침술에 의해 쥐와 마우스에서 간질 Electrocorticograms (ECoGs)의 조작 및 절전
Summary
This paper demonstrates the performance of acupuncture, epilepsy models, and the analysis of sleep in rodents. The acupuncture procedure and the identification of acupoints are described. Pilocarpine or pentylenetetrazol (PTZ) is used to induce epilepsy. Electrocorticogram (ECoG), electromyogram (EMG), brain temperature, and locomotor activity recordings are employed for sleep analysis.
Abstract
Ancient Chinese literature has documented that acupuncture possesses efficient therapeutic effects on epilepsy and insomnia. There is, however, little research to reveal the possible mechanisms behind these effects. To investigate the effect of acupuncture on epilepsy and sleep, several issues need to be addressed. The first is to identify the acupoints, which correspond between humans, rats, and mice. Furthermore, the depth of insertion of the acupuncture needle, the degree of needle twist in manual needle acupuncture, and the stimulation parameters for electroacupuncture (EA) need to be determined. To evaluate the effects of acupuncture on epilepsy and sleep, a feasible model of epilepsy in rodents is required. We administer pilocarpine into the left central nucleus of the amygdala (CeA) to simulate focal temporal lobe epilepsy (TLE) in rats. Intraperitoneal (IP) injection of pilocarpine induces generalized epilepsy and status epilepticus (SE) in rats. Five IP injections of pentylenetetrazol (PTZ) with a one-day interval between each injection successfully induces spontaneous generalized epilepsy in mice. Recordings of electrocorticograms (ECoGs), electromyograms (EMGs), brain temperature, and locomotor activity are used for sleep analysis in rats, while ECoGs, EMGs, and locomotor activity are employed for sleep analysis in mice. ECoG electrodes are implanted into the frontal, parietal, and contralateral occipital cortices, and a thermistor is implanted above the cerebral cortex by stereotactic surgery. EMG electrodes are implanted into the neck muscles, and an infrared detector determines locomotor activity. The criteria for categorizing vigilance stages, including wakefulness, rapid eye movement (REM) sleep, and non-REM (NREM) sleep are based on information from ECoGs, EMGs, brain temperature, and locomotor activity. Detailed classification criteria are stated in the text.
Introduction
간질은 재발 성 발작이 환자의 수명 전반에 걸쳐 발생하는 일반적인 신경 질환이다. 대부분 간질 재발은 항 간질 약물 (경련제)가 잘 제어 될 수있다. 그러나, 간질 환자의 약 30 %는 난치성 간질 한 개발. 간질 원인은 더 재발을 악화시킬 수 있습니다 교란을 잔다. 증거는 간질 밤에 잠을 방해 할 수 있거나 과도한 주간 졸음의 2,3 발생할 수 있음을 보여줍니다. 우리의 이전 연구는 또한 즉, 빛의 점등 기간의 시작 zeitgeber 시간 (ZT) 0에서 발생하는 간질을 나타냅니다 어두운주기, 수면을 감소; 이는 부 신피질 자극 호르몬 방출 호르몬 (CRH)하는 항상성 요인에 의해 매개된다. ZT13 (어두운주기의 시작)에서 간질 수면을 증가 항상성 다른 인자, 인터루킨 -1 (IL-1)의 발현을 향상시킨다. 간질은 ZT6에서의 중간 발생할 때 수면 활동 일주기가 변경된다빛 기간 4,5. 한편, 수면 장애, 간질 더 (6)의 진행 및 재발을 악화시킨다. 전술 한 증거를 바탕으로, 우리는 동시에 간질을 제어하고 간질 환자에서 수면 장애를 방지하기 위해 최적의 치료 방법을 공개하려고합니다. 우리는 이전에 성공적 electrocorticogram에게 (ECOG) 간질 활동 간질 유발 수면 장애를 억제, 현재의 일정 양을 스테인레스 스틸 바늘을 통해 경혈에 제공되는 10 Hz에서 자극 주파수와 그 전기 침 (EA)를 발견 7 . 100 Hz에서 자극 주파수 EA는 또한 간질 활동과 쥐 8,9 수면 장애를 악화된다. 이 성공적인 실험은 세 가지 요소에 따라 달라집니다 첫째, 실현 가능한 간질 동물 모델; 둘째, 설치류에서 잠을 기록 및 분석을위한 방법; 셋째, 침술의 정확한 성능과 경혈의 locati의 정확성기능.
초점 간질 및 일반화 된 간질 : 간질은 두 가지 유형으로 분류하고있다. 우리는 초점 측두엽 간질 (TLE), 일반화 된 간질, 간질 지속 상태 (SE), 및 자연 일반화 된 간질의 재발에 관심이 있습니다. 따라서, 서로 다른 조작은 실험에 적합한 간질 모델을 만들 적용됩니다. 초점 TLE를 확립하기 위해, 필로 카르 핀의 투여 량은 낮은 편도 (CEA)의 좌측 중앙 핵으로 투여된다. 이 모델을 확인하기 위해, 여섯 ECOG 전극 정면 (F1 및 F2) 정수리 (P1 및 P2) 및 후두부 (O1 및 O2)의 왼쪽과 오른쪽 반구 양쪽에서 로브에 주입하고, 다른 두 개의 기준 전극 (R1 및되고 R2는) 두 반구의 소뇌 위에 배치됩니다. 추가 미세 주입 가이드 정맥 수술 (; ML, 4.2 mm, DV, 브레 그마에 7.8 mm의 상대, AP 브레 그마에서 2.8 mm)를 왼쪽 CEA에 주입된다. 좌표는 팍시 노스과 W에서 적응atson 쥐 아틀라스 10. 초점 TLE가 성공적으로 유도하는 경우, 왼쪽 CEA 근처에 왼쪽 정수리 피질에 전극 (P1) 만 기록, 다른 ECOG 전극에서 기록 유의 간질의 ECoGs로, 지배적 인 간질의 ECoGs을 취득해야합니다. 쥐에 필로 카르 핀의 복강 내 (IP) 주사는 간질과 SE를 일반화 유도, 그러나 이것은 치명적일 수있다. 각 분사 사이에 하루 간격으로 pentylenetetrazol (PTZ)의 다섯 IP 주사는 성공적으로 생쥐에서 자발적인 일반화 된 간질을 유도하고 또한 쥐의 생존을 보장합니다. 선재 2 ECOG 전극 ECOG 신호를 수신하고 자발적 재발 간질을 확인하기 위해 마우스에서 정면과 두정 피질 내로 주입된다.
수면 다원 검사 (PSG)은 수면 중에 발생할 생리적 변화를 기록하기위한 광범위한 방법 및 객관적 비 급속 안구 운동 (NREM) 및 R의 다른 단계로 분류 할 수 수면APID의 안구 운동 (REM) 수면. PSG는 뇌파 (뇌파, EEG), 안구 운동 (electrooculogram, EOG), 골격 근육 톤 (근전도, EMG), 심장 리듬 (심전도, ECG), 혈액 산소 수준 및 호흡기 매개 변수를 포함하여 신체 기능의 매개 변수를 기록합니다. 쥐, 우리는 각성, NREM 수면과 REM 수면에 경계 상태를 분류하는 ECoGs, EMGS, 대뇌 피질의 온도, 운동 활성을 기록합니다. 마우스에서 슬립 분석 ECoGs, EMGS과 운동 활성의 결과를 사용하여 수행된다. 쥐가 수술 ECOG은 정위 수술 전두엽, 두정엽에서 전극과 반대편 소뇌 피질 나사 세 가지로 주입된다. 경계 상태 (각성, NREM 수면과 REM 수면)의 후 취득 결정은 ECoGs, EMG, 뇌의 온도, 운동 활성에서 얻은 매개 변수에 따라 수행된다. 쥐 모두에서 동물의 행동 분류에 대한 세부 기준은 t에 설명되어 있습니다그는 프로토콜입니다.
쥐 모두 수동 침술 또는 EA를 수행하기 전에, 일반적으로 정위 수술 중에 마취 투여 용량의 절반이다 zoletil 저용량 (25 ㎎ / ㎏)으로 마취 할 필요가있다. 이 투여 량은 동물 주입 후 30 ~ 35 분을 깨울 수 있습니다. 수동 침술 또는 EA 어느 30 분의 일정 시간으로 어두운주기의 시작 부분에서 수행되고, 각각의 동물은 두 연속 3 일 동안 처리한다. EA 자극 전류가 경혈에 삽입되는 스테인레스 강 바늘을 통해 특정 경혈로 전달된다. 자극 전류 이상성 사각형 펄스 트레인이다있는 펄스 지속 시간은 150 밀리 초이고, 자극 강도가 1mA이다. 건조 니들 수동 침술에 사용되는 경우, 경혈에 삽입 된 바늘이 10 시간마다 5 분 씰룩된다. 수동 침술 또는 EA의 어려운 부분은 설치류의 경혈을 지역화하는 것입니다. LOC쥐 또는 쥐의 혈의 ATION은 인간 자신의 해부학 적 위치와 유사하다. 예를 들어, 양측 풍지 (Fengchi)의 혈 인간 (11)에서의 해부학 적 위치와 유사하다 두 귀 사이에, 3mm 떨어진 목에 후부 중간 선에서 있습니다. 또한, 피부에 낮은 임피던스로 경혈 더 확인할 수있다. 가짜 침술 또는 가짜 EA 조작 침술 또는 EA의 실험이 필요하다. 가짜 침술 또는 가짜 EA는 이러한 겨드랑이 (12) 근처로 가까이 혈에 위치한 비 경혈에서 수행되어야한다.
성공적으로 간질 및 간질에 의한 수면 장애에 대한 침술 또는 EA의 영향을 조사하기 위해, 다음과 같은 요소는 장소에 있어야합니다 : 실현 가능한 간질 동물 모델, 간질의 ECoGs의 정확한 분석과 간질의 재발, 경계 상태를 분류하는 방법 설치류에서 침술 또는 EA, 그리고 정확한 성능을 제공합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
실현 가능한 간질 동물 모델을 선택하면 각각의 실험 목적에 필수적이다. 우리의 목표 중 하나는 간질에 EA 억제의 효과를 규명하는 것이다. EA는 간질의 치료 효과를 나타낼 수 있으며, 고대 중국 문헌에 기록 된 대체 의학입니다. 그러나, 그것을 증명하는 과학적 증거가 부족하다. 간질에 대한 EA의 효과를 확인하기 위해, 우리는 주로 오히려 심각한 전신 발작 또는 SE보다는, 가벼운 초점 간질에 EA…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by Ministry of Science and Technology (MOST) grants MOST104-2410-H-002-053 & NSC99-2320-B-002-026-MY3. This manuscript was edited and proofread by Mr. Brian Chang, who has experience revising professional documents.
Materials
| Drugs | |||
| Zoletil | Virbac | 50 mg/kg i.p. | |
| pilocarpine | Sigma-Aldrich | P6503 | 300 mg/kg i.p.; 1.2 mg microinjection |
| PTZ | Sigma-Aldrich | P6500 | 0.035 mg/mouse |
| polysporin | Pfizer | ||
| Surgery | |||
| ECoG electrode | Plastics One | E363/20 | screw electrode for rats |
| Pedestal | Plastics One | MS363 | |
| Cannula | Plastics One | C315G/spc | |
| Thermistor | Omega Engineering | 44008 | |
| Dental acrylic | Tempron | ||
| Stereotaxic Instrument | Stoelting | Dural arms | |
| Recording equipments | |||
| ECoG amplifier | Colbourn Instruments | V75-01 | |
| A/D Board | National Instruments | NI PCI-6033E | |
| Infrared-based motion detectors | Biobserve GmbH | custom-made | |
| ICELUS | G-System | ||
| AxoScope 10 Software | Molecular Devices | ||
| Acupuncture needs | |||
| Stainless needles | Shanghai Yanglong Medical Articles Co. | 32 gauge x 1” | |
| Functions Electrical Stimulator | I.T.O., Japan | Trio 300 | |
| AcuPen | Lhasa OMS | Pointer Excel II |
Referenzen
- Regesta, G., Tanganelli, P. Clinical aspects and biological bases of drug-resistant epilepsies. Epilepsy Res. 34 (2-3), 109-122 (1999).
- Malow, B. A., Bowes, R. J., Lin, X. Predictors of sleepiness in epilepsy patients. Sleep. 20 (12), 1105-1110 (1997).
- Stores, G., Wiggs, L., Campling, G. Sleep disorders and their relationship to psychological disturbances in children with epilepsy. Child Care Health Dev. 24 (1), 5-19 (1998).
- Yi, P. L., Tsai, C. H., Lin, J. G., Lee, C. C., Chang, F. C. Kindling stimuli delivered at different times in the sleep-wake cycle. Sleep. 27 (2), 203-212 (2004).
- Yi, P. L., Chen, Y. J., Lin, C. T., Chang, F. C. Occurrence of epilepsy at different zeitgeber times alters sleep homeostasis differently in rats. Sleep. 35 (12), 1651-1665 (2012).
- Bazil, C. W. Sleep and epilepsy. Semin Neurol. 22, 321-327 (2002).
- Yi, P. L., Lu, C. Y., Jou, S. B., Chang, F. C. Low frequency electroacupuncture suppress focal epilepsy and improves epilepsy-induced sleep disruptions. J Biomed Sci. 22, 49 (2015).
- Yi, P. L., Lu, C. Y., Cheng, C. H., Tsai, Y. F., Lin, C. T., Chang, F. C. Activation of amygdala opioid receptors by electroacupuncture of Feng-Chi (GB20) acupoints exacerbates focal epilepsy. BMC Complement Altern Med. 13, 290 (2013).
- Yi, P. L., Lu, C. Y., Cheng, C. H., Tsai, Y. F., Lin, C. T., Chang, F. C. Amygdala opioid receptors mediate the electroacupuncture-induced deteriortation of sleep disruptions in epilepsy rats. J Biomed Sci. 20, 85 (2013).
- Paxinos, G., Watson, W. . The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates (4th edition). , (1998).
- Siu, F. K. W., Lo, S. C. L., Leung, M. C. P. Electro-acupuncture potentiates the disulphide-reducing activities of thioredoxin system by increasing thioredoxin expression in ischemia-reperfused rat brains. Life Sci. 77 (4), 386-399 (2005).
- Yi, P. L., Tsai, C. H., Lin, J. G., Liu, H. J., Chang, F. C. Effects of electroacupuncture at ‘Anmian’ (extra) acupoints on sleep activities in rats: the implication of the caudal nucleus tractus solitaries. J Biomed Sci. 11 (5), 579-590 (2004).
- Jou, S. B., Kao, I. F., Yi, P. L., Chang, F. C. Electrical stimulation of left anterior thalamic nucleus with high-frequency and low-intensity currents reduces the rate of pilocarpine-induced epilepsy in rats. Seizure. 22 (3), 221-229 (2012).
- Chang, F. C., Opp, M. R. Blockade of corticotropin-releasing hormone receptors reduces spontaneous waking in the rat. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 275 (3), 793-802 (1998).
- Cheng, C. H., Yi, P. L., Lin, J. G., Chang, F. C. Endogenous opiates in the nucleus tractus solitaries mediate electroacupuncture-induced sleep activities in rats. Evid Based Complement Alternat Med. 2011, 159209 (2011).
- Tsui, P., Leung, M. C. Comparison of the effectiveness between manual acupuncture and electro-acupuncture on patients with tennis elbow. Acupunct Electrother Res. 27 (2), 107-117 (2002).
- Napadow, V., Makris, N., Liu, J., Kettner, N. W., Kwong, K. K., Hui, K. K. Effects of electroacupuncture versus manual acupuncture on the human brain as measured by fMRI. Hum Brain Mapp. 24 (3), 193-205 (2005).
