마우스의 말단 H-반사 측정
Summary
호프만 반사(H-반사)에 기초한 경직의 임상 평가와 말초 신경의 전기 자극을 사용하는 것은 확립된 방법입니다. 여기에서 우리는 마우스 앞발에서 H-반사 정량화를 위한 말단 및 직접적인 신경 자극을 위한 프로토콜을 제공합니다.
Abstract
스트레치 반사에 대한 전기적 유사체인 호프만 반사(H-반사)는 척수 손상이나 뇌졸중과 같은 부상 후 신경 회로의 무결성에 대한 전기생리학적 검증을 가능하게 합니다. 비자발적 근육 수축, 병리학적으로 증가된 스트레치 반사 및 해당 근육의 긴장항진과 같은 증상과 함께 H-반사 반응의 증가는 뇌졸중 후 경직(PSS)의 지표입니다.
다소 신경에 특이적이지 않은 경피적 측정과 달리, 여기에서는 앞발의 척골 및 정중 신경에서 직접 H-반사를 정량화하는 프로토콜을 제시하며, 이는 약간의 수정으로 뒷발의 경골 및 좌골 신경에 적용할 수 있습니다. 직접적인 자극과 다양한 신경에 대한 적응을 기반으로 하는 이 방법은 경직 관련 질병 모델에서 전기생리학적 변화를 검증하는 신뢰할 수 있고 다재다능한 도구를 나타냅니다.
Introduction
생리학자 Paul Hoffmann의 이름을 딴 Hoffmann 반사(H-반사)는 동일한 근육에서 발생하고 동일한 근육으로 이어지는 감각 및 운동 뉴런의 축삭을 운반하는 말초 신경의 전기 자극에 의해 유발될 수 있습니다. 이것은 단시냅스 스트레치 반사의 전기적으로 유도된 유사체이며 동일한 경로1을 공유합니다. 근육 스트레칭과 달리 H-반사는 전기 자극으로 인해 발생합니다. 말초 신경이 낮은 전류 강도에서 전기적으로 자극될 때, Ia 구심성 섬유는 일반적으로 큰 축삭 직경2로 인해 먼저 탈분극됩니다. 이들의 활동 전위는 척수의 알파 운동 뉴런(αMN)을 자극하고, 이는 차례로 αMN 축삭을 따라 근육으로 이동하는 활동 전위를 유도합니다(그림 1). 이 캐스케이드는 소위 H-파에 반영된 작은 진폭으로 근육 반응을 생성합니다. 자극 강도를 점진적으로 증가시킴으로써, H- 파의 진폭은 추가 운동 유닛의 모집으로 인해 증가한다. 특정 자극 강도에서 αMN의 더 얇은 축삭의 활동 전위가 직접 유도되며, 이는 M파로 기록됩니다. 이 M파는 H파보다 대기 시간이 짧습니다(그림 2). 자극 강도가 더 증가하면 더 많은 αMN 축삭의 모집으로 인해 M파의 진폭이 커지는 반면 H파는 점차 작아집니다. H-파는 αMN 축삭에서 활동 전위의 항드로믹 역전파로 인해 높은 자극 강도에서 억제될 수 있습니다. 이러한 유발 된 활동 전위는 Ia 자극의 활동 전위와 충돌하여 서로를 상쇄 할 수 있습니다. 극대 자극 강도에서 orthodromic(근육을 향한) 및 antidromic(척수를 향한) 활동 전위는 모든 MN 축삭에서 발생합니다. 전자는 최대 M-파 진폭(Mmax)을 발생시키는 반면, 후자는 H-반사3을 완전히 폐지합니다.
뇌졸중 후 경직(PSS) 또는 척수 손상(SCI)의 평가를 위해 H-반사를 사용하여 인간의 운동 및 경직의 신경 기초를 평가했습니다1. 측정 사이와 피험자 사이의 H-반사 변화에 대한 개선된 정량화는 H-파와 M-파의 비율(H/M 비율)을 사용하여 달성됩니다. 대안적으로, 속도 의존적 우울증(RDD)은 일련의 상승 주파수(예를 들어, 0.1, 0.5, 1.0, 2.0 및 5.0Hz)를 사용하여 측정된다. RDD는 뇌졸중 또는 SCI에 의해 방해받을 수 있는 억제 회로의 무결성을 반영합니다. 모든 신경 회로가 손상되지 않으면 H- 반사가 균일하고 주파수에 관계없이 억제됩니다. 그러나 뇌졸중이나 SCI의 결과로 신경 억제가 감소하면 자극 빈도가 증가함에 따라 H 반사의 억제가 감소한다4.
표면 전극을 이용한 정확한 전기생리학적 기록은 어려울 수 있으며, 운동 작업, 억제 메커니즘 및 αMN 흥분성의 영향을 받을 수 있다5. 설치류의 경피적 기록에서 자극 전극은 경골 신경 근처에 배치되고 기록 전극은 앞발의 관련 근육 근처에 배치됩니다. 그러나 우리의 경험에 따르면 경피적 전극의 올바른 배치(그림 1A)는 인간의 표면 전극 배치보다 설치류에서 훨씬 더 복잡하고 가변적입니다. 이것은 H-반사를 이끌어내는 데 필요한 길이, 빈도 및 자극 강도의 차이로 이어질 수 있습니다. 이러한 방법론적 도전은 왜 매우 제한된 수의 H-반사 측정 연구(예: 실험 뇌졸중 모델 3,4 및 기타 경직 모델6)만 있는지 설명할 수 있습니다. 개별 신경에 대한 H-반사의 정확한 (장기) 자극 및 기록은 원칙적으로 표적 신경을 둘러싸고 있는 이식 가능한 전극을 사용하여 달성될 수 있습니다(7,8). 동물에 대한 잠재적인 부작용과 프로브의 잠재적인 불안정성이 있는 까다로운 수술로 인해 이 접근 방식은 현장에서 표준이 되지 못했습니다. 여기에 제시된 방법에는 약간의 외과적 전문 지식도 필요합니다. 그러나 낮은 자극 강도를 사용하여 생체 내에서 고립된 신경을 새롭고 정확하게 자극하고 기록할 수 있어 인접 신경의 동시 자극을 피할 수 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
마우스(6)에서 이전에 기술된 경피적 H-반사 측정과 대조적으로, 본 발명자들은 보다 직접적이고 신경-특이적인 측정을 제공한다. 이 새로운 접근법은 전지 및 뒷다리의 신경(예: 각각 정중, 척골 및 요골 신경, 경골 및 좌골 신경)에 적용할 수 있으며, 이 방법을 많은 질병 모델(예: 뇌졸중, 다발성 경화증, 근위축성 측삭 경화증, 외상성 뇌 손상 및 척수 손상)에 대한 진단 도구로 ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 MG가 그의 연구실을 방문하는 동안 Dalhousie University의 T. Akay의 지원에 감사드립니다. 이 작업은 Friebe Foundation(T0498/28960/16) 및 Deutsche Forschungsgemeinschaft(DFG, 독일 연구 재단) – Project-ID 431549029 – SFB 1451의 자금 지원으로 지원되었습니다.
Materials
| Absorbent underpad | VWR | 115-0684 | |
| AD converter | Cambridge Electronic Design, UK | CED 1401micro | |
| Amplifier | Workshop Zoological Institute, UoC | – | |
| Digital stimulator | Workshop Zoological Institute, UoC | MS 501 | |
| EMG electrodes | Workshop Zoological Institute, UoC | Two twisted, insulated copper wires (50 µm outer diameter) were soldered to a male plug and connected to a differential amplifier. | |
| Eye ointment | Bayer | Bepanthen | |
| Glass pipette | Workshop Zoological Institute, UoC | – | Prepare a glass pipette bent into a simple glass hook in the flame of a Bunsen burner. |
| Heating box | MediHeat | MediHeat V1200 | |
| Heating pad | WPI | 61840 Heating pad | |
| Hook electrodes | Workshop Zoological Institute, UoC | – | To produce the electrodes, bend stainless steel miniature pins into hooks at one end and insert into blunt cannulas to create direct mechanical contact. Solder the end of the cannula to copper wires (length approx. 50 cm), which are connected to either stimulation or recording device. |
| Ketamine | Pfizer | Ketavet | |
| Rectal probe | WPI | RET-3 | |
| Stimulator isolation unit | Workshop Zoological Institute, UoC | MI 401 | |
| Sterilizer | CellPoint Scientific | Germinator 500 | Routine pre- and post-operative disinfection of the surgical equipment should be done by heat sterilization. Decontaminate instruments for 15 s in the heated glass bead bath (260°C). |
| Temperature controller | WPI | ATC200 | |
| Vaseline | Bayer | – | |
| Xylazine | Bayer | Rompun |
Riferimenti
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