تقييم التغيرات في المتطايرة العام التخدير حساسية من الفئران بعد التدخل الدوائي المحلي أو الجهازية
Summary
فقدان المنعكس المقوم قد خدم فترة طويلة كبديل السلوكية القياسية لفقدان الوعي، وتسمى أيضا التنويم المغناطيسي، في الحيوانات المختبرية. ويمكن الكشف عن تغييرات في حساسية مخدر المتطايرة الناجمة عن التدخلات الدوائية مع نظام تقييم عالية الإنتاجية التي تسيطر عليها بعناية، والتي يمكن تكييفها لتسليم أي العلاجية المستنشق.
Abstract
واحد نقطة النهاية المرغوب فيه من التخدير العام هو حالة من اللاوعي، والمعروف أيضا باسم التنويم المغناطيسي. تحديد الدولة المنومة في الحيوانات هو أقل وضوحا مما هو عليه في المرضى من البشر. الام البديلة السلوكية المستخدمة على نطاق واسع لالتنويم المغناطيسي في القوارض هو فقدان المنعكس التقويمي (LORR)، أو النقطة التي الحيوان لم يعد يستجيب لغريزة فطرية بهم لتجنب ضعف الظهرية الاستلقاء. قمنا بتطوير نظام لتقييم LORR في 24 الفئران في وقت واحد بينما يسيطر بعناية ليفند المحتملة، بما في ذلك التقلبات في درجات الحرارة وتدفق الغاز متفاوتة. تسمح هذه الدوائر تقييم موثوق به للحساسية مخدر مقاسا الكمون للعودة من المنعكس المقوم (RORR) بعد التعرض مخدر الثابتة. بدلا من ذلك، وذلك باستخدام زيادات تدريجية (أو النقصان) في تركيز مخدر، أيضا تمكين غرف تحديد حساسية السكان لتحريض (أو ظهور) مقاساEC 50 وهيل المنحدر. أخيرا، وغرف التحكم البيئي وصفها هنا يمكن تكييفها لمجموعة متنوعة من الاستخدامات البديلة، بما في ذلك تسليم استنشاق أنواع أخرى من المخدرات، ودراسات علم السموم، ومتزامنة في الوقت الحقيقي رصد العلامات الحيوية.
Introduction
يتم تعريف التخدير العام من خلال قدرتها على أن يسبب حالة من التنويم المغناطيسي عكسها في مجموعة متنوعة واسعة من الأنواع، ولكن تفسيرا لكيف يمكن لهذه الدرجة متنوعة من العقاقير يمكن ان يبقى كل انتزاع نقطة نهاية المفرد بعيد المنال. وقد افترض عدد من النظريات على مر السنين، بدءا من علاقة ماير اوفرتون بين قوة مخدر والدهون الذوبان، والذي اقترح اضطرابات غشاء العامة كأساس لالتنويم المغناطيسي 1،2. وتشير المزيد من الأدلة الأخيرة التي تؤثر على الأهداف البروتين الإشارات العصبية تساهم في آثار مخدر. وقد أثبتت الفئران لتكون نموذجا لا غنى عنه لاستكشاف هذه النظريات بسبب التماثل بين الفئران والاستجابة مخدر الإنسان. على الرغم من الماوس لا يمكن سؤاله عن الوعي ذاتية لها تحت التخدير العام، وبعض ردود الفعل البدائية تخدم تدابير بديلة مفيدة للالقوارض التنويم المغناطيسي. في الأيام القليلة الأولى بعد الولادة، والفئران تطوير المقوم التركيب انعكاسيةonse يمنعهم من وضعه بشكل سلبي في موقف ضعيف 3. جرعة التخدير التي ماوس يفقد المنعكس المقوم لها يرتبط بشكل جيد مع الجرعات المنومة الإنسان 4.
لقد أصبح تقييم فقدان المنعكس التقويمي (LORR) معيار المختبر تستخدم على نطاق واسع لاختبار حساسية مخدر في الفئران فضلا عن مجموعة متنوعة من الأنواع الأخرى بما في ذلك الفئران، خنزير غينيا، الأرانب، النمس والأغنام والكلب 5-8. جرعة من مخدر يعطى في LORR التي سوف تحدث لأفراد الأنواع غير متسقة للغاية، ولكن يمكن أن تحول بشكل كبير من العوامل البيئية. على سبيل المثال، الفئران بالحرمان من النوم أكثر حساسية لكلا التخدير المتطايرة والوريد 9 و الفئران مع القدرة الهوائية العالية هي أقل حساسية للisoflurane و10. وقد تبين أيضا انخفاض حرارة الجسم إلى خفض جرعة التخدير اللازمة للعديد من التنويم المغناطيسي لفي طائفة واسعة من الأنواع 11-14. من أجللتحديد جرعة مخدر موثوق الذي LORR يحدث في مجموعة من حيوانات التجارب، فمن الأهمية بمكان أن يتم تقييم البيئة التي تسيطر عليها بعناية لتقليل التوتر، والحفاظ على euthermia، وتقديم كميات متساوية من المخدرات لجميع المواد الدراسية. وليس من المستغرب، ومن المعروف أيضا العوامل الوراثية لتغيير حساسية مخدر 15-18. وبالتالي، ينبغي أيضا النظر بعناية في السيطرة على الخلفية الوراثية 19.
وضعنا جهازا يضمن متطابقة تسليم مخدر الغازية إلى كل من الفئران 24 مع الحفاظ على ثابت 37 س C بيئة. تصميم اسطوانية شفافة الغرف التعرض لدينا يسمح لتقييم LORR بسرعة وسهولة التكامل من القياسات الفسيولوجية القياس عن بعد. وقد تبين هذا النظام لقياس بدقة isoflurane و، هالوثان، والحث سيفوفلوران EC 50 والوقت لظهور في البرية من نوع الفئران 20. وقد استخدمنا أيضاهذا النظام لمراقبة التغيرات في حساسية مخدر في الفئران مع الطفرات الجينية والآفات المستهدفة طائي 21-23. نحن هنا وصف اثنين من الطرق التي يمكن تقييم حساسية مخدر بعد التدخل الدوائي باستخدام جهاز لدينا بيئة تسيطر عليها. phenotyping ثابت للدولة من تحريض التخدير المتطايرة والحساسية ظهور يتطلب 8-10 ساعات، وبالتالي أفضل مصممة خصيصا للدراسات التي لا تتغير الظروف التجريبية، مثل التدخلات الدوائية المزمن أو طويل المفعول. ومع ذلك، لعلاج قصير المفعول الذي تتبدد بشكل ملحوظ مع مرور الوقت الآثار نحن أيضا تقديم إجراء بسيط لتقييم التغيرات في المقوم منعكس التالية إبر دقيقة جدا استهدفت stereotactically أو العلاجات المخدرات عن طريق الحقن التي تؤثر بشكل كبير على ظهور مخدر. هذه الاختبارات تمثل مجموعة فرعية صغيرة من التطبيقات المحتملة لهذا النظام بيئة تسيطر عليها، والتي يمكن تكييفها لأي عدد من subjالنظام الأوروبي من مجموعة متنوعة من الأنواع لتلقي أي نوع من العلاج استنشاقه.
Protocol
Representative Results
Discussion
على الرغم من تقييم LORR في ماوس واحدة هي المهمة التي تبدو واضحة، إلا أن ذلك ضروري للحفاظ على الظروف الفسيولوجية متطابقة بين الموضوعات من أجل جمع بيانات موثوقة من مجموعة من الحيوانات. وينظم بإحكام، ذات قدرة عالية جهاز LORR المقدمة هنا يوفر وسيلة لتوحيد التجارب وتعظيم الك?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل من قبل R01 GM088156 وT32 HL007713-18. نود أن نشكر بيل ومايكل Pennie كارمان من جامعة ولاية بنسلفانيا البحوث الأجهزة محل لمساعدتهم في تجميع جهاز لدينا المقوم منعكس.
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).
