Isolement fonctionnel des unités motrices individuelles du muscle gastrocnemius de Rat Medial

Les unités motrices (MUs) sont les plus petites unités fonctionnelles des muscles squelettiques. Par conséquent, la compréhension de leur fonction, plasticité et propriétés contractiles, ainsi que les mécanismes de leur régulation de la force, est cruciale pour le progrès dans la physiologie musculaire. Les propriétés contractiles de base des MUs et les proportions de leurs types physiologiques ont été documentées pour de nombreux muscles, principalement les muscles postérieurs chez les animaux expérimentaux. Cependant, la plasticité des propriétés de MU et les mécanismes de régulation de force de MU ne sont toujours pas entièrement compris.

Le principe de la méthode décrite est la dénervation étendue des muscles postérieurs, sauf celui étudié et laminectomy aux vertèbres lombaires afin de préparer les radicelles ventrales minces, chacune contenant un seul axon moteur « fonctionnel », stimulé électriquement pour enregistrer la force et le potentiel d’action de l’MU. En utilisant la technique décrite dans cet article, il est possible d’isoler plus de la moitié des MUs du muscle gastrocnemius médial dans une expérience réussie. Le gastrocnemius médial de rat est composé en moyenne de 52 MUs (femelles) ou 57 MUs (mâles) de trois types physiologiques : S (lent), FR (résistant rapide) et FF (fatigable rapide)^1,2, et ont des propriétés contractiles variables³. Pour les expériences comparant les valeurs moyennes des UNITÉS dans les groupes de contrôle et expérimentaux, l’isolement et l’enregistrement de 10 à 30 UNITÉS pour chacun de ces groupes sont nécessaires. De façon critique, les MUs individuels peuvent être accessibles pour la stimulation pendant des périodes dépassant une heure. De plus, comme cette technique permet d’enregistrer à la fois la force mu et les potentiels d’action, cette méthode convient à l’étude des phénomènes associés à la production de force, à l’évaluation de l’effet de la fatigue et à l’observation de la relation entre la force et les potentiels d’action.

Des études antérieures ont confirmé que les propriétés contractiles mu sont en plastique et peuvent être modulées par de nombreuses interventions. Des expériences utilisant la technique décrite ici ont été exécutées sur le gastrocnemius médial de rat^{4 ou} d’autres muscles postérieurs du rat^5,6 aussi bien que sur des muscles de chat^7,utilisant une méthode semblable d’isolement simple de MU. Une autre série d’expériences utilisant des trains de stimuli livrés à intervalles inter-impulsions variables a fourni des observations concernant les processus de contrôle moteur, et les résultats en général tournent l’attention sur l’histoire de la stimulation, y compris les effets considérables d’un changement d’échelle de temps d’un seul stimulus, crucial pour la production de force^8,9.

Les MUs peuvent également être étudiés à l’aide de méthodes alternatives. Premièrement, une méthode est la stimulation directe des motoneurones. Burke a utilisé la stimulation intracellulaire des motoneurones dans le gastrocnemius médial de chat et le soleus avec des microélecrodes en verre utilisées en parallèle pour déterminer les propriétés électrophysiologiques de ces neurones^1,10. D’autres méthodes ont été proposées pour étudier les MUs dans les muscles humains, qui nécessitent une intervention considérablement plus faible. Pour toutes ces méthodes, les électrodes stimulantes et d’enregistrements sont insérées dans le muscle ou le nerf, et la force est enregistrée à partir du doigt ou du pied. La première de ces méthodes a été utilisée pour étudier les MUs dans le premier muscle interosseous dorsal. Pour ce muscle, se contractant avec une faible force, dans l’électromyogramme enregistré avec l’électrode d’aiguille insérée dans le muscle les potentiels d’action d’une seule unité motrice active ont été identifiés. Ensuite, les fragments d’une force musculaire enregistrée en parallèle et suivant chaque potentiel d’action ont été mis en moyenne (moyenne déclenchée par pic). Cette méthode permet l’extraction de la force d’une unité motrice de la force musculaire enregistrement¹¹. Cependant, la faiblesse méthodologique de cette procédure est qu’aucune force de secousse simple mais plutôt des fragments des contractions tétanos n’ont été moyens. Les MUs humains peuvent également être étudiés en utilisant la deuxième méthode de microstimulation électrique intramusculaire à l’aide d’une électrode insérée dans le muscle¹², qui stimule un fragment d’un arbre axonal, conduisant à l’activation d’une seule unité motrice. La troisième méthode est la microstimulation avec une électrode insérée dans le nerf. Lorsque l’électrode n’active qu’un seul axon moteur dans le nerf, une seule unité motrice se^{contracte 13}. Ces dernières méthodes ont certaines limites, y compris la stabilité et la qualité de l’enregistrement, les restrictions éthiques et l’accès au matériel expérimental. Ce protocole a été largement utilisé chez les chats dans les années 70 et 80¹⁴.