القياس المتكرر التنفسي آخر العضلات والتهوية في نماذج الماوس من مرض عصبي عضلي
Summary
يقدم هذا البحث طريقة لقياس المتكرر للتهوية ونشاط العضلات التنفسية في التصرف بحرية الضموري نموذج الفأر التصلب الجانبي (ALS) في جميع أنحاء تطور المرض مع تخطيط التحجم كامل الجسم والكهربائي عن طريق جهاز القياس عن بعد زرعها.
Abstract
عضلات الجهاز التنفسي التبعي تساعد على الحفاظ على التهوية عند اختلال وظائف الحجاب الحاجز. يصف بروتوكول التالية طريقة لقياسات المتكررة على مدى أسابيع أو أشهر من النشاط العضلي التنفسي الإكسسوارات بينما قياس في وقت واحد التهوية في الماوس غير تخدير، يتصرف بحرية. وتتضمن هذه التقنية زرع الجراحية جهاز إرسال لاسلكي والإدراج من القطب يؤدي في مختلف الأضلاع وشبه المنحرفة العضلات لقياس النشاط كهربية هذه العضلات الشهيق. يتم قياس التهوية تخطيط التحجم كامل الجسم، ويتم تقييمه حركة الحيوان عن طريق الفيديو ومتزامنة مع النشاط كهربية. وتعرض قياسات لنشاط العضلات والتهوية في نموذج الفأر من التصلب الجانبي لإظهار كيف أن هذا أداة يمكن استخدامها لمعرفة كيف التنفسي تغييرات نشاط العضلات مع مرور الوقت، وتقييم تأثير النشاط العضلي على التهوية. الأساليب المذكورة يمكن éasily تكييفها لقياس نشاط العضلات الأخرى أو لتقييم الإكسسوارات نشاط العضلات التنفسية في نماذج الماوس إضافية من المرض أو الإصابة.
Introduction
عضلات الجهاز التنفسي الإكسسوارات (الأسلحة) زيادة التهوية خلال فترات ارتفاع الطلب (على سبيل المثال، ممارسة الرياضة) وتساعد على الحفاظ على التهوية عند الشبهة وظيفة الحجاب الحاجز بعد الإصابة أو المرض 1 و 2. وعلى الرغم من التغيرات في وظيفة الحجاب الحاجز قد تم وصفها بشكل جيد في التصلب الجانبي (ALS) من المرضى الضموري ونماذج الماوس 3، 4، 5، 6، لا يعرف الكثير الكثير عن نشاط أو وظيفة السلاح في ALS. ومع ذلك، اقترحت إحدى الدراسات أن المرضى ALS التي تجند المحفوظات يكون أفضل التكهن من تلك التي مع ضعف الحجاب الحاجز مشابه لا 7. وعلاوة على ذلك، والنشاط ARM يكفي للتنفس في حالات شلل الحجاب الحاجز 8. وتشير هذه الدراسات إلى أن استراتيجيات لتعزيز وظيفة ARM قد تحسن breathiنانوغرام في المرضى الذين يعانون من الأمراض العصبية والعضلية، إصابات الحبل الشوكي، أو غيرها من الشروط التي ويضعف وظيفة الحجاب الحاجز. ومع ذلك، فإن آليات السيطرة على تجنيد ARM للتنفس غير معروفة إلى حد كبير. أساليب لقياس وظيفة الجهاز التنفسي والتغيرات في النشاط ARM مع مرور الوقت في النماذج الحيوانية للمرض أو إصابة وهناك حاجة لدراسة كيفية توظيف الأسلحة، وكذلك لتقييم العلاجات لتحسين التوظيف ARM والتهوية. وعلاوة على ذلك، فإن النشاط المتزايد للأسلحة بالتزامن مع الفقدان التدريجي من وظيفة الحجاب الحاجز قد تكون العلامات البيولوجية مفيدة لتطور المرض في الأمراض العصبية والعضلية مثل ALS 7 و 9 و 10.
يصف هذا البروتوكول وسيلة لغير جراحية (بعد الجراحة الأولية) وبشكل متكرر قياس نشاط عضلات الجهاز التنفسي والتهوية في مستيقظا والفئران يتصرف. التسجيلات متزامنة من مخطاط كهربية العضلص (EMG)، تخطيط التحجم كامل الجسم (WBP)، والفيديو يسمح للمحقق لتقييم كيفية تأثير التغيرات في النشاط ARM التهوية تأثير ولتحديد عندما يكون الموضوع هو في بقية أو التحرك. والميزة الرئيسية لهذا الأسلوب هو أنه لا يمكن أن يؤديها في مستيقظا والفئران يتصرف، في حين أن بعض وسائل بديلة لقياس EMG تتطلب التخدير و / أو هي الإجراءات النهائية 11 و 12 و 13. ويمكن أيضا أن يتحقق تسجيل النشاط EMG في الفئران مستيقظا مع مرور الوقت من خلال غرس المزمن EMG يؤدي، حيث المربوطة الماوس عن طريق الأسلاك إلى نظام الحصول على 14 و 15. لأن الربط الماوس يمكن أن تتداخل مع الحركة الطبيعية أو السلوك وقد لا تكون متوافقة مع غرفة تخطيط التحجم القياسية، يستخدم الأسلوب هو موضح أجهزة القياس عن بعد لاسلكيا لنقل إشارة EMG لنظام التملك. الارسال يمكنيمكن تشغيل أو إيقاف تشغيله مع المغناطيس للحفاظ على طاقة البطارية ويسمح قياسات النشاط EMG المتكررة على مدى عدة أشهر. هذا البروتوكول يمكن تكييفها بسهولة لقياس نشاط عضلات الجهاز التنفسي أو غير الجهاز التنفسي إضافية عن طريق إدراج EMG يؤدي إلى العضلات المختلفة. بدلا من ذلك، واحدة من الخيوط اثنين يمكن أن تستخدم لقياس النشاط الدماغي لتقييم حالة سكون أو لتحديد النشاط مصادرة 16. وقد تم بنجاح تستخدم هذه التقنية لقياس التغيرات في النشاط ARM في بقية أنحاء تطور المرض في نموذج الفأر من ALS وتحديد الخلايا العصبية الرئيسية الدافعة النشاط ARM في الفئران صحي 10.
Protocol
Representative Results
Discussion
الإجراء تظاهر هنا يسمح للموسع (بعد زرع الجراحية الأولية للمرسل) قياس نشاط العضلات التنفسية والتهوية على مدى عدة أشهر في نفس الحيوان. هذه التقنية لديها العديد من المزايا أكثر من التقنيات EMG القياسية في الفئران تخدير: 1) التجارب تتطلب عددا أقل من الفئران وتوفر القدرة عل?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقدم الدعم لهذا العمل من قبل جائزة القيم مستشفى المركز الطبي في سينسيناتي للأطفال لSAC ومنحة تدريب المعاهد الوطنية للصحة (T32NS007453) لVNJ
Materials
| B6.Cg-Tg (SOD1*G93A)1 Gur/J | Jackson Laboratory | 4435 | |
| Plethysmography Chamber | Buxco Respiratory Products/ Data Sciences International | 601-1425-001 | |
| Telemetry Receivers (Model RPC-1) | Data Sciences International | 272-6001-001 | |
| Bias Flow Pump (Model BFL0500) | Data Sciences International | 601-2201-001 | |
| ACQ-7000 USB | Data Sciences International | PNM-P3P-7002XS | |
| Dataquest A.R.T. Data Exchange Matrix | Data Sciences International | 271-0117-001 | |
| New Ponemah Analysis System | Data Sciences International | PNM-POST-CFG | |
| Ponemah Physiology Platform Acqusition software v5.20 | Data Sciences International | PNM-P3P-520 | |
| Ponemah Unrestrained Whole Breath Plethysmography analysis package v5.20 | Data Sciences International | PNM-URP100W | |
| Configured Ponemah Software System | Data Sciences International | PNM-P3P-CFG | |
| Analysis Module (URP) | Data Sciences International | PNM-URP100W | |
| Universal Amplifier | Data Sciences International | 13-7715-59 | |
| Sync Board | Data Sciences International | 271-0401-001 | |
| Sync Cable | Data Sciences International | 274-0030-001 | |
| Transducer-Pressure Buxco | Data Sciences International | 600-1114-001 | |
| Flow Meter | Data Sciences International | 600-1260-001 | |
| Magnet and Radio included in F20-EET Starter Kit | Data Sciences International | 276-0400-001 | |
| Axis P1363 Video Camera | Data Sciences International | 275-0201-001 | |
| Terg-A-Zyme | Fisher Scientific | 50-821-785 | Enzyme Detergent |
| Actril | Minntech Corporation | 78337-000 | Chemical Sterilant |
| Stereo Dissecting Microscope (Model MEB126) | Leica | 10-450-508 | |
| Servo-Controlled Humidifier/Infant Incubator | OHMEDA Ohio Care Plus | 6600-0506-803 | |
| TL11M2-F20-EET Transmitters | Data Sciences International | 270-0124-001 | |
| Dumont #2 Laminectomy Forceps – Standard Tips/Straight/12cm (x2) | Fine Scientific Instruments | 11223-20 | For handling wires |
| Dumont #2 Laminectomy Forceps – Standard Tips/Straight/12cm (x2) | Fine Scientific Instruments | 11223-20 | For surgery |
| Narrow Pattern Forceps- Serrated/Curved/12cm | Fine Scientific Instruments | 17003-12 | |
| Spring Scissors – Tough Cut/Straight/Sharp/12.5cm/6mm Cutting Edge | Fine Scientific Instruments | 15124-12 | |
| Tissue Separating Scissors – Straight/Blunt-Blunt/11.5cm | Fine Scientific Instruments | 14072-10 | |
| Fine Scissors – Tough Cut/Curved/Sharp-Sharp/9 cm | Fine Scientific Instruments | 14058-11 | For cutting wires and clipping nails |
| Scalpel Handle #3 | World Precision Instruments | 500236 | |
| Scalpel Blade | Fine Scientific Instruments | 10010-00 | For preparing lead caps |
| Polysorb Braided Absorbable suture | Coviden | D4G1532X | For coiling transmitter leads |
| Gluture | Zoetis Inc. | 6606-65-1 | Cyanoacrylate adhesive |
| 3 mL Syring Slip Tip – Soft | Vitality Medical | 118030055 | |
| 25G Needle (X2) | Becton Dickinson and Co. | 305-145 | |
| Cotton Tipped Applicators | Henry Schein Animal Health | 100-9175 | |
| Andis Easy Cut Hair Clipper Set | Andis | 049-06-0271 | Electrical Razor sold at Target |
| Isoflurane | Henry Schein Animal Health | 29404 | Anesthetic |
| Isopropyl Alcohol 70% | Priority Care 1 | MS070PC | |
| Dermachlor 2% Medical Scrub (chlorohexidine 2%) | Butler Schein | 55482 | |
| Artificial Tears | Henry Schein Animal Health | 48272 | Lubricant Opthalmic Ointment |
| Vacuum grease | Dow Corning Corporation | 1597418 | |
| Water Blanket | JorVet | JOR784BN |
References
- Johnson, R. A., Mitchell, G. S. Common mechanisms of compensatory respiratory plasticity in spinal neurological disorders. Respir Physiol Neurobiol. 189 (2), 419-428 (2013).
- Sieck, G. C., Gransee, H. M. . Respiratory Muscles: Structure, Function & Regulation. , (2012).
- Rizzuto, E., Pisu, S., Musaro, A., Del Prete, Z. Measuring Neuromuscular Junction Functionality in the SOD1(G93A) Animal Model of Amyotrophic Lateral Sclerosis. Ann Biomed Eng. 43 (9), 2196-2206 (2015).
- Kennel, P. F., Finiels, F., Revah, F., Mallet, J. Neuromuscular function impairment is not caused by motor neurone loss in FALS mice: an electromyographic study. Neuroreport. 7 (8), 1427-1431 (1996).
- Pinto, S., Alves, P., Pimentel, B., Swash, M., de Carvalho, M. Ultrasound for assessment of diaphragm in ALS. Clin Neurophysiol. 127 (1), 892-897 (2016).
- Stewart, H., Eisen, A., Road, J., Mezei, M., Weber, M. Electromyography of respiratory muscles in amyotrophic lateral sclerosis. J Neurol Sci. 191 (1-2), 67-73 (2001).
- Arnulf, I., et al. Sleep disorders and diaphragmatic function in patients with amyotrophic lateral sclerosis. Am J Respir Crit Care Med. 161, 849-856 (2000).
- Bennett, J. R., et al. Respiratory muscle activity during REM sleep in patients with diaphragm paralysis. Neurology. 62 (1), 134-137 (2004).
- Pinto, S., de Carvalho, M. Motor responses of the sternocleidomastoid muscle in patients with amyotrophic lateral sclerosis. Muscle Nerve. 38 (4), 1312-1317 (2008).
- Romer, S. H., et al. Accessory respiratory muscles enhance ventilation in ALS model mice and are activated by excitatory V2a neurons. Exp Neurol. 287 (Pt. 2, 192-204 (2017).
- Moldovan, M., et al. Nerve excitability changes related to axonal degeneration in amyotrophic lateral sclerosis: Insights from the transgenic SOD1(G127X) mouse model. Exp Neurol. 233 (1), 408-420 (2012).
- Pagliardini, S., Gosgnach, S., Dickson, C. T. Spontaneous sleep-like brain state alternations and breathing characteristics in urethane anesthetized mice. PLoS One. 8 (7), 70411 (2013).
- Nicaise, C., et al. Phrenic motor neuron degeneration compromises phrenic axonal circuitry and diaphragm activity in a unilateral cervical contusion model of spinal cord injury. Exp Neurol. 235 (2), 539-552 (2012).
- Akay, T. Long-term measurement of muscle denervation and locomotor behavior in individual wild-type and ALS model mice. J Neurophysiol. 111 (3), 694-703 (2014).
- Tysseling, V. M., et al. Design and evaluation of a chronic EMG multichannel detection system for long-term recordings of hindlimb muscles in behaving mice. J Electromyogr Kinesiol. 23 (3), 531-539 (2013).
- Weiergraber, M., Henry, M., Hescheler, J., Smyth, N., Schneider, T. Electrocorticographic and deep intracerebral EEG recording in mice using a telemetry system. Brain Res Brain Res Protoc. 14 (3), 154-164 (2005).
- Pilla, R., Landon, C. S., Dean, J. B. A potential early physiological marker for CNS oxygen toxicity: hyperoxic hyperpnea precedes seizure in unanesthetized rats breathing hyperbaric oxygen. J Appl Physiol. 114 (1985), 1009-1020 (1985).
- Morrison, J. L., et al. Role of inhibitory amino acids in control of hypoglossal motor outflow to genioglossus muscle in naturally sleeping rats. J Physiol. 552 (Pt. 3, 975-991 (2003).
- Tscharner, V., Eskofier, B., Federolf, P. Removal of the electrocardiogram signal from surface EMG recordings using non-linearly scaled wavelets). J Electromyogr Kinesiol. 21 (4), 683-688 (2011).
- Hof, A. L. A simple method to remove ECG artifacts from trunk muscle EMG signals. J Electromyogr Kinesiol. 19 (6), e554-e555 (2009).
- Lu, G., et al. Removing ECG noise from surface EMG signals using adaptive filtering. Neurosci Lett. 462 (1), 14-19 (2009).
