Манипуляция Epileptiform Electrocorticograms (ECoGs) и сна у крыс и мышей иглоукалывание
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
Эпилепсия является распространенным неврологическим расстройством, при котором повторяющиеся приступы происходят в течение продолжительности жизни пациента. Большинство эпилептических рецидивы могут быть хорошо контролируются противоэпилептическими препаратами (AEDs). Тем не менее, около 30% больных эпилепсией развиваются огнеупорную эпилепсия 1. Эпилепсия причины нарушения сна, которые могут привести к дальнейшему обострению рецидивов. Данные демонстрируют тот факт , что эпилепсия может либо нарушить сон в ночное время или может привести к чрезмерной сонливости в дневное время 2,3. Наши предыдущие исследования также указывают на, что эпилепсия происходит в zeitgeber время (ZT) 0, т.е. начало светового периода в свет: темнота цикла, уменьшается сон; это опосредовано кортикотропин-рилизинг гормона (CRH), гомеостатического фактор. Эпилепсия в ZT13 (начало темного периода) усиливает экспрессию другого гомеостатической фактора, интерлейкина-1 (IL-1), что повышает сон. Циркадные ритмы сна изменяются, когда эпилепсия возникает при ZT6, серединалегкий период 4,5. С другой стороны, проблемы со сном еще больше усугубит прогрессирования и рецидивов эпилепсии 6. На основании вышеупомянутого доказательства, мы пытаемся выявить оптимальный терапевтический метод для одновременного управления эпилепсию и предотвратить нарушения сна у больных эпилепсией. Ранее мы обнаружили , что электроакупунктуры (EA) с частотой стимуляции 10 Гц, в котором определенное количество тока доставляется в Acupoint через нержавеющей стальной иглой, успешно подавляет ЭГ (ЭГ) эпилептические деятельности и нарушения сна эпилепсия индуцированных 7 , EA с частотой стимуляции 100 Гц дальнейшее ухудшение эпилептические деятельности и нарушения сна у крыс 8,9. Этот успешный эксперимент зависит от трех факторов: во-первых, возможной эпилептического животной модели; Во-вторых, способ записи сна и анализа у грызунов; и в-третьих, точное выполнение акупунктуры и точность Acupoint Locatiдополнения.
Эпилепсией были разделены на два основных типа: фокальной эпилепсии и генерализованной эпилепсии. Мы заинтересованы в фокальной височной эпилепсии (TLE), генерализованной эпилепсии, эпилептического статуса (SE), и рецидива спонтанного генерализованной эпилепсией. Таким образом, различные манипуляции применяются для создания подходящих эпилептических моделей для наших экспериментов. Для того, чтобы установить фокусное TLE, низкая доза пилокарпина вводят в левое центральное ядро миндалины (CEA). Чтобы проверить эту модель, шесть ECOG электроды имплантированы на фронтальную (F1 & F2), теменной (P1 & P2), и затылочных (О1 & O2) долек в обоих левого и правого полушарий, а еще через две опорные электроды (R1 & R2) расположены над мозжечком обоих полушарий. Дополнительное руководство микроинъекции канюля имплантируется в левый CEA (AP, 2,8 мм от темени; мл, 4,2 мм, DV, 7,8 мм по отношению к темени). Координаты выполнены из Paxinos и Watson атласе крысы 10. Если фокусное TLE успешно индуцируется, только запись с электрода на левой теменной коре (P1), который находится рядом с левой CeA, должны приобрести доминирующие эпилептиформные ECoGs, без существенных ECoGs эпилептиформными записанных от других электродов ЭГ. Внутрибрюшинной (IP) инъекции пилокарпина в крыс индуцируют генерализованная эпилепсия и SE, но это может привести к летальному исходу. Пять IP инъекции пентилентетразол (PTZ) с однодневным интервалом между каждой инъекцией успешно индуцируют спонтанное генерализованная эпилепсия у мышей, а также обеспечить выживание мышами. Два провода ЭГ электроды имплантируют в лобной и теменной коры головного мозга у мышей, чтобы принимать сигналы ЭГ и проверить самопроизвольно рецидивирующий эпилепсию.
Полисомнография (ПСГ) представляет собой комплексный метод для записи физиологических изменений, которые происходят во время сна, и он может объективно классифицировать сон в разных стадиях без быстрого движения глаз (NREM) и гAPID движения глаз (REM) сна. PSG записывает параметры функций организма, включая мозговые волны (электроэнцефалограммы, ЭЭГ), движений глаз (electrooculogram, EOG), скелетных мышц тонов (ЭМГ, EMG), сердечного ритма (ЭКГ, ЭКГ), а уровень кислорода в крови и дыхательных параметров. У крыс, мы записываем ECoGs, ЭМГ, корковой температуры и двигательную активность для классификации состояний в бдительности бодрствования, NREM сна и быстрого сна. Анализ сна у мышей проводят с использованием ECoGs, ЭМГ и результаты двигательной активности. Крыс имплантируется с тремя ЭГ ввернуть электроды на лобной, теменной и контралатеральной мозжечка на кору стереотаксической хирургии. определение после приобретения Бдительность состояний (бодрствования, сна NREM и REM сна) проводится в соответствии с параметрами, полученных от ECoGs, ЭМГ, температуры мозга и двигательной активности. Подробные критерии категоризации поведения животного в обоих крыс и мышей описаны в тон протокол.
Как у крыс и мышей, должны быть под наркозом с низкой дозой zoletil (25 мг / кг), что составляет половину доза анестетиков обычно вводят во время стереотаксис, перед выполнением ручного акупунктура или EA. Эта доза позволяет животным просыпаются от 30 до 35 мин после инъекции. Либо ручной акупунктуры или ЕА выполняется в начале темного периода, с постоянным периодом времени 30 мин, и каждое животное последовательно обрабатывают в течение двух-трех дней. Стимулирующие токи EA поставляются в определенной Acupoint через нержавеющей стальной иглы, которая вставляется в Acupoint. Текущий стимул поезд двухфазных прямоугольных импульсов, в котором длительность импульса составляет 150 мс, а интенсивность стимуляции 1 мА. Если сухая игла используется для ручной акупунктуры, иглы вставляются в акупунктурных дерганая 10 раз каждые 5 минут. Трудная часть ручной акупунктуры или ЕА для локализации акупунктурных у грызунов. LOCданию акупунктурных у крыс или мышей похож на их анатомическое расположение в организме человека. Например, двусторонние акупунктурных Fengchi расположены 3 мм от задней срединной линии на шее, между двумя ушами, который похож на его анатомическое расположение в организме человека 11. Кроме того, акупунктурных точек с низким сопротивлением на коже может быть дополнительно подтверждена. Sham иглоукалывание или фиктивных Е.А. манипуляция необходима для акупунктуры или экспериментов EA. Sham иглоукалывание или фиктивных EA должны быть выполнены на не-Acupoint , расположенный близко к Acupoint, например, рядом с подмышечной 12.
Для того, чтобы успешно исследовать эффекты акупунктуры или ЕА на эпилепсии и эпилептических индуцированных нарушения сна, следующие факторы должны быть на месте: посильная эпилептические животная модель, точный анализ эпилептиформными ECoGs и рецидивы эпилепсии, метод классификации бдительности состояний , а точность выполнения акупунктуры или ЕА у грызунов.
Protocol
Representative Results
Discussion
Выбор посильную эпилепсию животную модель имеет важное значение для каждой экспериментальной цели. Одна из наших целей состоит в том, чтобы выяснить влияние ЕА на эпилепсию подавления. EA является альтернативной медицины, которая может проявлять терапевтический эффект при эпилепсии и…
Disclosures
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 |
References
- 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).
