Isolamento Funcional de Unidades Motoras Únicas do Músculo Gastrocnemius Medial de Rato

As unidades motoras (MUs) são as menores unidades funcionais dos músculos esqueléticos. Portanto, compreender sua função, plasticidade e propriedades contíteis, bem como os mecanismos de sua regulação de força, é crucial para o progresso na fisiologia muscular. As propriedades contratuais básicas das UI e as proporções de seus tipos fisiológicos foram documentadas para numerosos músculos, predominantemente os músculos hindlimb em animais experimentais. No entanto, tanto a plasticidade das propriedades mu quanto os mecanismos de regulação da força mu ainda não são totalmente compreendidos.

O princípio do método descrito é a denervação extensiva dos músculos hindlimb, exceto o investigado e a laminectomia nas vértebras lombares, a fim de preparar raízes ventrais finas, cada uma contendo um único axônio motor “funcional”, estimulado eletricamente para registrar a força e o potencial de ação da MU. Usando a técnica descrita neste artigo, é possível isolar mais da metade dos MUs do músculo gastrocnemius medial em um experimento bem sucedido. O gastrocnemius medial de ratos é composto em média 52 MUs (fêmeas) ou 57 UI (machos) de três tipos fisiológicos: S (lento), FR (resistente rápido) e FF (fatigable rápido)^1,2, e possuem propriedades contratuais^{variáveis 3}. Para experimentos comparando valores médios para MUs nos grupos de controle e experimentais, é necessário isolamento e registro de 10-30 MUs para cada um desses grupos. Criticamente, os MUs individuais podem ser acessíveis para estimulação por períodos de tempo superiores a uma hora. Além disso, uma vez que essa técnica permite o registro tanto da força de MU quanto dos potenciais de ação, este método é adequado para estudar fenômenos associados à produção de força, avaliar o efeito da fadiga e observar a relação entre os potenciais de força e ação.

Estudos anteriores confirmaram que as propriedades contraídas pela MU são plásticas e podem ser moduladas por inúmeras intervenções. Experimentos utilizando a técnica aqui descrita foram realizados em gastrocnemius medial de rato⁴ ou outros músculos hindlimb do rato^5,6 bem como em músculos de gato⁷, usando um método semelhante de isolamento único de MU. Outra série de experimentos utilizando trens de estímulos entregues em intervalos inter pulse variáveis forneceu observações sobre processos de controle motor, e os resultados em geral voltam a atenção para a história da estimulação, incluindo efeitos consideráveis de uma mudança na escala de tempo de até mesmo um estímulo, crucial para a produção de força^8,9.

Os MUs também podem ser estudados usando métodos alternativos. Primeiro, um método é a estimulação direta de motoneurons. Burke usou estimulação intracelular de motoneurons em gastrocnemius medial de gato e soleus com microeletrodos de vidro usados paralelamente para determinar as propriedades eletrofisiológicas desses neurônios^1,10. Outros métodos foram propostos para estudar UMs em músculos humanos, que requerem uma intervenção consideravelmente menor. Para todos esses métodos, os eletrodos estimulantes e de gravação são inseridos no músculo ou nervo, e a força é registrada a partir do dedo ou do pé. O primeiro desses métodos foi utilizado para estudar UMs no primeiro músculo interosseo dorsal. Para este músculo, contraindo com baixa força, no eletromyograma registrado com o eletrodo da agulha inserido no músculo foram identificados os potenciais de ação de apenas uma unidade motora ativa. Em seguida, os fragmentos de uma força muscular registrada em paralelo e seguindo cada potencial de ação foram mediados (média desencadeada por picos). Este método permite a extração da força de uma unidade motora a partir do registro da força muscular¹¹. No entanto, a fraqueza metodológica deste procedimento é que nenhuma força de contração única, mas sim fragmentos de contrações tetanicas foram mediados. As UBS humanas também podem ser estudadas utilizando o segundo método de microestimulação elétrica intramuscular usando um eletrodo inserido no músculo^12,o que estimula um fragmento de uma árvore axonal, levando à ativação de uma única unidade motora. O terceiro método é a microestimulação com um eletrodo inserido no nervo. Quando o eletrodo ativa apenas um axônio motor no nervo, apenas uma unidade motora contrai¹³. Esses últimos métodos possuem algumas limitações, incluindo estabilidade e qualidade do registro, restrições éticas e acesso ao material experimental. Este protocolo tem sido amplamente utilizado em gatos nos anos 70 e^{80 14}.