ניתוח של סיבי שריר שלד יחיד עבור ניתוחים אימונופלואורסצנטיים ומורפומטריים של צמתים נוירו-שריריים בהר שלם

צומת היונקים הנוירו-שריריים (NMJ) הוא סינפסה משולשת כולינרגית גדולה המורכבת מסוף עצבי הנוירון המוטורי, הממברנה הפוסט-סינפטית על סיבי שריר השלד, ותאי Schwann מסוף^1,2,3. סינפסה זו מציגה פלסטיות מורפולוגית ותפקודית גבוהה^4,5,6,7,8, אפילו במהלך הבגרות כאשר NMJs יכול לעבור שינויים מבניים דינמיים. לדוגמה, כמה חוקרים הראו כי קצות עצב מוטוריים משנים ללא הרף את צורתם בסולם המיקרומטר⁹. כמו כן דווח כי המורפולוגיה של NMJ מגיבה לדרישות פונקציונליות, שימוש שונה, הזדקנות, פעילות גופנית או וריאציות בפעילות לוקומוטור^{4,10,11,12,13,14,15}. לכן, אימון וחוסר שימוש מייצגים גירוי חיוני כדי לשנות כמה מאפיינים של NMJ, כגון גודלו, אורכו, פיזור של שלטים וקולטנים סינפטיים, כמו גם מסוף עצבים המסתעף^{14,16,17,18,19,20}.

יתר על כן, הוכח כי כל שינוי מבני או ניוון של צומת חיוני זה עלול לגרום למוות תא נוירון מוטורי ניוון שריר²¹. הוא גם חשב כי תקשורת שונה בין עצבים ושרירים יכול להיות אחראי לשינויים NMJ הקשורים לגיל הפיזיולוגי ואולי להרס שלה במצבים פתולוגיים. פירוק צומת נוירו-שרירי ממלא תפקיד מכריע בפתיחת טרשת אמיוטרופית לרוחב (ALS), מחלה נוירודגנרטיבית המהווה את אחת הדוגמאות הטובות ביותר ליחסי שריר-עצב^{לקויים 3}. למרות המחקרים הרבים שנערכו על תפקוד לקוי של נוירון מוטורי, עדיין מתלבט אם ההידרדרות שנצפתה ב- ALS מתרחשת עקב הנזק הישיר לנויר העצב המוטורי ולאחר מכן משתרעת על תחזיות קורטיקו-עמוד השדרה²²; או אם זה צריך להיחשב אקסונאופתיה דיסטלית שבו ניוון מתחיל בקצות העצבים ומתקדם לכיוון הנוירון המוטורי סומה^23,24. בהתחשב במורכבות של פתולוגיה ALS, הגיוני לשקול כי תערובת של תהליכים עצמאיים מתרחשת. כמו NMJ הוא השחקן המרכזי של יחסי הגומלין הפיזיופתולוגיים בין שריר לעצב, חוסר היציבות שלה מייצג נקודה מרכזית במקור המחלה הרלוונטית לניתוח.

מערכת היונקים הנוירו-שרירית מאורגנת תפקודית ליחידות מוטוריות נפרדות, המורכבות מתא עצב מוטורי וסיבי השריר המופניים באופן בלעדי על ידי מסוף העצבים שלה. לכל יחידה מוטורית יש סיבים עם תכונות מבניות ופונקציונליות דומות או זהות²⁵. גיוס סלקטיבי נוירון מוטורי מאפשר אופטימיזציה תגובת שריר לדרישות פונקציונליות. עכשיו ברור כי שרירי השלד של היונקים מורכבים מארבעה סוגי סיבים שונים. חלק מהשרירים נקראים על פי המאפיינים של סוג הסיבים הנפוץ ביותר שלהם. לדוגמה, הסוליה (שריר אחורי של הגפה האחורית המעורבת בשמירה על תנוחת הגוף) נושאת רוב של יחידות עווית איטיות (סוג 1) ומוכרת כשריר איטי. במקום זאת, extensor digitorum longus (EDL) מורכב למעשה מיחידות עם תכונות עווית מהירות דומות (סיבים מסוג 2) וידוע כשריר מהיר המתמחה בתנועות פאזיות הדרושות לתנועה. במילים אחרות, למרות שהשרירים הבוגרים הם פלסטיק בטבע בשל ההשפעות ההורמונליות והעצבים, הרכב הסיבים שלו קובע את היכולת לבצע פעילויות שונות, כפי שניתן לראות בסולאוס שחווה פעילות מתמשכת בעצימות נמוכה ו- EDL המציג עווית בודדת מהירה יותר. תכונות אחרות המשתנות בין סוגים שונים של סיבי שריר קשורות למבנה שלהם (תוכן מיטוכונדריאלי, הרחבה של רשתית סרקופלסמית, עובי קו Z), תוכן ATPase מיוסין, והרכב שרשרת כבד מיוסין^26,27,28,29.

עבור NMJs מכרסמים, ישנם הבדלים משמעותיים בין השרירים^28,29. ניתוחים מורפומטריים שבוצעו בסולאוס וב- EDL מחולדות חשפו מתאם חיובי בין האזור הסינפטי לקוטר הסיבים (כלומר, האזור הסינפטי בסיבים איטיים סולאוס גדול יותר מאשר בסיבים מהירים של EDL) אך היחס בין אזור NMJ וגודל הסיבים דומה בשני השרירים^30,31. כמו כן, ביחס למסופי העצבים, האזורים המוחלטים של לוח הקצה בסיבים מסוג 1 היו נמוכים יותר מאשר בסיבים מסוג 2, ואילו הנורמליזציה בקוטר סיבים הפכה אזורים של מסופי עצבים בסוג 1 סיבים הגדולים^{ביותר 32}.

עם זאת, מעט מאוד מחקרים מתמקדים בניתוח מורפומטרי כדי להראות את הראיות לשינויים בחלק מרכיבי NMJ^33,34. לכן, בשל הרלוונטיות של NMJ בתפקוד של האורגניזם, אשר מורפולוגיה ופיזיולוגיה משתנים בפתולוגיות שונות, חשוב לייעל פרוטוקולי ביתור של סוגים שונים של שרירים עם איכות מספיק כדי לאפשר הדמיה של כל מבנה NMJ. כמו כן יש צורך להעריך את המופע של שינויים לפני או פוסטינפטי במצבים ניסיוניים שונים או תנאים כגון הזדקנות או פעילות גופנית^35,36,37,38. בנוסף, זה יכול להיות מועיל כדי להעיד על שינויים עדינים יותר ברכיבי NMJ כגון זרחן neurofilament שונה בקצות העצבים מסוף כפי שדווח ב ALS³⁹.