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C2 hemissecção da coluna vertebral
O procedimento descrito neste artigo enfatiza avaliações da atividade EMG DIAm que servem como validação de uma lesão espinhal C2 que atravessa os funículos lateral e ventral enquanto poupa os funículos dorsais (Figura 2A). A abordagem cirúrgica proposta tem dois grandes benefícios. Primeiro, poupa os funículos dorsais, que preservam a função ambulatorial em ratos, enquanto ainda corta as entradas ipsilaterais para os neurônios motores frênicos. Em segundo lugar, monitorando a EMG DIAm, podemos validar a eficácia da lesão C2 na eliminação da atividade eupneica da EMG iDIAm inicialmente durante a cirurgia enquanto os animais são anestesiados. No dia 3 pós-lesão, enquanto os animais são anestesiados, verificamos se há de fato um silenciamento contínuo da atividade eupneica do iDIAm EMG. Foi demonstrado anteriormente que as entradas excitatórias de rVRG nos neurônios motores frênicos e a expressão do receptor NMDA nos neurônios motores frênicos são reduzidas em 3 a 7 dias após a lesão e que tanto a entrada sináptica glutamatérgica quanto a expressão do receptor NMDA aumentam ao longo do tempo após 7 dias após a lesão33,42. Esses dados, combinados com a confirmação histológica da lesão C2 10 , 13 , 29 , 30 , 33 , sugerem que a inatividade contínua sob anestesia no dia 3 após a lesão fornece informações sobre a eficácia da HAS C2inicial. Em estudos realizados em vários anos, taxas relativamente estáveis de recuperação espontânea sob anestesia entre 30% e 40% foram observadas em 14 dias após a HAS C2 18,19,20,29,31,43, sugerindo que este método de verificação do sucesso do C2SH é reprodutível e confiável.
O procedimento C2SH envolve várias etapas críticas. É importante ressaltar que o modelo C2SH proposto aqui poupa os funículos dorsais e, portanto, não leva a déficits motores dos membros. Nos modelos de hemissecção espinhal C2 completa envolvendo os funículos dorsais, os déficits motores dos membros são consideravelmente maiores 3,4,5,6,7,37. Assim, um benefício adicional do modelo C2SH (Figura 2A) é que, além do silenciamento da atividade eupneica da EMG iDIAm em ratos com lesão C2 anestesiados, os ratos são funcionalmente semelhantes aos ratos laminectomy simulados em termos de deambulação e outras funções. Assim, eles geralmente são capazes de se alimentar e se limpar, o que reduz a carga de cuidados e ainda permite estudos de controle neuromotor DIAm e neuroplasticidade respiratória. Para garantir que o modelo C2 seja implementado adequadamente, deve-se tomar muito cuidado para evitar lesões excessivas. Inserir a faca de dissecação logo abaixo de onde a raiz dorsal entra na medula espinhal e cortar a porção ventral com moderação são regras úteis. O objetivo é garantir que a atividade eupneica de EMG iDIAm cesse; Isso pode ser feito com vários pequenos cortes, se necessário. De fato, na semana seguinte ao C2SH, ficará claro se houve danos excessivos à medula espinhal se os animais tiverem dificuldade em deambular e alcançar pellets de comida.
Colocação de eletrodos e gravações EMG
Os eletrodos EMG DIAm crônicos têm vários benefícios claros em relação a outras abordagens. Os eletrodos podem (e devem) ser implantados vários dias antes do procedimento C2SH, permitindo tempo suficiente para a recuperação e não exigindo uma laparotomia e um C2SH durante a mesma sessão cirúrgica. Isso é importante porque é bem aceito que a laparotomia causa inibição do DIAm35,36. Com o implante de eletrodos de DIAm crônico, também não há necessidade de laparotomias repetidas, que foram realizadas em trabalhos anteriores10,13; há também um risco reduzido de pneumotórax, pois os eletrodos não estão sendo inseridos no DIAm durante cada sessão. No entanto, vários eventos adversos potencialmente graves podem ocorrer como resultado da colocação do eletrodo. Embora o risco de pneumotórax seja reduzido evitando inserções repetidas de eletrodos, ele não é completamente anulado e, de fato, o pneumotórax pode ocorrer, causando morte imediata ou problemas prolongados. Para reduzir esse risco, é uma prática recomendada garantir que a agulha que está sendo enfiada no diâmetro dialógico não perfure a superfície superior do diâmetro. Além disso, evite usar pinças afiadas que possam causar danos ao diâmetro ao manipular os fios do eletrodo. Ocasionalmente, os ratos podem mastigar os pontos no abdômen, potencialmente estripando-se se deixados por conta própria. Os ratos devem ser observados em intervalos regulares após a colocação do eletrodo para detectar esses tipos de comportamentos precocemente. Em alguns casos, pode ser possível anestesiar os ratos para reparar danos aos pontos. No entanto, é melhor que esse comportamento seja mitigado, proporcionando alívio adequado da dor durante e após a cirurgia e garantindo que o campo estéril não seja quebrado durante a cirurgia. Em casos extremos, pode ser necessário sacrificar ratos que removem repetidamente seus pontos.
O registro e a análise dos sinais EMG não são o foco principal do presente estudo e são altamente dependentes do equipamento e software específicos disponíveis em cada laboratório. Embora as informações sobre o equipamento sejam fornecidas na Tabela de Materiais, existe uma ampla variedade de opções de hardware para amplificar e registrar a atividade EMG, e as especificidades dependerão de uma mistura de recursos, disponibilidade e acessibilidade para cada laboratório. No entanto, existem alguns princípios gerais de gravação de EMG que são importantes mencionar. Um problema potencial é o movimento ou destruição de eletrodos implantados, o que pode limitar as avaliações quantitativas da EMG DIAm. Se os eletrodos se soltaram do DIAm, ou se os ratos conseguiram consumir ou danificar os fios externalizados, pode não ser possível registrar a atividade EMG ou o nível de ruído pode mudar. Isso pode ser evitado confirmando que os eletrodos estão firmemente presos no DIAm, e um sinal com uma alta relação sinal-ruído (SNR) pode ser registrado a partir deles durante a cirurgia de colocação do eletrodo DIAm. Além disso, externalizar os fios do eletrodo no alto do dorso e cortar o excesso de fio de forma que os ratos não consigam acessar os fios do eletrodo são propícios ao sucesso dos eletrodos crônicos. Como alternativa aos fios externalizados, as tampas de cabeça37 ou telemetria44,45 podem ser opções razoáveis. Ambas as abordagens podem obter gravações em animais acordados com mais facilidade, mas podem ser um pouco mais difíceis de implementar do que simplesmente externalizar os fios multifilamentos. Todas as fontes eletrônicas próximas podem ser fontes de ruído. É fundamental que todos os equipamentos sejam aterrados adequadamente, cabos blindados sejam usados e os ratos não sejam tocados enquanto as gravações ativas estão ocorrendo. Além de desligar as almofadas térmicas eletrônicas durante a gravação, luzes, equipamentos próximos, mesas cirúrgicas operadas eletricamente e outros dispositivos podem precisar ser temporariamente desligados para obter gravações de baixo ruído. Para minimizar as influências ambientais, os equipamentos eletrônicos que não precisam estar ligados para as gravações EMG DIAm devem ser desligados. Quando possível, as gravações devem ser feitas em uma sala com blindagem elétrica. Com o tempo, cicatrizes teciduais e fibrose ao redor dos eletrodos EMG DIAm podem diminuir a condutividade do eletrodo, reduzindo a SNR. Além disso, mesmo pequenas mudanças na postura podem ter grandes impactos no sinal EMG DIAm; assim, para minimizar esses problemas potencialmente complicadores, o EMG DIAm deve ser registrado com os ratos na mesma postura durante as sessões de gravação.
Outra consideração importante são as configurações de filtragem e amostragem. O tipo de eletrodo (ou seja, intramuscular vs. esofágico/superfície) é extremamente relevante quando se trata de determinar o conteúdo de frequência e, consequentemente, filtros passa-alta e passa-baixa apropriados para um sinal. Um esforço considerável foi despendido para determinar os filtros ideais para EMG46 de diâmetro superficial / esofágico. Estudos semelhantes na EMG de ratos não foram realizados, mas anteriormente, mostramos que, efetivamente, a totalidade do conteúdo de frequência da EMG de DIAm registrada usando eletrodos intramusculares crônicos em ratos estava abaixo de 1000 Hz, com a frequência do centróide em torno de 300 Hz47. Em uma comparação direta das frequências média e mediana do espectro de potência da EMG do bíceps braquial em humanos obtidos por meio de eletrodos de superfície e intramusculares, Christensen et al.48 descobriram que as frequências média e mediana eram aproximadamente 3 vezes maiores para eletrodos intramusculares em comparação com eletrodos de superfície. No DIAm, os pesquisadores relataram frequências centróide em torno de 100 Hz ao usar eletrodos esofágicos bipolares 49,50,51,52,53,54, o que sugeriria que os 300 Hz, que foram previamente determinados para eletrodos intramusculares, correspondem aproximadamente à mesma tendência mostrada por Christensen et al.48. Apesar disso, vários estudos publicados utilizando EMG DIAm intramuscular em modelos de roedores colocaram seus filtros passa-alta em 300 Hz 4,37,55,56 e alguns chegaram a 500 Hz 57. É incontroverso que tal abordagem de filtragem reduziria substancialmente a amplitude do sinal EMG DIAm em pelo menos metade. Propomos uma abordagem muito menos destrutiva: (1) filtragem passa-alta a 100 Hz porque a maior parte do espectro de potência do ECG está abaixo de 100 Hz, enquanto comparativamente pouco do espectro de potência do EMG DIAm está abaixo de 100 Hz51,52 e (2) subsequentemente removendo o ECG restante por correspondência de forma de onda58. Assim, os filtros apropriados para EMG DIAm para a maioria dos estudos podem ser ajustados entre 100 Hz e 1000 Hz, com uma frequência de amostragem de pelo menos 2000 Hz para capturar todas as características relevantes nos dados. Análises detalhadas da EMG DIAm podem então ser realizadas usando as técnicas publicadas em relatórios anteriores 40,41,47,58.
Animais acordados e anestesiados
Notavelmente, alguns estudos destacaram que os modelos C2SH de cSCI não levam à inatividade completa do iDIAm EMG eupneico23,37. Em certo sentido, isso não é surpreendente, pois foi observado anteriormente que a atividade de "avanço" ocorre durante comportamentos que necessitam de maior impulso (por exemplo, respirações profundas e resposta à oclusão das vias aéreas) 4 , 7 , 29 , 42 . Esses dados sugerem que provavelmente não é apropriado pensar no modelo C2SH como um verdadeiro modelo de inatividade contínua. De fato, parece que o impulso é suficientemente alto em animais acordados para que a atividade eupneica de EMG iDIAm esteja presente tão cedo quanto quatro dias após um C2SH37 completo, embora não esteja presente consistentemente em um dia após a lesão23. Em todos os casos, a anestesia suprime a atividade da DIAm após a hemissecção da coluna cervical superior, conforme destacado em relatórios anteriores23,38 e mostrado na Figura 4 e na Figura 5. Não há dados publicados disponíveis sobre a atividade EMG DIAm em ratos acordados com o C2SH com funículos dorsais poupados propostos no presente manuscrito (Figura 2A). Trabalhos futuros devem fornecer uma caracterização detalhada do curso temporal da atividade EMG DIAm em animais acordados com este modelo C2SH. Dito isso, ainda é prudente realizar a validação da ausência contínua de inatividade eupneica do iDIAm no dia 3 pós-lesão sob anestesia para imitar as condições experimentais durante as quais a medula espinhal foi inicialmente lesionada / seccionada. Quando a atividade eupneica de iDIAm EMG em animais acordados no Dia 3 pós-lesão pode estar presente, observa-se que mesmo meias doses de anestésicos geralmente levam a uma cessação completa da atividade eupneica de iDIAm EMG. Com essas doses, os animais ficam calmos e sedados. Além de verificar o silenciamento da atividade eupneica da EMG iDIAm durante C2SH e no Dia 3 pós-lesão, recomenda-se que a medula espinhal seja extraída após o experimento terminal para confirmação histológica do local e extensão do C2SH 9,29,59. A confirmação histológica da lesão - quando combinada com a confirmação funcional da atividade eupneica silenciada da EMG iDIAm - fornece fortes evidências de um sucesso de C2SH.
O presente artigo apresenta um C2SH de cSCI em ratos que leva ao silenciamento imediato da atividade eupneica de EMG iDIAm com silenciamento contínuo sob anestesia no dia 3 pós-lesão. Devido à preservação do funículo dorsal no modelo C2SH proposto no presente manuscrito, a função motora do membro é preservada, evitando efeitos fora do alvo. Isso permite que estudos longitudinais dos efeitos de uma lesão cervical alta no controle neuromotor do DIAm sejam realizados em ratos que são relativamente saudáveis, adicionando assim uma carga mínima de cuidado para os investigadores. A validação da inatividade sob anestesia no dia 3 pós-lesão garante que uma linha de base clara seja estabelecida para avaliar a extensão subsequente da recuperação da EMG eupneica iDIAm. Essa abordagem fornece um método rigoroso, confiável e reprodutível para realizar um C2SH em ratos. Este modelo tem o potencial de melhorar muito a compreensão do curso temporal da neuroplasticidade respiratória e sua interseção com possíveis estratégias terapêuticas.