Alteration of the H-reflex after compression spinal cord injury in mice (Mus musculus, Linné 1758)

Abstract

Nach unvollständigen Rückenmarksverletzungen finden gleichzeitig Veränderungen der spinalen Reflexe und funktionelle Verbesserungen statt, aber der Zusammenhang zwischen diesen Phänomenen ist bisher noch nicht geklärt. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die spontane funktionelle Erholung nach Kompressionsverletzung auf thorakalem Niveau (Th10-12) bei C57BL/6J Mäusen mit einer zunehmenden Erregbarkeit des plantaren Hoffmann- (H-) Reflexes verbunden ist. Die reizfrequenzabhängige Depression des H-Reflexes ist schon eine Woche nach der Läsion im Vergleich mit unlädierten Mäusen stark reduziert und nimmt über einen Zeitraum von 3 Monaten weiter ab. Der Grad der funktionellen (motorischen) Erholung der einzelnen Tiere, ermittelt durch Videoanalysen („single-frame motion analysis“), zeigt eine positive Korrelation mit den Reflexantworten bei 2-Hz Stimulation. Die funktionelle Erholung und die Veränderungen der Reflexerregbarkeit sind möglicherweise mit einer Zunahme von Glycin/GABAergen und glutamatergen Synapsen am Zellkörper der spinalen Motoneurone zwischen der sechsten und der zwölften Woche nach der Läsion verbunden. Im Vergleich mit Wildtyp-Mäusen erhöhte Reflexantworten bei Reizfrequenzen zwischen 0,1 und 5 Hz werden bei Tenascin-R- und CHL1- (close homolog of L1) defizienten Mäusen beobachtet. Bei diesen Mutanten wurde zudem in früheren Studien eine bessere funktionelle Erholung nach der Rückenmarkverletzung als bei ihren Wildtyp-Geschwister gezeigt. Im Gegensatz zu Tenascin-R- und CHL1-defizienten Tieren, zeigen Mäuse defizient in der Expression des Extrazellularmatrix Glykoproteins Tenascin-C verminderte Reflexantworten und eine schlechtere funktionelle Erholung als Wildtyp-Geschwister. Diese Befunde weisen darauf hin, dass eine bessere Wiederherstellung der motorischen Fähigkeiten nach Rückenmarksläsionen bei der Maus mit einer erhöhten Erregbarkeit des monosynaptischen Reflexes verbunden ist. Die Ergebnisse dieser Arbeit befürworten die Ansicht, dass synaptische Plastizität in Schaltkreisen im Rückenmark die motorische Erholung fördert und zeigen das Potential von H-Reflex-Analysen bei Studien über Rückenmarksregeneration an Mäusen.

Alterations in spinal reflexes and functional improvements occur after incomplete spinal cord injury but the relationship between these phenomena is not understood. Here we show that spontaneous functional recovery after compression injury of the spinal cord at low-thoracic level (Th10-12) in C57BL/6J mice is associated with a progressively increasing, over 3 months, excitability of the plantar H-reflex. The stimulation rate-sensitive H-reflex depression, already strongly reduced at 1 week after injury, when compared with non-injured mice, decreased further during the observation time period. Twelve weeks after injury, the degree of motor recovery estimated by single-frame motion analysis in individual animals correlated positively with their H-reflex responses at 2-Hz stimulation. Functional recovery and reflex alterations were accompanied by an increase in glycine/GABAergic and glutamatergic terminals around motoneuron cell bodies between 6 and 12 weeks after injury. Enhanced H-reflex responses at frequencies between 0.1 and 5 Hz were also observed in mice deficient in the extracellular matrix glycoprotein tenascin-R and the adhesion molecule close homolog of L1, mice previously shown to have better motor recovery after spinal cord injury than wild-type littermates. In contrast, attenuated H-reflex and worse functional recovery, as compared with wild-type littermates, was found in mice deficient in the extracellular glycoprotein tenascin-C. These results indicate that better functional outcome of compression spinal cord injury in mice is associated with alterations of the monosynaptic reflex pathway which facilitate motoneuron recruitment. Our observations support the view that plasticity of spinal circuitries underlies specific aspects of motor recovery and demonstrate the usefulness of H-reflex analyses in studies on spinal cord injury in mice.