Name: terminal h-reflex measurements in mice
Uploaded: 2022-06-16T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Terminal H-reflex Measurements in Mice at JoVE.com

Авторы выражают благодарность Т. Акаю из Университета Далхаузи во время визита М.Г. в его лабораторию. Эта работа была поддержана финансированием Фонда Фрибе (T0498/28960/16) и Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Немецкое научно-исследовательское общество) - Project-ID 431549029 - SFB 1451.

Все эксперименты проводились в соответствии с европейскими и национальными законами об уходе за животными и институциональными рекомендациями и были одобрены Landesamt für Natur-, Umwelt-, und Verbraucherschutz Северный Рейн-Вестфалия (Az: 81-02.04.2019.A309). Протокол оптимизирован для взрослых мышей (примерно 8-16-н?...

<ol>
	<li>Palmieri, R. M., Ingersoll, C. D., Hoffman, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Hoffmann+reflex:+methodologic+considerations+and+applications+for+use+in+sports+medicine+and+athletic+training+research.">The Hoffmann reflex: methodologic considerations and applications for use in sports medicine and athletic training research.</a> Journal of Athletic Training. 39 (3), 268-277 (2004).</li><li>Henneman, E., Somjen, G., Carpenter, D. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Excitability+and+inhibitibility+of+motoneurons+of+different+sizes.">Excitability and inhibitibility of motoneurons of different sizes.</a> Journal of Neurophysiology. 28 (3), 599-620 (1965).</li><li>Toda, T., Ishida, K., Kiyama, H., Yamashita, T., Lee, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Down-regulation+of+KCC2+expression+and+phosphorylation+in+motoneurons,+and+increases+the+number+of+in+primary+afferent+projections+to+motoneurons+in+mice+with+post-stroke+spasticity.">Down-regulation of KCC2 expression and phosphorylation in motoneurons, and increases the number of in primary afferent projections to motoneurons in mice with post-stroke spasticity.</a> PLoS ONE. 9 (12), 114328 (2014).</li><li>Lee, S., Toda, T., Kiyama, H., Yamashita, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Weakened+rate-dependent+depression+of+Hoffmann&#8217;s+reflex+and+increased+motoneuron+hyperactivity+after+motor+cortical+infarction+in+mice.">Weakened rate-dependent depression of Hoffmann&#8217;s reflex and increased motoneuron hyperactivity after motor cortical infarction in mice.</a> Cell Death &amp; Disease. 5 (1), 1007 (2014).</li><li>Knikou, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+H-reflex+as+a+probe:+Pathways+and+pitfalls.">The H-reflex as a probe: Pathways and pitfalls.</a> Journal of Neuroscience Methods. 171 (1), 1-12 (2008).</li><li>Wieters, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Introduction+to+spasticity+and+related+mouse+models.">Introduction to spasticity and related mouse models.</a> Experimental Neurology. 335, 113491 (2020).</li><li>Pearson, K. G., Acharya, H., Fouad, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+electrode+configuration+for+recording+electromyographic+activity+in+behaving+mice.">A new electrode configuration for recording electromyographic activity in behaving mice.</a> Journal of Neuroscience Methods. 148 (1), 36-42 (2005).</li><li>Akay, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+measurement+of+muscle+denervation+and+locomotor+behavior+in+individual+wild-type+and+ALS+model+mice.">Long-term measurement of muscle denervation and locomotor behavior in individual wild-type and ALS model mice.</a> Journal of Neurophysiology. 111 (3), 694-703 (2014).</li><li>Haghighi, S. S., Green, D. K., Oro, J. J., Drake, R. K., Kracke, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Depressive+effect+of+isoflurane+anesthesia+on+motor+evoked+potentials.">Depressive effect of isoflurane anesthesia on motor evoked potentials.</a> Neurosurgery. 26 (6), 993 (1990).</li><li>Chang, H. -. Y., Havton, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differential+effects+of+urethane+and+isoflurane+on+external+urethral+sphincter+electromyography+and+cystometry+in+rats.">Differential effects of urethane and isoflurane on external urethral sphincter electromyography and cystometry in rats.</a> American Journal of Physiology-Renal Physiology. 295 (4), 1248-1253 (2008).</li><li>Nolan, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Section+4:+Nervous+system+(Br.+J.+Pharmacol).">Section 4: Nervous system (Br. J. Pharmacol).</a> Clinical pharmacology. , 295-310 (2012).</li><li>Struck, M. B., Andrutis, K. A., Ramirez, H. E., Battles, A. H. <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+a+short-term+fast+on+ketamine-xylazine+anesthesia+in+rats.">Effect of a short-term fast on ketamine-xylazine anesthesia in rats.</a> Journal of the American Association for Laboratory Animal Science: JAALAS. 50 (3), 344-348 (2011).</li><li>Zandieh, S., Hopf, R., Redl, H., Schlag, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+ketamine/xylazine+anesthesia+on+sensory+and+motor+evoked+potentials+in+the+rat.">The effect of ketamine/xylazine anesthesia on sensory and motor evoked potentials in the rat.</a> Spinal Cord. 41 (1), 16-22 (2003).</li></ol>

В отличие от ранее описанных чрескожных измерений Н-рефлекса у мыши6, мы обеспечиваем более прямое и специфическое для нерва измерение. Этот новый подход может быть применен к нервам передних и задних конечностей (например, срединному, локтевому и лучевому нервам, большебе?...

Рефлекс Гофмана (H-рефлекс), названный в честь физиолога Пауля Гофмана, может быть вызван электрической стимуляцией периферических нервов, которые несут аксоны сенсорных и двигательных нейронов, возникающих из одних и тех же мышц и ведущих к ним. Он является электрически индуцированным аналогом моносинаптического рефлекса растяжения и имеет тот же путь1. В отличие от растяжения мышц, Н-рефлекс возникает в результате электрической стимуляции. Когда периферические нервы электрически стимулируются при низкой интенсивности тока, афферентные волокна Ia обычно сначала деполяризуются из-за их большого диаметрааксона 2. Их потенциалы действия возбуждают альфа-мотонейроны (αMN) в спинном мозге, которые, в свою очередь, вызывают потенциалы действия, которые перемещаются вниз по аксонам αMN к мышце (рис. 1). Этот каскад генерирует мышечную реакцию с небольшой амплитудой, отраженную в так называемой Н-волне. При постепенном увеличении интенсивности стимула амплитуда зубца Н увеличивается за счет привлечения дополнительных двигательных единиц. От определенной интенсивности стимула потенциалы действия в более тонких аксонах αMN вызываются напрямую, что регистрируется как М-волна. Эта М-волна появляется с меньшей задержкой, чем Н-волна (рис. 2). Если интенсивность стимуляции еще больше увеличивается, амплитуда М-волны становится больше из-за привлечения большего количества аксонов αMN, тогда как зубец Н постепенно уменьшается. Зубец Н может быть подавлен при высокой интенсивности стимула из-за антидромного обратного распространения потенциалов действия в аксонах αMN. Эти триггерные потенциалы действия сталкиваются с потенциалами стимуляции Ia и, таким образом, могут компенсировать друг друга. При супрамаксимальных интенсивностях стимула ортодромные (по направлению к мышцам) и антидромные (по отношению к спинному мозгу) потенциалы действия возникают во всех аксонах MN; первый приводит к максимальной амплитуде М-волны (Mmax), тогда как второй приводит к полной отмене Н-рефлекса3.
Для оценки постинсультной спастичности (PSS) или травмы спинного мозга (SCI) H-рефлекс использовался для оценки нейронной основы движения и спастичности у людей1. Улучшенная количественная оценка изменения Н-рефлекса между измерениями и между испытуемыми достигается за счет использования соотношения Н- и М-волны (отношение Н/М). В качестве альтернативы измеряется депрессия, зависящая от скорости (RDD), с использованием набора восходящих частот (например, 0,1, 0,5, 1,0, 2,0 и 5,0 Гц). RDD отражает целостность тормозных цепей, которые могут быть нарушены инсультом или ТСМ. Когда все нейронные цепи целы, происходит равномерное, частотно-независимое подавление Н-рефлекса. Однако, если в результате инсульта или ТСМ снижается нервное торможение, подавление Н-рефлекса уменьшается с увеличением частоты стимуляции4.
Правильная электрофизиологическая запись с использованием поверхностных электродов может быть сложной задачей и может зависеть от двигательных задач, тормозных механизмов и возбудимостиαMN 5. При чрескожной записи у грызунов стимулирующий электрод помещают рядом с большеберцовым нервом, а записывающий электрод помещают рядом с соответствующими мышцами передней лапы. Однако, согласно нашему опыту, правильное размещение чрескожных электродов (рис. 1А) у грызунов еще более сложное и изменчивое, чем размещение поверхностных электродов у людей. Это может привести к различиям в длине, частоте и интенсивности стимуляции, необходимых для возникновения Н-рефлекса. Эти методологические проблемы могут объяснить, почему существует лишь очень ограниченное число исследований измерения Н-рефлекса (например, в экспериментальных моделяхинсульта 3,4 и других моделях спастичности6). Точная (долгосрочная) стимуляция и регистрация Н-рефлекса на отдельных нервах в принципе может быть достигнута с помощью имплантируемых электродов, окружающих целевой нерв 7,8. Из-за сложной операции с потенциальными побочными эффектами для животного и потенциальной нестабильностью зонда этот подход не стал стандартом в полевых условиях. Метод, представленный здесь, также требует некоторого хирургического опыта. Тем не менее, он позволяет по-новому, точно стимулировать и регистрировать изолированные нервы in vivo с использованием низкой интенсивности стимуляции, что позволяет избежать одновременной стимуляции соседних нервов.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Absorbent underpad</td>
			<td>VWR</td>
			<td>115-0684</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AD converter</td>
			<td>Cambridge Electronic Design, UK</td>
			<td>CED 1401micro</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amplifier</td>
			<td>Workshop Zoological Institute, UoC</td>
			<td>-</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital stimulator</td>
			<td>Workshop Zoological Institute, UoC</td>
			<td>MS 501</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EMG electrodes</td>
			<td>Workshop Zoological Institute, UoC</td>
			<td></td>
			<td>Two twisted, insulated copper wires (50 &#181;m outer diameter) were soldered to a male plug and connected to a differential amplifier.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eye ointment</td>
			<td>Bayer</td>
			<td>Bepanthen</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass pipette</td>
			<td>Workshop Zoological Institute, UoC</td>
			<td>-</td>
			<td>Prepare a glass pipette bent into a simple glass hook in the flame of a Bunsen burner.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating box</td>
			<td>MediHeat</td>
			<td>MediHeat V1200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating pad</td>
			<td>WPI</td>
			<td>61840 Heating pad</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hook electrodes</td>
			<td>Workshop Zoological Institute, UoC</td>
			<td>-</td>
			<td>To produce the electrodes, bend stainless steel miniature pins into hooks at one end and insert into blunt cannulas to create direct mechanical contact. Solder the end of the cannula to copper wires (length approx. 50 cm), which are connected to either stimulation or recording device.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ketamine</td>
			<td>Pfizer</td>
			<td>Ketavet</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rectal probe</td>
			<td>WPI</td>
			<td>RET-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stimulator isolation unit</td>
			<td>Workshop Zoological Institute, UoC</td>
			<td>MI 401</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterilizer</td>
			<td>CellPoint Scientific</td>
			<td>Germinator 500</td>
			<td>Routine pre- and post-operative disinfection of the surgical equipment should be done by heat sterilization. Decontaminate instruments for 15 s in the heated glass bead bath (260&#176;C).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Temperature controller</td>
			<td>WPI</td>
			<td>ATC200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vaseline</td>
			<td>Bayer</td>
			<td>-</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylazine</td>
			<td>Bayer</td>
			<td>Rompun</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

terminal h-reflex measurements in mice

Рефлекс Гофмана (H-рефлекс), как электрический аналог рефлекса растяжения, позволяет проводить электрофизиологическую проверку целостности нейронных цепей после травм, таких как повреждение спинного мозга или инсульт. Увеличение Н-рефлекторной реакции вместе с такими симптомами, как непроизвольные мышечные сокращения, патологически усиленный рефлекс растяжения и гипертонус в соответствующей мышце, является показателем постинсультной спастичности (PSS).
В отличие от довольно нервно-неспецифических чрескожных измерений, здесь мы представляем протокол количественной оценки Н-рефлекса непосредственно на локтевом и срединном нервах передней лапы, который применим, с небольшими изменениями, к большеберцовому и седалищному нервам задней лапы. Основанный на прямой стимуляции и адаптации к различным нервам, метод представляет собой надежный и универсальный инструмент для проверки электрофизиологических изменений в моделях заболеваний, связанных со спастичностью.

Из n = 15 испытаний стимуляции по частоте стимуляции и лапе выберите не менее n = 10 успешных записей для анализа. Испытания с погрешностями измерений (например, отсутствующая М-волна) исключаются из анализа. Проанализируйте каждое испытание отдельно и сгенерируйте среднее значение для сра...

Watch this Scientific Journal Video about Terminal H-reflex Measurements in Mice at JoVE.com

Terminal H-reflex Measurements in Mice

Клиническая оценка спастичности на основе рефлекса Гофмана (Н-рефлекса) и с использованием электростимуляции периферических нервов является установленным методом. Здесь мы предлагаем протокол терминальной и прямой стимуляции нерва для количественной оценки H-рефлекса в передней лапе мыши.

Терминальные измерения H-рефлекса у мышей

The Hoffmann reflex (H-reflex), as an electrical analog to the stretch reflex, allows electrophysiological validation of the integrity of neural circuits ...

H-рефлекс позволяет проводить электрофизиологическую проверку целостности нейронных цепей. Мы представляем терминальный протокол для количественной оценки H-рефлекса непосредственно на нервах передней лапы у мышей. В отличие от обычных, довольно нервно-неспецифических чрескожных записей, результаты менее варьируются между мышами и днями измерения.Подобно записям Н-рефлекса у пациентов, точное количественное определение позволяет проводить электрофизиологические характеристики в моделях заболеваний, например, травмы спинного мозга и инсульта. Протокол требует солидных экспериментальных навыков работы с хирургическим оборудованием у мышей.Если вы не знаете, как отделить нервы от соединительной ткани и кровеносных сосудов, сначала потренируйтесь. Продемонстрирует процедуру Фредерик Витерс, аспирант из моей лаборатории. Для начала поместите взрослую мышь C57 black/6J в возрасте от 8 до 16 недель на закрытую грелку и подождите, пока мышь не успокоится, дыхание не станет стабильным, а рефлексы отсутствуют.Переверните мышь на спину. Затем зафиксируйте передние лапы скотчем. Расположите ленту так, чтобы измерительные электроды легко вставлялись в передние лапы.Для измерения температуры мышью вставьте ректальный зонд и зафиксируйте его скотчем. Нанесите глазную мазь, чтобы предотвратить высыхание глаз. Аккуратно удалите мех тонкими закругленными ножницами, приподнимая кожу пинцетом.Затем сделайте односантиметровый разрез на коже вдоль вентрозадней оси передней лапы парой тонких закругленных ножниц. Осторожно удалите соединительную ткань и обнажив нижнюю мышцу и нерв. Затем удалите обнаженную грудную мышцу с помощью щипцов для оценки срединного нерва.Удалите небольшое количество крови и тканевой жидкости с помощью мягкой папиросной бумаги. Далее аккуратно разрежьте грудь или подмышечную мышцу сверху вниз, чтобы обнажить нервный пучок. Освободите нервный пучок от соединительной и мышечной ткани длиной примерно 1,5 сантиметра.Аккуратно отделите локтевой и срединный нерв передней лапы с помощью изогнутой стеклянной пипетки. Верхний нерв - это локтевой нерв, а нижний - срединный нерв. Расположите электроды крючка стимулятора параллельно на расстоянии от 0,5 до одного миллиметра и с помощью микроманипулятора расположите двойной крючок близко к нерву.Используйте стеклянный крючок, чтобы поднять локтевой нерв на электроды крючка для стимуляции. Затем оттяните электрод с нервом и отделите его от других нервов. Разместите электроды вдоль длинной оси лапы, чтобы уменьшить перекрестные помехи между мышцами.Поверхностно высушите электродные крючки, прикрепленные к нерву, и нанесите вазелин с помощью шприца, чтобы обеспечить электрическую изоляцию от прилегающих тканей. Чтобы измерить Н-рефлекс, поместите электроды электромиографии внутримышечно в переднюю лапу. Затем поместите электрод сравнения подкожно в заднюю конечность, удерживаемый миниатюрным зажимом из кожи аллигатора.Когда стимулятор включен, наблюдайте за успешной стимуляцией в виде крошечных подергиваний передней лапы. Минимальный ток стимуляции для вызова М-волны и крошечных видимых подергиваний в передней лапе составляет от 10 до 50 микроампер. Выполните стимуляцию нерва 15 раз импульсами продолжительностью 0,2 миллисекунды каждый.С паузами в две минуты между наборами стимулов частоту увеличивают с 0,1, 0,5, 1,0, 2,0 до 5 герц. Здесь показана иллюстрация записи, установленной в путях для измерения рефлекса Хоффмана и мышечной реакции. Оценивалось соотношение амплитуды Н- и М-волны.Стимул и соответствующий артефакт стимуляции были установлены на ноль миллисекунд, за которыми следовала прямая М-волна и последующий меньший пик, представляющий Н-волну. М-волна возникает примерно через две миллисекунды после стимуляции, а Н-волна — через шесть-восемь миллисекунд из-за более длительного времени прохождения через спинной мозг. Помимо разделения нервов, решающее значение имеет нанесение вазелина на электрод, а также между двумя крючками.Это окончательный эксперимент. В нашей лаборатории этот метод обеспечил новый золотой стандарт для чрескожных записей Н-рефлекса.

Research

JoVE Journal

Biology

A Reversible, Non-invasive Method for Airway Resistance Measurements and Bronchoalveolar Lavage Fluid Sampling in Mice

Реверсивные, неинвазивный метод для измерения сопротивления дыхательных путей и бронхоальвеолярного лаважа выборки жидкости у мышей

Airway hyperreactivity (AHR) measurements and bronchoalveolar lavage (BAL) fluid sampling are essential to experimental asthma models, but repeated ...

Transverse Aortic Constriction in Mice

Поперечные Сужение аорты у мышей

Transverse aortic constriction (TAC) in the mouse is a commonly used experimental model for pressure overload-induced cardiac hypertrophy and heart ...

Ambulatory ECG Recording in Mice

Амбулаторно запись ЭКГ у мышей

Telemetric ECG recording in mice is essential to understanding the mechanisms behind arrhythmias, conduction disorders, and sudden cardiac death. Although ...

Examination of Drosophila Larval Tracheal Terminal Cells by Light Microscopy

Examination of Drosophila Larval Tracheal Terminal Cells by Light Microscopy

Экспертиза<em&gt; Drosophila</em&gt; Личинок трахеи Клетки терминала с помощью световой микроскопии

Cell shape is critical for cell function. However, despite the importance of cell morphology, little is known about how individual cells generate specific ...

Cytosolic Calcium Measurements in Renal Epithelial Cells by Flow Cytometry

Цитозольные Измерения кальция в почечных эпителиальных клеток методом проточной цитометрии

A variety of cellular processes, both physiological and pathophysiological, require or are governed by calcium, including exocytosis, mitochondrial ...

Non-Terminal Blood Sampling Techniques in Guinea Pigs

Номера для терминалов методы проб крови у морских свинок

Guinea pigs possess several biological similarities to humans and are validated experimental animal models1-3. However, the use of guinea pigs currently ...

Functional Reconstitution and Channel Activity Measurements of Purified Wildtype and Mutant CFTR Protein

Функциональная Реорганизация и активности канала измерения очищенной дикого типа и мутантных CFTR белка

The Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator (CFTR) is a unique channel-forming member of the ATP Binding Cassette (ABC) superfamily of ...

Contractility Measurements on Isolated Papillary Muscles for the Investigation of Cardiac Inotropy in Mice

Сократимость Измерения на изолированных папиллярных мышц по расследованию сердечной инотропию у мышей

Papillary muscle isolated from adult mouse hearts can be used to study cardiac contractility during different physiological/pathological conditions. The ...

Cystometric and External Urethral Sphincter Measurements in Awake Rats with Implanted Catheter and Electrodes Allowing for Repeated Measurements

Cystometric и внешние уретры сфинктера измерения проснулся крыс с имплантированным катетера и электродов, позволяя для повторных измерений

Lower urinary tract function is mainly assessed by means of cystometric bladder function analysis in rodents. Conventional cystometries are usually ...

Measurements of Physiological Stress Responses in C. Elegans

Measurements of Physiological Stress Responses in C. Elegans

Измерения физиологических стрессовых реакций у C. Elegans

Organisms are often exposed to fluctuating environments and changes in intracellular homeostasis, which can have detrimental effects on their proteome and ...