Aislamiento funcional de unidades de motor único de Rat Medial Gastrocnemius Muscle

Las unidades motoras (MUs) son las unidades funcionales más pequeñas de los músculos esqueléticos. Por lo tanto, la comprensión de su función, plasticidad y propiedades contráctiles, así como los mecanismos de su regulación de la fuerza, es crucial para el progreso en la fisiología muscular. Las propiedades contráctiles básicas de las SU y las proporciones de sus tipos fisiológicos se han documentado para numerosos músculos, predominantemente los músculos de la extremidad posterior en animales experimentales. Sin embargo, tanto la plasticidad de las propiedades MU como los mecanismos de regulación de la fuerza MU todavía no se entienden completamente.

El principio del método descrito es la denervación extensiva de los músculos de la extremidad posterior, excepto la investigada y la laminectomía en las vértebras lumbares con el fin de preparar las raíces ventrales delgadas, cada una de las que contiene un solo axón motor “funcional”, estimulada eléctricamente para registrar la fuerza y el potencial de acción del MU. Usando la técnica descrita en este artículo, es posible aislar más de la mitad de las MUs del músculo gastrocnemius medial en un experimento exitoso. La rata medial gastrocnemius se compone de una media de 52 MUs (hembras) o 57 SU (machos) de tres tipos fisiológicos: S (lento), FR (resistente rápido) y FF (fatigable rápido)^1,2, y tienen propiedades contráctiles variables³. Para los experimentos que comparan los valores medios de las UNIDADes de manipulación en los grupos de control y experimentales, es necesario el aislamiento y la grabación de 10-30 MUs para cada uno de estos grupos. Críticamente, las UNIDADes de estado individuales pueden ser accesibles para la estimulación durante períodos de tiempo superiores a una hora. Además, dado que esta técnica permite registrar tanto la fuerza MU como los potenciales de acción, este método es adecuado para estudiar los fenómenos asociados con la producción de fuerza, evaluar el efecto de la fatiga y observar la relación entre la fuerza y los potenciales de acción.

Estudios anteriores han confirmado que las propiedades contráctiles MU son plásticas y pueden ser moduladas por numerosas intervenciones. Los experimentos con la técnica descrita aquí se han realizado en la rata medial gastrocnemius⁴ u otros músculos de la extremidad posterior de la rata^5,6 así como en los músculos del gato^7,utilizando un método similar de aislamiento MU único. Otra serie de experimentos utilizando trenes de estímulo entregados a intervalos de interbozo variables proporcionaron observaciones sobre los procesos de control motor, y los resultados en general atención a la historia de la estimulación, incluyendo efectos considerables de un cambio en la escala de tiempo de incluso un estímulo, crucial para la producción de fuerza^8,9.

Las SU también se pueden estudiar utilizando métodos alternativos. En primer lugar, un método es la estimulación directa de motoneurones. Burke utilizó la estimulación intracelular de motoneurones en el gas gastrocnemius medial y soleus con microelectrodos de vidrio utilizados en paralelo para determinar las propiedades electrofisiológicas de estas neuronas^1,10. Se han propuesto otros métodos para estudiar las SU en los músculos humanos, que requieren una intervención considerablemente menor. Para todos estos métodos, los electrodos estimulantes y de grabación se insertan en el músculo o nervio, y la fuerza se registra desde el dedo o desde el pie. El primero de estos métodos se utilizó para estudiar MUs en el primer músculo interosseoso dorsal. Para este músculo, con una fuerza baja, en el electromiograma registrado con el electrodo de aguja insertado en el músculo se identificaron los potenciales de acción de una sola unidad motora activa. Luego se promediaron los fragmentos de una fuerza muscular registrada en paralelo y después de cada potencial de acción (promedio activado por picos). Este método permite la extracción de la fuerza de una unidad motora de la grabación de la fuerza muscular¹¹. Sin embargo, la debilidad metodológica de este procedimiento es que no se promedió una sola fuerza de contracción, sino fragmentos de contracciones tetánicas. Las SU humanas también pueden estudiarse utilizando el segundo método de microestimulación eléctrica intramuscular utilizando un electrodo insertado en el músculo^12,que estimula un fragmento de un árbol axonal, lo que conduce a la activación de una sola unidad motora. El tercer método es la microestimulación con un electrodo insertado en el nervio. Cuando el electrodo activa sólo un axón motor en el nervio, sólo una unidad de motor contrae¹³. Estos últimos métodos tienen algunas limitaciones, incluyendo la estabilidad y la calidad del registro, las restricciones éticas y el acceso al material experimental. Este protocolo ha sido ampliamente utilizado en gatos en los años 70 y 80^14.