Evaluation of Neuropathological Features in the SOD1-G93A Low Copy Number Transgenic Mouse Model of Amyotrophic Lateral Sclerosis

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) still depicts an incurable and devastating disease. Drug development efforts are mostly based on superoxide dismutase 1 gene (SOD1)-G93A mice that present a very strong and early phenotype, allowing only a short time window for intervention. An alternative mouse model is available, that is based on the same founder line but has a reduced SOD1-G93A copy number, resulting in a weaker and delayed phenotype. To be able to use these SOD1-G93A/low mice for drug testing, we performed a characterization of ALS-typical pathologies. All analyses were performed compared to non-transgenic (ntg) littermates of the same sex and age. In vivo analysis of SOD1-G93A/low mice was performed by weekly body weight measurements, analysis of the survival rate, and measurement of the muscle strength of 24–30 weeks old female and male SOD1-G93A/low mice. Immunofluorescent labeling of SOD1, glial fibrillary acidic protein (GFAP), and ionized calcium-binding adaptor molecule 1 (Iba1) protein was performed in the cervical, thoracic, and lumbar ventral horn of the spinal cord of 24–30 weeks old male and female SOD1-G93A/low mice. The musculus gastrocnemius of male SOD1-G93A/low mice was labeled with fluorophore-conjugated α-bungarotoxin and antibodies against phosphorylated neurofilaments. Fluorescent labeling was detected and quantified by macro-based image analysis. Although SOD1 protein levels were highly increased in both sexes and all age groups, levels strongly peaked in 30 weeks old male SOD1-G93A/low mice. Astrocytosis and activated microglia in the spinal cord ventral horn and phosphorylated neurofilaments in the motor unit of the musculus gastrocnemius progressively increased, while muscle strength progressively decreased in male SOD1-G93A/low mice. In female SOD1-G93A/low mice, only activated microglia increased progressively, while muscle strength was constantly reduced starting at 26 weeks. These differences result in a shorter survival time of male SOD1-G93A/low mice of about 3 weeks compared to female animals. The results suggest that male SOD1-G93A/low mice present a stronger pathology and are, therefore, better suitable to evaluate the efficacy of new drugs against ALS as most pathological features are developing progressively paralleled by a survival time that allows treatment to start before symptom onset.

Гістологічні особливості волокон литкового м’язу щурів при ішемії та використані С60 фулеренів в ролі антиоксидантів

Мета роботи – провести аналіз гістологічних змін у литковому м’язі за умов експериментальної ішемії різної тривалості, за умови внутрішньочеревного введення С60 фулеренів в ролі антиоксиданта. Експеримент реалізовано на щурах інбредної лінії Wistar масою 140–160 г. Виділено такі групи тварин: контрольна, тварини з ішемією (1, 2 та 3 год), тварини з ішемію (1, 2 та 3 год) та за умови внутрішньочеревного введення С60 фулеренів. Гістологічну обробку тканини проводили за загальноприйнятою методикою, фарбувалили за методом Ван-Гізон. Проаналізовано морфологічні особливості ішемізованих м’язових волокон musculus gastrocnemius різної тривалості та терапевтичного впливу водного колоїдного розчину С60 фулеренів на ступінь вираженості патоморфологічних змін у такому м’язі. Встановлено, що литковий м’яз є стійким до ішемічних пошкоджень легкого ступеня за умов внутрішньочеревного введення С60 фулеренів, які є потужними антиоксидантами та здатні ефективно поглинати вільні радикали. Проте, дослідження показали, що зі збільшенням тривалості ішемічного ушкодження захисна дія фулеренів пропорційно зменшується до тривалості дії ішемії. Зокрема, простежується початкова тенденція до руйнації м’язових волокон, порушення цілісності мембрани, спостерігається заміщення м’язевої тканини сполучною, розрив саркомерів, встрата поперечної посмугованості, відсутність ядер, гіперемія капілярного русла, а також відмічаються некротично-деструктивні зміни, які відбуваються за рахунок надлишку не інактивованих супероксид- і гідроксид-радикалів. Таким чином, проведене лабораторне дослідження може слугувати підґрунтям для розробки лікарських препаратів проти м’язових патологій, а також сприятиме розробці комплексної методики лікування ранніх етапів ішемічного пошкодження скелетних м’язів людини.

Modeling of Muscle Activation from Electromyography Recordings in Patients with Cerebral Palsy

The present study estimated muscle activation from electromyographic (EMG) recordings in patients with cerebral palsy (CP) during cycling on an ergometer. This could be used as an input to the modeling of muscle force following the neuromusculoskeletal modeling technique which can help to understand the alterations in neuromotor processes underlying disabilities in CP. EMG signals of lower extremity muscle activity from 14 adult patients with CP and 10 adult healthy participants were used here to derive muscle activation. With a self developed EMG system, signals from the following muscles were recorded: Musculus tibialis anterior, Musculus gastrocnemius, Musculus rectus femoris, and Musculus biceps femoris. Collected EMG signals were mathematically transformed into muscle activation following a parameter dependent and a nonlinear transformation. Muscle activation values from patients with CP were compared to equivalent reference values obtained from healthy controls. Muscle activation calculated at specific foot positions deviated clearly from reference values. The deviation was larger for patients with higher degree of spasticity. Observations underline the need of muscle force modeling during cycling for individualized cycling training for rehabilitation strategy.

Progressive fatigue dynamic development of isolated natively musculus gastrocnemius medialis in alcoholic rats

In this article was investigated the development progressive fatigue dynamic of isolated natively musculus gastrocnemius medialis during tetanic contraction in alcoholic rats (n = 15). Registration of tetanic contraction of the isolated muscular preparation was registered in the isometric mode, during it’s direct electric stimulation. The results of research shows the absence of significant changes in isolated natively musculus gastrocnemius medialis development progressive fatigue in alcoholic rats, in comparison to intact animals.

Кінетика тетанусу musculus gastrocnemius в алкоголізованих щурів з експериментально-індукованою васкулярною ішемією задніх кінцівок за умов низькочастотної м’язової втоми

Досліджено зміну кінетики тетанусу m. gastrocnеmius (cap. med.) в алкоголізованих щурів з експериментально-індукованою унілатеральною васкулярною ішемією м’язів задніх кінцівок за умов прогресивної низькочастотної м’язової втоми. Кінетика тетанусу m. gastrocnеmius (cap. med.) в алкоголізованих щурів порівняно з неалкоголізованими не зазнає суттєвих змін. Характерною ознакою низькочастотної втоми m. gastrocnеmius (cap. med.) за умов ішемії є швидка поява вторинного провисання механограми тетанусу протягом експерименту, що не дозволяє м’язу досягти оптимального рівня тетанічної сили. Встановлено значне зменшення силової продуктивності m. gastrocnеmius (cap. med.) в алкоголізованих щурів порівняно з неалкоголізованими за умов низькочастотної м’язової втоми. Оцінка змін силової продуктивності m. gastrocnеmius (cap. med.) в алкоголізованих щурів порівняно з неалкоголізованими вказує на синергічну взаємодію хронічної алкогольної інтоксикації та васкулярної ішемії в обмеженні моторної функції. Обговорено синергічний зв’язок алкоголь-асоційованої м’язової атрофії та ішемічного ушкодження м’яких тканин нижніх кінцівок у патогенезі моторної дисфункції.

Muskulotendinopathie des Musculus gastrocnemius bei einem Labrador Retriever

ZusammenfassungDie Muskulotendinopathie des Musculus (M.) gastrocnemius stellt eine seltene Erkrankung des Ursprungs dieses Muskels dar, die durch eine chronische Überbelastung des Muskel-Sehnen-Übergangs beim Sporteinsatz entsteht und zumeist bei Hütehunden beschrieben wurde. Klinisch zeigen die Patienten eine chronische Hinterhandlahmheit sowie Schmerzhaftigkeit bei Druck auf die laterale Fabella. Eine Kniegelenkinstabilität fehlt. Radiologische Befunde (osteophytäre Neuformationen im Bereich des Muskelursprungs und der lateralen Fabella) geben ebenfalls Hinweise auf das Vorliegen der Erkrankung. In der magnetresonanztomographischen Untersuchung zeigen sich Ödeme im Bereich des Ursprungs des lateralen Gastrocnemiuskopfes und eine Anreicherung von Kontrastmittel nach intravenöser Applikation. Die Muskulotendinopathie des M. gastrocnemius hat bei konsequenter konservativer Therapie (Ruhighaltung, Gabe nichtsteroidaler Antiphlogistika und Physiotherapie) eine gute Prognose. Der Fallbericht beschreibt die klinischen Befunde, bildgebende Diagnostik (Röntgen und Magnetresonanztomographie) sowie die Therapie und das Langzeitergebnis dieser Erkrankung bei einem sportlich geführten Labrador Retriever.

Thermographic Imaging of the Superficial Temperature in Racing Greyhounds before and after the Race

A total of 47 racing greyhounds were enrolled in this study on two race days (in July and September, resp.) at a racetrack. Twelve of the dogs participated in the study on both days. Thermographic images were taken before and after each race. From the images, superficial temperature points of selected sites (tendo calcaneus, musculus gastrocnemius, musculus gracilis,andmusculus biceps femoris portio caudalis) were taken and used to investigate the differences in superficial temperatures before and after the race. The thermographic images were compared between the right and left legs of a dog, between the raced distances, and between the two race days. The theoretical heat capacity of a racing greyhound was calculated. With regard to all distances raced, the superficial temperatures measured from themusculus gastrocnemiuswere significantly higher after the race than at baseline. No significant differences were found between the left and right legs of a dog after completing any of the distances. Significant difference was found between the two race days. The heat loss mechanisms of racing greyhounds during the race through forced conduction, radiation, evaporation, and panting can be considered adequate when observing the calculated heat capacity of the dogs.