<em>In Vivo</em> Electrophysiological Measurement of Compound Muscle Action Potential from the Forelimbs in Mouse Models of Motor Neuron Degeneration

Eveliina Pollari; Robert Prior; Wim Robberecht; Philip Van Damme; Ludo Van Den Bosch

doi:10.3791/57741

في فيفو القياس الكهربية من إمكانات عمل العضلات مركب من الأمامية في نماذج الماوس من ضمور ...

JoVE Journal
Neuroscience

This content is Free Access.

JoVE Journal Neuroscience

In Vivo Electrophysiological Measurement of Compound Muscle Action Potential from the Forelimbs in Mouse Models of Motor Neuron Degeneration

في فيفو القياس الكهربية من إمكانات عمل العضلات مركب من الأمامية في نماذج الماوس من ضمور الخلايا العصبية الحركية

Full Text

20,689 Views

06:35 min

June 15, 2018

DOI: 10.3791/57741-v

Eveliina Pollari^1,2, Robert Prior^1,2, Wim Robberecht^1,2,3, Philip Van Damme^1,2,3, Ludo Van Den Bosch^1,2

¹Department of Neurosciences, Experimental Neurology,KU Leuven - University of Leuven, ²Center for Brain & Disease Research, Laboratory of Neurobiology,VIB, ³Department of Neurology,University Hospitals Leuven

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study presents a technique to measure compound muscle action potential (CMAP) in vivo in mouse forelimb muscles innervated by the brachial plexus, expanding the assessment of neurodegeneration in mouse models. The method enables the detection of axon degeneration and demyelination in peripheral nerves using a minimally invasive approach.

Key Study Components

Area of Science

Neuroscience
Electrophysiology
Neurodegeneration

Background

Assessment of nerve conduction is crucial in studying neurodegenerative diseases.
Traditional methods predominantly focus on hindlimb measurements.
There is a need for improved techniques that provide insights into forelimb nerve function.

Purpose of Study

To develop a method for measuring CMAP in mouse forelimb muscles.
To evaluate axonal health and demyelination in neurodegeneration models.
To facilitate repeated measurements in the same animal.

Methods Used

The study employs in vivo electrophysiological recordings.
Mice are anesthetized using isoflurane and positioned for maximal recording efficacy.
Electrodes are strategically placed to record CMAP from both hindlimbs and forelimbs.
Data acquisition involves stimulating the nerves and measuring resultant electrical responses.
Multiple measurements ensure reliability and accuracy of the data collected.

Main Results

The method demonstrated sensitivity in detecting early signs of axonal loss and demyelination.
Measurements revealed reduced CMAP amplitudes and prolonged latencies in transgenic mice.
This technique allows for early identification of neuropathological changes associated with conditions like CMT1A.

Conclusions

This study establishes a novel framework for assessing mouse models of neurodegenerative disorders.
The CMAP recording technique has significant translational potential for understanding human neuromuscular disorders.
Insights from this methodology could enhance our grasp of neuronal mechanisms and disease progression.

Frequently Asked Questions

What are the advantages of this electrophysiological technique?

This method is minimally invasive, allows for repeated measures on the same mouse, and provides early detection of axonal degeneration.

How is the CMAP measurement performed in the forelimbs?

The mouse is positioned supinely, and electrodes are placed on the forelimbs without puncturing the underlying muscles for accurate CMAP recordings.

What types of data outcomes can be obtained with this method?

The method provides data on electrical activity in muscles, allowing the assessment of axonal health, including CMAP amplitudes and latencies.

How can this technique be applied to other models of neuropathology?

Once mastered, the technique can be tailored to assess various neurodegenerative models, widening its application in neuroscience research.

Are there any important considerations when using this method?

Proper placement of electrodes is crucial for accurate readings; variations can affect outcomes, necessitating multiple recordings for reliability.

قياس التوصيل العصب أداة مفيدة لتقييم نماذج الماوس من نيوروديجينيريشن ولكن كثيرا ما لا تنطبق إلا على تحفيز العصب الوركي في هيندليمبس. وهنا يصف لنا تقنية لقياس العضلات مجمع إمكانات العمل (CMAP) في فيفو في العضلات فوريليمب الماوس معصب الضفيرة ريحي.

باستخدام هذه الطريقة يمكننا تقدير تنكس المحاور وكذلك إزالة الميالين في الأعصاب الطرفية لنماذج الفئران من التنكس العصبي. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أن هذه الطريقة طفيفة التوغل ممكنة للقياسات المتكررة ، ولم يتابع واحد فقط الأعصاب المتعددة في نفس. تتيح حساسية هذه الطريقة الكشف المبكر عن فقدان المحور العصبي في التعديل حتى قبل تسجيل المزيد من العيوب الملحوظة مما يسمح بالكشف المبكر عن هذه العيوب.

لبدء هذا الإجراء ، قم بتخدير الفأر باستخدام استنشاق الأكسجين الأيزوفلوران. تأكد من التخدير الكافي عن طريق الضغط الخفيف على وسادة المشي للطرف الخلفي للتحقق من عدم وجود منعكس انسحاب الألم. ثم ضع مخروط الأنف على وجه للحفاظ على التخدير.

تأكد من أن مخروط الأنف لا يسد مجرى الهواء وأن يتنفس بثبات. بعد ذلك ، حافظ على درجة حرارة جسم عند 37 درجة مئوية باستخدام لوحة تسخين ثرموستاتي. لقياس CMAP على الطرف الخلفي، ضع الماوس في وضع الانبطاح.

قم بتمديد الطرف الخلفي وإرفاق المخلب على سطح العمل باستخدام شريط لاصق. ثم ضع خمسة ملليمترات من الأقطاب الكهربائية المحفزة قياس 27 تحت الجلد على جانبي الإيماءة الوركي دون ثقب العضلات الأساسية بسنتيمترين بين الأقطاب الكهربائية. وبالمثل ، ضع قطب التسجيل تحت الجلد فوق عضلة المعدة وبالتوازي معها.

بعد ذلك ، ضع القطب المرجعي تحت الجلد بجوار وتر العرقوب بزاوية 30 درجة واترك ملليمترين إلى خمسة ملليمترات من الإبرة تحت الجلد. ضع القطب الأرضي تحت الجلد على جانب الماوس بطريقة مماثلة للأقطاب الكهربائية المحفزة. لقياس CMAP على الأطراف الأمامية ، ضع الماوس على لوحة الرأس في وضع ضعيف واستخدم شريطا لاصقا لتمديد كلا الطرفين الأماميين على جانبي الجسم.

بعد ذلك ، ضع خمسة ملليمترات من القطب المحفز تحت الجلد دون ثقب العضلات الأساسية على جانبي الطرف الأمامي لتتماشى مع عصب الضفيرة العضدية. ثم ضع قطب التسجيل تحت الجلد فوق العضلة ذات الرأسين العضدية. بعد ذلك ، ضع ثلاثة ملليمترات من القطب المرجعي بزاوية 30 درجة على وسادات المشي وأدخل القطب الأرضي تحت الجلد على جانب الماوس.

الأقطاب الكهربائية على مقربة من بعضها البعض في هذا الإعداد. امنع الأقطاب الكهربائية من ملامسة بعضها البعض لأن هذا يشوه التسجيل. تحفيز جميع المحاور باستخدام نبضة واحدة في الثانية مع مدة تحفيز 0.1 مللي ثانية.

للحصول على البيانات ، ابدأ التحفيز بالضغط على زر التحفيز المتكرر في وحدة التحكم وأدر مقبض التحكم في الشدة لزيادة التحفيز. للوصول إلى المحفزات القصوى الفائقة ، قم بتطبيق محفزات متزايدة عن طريق تدوير مقبض التحكم في الشدة حتى يتوقف سعة استجابة CMAP عن الزيادة. من هناك قم بزيادة التحفيز بنسبة 20٪ لضمان وصول سعة CMAP إلى استجابتها القصوى.

قم بإنهاء التحفيز بالضغط على زر التحفيز المتكرر مرة أخرى. استخدم أداة العلامة للإشارة إلى النقاط التالية في التسجيل. بدء الاستجابة ، والحد الأقصى للذروة الإيجابية ، والحد الأقصى للذروة السلبية.

يتم تحديد بدء التحفيز تلقائيا بواسطة البرنامج. حدد الكمون كتأخير لبدء الحافز لبدء الاستجابة. استخدم زمن الانتقال لتقييم إزالة الميالين في المحاور.

قم بقياس السعة من الحد الأقصى للذروة السلبية إلى الحد الأقصى الإيجابي واستخدم حجم السعة لربط عدد المحاور الوظيفية. نظرا لأن الموضع الدقيق للأقطاب الكهربائية يمكن أن يؤثر على قيمة نتيجة التسجيل ، فاستبدل الأقطاب الكهربائية وقم بقياس نفس العصب ثلاث مرات باستخدام التحفيز الفائق الحد الأقصى لضمان الحصول على أكبر استجابة. استخدم متوسط التسجيلات.

بعد القياسات ، قم بإزالة جميع الأقطاب الكهربائية واترك الماوس للتعافي على لوحة التسخين أو تحت مصباح الأشعة تحت الحمراء لمدة دقيقتين إلى خمس دقائق تقريبا حتى يستعيد وعيه الكافي. لا تترك الفأر دون رقابة وبصحبة الفئران الأخرى حتى يتعافى تماما من التخدير. تلخص الفئران C61 PMP22 التي تعبر عن ثلاث إلى أربع نسخ من PMP22 البشري والفئران المتغايرة الزيجوت نمطا ظاهريا خفيفا جدا لمرض CMT1A مع إزالة الميالين الخفيفة وتقليل CMAPs ولكن بدون نمط ظاهري مرئي.

في عمر عام ونصف إلى عامين من الفئران المعدلة وراثيا C61 PMP22 ، يتم تقليل سعة CMAP وإطالة زمن الانتقال في كل من الأطراف الخلفية والأطراف الأمامية. انخفض السعة في كل من الأطراف الخلفية والأمامية في الفئران المعدلة وراثيا ، وتم إطالة زمن الوصول في جميع الأطراف في الفئران المعدلة وراثيا CMT ، وحتى تم اكتشاف تغيير طفيف في الأطراف الأمامية بهذا القياس. تمت زيادة متطلبات شدة التحفيز في الفئران C61 PMP22 ، والتي تشبه النمط الظاهري المكتشف في مرضى CMT1A.

بمجرد إتقان تسجيل CMAP ، يمكن إجراء التسجيل لكل من الأطراف الخلفية والأمامية في 15 دقيقة عند إجراؤها بشكل صحيح. توفر التقنية المقدمة إمكانيات جديدة لتوصيف نماذج الفئران للاضطرابات التنكسية العصبية مثل تصلب الخطوط العريضة الضموري ومرض شاركو ماري توث. يوفر تقييم وظائف المحور العصبي معلومات مفصلة عن تطور الاضطرابات العصبية العضلية.

يتم استخدام تسجيلات مماثلة في الإعدادات السريرية مع التأكيد على الإمكانات الانتقالية لهذه الطريقة.