التلاعب صرعي Electrocorticograms (ECoGs) والنوم في الجرذان والفئران التي الوخز بالإبر
Summary
This paper demonstrates the performance of acupuncture, epilepsy models, and the analysis of sleep in rodents. The acupuncture procedure and the identification of acupoints are described. Pilocarpine or pentylenetetrazol (PTZ) is used to induce epilepsy. Electrocorticogram (ECoG), electromyogram (EMG), brain temperature, and locomotor activity recordings are employed for sleep analysis.
Abstract
Ancient Chinese literature has documented that acupuncture possesses efficient therapeutic effects on epilepsy and insomnia. There is, however, little research to reveal the possible mechanisms behind these effects. To investigate the effect of acupuncture on epilepsy and sleep, several issues need to be addressed. The first is to identify the acupoints, which correspond between humans, rats, and mice. Furthermore, the depth of insertion of the acupuncture needle, the degree of needle twist in manual needle acupuncture, and the stimulation parameters for electroacupuncture (EA) need to be determined. To evaluate the effects of acupuncture on epilepsy and sleep, a feasible model of epilepsy in rodents is required. We administer pilocarpine into the left central nucleus of the amygdala (CeA) to simulate focal temporal lobe epilepsy (TLE) in rats. Intraperitoneal (IP) injection of pilocarpine induces generalized epilepsy and status epilepticus (SE) in rats. Five IP injections of pentylenetetrazol (PTZ) with a one-day interval between each injection successfully induces spontaneous generalized epilepsy in mice. Recordings of electrocorticograms (ECoGs), electromyograms (EMGs), brain temperature, and locomotor activity are used for sleep analysis in rats, while ECoGs, EMGs, and locomotor activity are employed for sleep analysis in mice. ECoG electrodes are implanted into the frontal, parietal, and contralateral occipital cortices, and a thermistor is implanted above the cerebral cortex by stereotactic surgery. EMG electrodes are implanted into the neck muscles, and an infrared detector determines locomotor activity. The criteria for categorizing vigilance stages, including wakefulness, rapid eye movement (REM) sleep, and non-REM (NREM) sleep are based on information from ECoGs, EMGs, brain temperature, and locomotor activity. Detailed classification criteria are stated in the text.
Introduction
الصرع هو اضطراب عصبي المشترك الذي تحدث النوبات المتكررة طوال عمر المريض. معظم تكرار الصرع يمكن السيطرة عليها تماما من قبل العقاقير المضادة للصرع (صرع). ومع ذلك، حوالي 30٪ من مرضى الصرع تطوير صهر الصرع 1. أسباب الصرع اضطرابات النوم، والتي يمكن أن تزيد من تفاقم تكرار. يوضح دليل على أن الصرع قد إما تعطيل النوم في الليل أو قد يسبب الإفراط 2،3 النعاس خلال النهار. تشير دراساتنا السابقة أيضا أن الصرع التي تحدث في وقت zeitgeber (ZT) 0، أي بداية الفترة الخفيفة في ضوء: دورة الظلام، ويقلل من النوم، هذا هو بوساطة بين الافراج عن القشرية هرمون (CRH)، وهو عامل التماثل الساكن. الصرع في ZT13 (بداية الفترة المظلمة) يعزز التعبير عن عامل التماثل الساكن آخر، انترلوكين 1 (IL-1)، مما يزيد من النوم. يتم تغيير النوم ايقاعات كل يوم عندما يحدث الصرع في ZT6، وسطفترة الخفيفة 4،5. من ناحية أخرى، مشاكل في النوم يزيد من تفاقم تطور وتكرار الصرع 6. استنادا إلى الأدلة المذكورة أعلاه، ونحن نحاول تكشف عن الطريقة العلاجية الأمثل للسيطرة على الصرع في وقت واحد ومنع اضطرابات النوم لدى مرضى الصرع. لقد وجدنا سابقا أن الكهربائي (EA) مع تردد التحفيز 10 هرتز، حيث يتم تسليم كمية معينة من التيار في نقاط الوخز من خلال إبرة الفولاذ المقاوم للصدأ، بنجاح يقمع مخطط كهربية قشر الدماغ (ECoG) الأنشطة الصرع واضطرابات النوم التي يسببها مرض الصرع 7 . EA مع تردد التحفيز 100 هرتز يزيد من تدهور الأنشطة الصرع واضطرابات النوم في الفئران 8،9. هذه التجربة الناجحة تعتمد على ثلاثة عوامل: أولا، نموذج حيواني الصرع ممكنا. ثانيا، طريقة لتسجيل النوم والتحليل في القوارض. وثالثا، ودقة الأداء من الوخز بالإبر ودقة locati نقاط الوخزالإضافات.
وقد تم تصنيف الصرع إلى نوعين رئيسيين: الصرع البؤري والصرع المعمم. ونحن مهتمون في التنسيق الصرع الفص الصدغي (TLE)، الصرع المعمم، حالة صرعية (جنوب شرق)، وتكرار الصرع المعمم من تلقاء أنفسهم. لذلك، يتم تطبيق التلاعب مختلفة لخلق نماذج الصرع مناسبة لتجاربنا. لإنشاء TLE البؤري، وتدار على جرعة منخفضة من بيلوكاربين في النواة المركزية تبقى من اللوزة (CEA). للتحقق من هذا النموذج، يتم زرع ستة أقطاب ECoG على أمامي (F1 و F2)، الجدارية (P1 و P2)، والقذالي (O1 و O2) شحمات في كل من اليسار ونصفي الكرة الأرضية المناسبة، واثنين من أقطاب المرجعية آخر (R1 & R2) وتوضع فوق المخيخ في كل من نصفي الكرة الأرضية. يتم زرع قنية إضافية دليل حقن مكروي جراحيا إلى اليسار CEA (ا ف ب، 2.8 ملم من bregma، ML، 4.2 مم؛ DV، 7.8 مم مقارنة bregma). يتم تكييفها الإحداثيات من باكينوس وWatson الفئران أطلس 10. إذا هو فعل وTLE البؤري بنجاح، إلا أن تسجيل من القطب على اليسار القشرة الجدارية (P1)، التي تقع بالقرب من CEA الأيسر، يجب الحصول على ECoGs صرعي المهيمنة، مع عدم وجود ECoGs صرعي أهمية المسجلة من أقطاب ECoG أخرى. داخل الصفاق (IP) حقن بيلوكاربين في الفئران لحث على تعميم الصرع وSE، ولكن هذا يمكن أن تكون قاتلة. خمس حقن الملكية الفكرية من بنتيلين تترازول (PTZ) مع فاصل زمني ليوم واحد بين كل حقنة لحث بنجاح الصرع المعمم عفوية في الفئران، وكذلك ضمان بقاء الفئران. وزرع قطبين سلك ECoG في الجبهي والجداري القشور في الفئران لاستقبال اشارات ECoG والتحقق من الصرع المتكررة من تلقاء أنفسهم.
دراسة النوم (باريس سان جيرمان) هو أسلوب شامل لتسجيل التغيرات الفسيولوجية التي تحدث أثناء النوم، وأنه يمكن تصنيف موضوعي النوم إلى مراحل مختلفة من الحركة غير العين السريعة (NREM) و rحركة العين APID (REM) النوم. باريس سان جيرمان يسجل المعلمات من وظائف الجسم، بما في ذلك موجات الدماغ (الكهربائي، EEG)، حركات العين (electrooculogram، EOG)، نغمات العضلات والهيكل العظمي (كهربية، EMG)، ضربات القلب (تخطيط القلب، تخطيط القلب)، ومستويات الأكسجين في الدم والمعلمات في الجهاز التنفسي. في الفئران، نسجل ECoGs، EMGS، ودرجة الحرارة القشرية، والنشاط الحركي لتصنيف الدول اليقظة في اليقظة والنوم NREM، والنوم REM. يتم إجراء تحليل النوم في الفئران باستخدام ECoGs، EMGS، والنتائج النشاط الحركي. يتم زرع جراحيا الفئران مع ثلاثة ECoG المسمار الأقطاب في الجبهي، الجداري، والقشور المخيخ المقابل عن طريق الجراحة التجسيمي. وأجرى تقرير ما بعد الاستحواذ على الدول اليقظة (اليقظة والنوم NREM، والنوم REM) وفقا لمعايير تم الحصول عليها من ECoGs، EMG، درجة حرارة الدماغ، والنشاط الحركي. ووصف معايير مفصلة لتصنيف سلوك الحيوان في كل من الجرذان والفئران في تيكان البروتوكول.
تحتاج إلى تخدير مع جرعة منخفضة من zoletil (25 ملغ / كلغ)، وهو نصف جرعة التخدير تدار عادة أثناء الجراحة التجسيمي، قبل تنفيذ الوخز بالإبر اليدوي أو EA كل من الجرذان والفئران. هذه الجرعة تسمح الحيوانات ليستيقظ 30-35 دقيقة بعد الحقن. يتم تنفيذ أي من الوخز بالإبر اليدوي أو EA في بداية الفترة المظلمة، مع فترة زمنية ثابتة لمدة 30 دقيقة، ويتم التعامل كل حيوان على التوالي لمدة يومين أو ثلاثة أيام. يتم تسليم تحفيز التيارات EA في نقاط الوخز خاص من خلال إبرة الفولاذ المقاوم للصدأ التي يتم إدراجها في نقاط الوخز. التيار التحفيز هو قطار من النبضات مربع ثنائي الطور، التي مدة النبضة 150 م وكثافة التحفيز هو 1 مللي أمبير. إذا تم استخدام إبرة الوخز بالإبر الجافة لاليدوي، وإبرة في نقاط الوخز ورفت 10 مرات كل 5 دقائق. الجزء الصعب من الوخز بالإبر اليدوي أو EA هو إضفاء الطابع المحلي على نقاط الوخز في القوارض. في الموضعأوجه من نقاط الوخز في الجرذان أو الفئران مشابه لموقع تشريحي في البشر. على سبيل المثال، توجد نقاط الوخز Fengchi الثنائية 3 ملم بعيدا عن الخلفية خط الوسط على الرقبة، وبين آذان اثنين، والذي يشبه إلى موقع تشريحي في البشر 11. وعلاوة على ذلك، فإن نقاط الوخز مع مقاومة منخفضة على الجلد ويمكن زيادة مؤكدة. الشام الوخز بالإبر أو EA صورية التلاعب ضروري لالوخز بالإبر أو التجارب EA. يجب أن يتم تنفيذ الوخز بالإبر الشام أو EA صورية في غير نقاط الوخز، وتقع على مقربة من نقاط الوخز، مثل بالقرب من الإبط 12.
للتحقيق بنجاح آثار الوخز بالإبر أو EA على الصرع واضطرابات النوم التي يسببها مرض الصرع، ويجب أن تكون العوامل التالية في مكان: نموذج ممكنا الصرع الحيوان، وتحليل دقيق للECoGs صرعي وتكرار الصرع، وهي طريقة لتصنيف الدول اليقظة ، ودقة الأداء الوخز بالإبر أو EA في القوارض.
Protocol
Representative Results
Discussion
اختيار نموذج حيواني الصرع ممكنا من الضروري لكل غرض تجريبي. واحد من أهدافنا هو لتوضيح آثار EA على قمع الصرع. EA هو الطب البديل الذي قد يحمل تأثير علاجي في الصرع وتم توثيقها في الأدب الصيني القديم. ومع ذلك، هناك نقص في الأدلة العلمية التي تثبت ذلك. لتحديد آثار EA على الصرع، ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by Ministry of Science and Technology (MOST) grants MOST104-2410-H-002-053 & NSC99-2320-B-002-026-MY3. This manuscript was edited and proofread by Mr. Brian Chang, who has experience revising professional documents.
Materials
| Drugs | |||
| Zoletil | Virbac | 50 mg/kg i.p. | |
| pilocarpine | Sigma-Aldrich | P6503 | 300 mg/kg i.p.; 1.2 mg microinjection |
| PTZ | Sigma-Aldrich | P6500 | 0.035 mg/mouse |
| polysporin | Pfizer | ||
| Surgery | |||
| ECoG electrode | Plastics One | E363/20 | screw electrode for rats |
| Pedestal | Plastics One | MS363 | |
| Cannula | Plastics One | C315G/spc | |
| Thermistor | Omega Engineering | 44008 | |
| Dental acrylic | Tempron | ||
| Stereotaxic Instrument | Stoelting | Dural arms | |
| Recording equipments | |||
| ECoG amplifier | Colbourn Instruments | V75-01 | |
| A/D Board | National Instruments | NI PCI-6033E | |
| Infrared-based motion detectors | Biobserve GmbH | custom-made | |
| ICELUS | G-System | ||
| AxoScope 10 Software | Molecular Devices | ||
| Acupuncture needs | |||
| Stainless needles | Shanghai Yanglong Medical Articles Co. | 32 gauge x 1” | |
| Functions Electrical Stimulator | I.T.O., Japan | Trio 300 | |
| AcuPen | Lhasa OMS | Pointer Excel II |
References
- Regesta, G., Tanganelli, P. Clinical aspects and biological bases of drug-resistant epilepsies. Epilepsy Res. 34 (2-3), 109-122 (1999).
- Malow, B. A., Bowes, R. J., Lin, X. Predictors of sleepiness in epilepsy patients. Sleep. 20 (12), 1105-1110 (1997).
- Stores, G., Wiggs, L., Campling, G. Sleep disorders and their relationship to psychological disturbances in children with epilepsy. Child Care Health Dev. 24 (1), 5-19 (1998).
- Yi, P. L., Tsai, C. H., Lin, J. G., Lee, C. C., Chang, F. C. Kindling stimuli delivered at different times in the sleep-wake cycle. Sleep. 27 (2), 203-212 (2004).
- Yi, P. L., Chen, Y. J., Lin, C. T., Chang, F. C. Occurrence of epilepsy at different zeitgeber times alters sleep homeostasis differently in rats. Sleep. 35 (12), 1651-1665 (2012).
- Bazil, C. W. Sleep and epilepsy. Semin Neurol. 22, 321-327 (2002).
- Yi, P. L., Lu, C. Y., Jou, S. B., Chang, F. C. Low frequency electroacupuncture suppress focal epilepsy and improves epilepsy-induced sleep disruptions. J Biomed Sci. 22, 49 (2015).
- Yi, P. L., Lu, C. Y., Cheng, C. H., Tsai, Y. F., Lin, C. T., Chang, F. C. Activation of amygdala opioid receptors by electroacupuncture of Feng-Chi (GB20) acupoints exacerbates focal epilepsy. BMC Complement Altern Med. 13, 290 (2013).
- Yi, P. L., Lu, C. Y., Cheng, C. H., Tsai, Y. F., Lin, C. T., Chang, F. C. Amygdala opioid receptors mediate the electroacupuncture-induced deteriortation of sleep disruptions in epilepsy rats. J Biomed Sci. 20, 85 (2013).
- Paxinos, G., Watson, W. . The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates (4th edition). , (1998).
- Siu, F. K. W., Lo, S. C. L., Leung, M. C. P. Electro-acupuncture potentiates the disulphide-reducing activities of thioredoxin system by increasing thioredoxin expression in ischemia-reperfused rat brains. Life Sci. 77 (4), 386-399 (2005).
- Yi, P. L., Tsai, C. H., Lin, J. G., Liu, H. J., Chang, F. C. Effects of electroacupuncture at ‘Anmian’ (extra) acupoints on sleep activities in rats: the implication of the caudal nucleus tractus solitaries. J Biomed Sci. 11 (5), 579-590 (2004).
- Jou, S. B., Kao, I. F., Yi, P. L., Chang, F. C. Electrical stimulation of left anterior thalamic nucleus with high-frequency and low-intensity currents reduces the rate of pilocarpine-induced epilepsy in rats. Seizure. 22 (3), 221-229 (2012).
- Chang, F. C., Opp, M. R. Blockade of corticotropin-releasing hormone receptors reduces spontaneous waking in the rat. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 275 (3), 793-802 (1998).
- Cheng, C. H., Yi, P. L., Lin, J. G., Chang, F. C. Endogenous opiates in the nucleus tractus solitaries mediate electroacupuncture-induced sleep activities in rats. Evid Based Complement Alternat Med. 2011, 159209 (2011).
- Tsui, P., Leung, M. C. Comparison of the effectiveness between manual acupuncture and electro-acupuncture on patients with tennis elbow. Acupunct Electrother Res. 27 (2), 107-117 (2002).
- Napadow, V., Makris, N., Liu, J., Kettner, N. W., Kwong, K. K., Hui, K. K. Effects of electroacupuncture versus manual acupuncture on the human brain as measured by fMRI. Hum Brain Mapp. 24 (3), 193-205 (2005).
