Denne protokol demonstrerer vores model af aktivitetsbaseret bevægeapparatet løbebånd uddannelse for rotter med rygmarvsskade (SCI). Inkluderet er både quadrupedal og forelimb-only grupper ud over to forskellige typer af ikke-uddannede kontrolgrupper. Efterforskere er i stand til at vurdere træning virkninger på SCI rotter benytter denne protokol.
Rygmarvsskade (SCI) resulterer i vedvarende underskud, der omfatter både mobilitet og et væld af autonome-relaterede dysfunktioner. Bevægeapparatet uddannelse (LT) på et løbebånd er almindeligt anvendt som en rehabilitering værktøj i befolkningens SCI med mange fordele og forbedringer i hverdagen. Vi anvender denne metode af aktivitetsbaseret opgave-specifikke uddannelse (ABT) i gnavere efter SCI både belyse mekanismerne bag sådanne forbedringer og til at øge og forbedre eksisterende kliniske rehabilitering protokoller. Vores nuværende mål er at bestemme de underliggende ABT-induceret forbedringer i urin mekanismer, tarm, og seksuel funktion i SCI rotter efter en moderat til svær grad af kontusion. Efter at sikre hvert enkelt dyr i en skræddersyet justerbar vest, er de sikret en alsidig organ vægt støttemekanisme, sænket til en modificeret tre-sporede løbebånd og bistået i step-træning for 58 minutter, en gang om dagen i 10 uger. Denne opsætning giver mulighed for uddannelse af både quadrupedal og forelimb kun dyr, sammen med to forskellige ikke-uddannede grupper. Quadrupedal-uddannede dyr med body vægt støtte er hjulpet af en tekniker til stede til at bistå i stepping med ordentlig hind lemmer placering som nødvendigt, mens forelimb-kun uddannede dyr opdrættes i caudale slutningen at sikre ingen hind lemmer kontakt med den løbebånd og ikke vægtbærende. En ikke-uddannede SCI gruppe af dyr, der er placeret i en sele og hviler ved siden af løbebånd, mens anden kontrol SCI gruppen forbliver i sit hjem bur i undervisningslokale i nærheden. Dette paradigme giver mulighed for uddannelse af flere SCI dyr på én gang, hvilket gør det mere tid-effektive ud over at sikre, at vores prækliniske dyremodeller efterligner den kliniske repræsentation som tæt som muligt, især med hensyn til kroppen vægttab støtte med manuel bistand.
Globalt, mellem 250.000-500.000 nye rygmarvsskade (SCI) tilfælde opstår enten på grund af degeneration, sygdomme eller mest almindeligt (op til 90%) traumer1. Efter traumatisk SCI, en serie af fysiologisk begivenheder finder sted, at resultere i neurologiske underskud, der påvirker en lang række kropsfunktioner. På grund af de kroniske underskud, der følger SCI, er udvikling og afprøvning af effektiv behandlingsmodaliteter afgørende. Indtil for nylig, har rehabilitering strategier oftest fokuseret på genvinding af mobilitet2,3. Efter SCI rang patienter blære/urin, tarm og seksuelle funktioner blandt de højeste livskvalitet komplikationer behov for bedre forvaltning1,4,5. Derfor er målretter blære, tarm, og seksuel funktion af allerstørste betydning fra en rehabilitering standpunkt1,4,5.
Motion og bevægeapparatet uddannelse (LT) er almindeligt udnyttede rehabiliterende behandlinger i SCI patientgruppe med mange fordele, såsom hjerte-kar-funktion, blære/urin funktion og mobilitet6,7,8 ,9,10. Det er derfor vi udnytte en lignende modalitet i vores prækliniske rotte SCI model. Det er vores mål at afgøre, hvilke virkninger LT har på SCI Wistar rotter, specielt med hensyn til både øvre (nyre) og lavere (blære, eksterne urethrae sphincter) urinveje funktion, tarmfunktion og seksuel funktion. Yderligere, LT har vist sig at være tilstrækkeligt i aktivering neuromuskulære systemer under niveauet for skade, som kan have indflydelse på beregningen af plasticitet i centralnervesystemet (CNS)11,12.
LT succes i prækliniske studier er veldokumenteret i store13,14 og små15,16,17,18,19 SCI dyremodeller. Tyder på, at afferente sensoriske input fra LT er tilstrækkelig til at stimulere spinale refleks veje, der resulterer i plasticitet og forbedringer for Sanse-Motorisk funktion9,20. LT fordele med hensyn til autonome funktioner er ikke blevet godt karakteriseret. Derfor gennemfører vi vores uddannelse paradigme med fokus på autonome statusmålinger, ved hjælp af fire forskellige grupper, der omfatter to ikke-uddannede kontrol og en metabolisk/motion ikke-vægtbærende gruppe sammen med en LT-gruppe, der efterligner timingen, session varighed, manuel bistand og vægt støtte, der er anvendt i kliniske studier19,21,22,23,24.
Vores metoder af ABT på rotter efter SCI er en roman terapeutisk intervention. Mens andre metoder i behændighedsøvelse og skridt uddannelse i dyremodeller kan findes35,efterligner36,37, denne metode LT foretages klinisk i SCI menneskelige befolkning, hvor vi har set lovende resultater23. Med kombinationen af vores setup, regime og anvendelse af kontroldyr, vil resultaterne fra udnytte vores uddannelse paradigme bidrage til at forstå fordelene ved ABT efter SCI. fremtidige anvendelser af denne protokol omfatter observere de beskrevne resultater af ABT på forskellige uddannelse tidsrammer samt at ABT har på recovery fra forskellige niveauer og udvidelser af skade.
En begrænsning af dette design er længden af tid til sådanne eksperimenter. Idet vores uddannelse regime for hvert dyr kræver 1 time om dagen, hver dag i 10 uger, er store personale tid og en organiseret tidsplan en nødvendighed. Et vigtigt aspekt, der kræver speciel opmærksomhed indebærer FT-gruppen, som har unikke seler med hook og loop materiale stropper til at sikre hind benene over løbebånd for afskaffelse af vægt støtte. Det er vigtigt at sikre, at dyret ikke får vægt støtte, hvilket er grunden til en platform ikke er placeret i rottens bagpoterne. Derudover, som tidligere undersøgelser har antydet, at de sensoriske input er en vigtigste drivkraft for bevægeapparatet plasticitet i rygmarven38,39,40, er der et konstant behov for at håndtere gruppen QT at hjælpe med træde meget det samme som fysioterapeuter i de kliniske omgivelser.
En vigtig ændring af kommercielt tilgængelige løbebånd systemet anvendes for dyrene vende polaritet. Efter udsætter motoren, var positive og negative ledningerne skiftede der vender retningen løbebånd flytter. Dette giver mulighed for mere plads og lettere adgang til at komme og hjælpe med at uddanne dyrene (systemet kommer med et chok gitter i den ene ende, der er designet til at forhindre ikke-udnyttet, spinally intakte dyr fra stepping off løbebånd bælte).
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne anerkender Drs. Patricia Ward, April Herrity og Susan Harkema for deres input og vejledning, Christine Yarberry for kirurgisk assistance, Yangsheng Chen, Andrea Willhite og Johnny Morehouse for teknisk bistand og Darlene Burke for bistand med statistikker og adfærdsmæssige vurderinger. Finansiering støtte til dette arbejde blev leveret af Department of Defense (W81XWH-11-1-0668 og W81XWH-15-1-0656) og Kentucky rygmarv og hoved skade forskning Trust (KSCHIRT 14-5).
Exer-3R treadmill | Columbus Instruments | reversed polarity of the motor | |
Body weight support system | N/A | N/A | modified spring scales with alligator clips |
Rat harness | N/A | N/A | Our harnesses are custom made; please refer to Figure 1 for visual. |
Infinite Horizon (IH) impactor device | Precision Systems and Instrumentation | Model 0400 | |
Ketamine HCl | Hospira | NDC 0409-2053-10 | |
Xylazine (AnaSed Injection) | Akorn Animal Health | NDC 59399-110-20 | |
Meloxicam (Eloxiject) | Henry Schein Animal Health | NDC 116695-6925-2 | |
Gentamicin Sulfate (GentaFuse) | Henry Schein Animal Health | NDC 11695-4146-1 | |
urethane, 97% | Argos Organics | CAS 51-79-6 | |
4-0 monofilament suture kit (4-0 Ethilon Nylon Suture) | Ethicon, LLC | 205016 | |
Michel suture clips (9mm Auto Clips) | MikRon Precision, Inc. | 1629 | |
Heating pad | Mastex Industries, Inc | Model 500 | |
Tootie Fruitys cereal | Malt O Meal | For training reward | |
Male Wistar rats | Envigo | ||
Size 10 surgical scalpel blades | Miltex | SKU: 4-110 |