Method Article
نقدم بروتوكولات المكررة التي تسمح في رصد المجراة من وظيفة وحدة المحرك في الماوس. تقنيات لقياس إمكانية عمل العضلات مجمع (CMAP) وحدة المحرك تقدير عدد (المناعية) في عضلات الطرف هند ماوس معصب العصب الوركي موصوفة.
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.
المحرك رقم وحدة تقدير (المناعية) وصفت في الأصل من قبل McComas وآخرون. أكثر من ثلاثة عقود مضت 1. وكانت هذه التقنية الأصلي تعديل من إمكانات عمل العضلات مجمع (CMAP) تقنية التسجيل الذي يعمل على زيادة تدريجية من التحفيز للحصول على زيادات submaximal. وقد لخص هذه الزيادات ومتوسط لتحديد حجم المقدرة لإمكانات وحدة محرك واحد (SMUP). تم تقسيم هذا الحجم في الاستجابة CMAP لتقدير عدد الوحدات الحركية التعصيب العضلات التي يجري اختبارها. بعد وصف الأصلي، والعديد من الاختلافات باستخدام كل ردود الكهربية وقوة إضافية استخدمت القياسات (الميكانيكية) في كلتا الدراستين الإنسان والنماذج الحيوانية 2. تم تعديل هذه التقنية المناعية التي Shefner وزملاؤها دراسة نماذج الماوس من التصلب الضموري العضلي الجانبي (ALS) 3، 4.
في وصف الحالي، فإننا التفاصيل simplifالتعديلات العبوات الناسفة من التقنيات المناعية التي تكون سريعة لأداء. الأهم من ذلك، CMAP والمناعية تسمح تدابير موثوق بها في كل حديثي الولادة والكبار الفئران 5-8. يمكن للأفراد من ذوي الخبرة تنفيذ هذه التدابير في 10-20 دقيقة لكل حيوان، والتدابير المتكررة مجدية التي تسمح للحصول على بيانات طولية 5. وفي الدراسات الحالية، ونحن توظيف نظام electrodiagnostic السريري. في تجربتنا، ويتم تحسين أنظمة electrodiagnostic السريرية لالتقاط السريع والفعال للبيانات الكهربية في الجسم الحي، منصات الكهربية مع ذلك قياسية يمكن بسهولة أن تتكيف لهذا التطبيق.
تمت الموافقة على هذا البروتوكول من قبل ويلتزم رعاية الحيوان والأخلاق المبادئ التوجيهية للمركز جامعة ولاية أوهايو يكسنر الطبية.
1. إعداد الحيوانية والتخدير
2. Rتسجيل مفيدة الإعداد والمعدات
3. الحصول على البيانات
تقنيات CMAP والمناعية وصفت في هذا التقرير تسمح بتسجيل ظيفة الاعصاب من الوركي معصب العضلات هند أطرافهم باستخدام مينيملي وضع قطب كهربائي (الشكل 1). فوق الأعظمي CMAP الحجم، وهو ما يمثل مجموع الناتج من مجموعة العضلات، ويمكن وصفها باستخدام المعلمات من السعة ومنطقة (الشكل 2)، ولكن في الأساليب الحالية، ونحن نستخدم السعة لقياس CMAP وأحجام SMUP. منذ تدابير الاستجابة CMAP محصلتها الاستقطاب من الألياف العضلية داخل العضلات، وعلم الأمراض في أي مكان من الخلايا العصبية الحركية إلى الألياف العضلية يمكن أن يؤدي إلى انخفاض في حجم CMAP. ولذلك، CMAP يعطي مقياس ممتاز من إجمالي الوضع الوظيفي. كما هو متوقع، فإن حجم CMAP زيادة خلال تطوير 5. بسبب التغيرات التعويضية التي يمكن أن تحدث بعد إزالة التعصيب (أي ضمانات sprouting)، فإنه يجوز الإبقاء على حجم CMAP على الرغم من عمليات neur السياراتأو فقدان محور عصبي السيارات. لذلك، لا بد من أسلوب المناعية لتحديد الخلايا العصبية الحركية أو إدخال محور عصبي لعضلة أو مجموعة من العضلات التي يجري اختبارها. تسجيل زيادات الفردية (الشكل 3) يسمح تقدير متوسط الانتاج من الوحدات الحركية واحدة (حجم SMUP) لإعطاء معلومات أكثر تفصيلا عن الوضع الوظيفي الوحدات الحركية.
CMAP والمناعية يمكن استخدامها لقياس وظيفة العصبية والعضلية في نماذج الفئران مختلفة من الأمراض العصبية والعضلية. في الشكل (4)، وتتناقض النتائج في الماوس السيطرة الكبار والماوس الكبار 11 الأسابيع التالية الوركي سحق العصبية. بعد الوركي سحق العصبية، يتم تقليل المناعية بشدة في 50 وحدة للسيارات وظيفية تقدر مقارنة مع النتائج العادية من 278 وحدة للسيارات وظيفية في الماوس السيطرة. في المقابل، فإن السعة CMAP في الحيوان سحق (39.6 بالسيارات خط الأساس إلى الذروة، 74.9 بالسيارات الذروة إلى الذروة) معارض خفض معتدل فقط مقارنة مع الشاهد (49.0 بالسيارات الأساس ل -peak، 84.2 بالسيارات الذروة إلى الذروة) بسبب الضمانات التبرعم.
الشكل 1. الكهربائي الموضع. وأسود (E1) القطب "النشط" (A) ويتم وضعها الحمراء (E2) "المرجعية" القطب تسجيل (B) على الساق في الجزء القريب من الساق عند الركبة. الكاثود محفزة (أسود) (C) والقطب الموجب (الأحمر) (D) يتم إدراج proximal تحت الجلد لأقطاب تسجيل لتوليد استجابات البعيدة. يتم وضع القطب القرص القابل للتصرف (D) على هند أطرافهم أو الذيل أو العجز كسبب للحد من القطع الأثرية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
ضمن صفحة = "دائما">
الشكل 2. مجمع عمل العضلات المحتملة. في الصورة مثال على استجابة CMAP التمثيلية. (A) وتقاس السعة الأساس إلى الذروة من خط الأساس كهرساوي إلى ذروة السلبية الأولية (يصور الجهد السلبي فوق خط الأساس). ( B) يتم قياس السعة الذروة إلى الذروة من سلبي إلى إيجابي ذروة الجهد ذروة الجهد. المنطقة الرمادية المظللة يدل المنطقة peak السلبية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
ويبين الشكل 3. الردود الإضافية. ردين الإضافية تمثيلية فرضه وايزولانشوئها. لالمناعية سعة حساب كل زيادة وقياس الذروة إلى الذروة. الاضافة # 1 هو أول كل شيء أو لا شيء سجلت استجابة ويمثل إمكانات وحدة محرك واحد (SMUP). كل زيادة لاحقة (# 2-10) تمثل زيادة كمي فرضه على الاستجابة السابقة. وبالتالي الحصول على سعة SMUP للزيادات 10/02، وطرح مدى الاستجابة مسبقة من السعة من الزيادة التي تم الحصول عليها. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 4. مثال ركي CMAP والمناعية. (A) إمكانية عمل العضلات مجمع الوركي (CMAP) في الكبار (6 أشهر من العمر) التحكم في الماوس مع سعة خط الأساس إلى الذروة من 49.0 بالسيارات وذروة ل-السعة ذروة 84.2 بالسيارات. شاشة حساسية = 10 بالسيارات في الانقسام ومدة الشاشة 10 مللي ثانية. (B) عشرة المقابلة الردود الإضافية (في الماوس السيطرة) مع السعة الإجمالية 3،028 بالسيارات تنقسم بنسبة 10 إلى تحديد متوسط حجم SMUP (0.3028 بالسيارات). شاشة حساسية = 0.5 فولت وسرعة اكتساح 1 مللي ثانية في تقسيم. تحسب المناعية = 278 (المناعية = CMAP / المتوسط SMUP (84.2 بالسيارات / 0.3028 بالسيارات)) (C) وركي CMAP 11 الأسابيع التالية الوركي سحق العصبية في الماوس الكبار (6 أشهر من العمر) تبين انخفاض أقل ما يقال سعة خط الأساس إلى الذروة ( 39.6 بالسيارات) والذروة إلى الذروة السعة (74.9 فولت). حساسية الشاشة = 10 بالسيارات في الانقسام وسرعة اكتساح 1 مللي ثانية في قسم (D) عشرة الردود الإضافية (في الماوس مع سحق العصبية) مع مجموع السعة الذروة إلى الذروة من 14.923 بالسيارات مقسوما على 10 المقابلة للحصول على متوسط SMUP حجم 1.4923 بالسيارات. حساسية الشاشة = 2 بالسيارات في الانقسام وسرعة اكتساح 1 مللي ثانية في تقسيم. تحسب المناعية = 50 (المناعية = CMAP/ المتوسط SMUP (74.9 بالسيارات / 1.4923 بالسيارات)). (** لاحظ حساسية مختلفة للردود الإضافية لسحق الماوس الوركي). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
المناعية وCMAP هي التدابير ذات الصلة سريريا استخداما في البحوث والدراسات في مراقبة المرضى الذين يعانون من الاضطرابات العصبية والعضلية مثل ALS وضمور العضلات الشوكي (SMA) 9، 10. وعلى سبيل المثال، في SMA، CMAP والمناعية تتطابق جيدا مع التقدم في السن، شدة والسريرية مقاييس للوظائف 10-14. كل من التدابير الأقل بضعا وتسمح تقييم وظيفة طوليا في نفس الفرد. الأهم من ذلك، أن هذه التدابير لا قياس التنشيط أو تجنيد وحدة السيارات عن طريق الخلايا العصبية الحركية القشرية، ولكنها توفر تقييما سريريا ذات الصلة على سلامة الخلايا العصبية الحركية ونظيرتها الوظيفي، وحدة المحرك.
النماذج الحيوانية من الأمراض العصبية والعضلية حاسمة لفهم الآليات المسببة للأمراض من الأمراض التي تصيب البشر والتنمية قبل السريرية من العوامل العلاجية فعالا. القدرة على ترجمة مقاييس النتائج والمؤشرات الحيوية التي يمكن أن تكونتستخدم عبر الأنواع يمكن أن تسهل وتعجل ترجمة نتائج قبل السريرية واعدة لتجارب اكلينيكية على البشر. وقد استخدمت العديد من الجماعات في السابق على حد سواء الكهربية والقوة (الميكانيكية) قياسات لتقدير المحركات وظيفة وحدة في نماذج الماوس 2-4، 15-22. نظرا لتعقيد النسبي للتدابير، لدينا المكرر هذه التقنيات في شكل مرئي للسماح للاستخدام على نطاق أوسع وتنفيذها في الفئران. شكل مظاهرة الفيديو والتعليمات، ويسمح الخطوات الرئيسية لهذا الإجراء أن أبرز والمزالق المحتملة التي ينبغي معالجتها. تطبيق هذه التقنيات لاختبار ما قبل السريرية من العلاجات المحتملة في الأمراض العصبية الحركية قد يحسن ترجمة العلاجات المفترضة من الفئران إلى الأمراض التي تصيب البشر.
هناك العديد من الخطوات الهامة في عملية الحصول على CMAP والمناعية الردود. سليم وثابت وضع القطب تسجيل والاتصال الكهربائي كافية مع هندأطرافهم حاسمة لقياس استنساخه من السعة وتقليل الضوضاء في الخلفية. ولذلك، ينبغي تأكيد على اتصال وثيق بين هند skin الأطراف والأقطاب باستمرار. لقد وجدنا أن الأقطاب السطح توفر أكثر اتساقا CMAP والمناعية التسجيلات من أقطاب الإبرة. بسبب الأنسجة تحت الجلد رقيقة جدا، حركات صغيرة من إبرة تسجيل السطح قد يؤدي إلى تباين واسع في سعة CMAP. بالإضافة إلى ذلك، فإن طبيعة أكثر الغازية من أقطاب الإبرة ليست المثلى لالفئران حديثي الولادة أو الدراسات الطولية بسبب تعطل العضلات المحتملين والإصابات. عيب واحد محتمل من غير انتقائية، والتسجيلات القطب سطح يتعلق بإمكانية قرار النمط الظاهري تقلص عضلة معينة إذا هي أكثر أو أقل انخراطا مقارنة مع آخر، وهذا قد ذكرت في نموذج الفأر ALS 21.
الحصول على متوسط حجم SMUP من الناحية الفنية أكثر صعوبة مقارنة CMAP. يرجع ذلك إلى رد و أصغرحجم ه (في حدود μV بدلا من السيارات) الضوضاء الخلفية يمكن أن يكون أكثر صعوبة. ويمكن تخفيض الضوضاء في الخلفية عن طريق ضبط القطب الأرض، الكاثود، أنود، وفحص المعدات الكهربائية الأخرى بالقرب من الإعداد التجريبية. قفص فاراداي، التي تستخدم عادة للتطبيقات الكهربية داخل الخلايا، غير مطلوب. تقرير مرئي للردود SMUP الفردية هو المهارة الأكثر صعوبة في الحصول على ويأخذ الممارسة لنتائج متسقة مع التكرار الكافي. من المهم للتأكد من أن SMUPs التي يتم تسجيلها الشروع خلال مدة الاستجابة CMAP القصوى. لقد حددنا معايير لقبول الردود الإضافية الفردية لجعل هذه العملية أكثر وضوحا لأداء وزيادة الموثوقية داخل وبين المقيم.
عيب واحد محتمل للتقنية المناعية الإضافية يتضمن إمكانية المبالغة في تقدير عدد الوحدات الحركية الوظيفية بسبب اختلاف الدراجات الناريةوحدات ص. لقد استخدمت تقنية مماثلة لShefner وآخرون. في أن كل استجابة ينبغي النظر بتكاثر ما مجموعه 3 مرات للحد من تأثير هذه الظاهرة 3.
في تجربتنا، ويتم تحسين أنظمة electrodiagnostic السريرية للدراسات الموصوفة هنا بسبب تحسين بيئة العمل واجهة نظام الفاحص electrodiagnostic السماح سهولة التحكم. وقد تم تجهيز نظام ثنائي القناة المستخدمة في مختبرنا مع اثنين من قنوات غير تبديل مكبر للصوت باستخدام مكبر للصوت مع 24 بت محول تناظري رقمي ومعدل أخذ العينات من 48 كيلو هرتز لكل قناة. مكاسب الأجهزة يمكن تعديلها من 10nV إلى 100 فولت / تقسيم. مرشح الترددات المنخفضة لديها مجموعة من 0.2 هرتز، 5 كيلو هرتز، وتتراوح إعدادات مرشح الترددات العالية من 30 هرتز، 10 كيلو هرتز. ويستخدم التحفيز والتشجيع المستمر الجاري (كثافة: 0-100 أمبير؛ المدة: ،02-1 مللي ثانية). معظم أنظمة السريرية لها ميزات مناسبة مماثلة، ويمكن تعديلها لتسجل نحو كاف CMAP والمناعية الردود. Additionally، منصات الكهربية القياسية يمكن تجميعها لتسجيل بشكل كاف CMAP والمناعية، ولكن قد تحتاج إلى تعديل واجهة لسهولة التكيف التحفيز والتعرف السريع على CMAP وSMUP الردود.
لقد استخدمت سابقا تقنيات CMAP ووصف المناعية هنا للسماح التقييم السريع واستنساخه من الوركي العضلات معصب من أطرافهم هند في الفئران خلال فترة ما بعد الولادة المبكرة إلى مرحلة البلوغ 5. هذه التقنيات تتيح تقييم في نماذج الماوس عند اختبار السلوكية لوظيفة الحركية غير ممكن أو أقل يمكن الاعتماد عليها. تطبيق هذه التقنية على الفئران حديثي الولادة يسهل دراسة تطوير وحدة المحرك وديه القدرة على توسيع فهمنا للتعصيب الخلايا العصبية الحركية والتقليم. على سبيل المثال، لقد أظهرنا أن عدد الوحدات الحركية الوظيفية سجلت مع المناعية ستزيد خلال تشذيب من polyneuronal إلى تعصيب mononeuronal خلال أسبوعين الأولالصورة من الحياة في الفئران حديثي الولادة 5. القدرة على اختبار الفئران على مدى فترات طويلة من الزمن مع هذه التقنية يفسح المجال لدراسة استجابة وحدة المحرك لإصابة الأعصاب الطرفية، والاضطرابات العصبية والعضلية وراثية والشيخوخة.
The authors have nothing to disclose.
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).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
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 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved