Electrophysiological Motor Unit Number Estimation (MUNE) Measuring Compound Muscle Action Potential (CMAP) in Mouse Hindlimb Muscles

W. David Arnold; Kajri A. Sheth; Christopher G. Wier; John T. Kissel; Arthur H. Burghes; Stephen J. Kolb

doi:10.3791/52899

JoVE Journal > Behavior

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Davranış

Elektrophysiologische Motor Unit Number Estimation (MUNE) Mess Verbindung Muskelaktionspotenzial (CMAP) in Maus-Hinterlauf Muskeln

Published: September 25, 2015

doi:

10.3791/52899

W. David Arnold^1,2,3, Kajri A. Sheth¹, Christopher G. Wier⁴, John T. Kissel^1,3, Arthur H. Burghes^1,3,4, Stephen J. Kolb^1,3,4

¹Department of Neurology,The Ohio State University Wexner Medical Center, ²Department of Physical Medicine and Rehabilitation,The Ohio State University, ³Nörobilim Bölümü,The Ohio State University Wexner Medical Center, ⁴Department of Biochemistry and Pharmacology,The Ohio State University Wexner Medical Center

Özet

Wir präsentieren raffinierten Protokolle, die in-vivo-Überwachung der Motoreinheit-Funktion in der Maus zu ermöglichen. Techniken zur Verbindung Muskelaktionspotential (CMAP) und Motoreinheit Nummer Schätzung (MUNE) in den Maus-Hinterbein Muskeln durch den Ischiasnerv innerviert messen, werden beschrieben.

Abstract

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.

Introduction

Motoreinheit Nummer Schätzung (MUNE) wurde ursprünglich von McComas et al. mehr als drei Jahrzehnten ^vor 1. Die ursprüngliche Technik war eine Modifikation der Verbindung Muskelaktionspotential (CMAP) Aufzeichnungstechnik, die eine allmähliche Erhöhung der Stimulation verwendet wird, um submaximalen Schritten erhalten. Diese Stufen wurden summiert und gemittelt, um eine geschätzte Größe einer einzelnen Motoreinheit Potential (SMUP) zu bestimmen. Diese Größe wurde in die CMAP Reaktion der Muskel getestet geteilt, um die Anzahl der motorischen Einheiten schätzen innervieren. Nach der ursprünglichen Beschreibung, zahlreiche Varianten sowohl mit elektrophysiologischen Reaktionen und inkrementelle Kraft (mechanisch) Messungen in beiden Studien am Menschen und Tiermodellen ² verwendet. Die MUNE Technik wurde von Shefner und Kollegen modifiziert Mausmodellen der amyotrophen Lateralsklerose (ALS), ^{3, 4} zu untersuchen.

In der aktuellen Beschreibung, die wir ausführlich simplified Modifikationen der MUNE Techniken, die eine schnelle durchzuführen sind. Wichtig ist, CMAP und MUNE ermöglichen zuverlässige Maßnahmen sowohl in neonatalen und adulten Mäusen ^5-8. Erfahrenen Personen können diese Maßnahmen in 10-20 min pro Tier durchzuführen, und wiederholte Messungen durchführbar sind, welche die Übernahme von Längsschnittdaten ⁵ ermöglicht. In den aktuellen Studien beschäftigen wir eine klinische electroSystem. Nach unserer Erfahrung sind klinische elektrodiagnostische Systeme für die schnelle und effiziente Erfassung von elektrophysiologischen Daten in vivo optimiert, dennoch Standardelektro Rigs einfach für diese Anwendung angepasst werden.

Protocol

Dieses Protokoll wurde von zugelassenen und hält sich an die Tierpflege und Ethikrichtlinien der Ohio State University Wexner Medical Center. 1. Vorbereitung der Tiere und Anästhesie Tragen Sie Handschuhe beim Umgang mit Mäusen. Anesthetize Mäusen mit inhalativen Isofluran und Platz in der Bauchlage. Induzieren Anästhesie mit 3-5% Isofluran und 1 l pro Minute O 2 Volumenstrom. Nach Einleitung der Narkose, Aufrechterhaltung einer Narkose bei 2-3% und 1 L pro Minute O 2 Volumenstrom. Einzustellen O 2 -Strömung und Isofluran Prozentsatz für eine adäquate Anästhesie nach Krankheitszustand, dem Alter und Respirationsrate Tieres. Kleinere oder schwächere Tiere können weniger Isofluran für eine adäquate Anästhesie (dh 1,5- 2,5% Isofluran) erforderlich. Bestätigen Sie eine adäquate Anästhesie durch leichten Hinterlauf Fußballen Druck mit einem Gegenstand wie einer Pinzette, um einen Mangel an Entzugsantwort zu demonstrieren.; Haltetemperatur bei 37 ° C Oberflächentemperatur mit einem Thermostat Warmhalteplatte, wie Temperaturschwankungen können CMAP Größe und Dauer beeinflussen. Bewerben Tierarzt Erdöl basierenden Salbe die Augen bis zur Trockenheit zu verhindern. Überwachen Niveau der Anästhesie beobachtet Atemfrequenz und der Beurteilung für den Rückzug Reaktionen nach Druck auf die Fuß-Pad über Zange angewendet. Entfernen Sie Haare aus dem Hinterlauf, um mit Schermaschinen untersucht werden. Nach dem Entfernen der Haare von der Hinterlauf (s) untersucht werden, leicht erweitern die Hinterbeine im Kniegelenk, abduzieren an den Hüften und Anbringung an die Arbeitsfläche mit Klebestreifen (wie in Figur 1 gezeigt). Im Anschluss an die CMAP und MUNE Aufnahmen und Absetzen der Narkose, nicht verlassen Tier unbeaufsichtigt, bis es ausreichend, das Bewusstsein wiedererlangt, um Brustlage zu halten. Nicht Tier an die Firma von anderen Tieren zurück, bis vollständig erholt. 2. Rufnehmen Setup- und Geräte Platzieren Sie die Elektroden für die CMAP und MUNE-Aufnahmen, wie in Abbildung 1 dargestellt. Verwenden Sie zwei feinen Ringelektroden für den Aufzeichnungselektroden. Legen Sie die aktive (E1) Ringelektrode auf der Haut über dem proximalen Abschnitt des M. gastrocnemius der Hintergliedmaße, an dem Kniegelenk und der Referenz (E2) Ringelektrode auf der Haut über Mitte Mittelfußteil des Fußes. Um Widerstand zu reduzieren, mantel die Haut zugrunde liegenden Ringelektroden mit Gel ausreichend Resthaar zu sättigen und Elektrode-Haut-Kontakt zu maximieren. Vermeiden Sie übermäßige Anwendung von Elektroden-Gel, da dies eine elektrische Brücke zwischen den Elektroden führen und genaue Aufzeichnung zu verhindern. Zur Stimulierung des Ischiasnervs am proximalen Hintergliedmaße, verwenden Sie zwei isolierte 28 G monopolare Nadeln als Kathode und Anode. Legen Sie die Kathode im Bereich des proximalen hinteren Gliedmaßen und legen Sie die anode weiter proximal in das subkutane Gewebe über dem Kreuzbein. Vermeiden Sie es, die stimulierenden Elektroden übermäßig nahe dem Ischiasnerv oder zu tief ist, dass es direkt Verletzungen der Ischiasnerv oder eine andere Struktur. 1 veranschaulicht Elektrodenplatzierung. Für die Masseelektrode, legen Sie eine Einweg-Oberflächenelektrode auf der kontralateralen Hintergliedmaße oder Schwanz. 3. Datenerfassung Ischias CMAP Erhalten Ischias CMAP Reaktionen durch die Stimulierung des Ischiasnerv mit Rechteckimpulsen von 0,1 ms Dauer und Intensität im Bereich von 1-10 mA. Erwerben CMAP Reaktionen mit zunehmender Reizstärke, bis die Amplitude der Antwort steigert nicht länger. Dann, um supra Stimulation zu gewährleisten, erhöhen die Stimulation, um ~ 120% der Reizintensität verwendet, um eine maximale Reaktion zu erhalten und zu erhalten, eine zusätzliche Antwort. Wenn es keine weitere Erhöhung in die CMAP Größe, notieren Sie diese Antwort als die maximale CMAP. Record Basislinie-zu-Spitze und Spitze-zu-Spitze-Amplituden CMAP in mV (Abbildung 2). Durchschnittliche Einzel Motor Unit Potential (SMUP) Größe und MUNE Berechnung Bestimmen Sie die Größe mit einem inkrementellen Stimulationstechnik 1 durchschnittliche Einzelmotoreinheit Potential (SMUP). Inkrementelle Antworten zu erhalten, liefern submaximalen Stimulation von 0,1 ms Dauer mit einer Frequenz von 1 Hz, während die Erhöhung der Intensität in 0,03 mA vor, um die minimalen Alles-oder-Nichts-Reaktionen zu erhalten. Besorgen Sie sich die erste Reaktion mit Reizstärke zwischen 0,21 mA und 0,70 mA. Wenn die ursprüngliche Antwort nicht mit Reizstärke zwischen 0,21 mA und 0,70 mA auftreten, entweder näher oder weiter weg von der Position des Ischiasnervs in der proximalen Oberschenkel Einstellen der Stimulationskathode Position zu erniedrigen oder die erforderliche Reizintensität zu erhöhen, auf. Wenn der Anfangs incremental Reaktion ist mit einer Reizstärke zwischen 0,21 mA und 0,70 mA mit zunehmender Reizstärken Einstellung in Schritten von 0,03 mA, um insgesamt 9 zusätzlichen Schritten zu erhalten, erhalten und erfüllt die nachstehenden Kriterien (3.2.2), Geschäft bemerkt und notieren zusätzlichen Schritten, daß erfüllen die festgelegten Kriterien. Bei Messungen der inkrementellen Reaktionen, sicherzustellen, dass jeder Zuwachs die folgenden Kriterien erfüllt. Sicherzustellen, dass der erste negative Spitzenwert der inkrementellen Antworten zeitlich innerhalb der negativen Spitze des maximalen CMAP Antwort als den schraffierten Abschnitt der CMAP Darstellung in Figur 2 gezeigt ausgerichtet sind. Stellen Sie sicher, dass jede inkrementelle Antwort ist stabil und ohne Fraktionierung, durch die Beobachtung drei doppelte Antworten etabliert. Unterscheiden visuell inkrementelle Antworten in Echtzeit (über die zuvor aufgezeichneten Schritten lagert). Hinweis: Jeder Schritt sollte visuell unterschiedlich seinund größer im Vergleich zu der vorangehenden Reaktion (Abbildung 3). Analysis in Echtzeit ermöglicht Anerkennung größere Amplitude (inkrementell) Reaktionen im Vergleich zu früheren Antworten und kleine Veränderungen zuzuschreiben Hintergrundgeräusche können nicht berücksichtigt werden. Eine überlagerte Ansicht von 10 Schritten ist in Figur 4 (B und D) gezeigt, um diesen Punkt weiter zu veranschaulichen. Nach visueller Bestätigung jedes Zunahme sicher, dass die gemessene Amplitudendifferenz (bestätigte Antwort Amplitude des Standes response = Amplitudendifferenz) von mindestens 25 & mgr; V. Wenn die Schrittweite kleiner als 25 & mgr; V, zu verwerfen und neu messen die Antwort. Nach der Aufnahme 10 inkrementellen Antworten zu bewerten die Inkremente um sicherzustellen, dass die Amplitude jedes Einzel inkrementelle Reaktion nicht größer als 1/3 der Summe aller zehn Schritten (dh die Gesamtamplitude der endgültigen Antwort). Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, re-messen die inkrementelle Antworten. Der Mittelwert der 10 inkrementelle Werte, um eine Schätzung der durchschnittlichen Einzelmotoreinheit Potential (SMUP) Amplitude (Abbildung 3) zu geben. ANMERKUNG: Abbildung 3 beschreibt die Basis des durchschnittlichen SMUP Berechnung, aber die durchschnittliche SMUP Amplitude kann einfach durch Teilen der gesamten Amplitude des endgültigen incrementalen Reaktion mit der Gesamtzahl von Inkrementen berechnet werden (dh 10). Weise einzelne SMUP Berechnungen (in 3 dargestellt): SMUP 1 = Spitze-zu-Spitze-Amplitude der Schrittweite 1 SMUP 1 = 0,050 mV SMUP 2 = (Peak-to-Peak-Amplitude Inkrement 2) – (Spitze-zu-Spitze-Amplitude des Inkrements 1) SMUP 2 = 0,150 mV-0.050 mV = 0,100 mV Berechnen eines jeden nachfolgenden Inkrement (bis zu einer Gesamtzahl von 10), und stellen einen Mittelwert der zehn Stufen. Berechnen MUNE durch Dividieren der maximalen CMAP Amplitude (peak-to-peak) durch die durchschnittliche SMUP Amplitude (Spitze-Spitze). (MUNE = CMAP / Durchschnitt SMUP). In einigen elektrophysiologischen Systemen werden die SMUP Inkrementen in uV gemessen wohin CMAP wird typischerweise in mV vorgesehen. Wenn nötig, umzuwandeln und CMAP SMUP Ergebnisse auf ähnliche Geräte vor MUNE Berechnung.

Representative Results

Die Techniken der CMAP und MUNE in diesem Bericht beschriebenen ermöglicht Aufzeichnung der neuromuskulären Funktion der Ischiasinnerviert Hinterbeinmuskeln Verwendung minimal-invasive Elektrodenplatzierung (Abbildung 1). Supra CMAP Größen, wodurch die Gesamtleistung aus einer Muskelgruppe darstellt, können unter Verwendung der Parameter der Amplitude und der Fläche (2) beschrieben wird, jedoch unter den derzeitigen Methoden verwenden wir, um die Amplitude und die CMAP SMUP Größen quantifizieren. Da die CMAP Reaktionsmaßnahmen summiert Depolarisation der Muskelfasern innerhalb eines Muskels kann Pathologie überall von der Motor Neuron auf die Muskelfaser zu einer Verringerung der CMAP Größe. Ergibt daher eine ausgezeichnete CMAP Maß für die gesamte Funktionszustand. Wie erwartet, wird CMAP Größe während der Entwicklung 5 zu erhöhen. Durch Ausgleichs Änderungen, die folgenden Denervation (dh Sicherheiten Sprießen) auftreten können, kann CMAP Größe trotz Prozesse des Motor neur beibehalten werdenoder Motor axonalen Verlust. Daher wird die Technik der MUNE, die den Motor Neuron oder Axon-Eingang an den Muskel oder die Muskelgruppe, die getestet bestimmen. Aufzeichnung der einzelnen Inkremente (Figur 3) ermöglicht die Schätzung der durchschnittlichen Leistung von einzelnen Motoreinheiten (SMUP Größe), um detailliertere Informationen über Funktionszustand des Motors Einheiten. CMAP und MUNE kann verwendet werden, um die neuromuskuläre Funktion in verschiedenen Mausmodellen der neuromuskulären Erkrankungen messen. In 4 sind Ergebnisse bei einem Erwachsenen Kontroll-Maus und einer erwachsenen Maus 11 Wochen nach Ischiasnerv Crush gegenübergestellt. Nach der Ischiasnerv Crush wird MUNE stark bei 50 geschätzt funktionellen motorischen Einheiten verringert, verglichen mit Normalbefund von 278 Funktionsmotoreinheiten in der Steuerung der Maus. Im Gegensatz dazu die CMAP Amplitude in dem zerkleinerten Tier (39,6 mV Ausgangswert-zu-Spitze, 74,9 mV Spitze-zu-Spitze) zeigt nur eine leichte Verringerung im Vergleich zur Kontrolle (49,0 mV Ausgangswert zu-Peak, 84,2 mV Spitze-Spitze) durch Sicherheiten sprießen. Abbildung 1. Elektrodenplatzierung. Die schwarze (E1) "aktive" Elektrode (A) und roten (E2) "Referenz" Aufzeichnungselektrode (B) werden über die gastrocnemius am proximalen Abschnitt des gastrocnemius am Knie gelegt. Die stimulierende Kathode (schwarz) (C) und Anode (rot) (D) eingesetzt sind subkutan proximal zu den Aufzeichnungselektroden zum distalen Antworten zu erzeugen. Ein Einweg-Scheibenelektrode (D) auf der hinteren Gliedmaßen, Schwanz oder Kreuzbein als Boden gelegt, um Artefakt zu minimieren. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. <p class="jove_content" fo:keep-together.in-page = "always"> Abbildung 2. Verbindung Muskelaktionspotenzial. Abgebildet ist eine Darstellung eines repräsentativen CMAP Antwort. (A) Die Grundlinie-zu-Spitze-Amplitude von dem isoelektrischen Grundlinie in die Ausgangs negative Spitze gemessen (negative Spannung über der Grundlinie dargestellt). ( B) Die Spitze-zu-Spitze-Amplitude von negativen Spitzenspannung der positiven Spitzenspannung gemessen. Die grau hinterlegten Bereich bezeichnet den negativen Spitzenbereich. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. Abbildung 3. Inkrementelle Antworten. Zwei repräsentative inkrementelle Antworten werden gezeigt überlagert und in isolation. Für MUNE Berechnung Amplituden jedes Inkrement von Spitze zu Spitze gemessen. Schritt # 1 ist der Anfangs Alles-oder-Nichts-Reaktion erfasst und stellt eine einzige Motoreinheit Potential (SMUP). Jede nachfolgende Schrittweite (# 2-10) stellt einen Quanten Steigerung gegenüber dem Stand der Reaktion überlagert. Deshalb, um die SMUP Amplituden für 2-10-Schritten zu erhalten, wird die Amplitude des Standes der Antwort von der Amplitude des erhaltenen Schritt subtrahiert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. Abbildung 4. Beispiel Ischias CMAP und MUNE. (A) Ischias Verbindung Muskelaktionspotential (CMAP) bei einem Erwachsenen (6 Monate alt) Kontroll-Maus mit Baseline-Spitze-Amplitude von 49,0 mV und Spitze-Spitzenamplitude von 84,2 mV. Bildschirm Empfindlichkeit = 10 mV pro Teilung und Bildschirmdauer 10 ms. (B) Zehn entsprechende inkrementelle Antworten (in der Steuerung der Maus) mit einer Gesamtamplitude von 3,028 mV werden durch 10 geteilt, um durchschnittliche SMUP Größe (0,3028 mV) zu bestimmen. Bildschirm Empfindlichkeit = 0,5 mV und Durchlaufgeschwindigkeit von 1 ms pro Division. Berechnet MUNE = 278 (MUNE = CMAP / Durchschnitt SMUP (84,2 mV / 0,3028 mV)) (C) Ischias CMAP 11 Wochen nach Ischiasnerv verknallt in einer erwachsenen Maus (6 Monate alt), die leicht reduzierte Grundlinie-zu-Spitze-Amplitude ( 39,6 mV) und Spitze-zu-Spitze-Amplitude (74,9 mV). Bildschirm Empfindlichkeit = 10 mV pro Unterteilung und Laufgeschwindigkeit von 1 ms pro Division. (D) zehn entsprechenden inkrementalen Antworten (in der Maus mit Nervenquetschung) mit insgesamt Spitze-zu-Spitze-Amplitude von 14,923 mV geteilt durch 10, um einen durchschnittlichen SMUP erhalten Größe 1,4923 mV. Bildschirm Empfindlichkeit = 2 mV pro Teilung und einer Laufgeschwindigkeit von 1 ms pro Division. Berechnet MUNE = 50 (MUNE = CMAP/ durchschnittliche SMUP (74,9 mV / 1,4923 mV)). (** Beachten Sie die unterschiedliche Empfindlichkeit für die inkrementelle Reaktionen des Ischias Crush Maus). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Discussion

MUNE und CMAP sind klinisch relevante Maßnahmen in Forschungsstudien und bei der Überwachung von Patienten mit neuromuskulären Erkrankungen wie ALS und spinale Muskelatrophie (SMA) ^{9, 10} häufig genutzt. Zum Beispiel in SMA, CMAP und MUNE gut korreliert mit dem Alter, Schweregrad und klinische Maßnahmen der Funktion ^14.10. Beide Maßnahmen sind minimal invasiv und ermöglichen Beurteilung der Funktion der Länge nach in demselben Individuum. Wichtiger ist, daß diese Maßnahmen nicht messen Aktivierung oder Einstellung der Motoreinheit von kortikalen motorischen Neuronen, aber sie bieten eine klinisch relevante Bewertung der Integrität des Motoneurons und seine funktionellen Gegenstück der Motoreinheit.

Tiermodelle von neuromuskulären Erkrankungen sind entscheidend für das Verständnis der pathogenen Mechanismen von Krankheiten und der präklinischen Entwicklung von potentiell wirksame Therapeutika. Die Fähigkeit, ergebnisorientierten Maßnahmen und Biomarker, die sein können, zu übersetzenüber Arten verwendet werden kann, zu erleichtern und zu beschleunigen Übersetzung von vielversprechenden präklinischen Ergebnisse auf den menschlichen klinischen Studien. Mehrere Gruppen haben bisher sowohl elektrophysiologische und Kraft (mechanisch) Messungen zur Motoreinheit Funktion in Mausmodellen ^{2-4, 15-22} schätzen genutzt. Infolge der relativen Komplexität der Maßnahmen haben wir diese Techniken in einem visuellen Format verfeinert zu einer breiteren Anwendung und Implementierung von Mäusen ermöglichen. Das Format der Video-Demonstration und Anleitung ermöglicht wichtigsten Schritte des Verfahrens hervorzuheben und mögliche Fallstricke zu richten. Die Anwendung dieser Techniken, um die präklinische Prüfung von potenziellen Therapien in der Motor Neuron Krankheiten können die Übersetzung der mutmaßlichen Therapien von Mäusen, die menschliche Krankheit zu verbessern.

Es gibt mehrere wichtige Schritte im Prozess des Erwerbs der CMAP und MUNE Antworten. Die richtige und konsequente Aufnahme Elektrodenplatzierung und ausreichend Elektrode Kontakt mit der HinterSchenkel sind entscheidend für die reproduzierbare Messung der Amplitude und um Hintergrundgeräusche zu verringern. Daher sollte der enge Kontakt zwischen der hinteren Gliedmaßen Haut und Elektroden konsistent bestätigt werden. Wir haben festgestellt, dass Oberflächenelektroden bieten konsistentere CMAP und MUNE-Aufnahmen als Nadelelektroden. Aufgrund sehr dünne Unterhautgewebe, können kleine Bewegungen der Nadelaufnahmefläche, um große Unterschiede in CMAP Amplituden führen. Zusätzlich ist die invasive Natur des Nadelelektroden nicht optimal für die neugeborenen Mäusen oder Längs Studien aufgrund möglicher Muskelstörungen und Verletzungen. Ein möglicher Nachteil der nicht-selektiven, Oberflächenelektrode Aufnahmen betrifft die Möglichkeit verminderter Phänotyp Auflösung, wenn ein bestimmter Muskel ist mehr oder weniger aufwendig im Vergleich zu einem anderen, und dies in einer ALS-Mausmodell ²¹ gemeldet.

Der Erwerb der durchschnittliche SMUP Größe ist technisch anspruchsvoller im Vergleich zu der CMAP. Aufgrund der kleineren response Größe (in dem Bereich von & mgr; V anstelle mV) Hintergrundgeräusche mehr problematisch sein. Hintergrundrauschen kann durch Einstellen der Masseelektrode, Kathode, Anode und Überprüfen anderen elektrischen Geräten in der Nähe des Versuchsaufbaus reduziert werden. Ein Faraday-Käfig, in der Regel für die intrazelluläre Elektrophysiologie-Anwendungen verwendet wird, ist nicht erforderlich. Visuelle Bestimmung der einzelnen SMUP Reaktionen ist die schwierigste Fähigkeit zum Erwerb und braucht Übung für konsistente Ergebnisse mit ausreichender Wiederholbarkeit. Es ist wichtig, sicherzustellen, dass die SMUPs, die aufgezeichnet sind innerhalb der Dauer der maximalen CMAP Reaktion zu initiieren. Wir haben Kriterien für die Annahme von Einzel inkrementelle Reaktionen dieses Verfahren einfacher durchzuführen und zu Intra- und Inter-Reliabilität zu erhöhen, damit festgelegt.

Ein möglicher Nachteil des inkrementellen MUNE-Technik beinhaltet die Möglichkeit der Überschätzung der Anzahl der funktionellen Motoreinheiten durch Wechsel von motor Einheiten. Haben wir eine Technik ähnlich Shefner et al. , dass jede Antwort sollte reproduzierbar insgesamt 3 mal gesehen werden, um die Auswirkungen dieses Phänomens ³ zu reduzieren.

Nach unserer Erfahrung sind klinische electroSysteme für die hierin durch verbesserte Prüfer-electroSystemSchnittStelle Ergonomie, damit die Leichtigkeit der Bedienung beschriebenen Studien optimiert. Die Zweikanalsystem in unserem Labor verwendet wird, mit zwei nicht-geschalteten Verstärkerkanäle unter Verwendung eines Verstärkers mit 24-Bit-Analog-Digital-Wandler und eine Abtastrate von 48 kHz pro Kanal ausgestattet. Hardware Verstärkung von 10nV bis 100 mV / Teilung eingestellt werden. Das Niederfrequenzfilter hat einen Bereich von 0,2 Hz bis 5 kHz, und die Hochfrequenz-Filtereinstellungen liegen im Bereich von 30 Hz-10 kHz. Ein Konstantstrom-Stimulator verwendet wird (Intensität: 0-100 mA; Laufzeit: 0,02 bis 1 ms). Die meisten klinischen Systeme haben ähnliche entsprechenden Eigenschaften und können angepasst werden, um CMAP und MUNE Reaktionen angemessen aufzeichnen. EINußerdem können Standard-elektrophysiologischen Rigs zusammengebaut werden, um angemessen aufzeichnen CMAP und MUNE, aber die Schnittstelle muss möglicherweise zur Erleichterung der Stimulationseinstellung und schnelle Identifizierung von CMAP und SMUP Antworten angepasst werden.

Wir haben früher verwendet die Techniken der CMAP und MUNE beschrieben hier, um schnelle und reproduzierbare Beurteilung des Ischiasinnervierten Muskel der Hintergliedmaße bei Mäusen in der frühen postnatalen Phase bis zum Erwachsenenalter ⁵ zu ermöglichen. Diese Techniken erlauben Beurteilung in Mausmodellen bei Verhaltenstests für Kraftfunktion nicht möglich oder weniger zuverlässig. Anwendung dieser Technik, um neugeborenen Mäusen erleichtert die Untersuchung der Motoreinheit Entwicklung und hat das Potential, unser Verständnis von Motorneuron-Innervation und Beschneiden erweitern. Zum Beispiel haben wir gezeigt, dass die Zahl der funktionellen motorischen Einheiten mit MUNE aufgezeichnet wird beim Schneiden von polyneuronal zu mononeuronal Innervation während der beiden ersten Woche zu erhöhens des Lebens in neugeborenen Mäusen ^5. Die Fähigkeit, Mäuse über lange Zeiträume hinweg mit dieser Technik zu testen eignet sich für die Untersuchung der Motoreinheit als Reaktion auf Verletzung peripherer Nerven, erbliche neuromuskulären Störungen und Alterung.

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

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).

Materials

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

Referanslar

McComas, A. J., Fawcett, P. R., Campbell, M. J., Sica, R. E. Electrophysiological estimation of the number of motor units within a human muscle. Journal of neurology, neurosurgery, and psychiatry. 34 (2), 121-123 (1971).
Shefner, J. M. Motor unit number estimation in human neurological diseases and animal models. Clinical Neurophysiology. 112 (6), 955-964 (2001).
Shefner, J. M., Cudkowicz, M. E., Brown, R. H. Comparison of incremental with multipoint MUNE methods in transgenic ALS mice. Muscle & Nerve. 25 (1), 39-42 (2002).
Shefner, J. M., Cudkowicz, M., Brown, R. H. Motor unit number estimation predicts disease onset and survival in a transgenic mouse model of amyotrophic lateral sclerosis. Muscle Nerve. 34 (5), 603-607 (2006).
Arnold, W. D., et al. Electrophysiological Biomarkers in Spinal Muscular Atrophy: Preclinical Proof of Concept. Annals of clinical and translational neurology. 1 (1), 34-44 (2014).
Li, J., et al. A comparison of three electrophysiological methods for the assessment of disease status in a mild spinal muscular atrophy mouse model. PloS one. 9 (10), e111428 (2014).
Srivastava, A. K., et al. Mutant HSPB1 overexpression in neurons is sufficient to cause age-related motor neuronopathy in mice. Hastalık nörobiyolojisi. 47 (2), 163-173 (2012).
Yalvac, M., Arnold, E., D, W., Hussain, S. R., et al. VIP-expressing dendritic cells protect against spontaneous autoimmune peripheral polyneuropathy. Molecular therapy: the journal of the American Society of Gene Therapy. 22 (7), 1353-1363 (2014).
Gooch, C. L., et al. Motor unit number estimation: A technology and literature review. Muscle Nerve. 50 (6), 884-893 (2014).
Arnold, W. D., Kassar, D., Kissel, J. T. Spinal muscular atrophy: diagnosis and management in a new therapeutic era. Muscle Nerve. , (2014).
Swoboda, K. J., et al. Natural history of denervation in SMA: Relation to age, SMN2 copy number, and function). Annals of Neurology. 57 (5), 704-712 (2005).
Finkel, R. S. Electrophysiological and motor function scale association in a pre-symptomatic infant with spinal muscular atrophy type I. Neuromuscular Disorders. 23 (2), 112-115 (2013).
Kaufmann, P., et al. Prospective cohort study of spinal muscular atrophy types 2 and 3. Neurology. 79 (18), 1889-1897 (2012).
Arnold, W. D., Burghes, A. H. Spinal muscular atrophy: The development and implementation of potential treatments. Annals of Neurology. 74 (3), 348-362 (2013).
Li, J., Sung, M., Rutkove, S. B. Electrophysiologic biomarkers for assessing disease progression and the effect of riluzole in SOD1 G93A ALS mice. PloS one. 8 (6), e65976-65 (2013).
Ngo, S. T., et al. The relationship between Bayesian motor unit number estimation and histological measurements of motor neurons in wild-type and SOD1 (G93A) mice. Clin Neurophysiol. 123 (10), 2080-2091 (2012).
Shefner, J. M. Recent MUNE studies in animal models of motor neuron disease. Supplements to Clinical neurophysiology. 60, 203-208 (2009).
Souayah, N., Potian, J. G., Garcia, C. C., et al. Motor unit number estimate as a predictor of motor dysfunction in an animal model of type 1 diabetes. American journal of physiology Endocrinology and metabolism. 297 (3), E602-E608 (2009).
Zhou, C., et al. A method comparison in monitoring disease progression of G93A mouse model of ALS. Amyotrophic lateral sclerosis: official publication of the World Federation of Neurology Research Group on Motor Neuron Diseases. 8 (6), 366-3672 (2007).
Feng, X. H., Yuan, W., Peng, Y., Ss Liu, M., Cui, L. Y. Therapeutic effects of dl-3-n-butylphthalide in a transgenic mouse model of amyotrophic lateral sclerosis. Chinese medical journal. 125 (10), 1760-1766 (2012).
Mancuso, R., Santos-Nogueira, E., Osta, R., Navarro, X. Electrophysiological analysis of a murine model of motoneuron disease. Clinical neurophysiology : official journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 122 (8), 1660-1670 (2011).
Lee, Y. i., Mikesh, M., Smith, I., Rimer, M., Thompson, W. Muscles in a mouse model of spinal muscular atrophy show profound defects in neuromuscular development even in the absence of failure in neuromuscular transmission or loss of motor neurons. Developmental biology. 356 (2), 432-444 (2011).

Etiketler

Elektrofizyoloji Motor Unit Number Estimation MUNE Compound Muscle Action Potential CMAP Mouse Hindlimb Muscles Neuromuscular System Sciatic Nerve Motor Neurons Motor Unit Potential Submaximal Stimuli Translational Potential

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Bu Makaleden Alıntı Yapın

Arnold, W. D., Sheth, K. A., Wier, C. G., Kissel, J. T., Burghes, A. H., Kolb, S. J. Electrophysiological Motor Unit Number Estimation (MUNE) Measuring Compound Muscle Action Potential (CMAP) in Mouse Hindlimb Muscles. J. Vis. Exp. (103), e52899, doi:10.3791/52899 (2015).