Evaluación in vivo de las propiedades mecánicas y viscoelásticas de la lengua de rata
Summary
Se describe un procedimiento quirúrgico en un modelo anestésico de rata para determinar el tono muscular y las propiedades viscoelásticas de la lengua. El procedimiento consiste en la estimulación específica de los nervios hipoglosos y la aplicación de la fuerza pasiva Lissajous / curvas de deformación en el músculo.
Abstract
La lengua es un músculo altamente inervado y vascularizado hidrostático en el suelo de la boca de la mayoría de los vertebrados. Sus funciones principales incluyen el apoyo a la masticación y la deglución, así como la detección del gusto y la fonética. En consecuencia, la fuerza y el volumen de la lengua pueden afectar la capacidad de los vertebrados para llevar a cabo actividades básicas tales como alimentación, comunicación y respiración. Los pacientes humanos con apnea del sueño tienen lenguas agrandadas, caracterizadas por la reducción del tono muscular y aumento de la grasa intramuscular que puede ser visualizada y cuantificada por resonancia magnética (MRI). Las capacidades para medir la generación de fuerza y las propiedades viscoelásticas de la lengua constituyen herramientas importantes para obtener información funcional correlacionada con los datos de imágenes. Aquí, presentamos técnicas para medir la producción de la fuerza de la lengua en ratas Zucker anestesiadas mediante estimulación eléctrica de los nervios hipoglosos y para determinar las propiedades viscoelásticas oF la lengua aplicando curvas de fuerza / deformación pasivas de Lissajous.
Introduction
La lengua proporciona apoyo esencial para la masticación, la deglución, la detección del gusto y el habla. La presencia de musculatura extrínseca e intrínseca, con innervación y anatomía / función distintas, explica la singularidad de este hidrostato muscular. Los recientes avances en las técnicas de imagen han proporcionado una visión más detallada de su compleja anatomía 1 . La disminución de la funcionalidad de la lengua, la atrofia de la lengua, la disfagia y los impedimentos del habla son también manifestaciones comunes de condiciones miopáticas como Parkinson 2 , Esclerosis Lateral Amiotrófica (ALS) 3 , Distrofia Miotónica (MD) 4 y otras miopatías.
Los cambios en la composición muscular asociados con estados patológicos comunes afectan las propiedades mecánicas y viscoelásticas de la lengua. Por ejemplo, el análisis funcional de la fuerza de la lengua ha descubierto cambios en las propiedades contráctiles asociadas con el envejecimientoSs = "xref"> 5 , 6 , hipoxia 7 , 8 y obesidad 9 , 10 . En el caso de la distrofia muscular, el aumento de la fibrosis conduce a una mayor rigidez muscular, lo que se traduce en menor cumplimiento a la deformación cuando se aplica un protocolo de deformación de Lissajous [ 11] . Por el contrario, los cambios en el contenido de grasa muscular, como los documentados en pacientes obesos, alteran tanto las propiedades metabólicas 12 como las mecánicas del músculo esquelético 13 , 14 y se predice que aumentan el cumplimiento muscular a la deformación. El aumento de la grasa de la lengua también se correlaciona con el desarrollo de la apnea obstructiva del sueño (OSA) en los seres humanos 17 por el aumento del volumen de la lengua hasta el punto de parcial oclusión de las vías respiratorias superiores (apnea) 15 , 16 . SimIlarly a los seres humanos, la infiltración de la grasa de la lengüeta se ha documentado en ratas zucker obesas 10 , sugiriendo que este modelo es una herramienta valiosa para estudiar los efectos de la infiltración gorda en la fisiología de la lengüeta.
Medir la fuerza de la lengua requiere técnicas quirúrgicas delicadas para aislar y estimular bilateralmente los nervios hipoglosos 17 , 18 . Tales técnicas han sido previamente descritas en las ratas 5 , 17 , 19 , 20 , conejos 21 y humanos 22 , 23 , pero con ayudas visuales limitadas para el investigador. Debido a su naturaleza altamente técnica, la disponibilidad de un protocolo detallado mejoraría significativamente la accesibilidad y reproducibilidad de esta técnica. El objetivo de nuestro paradigma experimental esUestra una técnica válida y confiable para medir la fuerza y las propiedades viscoelásticas de la lengua en un modelo de rata. Para lograr esto, la rata es anestesiada, los nervios hipoglosos están expuestos y la tráquea se canula para asegurar el libre acceso a la lengua del animal. Un bucle de sutura conecta entonces la punta de la lengüeta a un transductor de fuerza, capaz de controlar tanto la fuerza como la longitud, mientras que dos electrodos bipolares de gancho estimulan los nervios hipoglosos para inducir la contracción de la lengua. Después de que se completa la medición de la fuerza, las capacidades de control de longitud del transductor de fuerza se utilizan para cambiar rápidamente la longitud de la lengua, de acuerdo con un protocolo de onda senoidal con amplitud fija (curvas de Lissajous), duración y frecuencia, permitiendo derivar Sus propiedades viscoelásticas 11 , 24 . El protocolo guiará al investigador a través de los pasos de disección, el posicionamiento del animal en el platfo experimentalRm, colocación de electrodos y finalmente a la adquisición y análisis de los datos de fuerza y viscoelasticidad.
Protocol
Representative Results
Discussion
Se prevé que los cambios en el metabolismo y / o la composición de la lengua, por ejemplo , la infiltración de la grasa de la lengua como consecuencia de la obesidad, causen cambios cuantificables de los parámetros evaluados por nuestro protocolo. La cuantificación de la fuerza de la lengua es de gran interés ya que un desequilibrio entre la actividad protrusiva y retrusiva o el debilitamiento general de la lengua puede resultar en la oclusión de la vía aérea superior 15 . Las t…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta investigación fue apoyada por dos Institutos Nacionales de Subsidios de Salud: HL089447 ("Obesidad y OSA: Comprender la Importancia de la Grasa de Lengua y la Función Metabólica") y HL094307 ("Comprender la Relación entre la Obesidad y la Grasa de la Lengua")
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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