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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Wir beschreiben ein Protokoll für die extrazelluläre Aufzeichnung der spinalen Mehrkanal neben der Aufzeichnung der Herzfunktion und der Analyse der kardialgesperrten Neuronen des Spinalhorns. Diese Methode bietet einen zeitlich synchronisierten Rahmen für die Untersuchung der Wirbelsäulenmechanismen, die den durch Akupunktur induzierten viszeralen Funktionsveränderungen des Brustkorbs zugrunde liegen.
Viele Studien haben gezeigt, dass Elektroakupunktur bei der Behandlung und Vorbeugung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen von Vorteil sein kann. Sein Mechanismus ist jedoch nach wie vor wenig verstanden. Das thorakale Spinalhorn (SDH) spielt eine wichtige Rolle bei der Integration und Modulation somatischer und viszeraler Inputs, die dann die Herzsteuerung beeinflussen können. Im Gegensatz zur lumbalen SDH, die ausführlich untersucht wurde, wurde die thorakale SDH aufgrund der Schwierigkeit der chirurgischen Exposition und der stereotaktischen Fixierung weniger erforscht. In dieser Studie bieten wir einen allgemeinen Ansatz zur gleichzeitigen Überwachung der neuronalen Aktivität und der Herzfunktion, indem wir die Aufzeichnung von Elektrokardiogrammen und Mikroelektrodenarrays kombinieren. Darüber hinaus beschreiben wir, wie kardialgesperrte Neuronen identifiziert werden können, indem wir die Verteilung der Feuerrate der neuronalen Aktivität synchron mit dem Herzschlag berechnen. Die Strategie ist von großer Bedeutung für die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen kardiovaskulärer Funktion und neuronaler Aktivität sowie für das Verständnis des somatokardialen Reflexes, der durch periphere Nervenstimulationen ausgelöst wird.
Die Akupunktur oder Körperoberflächenstimulation als prominente therapeutische Technik im Rahmen der Traditionellen Chinesischen Medizin (TCM) funktioniert durch die Stimulation bestimmter Bereiche auf der Körperoberfläche. Es ermöglicht die mehrstufige Regulation der Funktionen des Organismus durch die Regulierung der viszeralen Funktionen über afferente Bahnen, die zentrale Integration und autonome efferente Nervenmechanismen. Im Zentrum dieser Therapie steht das Konzept, dass die gezielte Stimulation von anatomisch definierten Akupunkturpunkten eine systemische physiologische Regulation induziert. Wachsende klinische Evidenz unterstützt die Rolle der Akupunktur als ergänzende Modalität bei der Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, wobei die Wirksamkeit sowohl in der Primärprävention als auch in ergänzenden Behandlungsprotokollen nachgewiesenwurde 1,2.
Primäre Afferenzen sensorischer Neuronen enden überwiegend im Spinal-Hinterhorn (SDH), entsprechend spielen die Spinal-Hinterhorn-Neuronen (SDHNs) eine entscheidende Rolle bei der Integration und Modulation somatischer Inputs 3,4,5. Darüber hinaus erhalten die SDHRNs auch kardiale Afferenzen und übermitteln viszerale Informationen an spinale sympathische präganglionäre Neuronen (SPNs) zur kardiovaskulären Modulation6. Die kardial-gesperrten SPNs befinden sich an der lateralen Ecke des thorakalen Segments des Rückenmarks (T1-T5), wobei Axone in die zervikalen oder thorakalen Ganglien projizieren und anschließend das Herz über den Herz-, Mittel- und unteren Nerv innervieren. Infolgedessen spielt das thorakale Rückenmark eine entscheidende Rolle bei der Integration und Modulation von somatischen und viszeralen Inputs, die dann die Herzsteuerung beeinflussen können. Es ist daher wichtig zu verstehen, wie die somatische Stimulation die Herzfunktion durch Modulation der SDHRNs im thorakalen Segment des Rückenmarks reguliert.
Frühere Studien haben gezeigt, dass die Elektroakupunktur am PC6 (organisiert im T3-Wirbelsäulensegment als homotope Struktur-Funktions-Einheit) die Symptome der myokardialen Ischämie durch Modulation des autonomen Nervensystems lindern kann 7,8,9. Eine quantitative Echtzeit-Synchronisierung der Auswirkungen der Akupunktur auf die Herzfrequenz mit der Aktivität des Nervensystems wurde jedoch noch nicht realisiert. Es wurden nur unmittelbare Indikatoren für die autonome nervöse Aktivität und das Elektrokardiogramm (EKG) nach der Akupunktur dokumentiert. Forschung, die SDHNs mit viszeralen physiologischen Funktionen in Verbindung bringt, ist nach wie vor spärlich. Aufgrund der physiologischen Krümmung der Brustwirbel und des engen Raums zwischen benachbarten Brustwirbelsegmenten, insbesondere T1-T5, ist der Zugang zu diesen Bereichen schwierig, was dazu führt, dass es kaum direkte Beweise für die Aufklärung der spinalen Mechanismen gibt, die der Akupunktur am homotopen Akupunktur T3 PC6 zugrunde liegen und die Herzfunktion bei der Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen regulieren.
Um den Zusammenhang zwischen SDH und akupunkturvermittelter Herzfunktionsregulation besser zu verstehen, muss eine synchrone Aufzeichnung der Herzfunktion und der neuronalen Aktivitäten implementiert werden. In dieser Arbeit werden wir einen allgemeinen Ansatz für die extrazelluläre Aufzeichnung der spinalen Mehrkanal-Aufzeichnung neben der Aufzeichnung der Herzfunktion sowie der Analyse der kardial-gesperrten SDHRNs vorstellen. Diese Methode bietet einen zeitlich synchronisierten Rahmen für die Untersuchung der Wirbelsäulenmechanismen, die den durch Akupunktur induzierten viszeralen Funktionsveränderungen des Brustkorbs zugrunde liegen.
Das Tierversuchsprotokoll hielt sich strikt an die Anforderungen des nationalen Standards "Guidelines for Ethical Review of Welfare of Laboratory Animals" (GB/T 35892-2018) und wurde von der Ethikkommission der Institution genehmigt. In dieser Studie wurden männliche Sprague-Dawley (SD)-Ratten mit Lichtschutzfaktor im Alter von 6-8 Wochen und einem Gewicht von etwa 220 g verwendet. Bei allen Experimenten wurden Laborkittel, Handschuhe und Masken getragen. Die Details zu den Reagenzien und den verwendeten Geräten sind in der Materialtabelle aufgeführt. Am Endpunkt des Experiments wurden die Ratten über eine Herzperfusion unter tiefer Narkose mit anschließender Zervixluxation euthanasiert.
1. Präoperative Einrichtung
2. Präoperative Vorbereitung
3. Tracheale Intubation
4. EKG-Erkennung
5. Perikardkatheterisierung zur medikamentösen Verabreichung Bradykinin (BK)
6. Freilegung des T3-Rückenmarks
7. Fixierung und Einstellung der Brustwirbel
8. Somatische und BK-Reize
9. Datenanalyse und -verarbeitung
Gemäß dem oben genannten Protokoll wurden die T3-SDHNs exponiert, wobei Bradykinin (BK) oder somatisches Needling an die Perikard-/Akupunkturregionen verabreicht wurde. Diese Untersuchung quantifizierte stimulusevozierte neuronale Aktivierungsprofile (Typ/Frequenz) und gleichzeitige elektrokardiographische (EKG) Veränderungen während des nozizeptiven viszeralen Inputs, der BK-Anwendung und der somatosensorischen Modulation.
Abbildung 2A zeigt einen Querschnitt des T3-Rückenmarks der Ratte. Auf der linken Seite veranschaulicht es die Verteilung der unterschiedlichen Laminen. Auf der rechten Seite sind orangefarbene Bereiche dargestellt, die die Verteilung des Dil-Farbstoffs nach einer Inkubationszeit von 10 Minuten darstellen. Eine mit Dil-Farbstoff imprägnierte Array-Elektrode wurde an den Mikromanipulator einer stereotaktischen Apparatur angebracht. Die Elektroden wurden dann vertikal in das Hinterhorn des Rückenmarks eingeführt, 500 μm lateral des hinteren Sulcus medianus am T3-Segment, bis zu einer Tiefe von 1.500 μm, wobei die Tiefe entsprechend dem Körpergewicht der Ratte angepasst wurde. Nach einer 15-minütigen Aufzeichnungszeit wurden Perfusionen und Gewebeentnahmen durchgeführt, während derer die Elektroden Signale von den Laminae I bis VIII des Rückenmarks der Ratte aufzeichneten. Abbildung 2B-D zeigt die Rasterdiagramme, Wellenformen, die Hauptkomponentenanalyse (PCA) und die Autokorrelation von Neuronen, die von Kanal 19 aufgezeichnet wurden. Abbildung 2F,G zeigt analoge Daten für drei Neuronen, die von Kanal 11 aufgezeichnet wurden. Die Daten aus diesen beiden Kanälen deuten auf eine klare Klassifizierung der Neuronen hin und liefern authentische Daten für die anschließende Korrelationsanalyse.
Die blauen Säulen zeigen die kumulative Anzahl der neuronalen Entladungen innerhalb eines bestimmten Zeitraums, abzüglich des Durchschnittswertes. Abbildung 3A zeigt eine Baseline-Aufzeichnung (BL) für 60 s. Die Neuronen von Kanal 17c und Kanal 21a zeigen das Vorhandensein von kardial gesperrten Neuronen in den T3-SDHNs, die als Reaktion auf EKG-Variationen unterschiedliche periodische Entladungen aufweisen. Abbildung 3B zeigt die Wirkung der BK-Applikation auf das Perikard im linken Vorhof auf T3-SDHNs, zusammen mit einem Beispiel von kardialgesperrten Neuronen. Das Neuron des Kanals 17c zeigte nach BK-Verabreichung eine signifikante Reduktion der Herzsperre. Wie in dem grün schattierten Bereich von Abbildung 3C dargestellt, gibt es nach der Verabreichung von MAPC6 einen konsistenten Cluster von Neuronen, die in den Feuerzyklen sowohl der BL- als auch der MAPC6-Bedingungen ein periodisches Feuern um die R-Welle zeigen. Dieses Muster ist regelmäßiger als das Brennen, das nach BK-Anwendung beobachtet wird. Im Gegensatz dazu ist in Abbildung 3D das Feuermuster der Neuronen nach MAPC6 weniger ausgeprägt. Somit kann MAPC6 die Feuerfrequenz von herzbezogenen Neuronen in der spinalen dorsalen Hornhaut von T3 verbessern und dadurch die Herzfunktion unter pathologischen Bedingungen aufrechterhalten. Abbildung 3E,F zeigt, dass die Entladungsfrequenz von T3-SDHNs, die durch BK aktiviert wurden, nach Akupunkturstimulation des PC6-Akupunkturpunkts abnahm. Umgekehrt war der Feuerfrequenzanteil der durch BK gehemmten T3-Spinalneuronen nach Akupunkturstimulation des PC6-Akupunkturpunkts signifikant erhöht.
Interessanterweise wird Kanal 21a als ein kardialokgesperrtes Neuron identifiziert, das periodische, regelmäßige Entladungen speziell als Reaktion auf die P-Welle aufweist, die die Initiierung der atrialen Depolarisation durch den Sinusknoten (SA) markiert, und das PR-Intervall, das die Verzögerung am atrioventrikulären Knoten anzeigt. Obwohl es keine signifikante Veränderung der P-Welle im EKG gibt, führt die Anwendung von BK zu einer Konzentration von drei Neuronenclustern zwischen jeder P- und Q-Welle im EKG, was eine engere Beziehung zur P-Welle zeigt (wie durch den violett schattierten Bereich in Abbildung 3B angezeigt). Die P-Welle im EKG ist ein wichtiger Indikator, der die Normalität der atrialen Kontraktionswellen widerspiegelt, und die vom SA-Knoten erzeugte P-Welle stellt den Prozess der atrialen Depolarisation dar, wodurch die Wirkung von BK auf die Vorhöfe verifiziert wurde. Nach der Verabreichung von MAPC6 gab es jedoch ein deutliches Muster im Feuern von Neuronen in Bezug auf die R- und T-Wellen. Nach der Akupunktur kehrten die Neuronen zu einem gehäuften Muster zurück, das mit der P-Welle assoziiert ist, was darauf hindeutet, dass Akupunktur pathologische Herzkrankheiten behandeln kann, indem sie den Rhythmus von somatischen und viszeralen Neuronen im selben Segment des Spinaldorsalhorns moduliert.

Abbildung 1: Chirurgischer Ablauf des T3 SDH. (A) Beatmungsgerät. (B) Intubation der Luftröhre bei Ratten. (C) Anatomie des Thymus und des Herzens. (D) Thymus in das Perikard spritzen. (E) T2-8 Brustwirbel nach der Entfernung. (F) T3 Rückenmark. (G) Die modifizierten Wirbelsäulenklemmen. (H,I) Lokale Fixierung der Wirbelsäulenklemme. (J,K) Ein schematisches Diagramm der somatischen und viszeralen Stimulation; Während der Aufzeichnung befanden sich die Ratten in Rückenlage und Bauchlage. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: Aufgezeichnete T3-Neuronen des Spinalhorns. (A) Validierung der Elektrodenplatzierung: Querschnitt des Rückenmarks, der die Implantationsspur einer 32-Kanal-Silikonsonde zeigt. Einschub: Modifizierter Paxinos-Rückenmarksatlas der Ratte mit zytoarchitektonischen Laminae-Grenzen (I-X), die zur räumlichen Registrierung überlagert sind. Die Diagramme zeigen (B,E) Kanal 19 und Kanal 11 neuronale Feuerraster und Wellenformen, (D,G) PCA-Clustering und Cluster-Diagramm sowie (C,F) Autokorrelationen. Die zentralsymmetrischen Muster, die in den Feldern C und F dargestellt sind, zeigen die charakteristischen Feuermuster von Neuronen, die auf den Neuronen von Kanal 19 und Kanal 11 aufgezeichnet wurden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3: Die Wirkung der lokalen BK-Applikation auf das Perikard auf T3-SDHNs und Beispiel für kardial-gesperrte Neuronen. (A) Die Neuronen von Kanal 17c und Kanal 21a zeigen das Vorhandensein von kardial-gesperrten Neuronen im T3-SDR. (B) Veränderungen des Locking-Grades nach BK-Verabreichung innerhalb von 30 min. (C,D) Das Beispiel eines herzgesperrten Neurons MAPC6 für 1 min und nach MAPC6 für 1 min. (E,F) Änderung des Häufigkeitsanteils von Neuronen, die nach MAPC6 auf BK reagieren. Fehlerbalken stellen den Mittelwert ± SEM dar (N = 6). *P < 0,05, verglichen mit BL. #P < 0,05, ##P < 0,01, verglichen mit BK. Es wurde ein gepaarter t-Test verwendet. Abkürzungen: BL = Baseline; BK = Bradykinin; MAPC6= Manuelle Akupunktur bei Neiguan (PC6). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Ergänzende Datei 1: EKG-gesperrte neuronale Aktivitätsanalyse. In Zeile 70: Ändern Sie die Zeitbereiche in condition={[t1_start,t1_end], [t2_start,t2_end], ...}. Passen Sie die Beschriftungen der experimentellen Phasen in Zeile 71 an: conditiontitle = {'baseline','EA1','EA2'}; , um sie an den in Bedingung definierten Zeitbereichen auszurichten. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Die Autoren haben keine Interessenkonflikte anzugeben.
Wir beschreiben ein Protokoll für die extrazelluläre Aufzeichnung der spinalen Mehrkanal neben der Aufzeichnung der Herzfunktion und der Analyse der kardialgesperrten Neuronen des Spinalhorns. Diese Methode bietet einen zeitlich synchronisierten Rahmen für die Untersuchung der Wirbelsäulenmechanismen, die den durch Akupunktur induzierten viszeralen Funktionsveränderungen des Brustkorbs zugrunde liegen.
Diese Studie wurde unterstützt von der National Natural Science Foundation of China (Nr. 82330127, Nr. 82105029), dem National Key R&D Program of China (Nr. 2022YFC3500702) und den Fundamental Research Funds for the Central Public Welfare Research Institutes (Nr. ZZ-2023008) und das Projekt des Bildungsministeriums der Provinz (Nr. 2019JM-027).
| Anästhesiesystem | Kent Scientific | SomnoSuite | |
| Central v6.5 | Black Microsystems | Cerebus-128 | |
| Feine Schere | Feine Schere | Feine Schere | |
| Friedman-Pearson Rongeurs | Fine Science T ools | 16220-14 | |
| Gelatineschwämme | Coltene | 274-007 | |
| Intubation Kanüle | Harward Apparatur | 73-2737 | |
| Isofluran | RWD | R510 | |
| LabChart Professional Software | LabChart Professional Software | Version 8.0 | |
| Mikroband-Elektrodenarray | Neuronexus | A1x32-6mm-50-177 | |
| Mikromanipulator | Narishige | DMA-1510 | |
| Nadeln | Zhongyantaihe | 0,25 mm x 0,25 mm | |
| NeuroExplorer-Software (V5.0) | Plexon | V5.0 | |
| Offline-Sortierer | Plexon | V4.0 | |
| Powerlab | ADInstruments | PL26T04 | |
| Ratten | das Experimentierzentrum der Akademie für militärmedizinische Wissenschaften der Volksbefreiungsarmee von China | ||
| Wirbelsäulenadapter | N/A | N/A | Maßgeschneiderte |
| Federschere | Fine Science Tools | 15023-10 | |
| stereotaktisches Instrument | Narishige | SR-5R-HT |