マウスにおける終末H反射測定
Summary
ホフマン反射(H反射)に基づく痙縮の臨床的評価と末梢神経の電気刺激の使用は確立された方法です。ここでは、マウス前足のH反射定量化のための終末神経刺激と直接神経刺激のプロトコルを提供します。
Abstract
ホフマン反射(H反射)は、伸張反射の電気的類似物として、脊髄損傷や脳卒中などの損傷後の神経回路の完全性の電気生理学的検証を可能にします。H反射反応の増加は、非随意筋収縮、病理学的に増強された伸張反射、対応する筋肉の筋緊張亢進などの症状とともに、脳卒中後痙縮(PSS)の指標です。
やや神経非特異的な経皮的測定とは対照的に、ここでは、前足の尺骨神経と正中神経でのH反射を直接定量化するプロトコルを提示します。直接刺激とさまざまな神経への適応に基づいて、この方法は、痙縮関連疾患モデルの電気生理学的変化を検証するための信頼性が高く用途の広いツールです。
Introduction
生理学者ポール・ホフマンにちなんで名付けられたホフマン反射(H反射)は、同じ筋肉から生じて導く感覚ニューロンと運動ニューロンの軸索を運ぶ末梢神経の電気刺激によって誘発することができます。これは、モノシナプス伸張反射の電気的に誘発された類似体であり、同じ経路1を共有しています。筋肉のストレッチとは異なり、H反射は電気刺激から生じます。末梢神経が低電流強度で電気的に刺激される場合、Ia求心性線維は、その大きな軸索直径2のために典型的に最初に脱分極される。それらの活動電位は、脊髄のアルファ運動ニューロン(αMN)を興奮させ、それが次にαMN軸索を下って筋肉に向かって移動する活動電位を誘発します(図1)。このカスケードは、いわゆるH波に反映される小さな振幅の筋肉反応を生成します。刺激強度を徐々に増加させることにより、追加の運動単位の動員によりH波の振幅が増加する。ある刺激強度から、αMNの細い軸索の活動電位が直接誘発され、M波として記録されます。このM波は、H波よりも短いレイテンシで現れます(図2)。刺激強度をさらに高めると、より多くのαMN軸索の動員によりM波の振幅が大きくなるのに対し、H波は徐々に小さくなる。H波は、αMN軸索の活動電位のアンチドロミックバックプロパゲーションにより、高い刺激強度で抑制することができます。これらのトリガーされた活動電位は、Ia刺激からの電位と衝突し、したがって互いに打ち消し合う可能性があります。最大刺激強度を超えると、オルソドロミック(筋肉に向かって)およびアンチドロミック(脊髄に向かって)活動電位がすべてのMN軸索に発生します。前者は最大M波振幅(Mmax)を生じさせ、後者はH反射3を完全に廃止する。
脳卒中後の痙縮(PSS)または脊髄損傷(SCI)の評価には、ヒトの運動および痙縮の神経基盤を評価するためにH反射が使用されてきました1。測定間および被験者間のH反射の変化の定量化の改善は、H波とM波の比率(H / M比)を使用することによって達成されます。あるいは、速度依存性うつ病(RDD)は、上昇周波数のセット(例えば、0.1、0.5、1.0、2.0、および5.0Hz)を使用して測定される。RDDは、脳卒中またはSCIによって乱される可能性のある抑制性回路の完全性を反映しています。すべての神経回路が無傷の場合、H反射の均一で周波数に依存しない抑制があります。しかし、脳卒中またはSCIの結果として神経抑制が低下する場合、H反射の抑制は刺激頻度の増加とともに減少する4。
表面電極を使用した正しい電気生理学的記録は困難な場合があり、運動課題、抑制メカニズム、およびαMN興奮性の影響を受ける可能性があります5。げっ歯類の経皮的記録では、刺激電極が脛骨神経の近くに配置され、記録電極が前足の関連する筋肉の近くに配置されます。しかし、私たちの経験によれば、経皮電極の正しい配置(図1A)は、げっ歯類ではヒトの表面電極の配置よりもさらに複雑で可変です。これは、H反射を引き出すために必要な長さ、周波数、および刺激強度の違いにつながる可能性があります。これらの方法論的課題は、H反射測定研究の数が非常に限られている理由を説明することができます(たとえば、実験的脳卒中モデル3,4、およびその他の痙縮モデル6。個々の神経に対するH反射の正確な(長期の)刺激および記録は、原則として、標的神経を囲む埋め込み型電極を用いて達成することができる7,8。動物に潜在的な副作用とプローブの潜在的な不安定性を伴う困難な手術のために、このアプローチは現場では標準にはなりませんでした。ここで紹介する方法には、ある程度の外科的専門知識も必要です。しかし、それは、隣接する神経の同時刺激を回避する低刺激強度を使用して、in vivoで孤立した神経の新規で正確な刺激と記録を可能にします。
Protocol
Representative Results
Discussion
マウス6における前述の経皮的H反射測定とは対照的に、発明者らは、より直接的かつ神経特異的な測定を提供する。この新しいアプローチは、前肢と後肢の神経(それぞれ正中神経、尺骨神経、橈骨神経、脛骨神経、坐骨神経など)に適用でき、多くの疾患モデル(脳卒中、多発性硬化症、筋萎縮性側索硬化症、外傷性脳損傷、脊髄損傷など)の診断ツールとして適応できます。?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者らは、ダルハウジー大学のT.アカイがMGの研究室を訪問した際の支援に感謝の意を表します。この研究は、Friebe Foundation (T0498/28960/16) および Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) – Project-ID 431549029 – SFB 1451 からの資金提供によって支援された。
Materials
| Absorbent underpad | VWR | 115-0684 | |
| AD converter | Cambridge Electronic Design, UK | CED 1401micro | |
| Amplifier | Workshop Zoological Institute, UoC | – | |
| Digital stimulator | Workshop Zoological Institute, UoC | MS 501 | |
| EMG electrodes | Workshop Zoological Institute, UoC | Two twisted, insulated copper wires (50 µm outer diameter) were soldered to a male plug and connected to a differential amplifier. | |
| Eye ointment | Bayer | Bepanthen | |
| Glass pipette | Workshop Zoological Institute, UoC | – | Prepare a glass pipette bent into a simple glass hook in the flame of a Bunsen burner. |
| Heating box | MediHeat | MediHeat V1200 | |
| Heating pad | WPI | 61840 Heating pad | |
| Hook electrodes | Workshop Zoological Institute, UoC | – | To produce the electrodes, bend stainless steel miniature pins into hooks at one end and insert into blunt cannulas to create direct mechanical contact. Solder the end of the cannula to copper wires (length approx. 50 cm), which are connected to either stimulation or recording device. |
| Ketamine | Pfizer | Ketavet | |
| Rectal probe | WPI | RET-3 | |
| Stimulator isolation unit | Workshop Zoological Institute, UoC | MI 401 | |
| Sterilizer | CellPoint Scientific | Germinator 500 | Routine pre- and post-operative disinfection of the surgical equipment should be done by heat sterilization. Decontaminate instruments for 15 s in the heated glass bead bath (260°C). |
| Temperature controller | WPI | ATC200 | |
| Vaseline | Bayer | – | |
| Xylazine | Bayer | Rompun |
References
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