CMAP扫描MUNE（MScan）——一种新型运动单位数量估计（MUNE）方法

摘要

本方案描述了一种通过拟合复合肌肉动作电位的详细刺激-反应曲线来估算肌肉中功能性运动单位数量的新方法。该方法操作简便、分析快速，且具有良好的可重复性。

摘要

与其他运动单位计数估计（MUNE）方法类似，复合肌肉动作电位（CMAP）扫描MUNE（MScan）是一种无创性电生理学方法，用于估计肌肉中功能性运动单位的数量。MUNE是评估神经病变和神经元病变的重要工具。与目前使用的大多数MUNE方法不同，MScan通过将模型拟合到详细的刺激-反应曲线（即CMAP扫描）来评估肌肉中的全部运动单位，从而避免了基于少量运动单位样本外推所固有的偏差。与“贝叶斯MUNE”类似，MScan分析通过构建包含不同幅度、阈值及阈值变异性运动单位的模型来进行拟合，但其拟合方法截然不同，且可在五分钟内完成，而非数小时。MScan的离线分析分为两个阶段：首先，基于扫描数据点的斜率和方差生成一个初步模型；其次，通过调整所有参数，优化模型生成的扫描曲线与原始扫描曲线之间的拟合度，从而对模型进行精细化修正。

该新方法已在22名肌萎缩侧索硬化症（ALS）患者和20名健康对照者中进行了可重复性与记录时间的测试，每项测试均由两位不知情的医师各重复一次。MScan显示出色的组内和组间评定者可重复性，ICC值为 >0.98，变异系数平均为12.3 ± 1.6%。两名观察者之间的组内重复性无差异。平均记录时间为6.27 ± 0.27分钟。

本方案描述了如何记录复合肌肉动作电位（CMAP）扫描，以及如何使用MScan软件估算功能性运动单位的数量和大小。MScan是一种快速、便捷且可重复的方法，可能有助于神经肌肉疾病的诊断及疾病进展的监测。

引言

运动系统的运动依赖于运动单位，运动单位是指单个运动神经纤维及其所支配的肌纤维，而运动单位数量是指支配单块肌肉的前角细胞或轴突的数量¹。在失神经和再神经过程中，健康的轴突通过侧支芽生代偿已丧失功能的轴突。因此，复合肌肉动作电位（CMAP）波幅无法提供有关运动单位丢失程度的必要信息。只有当超过50%的运动单位丢失时，CMAP波幅才可能开始下降。同样，异常自发电活动或运动单位电位（MUP）改变的幅度也与失神经的程度无明确相关性。

总体而言，目前尚无一种电生理学技术能够简单、直接地测量运动单元数量。因此，通常采用运动单元数量估计值（MUNE）来评估下运动神经元的丢失情况²。自1971年McComas首次提出递增刺激MUNE法以来，已发展出多种MUNE方法³。大多数方法基于测量多个表面记录的运动单元电位（sMUP），并将最大复合肌肉动作电位（CMAP）幅值除以平均sMUP幅值。这类方法包括递增刺激法⁴、多点刺激法（MPS）⁵和峰电位触发平均法⁶。其他MUNE方法则采用基于运动单元对刺激反应的放电概率特性的统计学技术^7,8

方案

所有受试者必须在检查前签署书面知情同意书，且记录方案必须获得相应的地方伦理审查委员会批准。本文所述所有方法均经地区科学伦理委员会和丹麦数据保护局批准。

注意：记录是使用以下设备进行的 “TRONDNF” 记录协议是软件的一部分（参见材料表）。所使用的其他设备包括双极刺激器、50 Hz 噪声消除器、放大器和模数转换（A/D）板（建议配备音频放大器以反馈肌电图（EMG）活动，以及静音盒用于在电刺激期间切断声音）。采用 MScan 方法进行运动单元数量估计包含三个阶段：1）受试者准备（与神经兴奋性研究相同），2）记录复合肌肉动作电位（CMAP）扫描，3）使用 MScan 软件分析结果。以下所述的记录程序针对我们所使用的软件和仪器（参见 材料表）；这些参数需要根据其他软件和硬件进行调整。

1. 受试者的准备

1. 筛选受试者，确保其除将要研究的疾病组外，无神经系统疾病史（特别是神经病变和腕管综合征）。
2. 详细向受试者说明检查过程，并签署书面知情同意书。
   1. 告知受试者，记录开始后，功率将逐渐增加至最大值，随后逐步降低，检查过程大约需要5至6分钟。
   2. 说明受试者的手部和手指会产生瘙痒感。
   3. 告知受试者，若感到明显不适，可在记录过程中的任....

结果

在最近的一项研究中，MScan 方法与两种已建立的技术——多点刺激运动单位计数法（MPS）和运动单位数量指数（Munix）进行了比较，获得了以下结果¹³。结果表明，采用本方案所述技术可获得一致性高且重复性极佳的结果。该方法比复合肌肉动作电位（CMAP）能更早地区分肌萎缩侧索硬化症（ALS）患者与健康对照者，且操作快速简便¹³。这提示该方法可能适用于临床应用。

患者与健康对照组比较：在22例患者和20名健康受试者中总共进行了168次MScan记录，每位受试者由两名不同的观察者各进行一次记录。患者的运动单元中位数（32.4，范围：1 - 123.5）显著低于健康对照组（111.1，范围：71.75 - 166.8），p = 1.2 × 10^-6。

讨论

方案中的关键步骤：MScan 是一种高度自动化的操作流程，但与所有肌电图方法一样，需谨慎操作以获得一致的结果。在准备阶段，必须确保受试者充分放松，因为在复合肌肉动作电位（CMAP）扫描期间，自发性活动或运动伪迹会引入 CMAP 中的虚假变异，干扰初步模型的建立。

修改与故障排除：我们发现，将手指进行固定，并使用听觉肌电图反馈来帮助找到最佳的肢体位置，有助于避免某些变异。

该技术的局限性：由于CMAP扫描的采样点数量有限，以及反应和建模具有随机性，因此每次对同一记录进行分析后，无法期望得到完全相同的运动单元数量。即使在理想的记录条件下，MUNE值也难免存在约7%的绝对误差¹⁶。使用快速拟合程序时，结果的这种不确定性是不可避免的。MScan的另一个局限性在于其不适用于股四头肌和三角肌等近端肌肉。迄今为止，仅在拇短展肌中进行了应用¹³

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
QtracW 软件	Digitimer Ltd（版权归属：伦敦大学学院神经病学研究所）	QtracW
MScanFit	Digitimer Ltd（版权归属：伦敦大学学院神经病学研究所）	QtracW
DS5 双极刺激器	Digitimer Ltd	DS5
D440 放大器	Digitimer Ltd	D440-2（双通道）或 D440-4（四通道）
HumBug 噪声消除器	Digitimer Ltd	Humbug
模数转换（A/D）板卡	National Instruments	NI-6221