我们提出精致的协议,允许在电动机单元功能的小鼠体内监测。技术测量复合肌肉动作电位(CMAP)和电动机单元数估计(MUNE)在坐骨神经支配鼠标后肢肌肉进行说明。
Compound muscle action potential (CMAP) and motor unit number estimation (MUNE) are electrophysiological techniques that can be used to monitor the functional status of a motor unit pool in vivo. These measures can provide insight into the normal development and degeneration of the neuromuscular system. These measures have clear translational potential because they are routinely applied in diagnostic and clinical human studies. We present electrophysiological techniques similar to those employed in humans to allow recordings of mouse sciatic nerve function. The CMAP response represents the electrophysiological output from a muscle or group of muscles following supramaximal stimulation of a peripheral nerve. MUNE is an electrophysiological technique that is based on modifications of the CMAP response. MUNE is a calculated value that represents the estimated number of motor neurons or axons (motor control input) supplying the muscle or group of muscles being tested. We present methods for recording CMAP responses from the proximal leg muscles using surface recording electrodes following the stimulation of the sciatic nerve in mice. An incremental MUNE technique is described using submaximal stimuli to determine the average single motor unit potential (SMUP) size. MUNE is calculated by dividing the CMAP amplitude (peak-to-peak) by the SMUP amplitude (peak-to-peak). These electrophysiological techniques allow repeated measures in both neonatal and adult mice in such a manner that facilitates rapid analysis and data collection while reducing the number of animals required for experimental testing. Furthermore, these measures are similar to those recorded in human studies allowing more direct comparisons.
马达单元数估计(MUNE)最初是由麦科马斯等人所述 。超过三十年以前1。原来的技术是,使用的刺激逐渐增加,以获得次最大增量的复合肌肉动作电位(CMAP)记录技术的改进。这些增量进行相加并进行平均,以确定一个马达单元电位(SMUP)的估计大小。这个大小被分为CMAP响应来估计电动机单元的数目支配被测试的肌肉。以下的原始描述,同时使用电生理反应和增量力许多变化(机械)测量已用于人类研究和动物模型2。该MUNE技术是由Shefner和同事改性调查肌萎缩性侧索硬化症(ALS)3,4的小鼠模型。
在当前的描述中,我们详细介绍simplif的MUNE技术是快速执行IED修改。重要的是,CMAP和MUNE允许在这两个新生和成年小鼠5-8可靠的措施。有经验的人可以在每头牲畜10-20分钟执行这些措施,并重复措施是允许收购纵向数据5可行的。在目前的研究中,我们采用了临床电诊断系统。根据我们的经验,临床电生理系统在体内电生理数据的快速,高效地捕捉优化,但标准的电钻机可以很容易地适应这种应用。
MUNE和CMAP经常用在调查研究和监测患者的神经肌肉疾病如ALS和脊髓性肌萎缩(SMA)9,10临床相关的措施,例如,在形状记忆合金,CMAP和MUNE很好地相关与年龄,严重性和临床功能10-14措施。两个措施是微创和允许的功能评估纵向在同一个人。重要的是,这些措施不能测量活化或招募电动机单元的皮质运动神经元,但它们提供的运动神经元的完整性和其功能对应,电动机单元一个临床相关的评估。
神经肌肉疾病的动物模型是人类疾病的发病机制的理解以及对潜在的有效治疗剂的临床前的发展是至关重要的。翻译结果的措施和生物标志物,可以的能力跨物种的利用可以促进和加快有前途的临床前研究结果对人类临床试验的翻译。几个研究小组先前已经利用两个电和力(机械)的测量来估算运动单位的功能在小鼠模型2-4,15-22。由于措施的相对复杂性,我们还改进了直观的格式,这些技术允许更广泛地使用和实施的小鼠。视频演示和指令的格式,允许强调过程的关键步骤和潜在的缺陷加以解决。这些技术在运动神经元疾病的潜在疗法的临床前试验中的应用可能会提高翻译公认的治疗方法,从小鼠到人类疾病。
有收购的CMAP和MUNE反应的过程中的几个关键步骤。正确的和一致的记录电极放置和用后腿足够的电极接触肢是幅度和减小背景噪声重现的测量是至关重要的。因此,后肢皮肤和电极之间的密切接触,应始终如一地证实。我们已发现,表面电极提供更加一致和CMAP MUNE录音比针电极。由于非常薄的皮下组织,针记录表面的小的移动可导致在CMAP的幅度很大的差异。此外,针状电极更侵入性是不是最佳的新生小鼠或纵向研究,由于潜在的肌肉破坏和伤害。的非选择性,表面电极记录一个潜在缺点涉及的减弱表现型分辨率的可能性,如果一个特定肌肉是或多或少参与与另一个相比,这已被报道的ALS小鼠模型21。
相比于CMAP获取平均SMUP尺寸在技术上是更具挑战性。由于较小responsE尺寸(以μV而非毫伏的范围)的背景噪声可以更成问题。背景噪声可以通过调整接地电极,阴极,阳极,和检查等电气设备的实验装置附近被减小。法拉第笼,通常用于细胞内电应用中,并不需要。视觉确定个人SMUP反应是最困难的技巧掌握,并采取实践有足够的可重复性一致的结果。以确保正在记录SMUPs最大CMAP响应的持续时间内启动是重要的。我们已经确定的标准验收的各个增量反应,使这个过程更易于执行,增加区域内和跨信度。
增量MUNE技术的一个潜在的缺点包括高估的功能的运动单位的数量,由于摩托车的交替的可能性R单元。我们已经使用类似于Shefner 等人的技术。在每个反应,应再现地看出,共3次,以减少这种现象3的影响。
根据我们的经验,临床电生理系统本文所述由于改善考官,电学系统接口的人体工程学设计,允许容易控制的研究进行了优化。在我们的实验室中使用的双通道系统配备有使用的放大器具有24比特模拟到数字转换器和每个通道48 kHz的采样率的两个非切换放大器通道。硬件增益可以从10nV调整到100 mV /分。低频滤波器具有范围从0.2赫兹-5千赫和高频滤波器设置范围从30赫兹-10千赫。恒定电流刺激时(强度:0〜100毫安,持续时间:0.02-1毫秒)。大多数临床系统具有类似的适当的功能,并且可以进行调整,以充分地记录和CMAP MUNE响应。一个dditionally,标准电生理钻机可组装到适当记录和CMAP MUNE,但接口可能需要调整为便于刺激调整和快速识别和CMAP SMUP响应。
我们以前曾利用CMAP的技术和MUNE这里描述以允许在产后早期到成年5在小鼠后肢的坐骨神经神经支配的肌肉的快速和可重复的评估。这些技术允许评估在小鼠模型中当行为测试为运动功能是不可行的或者是不可靠的。促进这种技术新生小鼠应用运动单位发展的研究,并有扩大我们的运动神经元的神经支配和修剪理解的潜力。例如,我们已经表明,记录有MUNE官能马达单元的数量将在头两个个星期从polyneuronal修剪到mononeuronal神经支配期间增加生活S在新生小鼠5。测试小鼠过长时间使用这种技术的能力适合于电机单元响应于外周神经损伤,遗传性神经肌肉疾病和老化的研究。
The authors have nothing to disclose.
WDA is supported by grant funding from NIH-NICHD (5K12HD001097-17) and Cure SMA. SJK is supported by grant funding from NINDS (K08NS067282 and U01NS079163).
Pro trimmer Pet Grooming Kit | Oster | 078577-010-003 | clippers for hair removal |
Synergy T2 EMG system | Natus Neurology | Model no longer available | portable electrodiagnostic system |
monopolar needles 28 gauge | Teca | 017K121 | cathode and anode stimulating electrodes |
Alpine Biomed Digital Ring Electrode with twisted wires and 1.5 mm TP connectors. | Alpine Biomed | 9013S0312 | recording electrodes |
Helping Hands alligator clip with iron base | Radio Shack | 64-079 | Maintaining recording electrode placement |
Spectra 360 Electrode Gel | Parker Laboratories | 9013G5012 | applied to reduce skin impedance |
monoject curved tip irrigating syringe | Covidien | 81412012 | utilized for application of electrode gel |
EMG needle cable | Teca | 902-RLC-TP | to connect monopolar electrodes to electrodiagnostic stimulator |
Disposable 2" x 2" Electrode or similar trimmed as needed | Carefusion | 019-415000 | ground electrode |
Small Heating Plate with built-in RTD sensor, 15x10cm | World Precision Instruments | 61830 | warming plate used with animal temperature controller to transmit heat to animal |
Silicone pad for use with ATC2000 | World Precision Instruments | 503573 | conductive removable pad to cover warming plate for easy cleaning |
Animal temperature controller | World Precision Instruments | ATC2000 | low noise animal heating system for maintaining animal temperature |
Veterinarian petroleum-based ophthalmic ointment | Puralube | 26870 | applied during anesthesia to avoid corneal injury |