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Stimulierte Einzelfaser-Elektromyographie (SFEMG) zur Beurteilung der Übertragung neuromuskulärer Verbindungen in Nagetiermodellen

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DOI:

10.3791/66452

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8. März 2024

 ,  , 
1NextGen Precision Health, University of Missouri, 2Department of Physical Medicine and Rehabilitation, University of Missouri, 3Department of Neurology, University of Missouri, 4Department of Medical Pharmacology and Physiology, University of Missouri

In diesem Artikel

Zusammenfassung

In dieser Studie demonstrieren wir ein verfeinertes Single Fiber Electromyography (SFEMG)-Protokoll, um in vivo die Übertragung der neuromuskulären Verbindung (NMJ) in Nagetiermodellen zu messen. Es wird ein schrittweiser Ansatz für die SFEMG-Technik beschrieben, um die Quantifizierung der NMJ-Übertragungsvariabilität und des NMJ-Transmissionsversagens im Gastrocnemius-Muskel der Ratte zu ermöglichen.

Zusammenfassung

Als letzte Verbindung zwischen dem Nervensystem und den Muskeln ist die Übertragung an der neuromuskulären Verbindung (NMJ) entscheidend für die normale motorische Funktion. Die Einzelfaser-Elektromyographie (SFEMG) ist eine klinisch relevante und empfindliche Technik, die die Reaktionen des Aktionspotentials einzelner Muskelfasern während willkürlicher Kontraktionen oder Nervenstimulationen misst, um die NMJ-Übertragung zu beurteilen. Die Bewertung und Quantifizierung der NMJ-Übertragung umfasst zwei Parameter: Jitter und Blocking. Jitter bezieht sich auf die Variabilität des Timings (Latenz) zwischen aufeinanderfolgenden Einzelfaser-Aktionspotentialen (SFAPs). Blockieren bedeutet, dass die NMJ-Übertragung keine SFAP-Antwort initiieren kann. Obwohl SFEMG ein gut etablierter und sensitiver Test im klinischen Umfeld ist, ist seine Anwendung in der präklinischen Forschung bisher relativ selten. Dieser Bericht beschreibt die Schritte und Kriterien, die bei der Durchführung von stimuliertem SFEMG zur Quantifizierung von Jitter und Blockierung in Nagetiermodellen angewendet werden. Diese Technik kann in präklinischen und klinischen Studien eingesetzt werden, um Einblicke in die NMJ-Funktion im Kontext von Gesundheit, Altern und Krankheit zu gewinnen.

Einleitung

Die Einzelfaser-Elektromyographie (SFEMG) wurde ursprünglich in den 1960er Jahren von Stålberg und Ekstedt entwickelt, um Aktionspotentiale von einzelnen Muskelfasern zu identifizieren und zu analysieren, vor allem zur Untersuchung der Muskelermüdung1. SFEMG ist die sensitivste klinische Technik zur Beurteilung der Übertragung der neuromuskulären Verbindung (NMJ)2. Die SFEMG wird durch selektive Aufzeichnung von Einzelfaser-Aktionspotentialen (SFAPs) durchgeführt3. Die NMJ-Übertragung kann aufgrund von Faktoren wie dem Altern 4,5 und verschiedenen neuromuskulären Erkrankungen wie Myasthenia gravis und amyotropher Lateralsklerose beeinträchtigt sein6. Darüber hinaus können Erkrankungen wie Ischämie, Temperaturschwankungen und die Verwendung von neuromuskulären Blockern zu Mängeln in der NMJ-Übertragung führen, die sich in einer erhöhten NMJ-Übertragungsvariabilität und dem Auftreten von NMJ-Versagen äußern2.

Für die Erfassung von SFEMG gibt es zwei Ansätze: stimulierte und freiwillige SFEMG. Bei der freiwilligen SFEMG werden SFAPs von zwei NMJs aufgezeichnet, die vom selben motorischen Axon versorgt werden, wobei eine konzentrische Nadelelektrode verwendet wird, die in den zu testenden Muskel während der freiwilligen Aktivierung eingeführt wird7. Dementsprechend erfordert die freiwillige SFEMG die Mitarbeit des Probanden und kann nur niedrigschwellige motorische Einheiten (die während schwacher Kontraktionen aktiviert werden) beurteilen3. Stimulierte SFEMG verwendet ein Paar stimulierender Elektroden, um motorische Axone zu stimulieren, während SFAPs mit einer SFEMG-Nadelelektrode aufgezeichnet werden, die in den zu testenden Muskel eingeführt wird7.

Sowohl bei der freiwilligen als auch bei der stimulierten SFEMG sind Jitter und Blocking die beiden Parameter, die zur Beurteilung und Quantifizierung der NMJ-Übertragung herangezogen werden8. Jitter beschreibt die Variabilität im Timing (Latenz) zwischen aufeinanderfolgenden SFAPs. Während des freiwilligen SFEMG wird der Jitter quantifiziert, indem die Latenzunterschiede zwischen einem Paar von SFAPs (die vom selben motorischen Axon geliefert werden) während 50 bis 100 aufeinanderfolgender Entladungen bewertet werden. Während der stimulierten SFEMG wird der Jitter quantifiziert, indem die Latenzunterschiede zwischen dem Stimulationszeitpunkt und dem Beginn des SFAP während 50 bis 100 aufeinanderfolgender Entladungen bewertet werden. Die Blockierung zeigt an, dass die NMJ-Übertragung nicht in der Lage ist, eine SFAP-Reaktion auszulösen, und kann als das Vorhandensein oder Fehlen jedes SFAP-Paares während der freiwilligen SFEMG oder für jedes NMJ während der stimulierten SFEMGquantifiziert werden 2,7.

Obwohl SFEMG im klinischen Umfeld ein etablierter und sensitiver Test ist, wurde er in der präklinischen Forschung nur selten angewendet 4,5,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18 . In diesem Bericht skizzieren wir den Ansatz zur Durchführung und Analyse von SFEMG-Aufzeichnungen in präklinischen Nagetiermodellen. Darüber hinaus präsentieren wir repräsentative Daten, die repräsentative Befunde zu SFEMG hervorheben, die auf eine Beeinträchtigung der NMJ-Übertragung nach Verabreichung eines nicht-depolarisierenden neuromuskulären Blockers, Rocuronium, hinweisen.

Protokoll

Alle Protokolle wurden genehmigt und in Übereinstimmung mit den Vorschriften des Institutional Animal Care and Use Committee an der University of Missouri durchgeführt.

1. Vorbereitung der Tiere und Verabreichung der Anästhesie

  1. Ziehen Sie geeignete persönliche Schutzausrüstung an.
  2. Messen Sie vor dem Eingriff das Gewicht der Ratte, um die geeignete Dosis für gewichtsbasierte Medikamente und Beatmungsgeräteeinstellungen zu bestimmen.
  3. Induzieren Sie eine Anästhesie mit 3%-5% inhaliertem Isofluran. Sobald ein angemessenes Anästhesieniveau erreicht ist, positionieren Sie die Ratte in Bauchlage und halten Sie die Narkose mit 1 % bis 3 % inhaliertem Isofluran aufrecht.
  4. Überprüfen Sie die Angemessenheit der Anästhesietiefe, indem Sie vorsichtig mit einer Zange auf das Fußpolster der Hintergliedmaßen drücken, um das Fehlen einer Entzugsreaktion zu beobachten.
  5. Halten Sie die Körpertemperatur bei 37 °C.
  6. Tragen Sie eine vom Tierarzt zugelassene Salbe auf Erdölbasis auf die Augen auf, um Trockenheit zu verhindern. Überwachen Sie die Narkosetiefe, indem Sie die Atemfrequenz beobachten und die Entzugsreaktionen beurteilen, wenn mit einer Pinzette Druck auf das Fußpolster ausgeübt wird.
  7. Rasieren Sie die zu beurteilende Hintergliedmaße mit einer Haarschneidemaschine. Positionieren Sie die zu untersuchende Extremität nach adäquater Haarentfernung mit Klebeband mit dem Knöchel in einem Winkel von etwa 90° Dorsalflexion, dem Knie in Streckung und der Hüfte in Abduktion.
  8. Überwachen Sie kontinuierlich die Atmung und die Herzfrequenz der Ratte während des gesamten Experiments.
    HINWEIS: Ein Anstieg der Herzfrequenz wird häufig als Indikator für eine unzureichende Anästhesietiefe verwendet.
  9. Verabreichen Sie Isofluran, um die Ratte einzuschläfern, mit einer Dosis von 5% oder mehr, bis die Atmung für mindestens 3 Minuten aufgehört hat. Bestätige die Euthanasie durch Enthauptung.

2. Platzierung und Einrichtung der Elektrode

HINWEIS: Die NMJ-Übertragung des Ischiasnervs und des Musculus gastrocnemius wird mit Hilfe des Elektromyographie-Systems (EMG) beurteilt. Weitere Informationen finden Sie in der Materialtabelle.

  1. Führen Sie ein Paar isolierte monopolare Nadeln 28 G zur Stimulation des Ischiasnervs mit der Kathode in den Bereich der proximalen Hintergliedmaße ein, während sich die Anode proximal innerhalb des Unterhautgewebes befindet, das das Kreuzbein überlagert.
  2. Stellen Sie sicher, dass die Stimulationselektroden nicht in unmittelbarer Nähe des Ischiasnervs oder zu tief platziert werden, um eine direkte Schädigung des Ischiasnervs oder anderer benachbarter Strukturen zu vermeiden.
  3. Platzieren Sie eine Einweg-Erdungselektrode an der kontralateralen Hintergliedmaße oder am Schwanz.
  4. Platzieren Sie eine 25-mm-Nadelelektrode mit 27 Gauge, die speziell für das Einzelfaser-EMG entwickelt wurde und über eine Aufzeichnungsoberfläche aus Platin-Iridium-Material verfügt, vorsichtig in den rechten Gastrocnemius-Muskel. Stellen Sie sicher, dass die SFEMG-Elektroden vor jedem Gebrauch autoklaviert werden, um die Sterilität zu erhalten.
  5. Führen Sie die SFEMG-Nadelelektrode parallel zu den Gastrocnemius-Muskelfasern ein, um Einzelfaser-Aktionspotentiale (SFAPs) zu erfassen.
  6. Vermeiden Sie Muskelschäden beim Einführen und Manövrieren der SFEMG-Nadel im Muskel.

3. Verfahren der stimulierten Einzelfaser-Elektromyographie (SFEMG)

  1. Wenden Sie eine Konstantstromstimulation auf den rechten Ischiasnerv bei einer Frequenz von 10 Hz mit einem Intensitätsbereich von 0,3-10 mA und einer Impulsdauer von 0,1 ms an.
  2. Konfigurieren Sie die Filtereinstellungen innerhalb eines Niederfrequenzfilters von 1 kHz und eines Hochfrequenzfilters von 10 kHz. Passen Sie die Verstärkung von 200 μV bis 1000 μV pro Teilung an, um die Visualisierung von Potentialen zu erleichtern. Stellen Sie die Sweep-Geschwindigkeit auf 500 μs pro Teilung ein.
  3. Passen Sie die Stimulusintensität an, um SFAPs auszulösen und für die Aufzeichnung und anschließende Analyse zu isolieren.
    1. Um eine Antwort als SFAP zu identifizieren und zu analysieren, stellen Sie sicher, dass die unten genannten spezifischen Kriterien erfüllt sind: Stellen Sie sicher, dass die Anstiegszeit von der Baseline-Spitze bis zur negativen Phase weniger als 500 μs beträgt, die minimale Amplitude (Baseline-Peak zu negativ) mindestens 200 μV beträgt und die Reaktion konsistent ein Alles-oder-Nichts-Verhalten aufweist (stabile Größe und Form zwischen den Antworten).
      HINWEIS: Es ist wichtig, dass die wiederkehrenden Antworten konsistente Aufwärtsphasen ohne Kerben oder Wendepunkte aufweisen. Beachten Sie, dass das letzte Kriterium entscheidend ist, um ein Qualitätssignal von der Summierung mehrerer Signale zu unterscheiden.
  4. Berechnen Sie den Jitter oder die Variabilität der SFAP-Latenz (Zeit zwischen der Stimulation und der steigenden Phase des negativen SFAP-Spitzenwerts) zwischen aufeinanderfolgenden Entladungen nach mindestens 50 Stimulationen (50-100 Stimulationen) und beurteilen und quantifizieren Sie die Blockierung.
    HINWEIS: Die Blockierung kann als das Vorhandensein oder Fehlen an jeder Synapse oder als Prozentsatz der Stimulationen beurteilt werden, die die Erzeugung eines Aktionspotentials für einzelne Fasern nicht auslösen. Der Jitter wird anhand der folgenden Gleichung7 berechnet (Jitter wird in der Regel automatisch von Elektromyographiesystemen in Kliniken berechnet):
    Diagramm der MCD-Jitter-Formel; Methode zur Berechnung des Jitters in Mikrosekunden unter Verwendung von Interpulsintervallen.
    MCD = Mittelwert der konsekutiven Differenz
    IPI = Interpotential-Intervall
  5. Wiederholen Sie den Vorgang für weitere SFAP-Antworten. Bewerten Sie im Durchschnitt 10 Synapsen von jedem Tier, um den Jitter zu berechnen und anschließend die Durchschnittswerte pro Tier zu bestimmen.
  6. SFAPs mit einem Jitter von weniger als 4 μs sind aus den Analysen auszuschließen, um die Einbeziehung von Potenzialen zu verhindern, die durch direkte Muskelstimulation hervorgerufen worden sein könnten11.
  7. Wenn Sie Potentiale aufzeichnen, die eine intermittierende Blockierung aufweisen, erhöhen Sie die Stimulusintensität, um sicherzustellen, dass das SFAP-Versagen nicht auf eine submaximale Stimulation zurückzuführen ist.

Ergebnisse

Um einen erhöhten Jitter und eine erhöhte Blockierung im Zusammenhang mit einem NMJ-Übertragungsversagen zu demonstrieren, wurde eine stimulierte SFEMG mit und ohne intravenöse Verabreichung von Rocuronium durchgeführt. Rocuronium ist ein intermediär wirkendes, nicht depolarisierendes neuromuskuläres Blockierungsmittel, das in klinischen Umgebungen häufig verwendet wird, um Muskellähmungen bei Operationen oder medizinischen Eingriffen zu induzieren. Es wirkt, indem es kompetitiv an nikotinische Acetylcholinrezeptoren am NMJbindet 19. Vor der Verabreichung von Rocuronium wurde die adulte Wildtyp-Ratte (Sprague Dawley) wie in Abschnitt 1 beschrieben vorbereitet und anästhesiert. Aufgrund der durch Rocuronium induzierten Lähmung wurde eine invasive Beatmungsunterstützung verwendet, um repräsentative Daten zu erhalten (im Gegensatz zu der oben in Abschnitt 1 beschriebenen typischen Vorgehensweise bei der Anästhesie bei SFEMG-Aufnahmen). Ein Endotrachealtubus wurde gelegt, und die Beatmung wurde bei 60 Atemzügen/min unter Verwendung eines druckgesteuerten Modus mit einem Druck von 17 mmHg und einem positiven endexspiratorischen Druck von 3 cm H2O aufrechterhalten, während 2 % bis 3 % Isofluran abgegeben wurden. Nachdem die Beatmungsunterstützung und die Anästhesie erreicht waren, wurden Einzelfaser-Aktionspotentiale mit und ohne Behandlung mit Rocuronium (Bolus von 0,05 mg/kg Rocuroniumbromid intravenös) aufgezeichnet. Abbildung 1 zeigt drei repräsentative Einzelfaser-Wirkungspotential-Aufzeichnungen desselben NMJ bei einer erwachsenen Ratte. Abbildung 1A zeigt die typische Morphologie eines Aktionspotentials einer einzelnen Faser (nach einer einzigen Stimulation) mit einer Anstiegszeit von weniger als 500 μs von der Basislinie bis zum negativen Peak und einer minimalen Amplitude (Peak zu Peak) von mindestens 200 μV. Abbildung 1B zeigt Merkmale eines erhöhten Jitters und einer intermittierenden Blockierung nach Injektion von Rocuronium. Abbildung 1C zeigt die Normalisierung von Jitter und Blockierung von derselben Synapse nach der Auflösung des NMJ-Blocks. Zur Vereinfachung der Betrachtung zeigt Abbildung 1B,C nur Reaktionen nach 9 aufeinanderfolgenden Stimulationen. Darüber hinaus zeigt Abbildung 2 zum besseren Verständnis ein weiteres Beispiel für drei übereinander liegende Einzelfaser-Aktionspotentiale, die nach 10 aufeinanderfolgenden Stimulationen beobachtet wurden und einen erhöhten Jitter und Blockierung zeigen.

Um den Einfluss von Rocuronium auf die NMJ-Übertragung mit stimuliertem SFEMG zu quantifizieren, wurden Aufzeichnungen von 5 NMJs ohne Behandlung und von 5 NMJ nach Abgabe von Rocuronium gemacht und auf Jitter und Blockierung analysiert (Abbildung 3). Nach Rocuronium waren Jitter (Abbildung 3A) und Blockierung (Abbildung 3B) signifikant erhöht.

Einzelfaser-Aktionspotentialdiagramme, die Latenz- und Amplitudentrends anzeigen; Ergebnisse der Jitter-Analyse.
Abbildung 1: Drei repräsentative Einzelfaser-Elektromyographie-Aufzeichnungen desselben neuromuskulären Übergangs (NMJ). (A) Beispiel für ein einzelnes Faser-Aktionspotential nach einer Einzelnervenstimulation mit Kriterien für die Amplitude (Baseline bis negative Peak-Amplitude von mindestens 200 μV) und Anstiegszeit (Baseline bis negative Peak-Amplitude weniger als 500 μs) Kriterien für die Akzeptanz als Einzelfaser-Potential. (B) Beispiel für überlagerte Einzelfaser-Aktionspotentiale nach 9 aufeinanderfolgenden Stimulationen, die einen erhöhten Jitter und eine Blockade zeigten, was auf eine beeinträchtigte NMJ-Übertragung nach Verabreichung von Rocuronium hinweist (Jitter: 68,35 μs). (C) Beispiel für überlagerte Einzelfaser-Aktionspotentiale nach 9 aufeinanderfolgenden Stimulationen, die einen reduzierten Jitter und keine Blockierung zeigten, was auf eine Normalisierung der NMJ-Transmission nach Abklingen der Rocuroniumbehandlung hinweist (Jitter: 21,7 μs). Repräsentative SFEMG-Spuren zeigen Aktionspotentiale einzelner Muskelfasern, die von einer gesunden Synapse ohne Blockierung und normalem Jitter in überlagerter Ansicht aufgezeichnet wurden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Amplitudendiagramm des Aktionspotentials einer einzelnen Faser; Latenz vs. Amplitude; Blockiertes Stimulationsereignis.
Abbildung 2: Drei überlagerte Einzelfaser-Aktionspotentiale (SFAPs), die nach aufeinanderfolgenden Stimulationen während der Rocuronium-Verabreichung aufgezeichnet wurden. Drei überlagerte Einzelfaser-Aktionspotentiale (SFAPs) wurden nach 10 aufeinanderfolgenden Stimulationen während der Verabreichung von Rocuronium aufgezeichnet, was auf einen erhöhten Jitter und eine erhöhte Blockierung hinweist. Die Jitter-Werte für A, B und C betrugen 24,3 μs, 46,9 μs bzw. 88,7 μs. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

NMJ-Jitter- und Transmissionsblockierungsbalkendiagramme; mittlere Verzögerung, Stimulationsprozentsatz; Meßergebnis.
Abbildung 3: Einzelfaser-Elektromyographie-Beurteilung der neuromuskulären Junction-Transmission (NMJ) nach Behandlung mit einem nicht-depolarisierenden NMJ-Blocker. (A) Während der Verabreichung von Rocuronium (0,05 mg/kg) zeigte SFEMG eine erhöhte Variabilität der Transmission (Jitter) im Vergleich zu gesunden Zuständen (unbehandelt: 12,9 μs, 95 % CI [7,2-16,9 μs] versus Rocuronium: 40,70 μs, 95 % CI [34,7-70,7 μs]) (Mann-Whitney-Test: p = 0,0079). (B) Der Prozentsatz der Stimulationen mit NMJ-Blockierung von jeder Synapse auf SFEMG war im Vergleich zu gesunden Erkrankungen erhöht (unbehandelt: 0%, 95% CI [0-0%] versus Rocuronium: 31%, 95% CI [14,0-59,0%]) (Mann-Whitney-Test: p = 0,0079). Alle Messungen (Jitter und prozentualer Anteil der Stimulationen mit NMJ-Blockierung) wurden von einer einzigen Ratte erhalten, n = 5 Synapsen unbehandelt und n = 5 Synapsen nach Rocuronium-Behandlung. Die Daten werden als Median ± 95 %-Konfidenzintervall angezeigt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Diskussion

SFEMG wird häufig für diagnostische Tests bei Patienten mit Verdacht auf autoimmune, erworbene und genetische Formen der NMJ-Erkrankung eingesetzt. SFEMG gilt als der sensitivste Test für die Diagnose der NMJ-Störung Myasthenia gravis20,21. Die repetitive Nervenstimulation (RNS) ist eine weitere Methode, die häufiger in der klinischen Diagnostik verwendet wird und die Stimulation eines peripheren Nervs mit einer Reihe von Reizen und die Quantifizierung der summierten zusammengesetzten Muskelaktionspotentialreaktion des innervierten Muskelsbeinhaltet 5,22. Es hat sich durchweg gezeigt, dass RNS im Vergleich zu SFEMGeine signifikant geringere Sensitivität aufweist 23,24. Der Vorteil der SFEMG liegt in der Fähigkeit, einzelne Muskelfasern selektiv zu bewerten und nicht nur das Versagen der NMJ-Übertragung (Blockierung), sondern auch die Variabilität (Jitter) zu quantifizieren2,25,26. Obwohl SFEMG im klinischen Umfeld ein etablierter und sensitiver Test ist, wurde er in der präklinischen Forschung nur selten angewendet 4,5,9,10,11,12,13,14,15,16 . Tiermodelle neuromuskulärer Erkrankungen spielen eine zentrale Rolle bei der Bestimmung der zugrundeliegenden Mechanismen menschlicher Krankheiten und der Entwicklung therapeutischer Interventionen. Die Möglichkeit, Ergebnismaße und Biomarker wie SFEMG auf verschiedene Spezies anzuwenden, kann den Übergang vielversprechender präklinischer Entdeckungen in klinische Studien am Menschen rationalisieren und beschleunigen27. So konzentrierte sich beispielsweise eine multizentrische Studie in Japan auf die Etablierung von Referenzwerten für SFEMG mit konzentrischen Nadeln bei gesunden Probanden. Die Studie zeigte, dass die empfohlenen Cut-off-Werte für die individuelle MCD 58,8 μs für stimulierte SFEMG im Musculus extensor digitorum communis (EDC) betrugen28. Bemerkenswert ist, dass der Musculus gastrocnemius häufig keiner SFEMG unterzogen wird, wobei EDC der nächstgelegene Muskel ist, der in diesem Zusammenhang untersucht wird. Folglich wurde beobachtet, dass die Jitter-Werte, die wir von Ratten erhalten haben, niedriger waren als die in klinischen Studien berichteten. Diese Diskrepanzen deuten darauf hin, dass die Verteilung des Sicherheitsfaktors je nach Muskel und betrachteter Spezies variiert.

In diesem Bericht stellen wir einen schrittweisen Ansatz zur Anwendung von stimuliertem SFEMG bei Nagetieren vor, einschließlich Schritten zur Tiervorbereitung, Elektrodenplatzierung, Aufzeichnung des Aktionspotentials einzelner Fasern und Analysen. Darüber hinaus präsentieren wir repräsentative Daten in einem induzierten Modell des NMJ-Versagens (Rocuronium-Verabreichung), um die Konzepte des erhöhten Jitters und der Blockierung sowie das Alles-oder-Nichts-Konzept eines einzelnen Faser-Aktionspotentials in der SFEMG-Aufzeichnung klar zu demonstrieren. Zuvor zeigte eine Ratte ohne das Blockierungsmittel in einer experimentellen Studie in den ersten 3000 s eine geringfügige MCD-Veränderung (etwa 10 μs) ohne Blockierung. Im Gegensatz dazu zeigte eine Ratte, die mit 0,08 mg/kg Vecuronium injiziert wurde, nach 200 s einen erhöhten Jitter, der zu einer Blockierung von etwa 500 s führte, mit einer anfänglichen MCD von etwa 50 μs, was mit unseren Ergebnissenübereinstimmt 17. Die Festlegung der richtigen Dosierung von Rocuronium bei den Ratten war unerlässlich, um das angestrebte Niveau der neuromuskulären Blockade zu erreichen und gleichzeitig mögliche Komplikationen zu mildern. Während in verschiedenen Studien Dosierungen von 0,1 mg/kg bis 5 mg/kg zur Induktion von Muskellähmungen verwendet wurden 17,29,30, entschieden wir uns für eine Dosierung von 0,05 mg/kg. Diese Wahl steht im Einklang mit der Erkenntnis, dass die NMJ-Beeinträchtigung vor dem Einsetzen der Muskellähmung beginnt.

Die Erfassung von Einzelfaser-Aktionspotentialantworten mittels SFEMG umfasst mehrere entscheidende Schritte. Insbesondere erfordert das Erhalten selektiver Aufzeichnungen Übung, um mehrere Aufgaben gleichzeitig auszuführen, einschließlich der angemessenen Durchführung von Nervenstimulation bei gleichzeitiger Erzielung angemessener Reaktionen. Während der Aufnahmen wird die SFEMG-Aufnahmeelektrode vorsichtig eingeführt und mit kleinen, gleichmäßigen Bewegungen eingestellt, um das Muskeltrauma zu minimieren und die Ausbeute zu verbessern. Sobald ein Aktionspotential identifiziert wurde, sollten kleine Anpassungen der Stimulations- und Aufzeichnungselektrodenposition vorgenommen werden, um die Amplitude und "Schärfe" des Aktionspotentials der einzelnen Fasern (kurze Anstiegszeit) zu optimieren. Sobald ein Potential identifiziert und die Amplitude und die Anstiegszeit optimiert sind, müssen die Bewegungen der Elektroden minimiert werden, um die Stabilität der Alles-oder-Nichts-Reaktionen zu gewährleisten. Die gleichmäßige Positionierung der Elektroden ist von entscheidender Bedeutung, da selbst geringfügige Verschiebungen in der Position der Aufnahmenadel zu Schwankungen in den Eigenschaften des Aktionspotentials, einschließlich Form, Amplitude und Latenz, führen können. Es ist darauf zu achten, dass die Aktionspotentiale stabil sind und dem Alles-oder-Nichts-Erscheinungsbild entsprechen. Die Variabilität der Reaktionen kann mit der Elektrodenbewegung oder der Überlagerung mehrerer einzelner Faser-Aktionspotentiale aus verschiedenen NMJs zusammenhängen. Zusammen spielen diese Faktoren eine Schlüsselrolle bei der Erzielung einer Reproduzierbarkeit und stabilen Messung des Aktionspotentials 2,26. Darüber hinaus ist der Ausschluss von SFAPs mit einem Jitter von weniger als 4 μs aus den Analysen ein umsichtiger Ansatz, um die Zuverlässigkeit der Ergebnisse zu gewährleisten. Dieses strenge Kriterium trägt dazu bei, die Einbeziehung von Potenzialen zu vermeiden, bei denen es sich möglicherweise um Artefakte handeln könnte, die durch direkte Muskelstimulation induziert werden, wodurch die Genauigkeit der Bewertung erhöhtwird 11. Ein weiterer wichtiger Faktor bei Stimulations-Jitter-Studien ist die unterschwellige Stimulation, insbesondere bei pathologischen Zuständen, bei denen viele Spikes offenbar den Jitter erhöht haben. Es ist wichtig, sich darauf zu verlassen, dass der Bediener sicherstellt, dass die Reizintensität den Schwellenwert für alle derartigen Spitzen überschreitet, da diese Bestimmung nicht rückwirkend getroffen werdenkann 31.

Die in diesem Manuskript beschriebene stimulierte SFEMG-Technik verwendet eine spezialisierte SFEMG-Elektrode anstelle einer standardmäßigen konzentrischen Elektromyographie-Nadelelektrode. Unsere SFEMG-Elektrode verfügt über eine Aufzeichnungsfläche von 0,0005 mm2, im Gegensatz zu der ca. 0,019 mm2 großen Aufzeichnungsfläche einer konzentrischen Elektromyographie-Nadelelektrode in Kindergröße. Diese Unterscheidung ist von entscheidender Bedeutung, da größere konzentrische Nadelelektroden mit geringerer Selektivität aufgrund ihrer größeren Aufzeichnungsoberflächen für die freiwillige SFEMG geeignet sein können, um scheinbare Einzelfaser-Aktionspotentialpaare zu erfassen. Bei der Stimulation SFEMG, bei der oft mehrere Axone oder motorische Einheiten gleichzeitig stimuliert werden, wird der Einsatz größerer konzentrischer Nadelelektroden jedoch schwieriger7.

Dabei sind einige Einschränkungen zu beachten. Es ist auch wichtig darauf hinzuweisen, dass die SFEMG den Mechanismus, der einem Defekt in der neuromuskulären Übertragung zugrunde liegt, nicht feststellen kann, wie dies mit intrazellulären Aufzeichnungen erreicht werden kann, die ex vivo durchgeführt werden 27. Ein weiterer wesentlicher Aspekt in Bezug auf SFEMG ist die Einschränkung bei der selektiven Aufzeichnung von spezifischen Muskelfasertypen. Folglich dürften SFEMG-Aufzeichnungen eine variable Mischung verschiedener Muskelfasertypen darstellen5.

Offenlegungen

W. David Arnold erhielt Forschungsgelder von NMD Pharma und Avidity Biosciences und ist als Berater für NMD Pharma, Avidity Biosciences, Dyne Therapeutics, Novartis, Design Therapeutics und Catalyst Pharmaceuticals tätig.

Danksagungen

Die Autoren danken Dr. Martin Brandhøj Skov von NMD Pharma für seine wertvollen Ratschläge zur Rocuronium-Dosierung und Arash Karimi vom Biomedical Engineering Department der Stony Brook University für seine Unterstützung bei den Berechnungen. Diese Studie wurde teilweise durch Mittel der NIH an die WDA (R01AG067758 und R01AG078129) unterstützt.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
  27 g wiederverwendbare Einzelfaser-NadelelektrodeTechnomed202860-000Einzelfaser-Aufzeichnungselektrode
2 mL GlasspritzeKent Scientific CorporationSOMNO-2ML
abnehmbares KabelTechnomed202845-0000zum Verbinden der Rekorderelektrode mit dem Elektrodiagnosegerät
Einweg-Scheibenelektrode 2" x 2" mit LeitungenCadwell302290-000Erdungselektrode
monopolare Einwegnadeln 28 GTechnomed202270-000Kathoden- und Anodenstimulationselektroden
EMG-Nadelkabel (Amp/Stim-Schaltkasten)Cadwell190266-200zum Anschluss monopolarer Elektroden an den elektrodiagnostischen Stimulator
Helping Hands Krokodilklemme mit EisensockelRadio Shack64-079Beibehaltung der Platzierung der Aufnahmeelektrode
Isofluran (250 mL Flasche)Piramal HealthcareNA
monojekte Spülspritze mit gebogener SpitzeCovidien81412012für die Anwendung von Elektrodengel verwendet
PhysioSuite Physiologisches Überwachungssystem mit RightTemp Homöotherme ErwärmungKent Scientific CorporationPS-RTInklusive Infrarot-Wärmekissen, Rektalsonde und Pad-Temperatursonde
Pro Trimmer Haustier PflegesetOster078577-010-003Haarschneidemaschine zur Haarentfernung
Ratten-Endotrachealtuben (16 g)Kent Scientific Corporation
Rocoronium BromideSigmaPHR2397-500MGneuromuskulärer Blocker
Agent Sierra Summit EMG-SystemCadwell Industries, Inc., Kennewick, WANAtragbares Elektrodiagnostiksystem
SomnoSuite Low-Flow Digitales AnästhesiesystemKent Scientific CorporationSOMNOEnthält einen Anti-Verschüttungs- und Anti-Dampf-Flaschenaufsatzadapter; Y-Adapter-Schlauch; Aktivkohle-Säuberungsfilter
Tierarzt Augensalbe auf ErdölbasisPuralube26870wird während der Anästhesie angewendet, um Hornhautverletzungen zu vermeiden

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