Met behulp van de electroretinogram om Function beoordelen in het knaagdier Retina en de beschermende effecten van Remote Limb Ischemische preconditionering
Summary
The electroretinogram (ERG) is an electrical potential generated by the retina in response to light. This paper describes how to use the ERG to assess retinal function, in dark-adapted rats, and how it can be can be used to assess a neuroprotective intervention, in the present case remote ischemic preconditioning.
Abstract
The ERG is the sum of all retinal activity. The ERG is usually recorded from the cornea, which acts as an antenna that collects and sums signals from the retina. The ERG is a sensitive measure of changes in retinal function that are pan-retinal, but is less effective for detecting damage confined to a small area of retina. In the present work we describe how to record the ‘flash’ ERG, which is the potential generated when the retina is exposed to a brief light flash. We describe methods of anaesthesia, mydriasis and corneal management during recording; how to keep the retina dark adapted; electrode materials and placement; the range and calibration of stimulus energy; recording parameters and the extraction of data. We also describe a method of inducing ischemia in one limb, and how to use the ERG to assess the effects of this remote-from-the-retina ischemia on retinal function after light damage. A two-flash protocol is described which allows isolation of the cone-driven component of the dark-adapted ERG, and thereby the separation of the rod and cone components. Because it can be recorded with techniques that are minimally invasive, the ERG has been widely used in studies of the physiology, pharmacology and toxicology of the retina. We describe one example of this usefulness, in which the ERG is used to assess the function of the light-damaged retina, with and without a neuroprotective intervention; preconditioning by remote ischemia.
Introduction
De ERG is een elektrische potentiaal van het netvlies opgewekt in reactie op licht, en opgenomen van het corneale oppervlak van het oog. Wanneer opnameomstandigheden zorgvuldig beheer kan de ERG worden gebruikt in een verscheidenheid van manieren om de retinale functie bepalen. Hier beschrijven we hoe de "flash ERG, de potentiaal gegenereerd wanneer de retina wordt blootgesteld aan een korte, heldere flits gepresenteerd in een Ganzfeld achtergrond opnemen. De Ganzfeld verspreidt het licht homogeen en de lichtflits het hele netvlies bereikt ongeveer gelijkmatig. Als de retina wordt donker aangepast voor de opname, en de donkere aanpassing wordt gehandhaafd als het dier is voorbereid voor het opnemen, de ERG verkregen wordt opgewekt door zowel staafjes en kegeltjes fotoreceptoren.
De donker aangepaste flash ERG heeft een karakteristieke golfvorm, die is op twee manieren geanalyseerd. Ten eerste zijn vroege en late onderdelen van de ERG golfvorm onderscheiden, en met betrekking tot de sequentie van neuronal activering in de retina. De eerste component is een korte vertraging neergaande potentiaal, de a-wave (figuur 1). Dit wordt gevolgd door een opgaande potentiaal, de zogenaamde b-wave. De stijgende fase van de b-golf toont oscillaties, die worden beschouwd als een afzonderlijke component (oscillerende potentials of OP's). De a-golf wordt geacht zullen worden door fotoreceptoren, de b-golf door cellen van de binnenste kernlaag, en OP's door amacrine cellen 1.
Op basis van de prikkelsterkte, reacties op erg zwak flitsen zogenaamde scotopische drempel respons mogelijk. De scotopic drempelwaarde respons wordt verstaan worden gegenereerd uit de retinale ganglioncellen 2-4. Ten tweede kan de flitser ERG worden gescheiden door lichte aanpassing, of door een twee flash protocol hieronder beschreven, in staaf- en-cone gedreven componenten. Onder fotopische omstandigheden, de a-golf is niet detecteerbaar in ratten omdat de kegel bevolking is laag, maar OP's en b-wave zijnduidelijke 5. In primaten, waarvan het netvlies hebben hogere kegel bevolking, zowel staaf- en kegel- paden genereren een detecteerbaar een golf 6.
Twee nuttige maatregelen vaak uit het flash ERG zijn de amplitudes van de a- en b-golven, gemeten zoals in figuur 1, met typische flash responsen getoond in figuur 2. Wanneer de fotoreceptor populatie wordt verminderd, bijvoorbeeld door blootstelling aan licht tot schadelijk licht, alle onderdelen van de ERG verminderd. Neurobeschermende interventies, zoals remote ischemische preconditionering (RIP), kan worden gevalideerd door het behoud van de amplitudes van de a- en b-golven (Figuur 3). Samengevat, de analyse van de ERG een vergelijking mogelijk tussen gezond, licht beschadigd en neuroprotected netvlies.
Protocol
Representative Results
Discussion
De donker aangepaste flash ERG hierboven beschreven is een betrouwbare methode voor het beoordelen van de retinale functie bij ratten. Zowel de een-wave en b-golf werden gereduceerd met lichte schade. Remote ischemische preconditionering getemperd licht schade veroorzaakte reducties in de een-wave en b-golf. Dit behoud van retinale functie suggereert dat remote ischemische preconditionering heeft geïnduceerde neuroprotectie, die lijkt op andere vormen van beschermende preconditionering zoals hypoxie, ischemie en lichaa…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs zijn dankbaar voor de hulp van mevrouw Sharon Spana in knaagdieren controle, handling en experimenten. PhD financiële steun is verstrekt door de Universiteit van Sydney en de Australian Research Centre for Excellence in Vision.
Materials
| PC computer | |||
| Powerlab, 4 channel acquistion hardware | AD Instruments | PL 35044 | Acquistion of ERG |
| Animal Bio Amp | AD Instruments | FE 136 | Amplifier for ERG |
| Lab chart | AD Instruments | Signal collection software | |
| Ganzfield | Photometric solutions | FS-250A | Light stimulus |
| Ganzfield operating system | Photometric solutions | ||
| Research Radiometer | International light technologies | ILT-1700 | calibrate light series |
| Lux meter | LX-1010B | check red light illumanation | |
| Excel | microsoft | ||
| Lead wires | AD Instruments | Connect postive, negative ground electrodes to amplifier | |
| Lead wires -aligator | AD Instruments | ground ganzfield and acquistion hardware to computer | |
| Platinum wire 95% | A&E metals | postive electrode | |
| Mouth electrode Ag/AgCl Pellet | SDR | E205 | negative electode |
| 26 gauge needle | BD | ground electode | |
| Water pump | |||
| Water bath | |||
| Tubing | |||
| Homeothermic blanket system with flexible probe | Harvard Appartus | 507222F | |
| Atropine 1% w/v | Bausch & Lomb | topical mydriasis | |
| Proxmethycaine 0.5% w/v | Bausch & Lomb | topical anaesthetic | |
| Visco tears eye drops | Novartis | carbomer polymer | |
| Thread | retract eye lid | ||
| Tweezers | |||
| Reusable adhesive | Blu tac | Dim red headlamp. Affix electrodes | |
| Absorbent bedding | |||
| Ketamil – ketamine 100 mg/ml – 50 ml | Troy Laboratories Pty Ltd | dissociative | |
| Xylium – Xylazine 100 mg/ml – 50 ml | Troy Laboratories Pty Ltd | muscle relaxant | |
| Scale |
References
- Arden, G. B., Heckenlively, J. . Principles and practice of clinical electrophysiology of vision. , 139-183 (2006).
- Bui, B. V., Fortune, B. Ganglion cell contributions to the rat full-field electroretinogram. Journal of Physiology-London. 555 (1), 153-173 (2004).
- Fortune, B., et al. Selective ganglion cell functional loss in rats with experimental glaucoma. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 45 (6), 1854-1862 (2004).
- Alarcon-Martinez, L., et al. Short and long term axotomy-induced ERG changes in albino and pigmented rats. Molecular Vision. 15 (254-255), 2373-2383 (2009).
- Lyubarsky, A. L., et al. Functionally rodless mice: transgenic models for the investigation of cone function in retinal disease and therapy. Vision Research. 42 (4), 401-415 (2002).
- Bush, R. A., Sieving, P. A. . A PROXIMAL RETINAL COMPONENT IN THE PRIMATE PHOTOPIC ERG A-WAVE. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 35 (2), 635-645 (1994).
- Liu, K., et al. Development of the electroretinographic oscillatory potentials in normal and ROP rats. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 47 (12), 5447-5452 (2006).
- Casson, R. J., Wood, J. P. M., Melena, J., Chidlow, G., Osborne, N. N. The effect of ischemic preconditioning on light-induced photoreceptor injury. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 44 (3), 1348-1354 (2003).
- Lawson, E. C., et al. Aerobic Exercise Protects Retinal Function and Structure from Light-Induced Retinal Degeneration. Journal of Neuroscience. 34 (7), 2406-2412 (2014).
- Grimm, C., et al. HIF-1-induced erythropoietin in the hypoxic retina protects against light-induced retinal degeneration. Nature Medicine. 8 (7), 718-724 (2002).
- Weymouth, A. E., Vingrys, A. J. Rodent electroretinography: Methods for extraction and interpretation of rod and cone responses. Progress in Retinal and Eye Research. 27 (1), 1-44 (2008).
- Bayer, A. U., Cook, P., Brodie, S. E., Maag, K. P., Mittag, T. Evaluation of different recording parameters to establish a standard for flash electroretinography in rodents. Vision Research. 41 (17), 2173-2185 (2001).
- Pugh, E. N., Lamb, T. D. AMPLIFICATION AND KINETICS OF THE ACTIVATION STEPS IN PHOTOTRANSDUCTION. Biochimica Et Biophysica Acta. 1141 (2-3), 111-149 (1993).
- Breton, M. E., Schueller, A. W., Lamb, T. D., Pugh, E. N. ANALYSIS OF ERG A-WAVE AMPLIFICATION AND KINETICS IN TERMS OF THE G-PROTEIN CASCADE OF PHOTOTRANSDUCTION. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 35 (1), 295-309 (1994).
- Mizota, A., Adachi-Usami, E. Effect of body temperature on electroretinogram of mice. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 43 (12), 3754-3757 (2002).
- Szabo-Salfay, O., et al. The electroretinogram and visual evoked potential of freely moving rats. Brain Research Bulletin. 56 (1), 7-14 (2001).
- Charng, J., et al. Conscious Wireless Electroretinogram and Visual Evoked Potentials in Rats. Plos One. 8 (9), (2013).
- Galambos, R., Juhasz, G., Kekesi, A. K., Nyitrai, G., Szilagyi, N. NATURAL SLEEP MODIFIES THE RAT ELECTRORETINOGRAM. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 91 (11), 5153-5157 (1994).
- Galambos, R., Szabo-Salfay, O., Szatmar, E., Szilagyi, N., Juhasz, G. Sleep modifies retinal ganglion cell responses in the normal rat. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 98 (4), 2083-2088 (2001).
- Guarino, I., Loizzo, S., Lopez, L., Fadda, A., Loizzo, A. A chronic implant to record electroretinogram, visual evoked potentials and oscillatory potentials in awake, freely moving rats for pharmacological studies. Neural Plasticity. 11 (3-4), 241-250 (2004).
- Huang, J. C., Salt, T. E., Voaden, M. J., Marshall, J. NON-COMPETITIVE NMDA-RECEPTOR ANTAGONISTS AND ANOXIC DEGENERATION OF THE ERG B-WAVE IN-VITRO. Eye (London). 5 (4), 476-480 (1991).
- Sasovetz, D. . KETAMINE HYDROCHLORIDE – EFFECTIVE GENERAL ANESTHETIC FOR USE IN ELECTRORETINOGRAPHY. Annals of Ophthalmology. 10 (11), 1510-1514 (1978).
- Mojumder, D. K., Wensel, T. G. Topical Mydriatics Affect Light-Evoked Retinal Responses in Anesthetized Mice). Investigative Ophthalmology & Visual Science. 51 (1), 567-576 (2010).
- Fraunfel, F. t., Burns, R. P. ACUTE REVERSIBLE LENS OPACITY – CAUSED BY DRUGS, COLD, ANOXIA, ASPHYXIA, STRESS, DEATH AND DEHYDRATION. Experimental Eye Research. 10 (1), 19 (1970).
- Calderone, L., Grimes, P., Shalev, M. ACUTE REVERSIBLE CATARACT INDUCED BY XYLAZINE AND BY KETAMINE-XYLAZINE ANESTHESIA IN RATS AND MICE. Experimental Eye Research. 42 (4), 331-337 (1986).
- Behn, D., et al. Dark adaptation is faster in pigmented than albino rats. Documenta Ophthalmologica. 106 (2), 153-159 (2003).
- Sugawara, T., Sieving, P. A., Bush, R. A. Quantitative relationship of the scotopic and photopic ERG to photoreceptor cell loss in light damaged rats. Experimental Eye Research. 70 (5), 693-705 (2000).
- Machida, S., et al. P23H rhodopsin transgenic rat: Correlation of retinal function with histopathology. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 41 (10), 3200-3209 (2000).
- Brandli, A., Stone, J. Remote Ischemia Influences the Responsiveness of the Retina. Observations in the Rat. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 55 (4), 2088-2096 (2014).
- Maccarone, R., Di Marco, S., Bisti, S. Saffron supplement maintains morphology and function after exposure to damaging light in mammalian retina. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 49 (3), 1254-1261 (2008).
- Hood, D. C., Birch, D. G. Assessing abnormal rod photoreceptor activity with the a-wave of the electroretinogram: Applications and methods. Documenta Ophthalmologica. 92 (4), 253-267 (1996).
- Robson, J. G., Frishman, L. J. The rod-driven a-wave of the dark-adapted mammalian electroretinogram. Progress in Retinal and Eye Research. 39, 1-22 (2014).
- Hood, D. C., Birch, D. G. A COMPUTATIONAL MODEL OF THE AMPLITUDE AND IMPLICIT TIME OF THE B-WAVE OF THE HUMAN ERG. Visual Neuroscience. 8 (2), 107-126 (1992).
- Wachtmeister, L. Oscillatory potentials in the retina: what do they reveal. Progress in Retinal and Eye Research. 17 (4), 485-521 (1998).
