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In questo articolo

  • Riepilogo
  • Abstract
  • Introduzione
  • Protocollo
  • Risultati
  • Discussione
  • Divulgazioni
  • Riconoscimenti
  • Materiali
  • Riferimenti
  • Ristampe e Autorizzazioni

Riepilogo

I protocolli sono presentati per valutare gli effetti autonomi e comportamentali del movimento passivo nei roditori utilizzando il movimento verticale dell'ascensore e la rotazione della ruota panoramica.

Abstract

L'obiettivo generale di questo studio è quello di valutare gli effetti autonomi e comportamentali del movimento passivo nei roditori utilizzando il movimento verticale dell'ascensore e i dispositivi di rotazione della ruota panoramica. Questi saggi possono aiutare a confermare l'integrità e il normale funzionamento del sistema nervoso autonomo. Sono accoppiati a misure quantitative basate sul conteggio della defecazione, sull'esame a campo aperto e sull'attraversamento del fascio di equilibrio. I vantaggi di questi saggi sono la loro semplicità, riproducibilità e misure comportamentali quantitative. I limiti di questi saggi sono che le reazioni autonomiche potrebbero essere epifenomeni di disturbi non vestibolici e che è necessario un sistema vestibolare funzionante. L'esame di disturbi come la cinetosi sarà notevolmente aiutato dalle procedure dettagliate di questi saggi.

Introduzione

La malattia del movimento (MS) dovuta a una stimolazione anomala visuo-vestibolare porta a reazione autonomica, suscitando sintomi come disagio epigastrico, nausea e/o vomito1. Secondo le teorie attuali, la cinetosi può essere causata da un conflitto sensoriale o da un disallineamento neuronale derivante dalla ricezione di informazioni di movimento integrate che differiscono dal modello interno previsto dell'ambiente2,3 o instabilità posturale come si verificherebbe su una nave yawing4,5. Nonostante i progressi significativi nel campo della cinetosi e del funzionamento autonomo vestibolare6,7,8,9,10,11,12, la ricerca futura può essere aiutata da protocolli di valutazione standardizzati. La valutazione degli effetti autonomi delle mozioni passive standard andrà molto bene alle indagini sulle cause e sulla prevenzione della cinetosi. L'obiettivo generale di questo studio è quello di valutare gli effetti autonomi e comportamentali del movimento passivo nei roditori. I modelli animali, come i roditori, consentono una facile manipolazione sperimentale (ad esempio, movimento passivo e farmaceutico) e la valutazione comportamentale, che può essere utilizzata per studiare l'eziologia della cinetoria. Qui, presentiamo una batteria dettagliata per testare gli effetti del movimento passivo e l'integrità del funzionamento vestibolare.

Lo studio descrive due saggi, il movimento verticale dell'ascensore (EVM) e la rotazione della ruota panoramica (FWR), che inducono reazioni autonome al movimento passivo. I test sono accoppiati a tre misure comportamentali quantitative, il fascio di equilibrio (su topi13 e ratti14,15,16,17), esame a campo aperto, e il conteggio della defecazione. L'EVM (simile al passo e al rotolo di una nave che incontra un'onda) valuta il funzionamento vestibolare stimolando gli organi sensoriali otolici che codificano accelerazioni lineari (cioè il saccule che risponde ai movimenti nel piano verticale)18. Il dispositivo FWR (rotazione centrifugao o movimento sinusoidale) stimola gli organi otolitici con un'accelerazione lineare e i canali semicircolari con accelerazione angolare19,20. Il dispositivo di rotazione ruota panoramica/centrifuga è unico nella sua valutazione autonomica. Ad oggi, l'unico dispositivo simile nella letteratura è il giradischi di rotazione dell'asse fuori verticale (OVAR), che viene utilizzato per esaminare il vestibulo-ocular reflex (VOR)18,21,22, condizionato evitare23,24, e gli effetti dell'ipergravità25,26,27. L'assaggio EVM e il saggio del dispositivo FWR inducono la stimolazione vestibolare che porta a reazioni autonomiche. Accoppiamo l'EVM e l'FWR a misurazioni quantitative come la trave di bilanciamento, il conteggio della defecazione e l'analisi a campo aperto28,29,30, per garantire risultati robusti e riproducibili. Simile a quelli precedentemente descritti nei topi13 e nei ratti14,15,16,17, l'analisi della trave di equilibrio è un fascio lungo 1,0 m sospeso a 0,75 m da terra tra due sgabelli di legno utilizzando una semplice modifica scatola nera alla fine della porta (finitura). Il fascio di equilibrio è stato utilizzato per valutare l'ansia (scatola nera oscura)14,17, lesione traumatica15,16,17, e qui, reazioni autonomiche che influenzano l'equilibrio. Abbiamo eseguito il conteggio della defecazione per valutare la risposta autonoma nel modello di cinetosi in precedenza, ed è una misurazione quantitativa affidabile che viene facilmente eseguita e inequivocabilmente valutata6,8,9,11. L'analisi a campo aperto utilizza una semplice valutazione del comportamento a campo aperto con Ethovision28, Bonsai30o una semplice analisi video in Matlab29 per quantificare comportamenti come il movimento. Nel protocollo attuale, usiamo la distanza totale percorsa, ma notiamo che esistono diversi paradigmi (ad esempio, allungamento, zona di movimento, velocità, ecc.) 28,29,30. Collettivamente, queste procedure costituiscono una breve serie di valutazioni per l'esame e la valutazione delle reazioni autonome al movimento passivo, ad esempio nella cinetosi6,7,8,9,10,11. I saggi attuali possono essere adattati a una varietà di modelli animali.

Protocollo

Il presente studio e le procedure sono stati approvati dal Comitato Etico per la sperimentazione animale della Seconda Università Medica Militare (Shanghai, Cina) in conformità con la Guida per la cura e l'uso degli animali da laboratorio (US National Research Council, 1996).

1. Animali

  1. Utilizzare ratti Sprague-Dawley (SD) di due mesi (200-250 g). Per ogni analisi comportamentale, utilizzare un gruppo separato di ratti. Utilizzare sempre gruppi di controllo e sperimentali separati.
    NOTA: Ci sono stati due test autonomi: EVM e FWR. L'EVM aveva tre condizioni oltre a un gruppo di controllo (n. 4) con tre saggi comportamentali (fascio di equilibrio, conteggio della defecazione e campo aperto 3) con 8 ratti in ciascuno per un totale di 96 ratti (4 x 3 x 8). L'FWR aveva una condizione oltre a un gruppo di controllo (n. 2) con tre saggi comportamentali (fascio di equilibrio, conteggio della defecazione e campo aperto) con 8 ratti in ciascuno per un totale di 48 ratti (2 x 3 x 8). In totale, riportiamo 144 ratti.
  2. I roditori della gabbia sono sotto una temperatura costante di 25 gradi centigradi e del 60-70% di umidità.
  3. I roditori di casa in cicli di luce/buio 12 h con accesso al cibo e all'acqua potabile al libitum.
    NOTA: Poiché i seguenti protocolli sono esperimenti comportamentali, i ratti devono essere maneggiati delicatamente. La manipolazione degli animali deve essere con entrambe le mani con il mantenimento del corpo e posteriore, in modo da non indurre ansia.
  4. Eseguire esperimenti (EVM e FWR) e saggi di valutazione (balance beam e valutazione del campo aperto) nell'oscurità per ridurre al minimo i segnali visivi.

2. Dispositivo di movimento verticale dell'ascensore

  1. Eseguire le procedure di movimento verticale dell'ascensore in completa oscurità per ridurre al minimo i segnali visivi.
  2. Collocare i roditori nella scatola del plexiglas (22,5 cm x 26 cm x 20 cm). Qui la scatola Plexiglas può ospitare quattro roditori (dispositivo su misura).
  3. Assicurarsi che la scatola sia fissata chiusa e chiusa in modo sicuro per evitare che i roditori cadano. Posizionare la scatola plexiglass sul pad dell'ascensore del dispositivo di movimento verticale (dispositivo su misura).
  4. Accendere il dispositivo di movimento verticale dell'ascensore all'impostazione più bassa per l'acclimatazione.
  5. Impostare l'ampiezza come 22 cm verso l'alto e 22 cm verso il basso da neutro. Modificare in modo incrementale il movimento verticale dell'ascensore come segue:
    1. Impostare i periodi iniziali come 2.500 ms per 5 min, 2.000 ms per 5 min e 1.500 ms per 5 min.
    2. Utilizzare un periodo di prova di 1000 ms per 2 h.
    3. Rallentare il dispositivo in senso inverso utilizzando periodi di 1500 ms per 5 min, 2000 ms per 5 min e 2500 ms per 5 min.

3. Dispositivo di rotazione ruota panoramica

  1. Configurazione del dispositivo di rotazione della ruota panoramica
    1. Posizionare il contenitore in plexiglass (22,5 cm x 26 cm x 20 cm) su una panca di legno (dispositivo su misura).
    2. Posizionare i roditori nel contenitore in plexiglass con l'asse lungo del corpo perpendicolare all'asta di rotazione orizzontale della ruota panoramica (dispositivo su misura).
      NOTA: Il posizionamento con asta perpendicolare al corpo assicura la stimolazione degli organi otolitici (anteriore-posteriore e direzione verticale) durante la rotazione.
    3. Chiudere la scatola in plexiglass in modo sicuro.
    4. Posizionare il secondo set di roditori nel contenitore del plexiglass con l'asse lungo del corpo perpendicolare all'asta di rotazione orizzontale sul secondo braccio del dispositivo di rotazione ruota panoramica. Utilizzare un secondo set di roditori con massa simile per bilanciare la ruota panoramica.
    5. Chiudere in modo sicuro la scatola in plexiglass e posizionarla sul dispositivo di rotazione ruota panoramica.
  2. Procedura di rotazione della ruota panoramica
    1. Esegui le procedure di rotazione della ruota panoramica in completa oscurità per ridurre al minimo i segnali visivi.
    2. Iniziare la ruota panoramica ruotando in senso orario a 16 s / s2 per raggiungere una velocità angolare di 120 s, e poi iniziare a decelerare a 48 s / s2 per raggiungere 0 /s. Dopo una pausa di 1 s, chiedi al contenitore di continuare a ruotare in senso antiorario nello stesso modo di cui sopra (accelerazione a 16/s2 per raggiungere una velocità angolare di 120 s/s e quindi decelerazione a 48 s/s2 per raggiungere 0 /s). Il ciclo in senso orario-pausa-in senso antiorario richiede circa 10 s per raggiungere la sua posizione iniziale.
    3. Continuare la rotazione in senso orario in senso antiorario per 2 h per sessione per circa 720 rotazioni.

4. Valutazione di EVM e FWR

NOTA: La valutazione del dispositivo di rotazione della ruota panoramica e del movimento verticale dell'ascensore viene effettuata da tre procedure: test del fascio di bilanciamento, conteggio delle difetti ed esame a campo aperto. Le procedure identiche vengono utilizzate per valutare il movimento verticale dell'ascensore. Queste procedure di valutazione devono essere eseguite il più presto possibile dopo la rotazione della ruota panoramica o il movimento verticale dell'ascensore.

  1. Trave di bilanciamento
    1. Impostazione trave di bilanciamento
      1. Impostare il fascio di equilibrio10,11,12 mettendo due sgabelli di legno (circa 0,75 m di altezza) nel campo sperimentale, a circa 110 cm di distanza.
      2. Posizionare una scatola di plastica nera (15 cm x 15 cm x 8 cm) sullo sgabello finale.
      3. Posizionare una trave di legno stretta (2,5 cm x 130 cm) tra i due sgabelli, lasciando una distanza di 100 cm tra i bordi degli sgabelli, dallo sgabello iniziale allo sgabello finale.
        NOTA: L'ingresso alla scatola di plastica nera dovrebbe essere al traguardo dei 100 cm.
      4. Posizionare una lampada allo sgabello di partenza. Accendere la lampada.
      5. Spegnere le luci della stanza e assicurarsi che la stanza sia il più scura possibile. Questo assicura che il roditore segua la direzione del fascio di equilibrio dalla regione illuminata alla regione oscurata.
    2. Procedure di bilanciamento del fascio
      NOTA: Il saggio di coordinazione motoria della trave di bilanciamento viene valutato misurando il tempo necessario per attraversare la trave in legno sopraelevata.
      1. Allenare ogni roditore ogni giorno per 3 giorni consecutivi, prima del periodo di esame, al fine di ottenere prestazioni stabili sul fascio di equilibrio10. Allenati introducendo il topo al fascio nell'angolo illuminato e spingendolo ad attraversare il fascio. Alla fine il ratto si attraverserà di propria volontà. I ratti nel protocollo attuale hanno richiesto 3,6 x 0,9 secondi.
        NOTA: Alcuni roditori non riescono a ottenere prestazioni stabili durante l'allenamento e dovrebbero essere esclusi. Alcuni roditori non svolgono il compito, mentre altri mancano di motivazione per attraversare il fascio. Le prestazioni stabili sono state due periodi di prova consecutivi di tempi di attraversamento inferiori a 4 secondi. Se un ratto cade durante l'allenamento o la valutazione, deve essere classificato come un "caduta" del ratto e non valutato ulteriormente.
      2. Per la procedura effettiva, posizionare il roditore addestrato sullo sgabello di partenza vicino alla luce e premere contemporaneamente start su un cronometro. Il roditore deve attraversare rapidamente la trave della bilancia ed entrare nella casella nera sullo sgabello di finitura.
      3. Premere start sul cronometro una volta che il roditore è in posizione e premere stop quando il naso entra nella casella scura sullo sgabello finale. Il tempo di attraversare il fascio è da sgabello iniziale a sgabello finitura.
        NOTA: una volta che il roditore è addestrato, è possibile eseguire un intervento o una manipolazione, ad esempio indurre la cinetosi, prima della valutazione. È inoltre possibile ottenere una misurazione di base, prima dell'intervento, utilizzando il tempo per attraversare l'ultima sessione di allenamento.
  2. Conteggio delle defecazioni
    1. Posizionare il contenitore in plexiglass contenente i quattro roditori su una panchina dopo il periodo di prova della ruota panoramica.
    2. Rimuovere i roditori e inserirla in singole caselle a campo aperto (sotto).
    3. Contare il numero di feci pellets nella scatola plexiglass attribuito ad ogni roditore.
      NOTA: È possibile ottenere una misurazione di base, per il confronto con la valutazione dopo il movimento dell'ascensore, contando le feci pellets prima di subire il movimento verticale dell'ascensore.
  3. Esame a campo aperto
    1. Posizionare i roditori nella scatola a campo aperto (40 cm x 40 cm x 45 cm).
    2. Registrare il comportamento del campo aperto utilizzando una videocamera IR-video per 3 min28,29,30.
    3. Determinare la distanza totale percorsa.
      NOTA: È molto importante NON posizionare il roditore nella casella a campo aperto prima del movimento verticale dell'ascensore. L'ambiente deve essere nuovo per il roditore. Pertanto, le misurazioni di base NON devono essere prese per l'esame a campo aperto.

Risultati

Figura 2 mostra i risultati rappresentativi del fascio di equilibrio impiegato per trasversale. I ratti sono stati allenati per 3 giorni consecutivi al fine di ottenere prestazioni stabili sul fascio di equilibrio10. Il giorno successivo, i ratti sono stati valutati per le prestazioni del fascio di equilibrio. Nell'asse y della figura, abbiamo il numero di secondi impiegati per i roditori per attraversare il fascio di equilibrio per ruota panoramica, movimento vertica...

Discussione

Lo studio descrive la valutazione delle risposte autonome al movimento passivo nei roditori utilizzando il movimento verticale dell'ascensore e la rotazione della ruota panoramica. Queste attrezzature e procedure possono essere facilmente adottate ad altri roditori e esistono diverse modifiche dei saggi per confermare il funzionamento vestibolare in circostanze diverse, ad esempio durante la sfida farmacologica o gli interventi chirurgici. La ricerca sulla SM suscitata dalla stimolazione vestibolare ha portato alla teori...

Divulgazioni

Gli autori non dichiarano conflitti di interessi finanziari o non finanziari. Il dispositivo FWR ha un brevetto in Cina: L201120231912.1.

Riconoscimenti

Questo lavoro è stato sostenuto in parte dall'Hong Kong Research Grants Council, Early Career Scheme, Project #21201217 to C. L. Il dispositivo FWR ha un brevetto in Cina: L201120231912.1.

Materiali

NameCompanyCatalog NumberComments
Elevator vertical motion deviceCustomCustom-made Elevator vertical motion device to desired specifications
EthovisionNoldus Information TechnologyVideo tracking software
Ferris-wheel rotation deviceCustomCustom-made Ferris-wheel rotation device to desired specifications
Latex, polyvinyl or nitrile glovesAMMEXUse unpowdered gloves 8-mil
Open field boxCustomDarkened plexiglass box with IR camera
Rat or mouseJAX labsAny small rodent
Small rodent cageTecniplast1284L
Wooden beam and stoolsCustomCustom-made wooden beam and stools to specifications indicated

Riferimenti

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