في فيفو تقييم الخصائص الميكانيكية و اللزجة من اللسان الجرذ
Summary
نحن تصف الإجراء الجراحي في نموذج الفئران تخدير لتحديد لهجة العضلات والخصائص اللزجة لللسان. الإجراء ينطوي على التحفيز محددة من الأعصاب تحت اللسان وتطبيق السلبي ليساجوس منحنيات القوة / تشوه للعضلات.
Abstract
واللسان هو هدروستات عضلية شديدة الأعصاب والأوعية الدموية على الأرض من فم معظم الفقاريات. وتشمل وظائفه الأساسية دعم المضغ و ديجلوتيتيون، وكذلك الذوق الاستشعار و الصوتيات. وبالتالي، فإن قوة وحجم اللسان يمكن أن تؤثر على قدرة الفقاريات على إنجاز الأنشطة الأساسية مثل التغذية والتواصل والتنفس. المرضى الذين يعانون من انقطاع النفس أثناء النوم لديهم ألسنة موسعة، تتميز بانخفاض قوة العضلات وزيادة الدهون في العضل التي يمكن تصور وكمي بواسطة التصوير بالرنين المغناطيسي (مري). إن القدرات على قياس توليد القوة والخصائص اللزجة لللسان تشكل أدوات مهمة للحصول على معلومات وظيفية لربطها مع بيانات التصوير. هنا، نقدم تقنيات لقياس إنتاج قوة اللسان في الفئران زوكر تخدير عن طريق التحفيز الكهربائي للأعصاب تحت اللسان ولتحديد خصائص اللزجة سf اللسان من خلال تطبيق السلبي ليساجوس منحنيات القوة / تشوه.
Introduction
اللسان يوفر الدعم الأساسي للمضغ، ديجلوتيتيون، والذوق الاستشعار والتحدث. وجود العضلات العضلية والخارجية، مع التعصيب متميزة وتشريح / وظيفة، وتفسر تفرد هذا هدروستات العضلات. وقد قدمت التطورات الحديثة في تقنيات التصوير عرضا أكثر تفصيلا لتشريحها معقدة 1 . انخفاض وظائف اللسان، وضمور اللسان، وعسر البلع، وعوائق الكلام هي أيضا مظاهر شائعة من الظروف ميوباثيك مثل باركنسون 2 ، التصلب الجانبي الضموري (ألس) 3 ، ميوتونيك ضمور (مد) 4 وغيرها من الاعتلال العضلي.
التغيرات في تكوين العضلات المرتبطة الحالات المرض شيوعا تؤثر على الخصائص الميكانيكية واللزجية لللسان. على سبيل المثال، كشف التحليل الوظيفي لقوة اللسان التغيرات في خصائص مقلص المرتبطة الشيخوخةسس = "كريف"> 5 ، 6 ، نقص الأكسجة 7 ، 8 والبدانة 9 ، 10 . في حالة ضمور العضلات، وزيادة التليف يؤدي إلى تصلب العضلات أعلى، مما يترجم إلى انخفاض الامتثال للتشوه عند تطبيق بروتوكول تشوه ليساجوس 11 . على العكس من ذلك، التغيرات في محتوى الدهون في العضلات، مثل تلك الموثقة في المرضى الذين يعانون من السمنة المفرطة، وتغيير كل من التمثيل الغذائي 12 والخصائص الميكانيكية للعضلات الهيكل العظمي 13 ، 14 ويتوقع أن تزيد من امتثال العضلات للتشوه. زيادة الدهون اللسان يرتبط أيضا مع تطور توقف التنفس أثناء النوم الانسداد (أوزا) في البشر 17 عن طريق زيادة حجم اللسان إلى حد الجزئي انسداد مجرى الهواء العلوي (انقطاع النفس) 15 ، 16 . سيمإريلاري للبشر، وقد تم توثيق اللسان تسلل الدهون في البدناء زوكر الفئران 10 ، مما يشير إلى أن هذا النموذج هو أداة قيمة لدراسة آثار تسلل الدهون على علم وظائف الأعضاء اللسان.
قياس قوة اللسان يتطلب تقنيات جراحية حساسة لعزل وتحفيز الثنائي تحت اللسان الأعصاب 17 ، 18 . وقد سبق وصف هذه التقنيات في الفئران 5 ، 17 ، 19 ، 20 ، الأرانب 21 والبشر 22 ، 23 ، ولكن مع الوسائل البصرية محدودة للمحقق. نظرا لطبيعته الفنية العالية، وتوافر بروتوكول مفصل من شأنه أن يحسن بشكل كبير من إمكانية الوصول واستنساخ هذه التقنية. والهدف من النموذج التجريبي لدينا هو سوءأوستريت تقنية صالحة وموثوق بها لقياس قوة وخصائص اللزجة لللسان في نموذج الفئران. لتحقيق ذلك، يتم تخدير الفئران، تتعرض الأعصاب تحت اللسان والقنية القصبة الهوائية لضمان حرية الوصول إلى لسان الحيوان. حلقة خياطة ثم يربط غيض اللسان إلى محول قوة، قادرة على السيطرة على كل من القوة والطول، في حين أن اثنين من القطبين ربط الأقطاب تحفيز الأعصاب تحت اللسان لحث على تقلص اللسان. بعد الانتهاء من قياس القوة، وتستخدم قدرات السيطرة على طول محول القوة لتغيير سريع في طول اللسان، وفقا لبروتوكول موجة جيبية مع السعة الثابتة (منحنيات ليساجوس)، والمدة والتردد، مما يسمح للمرء أن يستمد خصائصه اللزجة 11 ، 24 . بروتوكول توجيه المحقق من خلال خطوات تشريح، وتحديد المواقع من الحيوان على بلاتفو التجريبيةآرإم، وضع الأقطاب الكهربائية، وأخيرا إلى اقتناء وتحليل القوة والبيانات اللزوجة.
Protocol
Representative Results
Discussion
التغييرات في استقلاب اللسان و / أو تكوين، مثل تسلل الدهون اللسان نتيجة للسمنة، ومن المتوقع أن يسبب تغييرات قابلة للقياس من المعلمات تقييمها من قبل بروتوكول لدينا. التقدير الكمي لقوة اللسان له أهمية كبيرة، حيث أن عدم التوازن بين النشاط الوراثي والرجعي أو ضعف ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد تم دعم هذا التحقيق من قبل معاهدتين وطنيتين من المنح الصحية: HL089447 ("السمنة و أوزا: فهم أهمية اللسان الدهون وظيفة التمثيل الغذائي") و HL094307 ("فهم العلاقة بين السمنة ودهون اللسان")
Materials
| SurgiSuite (heated Surgical tray) | Kent Scientific | SurgiSuite-LG | Includes heated platform |
| LED Lighting and Magnification Kit | Kent Scientific | SURGI- 5003 | |
| RC2 Rodent Circuit Controller | VetEquip | 922100 | |
| Isoflurane | Butler Schein Animal Health Supply | 29405 | |
| Alcohol Prep | Webcol | 6818 | |
| Cotton-tipped applicators | MediChoice | WOD1002 | |
| Hair clipper | Conair | ||
| Hair remover lotion | Nair | ||
| Medical tape | Transpore | 3M | |
| D-PBS | Corning | 21-030-CM | |
| Operating Scissors | World Precision Instruments | 503717-12 | |
| Hemostatic Forceps | Merit | 97-458 | Any tissue forceps can be used instead |
| Microdissecting Forceps, Angled, Serrated, 10.2cm, SS | World Precision Instruments | 504479 | |
| Suture Tying Forceps | Fine Science Tools | 18025-10 | |
| Blunt Micro Hook | Fine Science Tools | 10062-12 | |
| Microhemostat | Fine Science Tools | 12075-14 | |
| Thermal cautery | WPI | 501292 | Disposable cauteries are available at lower cost |
| IV 14g x 3.25" cannula | BD | B-D382268H | For tracheal cannulation |
| Braided silk non-absorbable suture size 4-0 | Harvard Apparatus | SP104 | For stabilization of the tracheal cannula |
| Braided non-absorbable silk 5/0 suture | Surgik LC, USA | ESILRC15387550 | For suturing the tongue |
| Plastic-coated metal twist-tie (or electrical wire) | For securing the rat's nose to the platform | ||
| Camera stick | |||
| 3 way-swivel and Trilene 9Kg test monofilament line | Berkley | For securing the jaw and maintaining the mouth open | |
| Camera stick with adjustable angle | For supporting the 3 way-swivel and maintaining the mouth open. | ||
| in situ Muscle Test System | Aurora Scientific | 809C | This system is designed for mice and was modified by extending the platform. Alternatively the rat-specific 806D system can be used. |
| Dual-Mode Muscle lever (force transducer) | Aurora Scientific | 305C-LR | 309C offers higher excursion capabilities than 305C-LR. Link for more information and specifications: http://aurorascientific.com/products/muscle-physiology/dual-mode-muscle-levers/ |
| Needle Electrodes (surgical steel, 29 gauge) | AD Instruments | MLA1204 | 300C is recommended for use in mice. |
| Magnetic Stands | World Precision Instruments | M10 | Used for making the bipolar stimulating hook electrodes |
| Kite Manual Micromanipulator | World Precision Instruments | KITE-R and KITE-L | Require a steel plate |
| Stackable Double Binding Post with Banana Jack x BNC Jack | McMaster Carr | 6704K13 | |
| Carbon fiber composites digital caliper | VWR | 36934-152 |
References
- Sanders, I., Mu, L. A three-dimensional atlas of human tongue muscles. Anat Rec (Hoboken). 296 (7), 1102-1114 (2013).
- Ciucci, M. R., et al. Tongue force and timing deficits in a rat model of Parkinson disease. Behav Brain Res. 222 (2), 315-320 (2011).
- Easterling, C., Antinoja, J., Cashin, S., Barkhaus, P. E. Changes in tongue pressure, pulmonary function, and salivary flow in patients with amyotrophic lateral sclerosis. Dysphagia. 28 (2), 217-225 (2013).
- Wang, Z. J., Huang, X. S. Images in clinical medicine. Myotonia of the tongue. N Engl J Med. 365 (15), e32 (2011).
- Ota, F., Connor, N. P., Konopacki, R. Alterations in contractile properties of tongue muscles in old rats. Ann Otol Rhinol Laryngol. 114 (10), 799-803 (2005).
- Schwarz, E. C., Thompson, J. M., Connor, N. P., Behan, M. The Effects of Aging on Hypoglossal Motoneurons in Rats. Dysphagia. 24 (1), 40 (2008).
- Pae, E. -. K., Wu, J., Nguyen, D., Monti, R., Harper, R. M. Geniohyoid muscle properties and myosin heavy chain composition are altered after short-term intermittent hypoxic exposure. J Appl Physiol. 98 (3), 889-894 (2005).
- Fuller, D. D., Fregosi, R. F. Fatiguing contractions of tongue protrudor and retractor muscles: influence of systemic hypoxia. J Appl Physiol. 88 (6), 2123-2130 (2000).
- Ray, A. D., Farkas, G. A., Pendergast, D. R. In-situ mechanical characteristics of the tongue are not altered in the obese Zucker rat. Sleep. 32 (7), 957 (2009).
- Brennick, M. J., et al. Tongue fat infiltration in obese versus lean Zucker rats. Sleep. 37 (6), 1095-1102 (2014).
- Stedman, H. H., Sweeney, H. L., Shrager, J. B., Maguire, H. C., Panettieri, R. A., Petrof, B., Narusawa, M., Leferovich, J. M., Sladky, J. T., Kelly, A. M. The mdx mouse diaphragm reproduces the degenerative changes of Duchenne muscular dystrophy. Nature. 352 (6335), 536-539 (1991).
- Goodpaster, B. H., Wolf, D. Skeletal muscle lipid accumulation in obesity, insulin resistance, and type 2 diabetes. Pediatr Diabetes. 5 (4), 219-226 (2004).
- Loro, E., et al. IL-15Rα is a determinant of muscle fuel utilization, and its loss protects against obesity. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 309 (8), R835-R844 (2015).
- Rahemi, H., Nigam, N., Wakeling, J. M. The effect of intramuscular fat on skeletal muscle mechanics: implications for the elderly and obese. J R Soc Interface. 12 (109), 20150365 (2015).
- Kim, A. M., et al. Tongue fat and its relationship to obstructive sleep apnea. Sleep. 37 (10), 1639-1648 (2014).
- Kim, A. M., et al. Metabolic activity of the tongue in obstructive sleep apnea. A novel application of FDG positron emission tomography imaging. Am J Respir Crit Care Med. 189 (11), 1416-1425 (2014).
- Gilliam, E. E., Goldberg, S. J. Contractile properties of the tongue muscles: effects of hypoglossal nerve and extracellular motoneuron stimulation in rat. J Neurophysiol. 74 (2), 547-555 (1995).
- Sokoloff, A. J. Localization and contractile properties of intrinsic longitudinal motor units of the rat tongue. J Neurophysiol. 84 (2), 827-835 (2000).
- Becker, B. J., Russell, J. A., Connor, N. P. Effects of aging on evoked retrusive tongue actions. Arch Oral Biol. 60 (6), 966-971 (2015).
- Connor, N. P., et al. Tongue muscle plasticity following hypoglossal nerve stimulation in aged rats. Muscle Nerve. 47 (2), 230-240 (2013).
- Seo, J., et al. Nerve cuff electrode using embedded magnets and its application to hypoglossal nerve stimulation. J Neural Eng. 13 (6), 066014 (2016).
- Friedman, M., et al. Targeted hypoglossal nerve stimulation for the treatment of obstructive sleep apnea: Six-month results. Laryngoscope. 126 (11), 2618-2623 (2016).
- Heiser, C., Maurer, J. T., Steffen, A. Functional outcome of tongue motions with selective hypoglossal nerve stimulation in patients with obstructive sleep apnea. Sleep Breath. 20 (2), 553-560 (2016).
- Syme, D. A. Passive viscoelastic work of isolated rat, Rattus norvegicus, diaphragm muscle. J Physiol. 424, 301-315 (1990).
- Connor, N. P., et al. Effect of tongue exercise on protrusive force and muscle fiber area in aging rats. J Speech Lang Hear Res. 52 (3), 732-744 (2009).
- Schaser, A. J., Stang, K., Connor, N. P., Behan, M. The effect of age and tongue exercise on BDNF and TrkB in the hypoglossal nucleus of rats. Behav Brain Res. 226 (1), 235-241 (2012).
- Puhan, M. A., et al. Didgeridoo playing as alternative treatment for obstructive sleep apnea syndrome: randomised controlled trial. BMJ. 332 (7536), 266-270 (2006).
- Guimarães, K. C., Drager, L. F., Genta, P. R., Marcondes, B. F., Lorenzi-Filho, G. Effects of oropharyngeal exercises on patients with moderate obstructive sleep apnea syndrome. Am J Respir Crit Care Med. 179 (10), 962-966 (2009).
- Ueda, H., Almeida, F. R., Chen, H., Lowe, A. A. Effect of 2 jaw exercises on occlusal function in patients with obstructive sleep apnea during oral appliance therapy: a randomized controlled trial. Am J Orthod Dentofacial Orthop. 135 (4), 430 (2009).
- Strollo, P. J., et al. Upper-airway stimulation for obstructive sleep apnea. N Engl J Med. 370 (2), 139-149 (2014).
- Perrier, P., Payan, Y., Zandipour, M., Perkell, J. Influences of tongue biomechanics on speech movements during the production of velar stop consonants: A modeling study. J Acoust Soc Am. 114 (3), 1582-1599 (2003).
- Connor, N. P., et al. Tongue muscle plasticity following hypoglossal nerve stimulation in aged rats. Muscle & nerve. 47 (2), 230-240 (2013).
- Brady, J. P., et al. AlphaB-crystallin in lens development and muscle integrity: a gene knockout approach. Invest Ophthalmol Vis Sci. 42 (12), 2924-2934 (2001).
- Spassov, A., et al. Differential expression of myosin heavy chain isoforms in the masticatory muscles of dystrophin-deficient mice. Eur J Orthod. , ciq113 (2010).
- Lever, T. E., et al. Videofluoroscopic Validation of a Translational Murine Model of Presbyphagia. Dysphagia. 30 (3), 328-342 (2015).
- Gantois, I., et al. Ablation of D1 dopamine receptor-expressing cells generates mice with seizures, dystonia, hyperactivity, and impaired oral behavior. Proc Natl Acad Sci. 104 (10), 4182-4187 (2007).
