Одновременная регистрация вегетативной активности и детализация материнского поведения мышей-матерей от беременности до лактации были достигнуты с помощью телеметрической системы. Этот метод помогает понять динамику физиологических и поведенческих особенностей у матерей от беременности до отлучения от груди.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Анализ электрокардиограмм и поведения мышей от беременности до периода лактации
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Изменения в отношениях матери и потомства, по-видимому, сопровождаются динамическими изменениями в вегетативной нервной системе. Несмотря на то, что временные измерения вегетативной активности были проведены у матерей и младенцев человека, анализ долгосрочных изменений остается неизученным. Матери мышей могут формировать социальные связи со своими детенышами и иметь короткий период беременности и лактации, что делает их полезными для изучения физиологических изменений от беременности до выращивания щенков. Поэтому в течение нескольких недель использовалась телеметрическая система для измерения изменений в вегетативной нервной системе и поведении матерей мышей. Полученные результаты показали, что электрокардиограмма (ЭКГ) может быть стабильно зарегистрирована независимо от движений матерей и родов. Анализ ЭКГ показал, что частота сердечных сокращений постепенно снижалась от беременности до лактации, а симпатическая активность резко возрастала по мере развития детенышей. Кроме того, одновременная запись поведения и ЭКГ в домашней клетке позволила нам понять зависящие от поведения влияния на ЭКГ, тем самым выявив характеристики вегетативной нервной деятельности во время каждого поведения. Таким образом, настоящий экспериментальный метод помогает понять, как физиологические характеристики матерей изменяются от беременности до выращивания щенков, поддерживая здоровое развитие щенков.
Введение
Отношения между матерью и потомством уникальны среди отношений, устанавливаемых различными видами животных, благодаря их огромному влиянию набудущее потомства. У людей развитие и внутреннее/внешнее поведение детей зависят от стиля воспитания, а также от степени жестокого обращения и пренебрежения 2,3. Точно так же у грызунов качество материнского поведения оказывает существенное влияние на развитие и поведение детенышей 4,5,6. Таким образом, детальное отслеживание и изучение воспитательного поведения матерей может дать представление о механизмах индивидуальных различий в развитии и здоровой поддержке их потомства.
Поведенческие и физиологические исследования показали, что матери млекопитающих претерпевают динамические поведенческие и физиологические изменения от беременности до лактации. Когда самки млекопитающих беременеют, секреция эстрогена и других гормонов влияетна поведение матери. По мере роста потомства и уменьшения частоты лактации секреция гормонов динамически изменяется в сторону предбеременного состояния, что прекращает проявление материнского поведения 8,9,10. Эти данные свидетельствуют о том, что взаимодействие между эндокринной системой, материнским поведением и развитием потомства играет важную роль в изменениях, которые матери млекопитающих испытывают во время беременности и лактации.
Поведенческие и физиологические изменения у матерей млекопитающих от беременности до лактации тесно связаны не только с эндокринной системой, но и с вегетативной нервной системой11,12. Исследования на людях показывают, что контакт матери и ребенка вызывает изменения в вегетативной нервной системе как матерей, так и младенцев13. В нескольких исследованиях измеряли электрокардиограмму (ЭКГ) и вариабельность сердечного ритма у матерей и младенцев, показывая, что каждое поведение изменяет частоту сердечных сокращений и интервал RR других 14,15,16. Однако неясно, как три фактора — вегетативная нервная система, поведение матери и развитие потомства — взаимодействуют друг с другом от беременности до лактации. Более того, трудно отслеживать эти взаимодействия у людей в течение длительного периода времени, потому что период лактации у человека составляет примерно два года.
В таких исследованиях вместо человека часто используются грызуны. Вегетативная нервная система грызунов измерялась под наркозом или при изоляции от щенков для предотвращения нестабильной записи и повреждения измерительного прибора; Следовательно, измерение является временным в поведенчески ограниченных ситуациях 17,18,19. Важно наблюдать за вегетативной нервной системой в среде, где грызуны могут свободно передвигаться и общаться с другими людьми, потому что взаимодействие матери и детеныша может изменить поведение и физиологию матерей 8,9,10,15.
Этот экспериментальный метод был разработан для того, чтобы обеспечить свободное передвижение матери. При этом методе телеметр ЭКГ подкожно прикладывался к беременной матери, чтобы предотвратить повреждение устройства и обеспечить стабильную длительную регистрацию ЭКГ от беременности до лактации. Мышиные матери могут демонстрировать общее поведение (самоухаживание, прием пищи и т. д.) и обычное материнское поведение в домашней клетке; следовательно, каждое поведение и ЭКГ можно легко наблюдать и сравнивать на одной и той же мыши. Регистратор записывал поведение мыши в течение 24 часов в течение четырех недель. Этот экспериментальный протокол позволил нам отследить динамические изменения вегетативной активности и поведения от беременности до материнского периода.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
Все процедуры были одобрены Этическим комитетом Университета Азабу (#210319-30). В настоящем исследовании использовались мыши C57B/6J на гестационные сутки (GD) 14 с массой тела более 22 г. Животные были получены из коммерческого источника (см. Таблицу материалов). Реактивы и оборудование, необходимые для проведения исследования, перечислены в Таблице материалов.
1. Подготовка к эксперименту
- Включите панельный обогреватель и накройте его алюминиевой фольгой. Протрите все поверхности 70% этанолом.
- Все хирургические инструменты (ножницы, щипцы, тонкий пинцет и пинцет) были заранее автоклавированы.
- Подготовьте стерильные швы нужной длины и держите ее наготове.
- Накрывайте маски для анестезии резиновыми масками, чтобы обеспечить стерильность и комфорт пациента.
- Проверьте телеметр биопотенциала мыши (рис. 1A) на наличие аномалий или повреждений с помощью приложений tBase и LabChart (программное обеспечение для анализа физиологических данных), установленных на компьютере с возможностью записи.
2. Имплантация телеметром
- Поместите мышь в коробку для индукционной анестезии с 4% изофлураном.
- После достижения хирургической плоскости анестезии поместите мышь в положение лежа на панельный обогреватель. Расположите маску для анестезии на мыши, поддерживая уровень изофлурана 1%-2,0% и поток кислорода на уровне 0,5-2 л/мин.
Примечание: В этом протоколе не использовались анальгетики, учитывая их влияние на плод и поведенческие наблюдения. - С помощью машинки для стрижки удалите шерсть между ушами и трижды продезинфицируйте кожу чередующимися дезинфицирующими средствами на основе йода и 70% спиртом.
- Чтобы подтвердить операционную плоскость анестезии, защемите пинцетом пальцы задних лап мыши. Сделайте надрез (2-3 см) на коже между ушами с помощью ножниц. Вставьте щипцы в разрез, чтобы отделить кожу и мышцы вокруг шеи и вентральной стороны, создавая пространство на вентральной стороне специально для размещения телеметрии.
- Вставьте телеметр через разрез между ушами и поместите его в вентральное боковое пространство.
- Используйте щипцы, чтобы свернуть и связать положительные и отрицательные провода. Поместите выводы в пространство для грифа (рисунок 1B).
- Сшить разрез с помощью иглы 13 мм и шва 20 см, стараясь не повредить отведения.
- Поместите мышь в лежачее положение и ощипните шерсть вокруг ключицы машинкой для стрижки. Продезинфицируйте кожу три раза чередующимися дезинфицирующими средствами на основе йода и 70% спиртом.
- Сделайте небольшой надрез вокруг кожи ключицы ножницами и отделите мышцы от кожи шеи. Извлеките положительные и отрицательные отведения с задней части шеи с помощью щипцов.
- Используйте щипцы для разделения слюнных желез и обнажения «V-образного» вида грудино-ключично-сосцевидной мышцы (SCM), которая берет начало от ключицы и проходит косо по каждой стороне шеи (рис. 1C,D).
- Отрегулируйте длину отрицательного провода так, чтобы он достигал СКМ возле ключицы. Осторожно снимите свинцовую трубку с отрицательного провода, следя за тем, чтобы спиральный электрод из нержавеющей стали внутри был растянут с помощью тонкого пинцета.
- Проденьте швейную иглу (7 мм) со швом 10 см через V-образный изгиб SCM, чтобы создать петлю. Пропустите электрод из нержавеющей стали от отрицательного провода через эту петлю и расположите его под SCM рядом с ключицей.
- Слегка завяжите петлю, чтобы не повредить SCM, и повторите три раза, чтобы закрепить электрод из нержавеющей стали. Закрепите отрицательный провод дальше, расположив второй шов на краниальной стороне SCM и завязав его вокруг трубки отрицательного провода (Рисунок 1E).
- Выполните секцию вокруг мечевидного отростка и аккуратно отделите кожу от мышцы от мечевидного отростка к ключице.
- Удлините положительный отросток, чтобы достичь мечевидного отростка. Как и в случае с отрицательным проводом, удалите свинцовую трубку из положительного провода, убедившись, что спиральный электрод из нержавеющей стали внутри растянут с помощью тонкого пинцета.
- С помощью иглы 18 G создайте туннель под мышцей вокруг мечевидного отростка, затем поместите электрод из нержавеющей стали в иглу и пропустите его через мышцу вокруг мечевидного отростка.
- После извлечения иглы слегка пришить спиральный электрод из нержавеющей стали к мышце вокруг мечевидного отростка с помощью швейной иглы (7 мм) со швом 10 см (рисунок 1D). Чтобы еще больше закрепить положительный отросток, расположите второй шов на краниальной стороне мечевидного отростка и завяжите его вокруг трубки положительного отведения.
- Закройте все разрезы с помощью иглы для швов (13 мм) с длиной шва 20 см (рис. 1E, F).
- После имплантации поместите мышь в чистую клетку и расположите ее на tBase, который действует как приемник для телеметрии мыши (рис. 1G). Включите записываемый компьютер и используйте установленное программное приложение для анализа данных для сбора данных ЭКГ. Убедитесь, что данные ЭКГ отображают нормальные формы волн (Рисунок 2A, B).
ПРИМЕЧАНИЕ: В случае аномальных форм волны или шума (как показано на рисунке 2C) снова присоедините отрицательный и положительный отведения под анестезией. - В течение двухдневного периода восстановления убедитесь, что с мышью обращаются должным образом, положив водяной гель и корм на дно клетки. Записывайте только поведение домашней клетки с помощью регистратора дисков в течение этого периода восстановления.
3. Запись ЭКГ и поведения в домашних клетках от беременности до отлучения от груди
- Включайте красные индикаторы в темную фазу, потому что регистратор не может работать без света. Расположите регистратор дисковода рядом с домашней клеткой, чтобы записать поведение. Запишите ЭКГ с помощью приложения LabChart на записываемом ПК. Перед сбором данных ЭКГ проверьте частоту дискретизации ЭКГ в LabChart.
ПРИМЕЧАНИЕ: В этом протоколе регистратор привода был выбран потому, что его можно разместить где угодно. Кроме того, по сравнению с видеокамерой, регистраторы могут записывать под широким углом и использовать меньшую емкость хранилища данных (например, запись в течение 24 часов с помощью регистратора занимает около 70 ГБ). В этой демонстрации частота дискретизации ЭКГ в программном обеспечении для анализа данных установлена на уровне 1 к/с. - После включения регистратора привода запустите на компьютере программу LabChart для записи поведения и ЭКГ.
ПРИМЕЧАНИЕ: В этой демонстрации использовался макрос для непрерывной записи ЭКГ и автоматического сохранения файлов каждые 2 часа. Этот повторяющийся процесс выполнялся на протяжении всего эксперимента. Кроме того, для записи была выбрана SD-карта емкостью 256 ГБ, что позволяет собирать данные примерно 24 часа в день. - Проверьте мышь на наличие родов и аномалий тела и возьмите образцы данных с регистратора и записываемого компьютера. День, когда мышь родила своих детенышей, считается постнатальным днем (ПД) 0. Измеряйте вес щенков каждый день после рождения.
ПРИМЕЧАНИЕ: В этом исследовании записывающее видео с регистратора и файл данных ЭКГ с записываемого ПК собирались каждое утро с 7:30 до 8:30. Кроме того, чтобы предотвратить шум ЭКГ от вибраций, вызванных прикосновением нескольких детенышей к матери, помет был выбракован до четырех щенков (половина из них были самцами, а другая половина — самками). - После проверки мышки и сбора данных верните все в исходное положение. Включите регистратор и записываемый компьютер. Запустите приложение LabChart.
ПРИМЕЧАНИЕ: Если для записи ЭКГ используется макрос, нажмите на кнопку макроса и инициализируйте макрос, выбрав кнопку «Запустить » в опции управления . - Раз в неделю заменяйте клетку на новую. Во время этого процесса включайте подстилку, половина которой ранее использовалась, а другая половина – новая.
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот процесс, включая отбор проб данных и проверку на мышах, повторяли с GD 17 до постнатального дня (PD) 21.
4. Анализ ЭКГ
- Для анализа данных ЭКГ используйте программное обеспечение для анализа данных. Запустите LabChart и откройте файл данных за период записи. Чтобы проанализировать вариабельность сердечного ритма (ВСР), нажмите на кнопку « ВСР » и отрегулируйте параметры определения ритма.
ПРИМЕЧАНИЕ: В этой демонстрации выберите пользовательскую настройку и измените минимальную высоту пика на 1,2 для регулировки обнаружения. - После настройки проверьте все удары и удалите все данные о шуме (как показано на рисунке 2C).
ПРИМЕЧАНИЕ: Если зубец R не обнаружен, добавьте или измените его с помощью кнопки ВСР . - Нажмите на кнопку ВСР и выберите вид классификатора битов. Выберите все ритмы в представлении классификатора ритмов, затем выберите представление отчета с помощью кнопки ВСР . Скопируйте данные из представления отчета и вставьте их в Excel.
ПРИМЕЧАНИЕ: Результаты ВСР, как показано в таблице 1, отображают как временную, так и спектральную области с помощью программного обеспечения для анализа данных, что позволяет проводить наблюдения.
5. Категоризация этограммы поведения в домашних клетках
- Просмотрите все записанные видео, чтобы проверить наличие отклонений, таких как красный индикатор, не загорающийся в темное время суток, и неработающий регистратор диска.
ПРИМЕЧАНИЕ: Видео записывается таким же образом, как и ЭКГ, с видеоклипами, снятыми каждые 2 часа. - Классифицируйте этограмму на основе таких параметров, как поза матери во время поведения, время, затраченное на поведение, и место, где произошло поведение (таблица 2), а затем наблюдайте за видео с регистратора.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
После имплантации телеметра беременной мышке мы записывали ЭКГ от беременности до лактации в домашней клетке. Частота дискретизации была установлена на уровне 1 к/с. Для сравнения ЭКГ каждого физиологического состояния мыши-матери без учета влияния циркадного ритма были проанализированы данные за 10 минут с 23:32 по ГД 17, родам, ФД 0 и ФД 21 из файла данных за 2 часа (рис. 3, табл. 1). Время с 23:32 до 23:42 было выбрано потому, что оно представляет собой 10 минут до рожден...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
В этом методе, при котором телеметр имплантировался беременным мышам, можно было непрерывно отслеживать ЭКГ у одной и той же мыши от беременности до лактации. У мыши были представлены этограммы, которые включали движение, указывая на бодрствование в течение всех периодов анализа (23:32-23:42) от GD 17 до PD 21. Кроме того, представленные результаты показали, что частота сердечных сокращений постепенно снижалась от беременности до лактации. Считается, что такое снижение связано с нормализ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Благодарности
Это исследование было поддержано JSPS KAKENHI (номера грантов JP 21H04981 и 30974521) и Центром разнообразия, справедливости и инклюзивности Университета Азабу.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 24-часовой повторяющийся таймер | Panasonic | WH3311BP | |
| 5-0 Нейлоновый шов | Natsume Seisakusho | Co-23s-N2 | |
| Бокс для анестезии | Natsume Seisakusho Co | KN-1010 | W110× D110× H110mm |
| Маска для анестезии | Natsume Seisakusho Co | KN-1019-1 | |
| Анестезиологический аппарат | Natsume Seisakusho Co | KN-1071-E | |
| C57BL6/J мыши | Clea Japan, Inc | Мышь для беременных на 14 день | |
| Clip light | Yazawa | CLX60X02WH | |
| Конфигуратор системы | Adinstuments | TR190 | |
| регистратор привода | Transcend | TS-DP250A-32G Держатель | |
| для еды | Clea Japan, Inc | CL-2802 | |
| Изофлуран | FujiFilM | 099-06571 | |
| LabChart Pro V8 | Приборы | MLU260/8 | |
| LabChart8 | Приборы | MLS060/8 | |
| Телеметр биопотенциала мыши | MT10B | ||
| Игла 18 G 1 1/2 | Terumo | NN-1838R | |
| Панельный обогреватель | SANKO | 4976285145407 | |
| PowerLab 4/26 | Аксессуары | PL2604 | |
| Записываемый компьютер | Мышь компьютерная | мышь K7-H | |
| красная лампочка | ELPA | LDG1R-G-GWP254 | |
| Резиновая маска | Natsume Seisakusho Co | SD-карта KN-1019-M | |
| (256 ГБ) | Transcend | TS256GUSD350V | Он может записывать примерно 24 часа |
| Игла для швов 13 мм | Natsume Seisakusho Co | C-24-540-NO.0 | |
| Игла для швов 7 мм | Natsume Seisakusho Co | C-24-540-NO.0000 | |
| tBase | Adinstuments | MT110 |
Ссылки
- Bowlby, J. Attachment and loss. Vol. 1. 1, Basic Books. New York. (1969).
- Teicher, M. H., Samson, J. A. Childhood maltreatment and psychopathology: A case for ecophenotypic variants as clinically and neurobiologically distinct subtypes. Am J Psychiatry. 170 (10), 1114-1133 (2013).
- Hoskins, D. H. Consequences of parenting on adolescent outcomes. Societies. 4 (3), 506-531 (2014).
- Caldji, C., et al. Maternal care during infancy regulates the development of neural systems mediating the expression of fearfulness in the rat. Proc Natl Acad Sci U S A. 95 (9), 5335-5340 (1998).
- Sakamoto, T., Ishio, Y., Ishida, Y., Mogi, K., Kikusui, T. Low maternal licking/grooming stimulation increases pain sensitivity in male offspring. Exp Anim. 70 (1), 13-21 (2021).
- Champagne, F., Meaney, M. J. Like mother, like daughter: Evidence for non-genomic transmission of parental behavior and stress responsivity. Prog Brain Res. 133, 287-302 (2001).
- Terkel, J., Rosenblatt, J. S. Maternal behavior induced by maternal blood plasma injected into virgin rats. J Comp Physiol Psychol. 65 (3), 479-482 (1968).
- Amenomori, Y., Chen, C. L., Meites, J. Serum prolactin levels in rats during different reproductive states. Endocrinology. 86 (3), 506-510 (1970).
- Yaguchi, K., et al. Dynamic modulation of pulsatile activities of oxytocin neurons in lactating wild-type mice. PloS One. 18 (5), e0285589(2023).
- Kikusui, T., Isaka, Y., Mori, Y. Early weaning deprives mouse pups of maternal care and decreases their maternal behavior in adulthood. Behav Brain Res. 162 (2), 200-206 (2005).
- Kodogo, V., Azibani, F., Sliwa, K. Role of pregnancy hormones and hormonal interaction on the maternal cardiovascular system: a literature review. Clin Res Cardiol. 108 (8), 831-846 (2019).
- Burke, S. D., et al. Circulatory and renal consequences of pregnancy in diabetic NOD mice. Placenta. 32 (12), 949-955 (2011).
- Feldman, R., Magori-Cohen, R., Galili, G., Singer, M., Louzoun, Y. Mother and infant coordinate heart rhythms through episodes of interaction synchrony. Infant Behav Dev. 34 (4), 569-577 (2011).
- Yoshida, S., et al. Infants show physiological responses specific to parental hugs. iScience. 23 (4), 100996(2020).
- Wass, S. V., et al. Parents mimic and influence their infant's autonomic state through dynamic affective state matching. Curr Biol. 29 (14), 2415-2422 (2019).
- Esposito, G., et al. Infant calming responses during maternal carrying in humans and mice. Curr Biol. 23 (9), 739-745 (2013).
- Khandoker, A. H., et al. Investigating the effect of cholinergic and adrenergic blocking agents on maternal-fetal heart rates and their interactions in mice fetuses. Biol Open. 11 (4), (2022).
- Widatalla, N., et al. Correlation between maternal and fetal heart rate increases with fetal mouse age in typical development and is disturbed in autism mouse model treated with valproic acid. Front Psychiatry. 13, 998695(2022).
- Mezzacappa, E. S., Tu, A. Y., Myers, M. M. Lactation and weaning effects on physiological and behavioral responses to stressors. Physiol Behav. 78 (1), 1-9 (2003).
- Slangen, B. F., Out, I. C., Janssen, B. J., Peeters, L. L. Blood pressure and heart rate variability in early pregnancy in rats. Am J Physiol. 273 (4), 1794-1799 (1997).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
