يوفر التصوير العضلي للمعاوقة الكهربائية (EIM) طريقة قوية لتقييم حالة العضلات ، مما قد يمكن من تشخيص الاضطرابات العصبية العضلية ، وتتبع تطور المرض ، وتقييم الاستجابة للعلاج1،2،3. يمكن تطبيقه بشكل مماثل على نماذج الأمراض الحيوانية والبشر ، مما يسمح بترجمة سلسة نسبيا من الدراسات قبل السريرية إلى الدراسات السريرية. يمكن الحصول على قياسات EIM بسهولة باستخدام أربعة أقطاب كهربائية موضوعة خطيا ، حيث يطبق القطبان الخارجيان تيارا كهربائيا ضعيفا وغير مؤلم عبر مجموعة من الترددات (عادة بين 1 كيلو هرتز وحوالي 2 ميجاهرتز) ، ويسجل الاثنان الداخليان الفولتية الناتجة1. من هذه الفولتية ، يمكن الحصول على خصائص مقاومة الأنسجة ، بما في ذلك المقاومة (R) ، وهو مقياس لمدى صعوبة مرور التيار عبر الأنسجة ، والمتفاعل (X) أو "قابلية الشحن" للنسيج ، وهو مقياس يتعلق بقدرة الأنسجة على تخزين الشحنة (السعة). من التفاعل والمقاومة ، يتم حساب زاوية الطور (θ) عبر المعادلة التالية:
، مما يوفر مقياسا واحدا للمعاوقة التحصيلية. يمكن الحصول على هذه القياسات باستخدام أي جهاز معاوقة بيولوجية متعدد الترددات. نظرا لأن الألياف العضلية هي في الأساس أسطوانات طويلة ، فإن الأنسجة العضلية هي أيضا متباينة للغاية ، حيث يتدفق التيار بسهولة أكبر على طول الألياف مقارنة عبرها 4,5. وبالتالي ، غالبا ما يتم إجراء EIM في اتجاهين: مع وضع الصفيف على طول الألياف بحيث يعمل التيار بالتوازي معها ، وعبر العضلات بحيث يتدفق التيار عموديا عليها. بالإضافة إلى ذلك ، في القياسات خارج الجسم الحي ، حيث يتم قياس حجم معروف من الأنسجة في خلية قياس المعاوقة ، يمكن اشتقاق الخصائص الكهربائية المتأصلة للعضلة (أي الموصلية والسماحية النسبية) ،6.
يعرف مصطلح "الاضطرابات العصبية العضلية" مجموعة واسعة من الأمراض الأولية والثانوية التي تؤدي إلى تغيير العضلات الهيكلية واختلال وظائفها. وهذا يشمل التصلب الجانبي الضموري وأشكال مختلفة من ضمور العضلات ، وكذلك التغيرات الأبسط المتعلقة بالشيخوخة (على سبيل المثال ، ساركوبينيا) ، أو ضمور عدم الاستخدام (على سبيل المثال ، بسبب الراحة الطويلة في الفراش أو الجاذبية الصغرى) أو حتى الإصابة7. في حين أن الأسباب وفيرة ويمكن أن تنشأ من الخلايا العصبية الحركية أو الأعصاب أو التقاطعات العصبية العضلية أو العضلات نفسها ، يمكن استخدام EIM للكشف عن التغيرات المبكرة في العضلات بسبب العديد من هذه العمليات وتتبع التقدم أو الاستجابة للعلاج. على سبيل المثال ، في المرضى الذين يعانون من ضمور العضلات دوشين (DMD) ، ثبت أن EIM يكتشف تطور المرض والاستجابة للكورتيكوستيرويدات8. وقد أظهرت الأبحاث الحديثة أيضا أن EIM حساسة لحالات عدم الاستخدام المختلفة ، بما في ذلك الجاذبية الجزئية9 ، كما هو الحال على القمر أو المريخ ، وآثار الشيخوخة10,11. أخيرا ، من خلال تطبيق خوارزميات التنبؤ والتعلم الآلي على مجموعة البيانات التي تم الحصول عليها مع كل قياس (بيانات متعددة الترددات ومعتمدة على الاتجاه) ، يصبح من الممكن استنتاج الجوانب النسيجية للأنسجة ، بما في ذلك حجم الألياف العضلية12,13 ، والتغيرات الالتهابية والوذمة 14 ، والنسيج الضام ومحتوى الدهون15,16.
كما تستخدم العديد من الطرق الأخرى غير الغازية أو طفيفة التوغل لتقييم صحة العضلات لدى البشر والحيوانات ، بما في ذلك تخطيط كهربية العضلات بالإبرة17 وتقنيات التصوير مثل التصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي المحوسب والموجات فوق الصوتية18,19. ومع ذلك ، يوضح EIM فوائد متميزة مقارنة بهذه التقنيات. على سبيل المثال ، يسجل تخطيط كهربية العضلات فقط الخصائص الكهربائية النشطة لأغشية الألياف العضلية وليس الخصائص السلبية ، وبالتالي لا يمكن أن يوفر تقييما حقيقيا لتكوين العضلات أو بنيتها. في بعض النواحي ، ترتبط طرق التصوير ارتباطا وثيقا ب EIM ، لأنها توفر أيضا معلومات حول بنية الأنسجة وتكوينها. ولكن بمعنى ما ، فإنها توفر الكثير من البيانات ، مما يتطلب تجزئة مفصلة للصور وتحليل الخبراء بدلا من مجرد توفير ناتج كمي. وعلاوة على ذلك، ونظرا لتعقيداتها، تتأثر تقنيات التصوير أيضا تأثرا كبيرا بخصائص كل من الأجهزة والبرامج المستخدمة، مما يتطلب من الناحية المثالية استخدام أنظمة متطابقة بحيث يمكن مقارنة مجموعات البيانات. في المقابل ، فإن حقيقة أن EIM أبسط بكثير تعني أنها أقل تأثرا بهذه المشكلات الفنية ولا تتطلب أي شكل من أشكال معالجة الصور أو تحليل الخبراء.
يوضح البروتوكول التالي كيفية الأداء في الجسم الحي EIM في الجرذان والفئران ، باستخدام كل من التقنيات غير الغازية (الصفيف السطحي) وطفيفة التوغل (صفيف الإبرة تحت الجلد) ، بالإضافة إلى EIM خارج الجسم الحي على العضلات المستأصلة حديثا.