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방법 논문

의식 억제 토끼에서 발작, 부정맥 및 무호흡증의 식별을위한 다중 시스템 모니터링

5.9K 조회수

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DOI:

10.3791/62256

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2021년 3월 27일

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1Department of Pharmacology, Upstate Medical University, 2Department of Neurology, Upstate Medical University, 3Strong Epilepsy Center, Departments of Neurology, Anesthesiology / Perioperative Medicine, & Pediatrics, University of Rochester Medical Center

이 논문에서

요약

동시 비디오-EEG-ECG-oximetry-capnography를 사용하여, 우리는 자극 부정맥과 발작을 개발하기 위해 토끼 모델의 감수성을 평가하는 방법론을 개발했습니다. 이 새로운 기록 시스템은 치료법의 효능과 안전성을 테스트하는 플랫폼을 구축하고 갑작스런 사망으로 끝나는 다중 시스템 이벤트의 복잡한 폭포를 캡처 할 수 있습니다.

초록

이온 채널로요법을 가진 환자는 발작과 치명적인 심장 부정맥을 개발의 고위험에 있습니다. 간질을 가진 사람들에서 심장병과 부정맥의 더 높은 보급이 있습니다 (즉, 간질 심장). 추가적으로, 심장과 자율 장애는 포착을 둘러싼 보고되었습니다. 1:1,000 간질 환자/년 간질에서 갑작스런 예기치 않은 죽음으로 사망 (SUDEP). SUDEP에 대한 메커니즘은 불완전하게 이해되어 있습니다. 뇌전도그램(EEG) 및 심전도그램(ECG)은 발작 및 부정맥에 대한 기판/트리거를 감지하고 연구하기 위해 임상 환경에서 일상적으로 사용되는 두 가지 기술입니다. 이 방법론에 대한 많은 연구와 설명이 설치류에 있지만 심장 전기 활동은 인간과 크게 다릅니다. 이 문서에서는 의식토끼에서 동시 비디오-EEG-ECG-oximetry-capnography를 기록하는 비침습적 방법에 대한 설명을 제공합니다. 토끼와 인간에서 심장 전기 기능이 유사하기 때문에 토끼는 번역 진단 및 치료 연구의 훌륭한 모델을 제공합니다. 데이터 수집 방법론을 설명하는 것 외에도 토끼의 신경 심장 전기 기능 및 병리학을 검사하기위한 분석 접근 방식에 대해 논의합니다. 여기에는 부정맥 검출, EEG의 스펙트럼 분석 및 절제된 토끼를 위해 개발된 발작 스케일이 포함됩니다.

서론

전기장전도(ECG)는 임상 환경에서 일상적으로 사용되어 심장 전기 전도 및 전기 활성화-회수 공정의 역학을 평가합니다. 심전도는 부정맥, 허혈 및 경색의 위험을 감지, 지역화 및 평가하는 데 중요합니다. 전극은 심장의 3차원 뷰를 제공하기 위해 환자의 가슴, 팔 및 다리에 부착됩니다. 심근 탈극의 방향이 전극을 향해 있을 때 양성 편향이 생성되고 심근 탈극의 방향이 전극에서 떨어져 있을 때 음의 편향이 생성됩니다. 심장 주기의 전극 성분은 심방 탈극성(P wave), 심실 전도(P-R 간격), 심실 흥분(QRS 복합), 및 심실 석화(T wave)를 포함한다. 인간, 토끼, 개, 기니 피그, 돼지, 염소, 말1,2,3을포함한 많은 포유류에 걸쳐 심전도 및 행동 잠재적 인 조치에 큰 유사점이 있습니다.

토끼는 심장 번역 연구를위한 이상적인 모델입니다. 토끼 심장은 이온 채널 조성및 작용 잠재력 속성2,4,5의관점에서 인간의 심장과 유사하다. 토끼는 심장 질환의 유전적, 획득 및 약물 유발모델의생성을 위해 사용되어 왔다2,4,6,7,8. 심장 심전도및 인간과 토끼의 약물에 대한 잠재적 반응에큰 유사점이 있습니다7,10,11.

심박수 및 심장 전기 활성화-회복 과정은 설치류에서 매우 다르며, 토끼, 인간 및 기타 더 큰포유동물(12,13,14)에비해 매우 다릅니다. 설치류 심장은 인간보다 10배 빠른 속도로 친다. 대조적으로, 인간 및 토끼 에이비에 있는 iso-electric ST 세그먼트에, 설치류에 있는 ST 세그먼트가 없습니다14,15,16. 또한 설치류에는 반전된T 웨이브14,15,16이있는 QRS-r 파형이 있습니다. QT 간격의 측정은 설치류 대 인간 및 토끼14,15,16에서매우 다릅니다. 또한, 정상적인 심전도 값은 인간 대 설치류12,15,16에서매우 다릅니다. 심전도 파형의 이러한 차이는 작용 잠재력 형태와 심장 재분극을 구동하는 이온 채널의차이에기인할 수 있다9,14. 일시적인 외측 칼륨 전류는 설치류의 짧은(비돔) 심장 작용 잠재적 형태에서 주요 리폴라화 전류이지만, 인간과 토끼에는 작용 잠재력에 큰 위상-2 돔이 있으며, 지연된 정류칼륨 전류(IKr 및 IKs)는인간과 토끼의 주요 재극성 전류,1, 1, 1. 13,1. 중요하게도,IKr과 IKS의 발현은 설치류에 결석/최소이며,IKr및 IKS의 시간적 활성화 운동으로 인해 심장 작용 잠재력 형태9,13에있는 역할을 하지 않는다. 따라서, 토끼는 약물 유도, 획득 및 상속된 심전도 이상 및 부정맥4,7,13에대한 메커니즘을 평가하기 위한 보다 번역적인 모델을 제공한다. 다음으로, 1차 심장(LongQT Syndrome18,19,20)또는 뉴런 질환(간질21,22,23,24)에서신경 및 심장 전기 적 이상이 모두 존재한다는 것을 보여주었듯이, 인간 생리학을 밀접하게 재현하는 동물 모델의 기본 메커니즘을 연구하는 것이 중요하다. 설치류는 인간의 뇌를 모델링하기에 충분할 수 있지만 설치류는 인간의 심장 생리학7의이상적인 모델이 아닙니다.

뇌파 (EEG)는 일반적으로 두피 또는 장래에 배치 된 전극을 사용하여 피질 전기 기능을 기록합니다. 이 전극은 대뇌피질(25)에서인근 피라미드 뉴런 그룹의 발사 속도와 동시성의 변화를 감지할 수 있다. 이 정보는 대뇌 기능 및 깨어 / 수면 상태를 평가하는 데 사용할 수 있습니다. 또한, EEGs는 간질 활성을 국소화하고 간질 발작을 비 간질 이벤트(예: 정신유발성 비 간질 활성 및 심근 발생)로부터 구별하는 데 유용합니다. 간질 유형, 자극 요인 및 발작의 기원을 진단하기 위해 간질 환자는 발작을 가져올 수있는 다양한 기동을 받게됩니다. 다양 한 방법은 환기를 포함, 인 자극, 그리고 수 면 부족. 본 프로토콜은 토끼26,27,28,29에서EEG 수차 및 발작을 유도하기 위해 인성 자극의 사용을 시연한다.

동시 비디오-EEG-ECG 기록은 인간과 설치류에서 Ictal, ictal 및 ictal상태(30)동안 행동, 신경 및 심장 활동을 평가하는 데 광범위하게 사용되어 왔다. 여러 연구가 토끼4,31,32,33에서별도로 EEG 및 ECG 녹음을 실시했지만, 의식억제 토끼에서 동시 비디오-EEG-ECG를 획득하고 분석하는 시스템은 잘 확립되지 않고있다 34. 이 논문은 신경 심장 전기 및 호흡기 기능을 평가하기 위해 의식용 토끼에서 동시 비디오-EEG-ECG-capnography-oximetry 데이터를 기록할 수 있는 프로토콜의 설계 및 구현에 대해 설명합니다. 이 방법에서 수집 된 결과는 부정맥, 발작, 호흡 장애 및 물리적 증상 사이의 감수성, 트리거, 역학 및 일치를 나타낼 수 있습니다. 우리의 실험 시스템의 장점은 우리가 진정제의 필요없이 의식 적 녹음을 취득한다는 것입니다. 토끼는 최소한의 움직임으로 ≥5 h의 구속자에 남아 있습니다. 마취제는 신경, 심장, 호흡기 및 자율 기능을 교란함에 따라 의식이 있는 상태 중 기록이 가장 생리적인 데이터를 제공합니다.

이 기록 시스템은 궁극적으로 간질에서 갑작스런 예기치 않은 죽음에 대한 신경학적, 심장 및 호흡 메커니즘의 이해를 발전시키기 위해 상세한 통찰력을 제공 할 수 있습니다 (SUDEP). 위의 신경학적 및 심장 모니터링 외에도, 최근의 증거는 발작 후 갑작스런 사망에 잠재적 인 기여로 호흡 부전의 역할을 지원하고있다35,36. 토끼의 호흡 상태를 모니터링하기 위해, 산화 및 capnography는 발작 전후호흡기의 상태를 평가하기 위해 구현되었다. 여기에 제시된 프로토콜은 약리학적및 인성 자극 유도토끼 발작에 대한 임계값을 평가하기 위한 목적으로 설계되었습니다. 이 프로토콜은 물리적 인 증상을 초래하지 않을 수있는 미묘한 EEG 및 심전도 이상을 감지 할 수 있습니다. 또한, 이 방법은 새로운 약물 및 장치의 심장 안전 및 부정맥 효능 검사에 사용될 수 있다.

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프로토콜

모든 실험은 국립 보건원 (NIH) 지침 및 업스테이트 의과 대학 기관 동물 관리 및 사용위원회 (IACUC)에 따라 수행되었습니다. 또한 이 프로토콜의 개요는 그림 1에제공됩니다.

1. 녹음 장비 준비

  1. 컴퓨터를 64핀 헤드박스로 앰프에 연결합니다.
    참고: 각 동물은 헤드의 4사분면으로부터 EEGs용 4개의 직선 피하 피피 핀 전극(7 또는 13mm), ECG용 3개의 구부러진 피하 체가슴핀 전극(13mm,35°각도), 오른쪽 다리에 1개의 구부러진 피더말 접지 전극, 그리고 1개의 직선 하부 두피 핀 전극을 헤드의 참조로 제공합니다.
  2. 헤드박스의8번째 핀을 참조로 만들려면 인수 소프트웨어 설정, 획득 탭을 업데이트하므로 참조 전극은"독립"(예: 연구 모드)입니다.
    참고: 이를 통해 최대 7마리의 동물을 동시에 기록할 수 있으며, 각 동물은 7개의 전극과 전용 기준 전극과 지상 전극을 통해 하나의 앰프, 디지타이저 및 컴퓨터를 통해 기록할 수 있습니다. 모든 전극은 단극성 채널로 획득되고 참조(헤드의 중심)에 비해 획득됩니다. 추가 양극성 및 증강 된 리드 구성 / 몽타주를 기록 하는 동안 또는 후에 설정할 수 있습니다. 설정은 여러 동물로부터 동시에 기록할 수 있는 능력을 가지므로, 각 동물의 접지 전극은 앰프(그림2)의지면 입력에 병렬로 연결된다.
  3. 그들의 새장에서 토끼를 제거하고 각 동물에 대한 적절한 약물 용량을 계산하기 위해 그들을 무게. 토끼를 운송 캐리어에 놓고 실험하지 않는 동물의 스트레스를 최소화하기 위해 별도의 방으로 가져 오십시오. 이 연구에서는, 남성과 여성 뉴질랜드 화이트 토끼, 그리고 그들의 후속 자손이 사용 되었다. 실험은 토끼> 1개월의 토끼에 대해 수행하였다. 실험 당시, 이 토끼는 0.47 - 5.00 kg 사이에서 무게.
    참고 : 토끼는 같은 방에 있어야하고 카메라를 볼 수 있기 때문에 토끼를 완전히 격리하지 마십시오. 한 토끼가 다른 토끼를 강조하는 시각 및 청각 표현의 가능성이 있습니다. 따라서, 한 번에 방에 하나의 토끼를 갖는 것이 이상적이며, 이는 포성 자극 실험을 위해 수행됩니다. 다른 모든 실험의 경우 토끼는 비디오 카메라의 보기 내에서 모든 토끼를 유지하면서 가능한 한 많이 간격을 두고 있습니다. 이상적으로, 장벽이 사용되거나 한 번에 하나의 동물만 연구됩니다. 토끼'심장 박동이 실험 하는 동안 상당히 안정 된 남아 하 고 수 면 스핀들의 빈번한 존재가 있었다으로 이것은 주요 confounder 아니었다. 여러 동물의 기록은 동시에 동물 데이터를 제어하고 테스트하는 것이 동일한 환경 조건에서 획득되도록 보장합니다.

2. EEG-ECG 전극 을 이식하고 호흡기 모니터를 부착

  1. 운송 캐리어에서 토끼 한 개를 제거하고 앉아있는 조사관의 무릎에 놓습니다.
  2. 토끼를 수직으로 잡고 조사자의 몸에 가깝게유지하십시오.
  3. 토끼를 수핀 자세로 낮추고,토끼의머리는조사관의무릎에,토끼의머리는 몸의 나머지 부분보다 낮습니다.
    참고: 이 기동은 동물을 이완시키고 전극을 배치하면서 움직이거나 탈출하려고 시도할 가능성을 최소화합니다.
  4. 토끼가 척추 위치에 고정되었으므로 두 번째 조사자에게 피부가 기본 조직에서 식별되고 분리 될 때까지 모피를 퍼뜨리도록 요청하십시오.
  5. 각 축실라(그림3A)에35° 구부러진 전극을 피하로 삽입합니다.
    참고: 전극은 피부에 단단히 매여 있지만 더 깊은 구조에 침투하지 않도록 밀어야 합니다. 전극이 피부에서 들어오고 나서 나서 나가는 데(through-through)는 토끼를 제지제에 배치하거나 실험 중에 움직일 때 빠지게 될 가능성을 감소시킨다(도3B). 모든 전극은 배치 전에 70% 에탄올로 멸균됩니다.
  6. 가슴 후방에 리드를 좌우 앞다리와 왼쪽 뒷다리 앞쪽에 놓습니다. 복부에 오른쪽 뒷다리에 접지 핀 전극 전방을 놓습니다(도4A).
  7. 모든 심전도 리드가 제대로 배치되면 토끼를 토끼 복부의 한쪽에 달려가고 토끼를 적절한 크기의 구속제(예: 6"x 18" x 6")로 옮기는 경향이 있는 위치로 되돌릅니다.  토끼를 제지제에 넣으면 느슨한 와이어를 위쪽으로 당겨 토끼가 다리로 전극을 꺼내는 것을 최소화하십시오. 실험 중에 토끼 밑에 잡히지 않도록 와이어를 제지자 측면에 테이프로 붙인다(도4B).
  8. 목 주위의 구속을 낮추고 제자리에 고정하여 제지제에서 토끼를 고정하십시오. 또한 뒷다리를 동물 밑으로 옮기고 리어 레스트를 고정합니다.
    참고: 목 아래 공간 내에 1-2 손가락을 맞출 수 있어야 너무 단단하지 않다는 것을 확신할 수 있어야 합니다. 특히 모터 움직임이 있을 수 있는 실험 중에, 움직임을 최소화하기 위해 구속을 강화하는 것이 중요하다, 잠재적 인 척추 부상, 사지 탈구, 후방 구속을 걷어 차는 능력(도 4B). 토끼는 탈수의 증가 된 움직임이나 징후와 관련된 문제없이 ~ 5 h에 대한 억제제에서 유지되었습니다.
    1. 작은 토끼(예: 2개월 미만)의 경우 토끼를 키우기 위해 동물 아래에 고무 부스터 패드를 배치하여 토끼가 머리 받침대의 바닥에 목을 쉬지 못하게합니다(도 4C).
      참고: 호흡기와 심박수의 급격한 하락은 목 의 충돌에 이차적 일 수 있습니다. 이 경우 목 억제기를 풀고토끼의머리를 들어 올려 목 압축을 완화하십시오.
    2. 리어 레스트가 토끼의 등/척추를 밀접하게 추적하지 않으면 PVC 스페이서를 배치하여 척추 부상을 일으킬 수 있는 움직임을 방지합니다.
      참고: 예를 들어, ~14cm 길이 x 4" 내경 PVC 파이프, 낮은 25-33% 제거된 경우 적절한 구속을 제공하기 위해 거품을 가진 토끼 위에 배치할 수있다(도 4C).
  9. 토끼가 단단히 구속제에 배치되었으므로 7-13mm 피하 직선 핀 전극을 두피에 삽입하십시오(도3A). 45° 각도 접근 방식을 사용하여, 귀 사이에 와이어를 실행하고, 느슨하게 리드 배치를 유지하기 위해 머리 뒤에 억제제에 와이어를 밧줄. 다음 위치에 5 EEG 리드를 배치 : 오른쪽 전방, 왼쪽 전방, 오른쪽 후두, 왼쪽 후두 및 다른 4 리드 사이의 지점에서 중앙 참조 (Cz) 리드(도 4D).
    참고: 전극은 두개골에 대한 피하 조직으로 배치될 때 제대로 배치됩니다. 이 배치는 코, 귀 및 기타 주변 근육의 유물을 최소화합니다. 리듬 코 운동의 일부 유물은 피할 수 없습니다. 전방 EEG 리드는토끼의눈과 앞쪽에 포인트를 내다쳐야 한다. 후두 리드는 귀에 앞쪽으로 배치되어야하며 내측 방향을 가리킵니다. Cz는 4개의 전극(봉합사 선을 따라 람다와 브레그마 사이의 중간 방향)에 있는 지점에서 머리 의 상단에 배치됩니다. Cz 전극의 핀은 전방으로 가리킵니다.
    1. EEG 와이어를 귀 사이에 전달하여 토끼가 전선을 물려고 하지 않도록 합니다.
  10. 맥박 소시미터 주름을 토끼의 귀에 부착하여 한계 귀 정맥 위에 부착합니다.
    참고: 신호를 개선하기 위해 귀에서 과도한 머리카락을 면도하거나 센서를 제자리에 유지하기 위해 거즈를 사용해야 할 수도 있습니다.
    1. plethysmography의 심박수가 심전도의 심박수와 상관 관계가 있는지 확인하고 산소 포화도가 표시되는지 확인합니다(그림5C).
  11. 토끼의 입과 코 위에 카포노그래피 튜브가 있는 페이스 마스크를 부드럽게 놓습니다(그림4H). 마스크를 감싸는 끈으로 페이스 마스크를 고정하고 문자열의 양쪽 끝을 데지저에 부착합니다. 카포노그래피 튜빙의 다른 쪽 끝을 활력 징후 모니터에 부착합니다.
    참고 : 실험 중에 문자열이 토끼의 눈 위에 누워있는 것을 방지하는 것이 중요합니다. 이렇게 하려면 토끼의 귀 사이에 구속자 중간에 끈을 테이프로 묶습니다. 카포노그래피 신호를 개선하기 위해, 산소가 T피스에 들어갈 수 있도록 테이프와 얇은 니트릴 조각을 사용하여 단방향 밸브를 생성하고, 카포노그래피 튜브(도 4I)에내뿜은 CO2를 직접합니다.

3. 비디오-EEG-ECG 녹화

  1. 시판되는 EEG 소프트웨어를 사용하여 비디오-EEG-ECG 녹화를 수행합니다.
    참고: 생체 전위 리드와 비디오는 나중에 전기 및 비디오 신호(예: 근로닉 저크와 EEG 스파이크)와 상관 관계를 맺을 시간이 잠깁니다.
  2. 기준드리프트, 60Hz 전기 노이즈, 높은 신호 대 잡음 비율 없이 최적의 연결을 확인합니다. 구체적으로, 심전도의 각 위상이 심전도상에 시각화될 수 있고, 델타, 세타 및 알파파가 EEG의 고주파 노이즈에 의해 시각적으로 가려지지 않도록 한다.
    1. 모든 전극이 과도한 양의 노이즈를 생성하는 경우 중앙 참조 리드를 조정합니다. 전극이 지나치게 시끄러운 경우, 그 전극을 피부 깊숙이 밀어 넣거나 금속이 노출되지 때까지 재배치하십시오.
  3. 모든 토끼가 동시에 볼 수 있도록 비디오를 조정하여 EEG 연구 결과(그림5A)와모터 활동의 상관관계를 허용합니다.
    참고: 이 시스템은 최대 7개의 토끼의 동시 EEG/ECG/oximetry/capnography 기록을 수용합니다.
  4. 최소 10-20분 동안 또는 심박수가 평온한 완화 상태(200-250 bpm)로 안정되고 토끼가 최소 5분 동안 큰 움직임을 보이지 않을 때까지 각 동물로부터 기준선 기록을 시작합니다. 필터 없이 전체 대역폭 전기 그래픽 데이터를 수집합니다. 데이터를 더 잘 시각화하기 위해 1Hz의 저주파 필터(=하이 패스 필터)와 59Hz의 고주파 필터(=로우 패스 필터)를 설정합니다.
    참고 : 토끼가 완화되는 또 다른 징후는 EEG 수면 스핀들 (나중에 논의)의 발병입니다.
  5. 실험 중에 시간 잠긴 노트를 실시간으로 추가하여 개입(예: 약물 전달) 및 신경 심장 이벤트(예: EEG 스파이크, 모터 발작, 자궁 외 박동 및 부정맥) 및 모터/조사유물의 타이밍을 나타냅니다.
    참고: 조사관이 개입(예: 인자극, 약물 전달)을 적용해야 하는 빈도로 인해 조사관이 방에 들어오고 나가는 스트레스를 최소화하고 문을 열고 닫는 것을 최소화하기 때문에 조사관은 실험 전반에 걸쳐 방 의 반대편에 남아 있습니다. 조사관은 가능한 한 동물과 멀리 떨어져 있으며, 동물을 방해할 수 있는 가능성을 최소화하기 위해 여전히 조용합니다.

4. 실험 프로토콜

참고: 다음 각 실험은 동일한 동물에서 수행되는 경우 별도의 날에 수행됩니다. 경구 검사 복합 약물 연구 와 급성 말기 프로 컨볼울산약물 연구 사이에는 2주 지연이 있다. 필요한 경우, 포성 자극 실험이 수행되고 30 분 기다린 다음 PTZ 약물 연구가 수행됩니다.

  1. 토끼가 제지제에 적응하고 조사관이 심폐율의 안정화를 객관적으로 확인할 수 있도록 하기 위해, 모든 토끼를 심폐 및 뉴런 센서로 악기로 만들고 동물 당 1시간 1~3회 > 연속 비디오 모니터링을 수행한다.
  2. 포성 자극 실험
    1. 상술한 방법 외에도, 눈 높이에서 토끼 앞에 원형 반사경이 30cm 인 광원을 배치하고, 플래시 강도는 최대(16 칸델라)29로설정된다. 광원은 도 4E의흰색 점으로 표시됩니다.
      참고: 희미한 조명의 방을 사용하여감광반응(37)을유도해야 합니다.
    2. 토끼의눈은 머리 앞쪽대신 머리 의 측면에 있기 때문에 (인간과 같이) 토끼의 양쪽에 거울 2 개를 놓고 토끼 뒤에 1 개를 놓아 빛이토끼의눈으로 들어갑니다.
      참고: 길이 가 120cm ≥ 20cm 높이의 평평한 거울 ≥은 그림 4E에서볼 수 있듯이 깜박이는 빛이토끼의눈에 들어오도록 토끼 주위에 삼각형 인클로저를 만듭니다.
    3. 광원을 조정 가능한 속도, 강도 및 지속 시간이 있는 컨트롤러에 연결합니다.
    4. 빨간색 광 및 적외선 녹화 기능을 갖춘 카메라를 사용하여 비디오를 녹화합니다.
    5. 눈을 뜨고 30s의 각 주파수에 토끼를 노출한 다음, 각 주파수에서 눈 폐쇄를 시뮬레이션하거나 유발하는 수술용 마스크를 사용하여 30s를 노출합니다.
      참고 : 이전 연구는 눈 폐쇄가 발작에 감광성을 유도하기위한 가장 도발적인 기동임을 보여 주었다29. 또한, 감광성 환자의 10%는 눈이 닫혀 있는 동안 만 뇌전증 징후를 나타낸다29. 발작은 머리와 전신 근막 의 바보, 클로노우스 또는 토닉 상태의 존재를 관찰하여 임상적으로 확인할 수 있습니다. EEG 기록은 발작 활동의 확실한 진단을 위한 모터 증상과 함께 뇌전성 상관관계(예를 들어, 스파이크, 다중스파이크 및 리듬방전)를 보다 철저하게 분석한다. EEG가 근육 유물또는 결정적인 간질의 파도에 의해 가려지는 운동은 간질학자가 확인을 위해 검토해야 합니다.
    6. 2Hz 증분에서 포이성 자극기 주파수를 1Hz에서 25Hz로 늘립니다. 그런 다음 동일한 사진 자극 프로토콜을 수행하지만 이번에는 5Hz 증분에서 주파수를 60Hz에서 25Hz로 줄입니다.
      참고: 토끼가 발작을 가하는 경우 실험을 중단해야 합니다. 토끼를 30분 동안 계속 모니터링하십시오. 그런 다음 토끼를 하우징 룸으로 돌려 보내 고 전체 복구를 위해 3 시간 동안 모든 1 시간을 모니터링하십시오. 그러나, 포이션 자극이 포토방옥시스말 반응을 유도하는 경우, 승천 주파수의 나머지 부분을 건너뛰고 다른 photoparoxysmal 반응이 발생할 때까지 60Hz에서 내림차순하여 시리즈가 다시 시작된다. 이렇게 하면 위쪽 및 하부 인성 자극 임계값의 판정이 허용됩니다. 포성 자극이 중단된 후에 포토방옥시스말 반응이 중단될 때 지연이 필요하지 않습니다. photoparoxysmal 반응이 발생했는지 여부가 불분명한 경우, 주파수는 10s 지연38후에 반복된다.
    7. 실험이 완료된 후, 토끼에서 EEG 및 ECG 리드를 제거하고 축산 직원에 의해 일상적인 치료를 위해 홈 케이지로 돌아갑니다.
  3. 약물의 구강 투여
    1. 많은 약물이 구두로 복용하기 때문에 식품 등급의 사과 소스와 혼합하여 구강 화합물을 준비하십시오. 사과 소스 3mL에 E-40310000.3 mg/kg을 섞고 바늘 없이 3mL 경구/관개 주사기에 적재합니다.
      참고: 이러한 방식으로 여러 약물을 투여할 수 있으며, 테스트 화합물, QT 지속 시간(moxifloxacin 또는 E-4031) 및 음의 제어 또는 차량을 변경하는 것으로 알려진 약물이 포함됩니다. 일부 약물은 정맥 내 제형에서 사용할 수 없습니다. 또한, 많은 약물은 경구 제형에서 처방되므로 정맥 투여는 임상 관련성이 적을 수 있습니다.
    2. 윗입술을 들어 올리고 토끼의 이빨에 의해 방해받지 않는토끼의입에 구강 주사기의끝을 밀어 넣고 모든 약물과 사과 소스를 토끼의 입에주입합니다.
    3. 비디오-EEG-ECG 녹화를 2시간 동안 계속한 다음 동물을 홈 케이지로 돌려보내 일상적인 치료를 하십시오.
    4. 실험일 2및 3일에는 토끼를 비디오-EEG-ECG에 연결하고 기준선 10-20분 을 기록한 다음 동일한 약물을 주입하고 2h에 대해 기록합니다.
    5. 1주 간의 세척 후, 10-20분 베이스라인을 수행한 다음 각 토끼에게 3일 연속 위약 1회 투여를 주고 2시간 동안 기록합니다.
      참고: 경구 약물의 관리는 크로스 오버 연구로 설계 될 수 있습니다., 주 동안 위약 주어진 1 그리고 주에 약물 2.
  4. 정맥 약물 실험 (펜톨레네트라졸, PTZ)
    1. 한계 귀 정맥을 시각화하기 위해 토끼의 뒤쪽표면을 면도하십시오. 70% 에탄올 와이프를 사용하여 부위를 소독하고 한계 귀 정맥을 팽창시다. 이것은 그림 4F의검은 색 대시 타원형으로 표시됩니다.
    2. 이 시점에서, 토끼에 대한절차의스트레스를 줄이기 위해 한 실험자가 토끼의 얼굴을 손으로 덮어 두게한다. 두 번째 실험자는 멸균 25-G 앙고카테터로 한계 귀 정맥을 조심스럽게 캐너레이트합니다.
    3. 카테터가 정맥에 들어가면 카테터 끝에 멸균 주사 플러그를 놓아 바늘이 정맥 내 약물을 도입 할 수 있도록하십시오. 사출 플러그의 위치는 도 4G의파란색 원으로 표시됩니다.
    4. 튜브 모양을 형성하고토끼의귀 안에 배치 할 수 있도록 테이프로 4 x 4 인치 거즈를 포장하여 부목을 합니다. 그런 다음 카테터가 제자리에 고정되고 카테터화되지 않은 귀와 유사하게 똑바로 유지되도록 부목을 귀에 테이프로 고정합니다.
    5. 헤파린화식 식염수의 mL 당 10 USP 단위의 1mL를 주입합니다.
      참고: 카테터와 선박은 공기를 눈에 띄게 제거하고 특허를 유지해야 합니다. 카테터가 용기에 없는 경우 주사기가 쉽게 밀지 않으며 피하 조직에 식염수의 축적이 있을 것입니다.
    6. 토끼에게 1mg/kg에서 10 mg/kg에 1mg/kg의 정맥 내 PTZ증용량을 10분마다 1 mg/kg 증분으로 주세요. 각 복용량의 시작 부분에 메모를 작성 하 고 어떤 동물 주입 되 고 약물의 농도 표시.
      참고: 이를 통해 PTZ 관리의 급성 및 첨가제 효과를 평가할 수 있습니다. 대안적으로, 더 낮은 복용량 PTZ의 만성 효과 평가 하기 위해, 토끼는 각 낮은 복용량 농도에서 반복 된 복용량을 부여, 7 복용량에서 2 mg/kg, 3 복용량에서 5 mg/kg, 다음 3 복용량에서 10 mg/kg, 각 복용량에 의해 분리 10 분.
    7. 각 투여 량 후, 신경 심장 전기 및 호흡기 이상 및 간질 활성의 시각적 증거에 대해 비디오-EEG-ECG-capnography-oxitry를 주의 깊게 모니터링합니다. 이러한 변경 사항은 실시간 및 사후 분석 중에 이러한 변경 사항을 기록합니다.
      참고: 발작 활동은 PTZ 투여의 60s 이내에 종종 시작됩니다.

5. 비 생존 실험의 결론.

  1. 토끼가 PTZ 실험 과정에서 갑작스런 죽음을 경험하지 않은 경우, 체중 4.54kg (또는 모든 토끼에게 1.5 mL)에 대해 390 mg / mL의 나트륨 펜토바르비탈 1mL을 투여한 다음 정상 식염수의 1 mL 플러시를 투여하십시오. 심전도를 모니터링하여 토끼가 심장 마비를 겪는지 확인합니다.
  2. 토끼가 심장 마비를 경험하면 심장, 폐, 간, 뇌, 골격 근 및 후속 분자 / 생화학 분석에 필요한 다른 조직을 포함하여 다양한 장기를 갓 분리하기 위해 부검을 신속하게 수행하십시오.
  3. 제도적 정책에 따라 토끼를 처분하십시오.

6. 심전도 분석

  1. 시판되는 심전도 분석 소프트웨어를 사용하여 심전도를 시각적으로 검사하고 빈맥, 서맥, 자궁 외 박동 및 기타 부정맥의 기간을 식별합니다(그림6). 검토할 데이터의 양을 줄이려면, 빈맥, 서맥 또는 RR 간격의 요철 기간을 쉽게 증가시킬 타코그램을 만듭니다.
    참고: ECG 이상(예를 들어, QTc 연장) 및 부정맥은 속도의 이상에 대한 심전도를 검토하여 수동으로 식별됩니다(예: 브래디/빈맥 부정맥), 리듬(예: 조기 심방/심실 복합체), 전도(예: 아트리오 심실 블록), 파형(예: 비부비동 심방/심실 빈맥 및 세동). 부정맥은 RR 간격에서 부정에 대한 타코그램을 검토하여 검출될 수 있다. 빈맥은 심박수가 분당 300 박동 이상인 타코그램의 섹션에 의해 확인할 수 있습니다. Bradycardia는 심박수가 타코그램에 분당 120 비트 미만일 때 확인됩니다.
  2. 시판되는 심전도 분석 소프트웨어를 사용하여 기준선 과 도발 시 표준 심전도 측정(심박수, 심장 주기 간격)을 수행합니다(예: 동물을 조작하는 조사자, 시험제 투여 및 발작 유도 심전도 변화).

7. 비디오-EEG 분석

  1. 시판선신호(도 7)와수면 스핀들(그림8)및 정점 파(그림9)와같은 예상 EEG 방전의 존재를 식별하기 위해 시판 가능한 소프트웨어를 사용하여 비디오 및 EEG 추적을 시각적으로 스크롤한다.
    참고: 전체 대역폭 전기 그래픽 데이터는 필터 없이 수집되지만, 데이터는 1Hz로 설정된 저주파 필터(즉, 하이패스 필터)로 표시되어야 하며,나이퀴스트의정리를 기반으로 고주파 필터(즉, 로우 패스 필터)는 신호를 놓치지 않도록 120Hz로 설정됩니다. 필터는 낮은 주파수(<25Hz) EEG 활동을 검토할 때 더 나은 시각화 및 노이즈 감소(예: 1-59Hz)를 허용하도록 조정할 수 있습니다.
  2. 카포노피 파형 외에도 EEG의 코 운동 아티팩트를 사용하여 호흡의 부재에 대한 존재를 결정합니다. 이는 비디오 녹화에서 볼 수 있는 코 움직임과도 상관관계가 있을 수 있습니다.
  3. PTZ(그림10)의각 투여량 후 최소 1분 동안 간질 대 비간질(예를 들어, 의식적인) 움직임을 구별하기 위해 시판적으로 이용 가능한 소프트웨어를 사용하여 비디오 및 EEG 추적을 시각적으로 스크롤한다. 간질 간질 방전 및 발작 전, 도중 및 발작 후에 EEG 변경을 위해 스캔합니다. 발작은 EEG 상관 관계가 있는 머리와 전신 근막, 클로너스 또는 토닉 상태의 존재를 관찰함으로써 임상적으로 확인할 수 있다. EEG 변경에는 EEG 스파이크, 폴리 스파이크 및 리듬 배출이 포함될 수 있습니다.
    참고: EEG가 근육 유물또는 결정성 간질의 파도에 의해 가려지는 운동은 확인을 위해 신경학자에 의해 검토되어야 합니다. 그 동작뿐만 아니라 EEG 및 심전도 녹음, 더 밀접하게(그림 5B)를볼 수있는 하나의 토끼에 비디오를 집중하는 것이 유리할 수 있습니다.
  4. 일반적으로 PTZ 주입 후 1분 이내에 발생하는 운동 증상의 유형 및 심각도에 기초하여 발작에 대한 비디오-EEG점수(표 1).
  5. 인성 자극 실험 후, 시판되는 EEG 분석 소프트웨어에서 스펙트럼 분석 플롯을 생성하여 후수 구동 리듬의 존재 및 부재에 대해 EEG의 후현선 리드를 분석한다. 후두 구동 리듬은 포이성 자극기의 주파수에 해당하는 스펙트럼 분석에서 피크를 생성합니다(도11).
    참고: 포성 자극은 기본 주파수의 피크 이외에 고조파 주파수 피크를 생성할 수 있습니다.

7. 호흡기 기능 분석

  1. 활력 징후모니터(도 4I)의출력을 검토하고 추가 분석을 위해 신호를 내보냅니다.
  2. 발작 중 및 발작 후 호흡 패턴의 변화, 특히 무호흡증이 시작되는 시점에 유의하십시오.

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결과

전술한 방법은 호흡 장애뿐만 아니라 뇌와 심장의 전기 전도 시스템에서 이상을 검출할 수 있다. 데이터 수집 소프트웨어는 심전도 형태를 평가하고 비정상적인 심박수, 전도 장애 또는 심전도 리듬(심방/심실 이외 자극 박동 및 브래디/빈맥-부정맥)을 검출하는 데 사용됩니다(그림6). 심전도 형태를 시각화하는 것 외에도, 추적은 RR 간격, 심박수, PR 간격, P 지속 시간, QRS 간격, QT 간격, QTc, JT 간격 및 T피크를 T끝 간격으로 정량화하기 위해 분석된다. 이 데이터의 분석은 타키 / 브래디 부정맥이 쉽게 검출된다는 것을 보여줍니다.

ECG 데이터를 분석하는 것 외에도 EEG 데이터도 분석됩니다. 기준선 EEG는 스펙트럼 분석(도

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토론

이 실험 용 설정은 특히 심장 및 / 또는 뉴런 질환의 모델에서 토끼의 상세한 동시 비디오 EEG-ECG -oximetry-capnography 기록 및 분석을 용이하게합니다. 이 문서의 결과는 이 방법이 발작과 부정맥을 감지하고 전기 화티팩트에서 차별화할 수 있음을 보여줍니다. 예상 된 결과 토끼에게 발작을 유도 하는 질성 경련을 줄 때 얻은. 비디오-EEG 기록에서 얻은 데이터는 인증 구동 반응, 뇌병증 및 간질 방전을 포함한 모터 발작 및 뇌전도 이상 증가와 자발적움직임을 구별하기 위해 추가로 분석될 수 있었다. 다양한 유형의 간질 방전을 더욱 특징으로 하고 모터 활동과 상관관계가 있었다. 심전도의 분석은 높은 신호 대 잡음 비율을 생성하고 각 전기 적 심장 순환의 식별 및 정량화를 허용하는 방법을 입증했다. 이 방법은 또한 조기 심실 복합체, 서맥, 심장 블록, 빈맥, 빈맥 부정맥 및 아시스톨을 포함한 심장 이상의 존재를 감지할 수 있었습니다. 다중 시스템 질병의 신경 심장 상호 작용을 더 자세히 조사하는 강력한 방법의 ...

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공개 사항

저자는 공개 할 것이 없습니다.

감사의 글

저자는 이 연구가 미국 심장 협회, 미국 간질 학회 및 약리학의 SUNY 업스테이트 부의 보조금에 의해 지원되었다는 것을 인정합니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
0.9% 염화나트륨 관개, USP - 플렉시블 컨테이너화이자(HOSPIRA)7983-09희석제
10cc 루어 잠금 주사기(20G x 1" 바늘 포함)Sur-VetSS-10L2025약물 주입 후 플러시로 사용
4x4 거즈 스폰지Fisher Scientific22-415-469튜브에 말아서 혈관 테터로 귀에 부목
과 소스Kirkland897971경구 약물 용 차량
컴퓨터DellOptiplex 5040수집 컴퓨터
E-4031Tocris1808QT 간격을 연장하는 것으로 알려진 에이전트
ECG 전극RhythmLinkRLSND116-2.513mm 35도 구부러진 (0.4mm 직경) 피하 핀 전극
EEG 전극RhythmLinkRLSP5135-트위스트 13mm 직선(직경 0.4mm) 피하 핀 전극
EEGLAB (2020)Swartz Center for Computational NeuroscienceOpen Access의 스펙트럼 분석을 수행할 수 있습니다
락사-III 솔루션Med-PharmexANADA 200-280펜토바르비탈 나트륨 및 페니토인 나트륨 함유, 규제 물질
폼 패딩일반N/A목 압박의 심폐 부작용을 방지하기 위해 구속자에 의해 작은 토끼의 목에 가해지는 압력을 줄입니다.
헤파린 잠금 플러시메드라인EMZ50051240혈관 카테터의 개통을 유지하기 위해
IR 라이트BoschEX12LED-3BD-8W어두운 곳에서도 쉽게 녹음할 수
LabChart Pro (2019, 버전 8.1.16)ADInstrumentsN/AECG Analysis
JELCO PROTECTIV Safety I.V. Catheters, 25 gaugeSmiths Medical3060marginal ear vein catherize
MATLAB (R2019b, Update 5)MathWorksN/AEEGLAB
마이크Sony StereoECM-D570P실행에 필요발작의 가청 징후 기록
미세 기공 의료 테이프, 종이, 흰색3M1530-1전선을 고정하고 귀 부목을 만드는 데 사용
Natus NeuroWorksNatusLC101-8획득 및 검토 소프트웨어
Pentylenetetrazol (1-10 mg / kg, 항상 1mL 용량)Sigma-Aldrich88580식염수
Photic StimulatorGrass에서 제조 된 희석광 펄스의 주파수, 지연, 지속 시간, 강도를 제어하는
LM-12-100-BLK 12Vwire.com LM-12-100-BLK노이즈를 줄이기 위한 번들 와이어
PS 22 Photic Stimulator잔디 악기BZA641035플래시 주파수, 지연 및 강도를 조정할 수 있는 스트로브 라이트
PVC 파이프일반N/A작은 토끼가 뒷다리를 차서 척추 부상을 일으키는 것을 방지합니다
Quantum AmplifierNatus13926증폭기 / 디지타이저
Quantum HeadBox 증폭기Natus2213464핀 브레이크아웃 박스
토끼 재조련Plas-Labs501-TC다양한 크기의 토끼 재조정기를 사용할 수 있습니다. 이 연구에서는 6" x 18" x 6"입니다.
고무 패드 (부스터)일반N / A목 압박을 방지하기 위해 구속 장치에서 작은 토끼를 들어 올립니다
SpO2 귀 클립NONIN61000PureSAT / SpO2
SpO2 센서 어댑터NONIN13931XPOD PureSAT / SpO2
SRG-X120 1080p HDMI, IP 및 3G-SDI 출력 SonySRG-X120Impela 카메라
Terumo Sur-Vet 투베르큘린 주사기 1cc 25G X 5/8" Regular LuerSur-Vet13882정맥 투여제 주입에 사용
의학 주사 플러그 Luer LockSur-VetSRIP2V정맥 투여용 바늘 삽입용 주사 플러그
Webcol Alcohol Prep, Sterile, Large, 2-plyCovidien5110카테터 삽입 전에 귀 정맥을 준비하기 위해
사, EEG, 이더넷-이더넷 어댑터, 카메라를 컴퓨터에 연결하기 위한 Linksys USB3G16 어댑터. 안 있습니다 PS22 자극기사 수

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