Nöromusküler Hastalığının Fare Modelinde Solunum Kas Aktivitesi ve Havalandırma tekrarlanan ölçüm
Summary
Bu çalışma, bir implante telemetri cihazı ile tüm vücut pletismografisi ve elektromiyografi ile hastalığın ilerlemesi boyunca serbestçe davranıyor amiyotrofık lateral skleroz (ALS), fare modelinde havalandırma ve solunum kası etkinliği tekrarlanan ölçümler için bir yöntem sağlar.
Abstract
Aksesuar solunum kasları diyafram fonksiyonu bozulduğunda havalandırma tutulmasına yardım eder. Aşağıdaki protokol, hafta veya yardımcı solunum kası etkinliği olan ay eşzamanlı olmayan bir anestezi, serbest davranmak farede havalandırma ölçüm sırasında tekrar tekrar ölçümleri için bir yöntemi tarif etmektedir. teknik, bir radyo vericisi implantasyonu içerir ve elektrot yerleştirme, bu solunum kasları elektromiyogram aktivitesini ölçmek üzere eşkenar Trapezius kas içine yol açar. Havalandırma tüm vücut pletismografi ile ölçülür ve hayvan hareketleri video tarafından değerlendirilir ve elektromyogram aktivite ile senkronize edilir. amiyotrofik lateral skleroz, bir fare modelinde kas aktivitesi ve havalandırma ölçümleri bu araç zamanla nasıl solunum kası etkinliği değişikliklerini araştırmak için kullanılabilir ve havalandırma kas aktivitesi üzerindeki etkisini değerlendirmek için göstermek için sunulmaktadır. tarif edilen yöntemler e olabilirasily diğer kas aktivitesinin ölçülmesi için ya da hastalık veya yaralanma ilave fare modellerinde yardımcı solunum kası etkinliği değerlendirmek için adapte edilebilir.
Introduction
Aksesuar solunum kaslarının (ARM) yüksek talep (örneğin, egzersiz) zamanlarında havalandırmayı artırmak ve diyafram fonksiyonu yaralanma veya hastalık 1, 2 aşağıdaki tehlikeye girdiği zaman havalandırmayı sağlamak için yardımcı olur. Diyafram fonksiyon değişiklikleri de amiyotrofik lateral skleroz (ALS), hasta ve fare modellerinde tarif edilmiş olmasına rağmen, 3, 4, 5, 6, daha az ALS ARM aktivitesinin veya fonksiyonu hakkında bilinmektedir. Ancak, bir çalışmada ARM işe ALS hastaları 7 bilmediğimiz benzer diyafram disfonksiyonu olanlarda daha iyi prognoza sahip olduğunu ileri sürdü. Bundan başka, KOL aktivitesi diyafram felç 8 durumlarında solunum için yeterlidir. Bu çalışmalar ARM fonksiyonunu artırmak için stratejiler breathi iyileştirmek olabileceğini göstermektedirnöromüsküler hastalığı, omurilik yaralanması ya da diyafram fonksiyonu bozulmuş olduğu diğer hastalıklardan mustarip hastalarda ng. Ancak, nefes almak için ARM işe kontrol mekanizmaları tam olarak bilinmemektedir. Yöntem solunum fonksiyonu ve ARM işe nasıl çalışma için gerekli olan hastalık veya yaralanma hayvan modellerinde zamanla KOL aktivitesindeki değişiklikleri ölçmek için, hem de KOL işe ve havalandırma geliştirmek için terapiler değerlendirmek. Ayrıca, diyafram fonksiyon kaybı ile çakışan ARM artan aktivitesi, ALS 7, 9, 10 gibi nöromüsküler hastalıklarda hastalığın ilerlemesi için yararlı bir biyolojik işaretleyici olabilir.
Bu protokol, envazif olmayan bir yöntem uyanık davranıyor farelerde solunum kasları ve havalandırma aktivitesini ölçmek art arda (ilk ameliyat sonrasında) ve tarif eder. elektromiyograf senkronize bir kayıtlarıy (EMG), tüm vücut pletismografisi (WBP) ve video araştırmacı KOL aktivite etkisi havalandırma nasıl değişikliklerin değerlendirilmesi için ve söz konusu dinlenme ya da hareketli olduğu zaman tespit edilmesini sağlar. Bu yöntemin önemli bir avantajı, EMG, 13 anestezi gerektirir ve / veya terminal işlemleri 11, 12 vardır ölçmek için bazı alternatif yöntemler ise, uyanık davranıyor farelerde gerçekleştirilebilir olmasıdır. Zamanla uyanık farelerde EMG aktivitesi kayıt aynı zamanda fare elde etme sistemi 14, 15 kablo ile takılıdır EMG kronik implantasyon açar yoluyla gerçekleştirilebilir. Normal hareket veya davranış engel olabilecek bir fare alana sıkıştırılmış ve standart bir pletismografi bölme ile uyumlu olmayabilir, çünkü tarif edilen yöntem, kablosuz alıcı sistemine EMG sinyali iletmek için telemetri cihazlarım kullanır. verici canpilden tasarruf etmek bir mıknatısla üzerinde açılabilir veya kapatılabilir ve birkaç ay içinde EMG aktivitelerinin ölçümü tekrarlanır sağlar. Bu protokol, kolayca farklı kas içine neden EMG sokulmasıyla ek solunum ya da olmayan solunum kasları aktivitesinin ölçülmesi için uyarlanabilir. Alternatif olarak, iki olası bir uyku durumunu değerlendirmek için ya da nöbet 16 tespit EEG aktivitesinin ölçülmesi için kullanılabilir. Bu teknik, başarılı bir şekilde ALS bir fare modelinde, hastalığın ilerlemesi boyunca istirahat KOL aktivitesindeki değişiklikleri ölçmek için ve sağlıklı farelerin 10 ARM aktivitesi sürüş temel nöronlar tanımlamak için kullanılmıştır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada gösterilen prosedür, aynı hayvanda bir çok ay boyunca solunum kası etkinliği ve havalandırma invazif olmayan (vericinin ilk cerrahi implantasyon sonrası) ölçülmesini sağlar. Bu teknik, anestezi uygulanmış farelerde standart EMG tekniklere göre bazı avantajları vardır: Deneyler daha az fareler gerektirir ve bunun yerine) farklı hastalık aşamalarında çok sayıda fareler kullanılarak arasında (hastalık aşamaları boyunca tek bir fare aynı sitesinden veri kayıt olanağı sağlar 1); 2) Ve…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu iş için destek VNJ için SAC ve bir NIH eğitim bursu (T32NS007453) bir Cincinnati Çocuk Hastanesi Tıp Merkezi vekillere Ödülü tarafından sağlandı
Materials
| B6.Cg-Tg (SOD1*G93A)1 Gur/J | Jackson Laboratory | 4435 | |
| Plethysmography Chamber | Buxco Respiratory Products/ Data Sciences International | 601-1425-001 | |
| Telemetry Receivers (Model RPC-1) | Data Sciences International | 272-6001-001 | |
| Bias Flow Pump (Model BFL0500) | Data Sciences International | 601-2201-001 | |
| ACQ-7000 USB | Data Sciences International | PNM-P3P-7002XS | |
| Dataquest A.R.T. Data Exchange Matrix | Data Sciences International | 271-0117-001 | |
| New Ponemah Analysis System | Data Sciences International | PNM-POST-CFG | |
| Ponemah Physiology Platform Acqusition software v5.20 | Data Sciences International | PNM-P3P-520 | |
| Ponemah Unrestrained Whole Breath Plethysmography analysis package v5.20 | Data Sciences International | PNM-URP100W | |
| Configured Ponemah Software System | Data Sciences International | PNM-P3P-CFG | |
| Analysis Module (URP) | Data Sciences International | PNM-URP100W | |
| Universal Amplifier | Data Sciences International | 13-7715-59 | |
| Sync Board | Data Sciences International | 271-0401-001 | |
| Sync Cable | Data Sciences International | 274-0030-001 | |
| Transducer-Pressure Buxco | Data Sciences International | 600-1114-001 | |
| Flow Meter | Data Sciences International | 600-1260-001 | |
| Magnet and Radio included in F20-EET Starter Kit | Data Sciences International | 276-0400-001 | |
| Axis P1363 Video Camera | Data Sciences International | 275-0201-001 | |
| Terg-A-Zyme | Fisher Scientific | 50-821-785 | Enzyme Detergent |
| Actril | Minntech Corporation | 78337-000 | Chemical Sterilant |
| Stereo Dissecting Microscope (Model MEB126) | Leica | 10-450-508 | |
| Servo-Controlled Humidifier/Infant Incubator | OHMEDA Ohio Care Plus | 6600-0506-803 | |
| TL11M2-F20-EET Transmitters | Data Sciences International | 270-0124-001 | |
| Dumont #2 Laminectomy Forceps – Standard Tips/Straight/12cm (x2) | Fine Scientific Instruments | 11223-20 | For handling wires |
| Dumont #2 Laminectomy Forceps – Standard Tips/Straight/12cm (x2) | Fine Scientific Instruments | 11223-20 | For surgery |
| Narrow Pattern Forceps- Serrated/Curved/12cm | Fine Scientific Instruments | 17003-12 | |
| Spring Scissors – Tough Cut/Straight/Sharp/12.5cm/6mm Cutting Edge | Fine Scientific Instruments | 15124-12 | |
| Tissue Separating Scissors – Straight/Blunt-Blunt/11.5cm | Fine Scientific Instruments | 14072-10 | |
| Fine Scissors – Tough Cut/Curved/Sharp-Sharp/9 cm | Fine Scientific Instruments | 14058-11 | For cutting wires and clipping nails |
| Scalpel Handle #3 | World Precision Instruments | 500236 | |
| Scalpel Blade | Fine Scientific Instruments | 10010-00 | For preparing lead caps |
| Polysorb Braided Absorbable suture | Coviden | D4G1532X | For coiling transmitter leads |
| Gluture | Zoetis Inc. | 6606-65-1 | Cyanoacrylate adhesive |
| 3 mL Syring Slip Tip – Soft | Vitality Medical | 118030055 | |
| 25G Needle (X2) | Becton Dickinson and Co. | 305-145 | |
| Cotton Tipped Applicators | Henry Schein Animal Health | 100-9175 | |
| Andis Easy Cut Hair Clipper Set | Andis | 049-06-0271 | Electrical Razor sold at Target |
| Isoflurane | Henry Schein Animal Health | 29404 | Anesthetic |
| Isopropyl Alcohol 70% | Priority Care 1 | MS070PC | |
| Dermachlor 2% Medical Scrub (chlorohexidine 2%) | Butler Schein | 55482 | |
| Artificial Tears | Henry Schein Animal Health | 48272 | Lubricant Opthalmic Ointment |
| Vacuum grease | Dow Corning Corporation | 1597418 | |
| Water Blanket | JorVet | JOR784BN |
References
- Johnson, R. A., Mitchell, G. S. Common mechanisms of compensatory respiratory plasticity in spinal neurological disorders. Respir Physiol Neurobiol. 189 (2), 419-428 (2013).
- Sieck, G. C., Gransee, H. M. . Respiratory Muscles: Structure, Function & Regulation. , (2012).
- Rizzuto, E., Pisu, S., Musaro, A., Del Prete, Z. Measuring Neuromuscular Junction Functionality in the SOD1(G93A) Animal Model of Amyotrophic Lateral Sclerosis. Ann Biomed Eng. 43 (9), 2196-2206 (2015).
- Kennel, P. F., Finiels, F., Revah, F., Mallet, J. Neuromuscular function impairment is not caused by motor neurone loss in FALS mice: an electromyographic study. Neuroreport. 7 (8), 1427-1431 (1996).
- Pinto, S., Alves, P., Pimentel, B., Swash, M., de Carvalho, M. Ultrasound for assessment of diaphragm in ALS. Clin Neurophysiol. 127 (1), 892-897 (2016).
- Stewart, H., Eisen, A., Road, J., Mezei, M., Weber, M. Electromyography of respiratory muscles in amyotrophic lateral sclerosis. J Neurol Sci. 191 (1-2), 67-73 (2001).
- Arnulf, I., et al. Sleep disorders and diaphragmatic function in patients with amyotrophic lateral sclerosis. Am J Respir Crit Care Med. 161, 849-856 (2000).
- Bennett, J. R., et al. Respiratory muscle activity during REM sleep in patients with diaphragm paralysis. Neurology. 62 (1), 134-137 (2004).
- Pinto, S., de Carvalho, M. Motor responses of the sternocleidomastoid muscle in patients with amyotrophic lateral sclerosis. Muscle Nerve. 38 (4), 1312-1317 (2008).
- Romer, S. H., et al. Accessory respiratory muscles enhance ventilation in ALS model mice and are activated by excitatory V2a neurons. Exp Neurol. 287 (Pt. 2, 192-204 (2017).
- Moldovan, M., et al. Nerve excitability changes related to axonal degeneration in amyotrophic lateral sclerosis: Insights from the transgenic SOD1(G127X) mouse model. Exp Neurol. 233 (1), 408-420 (2012).
- Pagliardini, S., Gosgnach, S., Dickson, C. T. Spontaneous sleep-like brain state alternations and breathing characteristics in urethane anesthetized mice. PLoS One. 8 (7), 70411 (2013).
- Nicaise, C., et al. Phrenic motor neuron degeneration compromises phrenic axonal circuitry and diaphragm activity in a unilateral cervical contusion model of spinal cord injury. Exp Neurol. 235 (2), 539-552 (2012).
- Akay, T. Long-term measurement of muscle denervation and locomotor behavior in individual wild-type and ALS model mice. J Neurophysiol. 111 (3), 694-703 (2014).
- Tysseling, V. M., et al. Design and evaluation of a chronic EMG multichannel detection system for long-term recordings of hindlimb muscles in behaving mice. J Electromyogr Kinesiol. 23 (3), 531-539 (2013).
- Weiergraber, M., Henry, M., Hescheler, J., Smyth, N., Schneider, T. Electrocorticographic and deep intracerebral EEG recording in mice using a telemetry system. Brain Res Brain Res Protoc. 14 (3), 154-164 (2005).
- Pilla, R., Landon, C. S., Dean, J. B. A potential early physiological marker for CNS oxygen toxicity: hyperoxic hyperpnea precedes seizure in unanesthetized rats breathing hyperbaric oxygen. J Appl Physiol. 114 (1985), 1009-1020 (1985).
- Morrison, J. L., et al. Role of inhibitory amino acids in control of hypoglossal motor outflow to genioglossus muscle in naturally sleeping rats. J Physiol. 552 (Pt. 3, 975-991 (2003).
- Tscharner, V., Eskofier, B., Federolf, P. Removal of the electrocardiogram signal from surface EMG recordings using non-linearly scaled wavelets). J Electromyogr Kinesiol. 21 (4), 683-688 (2011).
- Hof, A. L. A simple method to remove ECG artifacts from trunk muscle EMG signals. J Electromyogr Kinesiol. 19 (6), e554-e555 (2009).
- Lu, G., et al. Removing ECG noise from surface EMG signals using adaptive filtering. Neurosci Lett. 462 (1), 14-19 (2009).
