Summary

Electromiografía de fibra única estimulada (SFEMG) para evaluar la transmisión de la unión neuromuscular en modelos de roedores

Published: March 08, 2024
doi:

Summary

En este estudio, demostramos un protocolo refinado de electromiografía de fibra única (SFEMG) para permitir la medición in vivo de la transmisión de la unión neuromuscular (NMJ) en modelos de roedores. Se describe un enfoque paso a paso de la técnica SFEMG para permitir la cuantificación de la variabilidad y el fracaso de la transmisión de NMJ en el músculo gastrocnemio de rata.

Abstract

Como conexión final entre el sistema nervioso y el músculo, la transmisión en la unión neuromuscular (NMJ) es crucial para la función motora normal. La electromiografía de fibra única (SFEMG) es una técnica clínicamente relevante y sensible que mide las respuestas potenciales de acción de una sola fibra muscular durante las contracciones voluntarias o las estimulaciones nerviosas para evaluar la transmisión de la NMJ. La evaluación y cuantificación de la transmisión de NMJ implica dos parámetros: fluctuación de fase y bloqueo. La fluctuación se refiere a la variabilidad en el tiempo (latencia) entre potenciales de acción consecutivos de una sola fibra (SFAP). El bloqueo significa el fracaso de la transmisión NMJ para iniciar una respuesta SFAP. Aunque el SFEMG es una prueba bien establecida y sensible en entornos clínicos, su aplicación en la investigación preclínica ha sido relativamente poco frecuente. Este informe describe los pasos y criterios empleados en la realización de SFEMG estimulado para cuantificar la fluctuación y el bloqueo en modelos de roedores. Esta técnica se puede utilizar en estudios preclínicos y clínicos para obtener información sobre la función de la NMJ en el contexto de la salud, el envejecimiento y la enfermedad.

Introduction

La electromiografía de fibra única (SFEMG) fue desarrollada inicialmente por Stålberg y Ekstedt en la década de 1960 para identificar y analizar los potenciales de acción de las fibras musculares individuales, principalmente para estudiar la fatigamuscular. El SFEMG es la técnica clínica más sensible para la evaluación de la transmisión de la unión neuromuscular (NMJ)2. El SFEMG se lleva a cabo mediante el registro selectivo de potenciales de acción de una sola fibra (SFAP)3. La transmisión de la NMJ puede verse comprometida debido a factores como el envejecimiento 4,5 y diversos trastornos neuromusculares como la miastenia gravis y la esclerosis lateral amiotrófica6. Además, condiciones como la isquemia, las fluctuaciones de temperatura y el uso de agentes bloqueantes neuromusculares pueden dar lugar a deficiencias en la transmisión de la NMJ, que se manifiestan por una mayor variabilidad de la transmisión de la NMJ y la aparición de fallos de la NMJ2.

Hay dos enfoques para registrar la SFEMG: la estimulada y la voluntaria. El SFEMG voluntario consiste en el registro de SFAPs de dos NMJs suministrados por el mismo axón motor utilizando un electrodo de aguja concéntrico insertado en el músculo que se está probando durante la activación voluntaria7. En consecuencia, el SFEMG voluntario requiere la cooperación del sujeto y solo puede evaluar unidades motoras de bajo umbral (las que se activan durante contracciones débiles)3. El SFEMG estimulado utiliza un par de electrodos estimulantes para estimular los axones motores mientras se registran los SFAP con un electrodo de aguja SFEMG insertado en el músculo que se está probando7.

Tanto en la SFEMG voluntaria como en la estimulada, la fluctuación de fase y el bloqueo son los dos parámetros utilizados para evaluar y cuantificar la transmisión de NMJ8. La fluctuación describe la variabilidad en el tiempo (latencia) entre SFAP consecutivos. Durante la SFEMG voluntaria, la fluctuación de fase se cuantifica evaluando las diferencias de latencia entre un par de SFAP (suministrados por el mismo axón motor) durante 50 a 100 descargas consecutivas. Durante la SFEMG estimulada, la fluctuación se cuantifica evaluando las diferencias de latencia entre el momento de la estimulación y el inicio del SFAP durante 50 a 100 descargas consecutivas. El bloqueo indica el fracaso de la transmisión de NMJ para desencadenar una respuesta SFAP, y se puede cuantificar como la presencia o ausencia de cada par de SFAP durante el SFEMG voluntario o para cada NMJ durante el SFEMG estimulado 2,7.

Si bien es una prueba establecida y sensible en el entorno clínico, la SFEMG solo se ha aplicado con poca frecuencia en la investigación preclínica 4,5,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18 . En este informe, describimos el enfoque para realizar y analizar registros de SFEMG en modelos preclínicos de roedores. Además, presentamos datos representativos que destacan hallazgos representativos en SFEMG que indican un deterioro de la transmisión de NMJ después de la administración de un agente bloqueante neuromuscular no despolarizante, el rocuronio.

Protocol

Todos los protocolos fueron aprobados y realizados de acuerdo con las regulaciones establecidas por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Missouri. 1. Preparación animal y administración de anestesia Póngase el equipo de protección personal adecuado. Antes del procedimiento, mida el peso de la rata para determinar la dosis adecuada para los medicamentos basados en el peso y la config…

Representative Results

Para demostrar el aumento de la fluctuación de fase y el bloqueo en el contexto de la falla de la transmisión de NMJ, se realizó SFEMG estimulado con y sin administración intravenosa de rocuronio. El rocuronio es un agente bloqueante neuromuscular no despolarizante de acción intermedia ampliamente utilizado en entornos clínicos para inducir parálisis muscular durante cirugías o procedimientos médicos. Opera uniéndose competitivamente a los receptores nicotínicos de acetilcolin…

Discussion

El SFEMG se usa comúnmente para pruebas diagnósticas en pacientes con sospecha de formas autoinmunes, adquiridas y genéticas de la enfermedad NMJ. La SFEMG es considerada la prueba más sensible para el diagnóstico del trastorno de la NMJ, miastenia gravis20,21. La estimulación nerviosa repetitiva (RNS) es otro método que se utiliza con mayor frecuencia en las pruebas diagnósticas clínicas y consiste en estimular un nervi…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Los autores desean agradecer al Dr. Martin Brandhøj Skov de NMD Pharma por sus valiosos consejos sobre la dosificación de rocuronio y a Arash Karimi del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Stony Brook por su ayuda en los cálculos. Este estudio fue financiado en parte por los NIH y la WDA (R01AG067758 y R01AG078129).

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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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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