ラット舌の機械的および粘弾性的特性のインビボ評価
Summary
我々は、舌の筋緊張および粘弾性を決定するための麻酔したラットモデルにおける外科的処置を記載する。この手順は、舌下神経の特異的刺激、および受動的リサージュ力/変形曲線の筋肉への適用を含む。
Abstract
舌は、ほとんどの脊椎動物の口の床に高度に神経支配され、血管新生された筋肉静止画である。主な機能には、咀嚼と嚥下のサポート、味覚と音韻のサポートが含まれます。したがって、舌の強度および体積は、脊椎動物が摂食、伝達および呼吸などの基本的な活動を達成する能力に影響を及ぼす可能性がある。睡眠時無呼吸のヒト患者は、舌を大きくし、筋緊張の低下および筋内脂肪の増加を特徴とし、磁気共鳴映像法（MRI）によって視覚化および定量化することができる。舌の力発生および粘弾性を測定する能力は、画像化データと相関する機能的情報を得るための重要なツールを構成する。ここでは、麻酔下のZuckerラットにおける舌下神経の電気刺激による舌力産生の測定技術および粘弾性特性の決定技術を紹介するf受動的なリサージュ力/変形曲線を適用して舌を形成する。
Introduction
舌は、咀嚼、嚥下、味覚センシング、および発言に不可欠なサポートを提供します。明確な神経支配および解剖学的/機能を有する外因性および内因性の筋肉の存在は、この筋肉質のハイドロスタットの特異性を説明する。最近の画像技術の進歩により、その複雑な解剖学的構造1のより詳細な図が提供されている1 。舌機能の低下、舌の萎縮、嚥下障害および言語障害は、パーキンソン2 、筋萎縮性側索硬化症（ALS） 3 、筋緊張性ジストロフィー（MD） 4および他のミオパチーのような筋障害状態の共通症状でもある。
一般的な疾患状態に関連する筋肉組成の変化は、舌の機械的特性および粘弾性特性に影響を及ぼす。例えば、舌力の機能解析は、老化に伴う収縮特性の変化を明らかにしているss = "xref"> 5,6 、低酸素症7,8および肥満9,10 。筋ジストロフィーの場合、線維化の増加はより高い筋肉の剛性をもたらし、リサジューの変形プロトコルが適用されたときの変形に対する適合性が低下する。逆に、肥満患者に記載されているような筋肉脂肪含量の変化は、骨格筋13,14の代謝および機械的特性の両方を変化させ、変形に対する筋肉コンプライアンスを増加させると予測される。舌脂肪の増加はまた、部分上気道閉塞（無呼吸）の点まで舌体積を増加させることによって、ヒト17における閉塞性睡眠時無呼吸（OSA）の発症と相関する15,16 。シムヒトと同様に、舌脂肪の浸潤は肥満のZuckerラット10に記録されており、このモデルは脂肪の浸潤が舌の生理作用に及ぼす影響を研究する貴重なツールであることを示唆している。
舌の力を測定するには、舌下神経17,18を分離して両側に刺激するために繊細な外科的技術が必要である。このような技術は、ラット5,17,19,20、ウサギ21およびヒト22,23 において以前に記載されているが、研究者に視覚補助は限られている。その高度な技術的性質のために、詳細なプロトコルの利用可能性は、この技術のアクセス可能性および再現性を著しく改善する。実験的なパラダイムの目標は、病気ラットモデルの舌の強度と粘弾性を測定するための有効で信頼性の高い技術を習得します。これを達成するために、ラットを麻酔し、舌下神経を露出させ、気管にカニューレを挿入して動物の舌に自由に接近させる。次いで、縫合ループは、舌の先端を、力と長さの両方を制御することができる力トランスデューサに接続し、一方、2つの双極フック電極は、舌下神経を刺激して舌の収縮を誘発する。力測定が完了した後、一定の振幅（リサージュ曲線）、持続時間および周波数を有する正弦波プロトコルに従って、力変換器の長さ制御能力を用いて舌の長さを迅速に変化させ、その粘弾性11,24。このプロトコールは、解剖ステップ、実験動物の位置付けrm、電極の配置、および最後に力および粘弾性データの取得および分析に至る。
Protocol
動物被験者を含むすべての手順は、ペンシルバニア大学の機関動物管理および使用委員会（IACUC）（議定書番号805822）によって承認されている。記載された手順は終末であり、無菌状態または医薬グレードの製品の利用を必要としない。 1.外科的処置 図1：?…
Representative Results
図3：代表的な結果。 （A）成功した攣縮と破傷風の跡の例。対応する刺激は、赤い痕跡によって表される。 （B）極大収縮（青色痕跡）および頚部筋肉の間接刺激による舌の破裂収縮の失敗の例。両方の状態は、刺激電極の位置を変えることによって、または電…
Discussion
舌代謝および/または組成、 例えば肥満の結果としての舌脂肪浸潤の変化は、本発明者らのプロトコルによって評価されるパラメータの定量化可能な変化を引き起こすと予測される。舌の力の定量化は大きな関心事である。何故ならば、突き出る活動と後退する活動との間の不均衡または全体的な舌の弱化は、上気道15の閉塞をもたらし得るからである。ラット<sup clas…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この調査は、2つの国立衛生研究所（HL089447）（「肥満およびOSA：舌脂肪および代謝機能の重要性の理解」）およびHL094307（「肥満および舌脂肪の関係の理解」）によって支持された
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
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Cite This Article
Loro, E., Wang, S. H., Schwab, R. J., Khurana, T. S. In Vivo Evaluation of the Mechanical and Viscoelastic Properties of the Rat Tongue. J. Vis. Exp. (125), e56006, doi:10.3791/56006 (2017).