Évaluation in vivo des propriétés mécaniques et viscoélastiques de la langue de rat
Summary
Nous décrivons une intervention chirurgicale dans un modèle de rat anesthésié pour déterminer le tonus musculaire et les propriétés viscoélastiques de la langue. La procédure implique une stimulation spécifique des nerfs hypogloss et l'application de courbes de force / déformation passives de Lissajous au muscle.
Abstract
La langue est un hydrostat musculaire hautement innervé et vascularisé au sol de la bouche de la plupart des vertébrés. Ses fonctions principales comprennent le soutien de la mastication et de la déglutition, ainsi que la détection du goût et la phonétique. En conséquence, la force et le volume de la langue peuvent influer sur la capacité des vertébrés à accomplir des activités de base telles que l'alimentation, la communication et la respiration. Les patients humains atteints d'apnée du sommeil ont des langues agrandies, caractérisées par une réduction du tonus musculaire et une augmentation de la graisse intramusculaire qui peut être visualisée et quantifiée par imagerie par résonance magnétique (IRM). Les capacités de mesure de la génération de force et les propriétés viscoélastiques de la langue constituent des outils importants pour obtenir une information fonctionnelle en corrélation avec les données d'imagerie. Ici, nous présentons des techniques pour mesurer la production de la force de la langue chez les rats Zucker anesthésiés par stimulation électrique des nerfs hypogloss et pour déterminer les propriétés viscoélastiques oF la langue en appliquant des courbes de force / déformation Lissajous passives.
Introduction
La langue fournit un soutien essentiel pour la mastication, la déglutition, la détection du goût et la parole. La présence de musculature extrinsèque et intrinsèque, avec une innervation et une anatomie / fonction distinct, explique l'unicité de cet hydrostat musculaire. Les progrès récents dans les techniques d'imagerie ont fourni une vue plus détaillée de son anatomie complexe 1 . La diminution de la fonctionnalité de la langue, de l'atrophie de la langue, de la dysphagie et des obstacles de la parole sont également des manifestations courantes des affections myopathiques telles que Parkinson 2 , Sclérose latérale amyotrophique (ALS) 3 , Dystrophie myotonique (MD) 4 et d'autres myopathies.
Les modifications de la composition musculaire associées aux états pathologiques communs affectent les propriétés mécaniques et viscoélastiques de la langue. Par exemple, l'analyse fonctionnelle de la force de la langue a révélé des changements dans les propriétés contractiles associées au vieillissementSs = "xref"> 5 , 6 , hypoxie 7 , 8 et obésité 9 , 10 . Dans le cas de la dystrophie musculaire, une fibrose accrue conduit à une plus grande rigidité musculaire, ce qui se traduit par une diminution de la conformité à la déformation lorsqu'un protocole de déformation Lissajous est appliqué 11 . À l'inverse, les changements dans la teneur en matières grasses musculaires, comme ceux documentés chez les patients obèses, altèrent le métabolisme 12 et les propriétés mécaniques du muscle squelettique 13 , 14 et prédisent augmenter la compliance musculaire à la déformation. L'augmentation de la graisse de la langue est également corrélée au développement de l'apnée obstructive du sommeil (OSA) chez l'homme 17 en augmentant le volume de la langue au point d'occlusion partielle des voies aériennes supérieures (apnée) 15 , 16 . SimEn particulier, les infiltrations de graisse de langue ont été documentées chez des rats Zucker obèses 10 , ce qui suggère que ce modèle est un outil précieux pour étudier les effets de l'infiltration de graisse sur la physiologie de la langue.
La force de la langue de mesure nécessite des techniques chirurgicales délicates pour isoler et stimuler bilatéralement les nerfs hypogloss 17 , 18 . De telles techniques ont été décrites précédemment chez les rats 5 , 17 , 19 , 20 , les lapins 21 et les humains 22 , 23 , mais avec des aides visuelles limitées à l'enquêteur. En raison de sa nature hautement technique, la disponibilité d'un protocole détaillé améliorerait considérablement l'accessibilité et la reproductibilité de cette technique. L'objectif de notre paradigme expérimental est de malMettre en place une technique valide et fiable pour mesurer la force et les propriétés viscoélastiques de la langue dans un modèle de rat. Pour ce faire, le rat est anesthésié, les nerfs hypoglossaux sont exposés et la trachée est canulée pour assurer un accès gratuit à la langue de l'animal. Une boucle de suture relie alors la pointe de la langue à un transducteur de force, capable de contrôler à la fois la force et la longueur, tandis que deux électrodes de crochet bipolaire stimulent les nerfs hypogloss pour induire une contraction de la langue. Une fois la mesure de la force terminée, les capacités de contrôle de la longueur du transducteur de force sont utilisées pour changer rapidement la longueur de la langue, selon un protocole de sinusine avec amplitude fixe (courbes Lissajous), durée et fréquence, permettant de dériver Ses propriétés viscoélastiques 11 , 24 . Le protocole guidera l'enquêteur à travers les étapes de dissection, le positionnement de l'animal sur le platus expérimentalRm, placement des électrodes, et enfin à l'acquisition et à l'analyse des données de force et de viscoélasticité.
Protocol
Representative Results
Discussion
Des changements dans le métabolisme et / ou la composition de la langue, par exemple l' infiltration de la graisse de la langue en raison de l'obésité, devraient prédire les changements quantifiables des paramètres évalués par notre protocole. La quantification de la force de la langue est d'un grand intérêt car un déséquilibre entre l'activité protrusive et rétrusive ou l'affaiblissement général de la langue peut entraîner l'occlusion de la voie aérienne supérieure <su…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette enquête a été soutenue par deux Instituts nationaux de subventions de santé: HL089447 («Obésité et OSA: comprendre l'importance de la graisse et la fonction métabolique de la langue") et HL094307 («Comprendre la relation entre l'obésité et la graisse de la langue»)
Materials
| SurgiSuite (heated Surgical tray) | Kent Scientific | SurgiSuite-LG | Includes heated platform |
| LED Lighting and Magnification Kit | Kent Scientific | SURGI- 5003 | |
| RC2 Rodent Circuit Controller | VetEquip | 922100 | |
| Isoflurane | Butler Schein Animal Health Supply | 29405 | |
| Alcohol Prep | Webcol | 6818 | |
| Cotton-tipped applicators | MediChoice | WOD1002 | |
| Hair clipper | Conair | ||
| Hair remover lotion | Nair | ||
| Medical tape | Transpore | 3M | |
| D-PBS | Corning | 21-030-CM | |
| Operating Scissors | World Precision Instruments | 503717-12 | |
| Hemostatic Forceps | Merit | 97-458 | Any tissue forceps can be used instead |
| Microdissecting Forceps, Angled, Serrated, 10.2cm, SS | World Precision Instruments | 504479 | |
| Suture Tying Forceps | Fine Science Tools | 18025-10 | |
| Blunt Micro Hook | Fine Science Tools | 10062-12 | |
| Microhemostat | Fine Science Tools | 12075-14 | |
| Thermal cautery | WPI | 501292 | Disposable cauteries are available at lower cost |
| IV 14g x 3.25" cannula | BD | B-D382268H | For tracheal cannulation |
| Braided silk non-absorbable suture size 4-0 | Harvard Apparatus | SP104 | For stabilization of the tracheal cannula |
| Braided non-absorbable silk 5/0 suture | Surgik LC, USA | ESILRC15387550 | For suturing the tongue |
| Plastic-coated metal twist-tie (or electrical wire) | For securing the rat's nose to the platform | ||
| Camera stick | |||
| 3 way-swivel and Trilene 9Kg test monofilament line | Berkley | For securing the jaw and maintaining the mouth open | |
| Camera stick with adjustable angle | For supporting the 3 way-swivel and maintaining the mouth open. | ||
| in situ Muscle Test System | Aurora Scientific | 809C | This system is designed for mice and was modified by extending the platform. Alternatively the rat-specific 806D system can be used. |
| Dual-Mode Muscle lever (force transducer) | Aurora Scientific | 305C-LR | 309C offers higher excursion capabilities than 305C-LR. Link for more information and specifications: http://aurorascientific.com/products/muscle-physiology/dual-mode-muscle-levers/ |
| Needle Electrodes (surgical steel, 29 gauge) | AD Instruments | MLA1204 | 300C is recommended for use in mice. |
| Magnetic Stands | World Precision Instruments | M10 | Used for making the bipolar stimulating hook electrodes |
| Kite Manual Micromanipulator | World Precision Instruments | KITE-R and KITE-L | Require a steel plate |
| Stackable Double Binding Post with Banana Jack x BNC Jack | McMaster Carr | 6704K13 | |
| Carbon fiber composites digital caliper | VWR | 36934-152 |
References
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