चूहों में टर्मिनल एच-रिफ्लेक्स माप
Summary
हॉफमैन रिफ्लेक्स (एच-रिफ्लेक्स) के आधार पर स्पास्टिकिटी का नैदानिक मूल्यांकन और परिधीय नसों की विद्युत उत्तेजना का उपयोग करना एक स्थापित विधि है। यहां, हम माउस फोरपाव में एच-रिफ्लेक्स परिमाणीकरण के लिए एक टर्मिनल और प्रत्यक्ष तंत्रिका उत्तेजना के लिए एक प्रोटोकॉल प्रदान करते हैं।
Abstract
हॉफमैन रिफ्लेक्स (एच-रिफ्लेक्स), खिंचाव रिफ्लेक्स के लिए एक विद्युत एनालॉग के रूप में, रीढ़ की हड्डी की क्षति या स्ट्रोक जैसी चोटों के बाद तंत्रिका सर्किट की अखंडता के इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल सत्यापन की अनुमति देता है। एच-रिफ्लेक्स प्रतिक्रिया में वृद्धि, गैर-स्वैच्छिक मांसपेशी संकुचन, पैथोलॉजिकल रूप से संवर्धित खिंचाव रिफ्लेक्स और संबंधित मांसपेशियों में हाइपरटोनिया जैसे लक्षणों के साथ, पोस्ट-स्ट्रोक स्पास्टिसिटी (पीएसएस) का एक संकेतक है।
तंत्रिका-अस्पष्ट ट्रांसक्यूटेनियस मापों के विपरीत, यहां, हम एच-रिफ्लेक्स को सीधे फोरपाव के उलनार और माध्य तंत्रिकाओं पर निर्धारित करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं, जो मामूली संशोधनों के साथ, हिंडपाव के टिबियल और साइटिक तंत्रिका पर लागू होता है। प्रत्यक्ष उत्तेजना और विभिन्न नसों के अनुकूलन के आधार पर, विधि स्पास्टिसिटी से संबंधित रोग मॉडल में इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल परिवर्तनों को मान्य करने के लिए एक विश्वसनीय और बहुमुखी उपकरण का प्रतिनिधित्व करती है।
Introduction
हॉफमैन रिफ्लेक्स (एच-रिफ्लेक्स), जिसका नाम फिजियोलॉजिस्ट पॉल हॉफमैन के नाम पर रखा गया है, को परिधीय नसों की विद्युत उत्तेजना द्वारा उत्पन्न किया जा सकता है, जो संवेदी और मोटर न्यूरॉन्स के अक्षतंतु को एक ही मांसपेशियों से उत्पन्न और अग्रणी बनाते हैं। यह मोनोसिनेप्टिक स्ट्रेच रिफ्लेक्स का विद्युत रूप से प्रेरित एनालॉग है, और एक ही मार्ग1 साझा करता है। मांसपेशियों के खिंचाव के विपरीत, एच-रिफ्लेक्स विद्युत उत्तेजना से उत्पन्न होता है। जब परिधीय तंत्रिकाओं को कम वर्तमान तीव्रता पर विद्युत रूप से उत्तेजित किया जाता है, तो आईए अभिवाही तंतुओं को आमतौर पर उनके बड़े अक्षतंतु व्यास2 के कारण पहले विध्रुवीकृत किया जाता है। उनकी क्रिया क्षमता रीढ़ की हड्डी में अल्फा मोटरन्यूरॉन (एसएमएन) को उत्तेजित करती है, जो बदले में कार्रवाई क्षमता प्राप्त करती है जो मांसपेशियों की ओर αMN अक्षतंतु की यात्रा करती है (चित्रा 1)। यह कैस्केड छोटे आयाम के साथ एक पेशी प्रतिक्रिया उत्पन्न करता है, जो तथाकथित एच-तरंग में परिलक्षित होता है। धीरे-धीरे उत्तेजना तीव्रता में वृद्धि करके, अतिरिक्त मोटर इकाइयों की भर्ती के कारण एच-तरंग का आयाम बढ़ जाता है। एक निश्चित उत्तेजना तीव्रता से, 1एमएन के पतले अक्षतंतु में कार्रवाई क्षमता सीधे प्राप्त की जाती है, जिसे एम-तरंग के रूप में दर्ज किया जाता है। यह एम-तरंग एच-तरंग (चित्रा 2) की तुलना में कम विलंबता के साथ दिखाई देती है। यदि उत्तेजना की तीव्रता में और वृद्धि होती है, तो एम-तरंग का आयाम अधिक αMN अक्षतंतु की भर्ती के कारण बड़ा हो जाता है, जबकि H-तरंग धीरे-धीरे छोटी हो जाती है। एच-तरंग को उच्च उत्तेजना तीव्रता पर दबाया जा सकता है क्योंकि αMN अक्षतंतु में कार्रवाई क्षमता के एंटीड्रोमिक बैकप्रोपेगेशन के कारण। ये ट्रिगर एक्शन पोटेंशिअल आईए उत्तेजना से टकराते हैं और इस प्रकार एक-दूसरे को रद्द कर सकते हैं। सुपरमैक्सिमम उत्तेजना तीव्रता पर, ऑर्थोड्रोमिक (मांसपेशियों की ओर) और एंटीड्रोमिक (रीढ़ की हड्डी की ओर) कार्रवाई क्षमता सभी एमएन अक्षतंतु में होती है; पूर्व अधिकतम एम-वेव आयाम (एममैक्स) को जन्म देता है, जबकि बाद वाले के परिणामस्वरूप एच-रिफ्लेक्स3 का पूर्ण उन्मूलन होता है।
पोस्ट-स्ट्रोक स्पास्टिकिटी (पीएसएस) या रीढ़ की हड्डी की चोट (एससीआई) के मूल्यांकन के लिए, एच-रिफ्लेक्स काउपयोग मनुष्यों में आंदोलन और स्पास्टिकिटी के तंत्रिका आधार का आकलन करने के लिए किया गया है। माप के बीच और विषयों के बीच एच-रिफ्लेक्स में परिवर्तन का एक बेहतर परिमाणीकरण एच- और एम-वेव (एच / एम अनुपात) के अनुपात का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है। वैकल्पिक रूप से, दर-निर्भर अवसाद (आरडीडी) को आरोही आवृत्तियों (जैसे, 0.1, 0.5, 1.0, 2.0 और 5.0 हर्ट्ज) के एक सेट का उपयोग करके मापा जाता है। आरडीडी निरोधात्मक सर्किट की अखंडता को दर्शाता है जो स्ट्रोक या एससीआई से परेशान हो सकता है। जब सभी तंत्रिका सर्किट बरकरार होते हैं, तो एच-रिफ्लेक्स का एक समान, आवृत्ति-स्वतंत्र दमन होता है। हालांकि, यदि स्ट्रोक या एससीआई के परिणामस्वरूप तंत्रिका अवरोध कम हो जाता है, तो एच-रिफ्लेक्स का दमन उत्तेजना आवृत्ति4 बढ़ने के साथ कम हो जाता है।
सतह इलेक्ट्रोड का उपयोग करके सही इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल रिकॉर्डिंग चुनौतीपूर्ण हो सकती है और मोटर कार्यों, निरोधात्मक तंत्र और5एमएन उत्तेजना से प्रभावित हो सकती है। कृन्तकों में ट्रांसक्यूटेनियस रिकॉर्डिंग में, टिबियल तंत्रिका के पास एक उत्तेजना इलेक्ट्रोड रखा जाता है, और फोरपाव में संबंधित मांसपेशियों के पास एक रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड रखा जाता है। हमारे अनुभव के अनुसार, हालांकि, ट्रांसक्यूटेनियस इलेक्ट्रोड (चित्रा 1 ए) का सही प्लेसमेंट मनुष्यों में सतह इलेक्ट्रोड प्लेसमेंट की तुलना में कृन्तकों में और भी अधिक जटिल और परिवर्तनशील है। इससे एच-रिफ्लेक्स को प्राप्त करने के लिए आवश्यक लंबाई, आवृत्ति और उत्तेजना तीव्रता में अंतर हो सकता है। ये पद्धतिगत चुनौतियां यह समझा सकती हैं कि एच-रिफ्लेक्स माप अध्ययनों की केवल बहुत सीमित संख्या क्यों है (उदाहरण के लिए, प्रयोगात्मक स्ट्रोक मॉडल 3,4, और अन्य स्पास्टिकिटी मॉडल6 में)। व्यक्तिगत तंत्रिकाओं पर एच-रिफ्लेक्स की एक सटीक (दीर्घकालिक) उत्तेजना और रिकॉर्डिंग, सिद्धांत रूप में, लक्ष्य तंत्रिका 7,8 के आसपास प्रत्यारोपण योग्य इलेक्ट्रोड का उपयोग करके प्राप्त की जा सकती है। जानवर के लिए संभावित दुष्प्रभावों और जांच की संभावित अस्थिरता के साथ चुनौतीपूर्ण सर्जरी के कारण, यह दृष्टिकोण क्षेत्र में एक मानक नहीं बन पाया है। यहां प्रस्तुत विधि को कुछ शल्य चिकित्सा विशेषज्ञता की भी आवश्यकता होती है। हालांकि, यह कम उत्तेजना तीव्रता का उपयोग करके विवो में पृथक नसों की एक नई, सटीक उत्तेजना और रिकॉर्डिंग की अनुमति देता है, जो पड़ोसी नसों की एक साथ उत्तेजना से बचता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
माउस6 में पहले वर्णित ट्रांसक्यूटेनियस एच-रिफ्लेक्स माप के विपरीत, हम एक अधिक प्रत्यक्ष और तंत्रिका-विशिष्ट माप प्रदान करते हैं। इस नए दृष्टिकोण को फोर- और हिंदलिम्ब (जैसे, मेडियन, अल्नार, और र?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखक एमजी की प्रयोगशाला की यात्रा के दौरान डलहौजी विश्वविद्यालय के टी अके द्वारा समर्थन को कृतज्ञतापूर्वक स्वीकार करते हैं। इस काम को फ्रिब फाउंडेशन (टी0498/28960/16) और ड्यूश फोर्सचुंग्सगेमिनशाफ्ट (डीएफजी, जर्मन रिसर्च फाउंडेशन) – प्रोजेक्ट-आईडी 431549029 – एसएफबी 1451 से वित्त पोषण द्वारा समर्थित किया गया था।
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
- Palmieri, R. M., Ingersoll, C. D., Hoffman, M. A. The Hoffmann reflex: methodologic considerations and applications for use in sports medicine and athletic training research. Journal of Athletic Training. 39 (3), 268-277 (2004).
- Henneman, E., Somjen, G., Carpenter, D. O. Excitability and inhibitibility of motoneurons of different sizes. Journal of Neurophysiology. 28 (3), 599-620 (1965).
- Toda, T., Ishida, K., Kiyama, H., Yamashita, T., Lee, S. Down-regulation of KCC2 expression and phosphorylation in motoneurons, and increases the number of in primary afferent projections to motoneurons in mice with post-stroke spasticity. PLoS ONE. 9 (12), 114328 (2014).
- Lee, S., Toda, T., Kiyama, H., Yamashita, T. Weakened rate-dependent depression of Hoffmann’s reflex and increased motoneuron hyperactivity after motor cortical infarction in mice. Cell Death & Disease. 5 (1), 1007 (2014).
- Knikou, M. The H-reflex as a probe: Pathways and pitfalls. Journal of Neuroscience Methods. 171 (1), 1-12 (2008).
- Wieters, F., et al. Introduction to spasticity and related mouse models. Experimental Neurology. 335, 113491 (2020).
- Pearson, K. G., Acharya, H., Fouad, K. A new electrode configuration for recording electromyographic activity in behaving mice. Journal of Neuroscience Methods. 148 (1), 36-42 (2005).
- Akay, T. Long-term measurement of muscle denervation and locomotor behavior in individual wild-type and ALS model mice. Journal of Neurophysiology. 111 (3), 694-703 (2014).
- Haghighi, S. S., Green, D. K., Oro, J. J., Drake, R. K., Kracke, G. R. Depressive effect of isoflurane anesthesia on motor evoked potentials. Neurosurgery. 26 (6), 993 (1990).
- Chang, H. -. Y., Havton, L. A. Differential effects of urethane and isoflurane on external urethral sphincter electromyography and cystometry in rats. American Journal of Physiology-Renal Physiology. 295 (4), 1248-1253 (2008).
- Nolan, J. P. Section 4: Nervous system (Br. J. Pharmacol). Clinical pharmacology. , 295-310 (2012).
- Struck, M. B., Andrutis, K. A., Ramirez, H. E., Battles, A. H. Effect of a short-term fast on ketamine-xylazine anesthesia in rats. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science: JAALAS. 50 (3), 344-348 (2011).
- Zandieh, S., Hopf, R., Redl, H., Schlag, M. G. The effect of ketamine/xylazine anesthesia on sensory and motor evoked potentials in the rat. Spinal Cord. 41 (1), 16-22 (2003).
