Summary

Avaliando os efeitos autônomos e comportamentais do movimento passivo em ratos usando movimento vertical do elevador e rotação de roda-gigante

Published: February 07, 2020
doi:

Summary

Protocolos são apresentados para avaliar os efeitos autônomos e comportamentais do movimento passivo em roedores usando movimento vertical do elevador e rotação de roda gigante.

Abstract

O objetivo geral deste estudo é avaliar os efeitos autônomos e comportamentais do movimento passivo em roedores usando o movimento vertical do elevador e dispositivos de rotação de rodas gigantes. Esses ensaios podem ajudar a confirmar a integridade e o funcionamento normal do sistema nervoso autônomo. Eles são associados a medidas quantitativas baseadas na contagem de defecações, exame de campo aberto e cruzamento de feixes de equilíbrio. As vantagens desses ensaios são sua simplicidade, reprodutibilidade e medidas comportamentais quantitativas. As limitações desses ensaios são de que as reações autônomas podem ser epifenômenos de transtornos não vestibulares e que é necessário um sistema vestibular funcional. O exame de transtornos como o enjoo será muito auxiliado pelos procedimentos detalhados desses ensaios.

Introduction

A doença de movimento (Esms) devido à estimulação visuo-vestibular anormal leva à reação autônoma, provocando sintomas como desconforto epigárrico, náusea e/ou vômito1. De acordo com as teorias atuais, a doença do movimento pode ser causada por um conflito sensorial ou incompatibilidade neuronal de receber informações de movimento integradas que diferem do modelo interno previsto do ambiente2,3 ou instabilidade postural como ocorreria em um navio de reboque4,5. Apesar dos avanços significativos no campo da doença do movimento e do funcionamento da autonomia vestibular6,7,8,9,10,11,12,futuras pesquisas podem ser auxiliadas por protocolos de avaliação padronizados. Avaliar os efeitos autônomos das moções passivas padrão beneficiará muito as investigações sobre as causas e a prevenção do enjoo. O objetivo geral deste estudo é avaliar os efeitos autônomos e comportamentais do movimento passivo nos roedores. Modelos animais, como roedores, permitem fácil manipulação experimental (por exemplo, movimento passivo e farmacêutico) e avaliação comportamental, que pode ser usada para estudar a etiologia da doença do movimento. Aqui, apresentamos uma bateria detalhada para testar os efeitos do movimento passivo e a integridade do funcionamento vestibular.

O presente estudo detalha dois ensaios, movimento vertical do elevador (EVM) e rotação de roda gigante (FWR), que induzem reações autônomas ao movimento passivo. Os ensaios são acoplados a três medidas comportamentais quantitativas, o feixe de equilíbrio (em camundongos13 e ratos14,15,16,17), exame de campo aberto e contagem de defecações. O EVM (semelhante ao arremesso e rolo de um navio encontrando uma onda) avalia o funcionamento vestibular estimulando os órgãos sensoriais otolitos que codificam acelerações lineares (ou seja, o saccule que responde aos movimentos no plano vertical)18. O dispositivo FWR (rotação centrífuga ou movimento sinusoidal) estimula os órgãos otolitos por aceleração linear e pelos canais semicirculares por aceleração angular19,20. O dispositivo de rotação roda gigante/centrífuga é único em sua avaliação autônoma. Até o momento, o único dispositivo semelhante na literatura é o toca-eixo off-vertical (OVAR), que é usado para examinar o reflexo vestibulo-ocular (VOR)18,21,22, evitar condicionado23,24, e os efeitos da hipergravidade25,26,27. O ensaio EVM e o ensaio do dispositivo FWR induzem estimulação vestibular levando a reações autônomas. Acopladomos o EVM e a FWR a medidas quantitativas como feixe de equilíbrio, contagem de defecações e análise de campo aberto28,29,30,para garantir resultados robustos e reprodutíveis. Semelhante ao descrito anteriormente em camundongos13 e ratos14,15,16,17, o ensaio de feixe de equilíbrio é um feixe de 1,0 m de comprimento suspenso 0,75 m do chão entre dois bancos de madeira usando uma simples modificação de caixa preta na extremidade do gol (acabamento). O feixe de equilíbrio tem sido usado para avaliar a ansiedade (caixa preta obscura)14,17, lesão traumática15,16,17, e aqui, reações autônomas que afetam o equilíbrio. Realizamos a contagem de defecações para avaliar a resposta autônoma no modelo de enjoo de movimento anteriormente, e é uma medida quantitativa confiável que é facilmente realizada e avaliada inequivocamente6,8,9,11. A análise de campo aberto emprega uma simples avaliação de comportamento em campo aberto da caixa preta usando Ethovision28, Bonsai30, ou uma simples análise de vídeo no Matlab29 para quantificar comportamentos como movimento. No protocolo atual, usamos a distância total percorrida, mas notamos que existem vários paradigmas diferentes (por exemplo, alongamento, zona de movimento, velocidade, etc.) 28,29,30. Coletivamente, esses procedimentos formam uma pequena bateria de avaliações para o exame e avaliação de reações autônomas ao movimento passivo, por exemplo, em doença social6,7,8,9,10,11. Os ensaios atuais podem ser adaptados para uma variedade de modelos animais.

Protocol

O presente estudo e os procedimentos foram aprovados pelo Comitê de Ética para Experimentação Animal da Segunda Universidade Médica Militar (Xangai, China), de acordo com o Guia para o Cuidado e Uso de Animais De Laboratório (Conselho Nacional de Pesquisa dos EUA, 1996). 1. Animais Use ratos Sprague-Dawley (SD) de dois meses (200-250 g). Para cada ensaio comportamental, use um grupo separado de ratos. Use sempre o controle separado e grupos experimentais.NOTA: Houve dois te…

Representative Results

Figura 2 demonstra resultados representativos do feixe de equilíbrio do tempo levado sem transversal. Os ratos foram treinados por 3 dias consecutivos para alcançar um desempenho estável na viga de equilíbrio10. No dia seguinte, os ratos foram avaliados para o desempenho do feixe de equilíbrio. No eixo y da figura, temos o número de segundos levados para os roedores cruzarem o feixe de equilíbrio para rodas gigantes, movimento vertical do elevador e grupos de c…

Discussion

O presente estudo descreve a avaliação de respostas autônomas ao movimento passivo em roedores usando movimento vertical do elevador e rotação de roda-gigante. Esses equipamentos e procedimentos podem ser facilmente adotados para outros roedores e existem várias modificações dos ensaios para confirmar o funcionamento vestibular em diferentes circunstâncias, como durante o desafio farmacológico ou intervenções cirúrgicas. Pesquisas em MS provocadas pela estimulação vestibular levaram à teoria de que confli…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabalho foi apoiado em parte pelo Conselho de Bolsas de Pesquisa de Hong Kong, Programa de Carreira Inicial, Projeto #21201217 para C. L. O dispositivo FWR tem uma patente na China: ZL201120231912.1.

Materials

Elevator vertical motion device Custom Custom-made Elevator vertical motion device to desired specifications
Ethovision Noldus Information Technology Video tracking software
Ferris-wheel rotation device Custom Custom-made Ferris-wheel rotation device to desired specifications
Latex, polyvinyl or nitrile gloves AMMEX Use unpowdered gloves 8-mil
Open field box Custom Darkened plexiglass box with IR camera
Rat or mouse JAX labs Any small rodent
Small rodent cage Tecniplast 1284L
Wooden beam and stools Custom Custom-made wooden beam and stools to specifications indicated

References

  1. Balaban, C. D. Vestibular autonomic regulation (including motion sickness and the mechanism of vomiting). Current Opinion in Neurology. 12, 29-33 (1999).
  2. Reason, J. T. Motion sickness adaptation: a neural mismatch model. Journal of the Royal Society of Medicine. 71, 819-829 (1978).
  3. Keshavarz, B., Hettinger, L. J., Kennedy, R. S., Campos, J. L. Demonstrating the potential for dynamic auditory stimulation to contribute to motion sickness. PLOS One. 9, 101016 (2014).
  4. Stoffregen, T. A., Chen, F. C., Varlet, M., Alcantara, C., Bardy, B. G. Getting your sea legs. PLoS One. 8, 66949 (2013).
  5. Smart, L. J., Pagulayan, R. J., Stoffregen, T. A. Self-induced motion sickness in unperturbed stance. Brain Research Bulletin. 47, 449-457 (1998).
  6. Wang, J. Q., et al. Temporal change in NMDA receptor signaling and GABAA receptor expression in rat caudal vestibular nucleus during motion sickness habituation. Brain Research. 1461, 30-40 (2012).
  7. Cai, Y. L., et al. Glutamatergic vestibular neurons express FOS after vestibular stimulation and project to the NTS and the PBN in rats. Neuroscience Letters. 417, 132-137 (2007).
  8. Cai, Y. L., et al. Decreased Fos protein expression in rat caudal vestibular nucleus is associated with motion sickness habituation. Neuroscience Letters. 480, 87-91 (2010).
  9. Wang, J. Q., Qi, R. R., Zhou, W., Tang, Y. F., Pan, L. L., Cai, Y. Differential Gene Expression profile in the rat caudal vestibular nucleus is associated with individual differences in motion sickness susceptibility. PLoS One. 10, 0124203 (2015).
  10. Zhou, W., et al. Sex and age differences in motion sickness in rats: The correlation with blood hormone responses and neuronal activation in the vestibular and autonomic nuclei. Frontiers in Aging Neuroscience. 9, 29 (2017).
  11. Wang, J., Liu, J., Pan, L., Qi, R., Liu, P., Zhou, W., Cai, Y. Storage of passive motion pattern in hippocampal CA1 region depends on CaMKII/CREB signaling pathway in a motion sickness rodent model. Scientific Reports. 7, 43385 (2017).
  12. Qi, R., et al. Anti-cholinergics mecamylamine and scopolamine alleviate motion sickness-induced gastrointestinal symptoms through both peripheral and central actions. Neuropharmacology. 146, 252-263 (2019).
  13. Luong, T. N., Carlisle, H. J., Southwell, A., Patterson, P. H. Assessment of motor balance and coordination in mice using the balance beam. Journal of Visualized Experiments. (49), e2376 (2011).
  14. Kalueff, A. V., Minasyan, A., Tuohimaa, P. Behavioural characterization in rats using the elevated alley Suok test. Behavioural Brain Research. 30 (1), 52-57 (2005).
  15. Piot-Grosjean, O., Wahl, F., Gobbo, O., Stutzmann, J. M. Assessment of sensorimotor and cognitive deficits induced by a moderate traumatic injury in the right parietal cortex of the rat. Neurobiology of Disease. 8 (6), 1082-1093 (2001).
  16. Goldstein, L. B., Davis, J. N. Beam-walking in rats: Studies towards developing an animal model of functional recovery after brain injury. Journal of Neuroscience Methods. 31 (2), 101-107 (1990).
  17. Sweis, B. M., et al. modified beam-walking apparatus for assessment of anxiety in a rodent model of blast traumatic brain injury. Behavioural Brain Research. 296, 149-156 (2016).
  18. Hess, B. J., Dieringer, N. Spatial organization of the maculo-ocular reflex of the rat: Responses during off-vertical axis rotation. European Journal of Neuroscience. 2, 909-919 (1990).
  19. Armstrong, P. A., et al. Preserved otolith organ function in caspase-3-deficient mice with impaired horizontal semicircular canal function. Experimental Brain Research. 233 (6), 1825-1835 (2015).
  20. Riccio, D. C., Thach, J. S. Response suppression produced by vestibular stimulation in the rat. Journal of the Experimental Analysis of Behavior. 11 (4), 479-488 (1968).
  21. Rabbath, G., et al. Abnormal vestibular control of gaze and posture in a strain of a waltzing rat. Experimental Brain Research. 136, 211-223 (2001).
  22. Brettler, S. C., et al. The effect of gravity on the horizontal and vertical vestibulo-ocular reflex in the rat. Experimental Brain Research. 132, 434-444 (2000).
  23. Hutchison, S. L. Taste aversion in albino rats using centrifugal spin as an unconditioned stimulus. Psychological Reports. 33 (2), 467-470 (1973).
  24. Green, K. F., Lee, D. W. Effects of centrifugal rotation on analgesia and conditioned flavor aversions. Physiology & Behavior. 40 (2), 201-205 (1987).
  25. Tse, Y. C., et al. Developmental expression of NMDA and AMPA receptor subunits in vestibular nuclear neurons that encode gravity-related horizontal orientations. Journal of Comparative Neurology. 508 (2), 343-364 (2008).
  26. Lai, C. H., Tse, Y. C., Shum, D. K., Yung, K. K., Chan, Y. S. Fos expression in otolith-related brainstem neurons of postnatal rats following off-vertical axis rotation. Journal of Comparative Neurology. 470 (3), 282-296 (2004).
  27. Lai, S. K., Lai, C. H., Yung, K. K., Shum, D. K., Chan, Y. S. Maturation of otolith-related brainstem neurons in the detection of vertical linear acceleration in rats. European Journal of Neuroscience. 23 (9), 2431-2446 (2006).
  28. Aitken, P., Zheng, Y., Smith, P. F. Ethovision analysis of open field behaviour in rats following bilateral vestibular loss. Journal of Vestibular Research. 27 (2-3), 89-101 (2017).
  29. Gao, V., Vitaterna, M. H., Turek, F. W. Validation of video motion-detection scoring of forced swim test in mice. Journal of Neuroscience Methods. 235, 59-64 (2014).
  30. Lopes, G., et al. Bonsai: an event-based framework for processing and controlling data streams. Frontiers in Neuroinformatics. 9, 7 (2015).
  31. Conder, G. A., Sedlacek, H. S., Boucher, J. F., Clemence, R. G. Efficacy and safety of maropitant, a selective neurokinin 1 receptor antagonist, in two randomized clinical trials for prevention of vomiting due to motion sickness in dogs. Journal of Veterinary Pharmacology and Therapeutics. 31, 528-532 (2008).
  32. Percie du Sert, N., Chu, K. M., Wai, M. K., Rudd, J. A., Andrews, P. L. Telemetry in a motion-sickness model implicates the abdominal vagus in motion-induced gastric dysrhythmia. Experimental Physiology. 95, 768-773 (2010).
  33. Lackner, J. R. Motion sickness: more than nausea and vomiting. Experimental Brain Research. 232, 2493-2510 (2014).
  34. Lucot, J. B. Effects of naloxone on motion sickness in cats alone and with broad spectrum antiemetics. Autonomic Neuroscience. 202, 97-101 (2016).
  35. McCaffrey, R. J. Appropriateness of kaolin consumption as an index of motion sickness in the rat. Physiology & Behavior. 35, 151-156 (1985).
  36. Horn, C. C., et al. Why can’t rodents vomit? A comparative behavioral, anatomical, and physiological study. PLoS One. 8 (4), 60537 (2013).
  37. Ossenkopp, K. -. P., Frisken, N. L. Defecation as an index of motion sickness in the rat. Physiological Psychology. 10, 355-360 (1982).
  38. Ossenkopp, K. P., Rabi, Y. J., Eckel, L. A., Hargreaves, E. L. Reductions in body temperature and spontaneous activity in rats exposed to horizontal rotation: abolition following chemical labyrinthectomy. Physiology & Behavior. 56, 319-324 (1994).
  39. Oman, C. M. Motion sickness: a synthesis and evaluation of the sensory conflict theory. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 68, 294-303 (1990).
  40. Hu, D. L., et al. Emesis in the shrew mouse (Suncus murinus) induced by peroral and intraperitoneal administration of staphylococcal enterotoxin A. Journal of Food Protection. 62, 1350-1353 (1999).
  41. Ueno, S., Matsuki, N., Saito, H. Suncus murinus as a new experimental model for motion sickness. Life Sciences. 43, 413-420 (1988).

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Manno, F. A. M., Pan, L., Mao, Y., Su, Y., Manno, S. H. C., Cheng, S. H., Lau, C., Cai, Y. Assessing the Autonomic and Behavioral Effects of Passive Motion in Rats using Elevator Vertical Motion and Ferris-Wheel Rotation. J. Vis. Exp. (156), e59837, doi:10.3791/59837 (2020).

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