قياسات منعكس H الطرفي في الفئران
Summary
التقييم السريري للتشنج على أساس منعكس هوفمان (H-reflex) واستخدام التحفيز الكهربائي للأعصاب الطرفية هو طريقة راسخة. هنا ، نقدم بروتوكولا لتحفيز العصب الطرفي والمباشر للقياس الكمي المنعكس H في مقدمة الفأر.
Abstract
يسمح منعكس هوفمان (H-reflex) ، كنظير كهربائي لمنعكس التمدد ، بالتحقق من صحة الفيزيولوجيا الكهربية لسلامة الدوائر العصبية بعد الإصابات مثل تلف الحبل الشوكي أو السكتة الدماغية. زيادة استجابة H-reflex ، جنبا إلى جنب مع أعراض مثل تقلصات العضلات غير الطوعية ، ومنعكس التمدد المعزز بشكل مرضي ، وفرط التوتر في العضلات المقابلة ، هو مؤشر على التشنج بعد السكتة الدماغية (PSS).
على عكس القياسات عبر الجلد غير المحددة للأعصاب ، نقدم هنا بروتوكولا لتحديد منعكس H مباشرة في الأعصاب الزندية والمتوسطة للمقدمة الأمامية ، والتي تنطبق ، مع تعديلات طفيفة ، على العصب الظنبوبي والوركي للمخلب الخلفي. استنادا إلى التحفيز المباشر والتكيف مع الأعصاب المختلفة ، تمثل الطريقة أداة موثوقة ومتعددة الاستخدامات للتحقق من صحة التغيرات الفيزيولوجية الكهربية في نماذج الأمراض المرتبطة بالتشنج.
Introduction
يمكن استحضار منعكس هوفمان (H-reflex) ، الذي سمي على اسم عالم الفسيولوجيا بول هوفمان ، عن طريق التحفيز الكهربائي للأعصاب الطرفية ، التي تحمل محاور عصبية من الخلايا العصبية الحسية والحركية الناشئة عن العضلات نفسها وتؤدي إليها. إنه التناظرية المستحثة كهربائيا لمنعكس التمدد أحادي المشبك ، ويشترك في نفس المسار1. على عكس تمدد العضلات ، ينتج رد الفعل H عن التحفيز الكهربائي. عندما يتم تحفيز الأعصاب الطرفية كهربائيا عند شدة تيار منخفضة ، عادة ما يتم إزالة استقطاب ألياف Ia الواردة أولا بسبب قطرها المحوري الكبير2. تثير إمكانات عملها الخلايا العصبية الحركية ألفا (αMNs) في الحبل الشوكي ، والتي بدورها تثير جهود الفعل التي تنتقل عبر محاور αMN نحو العضلات (الشكل 1). يولد هذا الشلال استجابة عضلية بسعة صغيرة ، تنعكس في ما يسمى بالموجة H. من خلال زيادة شدة التحفيز تدريجيا ، تزداد سعة الموجة H بسبب توظيف وحدات حركية إضافية. من شدة تحفيز معينة ، يتم استنباط إمكانات الفعل في المحاور الرقيقة ل αMNs مباشرة ، والتي يتم تسجيلها على أنها الموجة M. تظهر هذه الموجة M بزمن انتقال أقصر من الموجة H (الشكل 2). إذا زادت شدة التحفيز ، تصبح سعة الموجة M أكبر بسبب تجنيد المزيد من محاور αMN ، بينما تصبح الموجة H أصغر تدريجيا. يمكن قمع الموجة الهيدروجينية عند شدة تحفيز عالية بسبب الانتشار العكسي المضاد لجهود الفعل في محاور αMN. تتصادم جهود الفعالية المحفزة هذه مع تلك الناتجة عن تحفيز Ia وبالتالي يمكن أن تلغي بعضها البعض. عند شدة التحفيز فوق القصوى ، تحدث إمكانات العمل التقويمية (نحو العضلات) والمضادة للاضطراب (نحو الحبل الشوكي) في جميع محاور MN. الأول يؤدي إلى أقصى سعة للموجة M (Mmax) ، في حين أن الأخير يؤدي إلى الإلغاء الكامل ل H-reflex3.
لتقييم التشنج بعد السكتة الدماغية (PSS) أو إصابة الحبل الشوكي (SCI) ، تم استخدام منعكس H لتقييم الأساس العصبي للحركة والتشنج لدى البشر1. يتم تحقيق تقدير كمي محسن للتغير في منعكس H بين القياسات وبين الموضوعات باستخدام نسبة الموجة H و M (نسبة H / M). بدلا من ذلك ، يتم قياس الاكتئاب المعتمد على المعدل (RDD) ، باستخدام مجموعة من الترددات الصاعدة (على سبيل المثال ، 0.1 و 0.5 و 1.0 و 2.0 و 5.0 هرتز). يعكس RDD سلامة الدوائر المثبطة التي قد تزعجها السكتة الدماغية أو اصابات النخاع الشوكي. عندما تكون جميع الدوائر العصبية سليمة ، يكون هناك قمع موحد ومستقل عن التردد لمنعكس H. ومع ذلك ، إذا كان هناك انخفاض في تثبيط الأعصاب نتيجة للسكتة الدماغية أو اصابات النخاع الشوكي ، فإن قمع رد الفعل H يتناقص مع زيادة تردد التحفيز4.
يمكن أن يكون التسجيل الكهربي الصحيح باستخدام الأقطاب الكهربائية السطحية أمرا صعبا وقد يتأثر بالمهام الحركية والآليات المثبطة واستثارة αMN5. في التسجيل عبر الجلد في القوارض ، يتم وضع قطب تحفيز بالقرب من العصب الظنبوبي ، ويتم وضع قطب تسجيل بالقرب من العضلات ذات الصلة في المقدمة. وفقا لتجربتنا ، ومع ذلك ، فإن الموضع الصحيح للأقطاب الكهربائية عبر الجلد (الشكل 1A) هو أكثر تعقيدا ومتغيرا في القوارض من وضع القطب السطحي في البشر. يمكن أن يؤدي ذلك إلى اختلافات في الطول والتردد وشدة التحفيز اللازمة لاستنباط منعكس H. يمكن أن تفسر هذه التحديات المنهجية سبب وجود عدد محدود جدا من دراسات قياس H-reflex (على سبيل المثال ، في نماذج السكتة الدماغية التجريبية 3,4 ، ونماذج التشنج الأخرى6. يمكن تحقيق تحفيز دقيق (طويل الأجل) وتسجيل منعكس H على الأعصاب الفردية ، من حيث المبدأ ، باستخدام أقطاب كهربائية قابلة للزرع تحيط بالعصب المستهدف 7,8. بسبب الجراحة الصعبة مع الآثار الجانبية المحتملة للحيوان وعدم الاستقرار المحتمل للمسبار ، لم يصبح هذا النهج معيارا في هذا المجال. تتطلب الطريقة المعروضة هنا أيضا بعض الخبرة الجراحية. ومع ذلك ، فإنه يسمح بتحفيز وتسجيل جديد ودقيق للأعصاب المعزولة في الجسم الحي باستخدام شدة تحفيز منخفضة ، مما يتجنب التحفيز المتزامن للأعصاب المجاورة.
Protocol
Representative Results
Discussion
على عكس قياسات H-reflex عبر الجلد الموصوفة سابقا في الماوس6 ، فإننا نقدم قياسا مباشرا وخاصا بالأعصاب. يمكن تطبيق هذا النهج الجديد على أعصاب الأطراف الأمامية والخلفية (على سبيل المثال ، الأعصاب المتوسطة والزندية والشعاعية والأعصاب الظنبوبية والوركية ، على التوالي) ، مما يجعل هذه ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يقر المؤلفون بامتنان بالدعم الذي قدمه T. Akay ، جامعة Dalhousie ، خلال زيارة MG إلى مختبره. تم دعم هذا العمل بتمويل من مؤسسة Friebe (T0498/28960/16) و Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG ، مؤسسة الأبحاث الألمانية) – معرف المشروع 431549029 – SFB 1451.
Materials
| Absorbent underpad | VWR | 115-0684 | |
| AD converter | Cambridge Electronic Design, UK | CED 1401micro | |
| Amplifier | Workshop Zoological Institute, UoC | – | |
| Digital stimulator | Workshop Zoological Institute, UoC | MS 501 | |
| EMG electrodes | Workshop Zoological Institute, UoC | Two twisted, insulated copper wires (50 µm outer diameter) were soldered to a male plug and connected to a differential amplifier. | |
| Eye ointment | Bayer | Bepanthen | |
| Glass pipette | Workshop Zoological Institute, UoC | – | Prepare a glass pipette bent into a simple glass hook in the flame of a Bunsen burner. |
| Heating box | MediHeat | MediHeat V1200 | |
| Heating pad | WPI | 61840 Heating pad | |
| Hook electrodes | Workshop Zoological Institute, UoC | – | 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. |
| Ketamine | Pfizer | Ketavet | |
| Rectal probe | WPI | RET-3 | |
| Stimulator isolation unit | Workshop Zoological Institute, UoC | MI 401 | |
| Sterilizer | CellPoint Scientific | Germinator 500 | 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°C). |
| Temperature controller | WPI | ATC200 | |
| Vaseline | Bayer | – | |
| Xylazine | Bayer | Rompun |
References
- Palmieri, R. M., Ingersoll, C. D., Hoffman, M. A. The Hoffmann reflex: methodologic considerations and applications for use in sports medicine and athletic training research. Journal of Athletic Training. 39 (3), 268-277 (2004).
- Henneman, E., Somjen, G., Carpenter, D. O. Excitability and inhibitibility of motoneurons of different sizes. Journal of Neurophysiology. 28 (3), 599-620 (1965).
- Toda, T., Ishida, K., Kiyama, H., Yamashita, T., Lee, S. 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. PLoS ONE. 9 (12), 114328 (2014).
- Lee, S., Toda, T., Kiyama, H., Yamashita, T. Weakened rate-dependent depression of Hoffmann’s reflex and increased motoneuron hyperactivity after motor cortical infarction in mice. Cell Death & Disease. 5 (1), 1007 (2014).
- Knikou, M. The H-reflex as a probe: Pathways and pitfalls. Journal of Neuroscience Methods. 171 (1), 1-12 (2008).
- Wieters, F., et al. Introduction to spasticity and related mouse models. Experimental Neurology. 335, 113491 (2020).
- Pearson, K. G., Acharya, H., Fouad, K. A new electrode configuration for recording electromyographic activity in behaving mice. Journal of Neuroscience Methods. 148 (1), 36-42 (2005).
- Akay, T. Long-term measurement of muscle denervation and locomotor behavior in individual wild-type and ALS model mice. Journal of Neurophysiology. 111 (3), 694-703 (2014).
- Haghighi, S. S., Green, D. K., Oro, J. J., Drake, R. K., Kracke, G. R. Depressive effect of isoflurane anesthesia on motor evoked potentials. Neurosurgery. 26 (6), 993 (1990).
- Chang, H. -. Y., Havton, L. A. Differential effects of urethane and isoflurane on external urethral sphincter electromyography and cystometry in rats. American Journal of Physiology-Renal Physiology. 295 (4), 1248-1253 (2008).
- Nolan, J. P. Section 4: Nervous system (Br. J. Pharmacol). Clinical pharmacology. , 295-310 (2012).
- Struck, M. B., Andrutis, K. A., Ramirez, H. E., Battles, A. H. Effect of a short-term fast on ketamine-xylazine anesthesia in rats. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science: JAALAS. 50 (3), 344-348 (2011).
- Zandieh, S., Hopf, R., Redl, H., Schlag, M. G. The effect of ketamine/xylazine anesthesia on sensory and motor evoked potentials in the rat. Spinal Cord. 41 (1), 16-22 (2003).
