Wiederholte Messung der Atemmuskelaktivität und Ventilation in Mausmodellen von neuromuskulären Erkrankungen
Summary
Dieses Papier stellt ein Verfahren zur wiederholten Messungen der Belüftung und Atmungsmuskelaktivität in einem frei amyotrophe Lateralsklerose (ALS) Mausmodell im gesamten Fortschreiten der Krankheit mit Ganzkörper-Plethysmographie und Elektromyographie über eine implantierte Telemetrieeinrichtung verhält.
Abstract
Atemhilfsmuskulatur helfen Belüftung zu halten, wenn Blendenfunktion beeinträchtigt wird. Das folgende Protokoll beschreibt ein Verfahren zur wiederholten Messungen über Wochen oder Monate aktivität Atemmuskulatur bei gleichzeitiger Belüftung in einer nicht-narkotisierten Messung frei verhaltenen Maus. Die Technik beinhaltet die chirurgische Implantation eines Funksenders und die Einfügung von Elektrodenleitungen in den scalene und Trapezius die Elektromyogramm Aktivität dieser Inspirationsmuskeln zu messen. Ventilation wird durch Ganzkörper-Plethysmographie gemessen und Tierbewegung wird durch Video bewertet und mit Elektromyogramm Aktivität synchronisiert. Messungen der Muskelaktivität und Belüftung in einem Mausmodell der amyotrophen Lateralsklerose, um zu zeigen vorgestellt, wie dieses Werkzeug verwendet werden kann, wie Atemmuskelaktivität Veränderungen im Laufe der Zeit zu untersuchen und die Auswirkungen der Muskelaktivität auf Belüftung zu beurteilen. Die beschriebenen Verfahren können easily angepasst werden, um die Aktivität von anderen Muskeln zu messen oder Atemhilfsmuskelaktivität in zusätzlichen Mausmodellen von Krankheiten oder Verletzungen zu beurteilen.
Introduction
Accessory Atemmuskulatur (ARM) erhöht Belüftung während Zeiten hoher Nachfrage ( zum Beispiel Bewegung) und hilft Belüftung aufrechtzuerhalten , wenn Membranfunktion 1 nach der Verletzung oder Krankheit beeinträchtigt ist, 2. Obwohl Veränderungen in der Membranfunktion haben in der amyotrophen Lateralsklerose (ALS) -Patienten und Mausmodellen 3, 4, 5, 6, gut beschrieben worden Viel weniger ist über die Aktivität oder Funktion von Arm in ALS bekannt. Eine Studie vorgeschlagen , jedoch, dass ALS – Patienten , den Arm haben eine bessere Prognose als solche mit ähnlichem Zwerchfell Dysfunktion rekrutiert , die nicht 7 tun. Weiterhin ist ARM Aktivität ausreichend für die Atmung in Fällen von Membran Paralyse 8. Diese Studien zeigen, dass Strategien ARM-Funktion erweitern breathi verbessernng in Patienten, die an neuromuskulären Erkrankungen, Rückenmarksverletzung leidet, oder anderen Zuständen, bei denen Membranfunktion beeinträchtigt wird. Allerdings sind die Mechanismen steuern ARM Rekrutierung für die Atmung weitgehend unbekannt. Methoden Atemfunktion und Veränderungen in der ARM-Aktivität im Laufe der Zeit in Tiermodellen von Krankheiten oder Verletzungen nötig ist, um zu untersuchen, wie Arm rekrutiert, sowie zu bewerten Therapien zu messen ARM Rekrutierung und Belüftung zu verbessern. Darüber hinaus kann die erhöhte Aktivität von Armen mit dem fortschreitenden Verlust der Membranfunktion zusammenfällt , kann den neuromuskulären Krankheiten wie ALS 7, 9, 10 ein nützlicher Biomarker für Fortschreiten der Krankheit sein.
Dieses Protokoll beschreibt ein Verfahren zum nicht-invasiv (nach der ersten Operation) und wiederholt die Aktivität der Atemmuskeln messen und Belüftung in wach, verhaltenen Mäusen. Synchronisierte Aufnahmen von Elektromyogrammy (EMG), Ganzkörper-Plethysmographie (WBP) und Video ermöglichen es dem Untersucher, wie Veränderungen in der ARM-Aktivität Auswirkungen Belüftung zu bewerten und zu bestimmen, wenn das Subjekt in Ruhe ist oder sich bewegt. Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens ist , dass es in wach, verhaltenen Mäusen durchgeführt werden, während einiger alternativen Methoden erfordern EMG zu messen , die Anästhesie und / oder endständige Verfahren 11, 12, 13. Die Aufzeichnung der EMG – Aktivität in Mäusen wach im Laufe der Zeit auch durch die chronische Implantation von EMG erreicht werden kann , führt, wo die Maus durch Drähte mit dem Erfassungssystem gebunden ist 14, 15. Da eine Maus Anbinden mit normaler Bewegung oder Verhalten stören könnte und nicht mit einer Standard-Plethysmographie Kammer kompatibel ist, verwendet das beschriebene Verfahren Telemetriegeräte drahtlos das EMG-Signal an das Erfassungssystem zu senden. Der Sender kanngedreht wird mit einem Magneten an oder ausgeschaltet, um Energie zu sparen und ermöglicht Messungen von EMG-Aktivität über mehrere Monate wiederholt. Dieses Protokoll kann leicht die Aktivität von zusätzlichen respiratorischen oder nicht-respiratorischen Muskeln zu messen, indem die EMG Einsetzen führt in verschiedene Muskeln. Alternativ kann eine der beiden Leitungen kann verwendet werden EEG – Aktivität zu messen Schlafzustand zu beurteilen oder Anfallsaktivität 16 zu identifizieren. Diese Technik wird erfolgreich verwendet worden , in einem Mausmodell der ALS Veränderungen in ARM – Aktivität in Ruhe im gesamten Krankheitsverlauf zu messen und wichtige Neuronen Antriebsarm Aktivität in gesunden Mäusen 10 zu identifizieren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das Verfahren hier gezeigt, ermöglicht die nicht-invasive (nach dem anfänglichen chirurgischer Implantation des Senders) Messung der Atmungsmuskelaktivität und Belüftung über viele Monate im gleichen Tiere. Diese Technik hat mehrere Vorteile gegenüber Standard-EMG-Techniken bei narkotisierten Mäusen: 1) die Versuche weniger Mäuse benötigen und bieten die Möglichkeit, Daten aus dem gleichen Ort in einer einzigen Maus über Krankheitsstadien aufzeichnen (statt mehrere Mäuse bei verschiedenen Krankheitsstadien v…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Unterstützung für diese Arbeit wurde von einem Cincinnati Kindern Hospital Medical Center Treuhänder Award SAC und einer NIH Ausbildungsbeihilfe (T32NS007453) zu VNJ bereitgestellt
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
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