Manipulation des épileptiforme Electrocorticograms (ECoGs) et du sommeil chez les rats et les souris par Acupuncture
Summary
This paper demonstrates the performance of acupuncture, epilepsy models, and the analysis of sleep in rodents. The acupuncture procedure and the identification of acupoints are described. Pilocarpine or pentylenetetrazol (PTZ) is used to induce epilepsy. Electrocorticogram (ECoG), electromyogram (EMG), brain temperature, and locomotor activity recordings are employed for sleep analysis.
Abstract
Ancient Chinese literature has documented that acupuncture possesses efficient therapeutic effects on epilepsy and insomnia. There is, however, little research to reveal the possible mechanisms behind these effects. To investigate the effect of acupuncture on epilepsy and sleep, several issues need to be addressed. The first is to identify the acupoints, which correspond between humans, rats, and mice. Furthermore, the depth of insertion of the acupuncture needle, the degree of needle twist in manual needle acupuncture, and the stimulation parameters for electroacupuncture (EA) need to be determined. To evaluate the effects of acupuncture on epilepsy and sleep, a feasible model of epilepsy in rodents is required. We administer pilocarpine into the left central nucleus of the amygdala (CeA) to simulate focal temporal lobe epilepsy (TLE) in rats. Intraperitoneal (IP) injection of pilocarpine induces generalized epilepsy and status epilepticus (SE) in rats. Five IP injections of pentylenetetrazol (PTZ) with a one-day interval between each injection successfully induces spontaneous generalized epilepsy in mice. Recordings of electrocorticograms (ECoGs), electromyograms (EMGs), brain temperature, and locomotor activity are used for sleep analysis in rats, while ECoGs, EMGs, and locomotor activity are employed for sleep analysis in mice. ECoG electrodes are implanted into the frontal, parietal, and contralateral occipital cortices, and a thermistor is implanted above the cerebral cortex by stereotactic surgery. EMG electrodes are implanted into the neck muscles, and an infrared detector determines locomotor activity. The criteria for categorizing vigilance stages, including wakefulness, rapid eye movement (REM) sleep, and non-REM (NREM) sleep are based on information from ECoGs, EMGs, brain temperature, and locomotor activity. Detailed classification criteria are stated in the text.
Introduction
L'épilepsie est un trouble neurologique commun dans lequel des crises récurrentes se produisent tout au long de la durée de vie d'un patient. La plupart des récurrences d'épilepsie peuvent être bien contrôlés par les médicaments anti-épileptiques (DEA). Toutefois, environ 30% des patients atteints d' épilepsie réfractaire , l' épilepsie développent 1. causes de l'épilepsie, troubles du sommeil qui peut encore aggraver la récidive. La preuve démontre que l' épilepsie peut soit perturber le sommeil la nuit ou peut provoquer une somnolence diurne excessive 2,3. Nos études antérieures indiquent en outre que l' épilepsie se produisant à zeitgeber temps (ZT) 0, soit le début de la période de lumière à la lumière: cycle d' obscurité, diminue le sommeil; ceci est médiée par l'hormone de libération de la corticotropine (CRH), un facteur homéostatique. L'épilepsie chez ZT13 (le début de la période d'obscurité) augmente l'expression d'un autre facteur homéostatique, l'interleukine-1 (IL-1), ce qui augmente le sommeil. Sommeil rythmes circadiens sont modifiés lorsque l'épilepsie survient à ZT6, au milieu de lapériode de lumière 4,5. D'autre part, les problèmes de sommeil aggravent encore la progression et la récurrence de l' épilepsie 6. Sur la base des éléments de preuve ci-dessus, nous essayons de révéler une méthode thérapeutique optimale pour contrôler simultanément l'épilepsie et prévenir les perturbations du sommeil chez les patients épileptiques. Nous avons déjà constaté que électroacupuncture (EA) avec une fréquence de stimulation de 10 Hz, dans lequel une certaine quantité de courant est délivré dans le acupoint à travers une aiguille en acier inoxydable, électrocorticogramme supprime avec succès (EcoG) activités d' épilepsie et des troubles du sommeil induit par l' épilepsie-7 . EA avec une fréquence de stimulation de 100 Hz se détériore davantage les activités d' épilepsie et les troubles du sommeil chez le rat 8,9. Cette expérience réussie dépend de trois facteurs: d'une part, un modèle animal d'épilepsie possible; en second lieu, un procédé d'enregistrement et d'analyse du sommeil chez les rongeurs; et troisièmement, la performance exacte de l'acupuncture et la précision de la locati acupointons.
L'épilepsie a été classé en deux grands types: épilepsie focale et l'épilepsie généralisée. Nous sommes intéressés à focale épilepsie temporale de lobe (TLE), épilepsie généralisée, état de mal épileptique (SE), et la récurrence de l'épilepsie généralisée spontanée. Par conséquent, les différentes manipulations sont appliquées pour créer des modèles d'épilepsie appropriés pour nos expériences. Pour établir TLE focale, une faible dose de pilocarpine est administré dans le noyau central de l'amygdale gauche (ACÉ). Pour vérifier ce modèle, six électrodes ECoG sont implantées sur le frontal (F1 et F2), pariétal (P1 et P2), et occipital (O1 et O2) lobes dans les deux hémisphères gauche et droit, et deux électrodes de référence (R1 & R2) sont placés sur le cervelet, dans les deux hémisphères. Un montant supplémentaire de guide de microinjection canule est implanté chirurgicalement dans le aCÉ gauche (AP, 2,8 mm de bregma; ML, 4.2 mm, DV, 7,8 mm par rapport à bregma). Les coordonnées sont adaptées de la Paxinos et Watson atlas de rat 10. Si le TLE focal est induite avec succès, seul l'enregistrement à partir de l'électrode à gauche cortex pariétal (P1), qui est près de la aCÉ gauche, devrait acquérir les ECoGs épileptiformes dominantes, sans ECoGs épileptiformes significatives enregistrées à partir des autres électrodes ECoG. Intrapéritonéale (IP) des injections de pilocarpine dans les rats induisent l'épilepsie et SE généralisés, mais cela peut être fatal. Cinq injections IP de pentylenetetrazol (PTZ) avec un intervalle d'une journée entre chaque injection induisent avec succès l'épilepsie généralisée spontanée chez la souris et assurent également la survie des souris. Deux électrodes de fil ECoG sont implantés dans les frontales et pariétales corticales chez les souris pour recevoir des signaux ECoG et de vérifier l'épilepsie spontanément récurrente.
Polysomnographie (PSG) est une méthode complète pour enregistrer les changements physiologiques qui se produisent pendant le sommeil, et il peut objectivement classer le sommeil en différentes étapes du mouvement non-rapide oeil (NREM) et rmouvements oculaires apid (REM) du sommeil. PSG enregistre les paramètres de fonctionnement de l'organisme, y compris les ondes cérébrales (électroencéphalogramme, EEG), les mouvements oculaires (de électrooculogramme, EOG), des tons de muscle squelettique (de électromyogramme, EMG), les rythmes cardiaques (électrocardiogramme, ECG), et les niveaux d'oxygène dans le sang et les paramètres respiratoires. Chez les rats, nous enregistrons ECoGs, EMGs, température corticale, et l'activité locomotrice de classer les états de vigilance en éveil, le sommeil lent et le sommeil paradoxal. analyse du sommeil chez la souris est effectuée en utilisant ECoGs, EMGs, et les résultats de l'activité locomotrice. Les rats sont implantés chirurgicalement avec trois EcoG vis électrodes au frontal, pariétal et corticales cérébelleux controlatéral par la chirurgie stéréotaxique. détermination post-acquisition des états de vigilance (de l'éveil, le sommeil lent et le sommeil paradoxal) est conduite selon les paramètres acquis des ECoGs, EMG, la température du cerveau, et l'activité locomotrice. Les critères détaillés pour catégoriser le comportement de l'animal chez les rats et les souris sont décrites dans til protocole.
Les rats et les souris ont besoin d'être anesthésiés avec une faible dose de Zoletil (25 mg / kg), soit la moitié de la dose d'anesthésique normalement administrés pendant la chirurgie stéréotaxique, avant d'effectuer l'acupuncture manuelle ou EA. Ce dosage permet aux animaux de se réveiller 30 à 35 minutes après l'injection. Soit l'acupuncture manuelle ou EA est effectuée au début de la période d'obscurité, avec un intervalle de temps constant de 30 minutes, et chaque animal est consécutivement traités pendant deux à trois jours. Stimuler les courants EA sont livrés dans un acupoint particulier à travers une aiguille en acier inoxydable qui est inséré dans l'acupoint. Le courant de stimulus est un train d'impulsions carrées biphasique, dans lequel la durée d'impulsion est de 150 ms et l'intensité de stimulation est de 1 mA. Si une aiguille sèche est utilisée pour l'acupuncture manuelle, l'aiguille insérée dans les acupoints est crispa 10 fois toutes les 5 min. La partie difficile de l'acupuncture manuelle ou EA est de localiser les points d'acuponcture chez les rongeurs. Le location des acupoints chez des rats ou des souris est similaire à leur localisation anatomique chez les humains. Par exemple, les acupoints bilatéraux Fengchi sont situés 3 mm de la ligne médiane postérieure sur le cou, entre les deux oreilles, ce qui est similaire à son emplacement anatomique chez les humains 11. En outre, les points d'acupuncture avec une faible impédance sur la peau peuvent être confirmées. la manipulation de l'acupuncture ou fictive EA Sham est nécessaire pour l'acupuncture ou des expériences EA. Acupuncture Sham ou fictive EA doivent être effectuées à un non-acupoint situé à proximité du acupoint, comme près de l'aisselle 12.
Pour étudier avec succès les effets de l'acupuncture ou EA sur l'épilepsie et les troubles du sommeil induit par l'épilepsie, les facteurs suivants doivent être en place: un modèle possible épileptique animal, l'analyse précise de ECoGs épileptiformes et la récurrence de l'épilepsie, une méthode pour classer les états de vigilance et la performance précise de l'acupuncture ou EA chez les rongeurs.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le choix d'un modèle animal d'épilepsie possible est essentiel pour chaque but expérimental. L'un de nos objectifs est d'élucider les effets de EA sur la suppression de l'épilepsie. EA est une médecine alternative qui peut présenter un effet thérapeutique dans l'épilepsie et a été documentée dans la littérature chinoise ancienne. Cependant, il y a un manque de preuves scientifiques pour le prouver. Pour déterminer les effets de l'évaluation environnementale sur l'épilepsie…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by Ministry of Science and Technology (MOST) grants MOST104-2410-H-002-053 & NSC99-2320-B-002-026-MY3. This manuscript was edited and proofread by Mr. Brian Chang, who has experience revising professional documents.
Materials
| Drugs | |||
| Zoletil | Virbac | 50 mg/kg i.p. | |
| pilocarpine | Sigma-Aldrich | P6503 | 300 mg/kg i.p.; 1.2 mg microinjection |
| PTZ | Sigma-Aldrich | P6500 | 0.035 mg/mouse |
| polysporin | Pfizer | ||
| Surgery | |||
| ECoG electrode | Plastics One | E363/20 | screw electrode for rats |
| Pedestal | Plastics One | MS363 | |
| Cannula | Plastics One | C315G/spc | |
| Thermistor | Omega Engineering | 44008 | |
| Dental acrylic | Tempron | ||
| Stereotaxic Instrument | Stoelting | Dural arms | |
| Recording equipments | |||
| ECoG amplifier | Colbourn Instruments | V75-01 | |
| A/D Board | National Instruments | NI PCI-6033E | |
| Infrared-based motion detectors | Biobserve GmbH | custom-made | |
| ICELUS | G-System | ||
| AxoScope 10 Software | Molecular Devices | ||
| Acupuncture needs | |||
| Stainless needles | Shanghai Yanglong Medical Articles Co. | 32 gauge x 1” | |
| Functions Electrical Stimulator | I.T.O., Japan | Trio 300 | |
| AcuPen | Lhasa OMS | Pointer Excel II |
References
- Regesta, G., Tanganelli, P. Clinical aspects and biological bases of drug-resistant epilepsies. Epilepsy Res. 34 (2-3), 109-122 (1999).
- Malow, B. A., Bowes, R. J., Lin, X. Predictors of sleepiness in epilepsy patients. Sleep. 20 (12), 1105-1110 (1997).
- Stores, G., Wiggs, L., Campling, G. Sleep disorders and their relationship to psychological disturbances in children with epilepsy. Child Care Health Dev. 24 (1), 5-19 (1998).
- Yi, P. L., Tsai, C. H., Lin, J. G., Lee, C. C., Chang, F. C. Kindling stimuli delivered at different times in the sleep-wake cycle. Sleep. 27 (2), 203-212 (2004).
- Yi, P. L., Chen, Y. J., Lin, C. T., Chang, F. C. Occurrence of epilepsy at different zeitgeber times alters sleep homeostasis differently in rats. Sleep. 35 (12), 1651-1665 (2012).
- Bazil, C. W. Sleep and epilepsy. Semin Neurol. 22, 321-327 (2002).
- Yi, P. L., Lu, C. Y., Jou, S. B., Chang, F. C. Low frequency electroacupuncture suppress focal epilepsy and improves epilepsy-induced sleep disruptions. J Biomed Sci. 22, 49 (2015).
- Yi, P. L., Lu, C. Y., Cheng, C. H., Tsai, Y. F., Lin, C. T., Chang, F. C. Activation of amygdala opioid receptors by electroacupuncture of Feng-Chi (GB20) acupoints exacerbates focal epilepsy. BMC Complement Altern Med. 13, 290 (2013).
- Yi, P. L., Lu, C. Y., Cheng, C. H., Tsai, Y. F., Lin, C. T., Chang, F. C. Amygdala opioid receptors mediate the electroacupuncture-induced deteriortation of sleep disruptions in epilepsy rats. J Biomed Sci. 20, 85 (2013).
- Paxinos, G., Watson, W. . The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates (4th edition). , (1998).
- Siu, F. K. W., Lo, S. C. L., Leung, M. C. P. Electro-acupuncture potentiates the disulphide-reducing activities of thioredoxin system by increasing thioredoxin expression in ischemia-reperfused rat brains. Life Sci. 77 (4), 386-399 (2005).
- Yi, P. L., Tsai, C. H., Lin, J. G., Liu, H. J., Chang, F. C. Effects of electroacupuncture at ‘Anmian’ (extra) acupoints on sleep activities in rats: the implication of the caudal nucleus tractus solitaries. J Biomed Sci. 11 (5), 579-590 (2004).
- Jou, S. B., Kao, I. F., Yi, P. L., Chang, F. C. Electrical stimulation of left anterior thalamic nucleus with high-frequency and low-intensity currents reduces the rate of pilocarpine-induced epilepsy in rats. Seizure. 22 (3), 221-229 (2012).
- Chang, F. C., Opp, M. R. Blockade of corticotropin-releasing hormone receptors reduces spontaneous waking in the rat. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 275 (3), 793-802 (1998).
- Cheng, C. H., Yi, P. L., Lin, J. G., Chang, F. C. Endogenous opiates in the nucleus tractus solitaries mediate electroacupuncture-induced sleep activities in rats. Evid Based Complement Alternat Med. 2011, 159209 (2011).
- Tsui, P., Leung, M. C. Comparison of the effectiveness between manual acupuncture and electro-acupuncture on patients with tennis elbow. Acupunct Electrother Res. 27 (2), 107-117 (2002).
- Napadow, V., Makris, N., Liu, J., Kettner, N. W., Kwong, K. K., Hui, K. K. Effects of electroacupuncture versus manual acupuncture on the human brain as measured by fMRI. Hum Brain Mapp. 24 (3), 193-205 (2005).
