הערכת שינויים בנדיפות כללית הרדמה רגישות של עכברים לאחר התערבות תרופתי מקומית או מערכתית
Summary
אובדן של רפלקס ליישר שימש עוד פונדקאית התנהגותיות סטנדרטית לחוסר הכרה, המכונה גם היפנוזה, בחיות מעבדה. שינויים ברגישות לחומר הרדמה נדיפים הנגרמים על ידי התערבויות תרופתיים יכולים להיות מזוהים עם מערכת מבוקרת בקפידה תפוקה גבוהה הערכה, אשר עשוי להיות מותאמת לאספקה של כל טיפולי בשאיפה.
Abstract
נקודת סיום רצויה אחד מהרדמה הכללית הוא המצב של חוסר הכרה, הידוע גם בהיפנוזה. הגדרת המצב ההיפנוטי בבעלי חיים היא פחות ברורה מאשר בחולים אנושיים. הפונדקאי התנהגותי בשימוש נרחב להיפנוזה במכרסמים הוא אובדן ליישר רפלקס (LORR), או הנקודה שבה החיה כבר לא מגיבה לאינסטינקט המולד שלהם, כדי למנוע את הפגיעות של כיבה על גב. אנחנו פיתחנו מערכת להערכת LORR ב24 עכברים בו זמנית תוך שליטה בזהירות לבלבול פוטנציאלי, כוללים תנודות טמפרטורה ושונים תזרים גז. תאים אלה יאפשר הערכה אמינה של רגישות הרדמה כפי שהיא נמדדת על ידי חביון להשבה של רפלקס ליישר (RORR) בעקבות חשיפת הרדמה קבועה. לחלופין, באמצעות עלייה בשלבים (או ירידה) בריכוז חומר הרדמה, התאים גם לאפשר קביעת הרגישות של אוכלוסייה לאינדוקציה (או הופעתה), כפי שנמדדו על ידיEC 50 ומדרון גבעה. לבסוף, תאי הסביבה המבוקר המתוארים כאן ניתן להתאים למגוון רחב של שימושים אלטרנטיביים, כוללים משלוח בשאיפה של תרופות אחרות, מחקרי רעלים, וניטור בזמן אמת בו זמנית של סימנים חיוניים.
Introduction
הרדמה כללית מוגדרות על ידי היכולת שלהם לגרום למצב הפיך בהיפנוזה במגוון רחב של מינים, ובכל זאת הסבר איך כיתה מגוונת כגון תרופות כל יכולה לעורר נקודת סיום ביחיד נותרת חמקמקה. מספר התיאוריות שהציג לאורך השנים, החל מהמתאם מאייר-אוברטון בין עוצמת הרדמה ומסיסות שומנים בדם, אשר הציע שיבושי קרום כלליים כבסיס ל1,2 היפנוזה. ראיות חדשות יותר מצביעות על כך שמטרות חלבון משפיעים על איתות עצבית לתרום להשפעות הרדמה. עכברים הוכיחו להיות מודל חיוני לחקר התיאוריות אלה בגלל ההומולוגיה בין עכברי והיענות הרדמה אנושית. למרות שעכבר לא יכול להישאל על המודעות הסובייקטיבית שלה תחת הרדמה כללית, רפלקסים פרימיטיביים מסוימים לשמש מדדים פונדקאיות כשימושיים של היפנוזה מכרסם. בימים הראשונים שלאחר לידה, עכברים לפתח שו"ת ליישר רפלקסיביתonse שמונע מהם שיוצבו באופן פסיבי במצב שכיבה 3. המינון של הרדמה שבה עכבר מאבד את רפלקס ליישרה וקושרת היטב עם מינונים היפנוטיים אדם 4.
ההערכה של אובדן רפלקס ליישר (LORR) הפכה לסטנדרטית במעבדה בשימוש נרחבת לבדיקת רגישות הרדמה בעכברים, כמו גם מגוון רחב של מינים אחרים, כולל עכברים, שפן ניסיונות, ארנבת, החמוס, כבשים וכלב 5-8. המינון של חומר הרדמה שניתנה בי LORR יתרחש לחברים של מינים הוא עקבי מאוד, אבל זה יכול להיות מוזז באופן משמעותי על ידי גורמים סביבתיים. לדוגמא, חולדות שנשללה שינה רגישות יותר לשני חומרי הרדמה נדיפים ווריד 9 וחולדות עם יכולת אירובית גבוהה פחות רגישים לisoflurane 10. היפותרמיה גם הוכח להקטין את המינון של חומרי הרדמה רבות הנדרשות להיפנוזה במגוון גדול של מיני 11-14. על מנתכדי לזהות את מינון חומר ההרדמה שבי LORR מתרחש בקבוצה של חיות ניסוי מהימן, זה קריטי, כי סביבת ההערכה להיות מבוקרת בקפידה כדי למזער את הלחץ, לשמור על euthermia, ולספק כמויות שווה של תרופה לכל הנושאים. באופן לא מפתיע, גורמים גנטיים ידועים גם לשנות את רגישות ההרדמה 15-18. כתוצאה מכך, שיקול זהיר יש לתת גם לשליטה על רקע גנטי 19.
פיתחנו מנגנון שמבטיח אספקת חומר הרדמה גזים זהה לכל אחד מ24 עכברים תוך שמירה על סביבת C 37 o קבועה. העיצוב הגלילי השקוף של תאי החשיפה שלנו מאפשר להערכת LORR המהיר ושילוב קל של מדידות פיסיולוגיות telemetric. מערכת זו הוכח כדי למדוד במדויק isoflurane, halothane, ואינדוקצית sevoflurane 50 EC וזמן הופעתה בwild-type עכברים 20. יש לנו גם בשימושבמערכת זו כדי לצפות שינויים ברגישות לחומר הרדמה בעכברים עם מוטציות גנטיות ונגעי ההיפותלמוס ממוקדים 21-23. כאן אנו מתארים שתי דרכים שבהן רגישות הרדמה ניתן להעריך לאחר התערבות תרופתית באמצעות מנגנון הסביבה המבוקר שלנו. phenotyping מצב היציב של אינדוקציה הרדמה נדיפים ורגישות הופעה דורש 8-10 שעות וכתוצאה מכך הוא מותאם ביותר ללימודים שבתנאי ניסוי לא משתנים, כמו בהתערבויות תרופתיים כרוניות או ארוכות טווח. עם זאת, לטיפולים, משחק קצר תופעות שיתפזרו באופן משמעותי לאורך זמן אנחנו גם להציג הליך פשוט כדי להעריך את השינויים בליישר רפלקס הבא microinjections stereotactically הממוקד או טיפולים תרופתיים תוך ורידי המשפיעים הופעת הרדמה באופן משמעותי. בדיקות אלה מייצגות קבוצה קטנה של היישומים הפוטנציאליים עבור מערכת של הסביבה מבוקרת זו, אשר יכולה להיות מותאמת לכל מספר של Subjects של מגוון מינים כדי לקבל כל סוג של טיפול בשאיפה.
Protocol
Representative Results
Discussion
למרות הערכה של LORR בעכבר אחת היא משימה פשוטה לכאורה, זה בכל זאת חיוני כדי לשמור על תנאים פיסיולוגיים זהים בין נושאים על מנת לאסוף נתונים מהימנים מקבוצה של בעלי חיים. , מנגנון LORR קיבולת גבוהה המוסדר היטב שהוצג כאן מציע דרך לתקנן ניסויים ולמקסם את היעילות. על ידי ביצוע פע?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי R01 GM088156 וT32 HL007713-18. ברצוננו להודות ביל Pennie ומייקל קרמן מאוניברסיטת פנסילבניה מחקר חנות מכשור על עזרתם בהרכבת מנגנון רפלקס ליישר שלנו.
Materials
| Name of the Reagent | Company | Catalogue Number | Comments |
| Oxygen | Airgas | OX300 | |
| Isoflurane | Butler Schein | Any volatile anesthetic of interest may be substituted | |
| Name of Material | Company | Catalogue Number | Comments |
| Mass flow meter- 10 SLPM | Omega Engineering | FMA-A2309 | |
| Mass flow meter- 500 SCCM | Omega Engineering | FMA-A2305 | |
| Anesthetic agent analyzer/gas indicator | AM Bickford | FI-21 Riken | |
| Heating water pump | Fisher Scientific | 13-874-175 | |
| Temperature transponders | BMDS | IPTT-300 | |
| RF temperature reader | BMDS | DAS-6007 |
References
- Meyer, H. H. Zur theorie der alkoholnarkose. I. Mittheilung. Welche Eigenschaft der An#228;sthetica bedingt ihre narkotische Wirkung?. Naunyn Schmiedebergs Arch. Exp. Pathol. Pharmakol. 42, 109-137 .
- Overton, C. E. . Studien über die Narkose: Zugleich ein Beitrag zur allgemeinen Pharmakologie. , (1901).
- Bignall, K. E. Ontogeny of levels of neural organization: the righting reflex as a model. Exp. Neurol. 3 (3), 566-573 (1974).
- Franks, N. P. General anaesthesia: from molecular targets to neuronal pathways of sleep and arousal. Nat. Rev. Neurosci. 9 (5), 370-386 (2008).
- Smith, W. Responses of laboratory animals to some injectable anaesthetics. Lab. Anim. 27 (1), 30-39 (1993).
- Schernthaner, A., Lendl, C., Busch, R., Henke, J. Clinical evaluation of three medetomidine–midazolam–ketamine combinations for neutering of ferrets (Mustela putorius furo)]. Berliner und Münchener tierärztliche Wochenschrift. 121 (1-2), 1-10 (2008).
- Mohammad, F. K., Zangana, I. K., Abdul-Latif, A. R. Medetomidine sedation in sheep. Zentralblatt für Veterinärmedizin. Reihe A. 40 (5), 328-331 (1993).
- Nicholls, E. A., Louie, G. L., Prokocimer, P. G., Maze, M. Halothane anesthetic requirements are not affected by aminophylline treatment in rats and dogs. Anesthesiology. 65 (6), 637-641 (1986).
- Tung, A., Szafran, M. J., Bluhm, B., Mendelson, W. B. Sleep Deprivation Potentiates the Onset and Duration of Loss of Righting Reflex Induced by Propofol and Isoflurane. Anesthesiology. 97 (4), 906-911 (2002).
- Pal, D., et al. Determination of Minimum Alveolar Concentration for Isoflurane and Sevoflurane in a Rodent Model of Human Metabolic Syndrome. Anesth. 2 (2), 297-302 (2012).
- Eger, E. I., Saidman 2nd, ., J, L., Brandstater, B. Temperature dependence of halothane and cyclopropane anesthesia in dogs: correlation with some theories of anesthetic action. Anesthesiology. 26 (6), 764-770 (1965).
- Vitez, T. S., White, P. F., Eger, E. I. 2nd Effects of hypothermia on halothane MAC and isoflurane MAC in the rat. Anesthesiology. 41 (1), 80-81 (1974).
- Antognini, J. F. Hypothermia eliminates isoflurane requirements at 20 degrees C. Anesthesiology. 78 (6), 1152-1156 (1993).
- McKenzie, J. D., et al. Effects of temperature on the anaesthetic potency of halothane, enflurane and ethanol in Daphnia magna (Cladocera: Crustacea). Comp. Biochem. Physiol. C. 101 (1), 15-19 (1992).
- Icaza, E. E., et al. Isoflurane-Induced Changes in Righting Response and Breathing are Modulated by RGS Proteins. Anesth. Analg. 109 (5), 1500-1505 (2009).
- Drexler, B., Antkowiak, B., Engin, E., Rudolph, U. Identification and characterization of anesthetic targets by mouse molecular genetics approaches. Can. 2 (2), 178-190 (2011).
- Wafford, K. A., et al. Differentiating the role of gamma-aminobutyric acid type A (GABAA) receptor subtypes. Biochem. 32 (Pt3), 553-556 (2004).
- Lakhlani, P. P., et al. Substitution of a mutant α2a-adrenergic receptor via “hit and run” gene targeting reveals the role of this subtype in sedative, analgesic, and anesthetic-sparing responses in. Proc. Natl. Acad. Sci. 94 (18), 9950-9955 (1997).
- Sonner, J. M., Gong, D., Eger, E. I. Naturally Occurring Variability in Anesthetic Potency Among Inbred Mouse Strains. Anesth. 91 (3), 720-726 (2000).
- Sun, Y., et al. High throughput modular chambers for rapid evaluation of anesthetic sensitivity. BMC Anesthesiol. 6 (1), 13 (2006).
- Hu, F. Y., et al. Hypnotic Hypersensitivity to Volatile Anesthetics and Dexmedetomidine in Dopamine β-Hydroxylase Knockout Mice. Anesthesiology. , (2012).
- Kelz, M. B., et al. An essential role for orexins in emergence from general anesthesia. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105 (4), 1309-1314 (2008).
- Moore, J. T., et al. Direct Activation of Sleep-Promoting VLPO Neurons by Volatile Anesthetics Contributes to Anesthetic Hypnosis. Curr. 22 (21), 2008-2016 (2012).
- Kirby, E. D., Jensen, K., Goosens, K. A., Kaufer, D. Stereotaxic Surgery for Excitotoxic Lesion of Specific Brain Areas in the Adult Rat. J. Vis. Exp. (65), e4079 (2012).
- Machholz, E., Mulder, G., Ruiz, C., Corning, B. F., Pritchett-Corning, K. R. Manual Restraint and Common Compound Administration Routes in Mice and Rats. J. Vis. Exp. (67), e2771 (2012).
- Geiger, B. M., Frank, L. E., Caldera-Siu, A. D., Pothos, E. N. Survivable Stereotaxic Surgery in Rodents. J. Vis. Exp. (20), e880 (2008).
- Szymusiak, R., Alam, N., Steininger, T. L., McGinty, D. Sleep-waking discharge patterns of ventrolateral preoptic/anterior hypothalamic neurons in rats. Brain Res. (1-2), 178-188 (1998).
- Nelson, L. E., et al. The sedative component of anesthesia is mediated by GABAA receptors in an endogenous sleep pathway. Nat. Neurosci. 5 (10), 979-984 (2002).
- Li, K. Y., Guan, Y., Krnjević, K., Ye, J. H. Propofol Facilitates Glutamatergic Transmission to Neurons of the Ventrolateral Preoptic Nucleus. Anesthesiology. 111 (6), 1271-1278 (2009).
- Friedman, E. B., et al. A Conserved Behavioral State Barrier Impedes Transitions between Anesthetic-Induced Unconsciousness and Wakefulness: Evidence for Neural Inertia. PLoS ONE. 5 (7), e11903 (2010).
- Lu, J., Greco, M. A., Shiromani, P., Saper, C. B. Effect of lesions of the ventrolateral preoptic nucleus on NREM and REM sleep. J. Neurosci. 20 (10), 3830-3842 (2000).
- Sun, X., Whitefield, S., Rusak, B., Semba, K. Electrophysiological analysis of suprachiasmatic nucleus projections to the ventrolateral preoptic area in the rat. Eur. J. Neurosci. 14 (8), 1257-1274 (2001).
- Ma, J., Shen, B., Stewart, L. S., Herrick, I. A., Leung, L. S. The septohippocampal system participates in general anesthesia. J. Neurosci. 22 (2), RC200 (2002).
- Leung, L. S., Ma, J., Shen, B., Nachim, I., Luo, T. Medial septal lesion enhances general anesthesia response. Exp. Neurol. , (2013).
- Solt, K., et al. Methylphenidate Actively Induces Emergence from General Anesthesia. Anesthesiology. 115 (4), 791-803 (2011).
