评估大鼠单侧颈脊髓半切除术后真膈肌活动的功能恢复

摘要

呼吸并发症是颈脊髓损伤 （cSCI） 患者死亡的主要原因。cSCI 的动物模型对于机制评估和临床前研究至关重要。在这里，我们介绍了一种可重复的方法来评估大鼠单侧 C₂ 脊髓半切除术 （C₂SH） 后膈肌 （DIAm） 活动的功能恢复。

摘要

cSCI 后，DIAm 的激活可能会受到影响，具体取决于损伤的程度。本手稿描述了 cSCI 的单侧 C₂ 半切片 （C₂SH） 模型，该模型在大鼠呼吸过程中破坏了真心同侧隔膜 （iDIAm） 肌电图 （EMG） 活动。为了评估 DIAm 运动控制的恢复，必须首先明确确定 C₂SH 引起的缺陷程度。通过验证呼吸期间 iDIAm EMG 的初始完全丢失，随后的恢复可以分为不存在或存在，并且可以使用 EMG 振幅估计恢复的程度。此外，通过测量 C₂SH 后急性脊髓休克期后呼吸期间呼吸期间 iDIAm EMG 活动的持续缺失，可以验证初始 C₂SH 的成功。测量对侧膈肌 （cDIAm） 肌电图活动可以提供有关 C₂SH 代偿作用的信息，这也反映了神经可塑性。此外，来自清醒动物的 DIAm EMG 记录可以提供有关 C₂SH 后 DIAm 运动控制的重要生理信息。本文介绍了一种在大鼠中建立严格、可重复且可靠的 cSCI C₂SH 模型的方法，这是研究呼吸神经可塑性、代偿性 cDIAm 活性以及治疗策略和药物的绝佳平台。

引言

美国有超过 300,000 名脊髓损伤 （SCI） 患者，其中约一半患有颈椎损伤¹。这些伤害会导致重大的福祉损失，并给个人、他们的家庭和医疗保健系统带来经济压力。幸运的是，大多数 SCI 是不完整的——为加强备用途径提供了潜力¹。这种神经可塑性可能允许至少恢复一些功能，包括 DIAm 活性，这对通气和非通气行为很重要。因此，促进神经可塑性是帮助 SCI² 患者的一种有前途的研究途径。

SCI 的啮齿动物模型有可能为发现改善人类健康的治疗方法做出重大贡献。用于研究神经可塑性的经典 SCI 模型之一是脊髓在 C₂ （C₂SH） 的单侧横断（半切），它使对侧完好无损 ^{3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13}

研究方案

该方案已获得梅奥诊所机构动物护理和使用委员会的批准（方案编号：A00003105-17-R23）。本研究中的动物是雄性和雌性 Sprague-Dawley 大鼠的混合物，年龄约为 3 个月大，体重在 200 克至 350 克之间。材料 表中列出了研究中使用的试剂和设备的详细信息。

1. 电极植入

1. 准备电极
   1. 确保上述设备可用：（1） 多股不锈钢丝，（2） 带 #11 刀片的手术刀，（3） 剪刀，4） 解剖显微镜，（5） 尺子，（6） 镊子，（7） 25 g 针，（8） 2 把钳子（至少一个带有压接区）。
   2. 电极制造过程的详细信息如图 3 所示。对于成对的差分记录电极，至少重复此过程两次。
   3. 首先，测量并切割 18 厘米的不锈钢丝。
   4. 在距离电线一端 4 厘米处打一个基本的反手结，如图 3 所示;当导线的短边被植入并缝合到 DIAm 中时，这将用作锚点。
   5. 使用手术刀和手术解剖镜，小心地剥去紧邻电线较短一侧的结附近的 2 毫米绝缘层。要非常小心，不要剪断多股线的股线。
      注意： 这个非绝缘部分用作电极的导电表面。通常，如果无意中切断了三根或更多股线，信号质量会开始下降，如果是这样....

讨论

C₂ 脊髓半切术
本文中描述的程序强调对 DIAm EMG 活动的评估，这些活动作为对 C₂ 脊柱病变的验证，该病变横切外侧和腹侧索，同时保留背侧索（图 2A）。拟议的手术方法有两个主要好处。首先，它保留了背侧 funiculi，它保留了大鼠的动态功能，同时仍然切断了同侧对膈运动神经元的输入。其次，通过监测 DIAm EMG，我们可以验证 C₂ 病变?.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
25 G Needle	Cardinal Health	1188825100	Covidien Monoject Hypdermic Standard Needles: 25 G x 1" (0.508 mm x 2.5 cm) A
3-0 Vicryl Violet Braided	Ethicon	J774D	3-0 Suture
Adson-Brown Forceps	Fine Science Tools	11627-12	Tip Shape: Straight, Tips: Shark Teeth, Tip Width: 1.4mm, Tip Dimensions: 2 x 1.4 m, Alloy / Material: Stainless Steel, Length: 12 cm
Bowman Style Cage	Braintree Scientific	POR-530	Weight range: 250 up to 750 g; Maximum length: 9" (228 mm); Basic unit is constructed of .5" (123 mm) jeweled acrylic.
Castroviejo Needle Holder	Fine Science Tools	12565-14	Tip Shape: Straight, Tip Width: 1.5 mm, Clamping Length: 10 mm, Lock: Yes, Scissors: No, Alloy / Material: Stainless Steel, Length: 14 cm, Serrated: Yes, Feature: Tungsten Carbide
Clip Lead 1m TP Shielded	Biopac Systems, Inc	LEAD110S	Shielded lead wires for EMG
Data Acquisition Software	LabChart	LabChart 7.3.8	Data recording, visualization, and analysis software for multi-channel recordings and real-time assessments
Data Analysis Software - Matlab 2023b	Mathworks, Inc.	Version 23.2	General purpose programming language for post hoc analysis
Dissecting Knife	Fine Science Tools	10056-12	Cutting Edge: 4 mm, Thickness: 0.5 mm, Alloy / Material: Stainless Steel, Length: 12.5 cm, Blade Shape: Angled 30°
Dumont #3 Forceps	Fine Science Tools	11293-00	Style: #3, Tip Shape: Straight, Tips: Standard, Tip Dimensions: 0.17 x 0.1 mm, Length: 12 cm, Alloy / Material: Dumostar
Electromyogram Amplifier	Biopac Systems, Inc	EMG100C	EMG amplifier
Friedman Rongeur	Fine Science Tools	16000-14	Tip Shape: Curved, Cup Size: 2.5mm, Alloy / Material: Stainless Steel, Length: 13cm, Joint Action: Single
Friedman-Pearson Rongeurs	Fine Science Tools	16021-14	Alloy / Material: Stainless Steel, Length: 14cm, Joint Action: Single, Cup Size: 1mm, Tip Shape: Curved
Isolated Power Supply Module	Biopac Systems, Inc	IPS100C	Operates 100-series amplifier modules indepdent of the Biopac Systems, Inc.'s MP series Data Acquisition System
Kelly Hemostats	Fine Science Tools	13019-14	Tips: Serrated, Tip Width: 1.5mm, Clamping Length: 22mm, Alloy / Material: Stainless Steel, Length: 14cm, Tip Shape: Curved
Knife Curette	V. Mueller	VM101-4414	Tip: Sharp, Tip Diameter: 2 mm
Micro Dissecting Scissors	Biomedical Research Instruments, Inc.	11-2420	Length: 4", Angle: Straight, Blade Length: 23 mm
Multistranded stainless steel wire	Cooner Wire, Inc.	AS 631	AWG 40; Overall diameter: 0.011 mm (with insulation), 0.008 mm (without insulation).
PowerLab 8/35	ADInstruments	PL3508	Data acquisition system
Scalpel Blade #11	Fine Science Tools	10011-00	Blade Shape: Angled, Cutting Edge: 20 mm, Thickness: 0.4 mm, Alloy / Material: Carbon Steel
Scalpel Handle #3	Fine Science Tools	10003-12	Alloy / Material: Stainless Steel, Length: 12 cm
Sprague Dawley Rat	Inotiv	Order code: 002	Sprague Dawley outbred rats (female and male)
Surgical Microscope	Olympus	SZ61	Surgical microscope
Suture Cutting Scissors	George Tiemann & Co.	110-1250SB	Alloy / Material: Stainless Steel, Tip Shape: Straight, Tips: Sharp/Blunt, Length: 4.5"
Vannas Spring Scissors	Fine Science Tools	15000-08	Tips: Sharp, Cutting Edge: 2.5 mm, Tip Diameter: 0.05 mm, Length: 8 cm, Alloy / Material: Stainless Steel, Serrated: No, Tip Shape: Straight
Weitlaner Retractor	Codman	50-5647	Prongs: 2 x 3 Blunt, Length: 4.5"