דגם Murine של אימון שרירים באמצעות גירוי חשמלי neuromuscular
9 במאי 2012
מודל murine של גירוי חשמלי neuromuscular (NMES), שיטת קליני בטוח ולא יקר, אל השרירים תא הקדמי מתואר. מודל זה יש את היתרון של שינוי התקן קליני זמינים לצורך לעורר התכווצויות שרירים ממוקד וספציפי בעכברים.
המטרה הכוללת של פרוצדורה זו היא להדגים מודל של אימון שרירים באמצעות גרייה חשמלית נוירו-שרירית. דבר זה מושג תחילה על ידי התאמה של אלקטרודת שטח הזמינה באופן קליני ומיועדת לשימוש בבני אדם לאלקטרודת שטח שניתן להשתמש בה בעכברים; לאחר מכן יש להרדימ את בעל החיים ולמקמו לצורך הגרייה. לאחר מכן, יש להניח את אלקטרודת השטח ישירות מעל העצב הפיבולרי העמוק (deep fibular nerve), ממש דיסטלית לראש הפיבולה.
השלב הסופי הוא ביצוע פרוטוקול הגירוי של שרירי הכיפוף הקדמיים. בסופו של דבר, ניתוח היסטולוגי מראה עלייה בוסקולריות של השריר השלדי, ובדיקת כיווץ in situ מראה עלייה בשיא הכוח התטני. היי, שמי פבריציו.
אני מרצה בכיר במחלקה לרפואה פיזיקלית ושיקום באוניברסיטת פיטסבורג ומנהל המעבדה לשיקום תאי. היום נדגים עבורכם מודל שיקוף של אימון שרירים באמצעות גירוי חשמלי עצבי-שרירי. בחלק הראשון של ההדגמה, נראה לכם כיצד להפוך אלקטרודה שטחית הזמינה באופן קליני לאלקטרודה שניתן להשתמש בה כדי לגרות שריר שלד בעכברים.
בחלק השני, נדגים כיצד ליישם פרוטוקול זה של גירוי חשמלי עצבי-שרירי בניסוייכם וכיצד לפתח מודלים של בעלי חיים המדמים באופן הדוק מודליות טיפוליות. השימוש בקליניקה הוא חשוב מכיוון שהוא יכול לסייע לנו להשיב על שאלות הקשורות לפיזיולוגיה של השריר השלדי, כגון כיצד הפעלת השריר מעוררת תגובות של התמרות מכניות (mechano transductive responses), ובמסגרת זו נוכל לבחון זאת ברמות המולקולרית, התאית והרקמתית. שלום, שמי ריקרדו פררי.
אני סטודנט לדוקטורט במחלקה לפיזיותרפיה באוניברסיטת פיטסבורג. גירוי חשמלי של השרירים הוא הליך נפוץ המשמש בקליניקות להגברת כוח השרירים ולשיפור ריפוי השרירים. עם זאת, נותרו שאלות רבות בנוגע לפרמטרים האופטימליים שיש להשתמש בהם.
מודל חיה זה עשוי לסייע בפיתוח פרוטוקולי גירוי חשמלי ספציפיים לשימוש במסגרת קלינית. להכנת האלקטרודה, התחל בכיפוף של שני פינים מזהב באורך six millimeter בזווית של 90 מעלות. לאחר מכן, חשוף כ-seven centimeters של שני חוטי נחושת על ידי הסרת הבידוד החיצוני.
לאחר מכן, הלחים את החוטים מהמחברים לשני הפינים המוזהבים, הממוקמים במרחק של כ-3.5 מילימטרים זה מזה. לאחר מכן, הנח שרינק טיובינג (צינור בידוד מתכווץ) על החיבור בין חוטי הנחושת לפינים המוזהבים לצורך בידוד וייצוב, וחמם את השרינק טיובינג. ודא שהפינים המוזהבים מקבילים זה לזה והחדר אותם דרך לוח המעגל כך שהקצוות יהיו מיושרים. לאחר מכן, טבל את הפינים במספר שכבות של אפוקסי שקוף, תוך מתן זמן לאפוקסי להתייבש לחלוטין בין השכבות. לבסוף, שייף את האפוקסי כדי לחשוף את קצותיהם של הפינים המוזהבים.
בשלב הבא, השתמש במד מתח כדי לוודא שהחוטים אינם נמצאים בקצר חשמלי. לאחר מכן, השתמש בצינורית פלסטיק כדי לבודד את הפינים המתכתיים של מחבר החוטים הדו-כיווני הנקבי. לבסוף, חבר את מובילי האלקטרודות של מכשיר ה-NMES למחבר החוטים הדו-כיווני הנקבי.
כל ההליכים נסקרו ואושרו על ידי ה-Iacuc של אוניברסיטת פיטסבורג, ובוצעו בתוכניות ובמתקנים המאושרים על ידי PHS ומוסמכים על ידי alac. International. את החיה מרדימה באמצעות שאיפה של isof fluorine. החיה צריכה להישאר תחת הרדמה לאורך כל מפגש ה-NMES.
יש לאשש את ההרדמה באמצעות בדיקת רפלקס פשיטה על ידי צביטה בבהוtoe. לאחר מכן, הנח את בעל החיים בתנוחה שכיבה צדית (lateral recumbent). בהמשך, גלח את הגפה האחורית, נגב אותה באלכוהול, ונגב את האלקטרודה בתמיסת bleach 3%.
לאחר מכן, בעזרת מים, הגדירו את פרמטרי הגירוי, כולל משך פולס של 150 microseconds ותדר של 50 PP s. לאחר מכן, הגדירו את זמן הגירוי לחמש שניות, עם ramp up של 0.5 second ו-ramp down של 0.5 second. פעולה זו תאפשר לשריר להסתגל בהדרגה לגירוי ותהיה נוחה יותר עבור בעל החיים.
לאחר מכן, הגדירו את זמן המנוחה בין ההתכווצויות ל-10 שניות. ניתן להתאים ערך זה בהתאם לאפקט הרצוי, אך קיצור זמני המנוחה יוביל להופעה מהירה יותר של עייפות שרירים. בשלב הבא, סטריליזו את האלקטרודה באמצעות 3%bleach ולאחר מכן במים, ומריחו ג'ל מוליך על האלקטרודה לצורך גרייה של שרירי המדור הקדמי (anterior compartment), כולל ה-tibial anterior וה-extensor digitorum longest. מקמו את אלקטרודת השטח ישירות מעל העצב הפרינאלי המשותף (common perineal nerve) של בעל החיים, הממוקם ממש דיסטלית לקונדילה הפמורלית הלטרלית (lateral femoral condyle).
מיקום האלקטרודה מאושר כאשר הגירוי גורם לדורסיפלקסיה מלאה של קרסול ולפשיטה מלאה של האצבעות. מנגד, דורסיפלקסיה של כף הרגל ללא פשיטה של האצבעות מעידה על כך שרק השריר הטיביאליס אנטריור (tibialis anterior) מגורה. לאחר מכן, התחל את עוצמת ה-NMES ב-9 milliamps ובצע שתי סדרות של התכווצויות, לסך הכל 20 התכווצויות, עם מנוחה של חמש דקות בין הסדרות; במהלך תקופת המנוחה, יש לבצע גירוי של הגפה הנגדית.
כעת העבירו את בעל החיים לתא ההתאוששות. לאחר ארבעה שבועות של NMES בעכברי MDX skid בני שלושה עד חמישה חודשים, צביעת שריר שלד בהמטין ואאוזין אינה מעלה עלייה במספר הסיבים בעלי גרעין מרכזי בהשוואה לקבוצות הביקורת שלא עברו גרייה. נתון זה מרמז כי יישום ה-NMES אינו מעורר את רצף הניוון וההתחדשות.
צביעה אימונוהיסטוכימית ל-CD 31 כסמן לתאי אנדותל מגלה כי ביחס לעכברי ביקורת שלא קיבלו גרייה, ארבעה שבועות של NMES הובילו לתסמיכי אנגיוגנזה משמעותית בשריר המטופל. איור זה מראה את העלייה בשיא החוזק הטטני של שרירים שטופלו ב-NMES ביחס לשרירי ביקורת שלא טופלו. לאחר שתשלטו בטכניקה זו, השלמת הפרוטוקול צריכה לארוך כ-15 דקות לבעל חיים.
החלק המאתגר ביותר בפרוטוקול זה הוא מציאת המיקום הנכון עבור האלקטרודה כדי להוציא את תגובת השריר הרצויה. תודה שצפיתם. אתם מוזמנים ליצור קשר עם המעבדה שלנו אם יש לכם שאלות כלשהן.
סקירה כללית
מאמר זה מתאר מודל עכברי לאימון שרירים באמצעות גירוי חשמלי עצבי-שרירי (NMES), שהיא שיטה קלינית בטוחה ומשתלמת. המודל מתאים מכשיר קליני כדי לעורר כיווצורי שרירים ממוקדים בעכברים, ובכך מקל על מחקר בפיזיולוגיה של השריר.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדע
- מדעי המוח
- פיזיולוגיה
- שיקום
רקע
- NMES נמצא בשימוש נפוץ במסגרות קליניות להגברת כוח השריר ולהאצת הריפוי.
- הבנת הפעלת השרירים יכולה לספק תובנות לגבי תגובות של התמרה מכנית (mechano-transductive).
- קיים צורך בפרוטוקולי גירוי חשמלי מותאמים עבור יישומים קליניים.
- מודל זה נועד לגשר על הפער בין פרקטיקות קליניות למחקר ניסויי.
מטרת המחקר
- להדגים מודל עכברי לאימון שרירים באמצעות NMES.
- להתאים אלקטרודה שטחית לשימוש בעכברים.
- לחקור את השפעות ה-NMES על פיזיולוגיה של השריר.
שיטות שנבחנו
- התאמה של אלקטרודת שטח קלינית לשימוש בעכברים.
- הרדמה ומיקום של בעל החיים לצורך גרייה.
- יישום NMES לשרירי המדור הקדמי.
- ניתוח היסטולוגי ובדיקת כיווץ לאחר הגרייה.
תוצאות עיקריות
- עלייה בווסקולריזציה של השריר השלדי שנצפתה בניתוח היסטולוגי.
- שיפור בחוזק הטטני השיא בשרירים שעברו טיפול ב-NMES בהשוואה לקבוצות ביקורת.
- היעדר התחלה של רצף דגנרציה-רגנרציה לאחר יישום NMES.
- אנגיוגנזה משמעותית בשרירים המטופלים ביחס לקבוצות ביקורת.
מסקנות
- מודל ה-NMES יעיל לחקר פיזיולוגיה של שרירים בעכברים.
- התוצאות מצביעות על פוטנציאל לפיתוח פרוטוקולי NMES ספציפיים לשימוש קליני.
- גישה זו עשויה לסייע במתן תשובות לשאלות קריטיות בנושאי הפעלת שרירים ושיקום.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
מודל NMES זה בעכברים מספק מערכת הניתנת לשחזור להערכת תגובות סנסוריות-מוטוריות (אדפטיביות) של שריר השלד, ובכך תומך בתיקוף מטרות במחקר פיזיולוגיה של השרירים ושיקום. על ידי מתן אפשרות לגירוי מבוקר של שרירי המדור הקדמי, הוא מאפשר הפחתת סיכונים מכניסטית של התערבויות נוירו-מוסקולריות וביטחון חיזוי בתוצאות תרגומיות. המודל מגשר בין יישומים קליניים של NMES לבין גילויים פרה-קליניים, ומספק פלטפורמה ניתנת להרחבה לפיתוח בדיקות וחקירת מסלולים ביולוגיים.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של היפותזות טיפוליות הקשורות להפעלה של שרירים ומסלולי איתות של העברה מכנית (mechano-transductive).
- ערך תפעולי: מספק מודל סטנדרטי וניתן לשחזור לצורך תיקוף תפקודי של מטרות בביולוגיה נוירו-מוסקולרית.
- ערך אסטרטגי: תומך בביטחון ניבוי בבחירת מטרות על ידי הדגמה של התאמות פיזיולוגיות, כגון אנגיוגנזה ועלייה בעוצמה כיווצית, ללא דגנרציה.
סריקה ופיתוח בדיקות
- ערך מדעי: מספק מדידות כמותיות של משתנים תלויים, כולל חוזק שיא טיטני (peak titanic strength) וצפיפות כלי דם, לצורך הערכת תרכובות או גירויים.
- ערך תפעולי: מבטיח מוכנות של הבדיקה באמצעות מיקום אלקטרודות ופרמטרי גירוי סטנדרטיים, ובכך משפר את השחזוריות בין מעבדות שונות.
- ערך אסטרטגי: מאפשר סריקת תרכובות אמינה על ידי אספקת מערכת הרלוונטית למחלה עם פלטים תפקודיים מדידים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: מדגים התאמה של סמנים ביולוגיים תרגומיים באמצעות אנגיוגנזה ושינויים היסטולוגיים הרלוונטיים לריפוי ותפקוד השריר.
- ערך תפעולי: תומך ברצף מהשלב הגילוי ועד לתיקוף פרה-קליני על ידי שיקוף של פרוטוקולי NMES קליניים בהקשר של עכבר.
- ערך אסטרטגי: מסייע בקבלת החלטות על קידום מותאם-סיכון על ידי הצגת שיפורים תפקודיים המושרים על ידי NMES ללא הפעלת רצפי דגנרציה-רגנרציה.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
השיטה משתלבת ברצף הגילוי, החל מתיקוף המטרה, דרך זיהוי מובילים ועד להערכה פרה-קלינית, ובכך היא תומכת בשיפור איטרטיבי של התערבויות נוירו-מוסקולריות המבוססות על תוצאות פיזיולוגיות מדידות.
- ביולוגיה של גילוי: תומך בבדיקת השערות לגבי מנגנוני הפעלת שרירים ובירור מסלולים באמצעות גרייה מבוקרת של יחידות מוטוריות ספציפיות.
- סריקה: מתאר את המוכנות של הבדיקה באמצעות פרוטוקולי גרייה סטנדרטיים ומיקום אלקטרודות, המאפשרים הערכה עקבית של תרכובות או גירויים.
- אנליטיקה: מדגיש מדידות כגון עוצמה טיטנית שיא וצפיפות כלי דם חיוביים ל-CD31, המאפשרים לצומי מחקר להשוות בין תנאי גרייה ותגובות ביולוגיות.
- מחקר תרגומי: מקשר לרציפות פרה-קלינית על ידי הדגמת אנגיוגנזה ושיפורים תפקודיים המשקפים תוצאות של שיקום קליני.
- שימוש חוזר בארגון: מציב את פרוטוקול הגרייה והאלקטרודה המותאמת כפלטפורמה הניתנת לשימוש חוזר עבור מחקרים מרובים בפיזיולוגיה של השריר ובשיקום.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: ביטחון חיזוי בתיקוף המטרה באמצעות התאמות פיזיולוגיות מתועדות, כולל היפרטרופיה, אנגיוגנזה והפרשת גורמי גדילה.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה ויכולת שחזור באמצעות מיקום קבוע של אלקטרודות, פרמטרי גרייה מוגדרים ומדידות היסטולוגיות/מכווצות.
- ערך אסטרטגי: קבלת החלטות משופרת לגבי המשך או הפסקת הפיתוח (go/no-go) על ידי הפחתת העמימות המכניסטית בתגובת השריר לגרייה חשמלית.
- השפעה על פורטפוליו: תיעדוף מותאם סיכון המבוסס על בטיחות מוכחת (היעדר דגנרציה) ויעילות (עלייה בחוזק ובאסוכולריות) בשריר המטופל.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות במודיפיקציה של אלקטרודות, טיפול בבעלי חיים ואופטימיזציה של פרמטרי סטימולציה.
- הציוד הנדרש כולל מכשיר NMES מותאם קלינית, וולטמטר לאימות המוליכים, ויכולות לבדיקות היסטולוגיות ובדיקות כיווץ.
- סטנדרטיזציה בין צוותים דורשת הסכמה על מיקום האלקטרודות, תזמון הסטימולציה ופרוטוקולים למדידת תוצאות.
- שיקולי התאמה כוללים כיוונון של משך הפולס, התדירות וזמן ההפסקה עבור קבוצות שרירים שונות או מודלים של מחלות.
- מגבלות מעשיות כוללות את האתגר של מיקום מדויק של האלקטרודות כדי לעורר את כיווצי השרירים הרצויים, כפי שצוין בפרוטוקול.
