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Methodenartikel

Beurteilung des dominant-unterwürfigen Verhaltens bei erwachsenen Ratten nach einem Schädel-Hirn-Trauma

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DOI:

10.3791/64548

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16. Dezember 2022

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1Division of Anesthesiology and Critical Care, Soroka University Medical Center and the Faculty of Health Sciences, Ben-Gurion University of the Negev, 2Department of Anesthesiology and Perioperative Medicine, Mayo Clinic, 3Department of Biochemistry and Physiology of the Faculty of Biology and Ecology, Oles Gonchar of the Dnipro National University, 4Department of Ophthalmology, Soroka University Medical Center and the Faculty of Health Sciences, Ben-Gurion University of the Negev

* These authors contributed equally

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Das vorliegende Protokoll beschreibt ein Rattenmodell des durch Flüssigkeitsperkussion induzierten Schädel-Hirn-Traumas, gefolgt von einer Reihe von Verhaltenstests, um die Entwicklung von dominantem und unterwürfigem Verhalten zu verstehen. Die Verwendung dieses Modells des Schädel-Hirn-Traumas in Verbindung mit spezifischen Verhaltenstests ermöglicht die Untersuchung sozialer Beeinträchtigungen nach Hirnverletzungen.

Zusammenfassung

Der Wettbewerb um Ressourcen wie Nahrung, Territorium und Partner beeinflusst die Beziehungen innerhalb der Tierarten erheblich und wird durch soziale Hierarchien vermittelt, die oft auf dominant-unterwürfigen Beziehungen basieren. Die dominant-unterwürfige Beziehung ist ein normales Verhaltensmuster unter den Individuen einer Spezies. Ein Schädel-Hirn-Trauma ist eine häufige Ursache für die Beeinträchtigung der sozialen Interaktion und die Reorganisation dominant-unterwürfiger Beziehungen bei Tierpaaren. Dieses Protokoll beschreibt das unterwürfige Verhalten bei erwachsenen männlichen Sprague-Dawley-Ratten nach der Induktion eines Schädel-Hirn-Traumas unter Verwendung eines Fluid-Perkussionsmodells im Vergleich zu naiven Ratten durch eine Reihe von dominant-unterwürfigen Tests, die zwischen 29 Tagen und 33 Tagen nach der Induktion durchgeführt wurden. Der Test auf dominant-unterwürfiges Verhalten zeigt, wie eine Hirnverletzung bei Tieren, die um Nahrung konkurrieren, zu unterwürfigem Verhalten führen kann. Nach einem Schädel-Hirn-Trauma waren die Nager unterwürfiger, was darauf hindeutet, dass sie im Vergleich zu den Kontrolltieren weniger Zeit am Futtertrog verbrachten und seltener zuerst am Trog ankamen. Nach diesem Protokoll entwickelt sich unterwürfiges Verhalten nach einem Schädel-Hirn-Trauma bei erwachsenen männlichen Ratten.

Einleitung

Intraspezies-Konkurrenz tritt auf, wenn Mitglieder derselben Art zur gleichen Zeit um eine begrenzte Ressource konkurrieren1. Im Gegensatz dazu findet eine Konkurrenz zwischen den Arten zwischen Mitgliedern zweier verschiedener Artenstatt 2. Der Wettbewerb innerhalb der Spezies wird in zwei Arten unterteilt, darunter Interferenz (angepasst) und Ausbeutung (Wettbewerb), und entsteht in Abhängigkeit von der Art der umkämpften Ressource, wie z. B. Nahrung und Territorium3.

Die Existenz sozialer Hierarchien ist ohne dominant-unterwürfige Beziehungen (DSRs) unmöglich. Dominanz stellt sich als "Gewinnen" und Unterordnung als "Verlieren" innerhalb von Tierpaarendar 4. Betroffene Personen treten jedoch nicht nur paarweise, sondern auch in Gruppen von drei oder mehr Personen auf. 1922 beschrieb Thorleif Schjelderup-Ebbe die Dominanzhierarchie bei Haushühnern. Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale zwischen den dominanten und untergeordneten Tieren waren die Verweildauer am Futterautomat und aggressives Verhalten. Die Dominanzhierarchie wird in zwei Formen unterteilt: linear und nichtlinear5. Die lineare Dominanz umfasst zwei Gruppen, A und B. In diesem Paradigma transitiver Beziehungen6 dominiert Gruppe A Gruppe B oder Gruppe B dominiert Gruppe A. Nichtlineare Dominanz tritt auf, wenn es mindestens eine zirkuläre Beziehung gibt: A dominiert B, B dominiert C und C dominiert A7.

Modelle zur Bewertung von dominant-unterwürfigem Verhalten existieren für verschiedene Arten, darunter Nagetiere, Vögel8, nichtmenschliche Primaten9,10,11 und Menschen 12. Die dominant-unterwürfige Methode ist in der Literatur gut vertreten und wurde als Modell zur Beurteilung von Manie und Depression13 sowie der antidepressiven Medikamentenaktivität14 verwendet. Dieses Modell wurde verwendet, um den frühkindlichen Stress nach der Trennung der Mutter bei erwachsenen Ratten zu untersuchen15. Die DSR-Paradigmen können in drei Modelle unterteilt werden: die Reduktion des dominanten Verhaltensmodells 13,16, die Reduktion des unterwürfigen Verhaltensmodells14 und die Clonidin-Umkehrung des Dominanzmodells17.

Diese Studie demonstriert eine Untersuchung von DSR durch Aufgaben, die auf Nahrungskonkurrenz basieren. Die Vorteile dieser Methode liegen in der einfachen Reproduzierbarkeit und der Fähigkeit, dominant-unterwürfiges Verhalten zu beobachten und genau zu analysieren. Darüber hinaus beruht die dominant-unterwürfige Verhaltensaufgabe im Gegensatz zu vergleichbaren Verhaltensaufgaben eher auf Nahrung als auf Territorium, was diese Verhaltensaufgabe kostengünstiger und einfacher macht und die Forscher kein kompliziertes Training absolvieren müssen, um die Aufgabe auszuführen und die Daten zu verarbeiten.

Das übergeordnete Ziel der aktuellen Studie ist es, die Entwicklung von DSR nach Schädel-Hirn-Trauma (SHT) nachzuweisen. SHT wird mit sozialen Beeinträchtigungen, Depressionen und Angstzuständen in Verbindung gebracht. Das Modell der Induktion eines SHT ist ein einfaches und effektives Standardmodell, bei dem ein Schädel-Hirn-Trauma mit einem Flüssigkeitsperkussionsgerät induziert wird18,19.

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Protokoll

Die Versuche wurden vom Tierpflegekomitee der Ben-Gurion-Universität des Negev genehmigt und gemäß den Empfehlungen der Deklarationen von Helsinki und Tokio sowie den Richtlinien für die Pflege und Verwendung von Versuchstieren der Europäischen Gemeinschaft durchgeführt. In der vorliegenden Studie wurden adulte männliche Sprague-Dawley-Ratten mit einem Gewicht von 300-350 g verwendet. Die Tiere wurden bei einer Raumtemperatur von 22 °C ± 1 °C und einer Luftfeuchtigkeit von 40%-60% mit Hell-Dunkel-Zyklen untergebracht.

1. Vorbereitung der Tiere

  1. Wählen Sie nach dem Zufallsprinzip 30 erwachsene männliche Ratten aus und teilen Sie sie in zwei Gruppen ein: SHT und Scheinratten.
  2. Stellen Sie Futter (siehe Materialtabelle) und Wasser ad libitum zur Verfügung.
    Anmerkungen: Führen Sie alle Schritte des Tests gleichzeitig durch, um die Auswirkungen der Tageszeit auf die Verhaltensleistung zu kontrollieren. Führen Sie die Verhaltenstests am besten morgens (zwischen 6:00 und 12:00 Uhr) durch, um Störungen durch allgemeine Aktivitäten zu vermeiden.
  3. Führen Sie in beiden Rattengruppen eine Ausgangsbewertung des neurologischen Schweregrads vor der Verletzung durch, wie in Schritt 3 und Tabelle 1 beschrieben.
  4. Betäuben Sie die Ratten mit 4 % (zur Induktion) und 1,5 % (zur Erhaltung) Isofluran. Injizieren Sie Buprenorphin (0,05-0,1 mg/kg; SC) zur präemptiven Analgesie.
  5. Überprüfen Sie, ob die Ratte ruhiggestellt ist, indem Sie auf einen Mangel an Bewegung oder Pedalreflex als Reaktion auf ein Stimulans testen.
    HINWEIS: Für die Verabreichung der Anästhesie wird ein kontinuierlicher Fluss von Isofluran empfohlen.

2. Chirurgischer Eingriff

Anmerkungen: Alle Verfahren müssen unter aseptischen Bedingungen durchgeführt werden. Verwenden Sie sterile Handschuhe. Wechseln Sie die Handschuhe, wenn eine unsterile Oberfläche berührt wird. Tragen Sie Augengleitmittel auf beide Augen auf, um ein Austrocknen zu verhindern. Die parasagittale Fluid-Perkussionsverletzung wurde nach zuvor veröffentlichten Berichten durchgeführt18,20.

  1. Infiltrieren Sie die Kopfhaut mit 0,5% Bupivacain (siehe Materialtabelle), führen Sie einen 10-mm-Schnitt durch und ziehen Sie das Gewebe seitlich zurück.
  2. Führen Sie eine Kraniotomie 18,20 4 mm posterior und 4 mm lateral des Bremmas durch.
    Anmerkungen: Der Operationsbereich muss mehrmals in kreisenden Bewegungen sowohl mit einem jodhaltigen oder chlorhexidinhaltigen Peeling als auch mit Alkohol desinfiziert werden.
  3. Induzieren Sie TBI18,19 durch ein Fluid-Perkussionsgerät (siehe Materialtabelle) über 21-23 ms durch den Dreiwegehahn.
    Anmerkungen: Führen Sie ein moderates SHT mit einer Amplitude von 2,5 atm durch.
  4. Führen Sie eine Kraniotomie an der Gruppe der scheinoperierten Ratten durch (Abbildung 1). Induzieren Sie kein SHT für die scheinoperierte Gruppe.
  5. Führen Sie eine 0,1%ige Bupivacain-Infiltration durch, bevor Sie die Wunde schließen. Verabreichen Sie intramuskuläres Buprenorphin (0,01-0,05 mg/kg) als postoperative Analgesie, bevor Sie das Isofluran absetzen.
    Anmerkungen: Wiederholen Sie die Dosis Buprenorphin alle 12 Stunden für mindestens 48 Stunden.
  6. Bringen Sie die Ratte in den Aufwachraum und überwachen Sie 24 Stunden lang ihren respiratorischen (z. B. Atemstillstand), neurologischen (z. B. Lähmung) und kardiovaskulären Zustand (z. B. Veränderungen der Pupillenfarbe, Abnahme der Weichteildurchblutung und Bradykardie).

3. Bewertung des neurologischen Schweregrads

HINWEIS: Die höchstmögliche Punktzahl für Verhaltensänderungen und motorische Funktionen beträgt 24 Punkte. Ein Wert von 0 steht für einen intakten neurologischen Status und ein Wert von 24 für eine schwere neurologische Dysfunktion21,22,23 (Tabelle 1).

  1. Bewerten Sie den neurologischen Schweregrad (NSS) wie zuvor beschrieben24 bei SHT und Scheinratten vor der Operation, 48 Stunden nach der Operation (Abbildung 2A) und am Tag 28 nach der Operation (Abbildung 2B).

4. Untersuchung des dominant-unterwürfigen Verhaltens

  1. Teilen Sie die Ratten 1 Woche vor dem Test nach dem Zufallsprinzip in Käfige ein.
    Anmerkungen: Jeder Käfig sollte eine scheinbetriebene Ratte und eine TBI-Ratte enthalten.
  2. Führen Sie vor dem Test 2 Tage lang jeden Tag eine 15-minütige Sitzung durch, damit sich die Ratten an das Protokoll gewöhnen können.
    ANMERKUNG: Die dominant-unterwürfige Aufgabe wurde am 29. Tag nach der Verletzung eingeleitet (Abbildung 1).
  3. Verwenden Sie eine Vorrichtung (siehe Materialtabelle) aus zwei transparenten Acrylglaskästen (30 cm x 20 cm x 20 cm, Kasten A und Kasten B, Abbildung 3), die durch einen schlanken 15 cm x 15 cm x 60 cm großen Tunnel 15,19,25 verbunden sind.
  4. Füllen Sie einen Futterautomat (Abbildung 3) mit gezuckerter Milch und stellen Sie ihn in die Mitte des Tunnels. Verwenden Sie Milch, die aus 10 % Zucker und 3 % Fett besteht.
  5. Stellen Sie das Gerät auf einen Tisch mit einer Höhe von 80 cm über dem Boden.
  6. Legen Sie jede Ratte an den ersten 2 Tagen für 15 Minuten zur Gewöhnung in das Gerät. Beginnen Sie mit der Aufgabe nach 2 Tagen Gewöhnung.
  7. Wählen Sie nach dem Zufallsprinzip eine Ratte aus der Kontrollgruppe und eine aus der Gruppe mit Schädel-Hirn-Trauma (SHT) aus und stellen Sie sie in den gleichen Abstand zum Futterautomaten, damit sie 5 Minuten lang erkunden können.
  8. Gewähren Sie den Ratten nach Belieben Zugang zu Wasser.
    HINWEIS: Die Aufgabe dauerte 5 Tage. Die Nahrungseinschränkung wurde während des gesamten Aufgabenzeitraums durchgeführt. Das Futter wurde nach dem Testzeitraum täglich für 1 h verabreicht.
  9. Reinigen Sie das Gerät mit 5%igem Alkohol, bevor Sie die nachfolgenden Tests mit anderen Ratten durchführen.
    Anmerkungen: Durch die Reinigung des Geräts wird der Geruch der vorherigen Ratten beseitigt. Führen Sie den Test in einem Raum mit ausreichender Luftzirkulation durch.

5. Aufzeichnung des Videos und Datenanalyse

  1. Positionieren Sie eine Kamera und installieren Sie die empfohlene Computersoftware (siehe Materialtabelle), um die Daten zu erfassen, zu speichern und zu verarbeiten.
    Anmerkungen: Die Kamera muss in einer Höhe von 290 cm über dem Boden installiert werden.
  2. Nehmen Sie das Video auf, während die Ratten in der Arena sind.
    HINWEIS: Die Kamera und das Gerät waren 210 cm voneinander entfernt. Der Teil der Arena, in dem der Test durchgeführt wird, muss im Kamerarahmen sichtbar sein.
  3. Führen Sie die Datenanalyse23 manuell durch zwei Analysten durch, die für die Gruppen blind sind.

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Ergebnisse

Bewertung des neurologischen Schweregrads
Neurologische Defizite wurden bei männlichen Ratten nach SHT mit Hilfe des NSS beurteilt. Die Ratten wurden in zwei Gruppen eingeteilt: eine SHT-Gruppe und eine Kontrollgruppe. Die Kontrollgruppe wurde einer Scheinoperation unterzogen. Die NSS ermöglichte die Beurteilung der motorischen Funktion und der Verhaltensänderung durch ein Punktesystem22,23; Ein Wert von 24 deutete auf eine schwere neurologisc...

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Diskussion

Klinische Studien deuten darauf hin, dass Hirnverletzungen das Risiko für psychiatrische Erkrankungen erhöhen können26,27. Darüber hinaus beeinflusst SHT die Entwicklung des Sozialverhaltens28,29. In diesem Protokoll hatte das TBI-Modell einen Einfluss auf die Darstellung von dominant-unterwürfigem Verhalten. Dominant-unterwürfiges Verhalten manifestierte sich in Bezug auf die Zeit, die am Futterspender v...

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Offenlegungen

Die Autoren haben nichts zu verraten.

Danksagungen

Die Arbeit ist Teil der Doktorarbeit von Dmitry Frank.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
2% Chlorhexidin in 70% iger AlkohollösungSIGMA - ALDRICH500 ccFür die allgemeine Antisepsis der Haut im Operationssaal
4 Bretter unterschiedlicher Dicke (1,5 cm, 2,5 cm, 5 cm und 8,5 cm)Dies ist zur Beurteilung des neurologischen Defekts
4-0 Nylonnaht4-00
FlaschenTechniplastACBT0262SU
Bupivacain 0,1 %
Diamant-LochsägenbohrerGlaslochsägen-Kitoptional.
Digitale WaageSIGMA - ALDRICHRs 4.000
PräparierschereSIGMA - ALDRICHZ265969
Ethanol 99,9 %Apotheke5%-10% Lösung zur Reinigung von Geräten und zur Entfernung von Gerüchen
Fluid-PerkussionsgerätMaß in der Universitätswerkstattwird keine bestimmte Marke empfohlen.
MullschwämmeFisher
Gloves (dünne Laborhandschuhe)Optional.
Heizung mit ThermometerHeatingpad-1Modell: HEATINGPAD-1/2Es wird keine bestimmte Marke empfohlen.
Horizon-XLMennen Medical Ltd
Isofluran, USP 100%Piramamal Critical Care, IncNDC 66794-017Anästhesieflüssigkeit zur Inhalation
Logitech Webcam SoftwareLogitech2.51Software für Videokamera
OperationszangeSIGMA - ALDRICH
OperationsschereSIGMA - ALDRICH
PC Computer für USV-Aufzeichnung und DatenanalyseIntelIntel Core i5-6500 CPU @ 3,2 GHz, 16 GB RAM, 64-Bit-Betriebssystem
Plexiglaskästen, die durch einen schmalen DurchgangZwei transparente 30 cm &mal; 20 cm & mal 20 cm Plexiglaskästen verbunden durch einen schmalen 15 cm & mal 15 cm & mal 60 cm Durchgang
Purina ChowPurina5001Nagetier-Laborfutter, das Ratten verabreicht wird  ist eine Lebenszyklusnahrung, die in der biomedizinischen Forschung verwendet wurde
Rattenkäfige (Rattenkäfig oder ein anderes Gehege)Techniplast2000PEs wird keine bestimmte Marke empfohlen
Skalpellklingen 11SIGMA - ALDRICHS2771
SPSSSPSS Inc., Chicago, IL, USAEin 20er-Paket
Stereotaktisches Instrument, das in der Universitätswerkstattnach Maß angefertigt wurdeEs wird keine bestimmte Marke empfohlen
ZeitmessgerätIntervall-Timer: Timing für die Aufnahme von USVsOptional. Jeder Timer ist geeignet, obwohl es praktisch ist, einen Intervall-Timer zu verwenden, wenn Sie mehrere Ratten kitzeln
VideokameraLogitechC920 HD PRO WEBCAMDigitale Videokamera für die hochauflösende Aufzeichnung des Rattenverhaltens unter dominantem Unterwürfigkeitstest
mit 3 mm Durchmesser nach Es verbunden sind

Referenzen

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