שימוש בelectroretinogram כדי להעריך את התפקוד ברשתית מכרסמים וההשפעות המגנות של האיבר המרוחק איסכמי אכשור קד
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
ERG הוא פוטנציאל חשמלי שנוצר על ידי הרשתית בתגובה לאור, ונרשם מפני הקרנית של העין. כאשר תנאים של הקלטה מנוהלים בקפידה, ERG ניתן להשתמש במגוון דרכים כדי להעריך את תפקוד רשתית. כאן אנו תיארנו כיצד להקליט את 'הבזק ERG', את הפוטנציאל שנוצר כאשר הרשתית חשופה לבזק קצר, בהיר מוצג ברקע Ganzfeld. Ganzfeld מפזר את אור homogenously והבזק של אור מגיע לכל הרשתית כ אחיד. אם הרשתית כהה מותאמת לפני ההקלטה, וכהה ההסתגלות נשמר כחיה מוכנה להקלטה, ERG הושג מופק על ידי שני קולטני האור המוט וחרוט.
יש פלאש ERG הכהה מותאמת גל אופייני, שכבר נותח בשתי דרכים. ראשון, מוקדם ומאוחרת רכיבים של צורת גל ERG כבר להבחין, וקשורים לרצף של נוירוןהפעלת אל ברשתית. הרכיב הראשון הוא קצר חביון פוטנציאל הולך שלילי, הגל (איור 1). זה ואחריו פוטנציאל הולך חיובי, נקרא ב-הגל. שלב העלייה של ב-גל תערוכות תנודות, שנחשבים רכיב נפרד (פוטנציאלי oscillatory או Ops). הגל נחשב שיופקו על ידי קולטני אור, ב-הגל על ידי תאים של שכבת הגרעין הפנימית, וOps על ידי תאי amacrine 1.
בהתבסס על כוח הגירוי, תגובות להבזקים מאוד עמומים כינו את תגובת סף scotopic אפשרית. תגובת סף scotopic הוא הבין שיופקו מתאי הגנגליון ברשתית 2-4. שנית, ניתן להפריד פלאש ERG על ידי הסתגלות אור, או על ידי פרוטוקול שני פלאש מתואר להלן, למרכיבי rod- ומונע קונוס. בתנאי photopic, הגל הוא לא להבחין בחולדות, כי אוכלוסיית קונוס היא נמוכה, אבל Ops וב-גל הואברור 5. בפרימטים, רשתיות שיש אוכלוסיות חרוט גבוהות, שני rod- ומסלולי cone- ליצור גל לזיהוי 6.
שני מדדים שימושיים לעתים קרובות מופקים פלאש ERG הם אמפליטודות של a- וB-גלים, נמדדה כמו באיור 1, עם תגובות אופייניות הבזק מוצגות באיור 2. כאשר אוכלוסיית קולטי האור מצטמצמת, לדוגמא על ידי חשיפה למזיקה בהיר אור, כל הרכיבים של ERG מופחתים. התערבויות neuroprotective, כגון מרוחק נפשית מראש איסכמי (RIP), יכולות להיות מאומתות על ידי השמירה על אמפליטודות של a- וB-גלים (איור 3). לסיכום, הניתוח של ERG מאפשר השוואות בין בריא, האור הפגום ורשתית neuroprotected.
Protocol
Representative Results
Discussion
שיטת ERG הכהה מותאמת הבזק שתוארה לעיל היא שיטה אמינה להערכת תפקוד רשתית בחולדות. שני-הגל ו- B-הגל הופחתו נזק קל. מרחוק נפשית מראש איסכמי מיתנו ירידות מושרה נזק קלים ב- הגל ו- B-גל. שימור זה של תפקוד רשתית עולה כי נפשית מראש איסכמי מרחוק מושרה neuroprotection, מזכיר צורות אחרות של מ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מודים לסיוע של הגב 'שרון Spana בניטור מכרסמים, טיפול וניסויים. תמיכה במימון דוקטורט כבר ניתן על ידי אוניברסיטה של סידני ואוסטרלי מרכז מחקר למצוינות בחזון.
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).
