Acute wijzigingen kwantificeren van de renale sympathiek zenuw activiteit in reactie op het centrale zenuwstelsel manipulaties bij narcose ratten
Summary
Methoden voor het meten van sympathiek en cardiovasculaire reacties op het centrale zenuwstelsel (CNS) manipulaties zijn belangrijk voor het bevorderen van de neurowetenschappen. Dit protocol werd ontwikkeld om te helpen wetenschappers met meten en kwantificeren van acute wijzigingen in renal sympathiek zenuw activiteit (RSNA) bij narcose ratten (niet-overleving).
Abstract
Renale sympathiek zenuw activiteit (RSNA) en gemiddelde arteriële druk zijn belangrijke parameters in de cardiovasculaire en autonome onderzoek; echter, er zijn beperkte middelen leiden wetenschappers in de technieken voor het meten en analyseren van deze variabelen. Dit protocol beschrijft de methoden voor het meten van de RSNA en gemiddelde arteriële druk bij narcose ratten. Het protocol bevat ook de benaderingen voor toegang tot de hersenen tijdens RSNA opnames voor manipulaties van het centrale zenuwstelsel (CNS). De RSNA opname-techniek is compatibel met farmacologische, optogenetic, of elektrische stimulatie van het centraal zenuwstelsel. De aanpak is handig wanneer een onderzoeker zal op korte termijn (min tot en met h) en autonome reacties in niet-survival experimenten te correleren anatomisch met CNS kernen meten. De aanpak is niet bedoeld om te worden gebruikt voor het verkrijgen van chronische (overleving) opnames van de RSNA in ratten. Lozingen in RSNA, gemiddeld gerectificeerd RSNA en gemiddelde arteriële druk kan worden gekwantificeerd en geanalyseerd verder met parametrische statistische toetsen. Methoden voor het verkrijgen van veneuze toegang, gemiddelde arteriële druk telemetrically opnemen en hersenen fixatie voor toekomstige histologische analyse worden ook beschreven in het artikel.
Introduction
Pre-klinische ontdekkingen over autonome controle van het cardiovasculaire systeem informeren strategieën voor het beheer van aandoeningen, zoals hypertensie, hartfalen en chronische nierziekte. Overmatige activiteit van het sympathische zenuwstelsel en verminderde vagale cardiale Toon bijdragen tot een verhoogde bloeddruk (BP)1. Chronisch verhoogde renale sympathiek uitstroom verbetert catecholamine secretie en vermindert renale doorbloeding, met schadelijke gevolgen voor de cardiovasculaire/renale systemen2,3. Als u wilt definiëren de neurobiologische trajecten leiden tot autonome dysfunctie, zijn studies in knaagdieren belangrijk voor het bepalen hoe centrale zenuwstelsel (CNS) neuronen reguleren sympathiek parameters. Het doel van dit protocol is bedoeld als technische informatie over het meten van de renale sympathiek zenuw activiteit (RSNA) en BP en te schetsen van de technieken voor het kwantificeren van acute sympathiek veranderingen in reactie op CNS manipulaties bij narcose ratten.
Acute (niet-overleving) RSNA metingen (duurzame min tot en met h) zijn handig als wetenschappers de CNS farmacologisch, elektrisch sonde zal, of optogenetically in verdoofd ratten om de functies van specifieke kernen te bepalen. Met behulp van deze methoden, structuren zoals de eenzame kern, Periaqueductale grijs, zijn pedunculopontine tegmentum, en de rostraal ventrolateral medulla onderzocht om te definiëren neurobiologische trajecten regulering van de sympathieke parameters4, 5,6,7. Deze benadering is belangrijk voor het identificeren van de CNS doelstellingen worden onderzocht verder in chronische modellen van autonome disfunctie8,9. Voltooi deze experimenten, vereist het laboratorium een soldeerbout, chirurgische Microscoop, stereotaxic frame, micro-elektrode versterker en monitor audio. Afhankelijk van de factoren die in het laboratorium aanwezig die aan elektrische ruis bijdragen, kan de omgeving van het chirurgische/opname een Faraday kooi/aarding riem om elektrische ruis in de RSNA opname vereisen. Als de hersenen analyses vergt weefsel fixatie, een perfusie pomp en fume hood zijn vereist. Gegevens kunnen worden gedigitaliseerd en opgenomen met behulp van meerdere fysiologische software/data acquisition (analoog / digitaal-converter) eenheden4,5, met verschillende analyse opties en compatibiliteit voor de integratie van telemetrische signalen .
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritische stappen voor het meten van de RSNA omvatten: (1) het voorkomen van stretching van de renale slagader en de zenuwen bij het scheiden van de nier van de paraspinal spier en bij het plaatsen van het zenuw-segment op de elektroden van de opname, (2) zorgvuldig ontrafeling van de renale zenuwvezels van het omringende weefsel/vaartuig, (3) ervoor te zorgen dat de elektrode draden zijn vrij van weefsel, bloed of lymfe vloeistof en (4) beletten de zenuw uitdrogen door toepassing van minerale olie op de renale zenuw en …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Deze studie werd ondersteund door het Rijksinstituut voor verpleegkunde onderzoek (K99/R00NR014369).
Materials
| Stainless steel wire | A-M Systems; Sequim, WA | 791000 | RSNA electrode |
| Polyethylene (PE-50) tubing | VWR; Radnor, PA | 63019-048 | RSNA electrode; vessel cannulation |
| Miniature pin connector | A-M Systems; Sequim, WA | 520200 | RSNA electrode |
| Crimping tool | Daniels Manufacturing Corp.; Orlando, FL | M22520 | RSNA electrode |
| Connector strip | Amphenol; Clinton Township, MI | 221-2653 | RSNA electrode |
| J-B Kwik Epoxy | J-B Weld, Sulphur Springs, TX | 8270 | RSNA electrode |
| Silicone | Permatex; Hartford, CT | 2222 | RSNA electrode |
| Heparin sodium; Injectable (10 mL vial, 1000 U/mL) | KV Veterinary Supply; David City, NE | P03466 | Venous line patency |
| Phenylephrine HCl; Injectable (1 mL vial; 10 mg/mL) | ACE Surgical Supply; Brockton, MA | 950-6312 | Testing renal sympathoinhibition |
| Single-hook elastic surgical stays | Harvard Apparatus; Holliston, MA | 72-2595 | Incision |
| Silk surgical tape | 3M, Minneapolis, MN | 1538-0 | Secure surgical stays |
| Needles, 20 G | Sigma-Aldrich; St. Louis, MO | Z192554-100EA | Vessel cannulation |
| Dumont #7 curved forceps | Fine Science Tools; Foster City, CA | 11274-20 | Vessel cannulation |
| 5-0 silk suture ties | Braintree Scientific; Braintree, MA | SUT-S 106 | Vessel cannulation |
| Delicate hemostatic forceps | Roboz Surgical Instrument Co.; Gaithersburg, MD | RS-7117 | Vessel cannulation and RSNA surgery |
| Crile Hemostatic forceps | Fine Science Tools; Foster City, CA | 13004-14 | Needle bending |
| Telemetry transmitter | Data Sciences International; Minneapolis, MN | PA-10 | Mean arterial pressure monitoring (telemetry) |
| Re-gel syringe | Data Sciences International; Minneapolis, MN | 276-0038-001 | Transmitter reuse (telemetry) |
| Disposable pressure transducer | Transpac; San Clemente, CA | MI-1224 | Mean arterial pressure monitoring |
| Clear-Cuff pressure infuser | MILA International Inc.; Florence, KY | 2281339 | Mean arterial pressure monitoring |
| Vessel cannulation forceps | Fine Science Tools; Foster City, CA | 00574-11 | Catheter insertion |
| Black monofilament nylon 4-0 suture on reverse cutting needle | McKesson Medical-Surgical; San Francisco, CA | S661GX | Secure telemetry transmitter |
| Telemetry receiver | Data Sciences International; Minneapolis, MN | RPC-1 | Mean arterial pressure monitoring (telemetry) |
| LabChart Pro (software), PowerLab (acquisition hardware) | AD Instruments; Colorado Springs, CO | ML846, MX2 matrix 2.0 (Compatible with Data Science International telemetry) | 3 options for software/acquisition hardware |
| SciWorks (software), DataWave (acquisition hardware) | DataWave Technologies, Loveland, CO | N/A | |
| Spike 2 (software), Micro1401-3 | Cambridge Electronic Design Ltd., London UK | 1401-3 | |
| Micro-drill | Roboz Surgical Instrument Co.; Gaithersburg, MD | RS-6300 | CNS surgery |
| Stereotaxic surgery frame | Stoelting; Wood Dale, IL | 51600 | CNS surgery |
| Microelectrode amplifier with 10X pre-amplifier | A-M Systems; Sequim, WA | 1800-2 | RSNA recording |
| Retractors | Fine Science Tools; Foster City, CA | 17009-07 | RSNA surgery |
| Micro-dissecting tweezers | Fine Science Tools; Foster City, CA | 11251-10 | RSNA surgery |
| Micro-hook | Fine Science Tools; Foster City, CA | 10064-14 | RSNA surgery |
| Mineral oil | Fisher Scientific; Waltham, MA | 8042-47-5 | RSNA surgery |
| Audio monitor | A-M Systems; Sequim, WA | 3300 | RSNA surgery |
| Silica gel | Wacker, Munchen; Germany | RT601A-B | RSNA surgery |
| Electrical clips | Tyco Electronics; Schaffhausen, Switzerland | EB0283-000 | Grounding or securing perfusion needle |
| Bonn scissors, straight/sharp points | Roboz Surgical Instrument Co; Gaithersburg, MD | RS-5840 | Perfusion |
| Gavage needle | Harvard Apparatus; Holliston, MA | 75-0286 | Perfusion |
| Masterflex perfusion pump | Cole-Parmer; Vernon Hills, IL | 7524-10 | Perfusion |
| Masterflex platinum-cured silicone tubing | Cole-Parmer; Vernon Hills, IL | 96410-15 | Perfusion |
| Formalin (10% buffered solution; 4 L) | Sigma-Aldrich; St. Louis, MO | HT501128 | Perfusion |
| Sucrose | Sigma-Aldrich; St. Louis, MO | S0389 | Cryoprotection |
References
- Mancia, G., Grassi, G. The autonomic nervous system and hypertension. Circulation Research. 114 (11), 1804-1814 (2014).
- Kannan, A., Medina, R. I., Nagajothi, N., Balamuthusamy, S. Renal sympathetic nervous system and the effects of denervation on renal arteries. World Journal of Cardiology. 6 (8), 814-823 (2014).
- Johns, E. J., Kopp, U. C., DiBona, G. F. Neural control of renal function. Comprehensive Physiology. 1 (2), 767 (2011).
- Fink, A. M., Dean, C., Piano, M. R., Carley, D. W. The pedunculopontine tegmentum controls renal sympathetic nerve activity and cardiorespiratory activities in Nembutal-anesthetized rats. PLoS One. 12 (11), e0187956 (2017).
- Dean, C. Endocannabinoid modulation of sympathetic and cardiovascular responses to acute stress in the periaqueductal gray of the rat. American Journal of Physiology, Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 300 (3), R771-R779 (2011).
- Seagard, J. L., et al. Anandamide content and interaction of endocannabinoid/GABA modulatory effects in the NTS on baroreflex-evoked sympathoinhibition. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 286 (3), H992-H1000 (2004).
- Ferreira, C. B., Cravo, S. L., Stocker, S. D. Airway obstruction produces widespread sympathoexcitation: Role of hypoxia, carotid chemoreceptors, and NTS neurotransmission. Physiological Reports. 6 (3), (2018).
- Stocker, S. D., Muntzel, M. S. Recording sympathetic nerve activity chronically in rats: Surgery techniques, assessment of nerve activity, and quantification. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 305 (10), H1407-H1416 (2013).
- Miki, K., Kosho, A., Hayashida, Y. Method for continuous measurements of renal sympathetic nerve activity and cardiovascular function during exercise in rats. Experimental Physiology. 87 (1), 33-39 (2002).
- Huetteman, D. A., Bogie, H. Direct blood pressure monitoring in laboratory rodents via implantable radio telemetry. Methods in Molecular Biology. 573, 57-73 (2009).
- Jespersen, B., Knupp, L., Northcott, C. A. Femoral arterial and venous catheterization for blood sampling, drug administration and conscious blood pressure and heart rate measurements. Journal of Visualized Experiments. (59), 3496 (2012).
- Paxinos, G., Watson, C. . The rat brain in stereotaxic coordinates. , (2014).
- Scislo, T. J., Augustyniak, R. A., O’Leary, D. S. Differential arterial baroreflex regulation of renal, lumbar, and adrenal sympathetic nerve activity in the rat. American Journal of Physiology. 275, R995-R1002 (1998).
- Kopp, U. C., Jones, S. Y., DiBona, G. F. Afferent renal denervation impairs baroreflex control of efferent renal sympathetic nerve activity. American Journal of Physiology, Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 295 (6), R1882-R1890 (2008).
- Guild, S. J., et al. Quantifying sympathetic nerve activity: problems, pitfalls and the need for standardization. Experimental Physiology. 95 (1), 41-50 (2010).
- Stocker, S. D., Hunwick, K. J., Toney, G. M. Hypothalamic paraventricular nucleus differentially supports lumbar and renal sympathetic outflow in water-deprived rats. Journal of Physiology. 15 (563 Pt 1), 249-263 (2005).
- Stocker, S. D., Gordon, K. W. J. Glutamate receptors in the hypothalamic paraventricular nucleus contribute to insulin-induced sympathoexcitation. Neurophysiology. 113 (5), 1302-1309 (2015).
- Saponjic, J., Radulovacki, M., Carley, D. W. Injection of glutamate into the pedunculopontine tegmental nuclei of anesthetized rat causes respiratory dysrhythmia and alters EEG and EMG power. Sleep and Breathing. 9 (2), 82-91 (2005).
- DiBona, G. F., Jones, S. Y. Dynamic analysis of renal nerve activity responses to baroreceptor denervation in hypertensive rats. Hypertension. 37 (4), 1153-1163 (2001).
- Kunitake, T., Kannan, H. Discharge pattern of renal sympathetic nerve activity in the conscious rat: spectral analysis of integrated activity. Journal of Neurophysiology. 84 (6), 2859-2867 (2000).
- Machado, B. H., Bonagamba, L. G. Microinjection of L-glutamate into the nucleus tractus solitarii increases arterial pressure in conscious rats. Brain Research. 576 (1), 131-138 (1992).
- Murakami, M., et al. Inhalation anesthesia is preferable for recording rat cardiac function using an electrocardiogram. Biological and Pharmaceutical Bulletin. 37 (5), 834-839 (2014).
- Nakamura, T., Tanida, M., Niijima, A., Hibino, H., Shen, J., Nagai, K. Auditory stimulation affects renal sympathetic nerve activity and blood pressure in rats. Neuroscience Letters. 416 (2), 107-112 (2007).
- Bardgett, M. E., McCarthy, J. J., Stocker, S. D. Glutamatergic receptor activation in the rostral ventrolateral medulla mediates the sympathoexcitatory response to hyperinsulinemia. Hypertension. 55 (2), 284-290 (2010).
- Brozoski, D. T., Dean, C., Hopp, F. A., Seagard, J. L. Uptake blockade of endocannabinoids in the NTS modulates baroreflex-evoked sympathoinhibition. Brain Research. 1059 (2), 197-202 (2005).
- Barman, S. M. What can we learn about neural control of the cardiovascular system by studying rhythms in sympathetic nerve activity?. International Journal of Psychophysiology. 103, 69-78 (2016).
- Charkoudian, N., Wallin, B. G. Sympathetic neural activity to the cardiovascular system: integrator of systemic physiology and interindividual characteristics. Comprehensive Physiology. 4 (2), 825-850 (2014).
- Malpas, S. C. Sympathetic nervous system overactivity and its role in the development of cardiovascular disease. Physiological Reviews. 90 (2), 513-557 (2010).
- Chen, W. W., Xiong, X. Q., Chen, Q., Li, Y. H., Kang, Y. M., Zhu, G. Q. Cardiac sympathetic afferent reflex and its implications for sympathetic activation in chronic heart failure and hypertension. Acta Physiologica. 213 (4), 778-794 (2015).
- Linz, D., et al. Modulation of renal sympathetic innervation: Recent insights beyond blood pressure control. Clinical Autonomic Research. , (2018).
