שרירים מהירות שחזור מחזורי כדי לבחון את מאפייני ממברנה שריר
Summary
מוצג כאן הוא פרוטוקול עבור ההקלטה של מחזורי שרירים מהירות שחזור (MVRCs), שיטה חדשה של בחינת תכונות קרום השריר. MVRCs לאפשר הערכה vivo של פוטנציאל קרום השריר שינויים בפונקציית יון השריר ביחס לפתולוגיה, והיא מאפשרת הדגמה של depolarization שריר בשרירים נוירוגניים.
Abstract
למרות לימודי ההולכה העצביים המקובלת (NCS) ו אלקטרומגרפיה (EMG) מתאימים לאבחון של הפרעות נוירוסקולריות, הם מספקים מידע מוגבל על תכונות ממברנה סיבי השריר ומנגנוני המחלה הבסיסית. מחזורי שרירים מהירות התאוששות (MVRCs) להמחיש כיצד המהירות של הפוטנציאל פעולה השריר תלוי בזמן לאחר הפעולה הקודמת פוטנציאל. MVRCs קשורים הדוק לשינויים בפוטנציאל הממברנה העוקב אחר פוטנציאל הפעולה, ובכך לספק מידע על תכונות ממברנה סיבי השריר. MVRCs ניתן להקליט במהירות ובקלות על ידי גירוי ישיר הקלטה מחבילות רב סיבים ב vivo. MVRCs עזר להבנת מנגנוני המחלה בהפרעות נוירוסקולריות. מחקרים בחולים עם channelopathies הפגינו את ההשפעות השונות של מוטציות ערוץ יון ספציפי על היכולת של שרירים. MVRCs נבדקו בעבר בחולים עם השרירים הנוירוגניים. במחקר מוקדם זה, שריר תקופת השבירה היחסית (MRRP) היה ממושך, ו-supernormality מוקדם (ESN) ו-supernormality מאוחרת (LSN) הופחת בחולים לעומת פקדים בריאים. ובכך, MVRCs יכול לספק ראיות vivo של דפולריזציה קרום בסיבי שריר האדם שלמים כי בחוסר היכולת שלהם ההתרגשות מופחתת. הפרוטוקול המוצג כאן מתאר כיצד להקליט את MVRCs ולנתח את ההקלטות. MVRCs יכול לשמש כשיטה מהירה, פשוטה ושימושית לחשיפת מנגנוני מחלות על פני מגוון רחב של הפרעות נוירו-מולקולרית.
Introduction
לימודי הולכה עצבית (NCS) ואלקטרומגרפיה (EMG) הם שיטות אלקטרופיזיולוגיות קונבנציונליות המשמשות לאבחון הפרעות נוירולוגיות. Ncs מאפשר זיהוי של אובדן סיבי ו deמיאלונציה בעצבים1, בעוד emg יכול להבדיל בין אם השינויים מיפתיה או נוירוגניים נמצאים השריר עקב נזק עצבי. עם זאת, NCS או EMG לספק מידע מוגבל על תכונות קרום סיבי השריר ומנגנוני המחלה הבסיסית. מידע זה ניתן להשיג באמצעות אלקטרודות תאיים בשרירים מבודדים מתוך ביופסיותשרירים 2,3,4. עם זאת, היא בעלת חשיבות קלינית לשימוש במתודולוגיות באמצעות הקלטות משרירים שלמים בחולים.
המהירות של שריר שני סיבים פעולה שינויים פוטנציאליים כפונקציה של עיכוב לאחר הראשון5, ואת זה פונקציה התאוששות מהירות (או מחזור התאוששות) הוכח לשנות הדיסטרופיות או denervated השרירים. התשואה של הקלטות כאלה מסיבי שריר יחיד היה, עם זאת, נמוך מדי כדי להיות שימוש ככלי קליני6. עם זאת, ז’גרגן ובוסטוק מאוחר יותר מצאו כי הקלטות מרובות סיבים, מושגת על ידי גירוי ישיר הקלטה מאותו צרור של סיבי שריר, לספק שיטה מהירה ופשוטה של קבלת הקלטות כאלה ב vivo7. רצף של גירויים חשמליים לזווג הדופק עם מרווחי הגירוי ההדדית שונים (איסיס) משמש בשיטה זו7,8,9,10,11.
הפרמטרים הוערכו של מערכת המידע כוללים את הערכים הבאים: 1) השריר היחסי עקשן יחסית (MRRP), שהוא המשך לאחר הפוטנציאל פעולה שרירים עד האפשרות הפעולה הבאה ניתן לקבל הרבה; 2) סופרנורמליות מוקדמת (ESN); ו-3) סופרנורמליות מאוחרת (LSN). ESN ו-LSN הם תקופות לאחר התקופה עקשן שבו הפוטנציאל הפעולה מתנהלים לאורך קרום השריר מהר יותר מהרגיל. את הפוטנציאל לאחר הקיטוב, ואת הצטברות אשלגן ב t-tubules של השריר בהתאמה, הם המשוערות כמו הגורמים העיקריים לשתי תקופות של סופרנורמליות.
תחולתה רחבה של mvrcs להפרעות שריר הוכח בגילוי ממברנה depolarization ב איסכמיה7,10,12 וכישלון הכליות13, כמו גם מתן מידע על הפרעות ממברנה השריר במחלה קריטית מיפתיה14 ו הכללת ומבגו הגוף15. שיפוע התדר ו-15 פרוטוקולי הדמיה של הרץ הוכנסו מאז. מורדעי, יחד עם פרוטוקולים נוספים אלה, הפגינו את ההשפעות השונות על שריר הממברנה ממברנה הקשורים לאובדן הפונקציה או להשיג-of-הפונקציה מוטציות בערוצים שונים יון השריר בשנת שריר בירושה יון channelopathies (כלומר, נתרן ערוץ מיוטוניה, פאריוטוניה קונגניטה16, ניוון מיומני17, אנדרסן-טאוויל תסמונת18, ומיוטוניה
במחקר שנערך לאחרונה, הישימות של MVRCs לשרירים נוירוגניים הוצגה בפעם הראשונה. המונח “שריר הנוירוגניים” מתייחס לשינויים המשניים בשרירי השלד המתפתחים כדבציה ולאחר כל פגיעה בתאי הצופר הקדמי או באקטונים המוטוריים. מאפיין זה מאופיין ב-EMG כפעילות ספונטנית (כלומר, fibrillations [fibs] וגלים חדים חיוביים [psws]), בעוד מנוע גדול פוטנציאל מוטורי עם משך ממושך ומשרעת מוגברת מתנה הנוכחית21. שינויים emg הם ברור השרירים denervated, אבל השינויים הסלולריים הבסיסיים של סיבים שרירים ממברנה הפוטנציאל הוכחו רק במחקרים ניסיוני על רקמת שריר מבודדים2,3,4. MVRCs לספק תובנה נוספת לתוך vivo שרירים האדם תכונות קרום בנוגע לתהליך הדערבציה.
נייר זה מתאר את המתודולוגיה של MVRCs בפירוט. זה גם מסכם את השינויים השרירים הנוירוגניים בקבוצת משנה של חולים ממחקר שדווח בעבר22 ובקרה בריאות נושאים המאפשרים קביעה אם השיטה מתאימה למחקר מתוכנן.
ההקלטות מבצעות שימוש בפרוטוקול הקלטה המהווה חלק מתוכנית תוכנה. ציוד אחר משמש הוא מבודד ליניארי דו-קוטבי קבוע מכשיר מגירוי, 50 Hz הרעש הרץ, מגבר אלקטרומגנט מבודד, ו אנלוגי ל-digital ממיר.
Protocol
Representative Results
Discussion
MVRCs, כפי שתוכנתו בתוכנת ההקלטה, הוא הליך אוטומטי מאוד, אבל הטיפול נדרש כדי לקבל תוצאות אמינות. בשלב ההקלטה, בזמן התאמת המחטים, חשוב להימנע מעירור האזור או העצב של לוחית הסיום. זה בדרך כלל מוביל הסנובים גדול של השריר כולו, אשר מגביר את הסיכון של עקירה של גירוי ו/או הקלטת מחט במהלך ההקלטה MVRCs. עד …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה היה נתמך כספית בעיקר על ידי שני מענקים מקרן לוננבק (גרנט מספר R191-2015-931 ולהעניק מספר R290 2018 751). בנוסף, המחקר היה נתמך כספית על ידי הקרן נובו Nordisk תוכנית אתגר (גרנט מספר NNF14OC0011633) כחלק של הקונסורציום הבינלאומי סוכרתית נוירופתיה.
Materials
| 50 Hz Noise Eliminator | Digitimer Ltd | Humbug | |
| Analogue-to-Digital Converter | National Instruments | NI-6221 | |
| Analysing software program | Digitimer Ltd (copyright Institute of Neurology, University College, London) | QtracP, MANAL9 | |
| Disposable concentric needle electrode, 25 mm x 30G | Natus | Dantec DCN | |
| Disposable monopolar needle electrode, 25 mm x 26G | Natus | TECA elite | |
| Isolated EMG amplifier | Digitimer Ltd | D440 | |
| Isolated linear bipolar constant-current stimulator | Digitimer Ltd | DS5 | |
| Software and recording protocol | Digitimer Ltd (copyright Institute of Neurology, University College, London) | QtracW software, M3REC3 recording protocol written by Hugh Bostock, Istitute of Neurology, London, UK) |
References
- Tankisi, H., et al. Pathophysiology inferred from electrodiagnostic nerve tests and classification of polyneuropathies. Suggested guidelines. Clinical Neurophysiology. 116 (7), 1571-1580 (2005).
- Gregorio, C. C., Hudecki, M. S., Pollina, C. M., Repasky, E. A. Effects of denervation on spectrin concentration in avian skeletal muscle. Muscle and Nerve. 11 (4), 372-379 (1988).
- Kotsias, B. A., Venosa, R. Role of sodium and potassium permeabilities in the depolarization of denervated rat muscle fibers. Journal of Physiology. 392, 301-313 (1987).
- Kirsch, G. E., Anderson, M. F. Sodium channel kinetics in normal and denervated rabbit muscle membrane. Muscle and Nerve. 9 (8), 738-747 (1986).
- Stalberg, E. Propagation velocity in human muscle fibers in situ. Acta Physiologica Scandinava Supplementum. 287, 1 (1966).
- Mihelin, M., Trontelj, J. V., Stalberg, E. Muscle fiber recovery functions studied with double pulse stimulation. Muscle and Nerve. 14 (8), 739-747 (1991).
- Z’Graggen, W. J., Bostock, H. Velocity recovery cycles of human muscle action potentials and their sensitivity to ischemia. Muscle and Nerve. 39 (5), 616-626 (2009).
- Bostock, H., Tan, S. V., Boerio, D., Z’Graggen, W. J. Validity of multi-fiber muscle velocity recovery cycles recorded at a single site using submaximal stimuli. Clinical Neurophysiology. 123 (11), 2296-2305 (2012).
- Z’Graggen, W. J., Troller, R., Ackermann, K. A., Humm, A. M., Bostock, H. Velocity recovery cycles of human muscle action potentials: repeatability and variability. Clinical Neurophysiology. 122 (11), 2294-2299 (2011).
- Lee, J. H. F., Boland-Freitas, R., Ng, K. Sarcolemmal excitability changes in normal human aging. Muscle and Nerve. 57 (6), 981-988 (2018).
- Lee, J. H. F., Boland-Freitas, R., Ng, K. Physiological differences in sarcolemmal excitability between human muscles. Muscle and Nerve. 60 (4), 433-436 (2019).
- Humm, A. M., Bostock, H., Troller, R., Z’Graggen, W. J. Muscle ischaemia in patients with orthostatic hypotension assessed by velocity recovery cycles. Journal of Neurology, Neurosurgery and Psychiatry. 82 (12), 1394-1398 (2011).
- Z’Graggen, W. J., et al. Velocity recovery cycles of human muscle action potentials in chronic renal failure. Clinical Neurophysiology. 121 (6), 874-881 (2010).
- Z’Graggen, W. J., et al. Muscle membrane dysfunction in critical illness myopathy assessed by velocity recovery cycles. Clinical Neurophysiology. 122 (4), 834-841 (2011).
- Lee, J. H., Boland-Freitas, R., Liang, C., Ng, K. Sarcolemmal depolarization in sporadic inclusion body myositis assessed with muscle velocity recovery cycles. Clinical Neurophysiology. 19 (31205-2), 1388 (2019).
- Tan, S. V., Z’Graggen, W. J., Hanna, M. G., Bostock, H. In vivo assessment of muscle membrane properties in the sodium channel myotonias. Muscle and Nerve. 57 (4), 586-594 (2018).
- Tan, S. V., et al. In vivo assessment of muscle membrane properties in myotonic dystrophy. Muscle and Nerve. 54 (2), 249-257 (2016).
- Tan, S. V., et al. Membrane dysfunction in Andersen-Tawil syndrome assessed by velocity recovery cycles. Muscle and Nerve. 46 (2), 193-203 (2012).
- Tan, S. V., et al. Chloride channels in myotonia congenita assessed by velocity recovery cycles. Muscle and Nerve. 49 (6), 845-857 (2014).
- Boland-Freitas, R., et al. Sarcolemmal excitability in the myotonic dystrophies. Muscle and Nerve. 57 (4), 595-602 (2018).
- Stalberg, E., et al. Standards for quantification of EMG and neurography. Clinical Neurophysiology. 130 (9), 1688-1729 (2019).
- Witt, A., et al. Muscle velocity recovery cycles in neurogenic muscles. Clinical Neurophysiology. 130 (9), 1520-1527 (2019).
- Kristensen, R. S., et al. MScanFit motor unit number estimation (MScan) and muscle velocity recovery cycle recordings in amyotrophic lateral sclerosis patients. Clinical Neurophysiology. 130 (8), 1280-1288 (2019).
- Marrero, H. G., Stalberg, E. V. Optimizing testing methods and collection of reference data for differentiating critical illness polyneuropathy from critical illness MYOPATHIES. Muscle and Nerve. 53 (4), 555-563 (2016).
- Allen, D. C., Arunachalam, R., Mills, K. R. Critical illness myopathy: further evidence from muscle-fiber excitability studies of an acquired channelopathy. Muscle and Nerve. 37 (1), 14-22 (2008).
