여기서는 급성, 마취, 생체 내 쥐 실험에서 두 가지 유형의 척수 전기생리학적 측정을 사용하여 신경섬유 아형의 활동을 구별할 수 있는 두 가지 유형의 측정법인 국소장 전위 및 광역 동적 범위 단일 뉴런 기록을 평가하는 방법을 제시합니다.
여기서는 급성, 마취, 생체 내 쥐 실험에서 두 가지 유형의 척수 전기생리학적 측정을 사용하여 신경섬유 아형의 활동을 구별할 수 있는 두 가지 유형의 측정법인 국소장 전위 및 광역 동적 범위 단일 뉴런 기록을 평가하는 방법을 제시합니다.
쥐 척추의 요추 부위에서 얻은 생체 내 전기생리학적 기록은 뒷다리에서 감각 신경 신호의 활성화와 상승하는 통증 신호를 차단하는 치료 중재의 효과를 연구하는 데 활용될 수 있습니다.
여기서는 외과적 절차(후궁절제술 및 좌골신경 노출), 데이터 수집, 그리고 두 가지 상호 보완적인 전기생리학적 신호인 국소 장전위 기록과 광역역 단일 뉴런 기록의 분석에 대해 설명합니다. 두 연구 모두 전기 자극 펄스에 대한 전도 속도에 따라 신경섬유 하위 분류의 활성화를 구분합니다.
국소 필드 전위(LFP)는 A α/β와 C 신경 섬유를 구분할 수 있지만 Aδ 활성은 감지하지 못합니다. 이들은 좌골신경통 전체의 전반적 활성화에 관한 정보를 제공합니다. J-커프형 양극성 전극을 이용해 좌골신경을 전기적으로 직접 자극한 후, 각 구성 요소에 해당하는 두 골짜기의 곡선 아래 면적을 계산합니다.
광역량 범위(WDR) 단일 뉴런 기록은 좌골신경통 활성화의 일부 집합의 활동을 평가하며, Aα/β, Aδ, C 섬유 유형을 구분할 수 있습니다. 전기 자극은 LFP처럼 좌골신경통에 직접 가할 수도 있고, 뒷발의 족저면에 삽입된 바늘 전극을 통해 할 수 있습니다. 이 고주파 신호는 신호 대 잡음 대비 활동 전위 스파이크를 높여줍니다. 미리 정의된 지연 시간 창 내의 스파이크 카운트는 다양한 광섬유 유형의 활동 수준을 반영합니다.
현재까지 이 기법들은 세 가지 서로 다른 통증 차단 방식의 시간적 특성을 평가하는 데 사용되었습니다: 맞춤형 탄소 분리 신경 인터페이스 전극(CSINE)을 이용한 직류 전기 신경 차단, 킬로헤르츠 주파수 교류 차단, 그리고 830nm 레이저를 이용한 광생체조절입니다. 이 수술 준비는 최대 5시간간 신경 차단 중재에 사용되었습니다.
척수에 도달하기 전에 말초 신경의 통증 신호를 직접 차단하는 것은 무릎 골관절염 및 절단 후 환상 지 증후군 1,2,3,4와 같은 여러 통증 치료 응용 분야에 잠재력이 있습니다. 일반적으로 이러한 통증 치료 중재는 현재 제약 마취 및 진통제에서 관찰되는 전신 부작용을 감소 또는 제거할 것입니다 1,2.
요추에서 말초 감각 활성화를 평가하기 위해 두 가지 유형의 보완적 전기생리학적 측정이 기록될 수 있습니다: 국소 필드 전위(LFP)3,4와 광역 동적 범위(WDR)5,6,7 단일 뉴런 기록입니다. LFP는 척추 등쪽 기둥에서 기록할 수 있습니다. 이 검사들은 좌골신경 전체의 활성화를 측정하는 데 사용됩니다; LFP는 수상돌기의 흥분성 시냅스 후 전위와 소마 및 축삭 말단에서 기록된 활동전위를 포함한 여러 세포의 반응을 나타냅니다. 이 검사들은 척수 신경가소성3와 전기 척수 자극의 통증 완화 효과를 연구하는 데 사용되었습니다8. LFP 신호를 통해 큰 수밀화된 Aα/β의 진폭과 무수립되지 않은 C-섬유의 진폭을 측정할 수 있습니다3. WDR 뉴런은 L4와 L5 척수의 등쪽 뿔에 존재합니다. 이 뉴런들은 다중 수용성을 가지고 있습니다; 이들은 통각수용성 Aδ-및 C-섬유와 비통각성 Aα/β-섬유 7,9,10,11 등 모든 감각 신경세포의 하위 분류로부터 입력을 받고 충실히 전달합니다. 따라서 감각 자극에 대한 잠복 시간을 바탕으로 WDR 뉴런의 활동은 말초 감각 활동에 대한 상세한 정보를 제공합니다. 이러한 녹음은 이전에 직류(DC)9와 킬로헤르츠 주파수 교류(KHFAC)를 이용한 감각 차단 평가에 사용된 바 있다. 두 기법 모두 기록된 신호의 지연 시간을 이용해 감각 말초 신경 섬유의 다양한 하위 분류를 구별합니다; 이는 신경 섬유 하위 분류12의 전도 속도가 다르기 때문입니다. 이 신호들은 상보적인데, LFP 기록은 좌골신경 전체의 활동을 반영하지만 Aα/β과 C-섬유만 구별할 수 있고 Aδ13,14는 감지하지 못합니다. 동시에 WDR 기록은 좌골신경 섬유 하위 집단의 활동을 반영하지만,Aα/β, Aδ, C-섬유 7,9,10,11을 구별할 수 있습니다. 이 단점은 다중 접촉 전극 배열을 통해 여러 WDR 뉴런을 동시에 기록함으로써 극복할 수 있습니다.
말초 신경 섬유의 하위 유형은 서로 다른 감각 또는 운동 신호를 전달합니다. 예를 들어, 크고 미엘린화된 감각 섬유는 촉각 신호를 전달하는 반면, 더 작고 무미엘린이 없는 감각 섬유는 통증 신호를 전달합니다16, 17, 18. 신경 차단 기술을 평가할 때는 어떤 섬유 아형이 주로 영향을 받는지 이해하는 것이 중요한데, 이는 통증 신호를 차단하면서 촉각 감각을 보존하는 것이 임상적으로 유리하기 때문입니다. 더불어, 말초 신경 차단의 복잡한 시간적 특성도 관찰되었습니다. 예를 들어, 국소 마취제 리도카인은 처음에는 미엘린이 없는 C-섬유만 차단하고, 이후19번 미엘린화된 섬유를 차단합니다. 리도카인으로 모든 신경 섬유를 완전히 차단한 후,차단 20 이후 회복 과정에서 섬유 유형 차이도 관찰되었습니다. 여기서 설명하는 전기생리학적 기법은 연구자들이 다양한 감각 신경 섬유 하위 집단에 대한 말초 신경 차단 방법론의 시간적 특성을 명확히 할 수 있게 합니다. 현재까지 우리는 직류 전기 블록21,22, 킬로헤르츠 주파수 교류 전기 블록23, 근적외선 파장24,25를 이용한 광생체변조를 평가하는 데 이 방법을 사용했습니다. 이 기법들은 말초 신경에 국소적으로 작용하는 냉, 열, 화학 주사 등 다른 개입도 연구하는 데 적합하다 26,27,28.
말초신경 치료 평가는종종 염증성 또는 신경병성 통증 모델 과 기계적 및 열 과민성 행동 검사를 결합하여사용합니다. 여기서 설명하는 전기생리학적 방법은 통증 감각 감소에 기여하는 신경 활동 변화를 정량화할 수 있습니다. 더 나아가, 촉각 감각에 관여하는 큰 감각 섬유 차단과 같은 말초 신경 차단의 바람직하지 않은 영향에 대한 유용한 데이터를 제공할 수 있습니다.
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이 프로토콜은 동물 실험을 포함했으며, 케이스 웨스턴 리저브 대학교(CWRU)의 기관 동물 관리 및 사용 위원회(IACUC)에서 승인받았습니다. 케이스 웨스턴 리저브 대학교는 AAALAC 인증을 받은 기관으로, 연방, 주, 지방의 법률과 규정과 기관 정책을 준수합니다. 우리 연구 그룹은 CWRU 직원들로부터 교육과 인증을 받았습니다. IACUC 승인 프로토콜을 수행할 때는 공중보건국 정책과 실험동물 관리 및 사용 가이드(8판)를 준수합니다.
참고: 여기서 설명한 환기, 마취 및 기타 약물 투여 매개변수는 350-500g 체중 범위의 성체 쥐를 대상으로 성공적으로 사용되었습니다.
1. 마취 및 인공호흡
2. 수술
참고: 모든 수술 절차는 소동물 입체정체 장치의 베이스플레이트 위에서 시행되어야 합니다. 나머지 입체정합 장비는 수술이 진행됨에 따라 단계별로 조립할 수 있습니다.
3. 전기 자극
4. 전기생리학적 기록
5. 말초 신경 차단
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이 프로토콜을 통해 생성된 데이터는 감각 신경 섬유의 하위 분류별로 블록의 상대적 양을 평가할 수 있게 해줍니다. 또한 블록의 시간적 특성을 평가할 수 있게 해줍니다; 차단 유도 속도와 차단 자극 종료 후 회복 속도 모두35. LFP 측정에서는 관심 있는 섬유 유형에 해당하는 특정 기간 동안 곡선 아래 면적을 계산하여 섬유의 활성화를 결정합니다. 그림 4에서는 신경 전도를 차단하기 위해 좌골신경통에 32초 동안 직류를 가했습니다. A섬유와 C섬유에서는 블록이 거의 같은 속도로 유도되며, 이는 두 섬유 모두 기준선에 비해 면적이 줄어든 것으로 나타난다. 블록이 완전히 차단되면 차단 전류가 차단되었으며, 각 광섬유 클래스별로 블록 복구 능력을 평가할 수 있습니다. 이 예시에서 A 섬유는 약 250초 후에 완전히 기능적으로 회복되는 반면, C-섬유는 약 14분으로 훨씬 더 오래 ...
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이 방법은 말초 신경에서 감각 신호를 차단하는 잠재적 치료적 개입의 효능을 측정하는 데 사용할 수 있는 두 가지 상호 보완적인 전기생리학적 신호를 수집하는 것을 설명합니다.
국소 전위 전위(LFP)는 고임피던스(1 MΩ) 마이크로전극을 사용하여 척수 등쪽 기둥에서 기록할 수 있습니다. 이 검사들은 좌골신경 전체의 활성화를 측정하는 데 사용됩니다; LFP는 수상돌기의 흥분성 시냅스 후 전위와 소마 및 축삭 말단에서 기록된 활동전위를 포함한 여러 세포의 반응을 나타냅니다36,37. 이들은 척수 신경가소성3과 전기 척수 자극의 통증 완화 효과 연구에 사용되었습니다8. LFP 신호는 큰 미엘린화된 Aα/β 섬유와 비미엘린화된 C-섬유의 진...
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저자들은 공개할 것이 없습니다.
이 연구는 NIH NINDS R01NS116009의 지원을 받았습니다.
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