Оценивая изменения в летучих общим наркозом чувствительность мышей после местного или системного фармакологического вмешательства
Summary
Потеря рефлекса выпрямления долгое время служил в качестве стандартного поведенческого суррогата бессознательности, которая также называется гипноз, у лабораторных животных. Изменения в летучее анестезирующее чувствительности, вызванные фармакологических вмешательств могут быть обнаружены с тщательно контролируемой системы оценки высокой пропускной, которые могут быть адаптированы для доставки любого ингаляционного терапевтического.
Abstract
Один желательно конечной общей анестезии является состояние бессознательности, также известный как гипноз. Определение гипнотическое состояние у животных менее очевидно, чем это у больных людей. Широко используется поведенческая суррогатом гипноза у грызунов является потеря рефлекса (Lorr), или точку, в которой животное не реагирует на их врожденной инстинкта, чтобы избежать уязвимости спинной лежачее положение. Мы разработали систему оценки Lorr в 24 мышей одновременно, тщательно контролировать для потенциальных путает, в том числе колебания температуры и различных газовых потоков. Эти камеры позволяют достоверно оценить анестетика чувствительности как измеряется латентность вернуться из рефлекса выпрямления (RORR) после фиксированной анестетика воздействия. Кроме того, с помощью ступенчатых увеличивается (или уменьшается) в анестезиологической концентрации, камеры также позволяют определять чувствительность населения к индукции (или появление) как измереноЕС 50 и Хилл склон. Наконец, контролируемые климатические камеры, описанные здесь, могут быть адаптированы для различных альтернативного использования, в том числе вдыхаемого поставки других наркотических средств, токсикологических исследований, и одновременного мониторинга в режиме реального времени жизненно важных функций.
Introduction
Общие анестетики определяются их способностью вызывать обратимое состояние гипноза в самых разнообразных видов, все же объяснения относительно того, как такой разнообразной класс препаратов может все вызвать особая конечная точка пока не удается. Ряд теорий были положены на протяжении многих лет, начиная с корреляцией Майер-Овертон между анестетика потенции и растворимости, который предложил общие мембранные нарушения в качестве основы для гипноза 1,2. Более поздние данные свидетельствуют о том, что белковые мишени, влияющие нейронного сигнала способствовать обезболивающий эффект. Мыши оказались незаменимым модель для изучения этих теорий из-за гомологии между мышиных и обезболивающий отзывчивости человека. Хотя мышь не может быть задан вопрос о его субъективной осведомленности под общим наркозом, некоторые примитивные рефлексы служат в качестве полезных суррогатные меры грызунов гипноза. В первые несколько дней после рождения, мыши разработать рефлексивный выпрямления соотвОНСЕ, что предотвращает их пассивно в лежачем положении 3. Доза наркоза, при котором мышь теряет рефлекса хорошо коррелирует с человека гипнотических дозах 4.
Оценка потери рефлекса (Lorr) стала широко использоваться лаборатория стандарт для тестирования обезболивающий чувствительность у мышей, а также целый ряд других видов, включая крыс, морских свинок, кроликов, хорьков, овец и собак 5-8. Доза данного анестетика, при которой будет происходить Lorr для представителей вида чрезвычайно последовательно, но она может быть сдвинута значительно экологическими факторами. Например, лишенные сна крыс более чувствительны к обоим летучих и внутривенных анестетиков 9 и крыс с высокой аэробной способности менее чувствительны к изофлураном 10. Переохлаждение также было показано, чтобы уменьшить дозу многочисленных анестетиков, необходимых для гипнозом в большом спектра видов 11-14. В порядкенадежно идентифицировать обезболивающий дозы, при которой Lorr происходит в группе подопытных животных, очень важно, чтобы окружающая среда оценка тщательно контролировать, чтобы минимизировать стресс, поддерживать euthermia, и доставить равное количество препарата для всех субъектов. Не удивительно, что генетические факторы, как известно, изменить чувствительность обезболивающий 15-18. Следовательно, серьезное внимание также должно быть уделено управления для генетического фона 19.
Мы разработали устройство, которое обеспечивает одинаковую газообразного доставки анестетика для каждой из 24 мышей при поддержании постоянной 37 ° С окружающей среды. Прозрачная цилиндрическая конструкция наших камер воздействия позволяет для оценки быстро Lorr и легкой интеграции телеметрических физиологических измерений. Эта система, как было показано, чтобы точно измерить изофлурана, галотан и севофлурана индукции EC 50 и время к появлению в дикого типа мышей 20. Мы также использовалиэта система наблюдать изменения анестетика чувствительности у мышей с генетическими мутациями и целевых поражении гипоталамуса 21-23. Здесь мы опишем два способа, в котором анестетик чувствительность может быть оценена после фармакологического вмешательства с помощью нашего аппарата контролируемой среде. Стационарное фенотипирование летучих индукции анестезии и чувствительности появления требуется 8-10 часов и, следовательно, лучше приспособлены для исследований, в которых условия эксперимента не меняются, например, при хронических или длительного действия фармакологических вмешательств. Тем не менее, для короткого действия лечения, последствия которых значительно со временем исчезнет мы также представляем простую процедуру, чтобы оценить изменения в рефлекса следующие стереотаксически-целевых микроинъекций или внутривенных наркотиков лечения, что значительно повлиять обезболивающий появление. Эти тесты представляют собой небольшое подмножество потенциальных приложений для этой управляемой системы окружающей среды, которые могут быть адаптированы для любого количества выполнения надECTS из множества видов, чтобы получить любой тип вдыхаемого терапевтического.
Protocol
Representative Results
Discussion
Хотя оценка Lorr в одном мыши, казалось бы, простая задача, тем не менее важное значение для поддержания одинаковых физиологических условий между субъектами с целью сбора достоверных данных от группы животных. Жестко регулируется, высокой емкости Lorr аппарат, представленные здесь предла?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана R01 GM088156 и T32 HL007713-18. Мы хотели бы поблагодарить Билла Пенни и Майкл Carman из Университета Пенсильвании исследовательского инструментария магазин за помощь в сборке нашу рефлекса аппарат.
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).
