この作品は、国立衛生研究所（NIH）によるリハビリテーション研究研修における物理的および作業療法士、包括的な機会（K12 HD055931）、理学療法およびピッツバーグクロードD.ペッパー古いアメリカ人の独立性センター（P30 AG024827財団のためにK12を資金を供給された。）

1。電極の調製<ul><li>ベクトルの回路基板の1cm X 1cmのセクションをカットします。 </li><li>約3.5ミリメートル間隔をあけピンと副グリップを使用して、ピンをwirewrap 2を安定させる。ピンの分岐端部は上向きにする必要があります。 </li><li>ラジオペンチを使用して、約半分、その長さに沿って、90°の角度でピンをwirewrap曲げる。 </li><li>ワイヤの絶縁被覆を除去することで、コネクタ、リード線の接続から約7cmの銅線を公開します。 </li><li> 1 wirewrapピンの分岐端にハンダ銅線のいずれかを。他のwirewrap端子のはんだ付けの手順を繰り返します。 </li><li>絶縁して安定させるために、銅線と金色のピンの間に半田付け接続部収縮チューブを引き出します。こて先を使用してチューブを加熱する。 </li><li>ブレッドボード回路基板の隣接した開口部にwirewrapピンの未はんだのヒントを挿入します。 </li><li> wirewrapピンが互いに平行とstであることを確認してくださいボードを介して配置したときのヒントは、同じ距離に位置しているようなブレッドボードを介して嫌なもの。 </li><li>透明エポキシのピンのはんだ付け端を埋め込むことができます。エポキシ樹脂は、約10分間、または完全に乾燥するまで治療することができます。 </li><li>ピンとベクトルの回路基板が完全にリード線の構造の整合性とストレインリリーフを提供するために埋め込まれているまで、エポキシ樹脂の適用を繰り返します。 </li><li>金のピンの先端を露出させる金属製のファイルを用いたエポキシダウン砂。 </li><li> 2本のリード線は電気的に短絡されておらず、リード線は、適切な継続性を持っていることを保証するためにマルチメータを使用して、 </li><li>電極女性2ウェイ·ワイヤコネクタ（ポモナパッチ·コード）にNMESデバイスからリードを接続します。 </li></ul> 2。動物の準備<ul><li>動物は、100％O 2ガス中で2％イソフルラン（アボット·ラボラトリーズ、ノースシカゴ、IL）を用いて吸入麻酔をかけています。動物はtを通して麻酔ままです彼はセッションをNMES。 </li><li> NMESプロトコルを開始する前に、動物は完全に麻酔であることを確認するためにつま先のピンチを実行します。 </li><li>動物は、定期的に麻酔薬が十分に確保するために、刺激に対する応答を確認する必要があります。必要に応じて麻酔を調整する必要があります。刺激された足、呼吸の深さの変化、粘膜の色以外の運動はすべての麻酔深度を監視するために定期的に評価されるべきである。 </li><li>横臥の動物を配置します。 </li><li>手順の実行中に角膜の乾燥を防ぐために、目に点眼潤滑剤を適用します。 </li><li>扱われるように後肢領域を剃ると、アルコールで拭いてください。 </li><li>水で洗い流した後、3％の漂白剤で電極を拭いてください。 </li><li>電極が適用されるサイト上にゲルを実施する層を適用します。電極と皮膚の間の電流の流れを確保するためにNMESプロトコルを通じて、必要に応じて適用します。 </li><li>熱ランプOrの循環水の毛布は、通常のコア体の範囲を維持するために使用されるべきである。 </li><li> 注：すべての手順を見直し、承認されたピッツバーグ大学の動物実験及び利用委員会と保証PHSとAAALAC intに行われてきた。認定プログラムと施設。 </li></ul> 3。刺激<ul><li>電極配置： <ul><li>前脛骨筋と長指伸筋を含む前部コンパートメントの筋肉の刺激は、直接総腓骨神経の遠位枝オフになっている動物の深腓骨神経、上の表面電極を配置し、前方にちょうど位置しています腓骨頭。 </li><li>刺激が完全な足関節背屈と桁の完全な拡張子を引き出した際に前部コンパートメントの筋肉を刺激するために、電極の配置が確認されています。一方、桁の内線番号がない場合の背屈は、唯一の脛骨アンティことを示唆しているrior筋肉が刺激されています。このようなターゲットを絞った収縮反応は、研究デザインに応じて、望ましいかもしれません。 </li><li>初期〜0.5秒の間に発生した自由な移動、同心円状の位相：筋収縮は、刺激の2つのフェーズに分かれています。この最初のフェーズでは、足は最大背屈と桁の内線番号に安静時の位置から移動します。刺激の第2フェーズでは、エンドレンジ背屈と桁の内線番号での持続的な等尺性収縮である。 </li></ul></li><li>刺激パラメータ： <ul><li>このNMESモデル（表を参照）、従来のNMESの2チャンネルを提供しています300 PV EMPI複合機エレクトロデバイスを利用しています。このモデルの目的のために、1チャンネルのみが使用されます。 </li><li>使用されるパラメータは対称波形、150μsのパルス幅と50Hzの周波数が含まれています。刺激時間は0.5秒のランプアップおよびランプダウン0.5秒で、5秒に設定されています。これは筋肉がより徐々にaccliできるようになります刺激メイト。現在のプロトコルでは、収縮の間のオフ時間は10秒に設定されていましたが、これは望ましい効果に応じて調整することができます。オフタイムの減少、筋肉の疲労のより迅速な開始になります。これらの刺激のパラメータは、重要な骨格筋の損傷1、15、16を誘導することなく、神経筋電気刺激を用いた筋力を強化するために設計された臨床プロトコルに基づいていた。 </li><li>マウスは、セット間の5分間の休憩で、10の収縮の二組を完了します。 </li><li>大人の動物については、NMESの強度は、通常、9ミリアンペアで開始されます。我々の経験から、これは刺激の直後に顕著な歩行障害を誘発しない最大の出発強度におおよそのものです。その後のNMESセッションでは、強度が1ミリアンペアで動物は20個のフルdorsiflexionsを完了することができるたびに増加します。 </li></ul></li><li>刺激プロトコルとRECOの完了後非常に麻酔から、動物は一般的に通常の歩行と姿勢を示しています。足取りはNMESプログラムの期間中、障害がなく維持する必要があります。 </li></ul> 4。代表的な結果野生型（B6/10）、B6.SCIDおよびMDX / SCIDマウス：この資料に記載されているNMESプロトコルを含むいくつかのマウス系統で実装されています。 MDX / SCID古い3から5ヶ月で4週間（20セッション）上で実行NMESの代表的な結果が表示されます。 動物は人道的に麻酔下ながら頸椎脱臼により安楽死させた。前脛骨筋は、2 - メチルブタン液体窒素で事前に冷却し、-80℃で保存で収穫し、直ちに凍結させたシリアルクロスセクション（10μm）を取得し、スライド上にマウントされた。統計分析は、標準的な統計ソフトウェアパッケージ（SPSS、v19.0ソフトウェア）を用いて行った。最初に、レーベンのテストはそこでWAかどうかを評価するために使用されたの分散の平等。独立したサンプルのt検定は、その後NMESとコントロール群間の差を調べるために行われた。 ヘマトキシリン​​およびエオシン（H＆E）汚れはNMESプロトコルがジストロフィー筋で増加した傷害につながるかどうかを調べるために行われた。つのセクションが選択され、写真は光学顕微鏡（ニコンエクリプスE800、ニコン、日本）を用いて得られた。再生指数の有意な増加が（一元的に核線維の数はありませんでした開発した画像解析ソフトウェア、イメージJ. - 繊維や中心部の核​​を有する繊維の数の合計数は、手動で国立衛生研究所（NIH）を用いてカウントした繊維/総数）NMESに提出された動物では、などのコントロール（P = 0.802に比べて、 図1）。これは、NMESのアプリケーションがジストロフィーの動物で観察された変性·再生のカスケードを増加させないことを示唆しているため、そうではありません増加した筋肉の損傷を誘発することができます。 CD31のための免疫蛍光染色は、筋肉の血管に4週間NMESプロトコルの効果を調べるために行われた。簡単に言えば、筋肉のセクションは4％ホルマリンで固定し、5％ウマ血清（HS）を使用してブロックした。セクションは、ラット抗マウス一次抗体（5％HSで1:300希釈）と共にインキュベートし、555標識ヤギ抗ラット二次抗体（5％HSで1:300希釈）で処理した。 CD31陽性細胞の合計数を定量化するために、一つのセクションを選択し、蛍光顕微鏡（ニコンエクリプスE800、日本）を使用して撮影しました。毛細血管の合計数が手動で北Eclipseのソフトウェア（Empixイメージング社）を用いて計数した。 NMESプロトコルとして骨格筋の血管新生を促進し説明したことを示す、コントロール（図2のP &lt;0.01）に比べNMESに提出された動物のCD31陽性細胞数の有意な増加がありました。 <stroNG&gt; 現場収縮試験で以下の四週間NMESプロトコルが完了した後、前方のコンパートメントの筋肉の収縮試験は 、in situ試験装置（モデル809B、オーロラ科学社、カナダ）、刺激（モデル701C、オーロラ科学社で使用して行った。 、カナダ）、力変換器（オーロラ科学社、カナダ）。簡単に言うと、麻酔動物の腓骨神経は膝の外側の小さな切開口から単離した。マウスは、プラットフォーム上で仰臥位に置かれた、テストされている足底板上に配置されました。テストに使用される後肢を膝や足に布テープで安定化させた。筋肉が皮膚の下に挿入されたフック電極を用いて刺激した。筋強直性収縮は、4週間のNMESプロトコルは筋力の改善を誘導するかどうかを調べるために350ミリ秒のために150Hzの周波数でテストされています。結果はぬれた筋肉の重量に正規化した。 tetan約30％の増加があった記述されているプロトコルを示唆しているコントロール（P = 0.005）（ 図3）に比べNMESに提出された動物のICの収縮は、MDX / SCID動物の骨格筋の強さを向上させます。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/3914/3914fig1.jpg" /> NMESの4週間後）に未処理の対照、B）： 図ジストロフィーの1ヘマトキシリン＆エオジン骨格筋染色（MDX）/免疫不全マウス（4-5ヶ月）（10×倍率）。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/3914/3914fig2.jpg" /> 図2ジストロフィーの骨格筋（MDX）/免疫不全マウス（4-5ヶ月）（20倍の倍率）A）未処理のコントロールの骨格筋血管のマーカーとして、CD31免疫蛍光（赤）、B）の4週間後NMES。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/3914/3914fig3.jpg" /> 図3収縮試験4週間NMESで処理した対照と動物の前部コンパートメントの筋肉。カタログ掲載=ミリニュートンメートル。 <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3914/3914fig3large.jpg">拡大図を表示するには、ここをクリックしてください</a> 。

<ol>
	<li>Snyder-Mackler, L., Delitto, A., Bailey, S. L., Stralka, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strength+of+the+quadriceps+femoris+muscle+and+functional+recovery+after+reconstruction+of+the+anterior+cruciate+ligament.+A+prospective,+randomized+clinical+trial+of+electrical+stimulation.">Strength of the quadriceps femoris muscle and functional recovery after reconstruction of the anterior cruciate ligament. A prospective, randomized clinical trial of electrical stimulation.</a> Journal of Bone &#38; Joint Surgery - American. 77, 1166-1173 (1995).</li><li>Gibson, J. N., Smith, K., Rennie, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prevention+of+disuse+muscle+atrophy+by+means+of+electrical+stimulation:+maintenance+of+protein+synthesis.">Prevention of disuse muscle atrophy by means of electrical stimulation: maintenance of protein synthesis.</a> Lancet. 2, 767-770 (1988).</li><li>Malatesta, D., Cattaneo, F., Dugnani, S., Maffiuletti, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+electromyostimulation+training+and+volleyball+practice+on+jumping+ability.">Effects of electromyostimulation training and volleyball practice on jumping ability.</a> Journal of Strength &#38; Conditioning Research. 17, 573-579 (2003).</li><li>Maffiuletti, N. 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Sports Exerc. 27, 1671-1676 (1995).</li><li>Gondin, J., Guette, M., Ballay, Y., Martin, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electromyostimulation+training+effects+on+neural+drive+and+muscle+architecture.">Electromyostimulation training effects on neural drive and muscle architecture.</a> Med. Sci. Sports Exerc. 37, 1291-1299 (2005).</li><li>Mathieu-Costello, O., Agey, P. J., Wu, L., Hang, J., Adair, T. 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V., McCaig, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+stimulation+directly+induces+pre-angiogenic+responses+in+vascular+endothelial+cells+by+signaling+through+VEGF+receptors.">Electrical stimulation directly induces pre-angiogenic responses in vascular endothelial cells by signaling through VEGF receptors.</a> Journal of Cell Science. 117, 397-405 (2004).</li><li>Nagasaka, M., Kohzuki, M., Fujii, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+low-voltage+electrical+stimulation+on+angiogenic+growth+factors+in+ischaemic+rat+skeletal+muscle.">Effect of low-voltage electrical stimulation on angiogenic growth factors in ischaemic rat skeletal muscle.</a> Clinical &#38; Experimental Pharmacology &#38; Physiology. 33, 623-627 (2006).</li><li>Brutsaert, T. D., Gavin, T. P., Fu, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regional+differences+in+expression+of+VEGF+mRNA+in+rat+gastrocnemius+following+1+hr+exercise+or+electrical+stimulation.">Regional differences in expression of VEGF mRNA in rat gastrocnemius following 1 hr exercise or electrical stimulation.</a> BMC Physiology. 2, 8 (2002).</li><li>Putman, C. T., Dusterhoft, S., Pette, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+in+satellite+cell+content+and+myosin+isoforms+in+low-frequency-stimulated+fast+muscle+of+hypothyroid+rat.">Changes in satellite cell content and myosin isoforms in low-frequency-stimulated fast muscle of hypothyroid rat.</a> Journal of Applied Physiology. 86, 40-51 (1999).</li><li>Monaghan, B., Caulfield, B., O'Mathuna, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+neuromuscular+electrical+stimulation+for+quadriceps+strengthening+pre+and+post+total+knee+replacement.">Surface neuromuscular electrical stimulation for quadriceps strengthening pre and post total knee replacement.</a> Cochrane Database Syst. Rev. CD007177, (2010).</li><li>Jubeau, M., Gondin, J., Martin, A., Sartorio, A., Maffiuletti, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Random+motor+unit+activation+by+electrostimulation.">Random motor unit activation by electrostimulation.</a> Int. J. Sports Med. 28, 901-904 (2007).</li><li>Piva, S. R., Goodnite, E. A., Azuma, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuromuscular+electrical+stimulation+and+volitional+exercise+for+individuals+with+rheumatoid+arthritis:+a+multiple-patient+case+report.">Neuromuscular electrical stimulation and volitional exercise for individuals with rheumatoid arthritis: a multiple-patient case report.</a> Physical Therapy. 87, 1064-1077 (2007).</li><li>Delitto, A., Rose, S. J., McKowen, J. M., Lehman, R. C., Thomas, J. A., Shively, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+stimulation+versus+voluntary+exercise+in+strengthening+thigh+musculature+after+anterior+cruciate+ligament+surgery.[erratum+appears+in+Phys+Ther+1988+Jul;68(7):1145].">Electrical stimulation versus voluntary exercise in strengthening thigh musculature after anterior cruciate ligament surgery.[erratum appears in Phys Ther 1988 Jul;68(7):1145].</a> Physical Therapy. 68, 660-663 (1988).</li></ol>

我々は、開示することは何もありません。

これらの結果は、NMESの我々の開発したモデルマウスは、骨格筋の血管新生（ 図2）高強度化（ 図3）を促進するが、骨格筋の損傷（ 図1）を誘発しないことを示唆している。 それはここで説明する刺激パラメータが前方コンパートメントの筋肉に過負荷を筋肉を誘導するように設計されていることに留意すべきである。臨床シナリオのケースがそうであるように、電極の配置は、NMESに筋肉の応答は繊維の種類組成に応じて、異なるかもしれませんが、他の筋群を刺激するように調整することができる。 NMES期間、治療セッションの合計数、および繰り返しの合計数は、デザインを学びに応じて変更されることがあります。 任意のプロトコルと同様に、このメソッドは、留意すべき制限があります。本研究では、刺激は深腓骨神経を介して行われた。しかし、クリニックでは、刺激Isは一般的にモータユニットで投与する。動物モデルでは、神経の刺激は、完全な筋収縮を誘発するために、低い強度を必要とするであろう。提示されたモデルのもう一つの制限は、私たちは動物が麻酔をかけていることを与えられたNMESの適用中に快適さのレベルに関する情報を入手することができないということです。したがって、臨床の人口に匹敵する強度の忍容性を評価するのは困難です。しかし、我々の組織の結果は説明したように、筋肉の損傷を誘発しない、私たちのNMESモデルを示唆している。 一般診療所で実装された様式を模倣する動物モデルの開発は、治療介入の細胞および分子応答の理解の向上を可能にする有用な研究ツールを提供してくれる。さらに、このようなモデルは、既存のリハビリプロトコルを改良し、新たな適応症を開発するために、両方の前臨床試験を実施するために有用である。

<table border="1"><tbody><tr><td> 試薬の名前 </td><td> 会社 </td><td> カタログ番号 </td></tr><tr><td>二股はんだ端子付きベクトルワイヤラップポスト</td><td>ニューアーク</td><td> T68 </td></tr><tr><td>ベクトル回路基板</td><td>ニューアーク</td><td> 3662から2 </td></tr><tr><td>ポモナのパッチコード</td><td>ニューアーク</td><td> P-36から0 </td></tr><tr><td> 5分エポキシ</td><td> VOベイカー（株） </td><td> 4001 </td></tr><tr><td>スペクトル360の電極ジェル</td><td>ミリケン医療</td><td> MR41217 </td></tr><tr><td>ポータブル神経筋刺激装置</td><td> EMPI </td><td> 300pv </td></tr></tbody></table>

a murine model of muscle training by neuromuscular electrical stimulation

神経筋電気刺激（NMES）が広く2を維持したり、3月5日筋肉機能的能力を向上させ、1を復元するために使用される一般的な臨床検査法の一つである。骨格筋の皮の表面の刺激、それによってモータユニットとその周辺の筋線維の興奮を誘発し、カソードとアノード間の電流の流れが含まれます。 NMESは、いくつかの理由により骨格筋の適応応答を評価するための魅力的なモダリティである。最初に、そのような筋線維hypertophyや筋肉の強化6、血管新生7-9、成長因子の分泌9-11、および筋前駆細胞の活性化12のような生理的な適応は、十分に文書化された再現可能な実験モデルを提供しています。このような生理的反応は、慎重に刺激の異なるパラメータを（コクラン·レビューのために、13を参照） を使用して滴定することができます。さらに、新兵をNMES運動単位の非選択的及び空間的に固定されており、時間的に同期的に14で、すべての繊維上の治療効果を発揮するという利点を提供し、関係なく、繊維の種類。末梢静脈疾患や悪性腫瘍などの臨床集団におけるNMESに指定された禁忌がありますが、例えば、NMESは病気、そして/または、寝たきりの人のために、厳密な運動が挑戦されるかもしれない集団に対しても、安全で実現可能である。 ここでは、市販の電極を適応させるとマウスモデルを使用してNMESプロトコルを実行するためのプロトコルを示しています。この動物モデルは、臨床的に使用可能なデバイスを利用し、必要な筋肉の収縮効果を引き出すための電極の位置については即​​座にフィードバックを提供するという利点があります。本稿の目的のために、我々はマウスの後肢の前方コンパートメントの筋肉の筋肉を刺激するためのプロトコルについて説明します。

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A Murine Model of Muscle Training by Neuromuscular Electrical Stimulation

前部コンパートメントの筋肉への神経筋電気刺激（NMES）、安全かつ安価な治療モダリティのマウスモデルは、記載されています。このモデルは、マウスでターゲットを絞った特定の筋肉の収縮を誘発する目的のために容易に利用可能な臨床デバイスを変更できるという利点があります。

神経筋電気刺激による筋力トレーニングのマウスモデル

Neuromuscular electrical stimulation (NMES) is a common clinical modality that is widely used to restore1, maintain2 or enhance3-5 muscle functional ...

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Research

JoVE Journal

Medicine

20.9K ビュー.  University of Pittsburgh. 前部コンパートメントの筋肉への神経筋電気刺激（NMES）、安全かつ安価な治療モダリティのマウスモデルは、記載されています。このモデルは、マウスでターゲットを絞った特定の筋肉の収縮を誘発する目的のために容易に利用可能な臨床デバイスを変更できるという利点があります。

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Programmed Electrical Stimulation in Mice

Genetically-modified mice have emerged as a preferable animal model to study the molecular mechanisms underlying conduction abnormalities, atrial and ventricular arrhythmias, and sudden cardiac death.1 Intracardiac pacing studies can be performed in mice using a 1.1F octapolar catheter inserted into the jugular vein, and advanced into the right atrium and ventricle. Here, we illustrate the steps involved in performing programmed electrical stimulation in mice. Surface ECG and intracardiac electrograms are recorded simultaneously in the atria, atrioventricular junction, and ventricular myocardium, whereas intracardiac pacing of the atrium is performed using an external stimulator. Thus, programmed electrical stimulation in mice provides unique opportunities to explore molecular mechanisms underlying conduction defects and cardiac arrhythmias.

Programmed electrical stimulation provides the ability to determine conduction properties of the heart, and the possibility to induce and terminate cardiac arrhythmias using various pacing protocols. Using a transvenous catheter, intracardiac electrogram recordings can be obtained in mice following programmed electrical stimulation protocols to identify arrhythmogenic substrates.

マウスにおけるプログラム電気刺激

Genetically-modified mice have emerged as a preferable animal model to study the molecular mechanisms underlying conduction abnormalities, atrial and ...

医学

Utilizing Transcranial Magnetic Stimulation to Study the Human Neuromuscular System

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has been in use for more than 20 years 1, and has grown exponentially in popularity over the past decade. While the use of TMS has expanded to the study of many systems and processes during this time, the original application and perhaps one of the most common uses of TMS involves studying the physiology, plasticity and function of the human neuromuscular system. Single pulse TMS applied to the motor cortex excites pyramidal neurons transsynaptically 2 (Figure 1) and results in a measurable electromyographic response that can be used to study and evaluate the integrity and excitability of the corticospinal tract in humans 3. Additionally, recent advances in magnetic stimulation now allows for partitioning of cortical versus spinal excitability 4,5. For example, paired-pulse TMS can be used to assess intracortical facilitatory and inhibitory properties by combining a conditioning stimulus and a test stimulus at different interstimulus intervals 3,4,6-8. In this video article we will demonstrate the methodological and technical aspects of these techniques. Specifically, we will demonstrate single-pulse and paired-pulse TMS techniques as applied to the flexor carpi radialis (FCR) muscle as well as the erector spinae (ES) musculature. Our laboratory studies the FCR muscle as it is of interest to our research on the effects of wrist-hand cast immobilization on reduced muscle performance6,9, and we study the ES muscles due to these muscles clinical relevance as it relates to low back pain8. With this stated, we should note that TMS has been used to study many muscles of the hand, arm and legs, and should iterate that our demonstrations in the FCR and ES muscle groups are only selected examples of TMS being used to study the human neuromuscular system.

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive tool to gain insight on the physiology and function of the human nervous system. Here, we present our TMS techniques to study cortical excitability of the upper limb and lumbar musculature.

人間の神経筋システムを研究するために経頭蓋磁気刺激の活用

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has been in use for more than 20 years 1, and has grown exponentially in popularity over the past decade.  While ...

Breathing-controlled Electrical Stimulation (BreEStim) for Management of Neuropathic Pain and Spasticity

Electrical stimulation (EStim) refers to the application of electrical current to muscles or nerves in order to achieve functional and therapeutic goals. It has been extensively used in various clinical settings. Based upon recent discoveries related to the systemic effects of voluntary breathing and intrinsic physiological interactions among systems during voluntary breathing, a new EStim protocol, Breathing-controlled Electrical Stimulation (BreEStim), has been developed to augment the effects of electrical stimulation. In BreEStim, a single-pulse electrical stimulus is triggered and delivered to the target area when the airflow rate of an isolated voluntary inspiration reaches the threshold. BreEStim integrates intrinsic physiological interactions that are activated during voluntary breathing and has demonstrated excellent clinical efficacy. Two representative applications of BreEStim are reported with detailed protocols: management of post-stroke finger flexor spasticity and neuropathic pain in spinal cord injury.

Breathing-controlled Electrical Stimulation BreEStim for Management of Neuropathic Pain and Spasticity

The purpose is to present a new method, breathing-control electrical stimulation (BreEStim) for management of neuropathic pain and spasticity.

神経因性疼痛、痙縮の管理のための呼吸制御型電気刺激（BreEStim）

Electrical stimulation (EStim) refers to the application of electrical current to muscles or nerves in order to achieve functional and therapeutic goals. ...

Murine Model of Wound Healing

Wound healing and repair are the most complex biological processes that occur in human life. After injury, multiple biological pathways become activated. Impaired wound healing, which occurs in diabetic patients for example, can lead to severe unfavorable outcomes such as amputation. There is, therefore, an increasing impetus to develop novel agents that promote wound repair. The testing of these has been limited to large animal models such as swine, which are often impractical. Mice represent the ideal preclinical model, as they are economical and amenable to genetic manipulation, which allows for mechanistic investigation. However, wound healing in a mouse is fundamentally different to that of humans as it primarily occurs via contraction. Our murine model overcomes this by incorporating a splint around the wound. By splinting the wound, the repair process is then dependent on epithelialization, cellular proliferation and angiogenesis, which closely mirror the biological processes of human wound healing. Whilst requiring consistency and care, this murine model does not involve complicated surgical techniques and allows for the robust testing of promising agents that may, for example, promote angiogenesis or inhibit inflammation. Furthermore, each mouse acts as its own control as two wounds are prepared, enabling the application of both the test compound and the vehicle control on the same animal. In conclusion, we demonstrate a practical, easy-to-learn, and robust model of wound healing, which is comparable to that of humans.

A murine model of cutaneous wound healing that can be used to assess therapeutic compounds in physiological and pathophysiological settings.

創傷治癒のマウスモデル

Wound healing and repair are the most complex biological processes that occur in human life. After injury, multiple biological pathways become activated. ...

A Murine Model of Subarachnoid Hemorrhage

In this video publication a standardized mouse model of subarachnoid hemorrhage (SAH) is presented. Bleeding is induced by endovascular Circle of Willis perforation (CWp) and proven by intracranial pressure (ICP) monitoring. Thereby a homogenous blood distribution in subarachnoid spaces surrounding the arterial circulation and cerebellar fissures is achieved. Animal physiology is maintained by intubation, mechanical ventilation, and continuous on-line monitoring of various physiological and cardiovascular parameters: body temperature, systemic blood pressure, heart rate, and hemoglobin saturation. Thereby the cerebral perfusion pressure can be tightly monitored resulting in a less variable volume of extravasated blood. This allows a better standardization of endovascular filament perforation in mice and makes the whole model highly reproducible. Thus it is readily available for pharmacological and pathophysiological studies in wild type and genetically altered mice.

A standardized mouse model of subarachnoid hemorrhage by intraluminal Circle of Willis perforation is described. Vessel perforation and subarachnoid bleeding are monitored by intracranial pressure monitoring. In addition various vital parameters are recorded and controlled to maintain physiologic conditions.

くも膜下出血のマウスモデル

In this video publication a standardized mouse model of subarachnoid  hemorrhage (SAH) is presented. Bleeding is induced by endovascular Circle of  Willis ...

Reproducable Paraplegia by Thoracic Aortic Occlusion in a Murine Model of Spinal Cord Ischemia-reperfusion

Background 
Lower extremity paralysis continues to complicate aortic interventions. The lack of understanding of the underlying pathology has hindered advancements to decrease the occurrence this injury.&#160;The current model demonstrates reproducible lower&#160;extremity paralysis following thoracic aortic occlusion.
Methods 
Adult male C57BL6 mice were anesthetized with isoflurane. Through a cervicosternal incision the aorta was exposed. The descending thoracic aorta and left subclavian arteries were identified without entrance into pleural space. Skeletonization of these arteries was followed by immediate closure (Sham) or occlusion for 4 min (moderate ischemia) or 8 min (prolonged ischemia). The sternotomy and skin were closed and the mouse was transferred to warming bed for recovery.&#160; Following recovery, functional analysis was obtained at 12 hr intervals until 48 hr.
Results 
Mice that underwent sham surgery showed no observable hind&#160;limb deficit. Mice subjected to moderate ischemia for 4 min had minimal functional deficit at 12 hr followed by progression to complete paralysis at 48 hr. Mice subjected to prolonged ischemia had an immediate paralysis with no observable hind-limb movement at any point in the postoperative period. There was no observed intraoperative or post&#160;operative mortality.
Conclusion 
Reproducible lower extremity paralysis whether immediate or delayed can be achieved in a murine model. Additionally, by using a median sternotomy and careful dissection, high survival rates, and reproducibility can be achieved.

The lack of mechanistic understanding of spinal cord ischemia-reperfusion injury has hindered further adjuncts to prevent paraplegia following high risk aortic operations. Thus, the development of animal models is imperative. This manuscript demonstrates reproducible lower extremity paralysis following thoracic aortic occlusion in a murine model.

脊髄虚血再灌流のマウスモデルにおいて胸部大動脈閉塞によって再現可能対麻痺

Background
Lower extremity paralysis continues to complicate aortic interventions. The lack of understanding of the underlying pathology has hindered ...

Assessment of Right Ventricular Structure and Function in Mouse Model of Pulmonary Artery Constriction by Transthoracic Echocardiography

Emerging clinical data support the notion that RV dysfunction is critical to the pathogenesis of cardiovascular disease and heart failure1-3. Moreover, the RV is significantly affected in pulmonary diseases such as pulmonary artery hypertension (PAH). In addition, the RV is remarkably sensitive to cardiac pathologies, including left ventricular (LV) dysfunction, valvular disease or RV infarction4. To understand the role of RV in the pathogenesis of cardiac diseases, a reliable and noninvasive method to access the RV structurally and functionally is essential.
A noninvasive trans-thoracic echocardiography (TTE) based methodology was established and validated for monitoring dynamic changes in RV structure and function in adult mice. To impose RV stress, we employed a surgical model of pulmonary artery constriction (PAC) and measured the RV response over a 7-day period using a high-frequency ultrasound microimaging system. Sham operated mice were used as controls. Images were acquired in lightly anesthetized mice at baseline (before surgery), day 0 (immediately post-surgery), day 3, and day 7 (post-surgery). Data was analyzed offline using software.
Several acoustic windows (B, M, and Color Doppler modes), which can be consistently obtained in mice, allowed for reliable and reproducible measurement of RV structure (including RV wall thickness, end-diastolic&#160;and end-systolic dimensions), and function (fractional area change, fractional shortening, PA peak velocity, and peak pressure gradient) in normal mice and following PAC.
Using this method, the pressure-gradient resulting from PAC was accurately measured in real-time using Color Doppler mode and was comparable to direct pressure measurements performed with a Millar high-fidelity microtip catheter. Taken together, these data demonstrate that RV measurements obtained from various complimentary views using echocardiography are reliable, reproducible and can provide insights regarding RV structure and function. This method will enable a better understanding of the role of RV cardiac dysfunction.

Right ventricle (RV) dysfunction is critical to the pathogenesis of cardiovascular disease, yet limited methodologies are available for its evaluation. Recent advances in ultrasound imaging provide a noninvasive and accurate option for longitudinal RV study. Herein, we detail a step-by-step echocardiographic method using a murine model of RV pressure overload.

経胸壁心エコー検査による肺動脈狭窄のマウスモデルにおける右室の構造と機能の評価

Emerging clinical data support the notion that RV dysfunction is critical to the pathogenesis of cardiovascular disease and heart failure1-3. Moreover, ...

Excitotoxic Stimulation of Brain Microslices as an In vitro Model of Stroke

Examining molecular mechanisms involved in neuropathological conditions, such as ischemic stroke, can be difficult when using whole animal systems. As such, primary or &#39;neuronal-like&#39; cell culture systems are commonly utilized. While&#160;these systems are relatively easy to work with, and are useful model systems in which various functional outcomes (such as cell death) can be readily quantified, the examined outcomes and pathways in cultured immature neurons (such as excitotoxicity-mediated cell death pathways) are not necessarily the same as those observed in mature brain, or in intact tissue. Therefore, there is the need to develop models in which cellular mechanisms in mature neural tissue can be examined. We have developed an in vitro technique that can be used to investigate a variety of molecular pathways in intact nervous tissue. The technique described herein utilizes rat cortical tissue, but this technique can be adapted to use tissue from a variety of species (such as mouse, rabbit, guinea pig, and chicken) or brain regions (for example, hippocampus, striatum, etc.). Additionally, a variety of stimulations/treatments can be used (for example, excitotoxic, administration of inhibitors, etc.). In conclusion, the brain slice model described herein can be used to examine a variety of molecular mechanisms involved in excitotoxicity-mediated brain injury.

Excitotoxic Stimulation of Brain Microslices as an In vitro Model of Stroke

We have developed a brain slice model which can be used to examine molecular mechanisms involved in excitotoxicity-mediated brain injury.&#160;This technique generates viable mature brain tissue and reduces animal numbers required for experimentation, whilst keeping the neuronal circuitry, cellular interactions, and postsynaptic compartments partly intact.

脳Microslicesの興奮毒性刺激<em&gt;インビトロ</em&gt;脳卒中のモデル

Examining molecular mechanisms involved in neuropathological conditions, such as ischemic stroke, can be difficult when using whole animal systems. As ...

Clinical Assessment of Spatiotemporal Gait Parameters in Patients and Older Adults

Spatial and temporal characteristics of human walking are frequently evaluated to identify possible gait impairments, mainly in orthopedic and neurological patients1-4, but also in healthy older adults5,6. The quantitative gait analysis described in this protocol is performed with a recently-introduced photoelectric system (see&#160;Materials table) which has the potential to be used in the clinic because it is portable, easy to set up (no subject preparation is required before a test), and does not require maintenance and sensor calibration. The photoelectric system consists of series of high-density floor-based photoelectric cells with light-emitting and light-receiving diodes that are placed parallel to each other to create a corridor, and are oriented perpendicular to the line of progression7. The system simply detects interruptions in light signal, for instance due to the presence of feet within the recording area. Temporal gait parameters and 1D spatial coordinates of consecutive steps are subsequently calculated to provide common gait parameters such as step length, single limb support and walking velocity8, whose validity against a criterion instrument has recently been demonstrated7,9. The measurement procedures are very straightforward; a single patient can be tested in less than 5 min&#160;and a comprehensive report can be generated in less than 1&#160;min.

This protocol is used to evaluate spatial and temporal gait variables of neurological/orthopedic patients and older persons by means of a recently-introduced floor-based photocell system.

患者と高齢者における時空間歩行パラメータの臨床的評価

Spatial and temporal characteristics of human walking are frequently evaluated to identify possible gait impairments, mainly in orthopedic and ...

Repeated Measurement of Respiratory Muscle Activity and Ventilation in Mouse Models of Neuromuscular Disease

Accessory respiratory muscles help to maintain ventilation when diaphragm function is impaired. The following protocol describes a method for repeated measurements over weeks or months of accessory respiratory muscle activity while simultaneously measuring ventilation in a non-anesthetized, freely behaving mouse. The technique includes the surgical implantation of a radio transmitter and the insertion of electrode leads into the scalene and trapezius muscles to measure the electromyogram activity of these inspiratory muscles. Ventilation is measured by whole-body plethysmography, and animal movement is assessed by video and is synchronized with electromyogram activity. Measurements of muscle activity and ventilation in a mouse model of amyotrophic lateral sclerosis are presented to show how this tool can be used to investigate how respiratory muscle activity changes over time and to assess the impact of muscle activity on ventilation. The described methods can easily be adapted to measure the activity of other muscles or to assess accessory respiratory muscle activity in additional mouse models of disease or injury.

This paper introduces a method for repeated measurements of ventilation and respiratory muscle activity in a freely behaving amyotrophic lateral sclerosis (ALS) mouse model throughout disease progression with whole-body plethysmography and electromyography via an implanted telemetry device.

神経筋疾患のマウスモデルにおいて呼吸筋活動および換気の繰り返し測定

Accessory respiratory muscles help to maintain ventilation when diaphragm function is impaired. The following protocol describes a method for repeated ...