokalen oder systemischen pharmakologischen Intervention
Summary
Der Verlust des Stellreflexes ist seit langem als ein Standard-Verhaltens Surrogat für Bewusstlosigkeit serviert, auch als Hypnose, bei Labortieren. Änderungen in volatilen Anästhetikums Empfindlichkeit durch pharmakologische Interventionen verursacht werden, können mit einer sorgfältig kontrollierten Hochdurchsatz-Bewertungssystems, die für die Lieferung von inhalativen Therapie angepasst werden können, erkannt werden.
Abstract
Eine wünschenswerte Endpunkt der Vollnarkose ist der Zustand der Bewusstlosigkeit, auch als Hypnose bekannt. Definieren der hypnotischen Zustand bei Tieren ist weniger einfach, als es bei menschlichen Patienten ist. Eine weit verbreitete Verhaltens Surrogat für Hypnose in Nagetieren ist der Verlust des Stellreflexes (LORR) oder der Punkt, an dem das Tier nicht mehr auf ihre angeborenen Instinkt, die Anfälligkeit der Rückenlage zu vermeiden. Wir haben ein System, um LORR in 24 Mäuse gleichzeitig zu beurteilen, während sorgfältige Kontrolle für potenzielle verwechselt, einschließlich Temperaturschwankungen und unterschiedlichen Gasströme entwickelt. Diese Kammern ermöglichen zuverlässige Beurteilung der Narkose-Empfindlichkeit wie Latenz gemessen, um der aufrichtenden Reflex (RORR) nach einem festen Narkose Belichtung. Alternativ mit stufenweise erhöht (oder verringert) in der Anästhesie-Konzentration, die Kammern ermöglichen auch die Bestimmung der Empfindlichkeit einer Bevölkerung Induktion (oder Entstehung), gemessen durchEC 50 und Hill Hang. Schließlich können die hier beschriebenen kontrollierten Klimakammern für eine Vielzahl von alternativen Nutzungen, einschließlich inhalativen Lieferung von anderen Drogen, Toxikologie-Studien und gleichzeitigen Echtzeit-Überwachung der Vital angepasst werden.
Introduction
Allgemeine Anästhetika sind durch ihre Fähigkeit, eine reversible Zustand der Hypnose in einer Vielzahl von Arten, noch eine Erklärung, wie ein so vielfältiges Klasse von Medikamenten, können alle entlocken eine singuläre Endpunkt bleibt ungeklärt verursachen definiert. Eine Anzahl von Theorien über die Jahre gesetzt worden ist, beginnend mit dem Meyer-Overton Korrelation zwischen Anästhesie Potenz und Fettlöslichkeit, die allgemeine Membranstörungen als Grundlage für die Hypnose 1,2 vorgeschlagen. Neuere Hinweise darauf, dass Protein-Targets beeinflussen neuronalen Signalübertragung beitragen, betäubende Wirkung. Mäuse haben sich als unverzichtbar für die Erkundung Modell diese Theorien wegen der Homologie zwischen Maus und Mensch Betäubung Reaktionsfähigkeit sein. Obwohl eine Maus nicht um seine subjektive Bewusstsein unter Vollnarkose aufgefordert, bestimmte primitive Reflexe dienen als nützliche Ersatzgrößen von Nagetier-Hypnose. In den ersten Tagen nach der Geburt entwickeln Mäuse eine reflexive aufrichtenden bzw.onse, dass verhindert, dass sie passiv in Rückenlage 3 angeordnet. Die Dosis der Narkose, bei der eine Maus verliert seine Aufrichtungsreflexes korreliert gut mit der menschlichen hypnotischen Dosen 4.
Beurteilung der Verlust des Stellreflexes (LORR) hat sich zu einem weit verbreiteten Standard-Labor für die Prüfung Narkoseempfindlichkeit bei Mäusen als auch eine Vielzahl von anderen Arten, darunter Ratte, Meerschweinchen, Kaninchen, Frettchen, Schafe, Hund und 5-8. Die Dosis eines bestimmten Narkose an dem LORR für Mitglieder einer Spezies auftreten extrem konsistent, aber es kann wesentlich durch Umweltfaktoren verschoben werden. Zum Beispiel Schlafentzug Ratten empfindlicher auf sowohl flüchtige als intravenöse Anästhetika 9 und Ratten mit hohen aeroben Kapazität weniger empfindlich gegen Isofluran 10. Hypothermie hat sich ebenfalls gezeigt, daß die Dosis von zahlreichen Anästhetika für Hypnose in einem großen Spektrum von Spezies 11-14 erforderlich zu verringern. Umzuverlässig zu identifizieren, die Narkose Dosis, bei der LORR tritt in einer Gruppe von Versuchstieren, ist es entscheidend, dass die Bewertung Umwelt sorgfältig kontrolliert, um Stress zu minimieren, halten euthermia und liefern gleiche Mengen von Drogen für alle Fächer werden. Nicht überraschend, dass genetische Faktoren auch bekannt, Narkose 15-18 Empfindlichkeit verändern. Daher sollten sorgfältige Prüfung auch auf die Steuerung für genetische Hintergrund 19 gegeben werden.
Wir haben eine Vorrichtung, die identisch mit gasförmigem Anästhetikum Lieferung an jedes der 24 Mäuse gewährleistet, während eine konstante 37 º C-Umgebung entwickelt. Die transparenten, zylindrischen Design unserer Expositionskammern ermöglicht eine schnelle LORR Bewertung und einfache Integration von telemetrischen physiologische Messungen. Dieses System hat sich gezeigt, dass genau Isofluran, Halothan und Sevofluran Induktions EC 50 und die Zeit zu messen, um Entstehung in Wildtyp-Mäusen 20. Wir haben auchdieses System, um Änderungen in der Anästhesie Empfindlichkeit bei Mäusen mit genetischen Mutationen und gezielte Hypothalamus Läsionen 21-23 beobachten. Hier beschreiben wir zwei Möglichkeiten, in denen Narkoseempfindlichkeit nach einer pharmakologischen Intervention mit unserer Vorrichtung kontrollierten Umgebung geprüft werden. Steady-State-Phänotypisierung von volatilen Narkoseeinleitung und Entstehung Sensibilität erfordert 8-10 Stunden und ist somit am besten für Studien, in denen Versuchsbedingungen nicht ändern, wie beispielsweise bei chronischen oder lang wirkenden pharmakologische Interventionen zugeschnitten. Doch für kurz wirksame Behandlungen, deren Auswirkungen über die Zeit signifikant zu zerstreuen wir präsentieren ein einfaches Verfahren, um Änderungen in Aufrichtungsreflexes folgende stereotaktisch gezielte Mikroinjektionen oder intravenöse Behandlung mit Medikamenten, die wesentlichen Einfluss Betäubung Entstehung zu beurteilen. Diese Tests stellen eine kleine Auswahl der möglichen Anwendungen für diese kontrollierten Umgebung System, das für jede Anzahl von Sach angepasst werden kannjekte von einer Vielzahl von Arten, jede Art von inhalierten therapeutischen erhalten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Obwohl Einschätzung LORR in einer einzigen Maus ist eine scheinbar einfache Aufgabe, ist es dennoch wichtig, identisch physiologischen Bedingungen zwischen den Themen, um verlässliche Daten aus einer Gruppe von Tieren sammeln zu halten. Die streng reguliert, hohe Kapazität LORR Gerät hier vorge bietet eine Möglichkeit, Experimente zu standardisieren und die Effizienz zu maximieren. Indem Sie die grundlegenden Lehren der Thermoregulation und Gleichstromverteilung, kann dieses System einfach neu erstellt und auf indi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von R01 und T32 GM088156 HL007713-18 unterstützt. Wir möchten Bill Pennie und Michael Carman danken von der Universität von Pennsylvania Forschungs-Besetzung Shop für ihre Hilfe bei der Zusammenstellung unserer Aufrichtungsreflexes Gerät.
Materials
| Name of the Reagent | Company | Catalogue Number | Comments |
| Oxygen | Airgas | OX300 | |
| Isoflurane | Butler Schein | Any volatile anesthetic of interest may be substituted | |
| Name of Material | Company | Catalogue Number | Comments |
| Mass flow meter- 10 SLPM | Omega Engineering | FMA-A2309 | |
| Mass flow meter- 500 SCCM | Omega Engineering | FMA-A2305 | |
| Anesthetic agent analyzer/gas indicator | AM Bickford | FI-21 Riken | |
| Heating water pump | Fisher Scientific | 13-874-175 | |
| Temperature transponders | BMDS | IPTT-300 | |
| RF temperature reader | BMDS | DAS-6007 |
References
- Meyer, H. H. Zur theorie der alkoholnarkose. I. Mittheilung. Welche Eigenschaft der An#228;sthetica bedingt ihre narkotische Wirkung?. Naunyn Schmiedebergs Arch. Exp. Pathol. Pharmakol. 42, 109-137 .
- Overton, C. E. . Studien über die Narkose: Zugleich ein Beitrag zur allgemeinen Pharmakologie. , (1901).
- Bignall, K. E. Ontogeny of levels of neural organization: the righting reflex as a model. Exp. Neurol. 3 (3), 566-573 (1974).
- Franks, N. P. General anaesthesia: from molecular targets to neuronal pathways of sleep and arousal. Nat. Rev. Neurosci. 9 (5), 370-386 (2008).
- Smith, W. Responses of laboratory animals to some injectable anaesthetics. Lab. Anim. 27 (1), 30-39 (1993).
- Schernthaner, A., Lendl, C., Busch, R., Henke, J. Clinical evaluation of three medetomidine–midazolam–ketamine combinations for neutering of ferrets (Mustela putorius furo)]. Berliner und Münchener tierärztliche Wochenschrift. 121 (1-2), 1-10 (2008).
- Mohammad, F. K., Zangana, I. K., Abdul-Latif, A. R. Medetomidine sedation in sheep. Zentralblatt für Veterinärmedizin. Reihe A. 40 (5), 328-331 (1993).
- Nicholls, E. A., Louie, G. L., Prokocimer, P. G., Maze, M. Halothane anesthetic requirements are not affected by aminophylline treatment in rats and dogs. Anesthesiology. 65 (6), 637-641 (1986).
- Tung, A., Szafran, M. J., Bluhm, B., Mendelson, W. B. Sleep Deprivation Potentiates the Onset and Duration of Loss of Righting Reflex Induced by Propofol and Isoflurane. Anesthesiology. 97 (4), 906-911 (2002).
- Pal, D., et al. Determination of Minimum Alveolar Concentration for Isoflurane and Sevoflurane in a Rodent Model of Human Metabolic Syndrome. Anesth. 2 (2), 297-302 (2012).
- Eger, E. I., Saidman 2nd, ., J, L., Brandstater, B. Temperature dependence of halothane and cyclopropane anesthesia in dogs: correlation with some theories of anesthetic action. Anesthesiology. 26 (6), 764-770 (1965).
- Vitez, T. S., White, P. F., Eger, E. I. 2nd Effects of hypothermia on halothane MAC and isoflurane MAC in the rat. Anesthesiology. 41 (1), 80-81 (1974).
- Antognini, J. F. Hypothermia eliminates isoflurane requirements at 20 degrees C. Anesthesiology. 78 (6), 1152-1156 (1993).
- McKenzie, J. D., et al. Effects of temperature on the anaesthetic potency of halothane, enflurane and ethanol in Daphnia magna (Cladocera: Crustacea). Comp. Biochem. Physiol. C. 101 (1), 15-19 (1992).
- Icaza, E. E., et al. Isoflurane-Induced Changes in Righting Response and Breathing are Modulated by RGS Proteins. Anesth. Analg. 109 (5), 1500-1505 (2009).
- Drexler, B., Antkowiak, B., Engin, E., Rudolph, U. Identification and characterization of anesthetic targets by mouse molecular genetics approaches. Can. 2 (2), 178-190 (2011).
- Wafford, K. A., et al. Differentiating the role of gamma-aminobutyric acid type A (GABAA) receptor subtypes. Biochem. 32 (Pt3), 553-556 (2004).
- Lakhlani, P. P., et al. Substitution of a mutant α2a-adrenergic receptor via “hit and run” gene targeting reveals the role of this subtype in sedative, analgesic, and anesthetic-sparing responses in. Proc. Natl. Acad. Sci. 94 (18), 9950-9955 (1997).
- Sonner, J. M., Gong, D., Eger, E. I. Naturally Occurring Variability in Anesthetic Potency Among Inbred Mouse Strains. Anesth. 91 (3), 720-726 (2000).
- Sun, Y., et al. High throughput modular chambers for rapid evaluation of anesthetic sensitivity. BMC Anesthesiol. 6 (1), 13 (2006).
- Hu, F. Y., et al. Hypnotic Hypersensitivity to Volatile Anesthetics and Dexmedetomidine in Dopamine β-Hydroxylase Knockout Mice. Anesthesiology. , (2012).
- Kelz, M. B., et al. An essential role for orexins in emergence from general anesthesia. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105 (4), 1309-1314 (2008).
- Moore, J. T., et al. Direct Activation of Sleep-Promoting VLPO Neurons by Volatile Anesthetics Contributes to Anesthetic Hypnosis. Curr. 22 (21), 2008-2016 (2012).
- Kirby, E. D., Jensen, K., Goosens, K. A., Kaufer, D. Stereotaxic Surgery for Excitotoxic Lesion of Specific Brain Areas in the Adult Rat. J. Vis. Exp. (65), e4079 (2012).
- Machholz, E., Mulder, G., Ruiz, C., Corning, B. F., Pritchett-Corning, K. R. Manual Restraint and Common Compound Administration Routes in Mice and Rats. J. Vis. Exp. (67), e2771 (2012).
- Geiger, B. M., Frank, L. E., Caldera-Siu, A. D., Pothos, E. N. Survivable Stereotaxic Surgery in Rodents. J. Vis. Exp. (20), e880 (2008).
- Szymusiak, R., Alam, N., Steininger, T. L., McGinty, D. Sleep-waking discharge patterns of ventrolateral preoptic/anterior hypothalamic neurons in rats. Brain Res. (1-2), 178-188 (1998).
- Nelson, L. E., et al. The sedative component of anesthesia is mediated by GABAA receptors in an endogenous sleep pathway. Nat. Neurosci. 5 (10), 979-984 (2002).
- Li, K. Y., Guan, Y., Krnjević, K., Ye, J. H. Propofol Facilitates Glutamatergic Transmission to Neurons of the Ventrolateral Preoptic Nucleus. Anesthesiology. 111 (6), 1271-1278 (2009).
- Friedman, E. B., et al. A Conserved Behavioral State Barrier Impedes Transitions between Anesthetic-Induced Unconsciousness and Wakefulness: Evidence for Neural Inertia. PLoS ONE. 5 (7), e11903 (2010).
- Lu, J., Greco, M. A., Shiromani, P., Saper, C. B. Effect of lesions of the ventrolateral preoptic nucleus on NREM and REM sleep. J. Neurosci. 20 (10), 3830-3842 (2000).
- Sun, X., Whitefield, S., Rusak, B., Semba, K. Electrophysiological analysis of suprachiasmatic nucleus projections to the ventrolateral preoptic area in the rat. Eur. J. Neurosci. 14 (8), 1257-1274 (2001).
- Ma, J., Shen, B., Stewart, L. S., Herrick, I. A., Leung, L. S. The septohippocampal system participates in general anesthesia. J. Neurosci. 22 (2), RC200 (2002).
- Leung, L. S., Ma, J., Shen, B., Nachim, I., Luo, T. Medial septal lesion enhances general anesthesia response. Exp. Neurol. , (2013).
- Solt, K., et al. Methylphenidate Actively Induces Emergence from General Anesthesia. Anesthesiology. 115 (4), 791-803 (2011).
