Nöromüsküler Elektriksel Stimülasyon tarafından Kas Eğitimi A Mürin Modeli

Ambrosio, F., Fitzgerald, G. K., Ferrari, R., Distefano, G., Carvell, G. A Murine Model of Muscle Training by Neuromuscular Electrical Stimulation. J. Vis. Exp. (63), e3914, doi:10.3791/3914 (2012).

Nöromüsküler elektriksel stimülasyon (NMES) yaygın olarak ² korumak veya ^3-5 kas fonksiyonel kapasitesini artırmak, ¹ geri yüklemek için kullanılan yaygın bir klinik yöntemidir. Iskelet kasının Transkutanöz yüzey stimülasyonu böylece motor ünitesi ve çevresindeki kas liflerinin heyecanı inducing bir katot ve anot arasında bir akım akışı, içerir.

NMES çeşitli nedenlerden dolayı iskelet kas adaptif yanıtları değerlendirmek için cazip bir yöntemdir. Birincisi bu myofiber hipertrofi ve kas güçlendirme ^6, anjiogenez ^7-9, büyüme faktörü salgılanması ^9-11, ve kas öncü hücre aktivasyonu ¹² gibi fizyolojik adaptasyon, iyi belgelenmiş olduğu bir tekrarlanabilir deneysel bir model sunar. Bu tür fizyolojik yanıtlar dikkatle stimülasyon farklı parametreler (Cochrane için, ¹³⁾ kullanılarak titre edilebilir. Buna ek olarak, acemi NMESmotor birimleri non-selektif ve bir uzaysal olarak sabitlenir ve geçici olarak senkronize bir şekilde ^14, tüm liflerinin bir tedavi etkisi uygulayabilen bir avantaj sunar, bağımsız olarak fiber tip. Periferik venöz bozukluklar veya malignite dahil olmak üzere klinik popülasyonlarda NMES için belirtilen kontrendikasyonlar olmasına rağmen, örneğin, NMES hatta hasta ve / veya yatalak olanlar için ve sıkı egzersiz zor olabilir hangi popülasyonlar için, güvenilir, uygulanabilir.

Burada, ticari olarak mevcut elektrotlar adapte ve bir sıçan modelinde kullanılarak bir NMES protokolü gerçekleştirmek için protokol göstermektedir. Bu hayvan modeli bir klinik kullanıma cihazı kullanan ve istenen kas kasılma etkisini ortaya çıkarmak için elektrot yerleştirme ile ilgili anında geribildirim sağlama avantajına sahiptir. Bu yazının amacı için, bir farenin arka ayakların ön kompartman kaslarının kas stimülasyonu için protokol anlatacağız.

1. Elektrot Hazırlanması

• Vektör devre kartı bir 1 cm x 1 cm bölümü kesin.
• Dışında yaklaşık 3.5 mm aralıklı iğneli, bir başkan yardımcısı tutuş kullanarak 2 wirewrap pimleri stabilize. Pim çatallı uçları yukarı dönük olmalıdır.
• Kargaburnu pense kullanarak, yaklaşık yarım uzunluğu boyunca 90 ° açıyla iğne wirewrap bükün.
• Tel izolasyon sıyırma tarafından konektörler, kurşun bağlantısı yaklaşık 7 cm'lik bakır teller Açığa.
• Bir wirewrap pimlerin çatallı ucuna lehim bakır tel biri. Diğer wirewrap pin için lehim işlemi tekrarlayın.
• Izolasyon ve istikrarı sağlamak üzere bakır kablo ve altın iğneli arasındaki lehimli bağlantı az şirink tüplerde çekin. Lehimleme ucu kullanarak tüp ısıtın.
• Breadboard devre komşu açıklıklara wirewrap pinlerinin unsoldered ipuçları yerleştirin.
• Wirewrap pinleri birbirine paralel ve st olduğundan emin olunyönetim kurulu ile yerleştirildiğinde ipuçları aynı mesafede bulunan bu tür breadboard üzerinden ick.
• Net epoksi içinde iğne lehimli biter Embed. Epoksi yaklaşık 10 dakika boyunca kurumaya bırakınız, veya tamamen kuru kadar.
• Pimleri ve vektör devre tamamen kurşun teller için yapısal bütünlüğünü ve gerilimin azaltılmasını sağlamak amacıyla gömülü kadar epoksi uygulaması tekrarlayın.
• Altın iğne uçları ortaya çıkarmak için metal bir dosya kullanarak epoksi aşağı Kum.
• Kablolarının düzgün süreklilik var, iki kahramanın elektriksel kısa devre olmadığından emin olun ve bir multimetre kullanın
• Elektrot kadın 2 yönlü telli bağlayıcı (Pomona kablonuzla) için NMES cihazdan açar takın.

2. Hayvan Hazırlık

• Hayvanlar% 100 O ₂ gaz% 2 isofluorane (Abbott Laboratories, North Chicago, IL) ile inhalasyon yoluyla anestezi uygulanmıştır. Hayvan t boyunca anestezi kalmalıdırO oturumda NMES.
• Başlamadan önce NMES protokolü hayvan tam anestezi olmasını sağlamak için bir ayak tutam gerçekleştirin.
• Hayvan düzenli anestezi düzeyi yeterlidir sağlamak için uyarılara yanıt için kontrol edilmelidir. Gerektiğinde anestezi ayarlanması gerekmektedir. Uyarılmış bacak, solunum derinliği değişiklikler ve mukoza renk dışındaki Hareketi tüm anestezi derinliği izlemek için düzenli olarak değerlendirilmelidir.
• Lateral pozisyonda hayvan yerleştirin.
• İşlem sırasında kornea kurutma önlemek üzere gözlere oftalmik yağlayıcı.
• Tedavi edilecek bacak alanı Tıraş ve alkol ile silin.
• Su ile yıkayın, daha sonra% 3 çamaşır suyu ile elektrot silin.
• Elektrot uygulanacak sitesi üzerinden jel iletken bir katman uygulayın. Elektrot ve deri arasında akımı sağlamak için NMES protokolü boyunca gerektiği gibi yeniden uygulayın.
• Bir ısı lambası or dolaşan su örtüsü, normal çekirdek vücut aralıkları korumak için kullanılmalıdır.
• Not: Tüm prosedürleri incelenmiş ve onaylanmış Pittsburgh Üniversitesi Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi tarafından temin PHS ve AAALAC Int yapılmıştır. akredite programı ve tesisleri.

3. Uyarım

• Elektrot yerleşimi:
  • Tibialis anterior ve ekstansör digitorum longus kas dahil olmak üzere ön kompartman kasları, uyarılması için, doğrudan peroneal sinirin distal dalı kapalı hayvanın derin fibula sinir üzerinde yüzey elektrodu yerleştirin ve sadece ön bulunur fibula başında.
  • Stimülasyon tam ayak bileği dorsifleksiyon ve rakamlardan tam ekstansiyon elicits zaman ön kompartman kaslarının uyarılması için, elektrot yerleştirme doğrulanır. Diğer taraftan, dorsifleksiyon, basamaklı bir uzantısı yokluğunda göstermektedir ki, sadece ön tibialisrior kas uyarılmış edilmektedir. Bu tür bir hedef, kontraktil tepkisi çalışma tasarımına bağlı olarak, arzu edilebilir.
  • Başlangıç ​​sırasında oluşan bir serbest hareket eden, konsantrik fazı, ~ 0.5 saniye: kas kasılması stimülasyon 2 evreye ayrılır. Bu ilk aşamasında, pençe maksimal dorsifleksiyon ve basamaklı uzantısı bir dinlenme pozisyonundan hareket. Stimülasyon ikinci aşaması sonu aralık dorsifleksiyon haneli uzantısı sürdürülebilir bir izometrik kasılma olduğunu.
• Uyarım parametreleri:
  • Bu NMES modeli geleneksel NMES 2 kanal (bkz. Tablo) sağlayan 300 PV Empi işlevli elektroterapi cihazı kullanmaktadır. Bu modelde amaçları için, sadece 1 kanalı kullanılır.
  • Kullanılan parametreler simetrik dalga, 150 ms'den bir darbe süresi ve 50Hz bir frekans içerir. Stimülasyon süresi 0.5 saniye rampa aşağı yukarı 0.5 saniye rampa ile, 5 saniye olarak ayarlanır. Bu, kas accli daha yavaş yavaş sağlayacakstimülasyon dostum. Mevcut protokolde, kasılmalar arasında zaman kapalı 10 saniye olarak ayarlandı, ancak bu istenilen etkiye bağlı olarak ayarlanabilir. Kez kapalı azalmış kas yorgunluğu daha hızlı başlamasına neden olacaktır. Bu stimülasyon parametreleri önemli iskelet kası hasarı ^{1, 15, 16} neden olmadan, nöromüsküler elektrik stimülasyonu kullanarak kas gücünü artırmak için tasarlanmış klinik protokollere dayalı idi.
  • Fareler set arasında 5 dakikalık bir dinlenme ile, 10 kasılmaları iki set tamamlamak.
  • Yetişkin hayvanlar için, NMES yoğunluğu tipik olarak 9 mA başlatılır. Bizim deneyim, bu uyarım hemen ardından gözle görülür bir yürüme bozukluğu yol açmaz maksimal başlangıç ​​yoğunluğuna yaklaşık değerlerdir. Müteakip NMES seans, yoğunluğu 1 mA tarafından hayvanlara 20 tam dorsiflexions tamamlamak için mümkün olan her seferinde artar.
• Stimülasyon protokolü ve Reco tamamlanmasını takibenÇok anestezi, hayvanlar genellikle normal bir yürüyüş ve duruş göstermek. Yürüme NMES programı süresince yerinde idi kalmalıdır.

4. Temsilcisi Sonuçlar

Vahşi Tipi (B6/10), B6.SCID ve mdx / SCID fareleri: Bu makalede açıklanan NMES protokolü dahil olmak üzere birçok fare suşları, uygulamaya konmuştur. 3-5 ay içerisinde 4 hafta (20 seans) üzerinden yapılan NMES Temsilcisi sonuçları eski mdx / SCID sunulmaktadır.

Hayvanlar insanca anestezi altında ise servikal dislokasyon ile ötenazi uygulandı. Tibialis anterior kas 2 metil-bütan sıvı azot içinde ön-soğutulur ve -80 ° C'de C hasat ve hemen donduruldu Seri kesitler (10 mikron) elde edilen ve slaytlar üzerine monte edildi. İstatistiksel analizler (SPSS v19.0 yazılım) standart istatistiksel yazılım paketleri kullanılarak yapıldı. İlk olarak, Levene testi olmadığını orada wa değerlendirmek için kullanılanVaryansların s eşitliği. Bağımsız örneklem t-testi sonra NMES ve Kontrol gruplar arasındaki farklılıkları araştırmak amacıyla yapıldı.

Hematoksilen ve Eosin (H & E) lekeleri NMES protokolü distrofik kas artmış yaralanmaya neden olup olmayacağını araştırmak için yapıldı. Bir bölümüne seçildi ve resimler bir ışık mikroskobu (Nikon Eclipse E800; Nikon, Japonya) kullanılarak elde edilmiştir. Rejenerasyon indeksi anlamlı bir artış (merkezi çekirdekli liflerin sayısı vardı geliştirilmiş bir görüntü analiz yazılımı, Resim J. - elyaf ve merkezi çekirdeği olan liflerin sayısı toplam sayısı elle Ulusal Sağlık Enstitüsü (NIH) kullanılarak sayıldı Şekil 1); / NMES sunulan hayvanlarda liflerin sayısı), kontroller olarak (p = 0,802 ile karşılaştırıldığında. Bu NMES uygulama distrofik hayvanlarda görülen dejenerasyonu-rejenerasyon kaskadı artmaz gösterdiğini ve bu nedenle olası değildirartmış bir kas yara endükledikten edilmesi.

CD31 için immünofloresan boyama kas vaskülaritesi üzerine 4 haftalık NMES protokolü etkisini araştırmak amacıyla yapıldı. Kısaca, kas bölümleri formalin% 4 oranında sabit ve% 5 At Serumu (HS) ile bloke edildi. Kesitler, bir sıçan anti-fare primer antikor (% 5 HS 1:300 seyreltme) ile inkübe edildi ve bir 555-etiketli keçi anti-sıçan sekonder antikor (% 5 HS 1:300 seyreltme) ile muamele edildi. CD31 pozitif hücrelerinin toplam sayısını ölçmek için, bir bölüm seçilmiş ve floresan mikroskop (Nikon Eclipse E800, Japonya) ile fotoğraflandı. Kılcal damarların toplam sayısı elle Kuzey Eclipse Yazılım (Empix Imaging Inc) kullanılarak sayıldı. NMES protokol olarak iskelet kas anjiyogenez teşvik tarif belirten; kontroller (Şekil 2 p <0.01) ile karşılaştırıldığında NMES sunulan hayvanlarda CD31 pozitif hücrelerin sayısı önemli bir artış vardı.

in situ kontraktil test sisteminde: dört haftalık bir NMES protokolü tamamlanmasından sonra, ön kompartman kas kasılma test in situ test cihazı (Model 809B, Aurora Scientific Inc, Kanada), uyarıcısı (Model 701C, Aurora Scientific Inc bir kullanılarak gerçekleştirildi , Kanada) ve kuvvet dönüştürücü (Aurora Scientific Inc, Kanada). Kısaca, anestezi hayvanların peroneal sinir diz lateralinde küçük bir kesi ile izole edildi. Fareler daha sonra bir platform üzerine yerleştirildi ve yatar test edilen ayak ayak levhasının üzerine yerleştirildi. Test için kullanılan bacak diz ve ayak üzerinde bez bant ile stabilize edildi. Kaslar derinin altına yerleştirilen bir kanca elektrotlar kullanılarak uyarıldı. Tetanik kas kasılması, 4 haftalık NMES protokolü kas yürürlükte gelişmelere neden olup olmayacağını araştırmak için 350ms için 150Hz frekansında test edildi. Sonuçlar ıslak kas ağırlığı normalize edildi. Tetan yılında yaklaşık% 30 artış olduaçıklanan protokol düşündüren denetimleri (p = 0.005) (Şekil 3) ile karşılaştırıldığında NMES sunulan hayvanların ic kasılması, mdx / SCID hayvanlarda iskelet kas gücünü artırır.

NMES 4 hafta sonra A) tedavi verilmeyen kontrol, B). Şekil distrofik 1 Hematoksilen & Eosin iskelet kas boyama (mdx) / bağışık yetmezliği olan farelere (4-5 ay) (10x büyütme).

Şekil 2. Distrofik iskelet kası (mdx) / bağışık yetmezliği olan farelere (4-5 ay) (20x büyütme) A) tedavi edilmemiş kontrol iskelet kası vaskülarite bir göstergesi olarak CD31 immünofloresan (kırmızı), B) 4 hafta sonra NMES.

Şekil 3. Kontraktil testiön kompartman kontrol kas ve 4 hafta süreyle NMES ile muamele edilen hayvanların. MNm = milli Newton metre. büyük rakam görmek için buraya tıklayın .

Bu sonuçlar NMES bizim gelişmiş sıçan modelinde iskelet kas anjiyogenez (Şekil 2) ve güçlendirme (Şekil 3) arttırır fakat iskelet kas hasarı (Şekil 1) neden olmadığını düşündürmektedir.

Burada tarif edilen uyarılması parametreleri ön kompartman kas aşırı bir kas indüklemek için dizayn edilmiş olduğu not edilmelidir. Klinik senaryolar için olduğu gibi, elektrot yerleştirme NMES üzere kas tepkisi lif tipi bileşimine bağlı olarak, farklı olabilir, ancak, başka kas grupları uyarmak için ayarlanabilir. NMES süresi, tedavi seans sayısı ve tekrar sayısı ve toplam tasarım eğitimine göre modifiye edilebilir.

Herhangi bir protokol ile olduğu gibi, bu yöntem not edilmelidir sınırlamaları vardır. Bu çalışmada, stimülasyon derin fibula sinir üzerinde yapıldı. Ancak, klinikte, stimülasyon ilar genellikle motor ünitesi uygulandı. Hayvan modeli, sinir stimülasyonu tam kas kasılması ortaya çıkarmak için daha düşük bir yoğunluğu gerektirecektir. Sunulduğu gibi modelin bir diğer kısıtlılığı hayvanlar anestezi olduğu göz önüne alındığında, NMES uygulama sırasında bilgilere ilişkin konfor seviyesi elde etmek mümkün olmasıdır. Bu nedenle, bir klinik popülasyonda karşılaştırılabilir yoğunluklarının tolere değerlendirmek için zordur. Ancak, histolojik sonuçları açıklandığı gibi, kas hasarı teşvik etmez, bizim NMES modeli öneriyoruz.

Yaygın klinikte uygulanan yöntemler tedavi müdahalelerine karşı hücresel ve moleküler yanıtların daha iyi anlaşılması için olanak yararlı laboratuar araçları ile bize taklit hayvan modellerinin geliştirilmesi. Ayrıca, bu modellerin her ikisi de mevcut rehabilitasyon protokolleri rafine ve yeni göstergeler geliştirmek için klinik öncesi çalışmalar yapmak yararlıdır.

Biz ifşa hiçbir şey yok.

Bu çalışma Rehabilitasyon Araştırma Eğitim Fiziksel ve Mesleki Terapistler Kapsamlı Fırsatlar (K12 HD055931), Fizik Tedavi ve Pittsburgh Claude D. Biber Yaşlı Amerikalılar Bağımsızlık Merkezi Vakfı (P30 AG024827 Sağlık (NIH) K12 Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından finanse edildi ).

1. Snyder-Mackler, L., Delitto, A., Bailey, S.L., & Stralka, S.W. Strength of the quadriceps femoris muscle and functional recovery after reconstruction of the anterior cruciate ligament. A prospective, randomized clinical trial of electrical stimulation. Journal of Bone & Joint Surgery - American Volume. 77 (8), 1166-73 (1995).
2. Gibson, J.N., Smith, K., & Rennie, M.J. Prevention of disuse muscle atrophy by means of electrical stimulation: maintenance of protein synthesis. Lancet. 2, 767-70 (1988).
3. Malatesta, D., Cattaneo, F., Dugnani, S., & Maffiuletti, N.A. Effects of electromyostimulation training and volleyball practice on jumping ability. Journal of Strength & Conditioning Research. 17 (3), 573-9 (2003).
4. Maffiuletti, N.A., Dugnani, S., Folz, M., Di Pierno, E., & Mauro, F. Effect of combined electrostimulation and plyometric training on vertical jump height. Med. Sci. Sports Exerc. 34, 1638-44 (2002).
5. Pichon, F., Chatard, J.C., Martin, A., & Cometti, G. Electrical stimulation and swimming performance. Med. Sci. Sports Exerc. 27, 1671-6 (1995).
6. Gondin, J., Guette, M., Ballay, Y., & Martin, A. Electromyostimulation training effects on neural drive and muscle architecture. Med. Sci. Sports Exerc. 37, 1291-9 (2005).
7. Mathieu-Costello, O., Agey, P.J., Wu, L., Hang, J., & Adair, T.H. Capillary-to-fiber surface ratio in rat fast-twitch hindlimb muscles after chronic electrical stimulation. Journal of Applied Physiology. 80 (3), 904-9 (1996).
8. Ebina, T., Hoshi, N., Kobayashi, M., et al. Physiological angiogenesis in electrically stimulated skeletal muscle in rabbits: characterization of capillary sprouting by ultrastructural 3-D reconstruction study. Pathology International. 52 (11), 702-12 (2002).
9. Zhao, M., Huai, B., Wang, E., Forrester, J.V., & McCaig, C.D. Electrical stimulation directly induces pre-angiogenic responses in vascular endothelial cells by signaling through VEGF receptors. Journal of Cell Science. 117, 397-405 (2004).
10. Nagasaka, M., Kohzuki, M., Fujii, T., et al. Effect of low-voltage electrical stimulation on angiogenic growth factors in ischaemic rat skeletal muscle. Clinical & Experimental Pharmacology & Physiology. 33 (7), 623-7 (2006).
11. Brutsaert, T.D., Gavin, T.P., Fu, Z., et al. Regional differences in expression of VEGF mRNA in rat gastrocnemius following 1 hr exercise or electrical stimulation. BMC Physiology. 2, 8 (2002).
12. Putman, C.T., Dusterhoft, S., & Pette, D. Changes in satellite cell content and myosin isoforms in low-frequency-stimulated fast muscle of hypothyroid rat. Journal of Applied Physiology. 86 (1), 40-51 (1999).
13. Monaghan, B., Caulfield, B., & O'Mathuna, D.P. Surface neuromuscular electrical stimulation for quadriceps strengthening pre and post total knee replacement. Cochrane Database Syst. Rev., CD007177 (2010).
14. Jubeau, M., Gondin, J., Martin, A., Sartorio, A., & Maffiuletti, N.A. Random motor unit activation by electrostimulation. Int. J. Sports Med. 28, 901-4 (2007).
15. Piva, S.R., Goodnite, E.A., Azuma, K., et al. Neuromuscular electrical stimulation and volitional exercise for individuals with rheumatoid arthritis: a multiple-patient case report. Physical Therapy. 87 (8), 1064-77 (2007).
16. Delitto, A., Rose, S.J., McKowen, J.M., Lehman, R.C., Thomas, J.A., & Shively, R.A. Electrical stimulation versus voluntary exercise in strengthening thigh musculature after anterior cruciate ligament surgery.[erratum appears in Phys Ther 1988 Jul;68(7):1145]. Physical Therapy. 68 (5), 660-3 (1988).

0 Comments

You must be signed in to post a comment. Please sign in or create an account.