JoVE Journal > Neuroscience
概要
Abstract
Introduction
Protocol
結果
Discussion
開示
Acknowledgements
Materials
参考文献
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
神経科学

Activity-based Training op een loopband met ruggenmerg gewond Wistar ratten

Published: January 16, 2019
doi:
10.3791/58983
, , , , , , ,
1Department of Anatomical Sciences and Neurobiology,University of Louisville, 2Kentucky Spinal Cord Injury Rehabilitation Center,University of Louisville

概要

Dit protocol toont ons model van activity based locomotor loopband training voor ratten met dwarslaesie (SCI). Inbegrepen is zowel viervoetig en dit is een alleen-voorpoot groepen, naast twee verschillende soorten niet-opgeleide controlegroepen. Onderzoekers kunnen beoordelen opleiding effecten op SCI ratten met behulp van dit protocol.

Abstract

Dwarslaesie (SCI) resulteert in een blijvende tekorten die bestaan uit zowel mobiliteit en een veelheid van autonome-gerelateerde stoornissen. Locomotor opleiding (LT) op een loopband wordt veel gebruikt als een instrument van de revalidatie in de SCI bevolking met veel voordelen en verbeteringen voor het dagelijks leven. Wij gebruiken deze methode van activity based taak-specifieke training (ABT) bij knaagdieren na SCI naar beide ophelderen van de mechanismen achter deze verbeteringen en om te verbeteren en verbetering van de bestaande klinische revalidatie-protocollen. Onze huidige doel is om te bepalen van de mechanismen die ten grondslag liggen aan de ABT-geïnduceerde verbeteringen in urine, darm en seksuele functie bij SCI ratten na een matige tot ernstige kneuzingen. Na het veiligstellen van ieder dier afzonderlijk in een op maat gemaakte verstelbare vest, worden ze beveiligd naar een veelzijdige lichaam gewicht steunmechanisme, verlaagd naar een gemodificeerde drie-baans loopband en bijgestaan in stap-opleiding voor 58 minuten, eenmaal per dag gedurende 10 weken. Deze opzet zorgt voor de opleiding van zowel viervoetig en dit is een alleen-voorpoot dieren, naast twee verschillende niet-opgeleide groepen. Viervoetig getrainde dieren met lichaam gewicht steun worden geholpen door een technicus aanwezig om te helpen bij de versterking met goede hind-limb plaatsing als nodig, terwijl dit is een alleen-voorpoot getrainde dieren worden gefokt caudal eind om ervoor te zorgen geen hind-limb-contact met de loopband en geen gewicht dragende. Een niet-opgeleide SCI groep dieren wordt geplaatst in een harnas en ligt naast de loopband, terwijl de andere SCI controlegroep in haar kooi in de kamer van de opleiding in de buurt blijft. Dit paradigma zorgt voor de opleiding van meerdere SCI dieren tegelijk, waardoor het meer tijd-efficiënte naast ervoor te zorgen dat onze pre-klinische diermodel de klinische vertegenwoordiging als bootst dicht mogelijk te maken, met name met betrekking tot het lichaam gewicht ondersteuning met handmatige bijstand.

Introduction

Wereldwijd, tussen 250000-500.000 nieuwe dwarslaesie (SCI) gevallen zich voordoen hetzij als gevolg van degeneratie, ziekten, of de meeste vaak (tot 90%) trauma1. Na traumatische SCI, een aantal fysiologische gebeurtenissen plaatsvinden die resulteren in neurologische tekorten die allerlei lichaamsfuncties beïnvloeden. Als gevolg van de chronische tekorten die volgen SCI, is de ontwikkeling en het testen van effectieve behandeling modaliteiten van cruciaal belang. Tot voor kort, hebben rehabilitatie strategieën meestal gericht op herstel van mobiliteit2,3. Naar aanleiding van SCI rang patiënten blaas/urinewegen, darm en seksuele functies onder de hoogste levenskwaliteit complicaties behoefte aan beter beheer1,–4,5. Daarom is richt op blaas, darm en seksuele functie van het grootste belang van een revalidatie oogpunt1,4,5.

Lichaamsbeweging en motorische opleiding (LT) zijn vaak gebruikt rehabilitatie therapieën in de SCI populatie met vele voordelen zoals cardiovasculaire functie, blaas/urine functie en mobiliteit6,7,8 ,9,10. Het is om deze reden dat we gebruik maken van een soortgelijke modaliteit in onze pre-klinische rat SCI model. Het is ons doel om te bepalen welke effecten LT op SCI Wistar ratten, specifiek met betrekking tot zowel bovenste (nier) en lagere (blaas, externe urethrale sluitspier) urinaire tractus functie darmfunctie en seksuele functie heeft. Verder, LT is aangetoond dat voldoende in het activeren van de neuromusculaire systemen onder het niveau van de schade die invloed op de hoeveelheid plasticiteit binnen het centrale zenuwstelsel (CNS)11,12 hebben kan.

Het succes van LT in pre-klinische studies is goed gedocumenteerd in zowel grote13,14 en kleine15,16,17,18,19 SCI diermodellen. Bewijs suggereert dat afferent sensorische input geboden door LT voldoende is om het stimuleren van spinale reflex trajecten die in plasticiteit resulteren en verbeteringen aan zintuiglijke-motor functie9,20. LT voordelen met betrekking tot vitale functies niet goed gekenmerkt. Daarom voeren wij onze opleiding paradigma met een focus op autonome resultaat maatregelen, met behulp van vier verschillende groepen die twee niet-opgeleide besturingselementen bevatten en een metabole/oefening niet-gewicht bearing groep naast een LT-groep die de timing bootst, sessie duur, handmatige bijstand en ondersteuning van gewicht die worden gebruikt in klinische studies19,21,22,23,24.

Protocol

Alle methoden zijn goedgekeurd door de Universiteit van Louisville institutionele Animal Care en gebruik Comité (IACUC). 1. pre blessure behandeling en testen (één Week voor SCI) Behandelen elke rat voor een periode van 5-10 min eenmaal per dag gedurende vijf dagen.NB: Volwassen mannelijke Wistar ratten die aanvankelijk ~ 50 dagen oud en weeg 200-225 g worden gebruikt in dit protocol. Ratten op deze pre letsel tijdstip zijn niet gewend aan het harnas dat wordt gebruikt voor LT zoals volledige gebruik van hindlimbs kan de rat om te ontsnappen aan de jas. Pre letsel testen studie-specifieke (bijvoorbeeld, de auteurs doen metabole kooi evaluaties voor studies die betrekking hebben op de gevolgen van het GCB op blaas en darm functie). 2. ruggenmerg kneuzingen25,26,27,28 Anesthetize dieren met ketamine (80 mg/kg) en xylazine (10 mg/kg) mengsel intraperitoneally volgens verstrekte dosering grafiek (tabel 1). Beheren aanvullende dosering zoals nodig. Test verdoving diepte ten minste elke 10 min door hoornvlies, ooglidreflex, pedaal, staart snuifje en pinna reflexen te bepalen. Scheren haar vanaf de achterkant van het dier waar ingesneden en schade zullen optreden. Schoonmaken van het chirurgische gebied met Dermachlor 4% Surgical scrub. Beheren van een langwerkende algemene antibioticum (bijvoorbeeld0,5 cc Luiksgezinden-Pen-G subcutaan). Plaats het narcose dier op een verwarming pad op een laag niveau te handhaven van de normale lichaamstemperatuur. Schatten van de locatie van gerichte laesie niveau gebaseerd op Vertebrale Vingervormige en met een scalpel #10, het maken van een incisie van naar schatting 5 cm op het dorsum van het dier, direct boven de middellijn wervels. Voor Midden-thoracale kneuzingen, bloot de T8/T9 niveau van ruggenmerg via verwijdering (met rongeurs) van de overlay T7 Vertebrale lamina. Met behulp van een kneuzingen apparaat zoals een oneindige horizon botslichaam29, de kneuzingen uitvoeren (voor een matige tot ernstige mate van SCI, gebruik een kracht van 210 kdyn met geen Nadruktijd)18. Suture samen de gespierde laag en fascia in het ruggenmerg met behulp van de 4-0 diameter monofilamenten en sluit de huid met 9 mm chirurgische wond clips. Beheren van postoperatieve drugs, zoals gentamicine sulfaat (5 mg/kg per dag gedurende 5 dagen; antibioticum te vermijden blaasontsteking) en meloxicam (1 mg/kg subcutaan, pijnstiller voor de eerste 48 uur en vervolgens als nodig). Dieren in een schone kooi op een verwarming pad plaatsen. Controleer dierlijke vital signs elke 15 minuten totdat ze volledig wakker uit de narcose.  Tijdens de eerste dag van de postoperatieve, de dieren worden aangemoedigd om te eten met een zoete traktatie. Gedurende de eerste 48 uur (driemaal per dag op het tijdstip van handmatige crede – zie 2.10), ratten op inactiviteit, vocalisatie in reactie op de behandeling, en het ontbreken van verlangen om te eten en drinken worden gecontroleerd.  Als analgesie toereikend is gevonden, is het veterinaire personeel gecontacteerd. Gedurende de eerste twee weken durende herstelfase geeft worden de dieren geobserveerd voor bewijs van infectie of andere complicaties. Eenmaal reflex leren rendement, de dieren zijn doorgaans twee keer per dag (vroege ochtend en late namiddag). Dieren met infecties of significant gewichtsverlies zijn onmiddellijk euthanized. Met betrekking tot de inname van voedsel en water, de cut off point voor euthanasie is wanneer het dier heeft bereikt iets meer dan 20% verlies van het gewicht. Normale gewichtsverlies na chirurgie en onbruik atrofie van de spieren onder het niveau van het letsel is 15-20%. Alle dieren worden ten minste eenmaal per week gewogen. Blaas legen met behulp van de handmatige Credé manoeuvre 3 keer per dag (8 uur, 3 uur, 10 pm) procedures uitvoeren totdat reflexieve blaas functie is teruggekeerd (3-6 dagen gemiddeld voor kneuzingen)26,30. 3. de trainingsfase LT niet eerder dan twee weken bericht-SCI, zoals initiatiefnemende interventies te vroeg secundaire schade cascades31 verergeren kunnenbeginnen. Week 1 acclimatisatie aan loopband opleiding: het vervoer van de ratten aan een stille ruimte die is gereserveerd voor de opleiding. Op dag 1, willekeurig en gelijkmatig verdelen de SCI dieren in opgeleid en niet-opgeleide controlegroepen, ter verantwoording voor potentiële variabiliteit in zowel de schade zelf, alsmede de mate van spontaan herstel na kneuzingen. Bijvoorbeeld, ratten te verdelen in 4 aparte groepen: viervoetig opgeleide (QT), alleen-voorpoot opgeleide (FT), niet-opgeleide controle (NT) en niet-opgeleide kooi controle (HC). Een schijnvertoning groep waar dieren ontvangen een laminectomie maar geen letsel en anders hetzelfde als de andere groepen worden behandeld kan ook worden gebruikt als een ongedeerd controlegroep zonder opleiding. Plaats van elk dier in de respectieve Tuigje (Figuur 1) en Fast harnassen aan het steunmechanisme dat lichaam gewicht boven de loopband via alligator clips die zijn vastgemaakt naar gewicht ondersteuning springs (Figuur 2 en figuur 3). Dit vereist het dier vast te stellen op een plek op de loopband, ervoor te zorgen dat ze gaan in de aangewezen voorwaartse richting en snelheid.Opmerking: Wegens de beperkingen van tijd en personeel voert de auteurs lab dagelijkse training in groepen van twaalf dieren, drie in elke deelverzameling groep. Start het proces van de acclimatisering na de eerder gepubliceerde protocol17. Beginnen acclimatisatie aan LT (begin van de week 3 post-SCI) met een geleidelijke loopband blootstelling regime, toegenomen van 10 min op dag 1 aan de volledige doelgroep van 58 min de eerste week (tabel 2). Meestal door dag 4 acclimatiseren de dieren goed aan de opleiding regime. Als een dier niet de voortgang op de derde dag van de acclimatisering toont, de tijd zou zijn verminderd en extra dagen toegevoegd op een meer geleidelijke helling-up (zelden). Als een dier tijdens de eerste dag of twee niet aan de opsluiting van de kabelboom en de loopband aanpassen doet, stoppen de trainingssessie, verwijderen uit het harnas, plaatst u het dier terug in zijn kooi en geef het twee traktaties te helpen versterken van de naleving van de toekomstige. De volgende dag, plaats het dier in het harnas en gewicht systeem opnieuw gedurende 10 minuten. Op de daaropvolgende dagen, in eerste instantie de duur uitbreiden door 20 min dan blijven stijgen de opleiding duur dagelijks om de volledige opleiding door dag 10. Volg de gedetailleerde opleiding regime bepaald in tabel 2. Vanwege beperkte hind-limb gebruik na blessure vergt ratten in de QT-groep handmatige versoepeling voor juiste paw plaatsing terwijl intensivering op de loopband. Gebruik één vinger aan elke kant (meestal de derde cijfer) steun ter ondersteuning van de heup/taille. Wanneer het dier verdere bijstand vereist in de intensivering, deze dezelfde vinger gebruiken toe te passen druk boven de knie tot intensivering. Indien nodig, een aparte vinger (meestal het vijfde cijfer) gebruiken om te helpen de voet bij de intensivering.Opmerking: De hoeveelheid lichaam gewicht steun nodig varieert van dier tot dier en verandert naarmate de opleiding vordert. De steunregeling van het voorjaar geeft voldoende hulp om te houden van het dier geplaatst voor een juiste gang. Verdere steun is verleend zo nodig door de trainer per boven. Merk op dat een sleutelelement voor LT functioneel juiste paw plaatsing voor de intensivering is en interlimb van de coördinatie die wordt bevorderd door de trainer en is onafhankelijk van de steunregeling. Aanpassen voor de FT oefening groep, het lichaamssysteem voor het support van gewicht te licht verheffen de hind ledematen om ervoor te zorgen geen sensorische stimuli aan de poten en geen invloed van het gewicht gebeurt door contact met de loopband.Opmerking: De FT-groep dient als een oefening en metabole controle, vergelijkbaar met die van een hand-crank oefening in studies van de menselijke activiteit gebaseerde training. De NT-groep hebben ingezet en aangesloten op het lichaam gewicht support systeem op een soortgelijke manier als de QT en plaats de NT-groep in de buurt van de QT werkgroep datatransmissies met de toetsen (Figuur 2 en figuur 3).Opmerking: De NT-groep ontvangt geen activiteit en de besturingselementen voor de eventuele mogelijke gevolgen van het wordt ingezet voor een lange periode. Een groep van de kooi kan dienen als een extra controle. Vervoer van deze dieren naar de opleiding faciliteit als een extra stap voor deze groep. Dag 7 -10 na de start van LT, trainen elke dier eenmaal daags, elke dag tot de dag van beëindiging van de studie. Na elke dag van de opleiding, elk dier een zoete traktatie geven ter versterking van de compliance. Dagelijkse LT voort dieren na de 1U regime bepaald in tabel 2 voor de duur van de studie (b.v., 8-12 weken na te bootsen de geschatte 80 uur sessies die worden gedaan in klinische studies)9. 4. euthanasie en weefsel collectie Een dodelijke dosis van de verdoving toedienen aan het dier dat aan AVMA richtsnoeren inzake euthanasie voldoet. Wanneer het hart nog net klopt, onmiddellijk beginnen met het dier in een speciale zuurkast eerst zoogdierlevercellen met koude EDTA saline, gevolgd door koude, 4% paraformaldehyde-oplossing. Beginnen met behulp van chirurgische schaar te maken van een incisie over het middenrif, bloot de borstholte. Blijven te snijden door de ribbenkast rostrally aan beide zijden, het verwijderen van de ribbenkast. Steek de perfusie naald in het linkerventrikel van het hart en klem naald met hemostats en clip de juiste atrium. Met behulp van een perfusie pomp mechanisme, toestaan de koude heparinized zoutoplossing te stromen door de bloedvaatjes van het dier. Eenmaal duidelijk zoute voortvloeit uit het recht atrium, overschakelen naar de koude 4% paraformaldehyde oplossing, totdat het lichaam heeft verstijfd. Nodige weefsel zoals de nieren, blaas, dikke darm, hersenen, zintuiglijke ganglia en ruggenmerg verwijderen en opslaan in 4% paraformaldehyde voor maximaal 48 uur bij 4 ° C. Na 24-48 h, weefsel te verhuizen naar 30% sucrose en bewaren bij 4 ° C. Verplaatsen verzamelde weefsel in een 30% sacharose/fosfaat gebufferde cryoprotectant oplossing totdat weefsel klaar voor het snijden is. Te snijden van weefsel, insluiten in een weefsel bevriezing omheind en snijd op een cryostaat op gewenste dikte afhankelijk van het soort weefsel gebruikt (bv, 35 µm voor hersenen en ruggenmerg weefsel, 5-7 µm voor orgel weefsels).

Representative Results

Na deze opleiding protocol, het is gedocumenteerd dat uitsluitend de QT dieren superieur motorische functie aantonen wanneer vergeleken bij de andere groepen18. Echter, vanwege de aard van onze lab, onze primaire focus is te onderzoeken niet-motorische voordelen van activity based taak-specifieke training (ABT), met inbegrip van de blaas, darm en seksuele functie. Bijvoorbeeld, hebben we eerder gepubliceerde gegevens waarin LT resultaten in een oefening geïnduceerde vermindering van polyurie in zowel QT en FT groepen van SCI ratten (Figuur 4)17. Een schade-geïnduceerde afname transformeren groeifactor-β (TGF-β) expressie in de nier, indicatief voor een gewijzigde immuunrespons, werd ook niet gezien in QT en FT groepen, die had TGF-β peil dat gelijk was aan sham (geen schade) dieren. In de dezelfde studie17, werd wakker cystometry uitgevoerd voordat euthanasie en weefsel collectie. De maximale amplitude van de contracties van de blaas tijdens nietig cycli was niet significant verschillend in schijn, QT en FT groepen, terwijl NT-groepen bleef aanzienlijk veranderd. Samen, blijkt deze gegevens een positieve oefening uitkomst op gezondheids-, blaas- en nierfunctie, dus verbetering van urinaire functie na SCI. De mechanismen die onderliggende polyurie binnen de SCI-bevolking is momenteel niet duidelijk maar is waarschijnlijk multi factoriële32. Sommige hebben hypothetische, bijvoorbeeld dat pooling van vloeistof in de onderste ledematen terwijl SCI individuen zijn in een rolstoel kunnen leiden tot vloeistof overload en verhoogde vloeistof eliminatie tijdens posturale verschuivingen (zoals het verplaatsen van zitten tot liegen)33. Een dergelijke verklaring niet in het bezit voor de pre-klinische model, die heeft geleid tot het in eerste instantie richten op arginine vasopressine (AVP), het hormoon dat de controles vloeistof homeostase in het lichaam en met oefening kan worden gedifferentieerd. AVP besturingselementen vloeistof homeostase door activering van de V2-receptor in de nieren die water resorptie van de renale verzamelen leidingen34vergemakkelijkt. Voorlopig bewijs van een proefproject (chronische tijd-point met één laesie Ernst – 210 kdyn effect kracht) geven een gunstig effect van oefening (LT en FT) op V2 receptor niveaus in de rat nier (Figuur 5). Figuur 1: op maat gemaakte tuigen maat voor mannelijke Wistar ratten. Zowel NT als QT dieren worden geplaatst in hetzelfde type van de jas (A) rekening houdend met het gebruik van hind ledematen in het geval van QT dieren. Er zijn extra bandjes naaide op het harnas voor FT dieren (B) gebruikt om te doen opstaan de hind ledematen, geen lichaam gewicht steun te verzekeren. De grote materiële gedeelten van de haak-en-loop van de kabelboom toestaan voor gemakkelijke aanpassingen aan verschillende formaat dieren en aan eventuele wijzigingen in de grootte van een afzonderlijk dier na verloop van tijd. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Figuur 2: opleiding van station setup. Lichaam gewicht steunmechanisme rondom de loopband voor NT (uiterst links), QT (midden) of FT (rechts) groepen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Figuur 3: met dieren-trainingsstation. Top (A) en (B) Zijaanzichten tonen lichaamsgewicht ondersteuning mechanisme en de locatie van bijlage ondersteuning clips aan de harnassen. Merk op dat de achterste ledematen van de FT dier (B) wordt verhoogd en de gordel van de loopband uitgeschakeld. Inzet (C) portretteert een nauwere weergave van de clip bevestigd aan het harnas. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Figuur 4: ABT effecten op rat polyurie na SCI. Het totale volume van de urineproductie (A) verhoogd na SCI (*; p < 0,05) en weer dichter bij basislijn na 9 weken LT training in zowel QT en FT groepen bleef maar meer in de groep NT ten opzichte van de opgeleide groepen (#; p < 0,05). Alle groepen aangetoond verhoogde urineproductie in vergelijking met basislijn op 9 weken en nietig toenemen (B). Het is belangrijk op te merken dat het aantal vides (C) en de hoeveelheid water inname (D) hetzelfde van alle fracties gebleven. Waarden zijn middelen ± standaardafwijking. Dit cijfer wordt gepubliceerd met de auteur toestemming17. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Figuur 5: ABT effecten op rat nier. Western blot resultaten voor rat nier niveaus van V2 receptoren in 5 groepen van 4 ratten elke (20 totaal), tonen expressie niveaus voor de eiwit-bands waarin paneel A en groep betekent densitometrie resultaten van de analyse van de bands (met behulp van ImageJ; OD = optische dichtheid) in deelvenster B, die aangeeft een significante (*; p < 0.05) afname van de receptoren bij een chronische tijd-punt (12 weken) post-SCI en geen daling ten opzichte van de basislijn (sham chirurgische controles) voor groepen ontvangen 10 weken één uur durende dagelijkse ABT. Foutbalken vertegenwoordigen standaardfout. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Ketamine/Xylazine dosis grafiek Effectieve dosis: Met behulp van 100 mg/mL ketamine voorraad en 20 mg/mL xylazine voorraad *** 80 mg/kg ketamine 10 mg/kg xylazine 1,0 mL van het mengsel injectie = 0.62 mL ketamine voorraad (100 mg/mL) + 0.38 mL xylazine voorraad (20 mg/mL) Dierlijke gewicht Mengsel injectie Dierlijke gewicht Mengsel injectie (g) (mL) (g) (mL) 100 0.13 275 0.36 105 0.14 285 0.37 110 0.14 290 0.38 115 0,15 300 0.39 120 0.16 305 0.4 125 0.16 310 0.4 130 0,17 315 0,41 135 0.18 320 0,42 140 0.18 325 0,42 145 0.19 330 0,43 150 0.2 335 0.44 155 0.2 54v 0.44 160 0.21 345 0,45 165 0.21 350 0,46 170 0.22 355 0,46 175 0.23 360 0.47 180 0.23 365 0.47 185 0,24 370 0,48 190 0,25 375 0,49 195 0,25 380 0,49 200 0.26 385 0,5 205 0.27 390 0.51 210 0.27 395 0.51 215 0.28 400 0.52 220 0,29 410 0,53 225 0,29 420 0,55 230 0.3 430 0,56 235 0.31 440 0.57 240 0.31 450 0.59 245 0.32 460 0.6 250 0,33 470 0.61 255 0,33 480 0.62 260 0.34 490 0.64 265 0.34 500 0.65 270 0.35 510 0,66 Tabel 1: Verdoving dosering grafiek op basis van het gewicht van het individuele dier. Trainingstijd(min) Toerental (cm/s) Duur (min) 0-1 6 1 1-2 8.4 1 2-3 10,8 1 3-8 13.2 5 8-13 10,8 5 13-28 13.2 15 28-33 10,8 5 33-38 6 5 38-43 8.4 5 43-58 13.2 15 Tabel 2: Opleiding regime van instellingen voor afspeelsnelheid die de loopband moet overeenkomen met de tijd doorgebracht bij elk toerental.

Discussion

Onze methoden van ABT op ratten na SCI een nieuwe therapeutische interventie is. Terwijl andere methoden van oefening en stap training in diermodellen35,bestaat bootst36,,37, deze methode LT klinisch uitgevoerd in de menselijke populatie van SCI, waar we hebben gezien van veelbelovende resultaten23. Met de combinatie van onze instelling, regime en gebruik van controledieren, zal de resultaten met behulp van onze opleiding paradigma helpen om te begrijpen van de voordelen van ABT nadat SCI. toekomst toepassingen van dit protocol omvatten observeren van de beschreven resultaten van ABT op verschillende opleiding termijnen, alsmede het effect dat ABT op het herstel van verschillende niveaus en afmetingen van letsel heeft.

Een beperking van dit ontwerp is de lengte van tijd voor dergelijke experimenten. Gezien het feit dat onze opleiding regime voor elk dier 1 uur per dag, elke dag 10 weken, vereist is aanzienlijke personeel tijd en een georganiseerde schema een noodzaak. Een belangrijk aspect dat speciale aandacht vereist omvat de FT-groep, die beschikt over unieke tuigen met haak-en-loop materiële bandjes om de ledematen van hind boven de loopband voor de eliminatie van gewicht veilig te ondersteunen. Het is belangrijk om ervoor te zorgen dat het dier geen gewicht ondersteuning, heeft daarom een platform is niet gepositioneerd onder de rat achterste poten ontvangt. Daarnaast, zoals vorige studies hebben aangegeven dat de sensorische input een belangrijkste bestuurder van het bewegingsstelsel plasticiteit in het ruggenmerg38,39,40 is, is er een constante behoefte aan behandeling van de QT-groep om te helpen met intensivering op dezelfde manier als fysiotherapeuten in de klinische setting.

Een belangrijke wijziging aangebracht aan het systeem van de verkrijgbare loopband gebruikt voor de dieren werd de polariteit omkeren. Na het blootstellen van de motor, waren de positieve en negatieve draden overgestapt die keert de richting die de loopband wordt verplaatst. Dit zorgt voor meer ruimte en gemakkelijker toegang te bereiken en te helpen bij het trainen van de dieren (het systeem is voorzien van een raster van de schok aan het ene uiteinde dat is ontworpen om te voorkomen dat niet-benut, spinally intact dieren stap uit de tredmolen gordel).

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

De auteurs erkennen Drs. Patricia Ward, April Herrity en Susan Harkema voor hun bijdrage en begeleiding, Christine Yarberry voor chirurgische hulp, Yangsheng Chen, Andrea Willhite en Johnny Morehouse voor technische bijstand en Darlene Burke voor bijstand met statistieken en gedrags-evaluaties. Financiering van de steun voor dit werk werd verzorgd door het ministerie van defensie (W81XWH-11-1-0668 en W81XWH-15-1-0656) en de Kentucky Spinal Cord en hoofd letsel Research Trust (KSCHIRT 14-5).

Materials

Exer-3R treadmill Columbus Instruments reversed polarity of the motor
Body weight support system N/A N/A modified spring scales with alligator clips
Rat harness N/A N/A Our harnesses are custom made; please refer to Figure 1 for visual.
Infinite Horizon (IH) impactor device Precision Systems and Instrumentation Model 0400
Ketamine HCl Hospira NDC 0409-2053-10
Xylazine (AnaSed Injection) Akorn Animal Health NDC 59399-110-20
Meloxicam (Eloxiject) Henry Schein Animal Health NDC 116695-6925-2
Gentamicin Sulfate (GentaFuse) Henry Schein Animal Health NDC 11695-4146-1
urethane, 97% Argos Organics CAS 51-79-6
4-0 monofilament suture kit (4-0 Ethilon Nylon Suture) Ethicon, LLC 205016
Michel suture clips (9mm Auto Clips) MikRon Precision, Inc. 1629
Heating pad Mastex Industries, Inc Model 500
Tootie Fruitys cereal Malt O Meal For training reward
Male Wistar rats Envigo
Size 10 surgical scalpel blades Miltex SKU: 4-110
DOWNLOAD MATERIALS LIST

参考文献

  1. Ahuja, C. S., et al. Traumatic spinal cord injury. Nature Reviews Disease Primers. 3, 17018 (2017).
  2. Behrman, A. L., Harkema, S. J. Locomotor training after human spinal cord injury: a series of case studies. Physical Therapy. 80 (7), 688-700 (2000).
  3. Anderson, K. D. Targeting recovery: priorities of the spinal cord-injured population. Journal of Neurotrauma. 21 (10), 1371-1383 (2004).
  4. Steadman, C. J., Hubscher, C. H. Sexual function after spinal cord injury: innervation, assessment, and treatment. Current Sexual Health Reports. 8 (2), 106-115 (2016).
  5. Behrman, A. L., et al. Locomotor training progression and outcomes after incomplete spinal cord injury. Physical Therapy. 85 (12), 1356-1371 (2005).
  6. Dietz, V., Harkema, S. J. Locomotor activity in spinal cord-injured persons. Journal of Applied Physiology. 96 (5), 1954-1960 (2004).
  7. Harkema, S., et al. Effect of epidural stimulation of the lumbosacral spinal cord on voluntary movement, standing, and assisted stepping after motor complete paraplegia: a case study. The Lancet. 377 (9781), 1938-1947 (2011).
  8. Harkema, S. J., et al. Locomotor training: as a treatment of spinal cord injury and in the progression of neurologic rehabilitation. Archives of physical medicine and rehabilitation. 93 (9), 1588-1597 (2012).
  9. Jayaraman, A., et al. Locomotor training and muscle function after incomplete spinal cord injury: case series. The Journal of Spinal Cord Medicine. 31 (2), 185-193 (2008).
  10. Behrman, A. L., Bowden, M. G., Nair, P. M. Neuroplasticity after spinal cord injury and training: an emerging paradigm shift in rehabilitation and walking recovery. Physical Therapy. 86 (10), 1406-1425 (2006).
  11. Edgerton, V. R., Tillakaratne, N. J., Bigbee, A. J., de Leon, R. D., Roy, R. R. Plasticity of the spinal neural circuitry after injury. Annual Review of Neuroscience. 27, 145-167 (2004).
  12. Barbeau, H., Rossignol, S. Recovery of locomotion after chronic spinalization in the adult cat. Brain Research. 412 (1), 84-95 (1987).
  13. Lovely, R. G., Gregor, R., Roy, R., Edgerton, V. R. Effects of training on the recovery of full-weight-bearing stepping in the adult spinal cat. Experimental Neurology. 92 (2), 421-435 (1986).
  14. Multon, S., Franzen, R., Poirrier, A. -. L., Scholtes, F., Schoenen, J. The effect of treadmill training on motor recovery after a partial spinal cord compression-injury in the adult rat. Journal of Neurotrauma. 20 (8), 699-706 (2003).
  15. Moraud, E. M., et al. Closed-loop control of trunk posture improves locomotion through the regulation of leg proprioceptive feedback after spinal cord injury. Scientific Reports. 8 (1), 76 (2018).
  16. Hubscher, C. H., et al. Effects of exercise training on urinary tract function after spinal cord injury. American Journal of Physiology-Renal Physiology. 310 (11), F1258-F1268 (2016).
  17. Ward, P. J., et al. Novel multi-system functional gains via task specific training in spinal cord injured male rats. Journal of Neurotrauma. 31 (9), 819-833 (2014).
  18. Ward, P. J., et al. Optically-induced neuronal activity is sufficient to promote functional motor axon regeneration in vivo. PloS One. 11 (5), e0154243 (2016).
  19. Edgerton, V. R., et al. Retraining the injured spinal cord. The Journal of physiology. 533 (1), 15-22 (2001).
  20. Angeli, C. A., Edgerton, V. R., Gerasimenko, Y. P., Harkema, S. J. Altering spinal cord excitability enables voluntary movements after chronic complete paralysis in humans. Brain. 137 (5), 1394-1409 (2014).
  21. Behrman, A. L., Ardolino, E. M., Harkema, S. J. Activity-Based Therapy: From basic science to clinical application for recovery after spinal cord injury. Journal of Neurologic Physical Therapy. 41, S39-S45 (2017).
  22. Hubscher, C. H., et al. Improvements in bladder, bowel and sexual outcomes following task-specific locomotor training in human spinal cord injury. PloS One. 13 (1), e0190998 (2018).
  23. Rejc, E., Angeli, C. A., Bryant, N., Harkema, S. J. Effects of stand and step training with epidural stimulation on motor function for standing in chronic complete paraplegics. Journal of Neurotrauma. 34 (9), 1787-1802 (2017).
  24. Hall, B. J., et al. Spinal cord injuries containing asymmetrical damage in the ventrolateral funiculus is associated with a higher incidence of at-level allodynia. The Journal of Pain. 11 (9), 864-875 (2010).
  25. Hubscher, C. H., Johnson, R. D. Effects of acute and chronic midthoracic spinal cord injury on neural circuits for male sexual function. II. Descending pathways. Journal of Neurophysiology. 83 (5), 2508-2518 (2000).
  26. Hubscher, C. H., Johnson, R. D. Chronic spinal cord injury induced changes in the responses of thalamic neurons. Experimental Neurology. 197 (1), 177-188 (2006).
  27. Ward, P. J., Hubscher, C. H. Persistent polyuria in a rat spinal contusion model. Journal of Neurotrauma. 29 (15), 2490-2498 (2012).
  28. Scheff, S. W., Rabchevsky, A. G., Fugaccia, I., Main, J. A., Lumpp, J. E. Experimental modeling of spinal cord injury: characterization of a force-defined injury device. Journal of Neurotrauma. 20 (2), 179-193 (2003).
  29. Ferrero, S. L., et al. Effects of lateral funiculus sparing, spinal lesion level, and gender on recovery of bladder voiding reflexes and hematuria in rats. Journal of Neurotrauma. 32 (3), 200-208 (2015).
  30. Smith, R. R., et al. Swim training initiated acutely after spinal cord injury is ineffective and induces extravasation in and around the epicenter. Journal of Neurotrauma. 26 (7), 1017-1027 (2009).
  31. Oelke, M., et al. A practical approach to the management of nocturia. International Journal of Clinical Practice. 71 (11), e13027 (2017).
  32. Claydon, V., Steeves, J., Krassioukov, A. Orthostatic hypotension following spinal cord injury: understanding clinical pathophysiology. Spinal Cord. 44 (6), 341 (2006).
  33. Antunes-Rodrigues, J., De Castro, M., Elias, L. L., Valenca, M. M., McCANN, S. M. Neuroendocrine control of body fluid metabolism. Physiological Reviews. 84 (1), 169-208 (2004).
  34. Côté, M. -. P., Azzam, G. A., Lemay, M. A., Zhukareva, V., Houlé, J. D. Activity-dependent increase in neurotrophic factors is associated with an enhanced modulation of spinal reflexes after spinal cord injury. Journal of Neurotrauma. 28 (2), 299-309 (2011).
  35. Dupont-Versteegden, E. E., et al. Exercise-induced gene expression in soleus muscle is dependent on time after spinal cord injury in rats. Muscle & Nerve: Official Journal of the American Association of Electrodiagnostic Medicine. 29 (1), 73-81 (2004).
  36. De Leon, R., Hodgson, J., Roy, R., Edgerton, V. R. Full weight-bearing hindlimb standing following stand training in the adult spinal cat. Journal of Neurophysiology. 80 (1), 83-91 (1998).
  37. Pearson, K. G. . Progress in brain research. 143, 123-129 (2004).
  38. Gerasimenko, Y., et al. Feed-forwardness of spinal networks in posture and locomotion. The Neuroscientist. 23 (5), 441-453 (2017).
  39. Courtine, G., et al. Transformation of nonfunctional spinal circuits into functional states after the loss of brain input. Nature Neuroscience. 12 (10), 1333 (2009).

タグ

Spinal Cord InjuryLocomotor TrainingTreadmillActivity-based TrainingRehabilitationWistar RatsContusionAutonomic DysfunctionUrinaryBowelSexual Function

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
記事を引用
Gumbel, J. H., Steadman, C. J., Hoey, R. F., Armstrong, J. E., Fell, J. D., Yang, C. B., Montgomery, L. R., Hubscher, C. H. Activity-based Training on a Treadmill with Spinal Cord Injured Wistar Rats. J. Vis. Exp. (143), e58983, doi:10.3791/58983 (2019).
引用ダウンロード
転載と許可

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image