Använda elektroretinogram att utvärdera funktionen i Gnagare Retina och de skyddande effekterna av fjärr Limb Ischemisk Förkonditionering
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
ERG är en elektrisk potential alstras av näthinnan såsom gensvar på ljus, och registrerades från hornhinnans yta hos ögat. När villkoren för inspelning noggrant hanteras, kan ERG användas i en mängd olika sätt att bedöma näthinnefunktion. Här har vi beskrivit hur man spelar in den "flash ERG, potentialen som genereras när näthinnan utsätts för en kort, ljusstarka flash presenteras i en Ganzfeld bakgrund. Den Ganzfeld sprider ljuset homogent och ljusblixt når hela näthinnan ungefär jämnt. Om näthinnan är mörkt anpassas före inspelning, och den mörka-anpassningen bibehålls som djuret är förberedd för inspelning, erhållit ERG genereras av både tappar och stavar fotoreceptorer.
Den mörka anpassade flash ERG har en karakteristisk vågform, som har analyserats på två sätt. För det första har tidiga och sena delar av ERG vågformen har urskiljas, och i samband med sekvensen av neuronal aktivering i näthinnan. Den tidigaste komponenten är en kort latens negativt gående potential, a-våg (Figur 1). Detta följs av en i positiv riktning gående potential, som kallas B-vågen. Den stigande fasen av b-vågen visar svängningar, som betraktas som en separat komponent (oscillerande potential eller OP). A-vågen anses genereras av fotoreceptorer, b-vågen av celler av det inre kärnskiktet, och de operativa programmen genom amakrina celler 1.
Baserat på stimulans styrka, svar på mycket dunkla blinkar benämnd scotopic tröskel svar är möjliga. Den scotopic reaktionströskel är underförstått att genereras från näthinneganglieceller 2-4. För det andra, kan blixten ERG separeras genom ljus anpassning, eller genom en två flash-protokoll som beskrivs nedan, till stång- och kon-drivna komponenter. Under fotopiska förhållanden, är a-våg inte kan upptäckas hos råttor, eftersom kon befolkningen är låg, men operativa och en b-våg ärklar 5. I primater, vars näthinnor har högre kon populationer, både stav och kon- vägar genererar en detekterbar a-våg 6.
Två användbara åtgärder ofta utvinns ur blixten ERG är amplituder av a- och b-vågor, mätt som i figur 1, med typiska flash svar visas i figur 2. När fotoreceptor befolkningen minskas, till exempel genom exponering för damagingly ljus ljus, är alla komponenter av ERG minskas. Neuroprotektiva insatser, såsom fjärr ischemisk prekonditionering (RIP), kan valideras av bevarandet av amplituder av a- och b-vågor (Figur 3). Sammanfattningsvis, analysen av ERG möjliggör jämförelser mellan friska, lätt skadas och neuroprotected näthinnan.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den mörk anpassad blixt ERG metod som beskrivits ovan är en tillförlitlig metod för att bedöma näthinnefunktion hos råttor. Både en-vågs- och b-vågen minskades med ljusskada. Fjärr ischemisk prekonditionering mildras lätta skador-inducerade minskningar i en-vågs- och b-vågen. Detta bevarande av retinal funktion tyder på att fjärr ischemisk prekonditionering har lett neuroprotektion, liknar andra former av skyddande prekonditionering såsom hypoxi, ischemi och motion 8-10. ERG signa…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna är tacksamma för hjälp av Mrs Sharon Spana in gnagare övervakning, hantering och experimenterande. PhD finansieringsstöd har tillhandahållits av University of Sydney och svenska forskningscentret för Excellence i Vision.
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
- Arden, G. B., Heckenlively, J. . Principles and practice of clinical electrophysiology of vision. , 139-183 (2006).
- Bui, B. V., Fortune, B. Ganglion cell contributions to the rat full-field electroretinogram. Journal of Physiology-London. 555 (1), 153-173 (2004).
- Fortune, B., et al. Selective ganglion cell functional loss in rats with experimental glaucoma. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 45 (6), 1854-1862 (2004).
- 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).
- 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).
- 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).
- Liu, K., et al. Development of the electroretinographic oscillatory potentials in normal and ROP rats. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 47 (12), 5447-5452 (2006).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Mizota, A., Adachi-Usami, E. Effect of body temperature on electroretinogram of mice. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 43 (12), 3754-3757 (2002).
- Szabo-Salfay, O., et al. The electroretinogram and visual evoked potential of freely moving rats. Brain Research Bulletin. 56 (1), 7-14 (2001).
- Charng, J., et al. Conscious Wireless Electroretinogram and Visual Evoked Potentials in Rats. Plos One. 8 (9), (2013).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Sasovetz, D. . KETAMINE HYDROCHLORIDE – EFFECTIVE GENERAL ANESTHETIC FOR USE IN ELECTRORETINOGRAPHY. Annals of Ophthalmology. 10 (11), 1510-1514 (1978).
- 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).
- 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).
- 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).
- Behn, D., et al. Dark adaptation is faster in pigmented than albino rats. Documenta Ophthalmologica. 106 (2), 153-159 (2003).
- 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).
- Machida, S., et al. P23H rhodopsin transgenic rat: Correlation of retinal function with histopathology. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 41 (10), 3200-3209 (2000).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Wachtmeister, L. Oscillatory potentials in the retina: what do they reveal. Progress in Retinal and Eye Research. 17 (4), 485-521 (1998).
