Valutazione del recupero funzionale dell'attività del diaframma eupneico dopo emisezione unilaterale del midollo spinale cervicale nei ratti

Riepilogo

Le complicanze respiratorie sono la principale causa di morte nei soggetti con lesione del midollo spinale cervicale (cSCI). I modelli animali di cSCI sono essenziali per le valutazioni meccanicistiche e gli studi preclinici. Qui, introduciamo un metodo riproducibile per valutare il recupero funzionale dell'attività del muscolo diaframma (DIAm) dopo emisezione spinale C₂ unilaterale (C₂SH) nei ratti.

Abstract

Dopo la cSCI, l'attivazione del DIAm può essere influenzata a seconda dell'entità della lesione. Il presente manoscritto descrive un modello unilaterale di emisezione C₂ (C₂SH) di cSCI che interrompe l'attività elettromiografica (EMG) del diaframma omolaterale eupnico (iDIAm) durante la respirazione nei ratti. Per valutare il recupero del controllo motorio della DIAm, è necessario innanzitutto stabilire chiaramente l'entità del deficit dovuto al C₂SH. Verificando una perdita iniziale completa di iDIAm EMG durante la respirazione, il recupero successivo può essere classificato come assente o presente e l'entità del recupero può essere stimata utilizzando l'ampiezza dell'EMG. Inoltre, misurando la continua assenza di attività EMG iDIAm durante la respirazione dopo il periodo di shock spinale acuto successivo a C₂SH, il successo del C₂SH iniziale può essere convalidato. La misurazione dell'attività EMG del diaframma controlaterale (cDIAm) può fornire informazioni sugli effetti compensatori del C₂SH, che riflette anche la neuroplasticità. Inoltre, le registrazioni EMG DIAm di animali svegli possono fornire informazioni fisiologiche vitali sul controllo motorio del DIAm dopo C₂SH. Questo articolo descrive un metodo per un modello C₂SH rigoroso, riproducibile e affidabile di cSCI nei ratti, che è un'eccellente piattaforma per lo studio della neuroplasticità respiratoria, dell'attività compensatoria del cDIAm e delle strategie terapeutiche e farmaceutiche.

Introduzione

Ci sono più di 300.000 individui con lesione del midollo spinale (SCI) negli Stati Uniti, circa la metà dei quali ha lesioni cervicali¹. Queste lesioni provocano una significativa perdita di benessere e mettono a dura prova gli individui, le loro famiglie e il sistema sanitario. Fortunatamente, la maggior parte delle lesioni del midollo spinale sono incomplete, fornendo il potenziale per il rafforzamento dei percorsi risparmiati¹. Questa neuroplasticità può consentire il recupero di almeno alcune funzioni, inclusa l'attività DIAm, che è importante per i comportamenti ventilatori e non ventilatori. P....

Protocollo

Questo protocollo è stato approvato dal Comitato istituzionale per la cura e l'uso degli animali della Mayo Clinic (numero di protocollo: A00003105-17-R23). Gli animali nel presente studio erano un mix di ratti Sprague-Dawley maschi e femmine di circa 3 mesi di età e di peso compreso tra 200 g e 350 g. I dettagli dei reagenti e delle attrezzature utilizzate nello studio sono elencati nella tabella dei materiali.

1. Impianto di elettrodi

1. Preparazione degli elettrodi
   1. Assicurarsi che l'attrezzatura menzionata sia disponibile: (1) filo di acciaio inossidabile multifilare, (2) bisturi con lama #....

Discussione

C₂ emisezione spinale
La procedura descritta in questo articolo enfatizza le valutazioni dell'attività DIAm EMG che fungono da convalida di una lesione spinale C₂ che seziona i funicoli laterali e ventrali risparmiando i funicoli dorsali (Figura 2A). L'approccio chirurgico proposto ha due vantaggi principali. In primo luogo, risparmia i funiculi dorsali, che preservano la funzione deambulatoria nei ratti, pur continuando a recidere gli input omolate.......

Materiali

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"