نموذج الفئران من تدريب عضلات بواسطة التنبيه الكهربائي العصبي العضلي

الهدف العام من هذا الإجراء هو توضيح نموذج فأري لتدريب العضلات باستخدام التحفيز الكهربائي العصبي العضلي. ويتم تحقيق ذلك أولاً عن طريق تطويع قطب كهربائي سطحي متاح سريرياً ومصمم للاستخدام البشري ليصبح قطباً سطحياً يمكن استخدامه في الفئران، ثم تخدير الحيوان ووضعه في الوضعية المناسبة للتحفيز. بعد ذلك، يتم وضع القطب السطحي مباشرة فوق العصب الشظوي العميق في المنطقة القاصية مباشرة بالنسبة لرأس العظم الشظوي.

تتمثل الخطوة النهائية في تنفيذ بروتوكول تحفيز العضلات القابضة الأمامية. وفي النهاية، يُظهر التحليل النسيجي زيادة في التوعية الدموية للعضلات الهيكلية، كما تُظهر اختبارات الانقباض في الموقع زيادة في ذروة القوة الساتانية. مرحباً، اسمي فابريزيو.

أنا أستاذ مساعد في قسم الطب الفيزيائي وإعادة التأهيل بجامعة بيتسبرغ ومدير مختبر إعادة التأهيل الخلوي. سنقوم اليوم بعرض نموذج محاكاة للتدريب العضلي باستخدام التحفيز الكهربائي العصبي العضلي. في الجزء الأول من هذا العرض، سنوضح لكم كيفية تعديل قطب كهربائي سطحي متاح سريريًا لتحويله إلى قطب كهربائي يمكن استخدامه لتحفيز العضلات الهيكلية في الفئران.

في الجزء الثاني، سنوضح كيفية تنفيذ بروتوكول التحفيز الكهربائي العصبي العضلي هذا في تجاربكم، وكيفية تطوير نماذج حيوانية تحاكي هذه الأنماط بدقة. إن استخدام العيادة أمر مهم لأنه يمكن أن يساعدنا في الإجابة على أسئلة تتعلق بفيزيولوجيا العضلات الهيكلية، مثل كيف يؤدي تنشيط العضلات إلى تحفيز استجابات تحويل ميكانيكي، ويمكننا دراسة ذلك على المستويات الجزيئية والخلوية والنسيجية. مرحبًا، اسمي ريكاردو فيراري.

أنا طالب دكتوراه في قسم العلاج الطبيعي بجامعة بيتسبرغ. يُعد التحفيز الكهربائي للعضلات إجراءً شائعاً يُستخدم في العيادات لزيادة قوة العضلات وتحسين التئامها. ومع ذلك، لا تزال هناك العديد من التساؤلات قائمة حول المعايير المثلى التي ينبغي استخدامها.

قد يساعد هذا النموذج الحيواني في تطوير بروتوكولات تحفيز كهربائي محددة للاستخدام في السياق السريري. لتحضير القطب الكهربائي، ابدأ بثني دبوسين ذهبيين بطول 6 mm بزاوية 90 درجة. بعد ذلك، قم بتعرية حوالي 7 cm من سلكين نحاسيين عن طريق إزالة العزل الخارجي.

قم بعد ذلك بلحام الأسلاك الممتدة من الموصلات بالدبوسين الذهبيين، واللذين يبتعدان عن بعضهما بمسافة 3.5 مليمتر تقريبًا. بعد ذلك، ضع أنبوب انكماش حراري فوق نقطة الاتصال بين الأسلاك النحاسية والدبابيس الذهبية لأغراض العزل والتثبيت، ثم سخّن أنبوب الانكماش، وتأكد من أن الدبابيس الذهبية متوازية مع بعضها البعض وثبتها في لوحة الدائرة بحيث تكون الرؤوس محاذية. بعد ذلك، اغمر الدبابيس في عدة طبقات من الإيبوكسي الشفاف، مع ترك الإيبوكسي يجف تمامًا بين كل طبقة وأخرى، وفي النهاية، قم بصنفرة الإيبوكسي للكشف عن رؤوس الدبابيس الذهبية.

بعد ذلك، استخدم مقياس الجهد (volt meter) للتأكد من عدم وجود تماس كهربائي (short circuit) في الأسلاك. ثم استخدم أنابيب بلاستيكية لعزل الدبابيس المعدنية للموصل السلكي الأنثوي ثنائي الاتجاه. بعد ذلك، قم بتوصيل أسلاك القطب الكهربائي من جهاز NMES بالموصل السلكي الأنثوي ثنائي الاتجاه.

تمت مراجعة جميع الإجراءات والموافقة عليها من قبل لجنة الرعاية والمؤسسية لاستخدام الحيوانات (Iacuc) بجامعة بيتسبرغ، ونُفذت في برامج ومرافق معتمدة من قبل PHS Assured وalac. International. يتم تخدير الحيوان عبر استنشاق isof fluorine، ويجب أن يظل الحيوان تحت التخدير طوال جلسة NMES.

يجب التأكد من التخدير باستخدام اختبار منعكس تمدد إصبع القدم. ثم ضع الحيوان في وضعية الاستلقاء الجانبي. بعد ذلك، قم بحلاقة الطرف الخلفي، ومسحه بالكحول، ومسح القطب الكهربائي بمحلول مبيض بتركيز 3%.

بعد ذلك، وباستخدام الماء، حدد معاملات التحفيز بما في ذلك مدة النبضة البالغة 150 microseconds وتردد قدره 50 PP s. ثم اضبط وقت التحفيز على خمس ثوانٍ مع فترة تزايد تدريجي (ramp up) مدتها 0.5 second وفترة تناقص تدريجي (ramp down) مدتها 0.5 second. سيتيح ذلك للعضلة التكيف تدريجياً مع التحفيز ويكون أكثر راحة للحيوان.

بعد ذلك، اضبط وقت الراحة بين الانقباضات على 10 ثوانٍ. يمكن تعديل هذه المدة بناءً على التأثير المطلوب، ولكن تقليل أوقات الراحة سيؤدي إلى تسريع حدوث الإجهاد العضلي. بعد ذلك، قم بتعقيم القطب الكهربائي باستخدام مبيض بتركيز 3% ثم بالماء، وضع الجل الموصل على القطب لتحفيز عضلات المقصورة الأمامية، بما في ذلك العضلة الظنبوبية الأمامية والعضلة باسطة الأصابع الطويلة؛ ضع القطب السطحي مباشرة فوق العصب الفخذي العميق للحيوان الموجود أسفل اللقمة الفخذية الوحشية مباشرة.

يتم تأكيد وضع القطب الكهربائي عندما يؤدي التحفيز إلى حدوث عطف ظهري كامل للكاحل وبسط كامل للأصابع. ومن ناحية أخرى، فإن العطف الظهري لمشط القدم دون بسط الأصابع يشير إلى تحفيز العضلة الظنبوبية الأمامية فقط. بعد ذلك، ابدأ شدة التحفيز الكهربائي العصبي العضلي (NMES) عند 9 mA، وأكمل مجموعتين من الانقباضات بمجموع 20 انقباضاً مع فترة راحة مدتها 5 دقائق بين المجموعات؛ وخلال فترة الراحة، يتم إجراء التحفيز للطرف المقابل.

ضع الحيوان الآن في غرفة التعافي. بعد أربعة أسابيع من التحفيز الكهربائي للعضلات غير الموجه (NMES) في فئران MDX ذات المشية المتمايلة التي تتراوح أعمارها بين ثلاثة إلى خمسة أشهر، يكشف صبغ العضلات الهيكلية بالهيماتين والإيوسين عن عدم وجود زيادة في عدد الألياف ذات النوى المركزية عند مقارنتها بنظيراتها من مجموعة الضبط غير المحفزة. يشير هذا إلى أن تطبيق NMES لا يحفز سلسلة التحلل والتجدد.

يكشف الكشف المناعي النسيجي لـ CD 31، باعتباره مؤشراً للخلايا البطانية، أنه مقارنة بفئران المجموعة الضابطة التي لم تتلقَّ أي تحفيز، أدى التحفيز الكهربائي العصبي العضلي (NMES) لمدة أربعة أسابيع إلى تحفيز تكوين أوعية دموية بشكل ملحوظ في العضلة المعالجة. يوضح هذا الشكل زيادة قوة التوتر القصوى في العضلات المعالجة بـ NMES مقارنة بالعضلات غير المعالجة في المجموعة الضابطة. بمجرد إتقان هذه التقنية، يجب أن يستغرق استكمال البروتوكول حوالي 15 دقيقة لكل حيوان.

الجزء الأكثر صعوبة في هذا البروتوكول هو إيجاد الموضع الصحيح للقطب الكهربائي لاستحثاث الاستجابة العضلية المطلوبة. شكراً للمشاهدة. يرجى عدم التردد في التواصل مع مختبرنا في حال وجود أي استفسارات.