Summary
Denne protokol demonstrerer vores model af aktivitetsbaseret bevægeapparatet løbebånd uddannelse for rotter med rygmarvsskade (SCI). Inkluderet er både quadrupedal og forelimb-only grupper ud over to forskellige typer af ikke-uddannede kontrolgrupper. Efterforskere er i stand til at vurdere træning virkninger på SCI rotter benytter denne protokol.
Abstract
Rygmarvsskade (SCI) resulterer i vedvarende underskud, der omfatter både mobilitet og et væld af autonome-relaterede dysfunktioner. Bevægeapparatet uddannelse (LT) på et løbebånd er almindeligt anvendt som en rehabilitering værktøj i befolkningens SCI med mange fordele og forbedringer i hverdagen. Vi anvender denne metode af aktivitetsbaseret opgave-specifikke uddannelse (ABT) i gnavere efter SCI både belyse mekanismerne bag sådanne forbedringer og til at øge og forbedre eksisterende kliniske rehabilitering protokoller. Vores nuværende mål er at bestemme de underliggende ABT-induceret forbedringer i urin mekanismer, tarm, og seksuel funktion i SCI rotter efter en moderat til svær grad af kontusion. Efter at sikre hvert enkelt dyr i en skræddersyet justerbar vest, er de sikret en alsidig organ vægt støttemekanisme, sænket til en modificeret tre-sporede løbebånd og bistået i step-træning for 58 minutter, en gang om dagen i 10 uger. Denne opsætning giver mulighed for uddannelse af både quadrupedal og forelimb kun dyr, sammen med to forskellige ikke-uddannede grupper. Quadrupedal-uddannede dyr med body vægt støtte er hjulpet af en tekniker til stede til at bistå i stepping med ordentlig hind lemmer placering som nødvendigt, mens forelimb-kun uddannede dyr opdrættes i caudale slutningen at sikre ingen hind lemmer kontakt med den løbebånd og ikke vægtbærende. En ikke-uddannede SCI gruppe af dyr, der er placeret i en sele og hviler ved siden af løbebånd, mens anden kontrol SCI gruppen forbliver i sit hjem bur i undervisningslokale i nærheden. Dette paradigme giver mulighed for uddannelse af flere SCI dyr på én gang, hvilket gør det mere tid-effektive ud over at sikre, at vores prækliniske dyremodeller efterligner den kliniske repræsentation som tæt som muligt, især med hensyn til kroppen vægttab støtte med manuel bistand.
Introduction
Globalt, mellem 250.000-500.000 nye rygmarvsskade (SCI) tilfælde opstår enten på grund af degeneration, sygdomme eller mest almindeligt (op til 90%) traumer1. Efter traumatisk SCI, en serie af fysiologisk begivenheder finder sted, at resultere i neurologiske underskud, der påvirker en lang række kropsfunktioner. På grund af de kroniske underskud, der følger SCI, er udvikling og afprøvning af effektiv behandlingsmodaliteter afgørende. Indtil for nylig, har rehabilitering strategier oftest fokuseret på genvinding af mobilitet2,3. Efter SCI rang patienter blære/urin, tarm og seksuelle funktioner blandt de højeste livskvalitet komplikationer behov for bedre forvaltning1,4,5. Derfor er målretter blære, tarm, og seksuel funktion af allerstørste betydning fra en rehabilitering standpunkt1,4,5.
Motion og bevægeapparatet uddannelse (LT) er almindeligt udnyttede rehabiliterende behandlinger i SCI patientgruppe med mange fordele, såsom hjerte-kar-funktion, blære/urin funktion og mobilitet6,7,8 ,9,10. Det er derfor vi udnytte en lignende modalitet i vores prækliniske rotte SCI model. Det er vores mål at afgøre, hvilke virkninger LT har på SCI Wistar rotter, specielt med hensyn til både øvre (nyre) og lavere (blære, eksterne urethrae sphincter) urinveje funktion, tarmfunktion og seksuel funktion. Yderligere, LT har vist sig at være tilstrækkeligt i aktivering neuromuskulære systemer under niveauet for skade, som kan have indflydelse på beregningen af plasticitet i centralnervesystemet (CNS)11,12.
LT succes i prækliniske studier er veldokumenteret i store13,14 og små15,16,17,18,19 SCI dyremodeller. Tyder på, at afferente sensoriske input fra LT er tilstrækkelig til at stimulere spinale refleks veje, der resulterer i plasticitet og forbedringer for Sanse-Motorisk funktion9,20. LT fordele med hensyn til autonome funktioner er ikke blevet godt karakteriseret. Derfor gennemfører vi vores uddannelse paradigme med fokus på autonome statusmålinger, ved hjælp af fire forskellige grupper, der omfatter to ikke-uddannede kontrol og en metabolisk/motion ikke-vægtbærende gruppe sammen med en LT-gruppe, der efterligner timingen, session varighed, manuel bistand og vægt støtte, der er anvendt i kliniske studier19,21,22,23,24.
Protocol
Alle metoderne er blevet godkendt af University of Louisville institutionelle Animal Care og brug udvalg (IACUC).
1. før skade håndtering og test (en uge før SCI)
- Håndtere hver rotte i en periode på 5-10 min. en gang om dagen i fem dage.
Bemærk: Voksne mandlige Wistar rotter, der er ~ 50 dage gammel i første omgang og 200-225 g afvejes der bruges i denne protokol. Rotter på dette før skade tid-punkt er akklimatiseret ikke til seletøjet, der bruges til LT som fuld udnyttelse af hindlimbs tillader rotte at flygte fra jakken. - Foretage nogen forudgående skade test, der er undersøgelsesspecifikke (f.eks.forfatterne gør metaboliske bur vurderinger for undersøgelser, der involverer virkningerne af SCI på blære og tarm funktion).
2. rygmarven kontusion25,26,27,28
- Bedøver dyr med ketamin (80 mg/kg) og xylazin (10 mg/kg) blanding intraperitoneal ifølge angivne dosering diagram (tabel 1). Administrere supplerende dosering efter behov. Test bedøvelsesmiddel dybde mindst hvert 10 min ved vurderingen af cornea, palpebral, pedal, hale knivspids og pinna reflekser.
- Barbering håret fra bagsiden af dyret hvor indsnit og skade er at forekomme. Rense den kirurgisk område med Dermachlor 4% kirurgisk krat. Administrere en langtidsvirkende almindelige antibiotika (f.eks.0,5 cc Pro-Pen-G subkutant).
- Placer de bedøvede dyr på en varmepude på en lav indstilling til at opretholde kroppens normale temperatur.
- Placering af målrettede læsion niveau baseret på vertebrale udvækster og med en #10 skalpel, gøre et anslået 5 cm snit på dorsum af dyret, direkte over midterlinjen ryghvirvler.
- For midten af thorax blodudtrædninger, udsætte T8/T9 niveau af rygmarven via fjernelse (med rongeurs) af overliggende T7 vertebrale lamina.
- Ved hjælp af en kontusion enhed som en uendelig horisont Slaglegemet29, udføre kontusion (for en moderat til svær grad af SCI, bruge en kraft på 210 kdyn med ingen hviletid)18.
- Sutur sammen muskuløs lag og fascia over rygmarven ved hjælp af 4-0 diameter monofilamenter og lukke huden med 9 mm kirurgiske sår klip.
- Administrere postoperative lægemidler, såsom gentamicin sulfat (5 mg/kg om dagen i 5 dage, antibiotikum at undgå blære infektioner) og meloxicam (1 mg/kg subkutant, smertestillende for første 48 h og derefter som nødvendigt).
- Placere dyr i et rent bur på en varmepude. Kontrollere dyr vitale tegn hver 15 minutter, indtil de er helt vågen fra anæstesi. Under dagens første post-op opfordres dyrene til at spise med en sukkerholdig behandling. For de første 48 timer (tre gange dagligt i forbindelse med manuel crede - Se 2.10), rotter overvåges for inaktivitet, vocalization svar til håndtering og mangel på lyst til at spise og drikke. Hvis analgesi er fundet for at være utilstrækkeligt, kontaktede det veterinaere personale. I hele den første to-ugers opvågningsfasen observeres dyrene for tegn på infektion eller andre komplikationer. Endnu en refleks tømme afkast, dyrene er en tendens til to gange om dagen (tidlig morgen og sen eftermiddag). Dyr med infektioner eller betydeligt vægttab er straks aflives. Med hensyn til mad og vand indtag, cut off point for aktiv dødshjælp er når dyret har nået noget over 20% vægttab. Normale vægttab efter kirurgi og brug atrofi af muskler nedenfor skade er 15-20%. Alle dyr er vejes mindst en gang om ugen.
- Udføre blære tømme procedurer ved hjælp af den manuelle Credé manøvre 3 gange om dagen (8 am, 3 pm, 10 pm) indtil refleksiv blærefunktion er vendt tilbage (3-6 dage i gennemsnit for blodudtrædninger)26,30.
3. uddannelse fase
- Påbegynde LT tidligst to uger post-SCI, som igangsættende interventioner for tidligt kan forværre sekundære skade cascades31.
- Uge 1 akklimatisering til løbebånd uddannelse: Transport rotter til et stille rum, der er dedikeret til uddannelse.
- På dag 1, opdele tilfældigt og jævnt SCI dyr i uddannet og ikke-uddannede kontrolgrupper, at tage højde for potentielle variabilitet i både skaden, selve samt graden af spontan helbredelse efter kontusion. For eksempel, opdele rotter i 4 separate grupper: quadrupedal uddannet (QT), forelimb-kun uddannede (FT), ikke-uddannede kontrol (NT) og ikke-uddannede hjem bur kontrol (HC). En fingeret gruppe hvor dyr modtage en laminektomi men ingen skade og håndteres ellers det samme som de andre grupper kan også bruges som en uskadt kontrolgruppe uden uddannelse.
- Placer hvert dyr i de respektive sele (figur 1) og fastgør seler til kroppens vægt støttemekanisme over de løbebånd via alligator klip, som er fastgjort til vægttab støtte fjedre (figur 2 og figur 3). Dette kræver dyr skal fastgøres på ét sted på løbebånd, at sikre, at de går i de udpegede fremadgående retning og hastighed.
Bemærk: På grund af tid og personale begrænsninger, forfatternes lab foretager daglige træning i grupper af tolv dyr, tre i hver delmængde gruppe. - Starte acclimation processen efter tidligere udgivne protokol17. Påbegynde akklimatisering til LT (start uge 3 post-LAF) med en gradvis løbebånd eksponering regime, stigende fra 10 min på dag 1 til 58 min fulde målet i den første uge (tabel 2). Typisk, dag 4 vænne dyrene godt til træning regime. Hvis et dyr ikke viser progressionen af den tredje dag i acclimation, tid ville være reduceret, og ekstra dage tilføjet på en mere gradvis rampe-op (sjældent).
- Hvis et dyr under den første dag eller to ikke tilpasse sig indespærring af seletøj og løbebånd, stoppe træningen, fjerne det fra seletøjet, placere den animalske tilbage i sit bur og give det to godbidder at bidrage til at styrke fremtidig overholdelse. Den næste dag, placere dyret i sele og vægt støttesystem igen i 10 min. På efterfølgende dage, øge varighed af 20 min i første omgang og derefter fortsætte med at øge uddannelses varighed dagligt for at opnå fuld uddannelse ved dag 10.
- Følg de detaljerede uddannelse regime i tabel 2.
- På grund af begrænset hind lemmer brug efter skade kræver rotter i gruppen QT manuel facilitering for ordentlig pote placering mens træde på løbebåndet. Bruge én finger på hver hånd (almindeligt det tredje ciffer) til hjælp i hofte/talje støtte. Når dyret kræver yderligere bistand i stepping, bruge denne samme finger til at anvende pres over knæet at indlede stepping. Hvis det er nødvendigt, skal du bruge en separat finger (normalt den femte ciffer) til at støtte foden i stepping.
Bemærk: Mængden af body vægt støtte behov varierer fra dyr til dyr og ændringer som uddannelse skrider frem. Foråret support system giver tilstrækkelig assistance til at holde dyret placeret for en ordentlig gangart. Yderligere support tilbydes efter behov af træner per ovenfor. Bemærk, at et centralt element i LT er funktionelt passende pote placering for stepping og interlimb koordinering, der fremmes af træneren og er uafhængig af støtteordningen. - For gruppen FT motion justere kroppen vægt support system for at lidt ophøje hind lemmer for at sikre ingen sensoriske stimuli til poter og ingen vægtbærende sker gennem kontakt med løbebånd.
Bemærk: FT-gruppen fungerer som en øvelse og metabolisk kontrol, svarer til en hånd-krank øvelse i menneskelig aktivitet-baseret uddannelse undersøgelser. - Har gruppen NT spændte og knyttet til kroppen vægt support system på samme måde som QT og sted NT-gruppe i nærheden af gruppen QT på en stationær overflade (figur 2 og figur 3).
Bemærk: NT-gruppe modtager ingen aktivitet og kontrol for enhver potentielle effekter af at blive spændt for en udvidet tidsperiode. - Et hjem bur gruppen kan tjene som en ekstra kontrol. Transport af disse dyr til træningsanlæg som et yderligere skridt til denne gruppe.
- På grund af begrænset hind lemmer brug efter skade kræver rotter i gruppen QT manuel facilitering for ordentlig pote placering mens træde på løbebåndet. Bruge én finger på hver hånd (almindeligt det tredje ciffer) til hjælp i hofte/talje støtte. Når dyret kræver yderligere bistand i stepping, bruge denne samme finger til at anvende pres over knæet at indlede stepping. Hvis det er nødvendigt, skal du bruge en separat finger (normalt den femte ciffer) til at støtte foden i stepping.
- Dag 7 -10 efter starten af LT, tog hvert dyr én gang dagligt, hver dag indtil dag i forsøgets afslutning. Efter hver dag i uddannelse give hvert dyr en sukkerholdig behandling for at styrke overholdelse. Fortsat daglige LT på dyr efter den 1 h regime fastsat i tabel 2 varigheden af undersøgelsen (f.eks.8-12 uger at efterligne den omtrentlige 80 one-timers sessioner, der er gjort i kliniske undersøgelser)9.
4. aktiv dødshjælp og væv samling
- Administrere en dødelig dosis af anæstesi til dyret, der overholder AVMA retningslinjer om aktiv dødshjælp.
- Når hjertet lige netop slå, straks begynde perfusing dyret i en dedikeret stinkskab først med koldt heparinized saltvand efterfulgt af kolde, 4% PARAFORMALDEHYD løsning.
- Først bruger kirurgisk saks til at gøre et snit på tværs af mellemgulvet, udsætter brysthulen. Fortsætte med at skære gennem brystkassen rostrally på begge sider, fjerne brystkassen. Indsæt perfusion nålen ind i venstre hjertekammer af hjertet og klemme nål med hemostats, så klip højre atrium.
- Hjælp af en perfusion pumpe mekanisme, tillade den kolde heparinized saltvand til at flyde gennem dyrets blodkar. Endnu en gang klart saltvand strømme fra højre atrium, skifte over til den kolde 4% PARAFORMALDEHYD løsning, indtil kroppen er afstivet.
- Fjerne nødvendige væv såsom nyrerne, blære, kolon, hjerne, sensoriske ganglier og rygmarven, og gemme i 4% PARAFORMALDEHYD i op til 48 timer ved 4 ° C. Efter 24-48 timer, flytte væv til 30% saccharose og opbevares ved 4 ° C.
- Flytte indsamlet væv til en 30% saccharose/phosphat bufferet kryoprotektant løsning indtil væv er klar til at skære. For at skære væv, integrere i et væv indefrysning sammensatte og skære på en kryostaten på ønskede tykkelse afhængigt af væv bruges (fx, 35 µm til hjernen og rygmarven væv, 5-7 µm for orgel væv).
Representative Results
Efter protokollens uddannelse er blevet dokumenteret, at kun QT dyr viser overlegen bevægeapparatet funktion i forhold til de andre grupper,18. Men på grund af karakteren af vores lab, vores primære fokus er at undersøge ikke-bevægeapparatet fordelene ved aktivitetsbaseret opgave-specifikke uddannelse (ABT), herunder blære, tarm og seksuel funktion. For eksempel har vi tidligere offentliggjorte data, der viser LT resultater i en anstrengelsesudløst reduktion af polyuri i både QT og FT grupper af SCI rotter (figur 4)17. Også, en skade-induceret fald i at omdanne vækst faktor-β (TGF-β) udtryk i nyrens, tegn på en ændret immunrespons, blev ikke set i QT og FT grupper, som havde TGF-β niveauer magen til humbug (ingen skade) dyr. I den samme undersøgelse17, blev vågen cystometry udført før eutanasi og væv samling. Maksimale amplitude af blæren sammentrækninger under ugyldige cykler var ikke signifikant forskellig på tværs af sham, QT og FT grupper, mens NT grupper forblev væsentligt ændret. Sammen, viser disse data en positiv motion resultatet på nyre sundhed og blære funktion, hvilket forbedrer urin funktion efter SCI.
Mekanismerne underliggende polyuri inden for befolkningens SCI er i øjeblikket ikke klart, men er sandsynligvis multifaktorielle32. Nogle har en hypotese, for eksempel, at koncentrationen af væske i de nedre lemmer mens SCI individer er i en kørestol kan føre til væske overbelastning og øget væske afskaffelse under postural forskydninger (f.eks. flytte fra siddende til liggende)33. Sådan forklaring holder ikke for de prækliniske model, som har ført os til at fokusere i første omgang på arginin vasopressin (AVP), det hormon, der styrer væske homeostase i kroppen og kan moduleres med motion. AVP styrer væske homøostase gennem aktivering af V2-receptor i nyrerne som letter vand resorption fra den renale indsamling kanaler34. Foreløbige beviser fra et pilotprojekt (kronisk tid-punkt med en læsion sværhedsgraden - 210 kdyn indvirkning kraft) angiver en gavnlig effekt af motion (LT og FT) på V2 receptoren niveauer i rotte nyre (figur 5).
Figur 1: skræddersyede seler dimensioneret for mandlige Wistar rotter. Både QT og NT dyr er placeret i den samme type af jakke (A) giver mulighed for brug af hind lemmer QT dyr. Der er ekstra remme syet på selen anvendes til FT dyr (B) at oprejse hind lemmer, forsikrede ikke body vægt støtte. De store krog og løkke væsentlige dele af selen giver mulighed for nem tilpasninger til forskellige størrelse dyr og til eventuelle ændringer i størrelsen af et bestemt dyr over tid. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: uddannelse station setup. Kroppens vægt støttemekanisme omkring løbebånd for NT (længst til venstre), QT (midten) eller FT (højre) grupper. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: uddannelse station med dyr. Top (A) og (B) side synspunkter viser kropsvægt støtte mekanisme og placering af vedhæftet fil støtte klip til seler. Bemærk at hind lemmer af FT dyr (B) er rejst og off løbebånd bælte. Inset (C) skildrer et tættere billede af klippet fastgjort til selen. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: ABT effekter på rotte polyuri efter SCI. Samlede urin output (A) steg efter SCI (*; p < 0,05) og tilbage tættere på baseline efter 9 uger af LT uddannelse i både QT og FT grupper men forblev øget i NT-gruppe i forhold til de uddannede grupper (#; p < 0,05). Alle grupper viste øget urinproduktion i forhold til baseline på 9 uger og øget dødvolumen (B). Det er vigtigt at bemærke, at antallet af hulrum (C) og mængden af vandindtag (D) forblev den samme på tværs af alle grupper. Værdierne er middel ± standardafvigelse. Dette tal er genudgivet med forfatteren tilladelse17. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5: ABT effekter på rotte nyre. Western duppes resultater for rotte nyre niveauer af V2-receptorer i 5 grupper af 4 rotter hver (20 samlede), viser udtryk niveauer for protein bands forudsat i panelet A og gruppe mener densitometri analyseresultater af bands (ved hjælp af ImageJ; OD = ekstinktionen) i panelet B, der angiver en betydelig (*; p < 0,05) fald i receptorer på en kronisk tidspunkt (12 uger) post-SCI og nogen nedgang i forhold til baseline (sham kirurgisk kontrol) for grupper modtager 10 uger med 1 times daglig ABT. Fejllinjer udgør standard fejl. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
| Ketamin/xylazin dosis diagram | ||||
| Effektiv dosis: | Ved hjælp af 100 mg/mL ketamin lager og 20 mg/mL xylazin stock *** | |||
| 80 mg/kg ketamin | ||||
| 10 mg/kg xylazin | ||||
| 1,0 mL blanding injektion = 0,62 mL ketamin stock (100 mg/mL) + 0.38 mL xylazin stock (20 mg/mL) | ||||
| Dyrenes vægt | Blandingen injektion | Dyrenes vægt | Blandingen injektion | |
| (g) | (mL) | (g) | (mL) | |
| 100 | 0,13 | 275 | 0,36 | |
| 105 | 0,14 | 285 | 0,37 | |
| 110 | 0,14 | 290 | 0,38 | |
| 115 | 0,15 | 300 | 0,39 | |
| 120 | 0,16 | 305 | 0,4 | |
| 125 | 0,16 | 310 | 0,4 | |
| 130 | 0,17 | 315 | 0,41 | |
| 135 | 0,18 | 320 | 0,42 | |
| 140 | 0,18 | 325 | 0,42 | |
| 145 | 0,19 | 330 | 0,43 | |
| 150 | 0,2 | 335 | 0,44 | |
| 155 | 0,2 | 340 | 0,44 | |
| 160 | 0,21 | 345 | 0,45 | |
| 165 | 0,21 | 350 | 0,46 | |
| 170 | 0,22 | 355 | 0,46 | |
| 175 | 0,23 | 360 | 0,47 | |
| 180 | 0,23 | 365 | 0,47 | |
| 185 | 0,24 | 370 | 0,48 | |
| 190 | 0,25 | 375 | 0,49 | |
| 195 | 0,25 | 380 | 0,49 | |
| 200 | 0,26 | 385 | 0,5 | |
| 205 | 0,27 | 390 | 0,51 | |
| 210 | 0,27 | 395 | 0,51 | |
| 215 | 0,28 | 400 | 0,52 | |
| 220 | 0,29 | 410 | 0,53 | |
| 225 | 0,29 | 420 | 0,55 | |
| 230 | 0,3 | 430 | 0,56 | |
| 235 | 0.31 | 440 | 0,57 | |
| 240 | 0.31 | 450 | 0,59 | |
| 245 | 0,32 | 460 | 0,6 | |
| 250 | 0,33 | 470 | 0,61 | |
| 255 | 0,33 | 480 | 0,62 | |
| 260 | 0,34 | 490 | 0,64 | |
| 265 | 0,34 | 500 | 0,65 | |
| 270 | 0,35 | 510 | 0.66 | |
Tabel 1: Anæstesi dosering diagram baseret på individuelle dyrets vægt.
| Træningstid (min) |
Hastighed (cm/s) | Varighed (min) |
| 0-1 | 6 | 1 |
| 1-2 | 8.4 | 1 |
| 2-3 | 10,8 | 1 |
| 3-8 | 13.2 | 5 |
| 8-13 | 10,8 | 5 |
| 13-28 | 13.2 | 15 |
| 28-33 | 10,8 | 5 |
| 33-38 | 6 | 5 |
| 38-43 | 8.4 | 5 |
| 43-58 | 13.2 | 15 |
Tabel 2: Uddannelse regime af indstillinger for afspilningshastighed løbebånd skal være på svarende til tid brugt på hver enkelt hastighed.
Discussion
Vores metoder af ABT på rotter efter SCI er en roman terapeutisk intervention. Mens andre metoder i behændighedsøvelse og skridt uddannelse i dyremodeller kan findes35,efterligner36,37, denne metode LT foretages klinisk i SCI menneskelige befolkning, hvor vi har set lovende resultater23. Med kombinationen af vores setup, regime og anvendelse af kontroldyr, vil resultaterne fra udnytte vores uddannelse paradigme bidrage til at forstå fordelene ved ABT efter SCI. fremtidige anvendelser af denne protokol omfatter observere de beskrevne resultater af ABT på forskellige uddannelse tidsrammer samt at ABT har på recovery fra forskellige niveauer og udvidelser af skade.
En begrænsning af dette design er længden af tid til sådanne eksperimenter. Idet vores uddannelse regime for hvert dyr kræver 1 time om dagen, hver dag i 10 uger, er store personale tid og en organiseret tidsplan en nødvendighed. Et vigtigt aspekt, der kræver speciel opmærksomhed indebærer FT-gruppen, som har unikke seler med hook og loop materiale stropper til at sikre hind benene over løbebånd for afskaffelse af vægt støtte. Det er vigtigt at sikre, at dyret ikke får vægt støtte, hvilket er grunden til en platform ikke er placeret i rottens bagpoterne. Derudover, som tidligere undersøgelser har antydet, at de sensoriske input er en vigtigste drivkraft for bevægeapparatet plasticitet i rygmarven38,39,40, er der et konstant behov for at håndtere gruppen QT at hjælpe med træde meget det samme som fysioterapeuter i de kliniske omgivelser.
En vigtig ændring af kommercielt tilgængelige løbebånd systemet anvendes for dyrene vende polaritet. Efter udsætter motoren, var positive og negative ledningerne skiftede der vender retningen løbebånd flytter. Dette giver mulighed for mere plads og lettere adgang til at komme og hjælpe med at uddanne dyrene (systemet kommer med et chok gitter i den ene ende, der er designet til at forhindre ikke-udnyttet, spinally intakte dyr fra stepping off løbebånd bælte).
Disclosures
Forfatterne har ikke noget at oplyse.
Acknowledgments
Forfatterne anerkender Drs. Patricia Ward, April Herrity og Susan Harkema for deres input og vejledning, Christine Yarberry for kirurgisk assistance, Yangsheng Chen, Andrea Willhite og Johnny Morehouse for teknisk bistand og Darlene Burke for bistand med statistikker og adfærdsmæssige vurderinger. Finansiering støtte til dette arbejde blev leveret af Department of Defense (W81XWH-11-1-0668 og W81XWH-15-1-0656) og Kentucky rygmarv og hoved skade forskning Trust (KSCHIRT 14-5).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Exer-3R treadmill | Columbus Instruments | reversed polarity of the motor | |
| Body weight support system | N/A | N/A | modified spring scales with alligator clips |
| Rat harness | N/A | N/A | Our harnesses are custom made; please refer to Figure 1 for visual. |
| Infinite Horizon (IH) impactor device | Precision Systems and Instrumentation | Model 0400 | |
| Ketamine HCl | Hospira | NDC 0409-2053-10 | |
| Xylazine (AnaSed Injection) | Akorn Animal Health | NDC 59399-110-20 | |
| Meloxicam (Eloxiject) | Henry Schein Animal Health | NDC 116695-6925-2 | |
| Gentamicin Sulfate (GentaFuse) | Henry Schein Animal Health | NDC 11695-4146-1 | |
| urethane, 97% | Argos Organics | CAS 51-79-6 | |
| 4-0 monofilament suture kit (4-0 Ethilon Nylon Suture) | Ethicon, LLC | 205016 | |
| Michel suture clips (9mm Auto Clips) | MikRon Precision, Inc. | 1629 | |
| Heating pad | Mastex Industries, Inc | Model 500 | |
| Tootie Fruitys cereal | Malt O Meal | For training reward | |
| Male Wistar rats | Envigo | ||
| Size 10 surgical scalpel blades | Miltex | SKU: 4-110 |
References
- World Health Organization (WHO). Spinal Cord Injury. , Available from: http://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/spinal-cord-injury (2013).
- Ahuja, C. S., et al.
- Behrman, A. L., Harkema, S. J. Locomotor training after human spinal cord injury: a series of case studies. Physical Therapy. 80 (7), 688-700 (2000).
- Anderson, K. D. Targeting recovery: priorities of the spinal cord-injured population. Journal of Neurotrauma. 21 (10), 1371-1383 (2004).
- Steadman, C. J., Hubscher, C. H. Sexual function after spinal cord injury: innervation, assessment, and treatment. Current Sexual Health Reports. 8 (2), 106-115 (2016).
- Behrman, A. L., et al. Locomotor training progression and outcomes after incomplete spinal cord injury. Physical Therapy. 85 (12), 1356-1371 (2005).
- Dietz, V., Harkema, S. J. Locomotor activity in spinal cord-injured persons. Journal of Applied Physiology. 96 (5), 1954-1960 (2004).
- Harkema, S., et al. Effect of epidural stimulation of the lumbosacral spinal cord on voluntary movement, standing, and assisted stepping after motor complete paraplegia: a case study. The Lancet. 377 (9781), 1938-1947 (2011).
- Harkema, S. J., et al. Locomotor training: as a treatment of spinal cord injury and in the progression of neurologic rehabilitation. Archives of physical medicine and rehabilitation. 93 (9), 1588-1597 (2012).
- Jayaraman, A., et al. Locomotor training and muscle function after incomplete spinal cord injury: case series. The Journal of Spinal Cord Medicine. 31 (2), 185-193 (2008).
- Behrman, A. L., Bowden, M. G., Nair, P. M. Neuroplasticity after spinal cord injury and training: an emerging paradigm shift in rehabilitation and walking recovery. Physical Therapy. 86 (10), 1406-1425 (2006).
- Edgerton, V. R., Tillakaratne, N. J., Bigbee, A. J., de Leon, R. D., Roy, R. R. Plasticity of the spinal neural circuitry after injury. Annual Review of Neuroscience. 27, 145-167 (2004).
- Barbeau, H., Rossignol, S. Recovery of locomotion after chronic spinalization in the adult cat. Brain Research. 412 (1), 84-95 (1987).
- Lovely, R. G., Gregor, R., Roy, R., Edgerton, V. R. Effects of training on the recovery of full-weight-bearing stepping in the adult spinal cat. Experimental Neurology. 92 (2), 421-435 (1986).
- Multon, S., Franzen, R., Poirrier, A. -L., Scholtes, F., Schoenen, J. The effect of treadmill training on motor recovery after a partial spinal cord compression-injury in the adult rat. Journal of Neurotrauma. 20 (8), 699-706 (2003).
- Moraud, E. M., et al. Closed-loop control of trunk posture improves locomotion through the regulation of leg proprioceptive feedback after spinal cord injury. Scientific Reports. 8 (1), 76 (2018).
- Hubscher, C. H., et al. Effects of exercise training on urinary tract function after spinal cord injury. American Journal of Physiology-Renal Physiology. 310 (11), F1258-F1268 (2016).
- Ward, P. J., et al. Novel multi-system functional gains via task specific training in spinal cord injured male rats. Journal of Neurotrauma. 31 (9), 819-833 (2014).
- Ward, P. J., et al. Optically-induced neuronal activity is sufficient to promote functional motor axon regeneration in vivo. PloS One. 11 (5), e0154243 (2016).
- Edgerton, V. R., et al.
- Angeli, C. A., Edgerton, V. R., Gerasimenko, Y. P., Harkema, S. J. Altering spinal cord excitability enables voluntary movements after chronic complete paralysis in humans. Brain. 137 (5), 1394-1409 (2014).
- Behrman, A. L., Ardolino, E. M., Harkema, S. J. Activity-Based Therapy: From basic science to clinical application for recovery after spinal cord injury. Journal of Neurologic Physical Therapy. 41, S39-S45 (2017).
- Hubscher, C. H., et al. Improvements in bladder, bowel and sexual outcomes following task-specific locomotor training in human spinal cord injury. PloS One. 13 (1), e0190998 (2018).
- Rejc, E., Angeli, C. A., Bryant, N., Harkema, S. J. Effects of stand and step training with epidural stimulation on motor function for standing in chronic complete paraplegics. Journal of Neurotrauma. 34 (9), 1787-1802 (2017).
- Hall, B. J., et al. Spinal cord injuries containing asymmetrical damage in the ventrolateral funiculus is associated with a higher incidence of at-level allodynia. The Journal of Pain. 11 (9), 864-875 (2010).
- Hubscher, C. H., Johnson, R. D. Effects of acute and chronic midthoracic spinal cord injury on neural circuits for male sexual function. II. Descending pathways. Journal of Neurophysiology. 83 (5), 2508-2518 (2000).
- Hubscher, C. H., Johnson, R. D. Chronic spinal cord injury induced changes in the responses of thalamic neurons. Experimental Neurology. 197 (1), 177-188 (2006).
- Ward, P. J., Hubscher, C. H. Persistent polyuria in a rat spinal contusion model. Journal of Neurotrauma. 29 (15), 2490-2498 (2012).
- Scheff, S. W., Rabchevsky, A. G., Fugaccia, I., Main, J. A., Lumpp, J. E. Jr Experimental modeling of spinal cord injury: characterization of a force-defined injury device. Journal of Neurotrauma. 20 (2), 179-193 (2003).
- Ferrero, S. L., et al. Effects of lateral funiculus sparing, spinal lesion level, and gender on recovery of bladder voiding reflexes and hematuria in rats. Journal of Neurotrauma. 32 (3), 200-208 (2015).
- Smith, R. R., et al. Swim training initiated acutely after spinal cord injury is ineffective and induces extravasation in and around the epicenter. Journal of Neurotrauma. 26 (7), 1017-1027 (2009).
- Oelke, M., et al. A practical approach to the management of nocturia. International Journal of Clinical Practice. 71 (11), e13027 (2017).
- Claydon, V., Steeves, J., Krassioukov, A. Orthostatic hypotension following spinal cord injury: understanding clinical pathophysiology. Spinal Cord. 44 (6), 341 (2006).
- Antunes-Rodrigues, J., De Castro, M., Elias, L. L., Valenca, M. M., McCANN, S. M. Neuroendocrine control of body fluid metabolism. Physiological Reviews. 84 (1), 169-208 (2004).
- Côté, M. -P., Azzam, G. A., Lemay, M. A., Zhukareva, V., Houlé, J. D. Activity-dependent increase in neurotrophic factors is associated with an enhanced modulation of spinal reflexes after spinal cord injury. Journal of Neurotrauma. 28 (2), 299-309 (2011).
- Dupont-Versteegden, E. E., et al. Exercise-induced gene expression in soleus muscle is dependent on time after spinal cord injury in rats. Muscle & Nerve: Official Journal of the American Association of Electrodiagnostic Medicine. 29 (1), 73-81 (2004).
- De Leon, R., Hodgson, J., Roy, R., Edgerton, V. R. Full weight-bearing hindlimb standing following stand training in the adult spinal cat. Journal of Neurophysiology. 80 (1), 83-91 (1998).
- Pearson, K. G. Progress in brain research. 143, Elsevier. 123-129 (2004).
- Gerasimenko, Y., et al. Feed-forwardness of spinal networks in posture and locomotion. The Neuroscientist. 23 (5), 441-453 (2017).
- Courtine, G., et al. Transformation of nonfunctional spinal circuits into functional states after the loss of brain input. Nature Neuroscience. 12 (10), 1333 (2009).
