Summary

Beoordeling van functioneel herstel van eupneuïsche middenrifactiviteit na unilaterale cervicale ruggenmerghemisectie bij ratten

Published: June 14, 2024
doi:

Summary

Respiratoire complicaties zijn de belangrijkste doodsoorzaak bij personen met cervicale dwarslaesie (cSCI). Diermodellen van cSCI zijn essentieel voor mechanistische evaluaties en preklinische studies. Hier introduceren we een reproduceerbare methode om functioneel herstel van de activiteit van de middenrifspier (DIAm) te beoordelen na unilaterale C2 spinale hemisectie (C2SH) bij ratten.

Abstract

Na cSCI kan de activering van de DIAm worden beïnvloed, afhankelijk van de omvang van het letsel. Het huidige manuscript beschrijft een unilateraal C2 hemisectie (C2SH) model van cSCI dat de eupneïsche ipsilaterale diafragma (iDIAm) elektromyografische (EMG) activiteit tijdens het ademen bij ratten verstoort. Om het herstel van de DIAm-motorische controle te evalueren, moet eerst de omvang van het tekort als gevolg van C2SH duidelijk worden vastgesteld. Door een volledig initieel verlies van iDIAm EMG tijdens de ademhaling te verifiëren, kan het daaropvolgende herstel worden geclassificeerd als afwezig of aanwezig, en kan de mate van herstel worden geschat met behulp van de EMG-amplitude. Bovendien kan het succes van de initiële C2SH worden gevalideerd door de aanhoudende afwezigheid van iDIAm EMG-activiteit tijdens de ademhaling na de acute spinale shockperiode na C2SH te meten. Het meten van contralateraal diafragma (cDIAm) EMG-activiteit kan informatie opleveren over de compenserende effecten van C2SH, die ook neuroplasticiteit weerspiegelt. Bovendien kunnen DIAm EMG-opnames van wakkere dieren essentiële fysiologische informatie verschaffen over de motorische controle van de DIAm na C2SH. Dit artikel beschrijft een methode voor een rigoureus, reproduceerbaar en betrouwbaar C2SH-model van cSCI bij ratten, dat een uitstekend platform is voor het bestuderen van respiratoire neuroplasticiteit, compenserende cDIAm-activiteit en therapeutische strategieën en geneesmiddelen.

Introduction

Er zijn meer dan 300.000 mensen met een dwarslaesie (SCI) in de Verenigde Staten, van wie ongeveer de helft cervicaal letselheeft. Deze verwondingen leiden tot een aanzienlijk verlies van welzijn en leggen een financiële druk op individuen, hun families en het gezondheidszorgsysteem. Gelukkig zijn de meeste SCI’s onvolledig, wat het potentieel biedt voor versterking van gespaard gebleven paden1. Deze neuroplasticiteit kan herstel van ten minste een deel van de functie mogelijk maken, waaronder DIA-activiteit, wat belangrijk is voor beademings- en niet-beademingsgedrag. Het bevorderen van neuroplasticiteit is dus een veelbelovende onderzoeksrichting om mensen met SCI2 te helpen.

Knaagdiermodellen van dwarslaesie hebben het potentieel om substantieel bij te dragen aan de ontdekking van behandelingen om de menselijke gezondheid te verbeteren. Een van de klassieke modellen van dwarslaesie die worden gebruikt om neuroplasticiteit te bestuderen, is een eenzijdige doorsnede (hemisectie) van het ruggenmerg bij C2 (C2SH), waarbij de contralaterale zijde intact blijft 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13. Het effect van C2SH op de phrenische output en het belang van gespaard gebleven contralaterale routes werd meer dan honderd jaar geleden voor het eerst onthuld door Porter12, wiens baanbrekende artikel de basis legde voor moderne studies van respiratoire neuroplasticiteit. Het C2SH-model onderbreekt de dalende input van de rostrale ventrale respiratoire groep (rVRG) in de medulla, die premotorische neuronen bevat die verantwoordelijk zijn voor het overbrengen van de output van respiratoire ritmegeneratie14. Deze rVRG premotorische neuronen zenden ook exciterende neurale drive uit naar frene motorneuronen (Figuur 1). Verschillende onderzoekers hebben verschillende benaderingen gekozen voor het C2SH-model 10,11,15,16, wat gedeeltelijk een deel van de variabiliteit in herstel in verschillende onderzoeken kan verklaren. Kortom, benaderingen variëren in termen van het sparen van de dorsale funiculi, het uitvoeren van een volledige hemisectie of het uitvoeren van een laterale gedeeltelijke transsectie die de dalende input van de ipsilaterale rVRG niet volledig onderbreekt. Over het algemeen zijn C2SH-modellen bijzonder nuttig voor het bestuderen van respiratoire neuroplasticiteit vanwege de snelheid van spontaan herstel van eupneutische iDIAm elektromyografische (EMG) activiteit in de loop van de tijd, die kan worden verbeterd door verschillende factoren, waaronder neurotrofe signalering 17,18,19,20,21. Een initieel functieverlies – gedefinieerd als het uitschakelen van eupneïsche iDIAm EMG-activiteit – moet echter eerst worden vastgesteld voordat herstel duidelijk kan worden geclassificeerd. Deze validatie van inactiviteit op het moment van C2SH is in verschillende onderzoeken niet gedaan 3,4,6,7,11,22,23.

Histologische beoordelingen van het uitgesneden ruggenmerg leveren alleen bewijs van schade aan de juiste locatie van ipsilaterale excitatoire bulbospinale routes die frene motorneuronen in het ruggenmerg innerven, maar histologie vervangt geen fysiologisch bewijs (bijv. DIAm EMG). Bovendien worden histologische beoordelingen in ex vivo uitgevoerd op terminale tijdstippen (vaak enkele weken tot maanden na het letsel) enleveren ze geen “real-time” informatie op. Sommige onderzoekers hebben opgemerkt dat de grootte van de laesie verband houdt met de hoeveelheid functioneel tekort of het ontbreken daarvan 5,24,25,26. Het is belangrijk op te merken dat de geldigheid van dergelijke beweringen waarschijnlijk sterk afhankelijk is van hoe “functie” wordt geclassificeerd (d.w.z. wat de functionele taken zijn en hoe ze worden gekwantificeerd), en de variabiliteit tussen studies benadrukt de moeilijkheid om functioneel identieke laesies bij dieren te produceren. Onderzoekers hebben inderdaad benadrukt dat de relatie tussen de mate van letsel en de locomotorische functie van de ledemaatspieren (gekwantificeerd door de Basso, Beattie en Bresnahan (BBB) score24) niet lineair27,28 is. In eerdere studies hebben we geen verband gevonden tussen de mate van de C2SH en de mate van herstel van eupneuïsche iDIAm EMG-activiteit na letsel 10,29,30,31, hoewel andere onderzoekers een verband hebben gerapporteerd tussen de beademingsfunctie en de mate van witte stof die 5 spaart. In het geval van het C2SH-model is een benadering voor functionele validatie van iDIAm-inactiviteit op het moment van de operatie en bij voorkeur vroeg in het tijdsverloop van experimenten met chronische ruggenmergletsel dus zowel nuttig als noodzakelijk.

Het huidige artikel onderstreept het gebruik van DIAm EMG voor real-time bevestiging van het initiële verlies van DIAm EMG tijdens de ademhaling na de C2SH, evenals daaropvolgende bevestigende beoordelingen 3 dagen (dag 3) na het letsel 18,21,31,32,33. In eerder werk met het C2SH-model werden herhaalde laparotomieën uitgevoerd om DIAm EMG 10,13,30,34 vast te leggen. Recenter werk heeft echter chronische EMG-elektroden gebruikt, waarmee EMG kan worden opgenomen bij verdoofde en wakkere ratten. Bovendien verminderen chronische elektroden het risico op pneumothorax en vereisen ze geen herhaalde laparotomieën, wat remming van de DIAm kan veroorzaken35,36. Hoewel versies van het C2SH-model door veel onderzoekers zijn gebruikt, was er op het moment vande operatie geen bevestiging van het uitschakelen van iDIAm-activiteit 3,4,6,7,11,22,23. Zonder een dergelijke bevestiging van inactiviteit is het moeilijk om te weten welk deel van het daaropvolgende herstel moet worden toegeschreven aan de neuroplasticiteit van ipsilaterale versus contralaterale routes, die differentiële effecten kunnen hebben. Dit is een belangrijke overweging omdat de inspiratoire neurale aandrijving van de rVRG naar phrenische motorneuronen voornamelijk ipsilateraal is, met een verlies van ongeveer 50% van de excitatoire glutamaterge input naar phrenische motorneuronen na C2SH33. Er zijn echter resterende inspiratoire prikkelende inputs van de contralaterale rVRG die onder de plaats van de laesie decusseren om ipsilaterale frenische motorneuronen te innerveren en kunnen worden versterkt via neuroplasticiteit om functioneel herstel te bevorderen. Door de overheersende ipsilaterale prikkelende input naar frene motorneuronen te verwijderen, gaat eupneïsche iDIAm EMG-activiteit verloren (althans onder anesthesie), terwijl de activiteit van de cDIAm doorgaat en zelfs wordt versterkt. Het verlies van iDIAm EMG-activiteit tijdens de ademhaling is dus een maat voor een succesvolle C2SH (Figuur 2).

Een bepaald niveau van iDIAm EMG-activiteit is al 1-4 dagen na C2SH aanwezig bij wakkere dieren23,37. Bovendien is bij gedecrebraatte dieren de iDIAm-activiteit aanwezig binnen enkele minuten tot uren na de bovenste cervicale hemisectie en wordt deze onderdrukt door anesthesie38. Bovendien wordt het succes van de C2SH gevalideerd door de afwezigheid van iDIAm EMG-activiteit tijdens de ademhaling (eupneu) bij verdoofde ratten op dag 3 na het letsel te bevestigen. Confocale beeldvormingsstudies bevestigden het verlies van glutamaterge synaptische inputs op phrenic-motorneuronen tijdens dit beginstadium van het letsel37. Als er op dag 3 na het letsel enige resterende eupneuïsche iDIAm EMG-activiteit is, wordt dit geïnterpreteerd als bewijs van onvolledige verwijdering van ipsilaterale dalende inspiratoire drive van de rVRG. Het huidige artikel is verdeeld in drie secties: (1) chronische DIAm EMG-opnames, (2) C2SH en (3) EMG-data-acquisitie bij wakkere en verdoofde dieren. Dit protocol beschrijft een rigoureus, reproduceerbaar en betrouwbaar C2SH-model van cSCI bij ratten, dat een uitstekend platform is voor het bestuderen van respiratoire neuroplasticiteit, compenserende cDIAm-activiteit en therapeutische strategieën en geneesmiddelen.

Protocol

Dit protocol is goedgekeurd door de Mayo Clinic Institutional Animal Care and Use Committee (protocolnummer: A00003105-17-R23). De dieren in de huidige studie waren een mix van mannelijke en vrouwelijke Sprague-Dawley-ratten van ongeveer 3 maanden oud en met een gewicht tussen 200 g en 350 g. De details van de reagentia en de apparatuur die in het onderzoek zijn gebruikt, staan vermeld in de materiaaltabel. 1. Implantatie van de elektrode Voorbereidi…

Representative Results

De benadering die in dit artikel wordt gepresenteerd, minimaliseert de variabiliteit tussen operators door duidelijke criteria vast te stellen voor het evalueren van DIAm EMG in een rattenmodel van C2SH. Ten eerste moet de stopzetting van de eupneïsche iDIAm EMG-activiteit onmiddellijk na C2SH worden waargenomen, zoals weergegeven in figuur 2. Als dit niet het geval is, kan een secundaire doorsnede worden uitgevoerd totdat de eupneïsche iDIAm-activiteit verdwijnt. Ten…

Discussion

C2 spinale hemisectie
De procedure die in dit artikel wordt beschreven, legt de nadruk op beoordelingen van DIAm EMG-activiteit die dienen als validatie van eenC2-spinale laesie die de laterale en ventrale funiculi doorsnijdt terwijl de dorsale funiculi worden gespaard (Figuur 2A). De voorgestelde chirurgische aanpak heeft twee grote voordelen. Ten eerste spaart het de dorsale funiculi, die de ambulante functie bij ratten behoudt, terwijl de ipsilate…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

De auteurs erkennen de NIH-financieringsbron (NIH-R01HL146114).

Materials

25 G Needle Cardinal Health 1188825100 Covidien Monoject Hypdermic Standard Needles: 25 G x 1" (0.508 mm x 2.5 cm) A
3-0 Vicryl Violet Braided Ethicon J774D 3-0 Suture
Adson-Brown Forceps Fine Science Tools 11627-12 Tip Shape: Straight, Tips: Shark Teeth, Tip Width: 1.4mm, Tip Dimensions: 2 x 1.4 m, Alloy / Material: Stainless Steel, Length: 12 cm
Bowman Style Cage Braintree Scientific POR-530 Weight range: 250 up to 750 g; Maximum length: 9" (228 mm); Basic unit is constructed of .5" (123 mm) jeweled acrylic.
Castroviejo Needle Holder Fine Science Tools 12565-14 Tip Shape: Straight, Tip Width: 1.5 mm, Clamping Length: 10 mm, Lock: Yes, Scissors: No, Alloy / Material: Stainless Steel, Length: 14 cm, Serrated:
Yes, Feature: Tungsten Carbide
Clip Lead 1m TP Shielded Biopac Systems, Inc LEAD110S Shielded lead wires for EMG
Data Acquisition Software LabChart LabChart 7.3.8 Data recording, visualization, and analysis software for multi-channel recordings and real-time assessments
Data Analysis Software – Matlab 2023b Mathworks, Inc. Version 23.2 General purpose programming language for post hoc analysis
Dissecting Knife Fine Science Tools 10056-12 Cutting Edge: 4 mm, Thickness: 0.5 mm, Alloy / Material: Stainless Steel, Length: 12.5 cm, Blade Shape: Angled 30°
Dumont #3 Forceps Fine Science Tools 11293-00 Style: #3, Tip Shape: Straight, Tips: Standard, Tip Dimensions: 0.17 x 0.1 mm, Length: 12 cm, Alloy / Material: Dumostar
Electromyogram Amplifier Biopac Systems, Inc EMG100C EMG amplifier
Friedman Rongeur Fine Science Tools 16000-14 Tip Shape: Curved, Cup Size: 2.5mm, Alloy / Material: Stainless Steel, Length: 13cm, Joint Action: Single
Friedman-Pearson Rongeurs Fine Science Tools 16021-14 Alloy / Material: Stainless Steel, Length: 14cm, Joint Action: Single, Cup Size: 1mm, Tip Shape: Curved
Isolated Power Supply Module Biopac Systems, Inc IPS100C Operates 100-series amplifier modules indepdent of the Biopac Systems, Inc.'s MP series Data Acquisition System
Kelly Hemostats Fine Science Tools 13019-14 Tips: Serrated, Tip Width: 1.5mm, Clamping Length: 22mm, Alloy / Material: Stainless Steel, Length: 14cm, Tip Shape: Curved
Knife Curette V. Mueller VM101-4414 Tip: Sharp, Tip Diameter: 2 mm
Micro Dissecting Scissors Biomedical Research Instruments, Inc. 11-2420 Length: 4", Angle: Straight, Blade Length: 23 mm
Multistranded stainless steel wire Cooner Wire, Inc. AS 631 AWG 40; Overall diameter: 0.011 mm (with insulation), 0.008 mm (without insulation).
PowerLab 8/35 ADInstruments PL3508 Data acquisition system
Scalpel Blade #11 Fine Science Tools 10011-00 Blade Shape: Angled, Cutting Edge: 20 mm, Thickness: 0.4 mm, Alloy / Material: Carbon Steel
Scalpel Handle #3 Fine Science Tools 10003-12 Alloy / Material: Stainless Steel, Length: 12 cm
Sprague Dawley Rat Inotiv Order code: 002 Sprague Dawley outbred rats (female and male)
Surgical Microscope Olympus SZ61 Surgical microscope 
Suture Cutting Scissors George Tiemann & Co. 110-1250SB Alloy / Material: Stainless Steel, Tip Shape: Straight, Tips: Sharp/Blunt, Length: 4.5"
Vannas Spring Scissors Fine Science Tools 15000-08 Tips: Sharp, Cutting Edge: 2.5 mm, Tip Diameter: 0.05 mm, Length: 8 cm, Alloy / Material: Stainless Steel, Serrated: No, Tip Shape: Straight
Weitlaner Retractor Codman 50-5647 Prongs: 2 x 3 Blunt, Length: 4.5"

References

  1. Center NSCIS. . Spinal cord injury model systems 2022 annual report – complete public version. , (2023).
  2. Punjani, N., Deska-Gauthier, D., Hachem, L. D., Abramian, M., Fehlings, M. G. Neuroplasticity and regeneration after spinal cord injury. N Am Spine Soc J. 15, 100235 (2023).
  3. El-Bohy, A. A., Goshgarian, H. G. The use of single phrenic axon recordings to assess diaphragm recovery after cervical spinal cord injury. Exp Neurol. 156 (1), 172-179 (1999).
  4. Fuller, D. D., et al. Modest spontaneous recovery of ventilation following chronic high cervical hemisection in rats. Exp Neurol. 211 (1), 97-106 (2008).
  5. Fuller, D. D., et al. Graded unilateral cervical spinal cord injury and respiratory motor recovery. Respir Physiol Neurobiol. 165 (2-3), 245-253 (2009).
  6. Golder, F. J., et al. Respiratory motor recovery after unilateral spinal cord injury: Eliminating crossed phrenic activity decreases tidal volume and increases contralateral respiratory motor output. J Neurosci. 23 (6), 2494-2501 (2003).
  7. Golder, F. J., Reier, P. J., Davenport, P. W., Bolser, D. C. Cervical spinal cord injury alters the pattern of breathing in anesthetized rats. J Appl Physiol. 91 (6), 2451-2458 (2001).
  8. Goshgarian, H. G. The role of cervical afferent nerve fiber inhibition of the crossed phrenic phenomenon. Exp Neurol. 72 (1), 211-225 (1981).
  9. Keomani, E., et al. A murine model of cervical spinal cord injury to study post-lesional respiratory neuroplasticity. J Vis Exp. 87, e51235 (2014).
  10. Miyata, H., Zhan, W. Z., Prakash, Y. S., Sieck, G. C. Myoneural interactions affect diaphragm muscle adaptations to inactivity. J Appl Physiol. 79 (5), 1640-1649 (1995).
  11. Moreno, D. E., Yu, X. J., Goshgarian, H. G. Identification of the axon pathways which mediate functional recovery of a paralyzed hemidiaphragm following spinal cord hemisection in the adult rat. Exp Neurol. 116 (3), 219-228 (1992).
  12. Porter, W. T. The path of the respiratory impulse from the bulb to the phrenic nuclei. J Physiol. 17 (6), 455-485 (1895).
  13. Zhan, W. Z., Miyata, H., Prakash, Y. S., Sieck, G. C. Metabolic and phenotypic adaptations of diaphragm muscle fibers with inactivation. J Appl Physiol. 82 (4), 1145-1153 (1997).
  14. Smith, J. C., Ellenberger, H. H., Ballanyi, K., Richter, D. W., Feldman, J. L. Pre-botzinger complex: A brainstem region that may generate respiratory rhythm in mammals. Science. 254 (5032), 726-729 (1991).
  15. Vinit, S., Gauthier, P., Stamegna, J. C., Kastner, A. High cervical lateral spinal cord injury results in long-term ipsilateral hemidiaphragm paralysis. J Neurotrauma. 23 (7), 1137-1146 (2006).
  16. Warren, P. M., et al. Rapid and robust restoration of breathing long after spinal cord injury. Nat Commun. 9 (1), 4843 (2018).
  17. Fogarty, M. J., Dasgupta, D., Khurram, O. U., Sieck, G. C. Chemogenetic inhibition of TrkB signalling reduces phrenic motor neuron survival and size. Mol Cell Neurosci. 125, 103847 (2023).
  18. Gransee, H. M., Zhan, W. Z., Sieck, G. C., Mantilla, C. B. Targeted delivery of TrkB receptor to phrenic motoneurons enhances functional recovery of rhythmic phrenic activity after cervical spinal hemisection. PLoS One. 8 (5), e64755 (2013).
  19. Gransee, H. M., Zhan, W. Z., Sieck, G. C., Mantilla, C. B. Localized delivery of brain-derived neurotrophic factor-expressing mesenchymal stem cells enhances functional recovery following cervical spinal cord injury. J Neurotrauma. 32 (3), 185-193 (2015).
  20. Mantilla, C. B., Greising, S. M., Stowe, J. M., Zhan, W. Z., Sieck, G. C. TrkB kinase activity is critical for recovery of respiratory function after cervical spinal cord hemisection. Exp Neurol. 261, 190-195 (2014).
  21. Sieck, G. C., Gransee, H. M., Zhan, W. Z., Mantilla, C. B. Acute intrathecal BDNF enhances functional recovery after cervical spinal cord injury in rats. J Neurophysiol. 125 (6), 2158-2165 (2021).
  22. Fuller, D. D., Golder, F. J., Olson, E. B., Mitchell, G. S. Recovery of phrenic activity and ventilation after cervical spinal hemisection in rats. J Appl Physiol. 100 (3), 800-806 (2006).
  23. Bezdudnaya, T., Hormigo, K. M., Marchenko, V., Lane, M. A. Spontaneous respiratory plasticity following unilateral high cervical spinal cord injury in behaving rats. Exp Neurol. 305, 56-65 (2018).
  24. Basso, D. M., Beattie, M. S., Bresnahan, J. C. A sensitive and reliable locomotor rating scale for open field testing in rats. J Neurotrauma. 12 (1), 1-21 (1995).
  25. Cloud, B. A., et al. Hemisection spinal cord injury in rat: The value of intraoperative somatosensory evoked potential monitoring. J Neurosci Methods. 211 (2), 179-184 (2012).
  26. Hurd, C., Weishaupt, N., Fouad, K. Anatomical correlates of recovery in single pellet reaching in spinal cord injured rats. Exp Neurol. 247, 605-614 (2013).
  27. Fouad, K., Hurd, C., Magnuson, D. S. Functional testing in animal models of spinal cord injury: Not as straight forward as one would think. Front Integr Neurosci. 7, 85 (2013).
  28. Fouad, K., Popovich, P. G., Kopp, M. A., Schwab, J. M. The neuroanatomical-functional paradox in spinal cord injury. Nat Rev Neurol. 17 (1), 53-62 (2021).
  29. Fogarty, M. J., et al. Novel regenerative drug, SPG302 promotes functional recovery of diaphragm muscle activity after cervical spinal cord injury. J Physiol. 601 (12), 2513-2532 (2023).
  30. Prakash, Y. S., Miyata, H., Zhan, W. Z., Sieck, G. C. Inactivity-induced remodeling of neuromuscular junctions in rat diaphragmatic muscle. Muscle Nerve. 22 (3), 307-319 (1999).
  31. Sieck, G. C., Mantilla, C. B. Role of neurotrophins in recovery of phrenic motor function following spinal cord injury. Respir Physiol Neurobiol. 169 (2), 218-225 (2009).
  32. Brown, A. D., et al. Mitochondrial adaptations to inactivity in diaphragm muscle fibers. J Appl Physiol. 133 (1), 191-204 (2022).
  33. Rana, S., Zhan, W. Z., Mantilla, C. B., Sieck, G. C. Disproportionate loss of excitatory inputs to smaller phrenic motor neurons following cervical spinal hemisection. J Physiol. 598 (20), 4693-4711 (2020).
  34. Mantilla, C. B., Rowley, K. L., Zhan, W. Z., Fahim, M. A., Sieck, G. C. Synaptic vesicle pools at diaphragm neuromuscular junctions vary with motoneuron soma, not axon terminal, inactivity. Neuroscience. 146 (1), 178-189 (2007).
  35. Ford, G. T., Whitelaw, W. A., Rosenal, T. W., Cruse, P. J., Guenter, C. A. Diaphragm function after upper abdominal surgery in humans. Am Rev Respir Dis. 127 (4), 431-436 (1983).
  36. Road, J. D., Burgess, K. R., Whitelaw, W. A., Ford, G. T. Diaphragm function and respiratory response after upper abdominal surgery in dogs. J Appl Physiol Respir Environ Exerc Physiol. 57 (2), 576-582 (1984).
  37. Rana, S., Sunshine, M. D., Greer, J. J., Fuller, D. D. Ampakines stimulate diaphragm activity after spinal cord injury. J Neurotrauma. 38 (24), 3467-3482 (2021).
  38. Ghali, M. G., Marchenko, V. Dynamic changes in phrenic motor output following high cervical hemisection in the decerebrate rat. Exp Neurol. 271, 379-389 (2015).
  39. Ditunno, J. F., Little, J. W., Tessler, A., Burns, A. S. Spinal shock revisited: A four-phase model. Spinal Cord. 42 (7), 383-395 (2004).
  40. Khurram, O. U., Gransee, H. M., Sieck, G. C., Mantilla, C. B. Automated evaluation of respiratory signals to provide insight into respiratory drive. Respir Physiol Neurobiol. 300, 103872 (2022).
  41. Khurram, O. U., Mantilla, C. B., Sieck, G. C. Neuromotor control of spontaneous quiet breathing in awake rats evaluated by assessments of diaphragm emg stationarity. J Neurophysiol. 130 (5), 1344-1357 (2023).
  42. Rana, S., Zhan, W. Z., Sieck, G. C., Mantilla, C. B. Cervical spinal hemisection alters phrenic motor neuron glutamatergic mRNA receptor expression. Exp Neurol. 353, 114030 (2022).
  43. Mantilla, C. B., Greising, S. M., Zhan, W. Z., Seven, Y. B., Sieck, G. C. Prolonged c2 spinal hemisection-induced inactivity reduces diaphragm muscle specific force with modest, selective atrophy of type IIx and/or IIb fibers. J Appl Physiol. 114 (3), 380-386 (2013).
  44. Jensen, V. N., Romer, S. H., Turner, S. M., Crone, S. A. Repeated measurement of respiratory muscle activity and ventilation in mouse models of neuromuscular disease. J Vis Exp. 122, e55599 (2017).
  45. Navarrete-Opazo, A., Mitchell, G. S. Recruitment and plasticity in diaphragm, intercostal, and abdominal muscles in unanesthetized rats. J Appl Physiol. 117 (2), 180-188 (2014).
  46. Redfern, M., Hughes, R., Chaffin, D. High-pass filtering to remove electrocardiographic interference from torso emg recordings. Clin Biomech (Bristol, Avon). 8 (1), 44-48 (1993).
  47. Seven, Y. B., Mantilla, C. B., Zhan, W. Z., Sieck, G. C. Non-stationarity and power spectral shifts in emg activity reflect motor unit recruitment in rat diaphragm muscle. Respir Physiol Neurobiol. 185 (2), 400-409 (2013).
  48. Christensen, H., Sogaard, K., Jensen, B. R., Finsen, L., Sjogaard, G. Intramuscular and surface emg power spectrum from dynamic and static contractions. J Electromyogr Kinesiol. 5 (1), 27-36 (1995).
  49. Belman, M. J., Sieck, G. C. The ventilatory muscles. Fatigue, endurance and training. Chest. 82 (6), 761-766 (1982).
  50. Belman, M. J., Sieck, G. C., Mazar, A. Aminophylline and its influence on ventilatory endurance in humans. Am Rev Respir Dis. 131 (2), 226-229 (1985).
  51. Levine, S., Gillen, J., Weiser, P., Gillen, M., Kwatny, E. Description and validation of an ecg removal procedure for emgdi power spectrum analysis. J Appl Physiol. 60 (3), 1073-1081 (1986).
  52. Schweitzer, T. W., Fitzgerald, J. W., Bowden, J. A., Lynne-Davies, P. Spectral analysis of human inspiratory diaphragmatic electromyograms. J Appl Physiol Respir Environ Exerc Physiol. 46 (1), 152-165 (1979).
  53. Sharp, J. T. The respiratory muscles in emphysema. Clin Chest Med. 4 (3), 421-432 (1983).
  54. Sinderby, C., Spahija, J., Beck, J. Changes in respiratory effort sensation over time are linked to the frequency content of diaphragm electrical activity. Am J Respir Crit Care Med. 163 (4), 905-910 (2001).
  55. Dougherty, B. J., et al. Recovery of inspiratory intercostal muscle activity following high cervical hemisection. Respir Physiol Neurobiol. 183 (3), 186-192 (2012).
  56. Lane, M. A., et al. Respiratory function following bilateral mid-cervical contusion injury in the adult rat. Exp Neurol. 235 (1), 197-210 (2012).
  57. Burns, D. P., Murphy, K. H., Lucking, E. F., O’halloran, K. D. Inspiratory pressure-generating capacity is preserved during ventilatory and non-ventilatory behaviours in young dystrophic mdx mice despite profound diaphragm muscle weakness. J Physiol. 597 (3), 831-848 (2019).
  58. Dow, D. E., Mantilla, C. B., Zhan, W. Z., Sieck, G. C. EMG-based detection of inspiration in the rat diaphragm muscle. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2006, 1204-1207 (2006).
  59. Rana, S., Sieck, G. C., Mantilla, C. B. Diaphragm electromyographic activity following unilateral midcervical contusion injury in rats. J Neurophysiol. 117 (2), 545-555 (2017).
This article has been published
Video Coming Soon
Keep me updated:

.

Cite This Article
Khurram, O. U., Fogarty, M. J., Zhan, W., Mantilla, C. B., Sieck, G. C. Assessing Functional Recovery of Eupneic Diaphragm Activity Following Unilateral Cervical Spinal Cord Hemisection in Rats. J. Vis. Exp. (208), e66828, doi:10.3791/66828 (2024).

View Video