Misurazione ripetuta di attività muscolare respiratoria e ventilazione in modelli murini di malattie neuromuscolari
Summary
Questo documento introduce un metodo per misurazioni ripetute di ventilazione e l'attività muscolare respiratorio in un modello murino amiotrofica liberamente comportarsi sclerosi laterale (ALS) durante la progressione della malattia con pletismografia corpo intero e elettromiografia tramite un dispositivo di telemetria impiantato.
Abstract
muscoli respiratori accessori aiutano a mantenere la ventilazione quando è compromessa la funzione del diaframma. Il seguente protocollo descrive un metodo per misure ripetute più di settimane o mesi di accessorio attività dei muscoli respiratori e contemporaneamente misura di ventilazione in un mouse non anestetizzati, liberamente comportarsi. La tecnica comprende l'impianto chirurgico di un trasmettitore radio e l'inserimento dell'elettrodo conduce nella scaleno e trapezio muscoli per misurare l'attività elettromiogramma di questi muscoli inspiratori. La ventilazione è misurata mediante pletismografia corpo intero, e il movimento animale è valutata video ed è sincronizzato con l'attività elettromiogramma. Le misurazioni di attività muscolare e ventilazione in un modello murino di sclerosi laterale amiotrofica vengono presentati per mostrare come questo strumento può essere utilizzato per studiare come i cambiamenti respiratori attività muscolare nel corso del tempo e per valutare l'impatto delle attività muscolare sulla ventilazione. I metodi descritti possono all'easily essere adattato per misurare l'attività di altri muscoli o per valutare l'attività dei muscoli respiratori accessori in altri modelli murini di malattie o lesioni.
Introduction
Muscoli respiratori accessori (ARM) aumentare la ventilazione durante i periodi di alta richiesta (ad esempio, esercizio) e aiutano a mantenere la ventilazione quando la funzione diaframma è compromessa in seguito a lesione o malattia 1, 2. Sebbene alterazioni della funzionalità membrana sono stati ben descritti nei pazienti sclerosi laterale amiotrofica (ALS) e modelli murini 3, 4, 5, 6, e tanto meno si conosce l'attività o la funzione di armi nella SLA. Tuttavia, uno studio ha suggerito che i pazienti affetti da SLA che reclutano bracci hanno una prognosi migliore rispetto a quelli con simili disfunzioni diaframma che no 7. Inoltre, l'attività ARM è sufficiente per la respirazione in caso di diaframma paralisi 8. Questi studi indicano che le strategie per aumentare la funzione ARM può migliorare breathing in pazienti affetti da malattia neuromuscolare, lesioni del midollo spinale, o altre condizioni in cui è compromessa la funzione diaframma. Tuttavia, i meccanismi che controllano l'assunzione ARM per la respirazione sono in gran parte sconosciuti. I metodi per misurare la funzione respiratoria e variazioni di attività ARM nel tempo in modelli animali di malattia o di infortunio sono necessari per studiare come le braccia sono reclutati, nonché per valutare le terapie per migliorare il reclutamento ARM e la ventilazione. Inoltre, l'aumento dell'attività di bracci coincidente con la perdita progressiva della funzione diaframma può essere un biomarker utile per la progressione della malattia in malattie neuromuscolari come la SLA 7, 9, 10.
Questo protocollo descrive un metodo per non invasivo (dopo l'intervento iniziale) e ripetutamente misurare l'attività dei muscoli respiratori e ventilazione in sveglio, topi si comportano. registrazioni sincronizzate di elettromiografiay (EMG), pletismografia corporea (WBP), e video consentono al ricercatore di valutare come variazioni di ventilazione impatto dell'attività ARM e per determinare quando il soggetto è a riposo o in movimento. Un importante vantaggio di questo metodo è che può essere eseguita in sveglio, topi comportarsi, mentre alcuni metodi alternativi per misurare EMG necessita di anestesia e / o sono procedure terminali 11, 12, 13. La registrazione dell'attività EMG in topi svegli nel tempo può anche essere realizzato attraverso l'impianto cronica di EMG porta, dove il mouse è legato da fili al sistema di acquisizione 14, 15. Perché legare un mouse potrebbe interferire con il movimento o comportamento normale e può non essere compatibile con una camera pletismografia standard, il metodo descritto utilizza dispositivi di telemetria per trasmettere senza fili il segnale EMG al sistema di acquisizione. Il trasmettitore puòessere acceso o spento con un magnete per risparmiare energia e consente ripetute misurazioni di attività EMG diversi mesi. Questo protocollo può essere facilmente adattato per misurare l'attività dei muscoli respiratori o non respiratorie aggiuntivi inserendo l'EMG conduce in diversi muscoli. In alternativa, può essere utilizzato uno dei due conduttori per misurare l'attività EEG per valutare lo stato di sonno o per identificare l'attività convulsiva 16. Questa tecnica è stata utilizzata con successo per misurare i cambiamenti nell'attività ARM a riposo per tutta la progressione della malattia in un modello murino di SLA e per identificare i neuroni chiave che guidano l'attività ARM nei topi sani 10.
Protocol
Representative Results
Discussion
La procedura consente dimostrato qui per la misurazione non invasiva (dopo l'impianto chirurgico iniziale del trasmettitore) di attività dei muscoli respiratori e ventilazione per molti mesi, nello stesso animale. Questa tecnica ha diversi vantaggi rispetto alle tecniche standard di EMG nei topi anestetizzati: 1) gli esperimenti richiedono un minor numero di topi e di fornire la possibilità di registrare i dati provenienti dallo stesso sito in un unico mouse attraverso stadi della malattia (invece di utilizzare mo…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Il supporto per questo lavoro è stato fornito dal Premio Trustee Hospital Medical Center di Cincinnati a bambini SAC ed una borsa di formazione NIH (T32NS007453) per VNJ
Materials
| B6.Cg-Tg (SOD1*G93A)1 Gur/J | Jackson Laboratory | 4435 | |
| Plethysmography Chamber | Buxco Respiratory Products/ Data Sciences International | 601-1425-001 | |
| Telemetry Receivers (Model RPC-1) | Data Sciences International | 272-6001-001 | |
| Bias Flow Pump (Model BFL0500) | Data Sciences International | 601-2201-001 | |
| ACQ-7000 USB | Data Sciences International | PNM-P3P-7002XS | |
| Dataquest A.R.T. Data Exchange Matrix | Data Sciences International | 271-0117-001 | |
| New Ponemah Analysis System | Data Sciences International | PNM-POST-CFG | |
| Ponemah Physiology Platform Acqusition software v5.20 | Data Sciences International | PNM-P3P-520 | |
| Ponemah Unrestrained Whole Breath Plethysmography analysis package v5.20 | Data Sciences International | PNM-URP100W | |
| Configured Ponemah Software System | Data Sciences International | PNM-P3P-CFG | |
| Analysis Module (URP) | Data Sciences International | PNM-URP100W | |
| Universal Amplifier | Data Sciences International | 13-7715-59 | |
| Sync Board | Data Sciences International | 271-0401-001 | |
| Sync Cable | Data Sciences International | 274-0030-001 | |
| Transducer-Pressure Buxco | Data Sciences International | 600-1114-001 | |
| Flow Meter | Data Sciences International | 600-1260-001 | |
| Magnet and Radio included in F20-EET Starter Kit | Data Sciences International | 276-0400-001 | |
| Axis P1363 Video Camera | Data Sciences International | 275-0201-001 | |
| Terg-A-Zyme | Fisher Scientific | 50-821-785 | Enzyme Detergent |
| Actril | Minntech Corporation | 78337-000 | Chemical Sterilant |
| Stereo Dissecting Microscope (Model MEB126) | Leica | 10-450-508 | |
| Servo-Controlled Humidifier/Infant Incubator | OHMEDA Ohio Care Plus | 6600-0506-803 | |
| TL11M2-F20-EET Transmitters | Data Sciences International | 270-0124-001 | |
| Dumont #2 Laminectomy Forceps – Standard Tips/Straight/12cm (x2) | Fine Scientific Instruments | 11223-20 | For handling wires |
| Dumont #2 Laminectomy Forceps – Standard Tips/Straight/12cm (x2) | Fine Scientific Instruments | 11223-20 | For surgery |
| Narrow Pattern Forceps- Serrated/Curved/12cm | Fine Scientific Instruments | 17003-12 | |
| Spring Scissors – Tough Cut/Straight/Sharp/12.5cm/6mm Cutting Edge | Fine Scientific Instruments | 15124-12 | |
| Tissue Separating Scissors – Straight/Blunt-Blunt/11.5cm | Fine Scientific Instruments | 14072-10 | |
| Fine Scissors – Tough Cut/Curved/Sharp-Sharp/9 cm | Fine Scientific Instruments | 14058-11 | For cutting wires and clipping nails |
| Scalpel Handle #3 | World Precision Instruments | 500236 | |
| Scalpel Blade | Fine Scientific Instruments | 10010-00 | For preparing lead caps |
| Polysorb Braided Absorbable suture | Coviden | D4G1532X | For coiling transmitter leads |
| Gluture | Zoetis Inc. | 6606-65-1 | Cyanoacrylate adhesive |
| 3 mL Syring Slip Tip – Soft | Vitality Medical | 118030055 | |
| 25G Needle (X2) | Becton Dickinson and Co. | 305-145 | |
| Cotton Tipped Applicators | Henry Schein Animal Health | 100-9175 | |
| Andis Easy Cut Hair Clipper Set | Andis | 049-06-0271 | Electrical Razor sold at Target |
| Isoflurane | Henry Schein Animal Health | 29404 | Anesthetic |
| Isopropyl Alcohol 70% | Priority Care 1 | MS070PC | |
| Dermachlor 2% Medical Scrub (chlorohexidine 2%) | Butler Schein | 55482 | |
| Artificial Tears | Henry Schein Animal Health | 48272 | Lubricant Opthalmic Ointment |
| Vacuum grease | Dow Corning Corporation | 1597418 | |
| Water Blanket | JorVet | JOR784BN |
References
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