Summary

Stimulierte Einzelfaser-Elektromyographie (SFEMG) zur Beurteilung der Übertragung neuromuskulärer Verbindungen in Nagetiermodellen

Published: March 08, 2024
doi:

Summary

In dieser Studie demonstrieren wir ein verfeinertes Single Fiber Electromyography (SFEMG)-Protokoll, um in vivo die Übertragung der neuromuskulären Verbindung (NMJ) in Nagetiermodellen zu messen. Es wird ein schrittweiser Ansatz für die SFEMG-Technik beschrieben, um die Quantifizierung der NMJ-Übertragungsvariabilität und des NMJ-Transmissionsversagens im Gastrocnemius-Muskel der Ratte zu ermöglichen.

Abstract

Als letzte Verbindung zwischen dem Nervensystem und den Muskeln ist die Übertragung an der neuromuskulären Verbindung (NMJ) entscheidend für die normale motorische Funktion. Die Einzelfaser-Elektromyographie (SFEMG) ist eine klinisch relevante und empfindliche Technik, die die Reaktionen des Aktionspotentials einzelner Muskelfasern während willkürlicher Kontraktionen oder Nervenstimulationen misst, um die NMJ-Übertragung zu beurteilen. Die Bewertung und Quantifizierung der NMJ-Übertragung umfasst zwei Parameter: Jitter und Blocking. Jitter bezieht sich auf die Variabilität des Timings (Latenz) zwischen aufeinanderfolgenden Einzelfaser-Aktionspotentialen (SFAPs). Blockieren bedeutet, dass die NMJ-Übertragung keine SFAP-Antwort initiieren kann. Obwohl SFEMG ein gut etablierter und sensitiver Test im klinischen Umfeld ist, ist seine Anwendung in der präklinischen Forschung bisher relativ selten. Dieser Bericht beschreibt die Schritte und Kriterien, die bei der Durchführung von stimuliertem SFEMG zur Quantifizierung von Jitter und Blockierung in Nagetiermodellen angewendet werden. Diese Technik kann in präklinischen und klinischen Studien eingesetzt werden, um Einblicke in die NMJ-Funktion im Kontext von Gesundheit, Altern und Krankheit zu gewinnen.

Introduction

Die Einzelfaser-Elektromyographie (SFEMG) wurde ursprünglich in den 1960er Jahren von Stålberg und Ekstedt entwickelt, um Aktionspotentiale von einzelnen Muskelfasern zu identifizieren und zu analysieren, vor allem zur Untersuchung der Muskelermüdung1. SFEMG ist die sensitivste klinische Technik zur Beurteilung der Übertragung der neuromuskulären Verbindung (NMJ)2. Die SFEMG wird durch selektive Aufzeichnung von Einzelfaser-Aktionspotentialen (SFAPs) durchgeführt3. Die NMJ-Übertragung kann aufgrund von Faktoren wie dem Altern 4,5 und verschiedenen neuromuskulären Erkrankungen wie Myasthenia gravis und amyotropher Lateralsklerose beeinträchtigt sein6. Darüber hinaus können Erkrankungen wie Ischämie, Temperaturschwankungen und die Verwendung von neuromuskulären Blockern zu Mängeln in der NMJ-Übertragung führen, die sich in einer erhöhten NMJ-Übertragungsvariabilität und dem Auftreten von NMJ-Versagen äußern2.

Für die Erfassung von SFEMG gibt es zwei Ansätze: stimulierte und freiwillige SFEMG. Bei der freiwilligen SFEMG werden SFAPs von zwei NMJs aufgezeichnet, die vom selben motorischen Axon versorgt werden, wobei eine konzentrische Nadelelektrode verwendet wird, die in den zu testenden Muskel während der freiwilligen Aktivierung eingeführt wird7. Dementsprechend erfordert die freiwillige SFEMG die Mitarbeit des Probanden und kann nur niedrigschwellige motorische Einheiten (die während schwacher Kontraktionen aktiviert werden) beurteilen3. Stimulierte SFEMG verwendet ein Paar stimulierender Elektroden, um motorische Axone zu stimulieren, während SFAPs mit einer SFEMG-Nadelelektrode aufgezeichnet werden, die in den zu testenden Muskel eingeführt wird7.

Sowohl bei der freiwilligen als auch bei der stimulierten SFEMG sind Jitter und Blocking die beiden Parameter, die zur Beurteilung und Quantifizierung der NMJ-Übertragung herangezogen werden8. Jitter beschreibt die Variabilität im Timing (Latenz) zwischen aufeinanderfolgenden SFAPs. Während des freiwilligen SFEMG wird der Jitter quantifiziert, indem die Latenzunterschiede zwischen einem Paar von SFAPs (die vom selben motorischen Axon geliefert werden) während 50 bis 100 aufeinanderfolgender Entladungen bewertet werden. Während der stimulierten SFEMG wird der Jitter quantifiziert, indem die Latenzunterschiede zwischen dem Stimulationszeitpunkt und dem Beginn des SFAP während 50 bis 100 aufeinanderfolgender Entladungen bewertet werden. Die Blockierung zeigt an, dass die NMJ-Übertragung nicht in der Lage ist, eine SFAP-Reaktion auszulösen, und kann als das Vorhandensein oder Fehlen jedes SFAP-Paares während der freiwilligen SFEMG oder für jedes NMJ während der stimulierten SFEMGquantifiziert werden 2,7.

Obwohl SFEMG im klinischen Umfeld ein etablierter und sensitiver Test ist, wurde er in der präklinischen Forschung nur selten angewendet 4,5,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18 . In diesem Bericht skizzieren wir den Ansatz zur Durchführung und Analyse von SFEMG-Aufzeichnungen in präklinischen Nagetiermodellen. Darüber hinaus präsentieren wir repräsentative Daten, die repräsentative Befunde zu SFEMG hervorheben, die auf eine Beeinträchtigung der NMJ-Übertragung nach Verabreichung eines nicht-depolarisierenden neuromuskulären Blockers, Rocuronium, hinweisen.

Protocol

Alle Protokolle wurden genehmigt und in Übereinstimmung mit den Vorschriften des Institutional Animal Care and Use Committee an der University of Missouri durchgeführt. 1. Vorbereitung der Tiere und Verabreichung der Anästhesie Ziehen Sie geeignete persönliche Schutzausrüstung an. Messen Sie vor dem Eingriff das Gewicht der Ratte, um die geeignete Dosis für gewichtsbasierte Medikamente und Beatmungsgeräteeinstellunge…

Representative Results

Um einen erhöhten Jitter und eine erhöhte Blockierung im Zusammenhang mit einem NMJ-Übertragungsversagen zu demonstrieren, wurde eine stimulierte SFEMG mit und ohne intravenöse Verabreichung von Rocuronium durchgeführt. Rocuronium ist ein intermediär wirkendes, nicht depolarisierendes neuromuskuläres Blockierungsmittel, das in klinischen Umgebungen häufig verwendet wird, um Muskellähmungen bei Operationen oder medizinischen Eingriffen zu induzieren. Es wirkt, indem es kompetitiv…

Discussion

SFEMG wird häufig für diagnostische Tests bei Patienten mit Verdacht auf autoimmune, erworbene und genetische Formen der NMJ-Erkrankung eingesetzt. SFEMG gilt als der sensitivste Test für die Diagnose der NMJ-Störung Myasthenia gravis20,21. Die repetitive Nervenstimulation (RNS) ist eine weitere Methode, die häufiger in der klinischen Diagnostik verwendet wird und die Stimulation eines peripheren Nervs mit einer Reihe von Re…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Die Autoren danken Dr. Martin Brandhøj Skov von NMD Pharma für seine wertvollen Ratschläge zur Rocuronium-Dosierung und Arash Karimi vom Biomedical Engineering Department der Stony Brook University für seine Unterstützung bei den Berechnungen. Diese Studie wurde teilweise durch Mittel der NIH an die WDA (R01AG067758 und R01AG078129) unterstützt.

Materials

 27 G Reusable Single Fiber Needle Electrode Technomed 202860-000 singlefiber recording electrode
2 mL Glass Syringe Kent Scientific Corporation SOMNO-2ML
Detachable Cable Technomed 202845-0000 to connect the recorder electrode to the electrodiagnostic machine
Disposable 2" x 2" disc electrode with leads Cadwell 302290-000 ground electrode
disposable monopolar needles 28 G Technomed 202270-000 cathode and anode stimulating electrodes
EMG needle cable (Amp/stim switch box) Cadwell 190266-200 to connect monopolar electrodes to electrodiagnostic stimulator
Helping Hands alligator clip with iron base Radio Shack 64-079 Maintaining recording electrode placement 
Isoflurane (250 mL bottle) Piramal Healthcare NA
monoject curved tip irrigating syringe Covidien 81412012 utilized for application of electrode gel
PhysioSuite Physiological Monitoring System with RightTemp Homeothermic Warming Kent Scientific Corporation PS-RT Includes infrared warming pad, rectal probe, and pad temperature probe
Pro trimmer Pet Grooming Kit Oster 078577-010-003 clippers for hair removal
Rat Endotracheal Tubes (16 G) Kent Scientific Corporation
Rocoronium Bromide Sigma PHR2397-500MG neuromuscular blocker agent
Sierra Summit EMG system Cadwell Industries, Inc., Kennewick, WA NA portable electrodiagnostic system
SomnoSuite Low-Flow Digital Anesthesia System Kent Scientific Corporation SOMNO Includes anti-spill, anti-vapor bottle top adapter; Y adapter tubing; charcoal scavenging filter
Veterinarian petroleum-based ophthalmic ointment  Puralube 26870 applied during anesthesia to avoid corneal injury

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Diesen Artikel zitieren
Ketabforoush, A., Wang, M., Arnold, W. D. Stimulated Single Fiber Electromyography (SFEMG) for Assessing Neuromuscular Junction Transmission in Rodent Models. J. Vis. Exp. (205), e66452, doi:10.3791/66452 (2024).

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