In vivo Auswertung der mechanischen und viskoelastischen Eigenschaften der Rattenzunge
Summary
Wir beschreiben ein chirurgisches Verfahren in einem anästhesierten Rattenmodell zur Bestimmung des Muskeltonus und der viskoelastischen Eigenschaften der Zunge. Das Verfahren beinhaltet eine spezifische Stimulation der hypoglossalen Nerven und die Anwendung von passiven Lissajous-Kraft- / Deformationskurven auf den Muskel.
Abstract
Die Zunge ist ein sehr innervierter und vaskularisierter Muskel Hydrostat auf dem Boden des Mundes der meisten Wirbeltiere. Seine primären Funktionen sind die Unterstützung Mastikation und Schlupf, sowie Geschmack-Sensing und Phonetik. Dementsprechend kann die Stärke und das Volumen der Zunge die Fähigkeit von Wirbeltieren beeinflussen, grundlegende Aktivitäten wie Füttern, Kommunizieren und Atmen zu erreichen. Menschliche Patienten mit Schlafapnoe haben vergrößerte Zungen, gekennzeichnet durch reduzierten Muskeltonus und erhöhte intramuskuläre Fett, die durch Magnetresonanztomographie (MRT) visualisiert und quantifiziert werden können. Die Fähigkeiten zur Messung der Krafterzeugung und der viskoelastischen Eigenschaften der Zunge stellen wichtige Werkzeuge dar, um funktionelle Informationen zu erhalten, um mit bildgebenden Daten zu korrelieren. Hier präsentieren wir Techniken zur Messung der Zungenkraftproduktion in anästhesierten Zucker-Ratten durch elektrische Stimulation der hypoglossalen Nerven und zur Bestimmung der viskoelastischen Eigenschaften oF die Zunge durch Anwendung passiver Lissajous Kraft / Deformation Kurven.
Introduction
Die Zunge bietet wesentliche Unterstützung für Mastikation, Schluck, Geschmackssinn und Sprechen. Das Vorhandensein der extrinsischen und intrinsischen Muskulatur, mit deutlicher Innervation und Anatomie / Funktion, erklärt die Einzigartigkeit dieses muskulösen Hydrostat. Jüngste Fortschritte in der bildgebenden Technik haben eine detailliertere Sicht auf ihre komplexe Anatomie gegeben 1 . Eine verminderte Zungenfunktionalität, Zungenatrophie, Dysphagie und Sprachhemmnisse sind auch häufige Manifestationen myopathischer Zustände wie Parkinson 2 , Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) 3 , Myotonische Dystrophie (MD) 4 und andere Myopathien.
Veränderungen der Muskelzusammensetzung, die mit gemeinsamen Krankheitszuständen verbunden sind, beeinflussen die mechanischen und viskoelastischen Eigenschaften der Zunge. Zum Beispiel hat die Funktionsanalyse der Zungenkraft Änderungen der kontraktilen Eigenschaften, die mit dem Altern verbunden sind, aufgedecktSs = "xref"> 5 , 6 , Hypoxie 7 , 8 und Fettleibigkeit 9 , 10 . Im Falle der Muskeldystrophie führt eine erhöhte Fibrose zu einer höheren Muskelsteifigkeit, was zu einer niedrigeren Einhaltung der Verformung führt, wenn ein Lissajous-Deformationsprotokoll angewendet wird 11 . Umgekehrt verändern Veränderungen des Muskelfettgehalts, wie sie bei adipösen Patienten dokumentiert sind, sowohl den metabolischen als auch die mechanischen Eigenschaften des Skelettmuskels 13 , 14 und werden vorausgesagt, um die Muskelkonformität der Verformung zu erhöhen. Erhöhte Zungenfett korreliert auch mit der Entwicklung der obstruktiven Schlafapnoe (OSA) beim Menschen 17 durch Erhöhung des Zungenvolumens bis zum Punkt der partiellen oberen Atemwegsverschluss (Apnoe) 15 , 16 . SimÄhnlich zum Menschen ist die Zungenfett-Infiltration in fettleibigen Zucker-Ratten 10 dokumentiert, was darauf hindeutet, dass dieses Modell ein wertvolles Werkzeug für das Studium der Auswirkungen der Fettinfiltration auf die Zungenphysiologie ist.
Die Messung der Zungenkraft erfordert empfindliche chirurgische Techniken, um die hypoglossalen Nerven zu isolieren und bilateral zu stimulieren 17 , 18 . Solche Techniken wurden bisher in den Ratten 5 , 17 , 19 , 20 , Kaninchen 21 und den Menschen 22 , 23 beschrieben , jedoch mit begrenzten Sehhilfen für den Forscher. Aufgrund seiner hochtechnischen Natur würde die Verfügbarkeit eines detaillierten Protokolls die Zugänglichkeit und Reproduzierbarkeit dieser Technik erheblich verbessern. Das Ziel unseres experimentellen Paradigmas ist krankUstrate eine gültige und zuverlässige Technik zur Messung der Festigkeit und viskoelastischen Eigenschaften der Zunge in einem Rattenmodell. Um dies zu erreichen, wird die Ratte anästhesiert, die hypoglossalen Nerven sind ausgesetzt und die Trachea ist kanüliert, um freien Zugang zur Tierzunge zu gewährleisten. Eine Nahtschleife verbindet dann die Spitze der Zunge mit einem Kraftwandler, der sowohl Kraft als auch Länge steuern kann, während zwei bipolare Hakenelektroden die hypoglossalen Nerven stimulieren, um eine Kontraktion der Zunge zu induzieren. Nachdem die Kraftmessung abgeschlossen ist, werden die Längensteuerungsfähigkeiten des Kraftaufnehmers verwendet, um die Länge der Zunge nach einem Sinuswellenprotokoll mit fester Amplitude (Lissajous-Kurven), Dauer und Frequenz schnell zu ändern, so dass man sich ableiten kann Seine viskoelastischen Eigenschaften 11 , 24 . Das Protokoll führt den Ermittler durch die Sektionsschritte, die Positionierung des Tieres auf dem experimentellen PlatfoRm, Platzierung von Elektroden und schließlich zur Erfassung und Auswertung der Kraft- und Viskoelastizitätsdaten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Änderungen des Zungenmetabolismus und / oder der Zusammensetzung, z. B. Zungenfettinfiltration als Folge von Fettleibigkeit, werden voraussichtlich quantifizierbare Veränderungen der durch unser Protokoll beurteilten Parameter bewirken. Die Quantifizierung der Zungenkraft ist von großem Interesse, da ein Ungleichgewicht zwischen protrusiver und retrusiver Aktivität oder Gesamtzungenschwäche zur Okklusion des oberen Atemwegs 15 führen kann . Übungsmethoden, die darauf abzielen, die…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Untersuchung wurde von zwei National Institutes of Health Grants unterstützt: HL089447 ("Adipositas und OSA: Verständnis der Bedeutung der Zunge Fat & Metabolic Function") und HL094307 ("Verständnis der Beziehung zwischen Fettleibigkeit und Zungenfett")
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 |
Referências
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