Universität zu Köln

Wieters, Frederique (2021). Evaluation of spasticity in experimental models of ischemic stroke. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Strokes are one of the most common causes of lifelong physical impairment, with about 35% of the patients suffering from post-stroke spasticity (PSS). In contrast to the long and successful history of experimental stroke, rodent models of PSS are sparse and insufficiently characterized [275]. Motivated by this gap in stroke studies, this thesis focused on the development of a PSS mouse model and the long-term effects after strokes within the primary motor area (MOp), secondary motor area (MOs), and internal capsule. For longitudinal determination of PSS, sensorimotor behavioral tests, and equivalent to the measurement in the patient, electrophysiological measurements of the Hoffman reflex were performed. For this purpose, in addition to a longitudinal H-wave measurement, a novel direct nerve H-wave measurement was established in the mouse. For the quantitative determination of the PSS, the ratio of H- and M-wave as well as the rate-dependent depression were measured, which allow an objective measurement of PSS. The experiments revealed that a lesion within the MOp leads to motor deficits, without development of PSS, whereas a lesion within the MOs and internal capsule leads to mild and strong PSS, respectively, after 56 days. In the established internal capsule stroke model for the induction of PSS, an onset of PSS was detected electrophysiologically after 14 days. The sensorimotor deficit score correlated with the PSS measurement, i.e. animals with a PSS showed a reduced recovery of motor function. It was demonstrated that, in addition to the grid walk test, the cylinder test represents behavioral tests that still detect a motor deficit 56 days after a lesion and are sensitive to the motor deficits that occur in PSS. In addition to electrophysiolgical and sensorimotor changes, structural changes were also analyzed, which included examination of secondary neurodegeneration in addition to lesion description. Within the first 28 days after lesion within the MOp microglia/- macrophages were found mainly in the ipsilesional in subregions of the thalamus, which suggested a secondary neurodegeneration. Within the spinal cord, this aggregation of microglia/macrophages and thus evidence of selective secondary degeneration was particularly evident in the dorsal corticospinal tract, an important descending motor pathway. The knowledge gained will serve as a basis for further studies, which will include a precise characterization of secondary neurodegeneration at the spinal cord level and neuronal tracing to evaluate the influence of the cortico- as well as reticolospinal tracts.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Schlaganfälle sind eine der häufigsten Ursachen für lebenslange körperliche Beeinträchtigungen, wobei 35% der Patienten unter einer Post-Schlaganfall-Spastik (PSS) leiden. Im Gegensatz zur langen und erfolgreichen Geschichte des experimentellen Schlaganfalls sind die Nagetiermodelle der PSS unzureichend charakterisiert. Motiviert durch diese Wissenslücke, konzentriert sich diese Arbeit auf die Entwicklung eines PSS-Mausmodells und die Langzeiteffekte nach Schlaganfällen im primär-motorischen Areal (MOp), sekundärmotorischen Areal (MOs) und der Capsula interna. Zur longitudinalen Bestimmung des PSS wurden Verhaltenstests und elektrophysiologische Messungen des Hoffmann-Reflex durchgeführt, wozu neben einer repetitiven subkutanen H-Wellen Messung eine neuartige Methode etabliert wurde, um die H-Welle direkt am Nerven zu messen. Zur quantitativen Bestimmung des PSS wurde das Verhältnis von H- und M-Welle, sowie die frequenzabhängige Depression gemessen. Dabei zeigte sich, dass eine Läsion innerhalb des MOp zwar zu motorischen Defiziten führt, aber kein PSS ausgelöst wird, während eine Läsion innerhalb des MOs bzw. der Capsula interna nach 56 Tagen in einer milden bzw. starken PSS resultiert. In dem hier erstmals in der Maus gezeigten PSS-Modell konnte ein Beginn von PSS bereits nach 14 Tagen elektrophysiologisch nachgewiesen werden. Der sensomotorische Defizit-Score korrelierte dabei mit der PSS-Messung, d.h. Tiere mit einer PSS wiesen eine geringere spontane Verbesserung des motorischen Defizits. Es konnte gezeigt werden, dass neben dem Grid Walk auch der Zylinder Test Methoden sind, die noch 56 Tage nach einer Läsion ein motorisches Defizit nachweisen und sensitiv für die bei PSS auftretenden motorischen Defizite sind. Zusätzlich zu den elektrophysiolgischen und sensomotorischen Veränderungen wurden auch strukturelle Veränderungen analysiert, was neben der Läsionsbeschreibung auch die Untersuchung der sekundären Neurodegeneration einschloss. Innerhalb von 28 Tage nach Läsion im MOp konnten Mikroglia/Makrophagen vor allem in der ipsilesionalen Hemisphere in Teilregionen des Thalamus als Zeichen einer sekundären Neurodegeneration nachgewiesen werden. Innerhalb des Rückenmarks war diese Aggregation besonders im dorsalen corticospinalen Trakt, einer wichtigen absteigenden motorischen Bahn, zu beobachten. Das neue PSS Mausmodell und die gewonnenen Erkenntnisse dienen als Grundlage für weitere Studien zur Charakterisierung welche absteigenden Bahnen kausal mit PSS im Zusammenhang stehen und inwieweit sekundären Neurodegeneration in den Relay- und Projektionsstellen im Hirnstamm und auf Rückenmarksebene dabei eine Rolle spielt. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Wieters, Frederique UNSPECIFIED UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-537341
Date:	19 October 2021
Language:	English
Faculty:	Faculty of Medicine
Divisions:	Faculty of Medicine > Neurologie > Klinik und Poliklinik für Neurologie
Subjects:	Natural sciences and mathematics Life sciences Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Stroke English Spasticity English
Date of oral exam:	6 October 2021
Referee:	Name Academic Title Grüll, Holger Prof. Dr. Büschges, Ansgar Prof. Dr
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/53734