Summary

쥐 망막 및 원격 사지 허혈 양상의 보호 효과에 기능을 평가하기 위해 전위도를 사용하여

Published: June 09, 2015
doi:

Summary

The electroretinogram (ERG) is an electrical potential generated by the retina in response to light. This paper describes how to use the ERG to assess retinal function, in dark-adapted rats, and how it can be can be used to assess a neuroprotective intervention, in the present case remote ischemic preconditioning.

Abstract

The ERG is the sum of all retinal activity. The ERG is usually recorded from the cornea, which acts as an antenna that collects and sums signals from the retina. The ERG is a sensitive measure of changes in retinal function that are pan-retinal, but is less effective for detecting damage confined to a small area of retina. In the present work we describe how to record the ‘flash’ ERG, which is the potential generated when the retina is exposed to a brief light flash. We describe methods of anaesthesia, mydriasis and corneal management during recording; how to keep the retina dark adapted; electrode materials and placement; the range and calibration of stimulus energy; recording parameters and the extraction of data. We also describe a method of inducing ischemia in one limb, and how to use the ERG to assess the effects of this remote-from-the-retina ischemia on retinal function after light damage. A two-flash protocol is described which allows isolation of the cone-driven component of the dark-adapted ERG, and thereby the separation of the rod and cone components. Because it can be recorded with techniques that are minimally invasive, the ERG has been widely used in studies of the physiology, pharmacology and toxicology of the retina. We describe one example of this usefulness, in which the ERG is used to assess the function of the light-damaged retina, with and without a neuroprotective intervention; preconditioning by remote ischemia.

Introduction

ERG는 광에 응답하여 망막에 의해 발생하고, 눈의 각막 표면으로부터 기록 전위이다. 기록 조건을 신중하게 관리하는 경우, ERG 망막 기능을 평가하기 위해 다양한 방법으로 사용될 수있다. 여기서 우리는 '플래시 ERG', 망막 Ganzfeld 배경에 제시된 간단한, 밝은 플래시에 노출되었을 때 발생하는 전위를 기록하는 방법을 설명했다. Ganzfeld는 균일하게 빛을 분산 빛의 플래시가 약 균일하게 전체 망막에 도달한다. 망막을 기록하기 전에 어두운 적응되며, 동물의 기록을 위해 준비 될 때 어두운 적응이 유지되는 경우, ERG 두로드와 콘 감광체에 의해 생성된다 얻어진.

어두운 적응 플래시 에르그는 두 가지 방법으로 분석 된 특성 파형을 가지고 있습니다. 먼저, ERG 파형의 초기와 후기 컴포넌트 구별하고 뉴런의 시퀀스와 관련되어왔다망막 알 활성화. 최초의 구성 요소는 짧은 대기 시간에 음의 가능성, 파 (그림 1)입니다. 이것은 양의 진행 가능성이 뒤에, B 파를했다. B 파의 상승 단계는 별도의 구성 요소 (진동 전위 또는 OPS) 간주되는 진동을 보여줍니다. 파장은 감광체에 의해 생성 된 것으로 간주되며, 무 축삭 세포에 의한 1 층의 내측 핵 세포 및 OPS 의한 B 표면파.

자극 강도에 기초하여, 매우 희미 깜박에 응답 암순응 임계 반응이 가능하다 불린다. 암순응 임계 응답은 망막 신경절 세포 2-4에서 생성하는 것으로 이해된다. 둘째, 플래시 ERG 빛 적응에 의해 분리 될 수 있고, 또는 두 플래시 프로토콜에 의해 일단이 상기 조작 패널과 원뿔 중심 성분으로, 후술. 포토 픽 조건 하에서, 콘 인구가 낮기 때문에, 전파는 쥐에서 검출되지이지만 OPS와 B 파장은5 취소합니다. 그의 망막 높은 콘 인구가 영장류에서, 일단이 상기 조작 패널과 원뿔 경로 모두 검출 파 (6)를 생성합니다.

종종 플래시 ERG로부터 추출 두 유용한 대책 감광체 인구가 위험한 점 밝은에 노출, 예를 들면, 감소도 2에 도시 된 전형적인 플래시 응답.와도 1에서와 같이 측정 A- 및 B- 파의 진폭, 아르 빛, 망막 전위도의 모든 구성 요소가 감소된다. 원격 허혈 (RIP)와 같은 신경 개입, A-와 B 파 (그림 3)의 진폭의 보존에 의해 검증 될 수있다. 요약하면, ERG의 분석은 건강 손상 가볍고 neuroprotected 망막 간의 비교를 가능하게한다.

Protocol

이 프로토콜은 시드니 대학의 동물 관리 가이드 라인을 따른다. 1. 만들기 전극 양극 백금 와이어 직경 1-2mm의 짧은 (5cm) 길이에서 (각막 연락을 드릴 것 하나)를 구축합니다. 루프에 직경이 수 mm 그것을 패션. 앰프의 입력단에 도달하도록 충분한 시간, 통상의 리드에 연결이 루프 (도 4 참조). AG / AgCl을 또한 컨벤션 리드에 연결된 직경 1-2mm를, 펠렛 ?…

Representative Results

프로토콜은 생체 내 쥐의 망막 시각 기능을 측정 할 수있다. 전파, 광 수용체의 기능을 측정하고, B-파도 내측 망막 기능의 측정은,도 1에 주석 첨부된다. 도 2a에 도시 된 바와 같이 증가하는 빛 자극과로드 지배 ERG 신호 증가. 파장이 0.4 로그 스코틀랜드의 cd.sm -2 2.5 로그 스코틀랜드의 cd.sm에서 포화 될 때까지 파의 진폭이 증가 -2</s…

Discussion

위에서 설명한 어두운 적응 플래시 에르그 방법은 쥐의 망막 기능을 평가하기위한 신뢰할 수있는 방법이다. 파 및 b 파 모두 빛의 손상에 의해 감소​​되었다. 원격 허혈 양상은 파 및 b 파의 광 손상에 의한 감소를 완화. 망막 기능이 보존 원격 허혈 양상은 저산소증, 허혈 및 운동 8-10으로 보호 전처리의 다른 형태를 닮은 신경을 유도 것을 제안합니다. 녹화 설정, 광 자극의 파라​​미?…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

저자는 설치류 모니터링, 처리 및 실험에서 부인 샤론 SPANA의 도움에 감사합니다. 박사 자금 지원은 비전에서 우수 시드니 대학과 호주 연구 센터에 의해 제공되고있다.

Materials

PC computer
Powerlab, 4 channel acquistion hardware AD Instruments PL 35044 Acquistion of ERG
Animal Bio Amp AD Instruments FE 136 Amplifier for ERG
Lab chart AD Instruments Signal collection software
Ganzfield Photometric solutions FS-250A Light stimulus
Ganzfield operating system Photometric solutions
Research Radiometer International light technologies ILT-1700 calibrate light series
Lux meter LX-1010B  check red light illumanation
Excel microsoft
Lead wires AD Instruments Connect postive, negative ground electrodes to amplifier
Lead wires -aligator AD Instruments ground ganzfield and acquistion hardware to computer
Platinum wire 95% A&E metals postive electrode
Mouth electrode Ag/AgCl Pellet SDR E205 negative electode
26 gauge needle BD ground electode
Water pump
Water bath
Tubing
Homeothermic blanket system with flexible probe Harvard Appartus 507222F
Atropine 1% w/v Bausch & Lomb topical mydriasis
Proxmethycaine 0.5% w/v Bausch & Lomb topical anaesthetic
Visco tears eye drops Novartis carbomer polymer
Thread retract eye lid
Tweezers
Reusable adhesive Blu tac Dim red headlamp. Affix electrodes
Absorbent bedding
Ketamil – ketamine 100 mg/ml – 50 ml Troy Laboratories Pty Ltd dissociative
Xylium – Xylazine 100 mg/ml – 50 ml Troy Laboratories Pty Ltd muscle relaxant
Scale

Riferimenti

  1. Arden, G. B., Heckenlively, J. . Principles and practice of clinical electrophysiology of vision. , 139-183 (2006).
  2. Bui, B. V., Fortune, B. Ganglion cell contributions to the rat full-field electroretinogram. Journal of Physiology-London. 555 (1), 153-173 (2004).
  3. Fortune, B., et al. Selective ganglion cell functional loss in rats with experimental glaucoma. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 45 (6), 1854-1862 (2004).
  4. Alarcon-Martinez, L., et al. Short and long term axotomy-induced ERG changes in albino and pigmented rats. Molecular Vision. 15 (254-255), 2373-2383 (2009).
  5. Lyubarsky, A. L., et al. Functionally rodless mice: transgenic models for the investigation of cone function in retinal disease and therapy. Vision Research. 42 (4), 401-415 (2002).
  6. Bush, R. A., Sieving, P. A. . A PROXIMAL RETINAL COMPONENT IN THE PRIMATE PHOTOPIC ERG A-WAVE. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 35 (2), 635-645 (1994).
  7. Liu, K., et al. Development of the electroretinographic oscillatory potentials in normal and ROP rats. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 47 (12), 5447-5452 (2006).
  8. Casson, R. J., Wood, J. P. M., Melena, J., Chidlow, G., Osborne, N. N. The effect of ischemic preconditioning on light-induced photoreceptor injury. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 44 (3), 1348-1354 (2003).
  9. Lawson, E. C., et al. Aerobic Exercise Protects Retinal Function and Structure from Light-Induced Retinal Degeneration. Journal of Neuroscience. 34 (7), 2406-2412 (2014).
  10. Grimm, C., et al. HIF-1-induced erythropoietin in the hypoxic retina protects against light-induced retinal degeneration. Nature Medicine. 8 (7), 718-724 (2002).
  11. Weymouth, A. E., Vingrys, A. J. Rodent electroretinography: Methods for extraction and interpretation of rod and cone responses. Progress in Retinal and Eye Research. 27 (1), 1-44 (2008).
  12. Bayer, A. U., Cook, P., Brodie, S. E., Maag, K. P., Mittag, T. Evaluation of different recording parameters to establish a standard for flash electroretinography in rodents. Vision Research. 41 (17), 2173-2185 (2001).
  13. Pugh, E. N., Lamb, T. D. AMPLIFICATION AND KINETICS OF THE ACTIVATION STEPS IN PHOTOTRANSDUCTION. Biochimica Et Biophysica Acta. 1141 (2-3), 111-149 (1993).
  14. Breton, M. E., Schueller, A. W., Lamb, T. D., Pugh, E. N. ANALYSIS OF ERG A-WAVE AMPLIFICATION AND KINETICS IN TERMS OF THE G-PROTEIN CASCADE OF PHOTOTRANSDUCTION. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 35 (1), 295-309 (1994).
  15. Mizota, A., Adachi-Usami, E. Effect of body temperature on electroretinogram of mice. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 43 (12), 3754-3757 (2002).
  16. Szabo-Salfay, O., et al. The electroretinogram and visual evoked potential of freely moving rats. Brain Research Bulletin. 56 (1), 7-14 (2001).
  17. Charng, J., et al. Conscious Wireless Electroretinogram and Visual Evoked Potentials in Rats. Plos One. 8 (9), (2013).
  18. Galambos, R., Juhasz, G., Kekesi, A. K., Nyitrai, G., Szilagyi, N. NATURAL SLEEP MODIFIES THE RAT ELECTRORETINOGRAM. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 91 (11), 5153-5157 (1994).
  19. Galambos, R., Szabo-Salfay, O., Szatmar, E., Szilagyi, N., Juhasz, G. Sleep modifies retinal ganglion cell responses in the normal rat. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 98 (4), 2083-2088 (2001).
  20. Guarino, I., Loizzo, S., Lopez, L., Fadda, A., Loizzo, A. A chronic implant to record electroretinogram, visual evoked potentials and oscillatory potentials in awake, freely moving rats for pharmacological studies. Neural Plasticity. 11 (3-4), 241-250 (2004).
  21. Huang, J. C., Salt, T. E., Voaden, M. J., Marshall, J. NON-COMPETITIVE NMDA-RECEPTOR ANTAGONISTS AND ANOXIC DEGENERATION OF THE ERG B-WAVE IN-VITRO. Eye (London). 5 (4), 476-480 (1991).
  22. Sasovetz, D. . KETAMINE HYDROCHLORIDE – EFFECTIVE GENERAL ANESTHETIC FOR USE IN ELECTRORETINOGRAPHY. Annals of Ophthalmology. 10 (11), 1510-1514 (1978).
  23. Mojumder, D. K., Wensel, T. G. Topical Mydriatics Affect Light-Evoked Retinal Responses in Anesthetized Mice). Investigative Ophthalmology & Visual Science. 51 (1), 567-576 (2010).
  24. Fraunfel, F. t., Burns, R. P. ACUTE REVERSIBLE LENS OPACITY – CAUSED BY DRUGS, COLD, ANOXIA, ASPHYXIA, STRESS, DEATH AND DEHYDRATION. Experimental Eye Research. 10 (1), 19 (1970).
  25. Calderone, L., Grimes, P., Shalev, M. ACUTE REVERSIBLE CATARACT INDUCED BY XYLAZINE AND BY KETAMINE-XYLAZINE ANESTHESIA IN RATS AND MICE. Experimental Eye Research. 42 (4), 331-337 (1986).
  26. Behn, D., et al. Dark adaptation is faster in pigmented than albino rats. Documenta Ophthalmologica. 106 (2), 153-159 (2003).
  27. Sugawara, T., Sieving, P. A., Bush, R. A. Quantitative relationship of the scotopic and photopic ERG to photoreceptor cell loss in light damaged rats. Experimental Eye Research. 70 (5), 693-705 (2000).
  28. Machida, S., et al. P23H rhodopsin transgenic rat: Correlation of retinal function with histopathology. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 41 (10), 3200-3209 (2000).
  29. Brandli, A., Stone, J. Remote Ischemia Influences the Responsiveness of the Retina. Observations in the Rat. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 55 (4), 2088-2096 (2014).
  30. Maccarone, R., Di Marco, S., Bisti, S. Saffron supplement maintains morphology and function after exposure to damaging light in mammalian retina. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 49 (3), 1254-1261 (2008).
  31. Hood, D. C., Birch, D. G. Assessing abnormal rod photoreceptor activity with the a-wave of the electroretinogram: Applications and methods. Documenta Ophthalmologica. 92 (4), 253-267 (1996).
  32. Robson, J. G., Frishman, L. J. The rod-driven a-wave of the dark-adapted mammalian electroretinogram. Progress in Retinal and Eye Research. 39, 1-22 (2014).
  33. Hood, D. C., Birch, D. G. A COMPUTATIONAL MODEL OF THE AMPLITUDE AND IMPLICIT TIME OF THE B-WAVE OF THE HUMAN ERG. Visual Neuroscience. 8 (2), 107-126 (1992).
  34. Wachtmeister, L. Oscillatory potentials in the retina: what do they reveal. Progress in Retinal and Eye Research. 17 (4), 485-521 (1998).
check_url/it/52658?article_type=t

Play Video

Citazione di questo articolo
Brandli, A., Stone, J. Using the Electroretinogram to Assess Function in the Rodent Retina and the Protective Effects of Remote Limb Ischemic Preconditioning. J. Vis. Exp. (100), e52658, doi:10.3791/52658 (2015).

View Video