Beurteilung der funktionellen Wiederherstellung der Eupneik-Zwerchfellaktivität nach einseitiger Hemisektion des zervikalen Rückenmarks bei Ratten

Zusammenfassung

Atemwegskomplikationen sind die häufigste Todesursache bei Personen mit zervikaler Rückenmarksverletzung (cSCI). Tiermodelle für cSCI sind für mechanistische Bewertungen und präklinische Studien unerlässlich. In dieser Arbeit stellen wir eine reproduzierbare Methode vor, um die funktionelle Wiederherstellung der Zwerchfellmuskelaktivität (DIAm) nach einseitiger C₂ spinaler Hemisektion (C₂SH) bei Ratten zu beurteilen.

Zusammenfassung

Nach einer cSCI kann die Aktivierung des DIAm je nach Ausmaß der Verletzung beeinträchtigt werden. Das vorliegende Manuskript beschreibt ein unilaterales C 2-Hemisektionsmodell (C₂SH) der cSCI, das die elektromyographische (EMG) Aktivität des eupneischen ipsilateralen Zwerchfells (iDIAm) während der Atmung bei Ratten stört. Um die Wiederherstellung der motorischen Kontrolle der DIAm zu bewerten, muss zunächst das Ausmaß des Defizits aufgrund von C₂SH eindeutig festgestellt werden. Durch die Verifizierung eines vollständigen anfänglichen Verlusts des iDIAm-EMG während der Atmung kann die anschließende Genesung entweder als nicht vorhanden oder als vorhanden klassifiziert werden, und das Ausmaß der Genesung kann anhand der EMG-Amplitude abgeschätzt werden. Darüber hinaus kann durch die Messung des anhaltenden Fehlens von iDIAm-EMG-Aktivität während der Atmung nach der akuten Wirbelsäulenschockphase nach C₂SH der Erfolg der initialen C₂SH validiert werden. Die Messung der EMG-Aktivität des kontralateralen Zwerchfells (cDIAm) kann Aufschluss über die kompensatorische Wirkung von C₂SH geben, die auch die Neuroplastizität widerspiegelt. Darüber hinaus können DIAm-EMG-Aufzeichnungen von wachen Tieren wichtige physiologische Informationen über die motorische Steuerung der DIAm nach C₂SH liefern. Dieser Artikel beschreibt eine Methode für ein rigoroses, reproduzierbares und zuverlässiges C₂SH-Modell von cSCI bei Ratten, das eine hervorragende Plattform für die Untersuchung der respiratorischen Neuroplastizität, der kompensatorischen cDIAm-Aktivität sowie therapeutischer Strategien und Arzneimittel darstellt.

Einleitung

In den Vereinigten Staaten gibt es mehr als 300.000 Menschen mit Rückenmarksverletzungen, von denen etwa die Hälfte Gebärmutterhalsverletzungen hat¹. Diese Verletzungen führen zu einem erheblichen Verlust des Wohlbefindens und stellen eine finanzielle Belastung für den Einzelnen, seine Familien und das Gesundheitssystem dar. Glücklicherweise ist die Mehrheit der Querschnittlähmungen unvollständig – was das Potenzial zur Stärkung verschonter Signalwege bietet¹. Diese Neuroplastizität kann die Wiederherstellung zumindest einiger Funktionen ermöglichen, einschließlich der DIAm-Aktivität, die für beatmu....

Protokoll

Dieses Protokoll wurde vom Mayo Clinic Institutional Animal Care and Use Committee genehmigt (Protokollnummer: A00003105-17-R23). Bei den Tieren in der vorliegenden Studie handelte es sich um eine Mischung aus männlichen und weiblichen Sprague-Dawley-Ratten, die etwa 3 Monate alt waren und zwischen 200 g und 350 g wogen. Die Einzelheiten zu den Reagenzien und der in der Studie verwendeten Ausrüstung sind in der Materialtabelle aufgeführt.

1. Elektrodenimplantation

1. Vorbereiten der Elektroden
   1. Stellen Sie sicher, dass die erwähnte Ausrüstung verfügbar ist: (1) mehrsträngiger Edelstahldraht, (2....

Diskussion

C₂ Hemisektion der Wirbelsäule
Das in diesem Artikel beschriebene Verfahren konzentriert sich auf die Beurteilung der DIAm-EMG-Aktivität, die als Validierung einer C 2-Wirbelsäulenläsion dient, die die lateralen und ventralen Funiculi durchschneidet, während die dorsalen Funicul geschont werden (Abbildung 2A). Der vorgeschlagene chirurgische Ansatz hat zwei wesentliche Vorteile. Erstens werden die dorsalen Funikuli geschont, die bei Ratten die a.......

Materialien

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"