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.
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.
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.
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…
The authors have nothing to disclose.
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.
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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