SFEMG è comunemente usato per i test diagnostici in pazienti con sospette forme autoimmuni, acquisite e genetiche della malattia NMJ. SFEMG è considerato il test più sensibile per la diagnosi del disturbo NMJ, miastenia gravis20,21. La stimolazione nervosa ripetitiva (RNS) è un altro metodo più comunemente utilizzato nei test diagnostici clinici e prevede la stimolazione di un nervo periferico con un treno di stimoli e la quantificazione della risposta sommata del potenziale d'azione muscolare composto del muscolo innervato 5,22. RNS ha costantemente dimostrato di avere una sensibilità significativamente inferiore rispetto a SFEMG23,24. Il vantaggio di SFEMG risiede nella capacità di valutare selettivamente le singole fibre muscolari e quantificare non solo il fallimento della trasmissione NMJ (blocco) ma anche la variabilità (jitter)2,25,26. Sebbene sia un test consolidato e sensibile in ambito clinico, lo SFEMG è stato applicato solo raramente nella ricerca preclinica 4,5,9,10,11,12,13,14,15,16 . I modelli animali di malattie neuromuscolari svolgono un ruolo fondamentale nel determinare i meccanismi alla base delle malattie umane e nello sviluppo di interventi terapeutici. La capacità di applicare misure di esito e biomarcatori, come SFEMG, a diverse specie può semplificare e accelerare la transizione di promettenti scoperte precliniche in studi clinici sull'uomo27. Ad esempio, uno studio multicentrico in Giappone si è concentrato sulla definizione di valori di riferimento per SFEMG utilizzando aghi concentrici in soggetti umani sani. Lo studio ha indicato che i valori di cut-off raccomandati per la MCD individuale erano 58,8 μs per SFEMG stimolato nel muscolo estensore comunicale delle dita (EDC)28. È interessante notare che il muscolo gastrocnemio non è comunemente sottoposto a SFEMG, con l'EDC che è il muscolo più vicino studiato in questo contesto. Di conseguenza, è stato osservato che i valori di jitter che abbiamo ottenuto dai ratti erano inferiori a quelli riportati negli studi clinici. Queste discrepanze suggeriscono che la distribuzione del fattore di sicurezza varia a seconda del muscolo e della specie in esame.
In questo rapporto, presentiamo un approccio graduale all'applicazione di SFEMG stimolato nei roditori, comprese le fasi per la preparazione degli animali, il posizionamento degli elettrodi, la registrazione del potenziale d'azione a fibra singola e le analisi. Inoltre, presentiamo dati rappresentativi in un modello indotto di fallimento NMJ (somministrazione di rocuronio) per aiutare a dimostrare chiaramente i concetti di aumento del jitter e del blocco, nonché il concetto tutto o niente di un potenziale d'azione di una singola fibra nella registrazione SFEMG. In precedenza, in uno studio sperimentale, un ratto senza l'agente bloccante mostrava una variazione minore di MCD (circa 10 μs) senza blocco nei primi 3000 s. Al contrario, un ratto iniettato con 0,08 mg/Kg di vecuronio ha mostrato un aumento del jitter dopo 200 s, portando a un blocco di circa 500 s, con una MCD iniziale di circa 50 μs, coerente con i nostri risultati17. Stabilire il dosaggio corretto di rocuronio nei ratti è stato essenziale per raggiungere il livello mirato di blocco neuromuscolare, mitigando al contempo le potenziali complicanze. Mentre vari studi hanno impiegato dosaggi compresi tra 0,1 mg/kg e 5 mg/kg per indurre la paralisi muscolare 17,29,30, abbiamo optato per un dosaggio di 0,05 mg/kg. Questa scelta si allinea con il riconoscimento che la compromissione della NMJ inizia prima dell'insorgenza della paralisi muscolare.
L'acquisizione di risposte al potenziale d'azione di una singola fibra utilizzando SFEMG comporta diversi passaggi cruciali. In particolare, l'ottenimento di registrazioni selettive richiede la pratica per eseguire diverse attività contemporaneamente, tra cui fornire adeguatamente la stimolazione nervosa e acquisire risposte adeguate. Durante le registrazioni, l'elettrodo di registrazione SFEMG viene inserito con cura e regolato con movimenti piccoli e costanti per ridurre al minimo i traumi muscolari e migliorare la resa. Una volta identificato un potenziale d'azione, è necessario effettuare piccole regolazioni della stimolazione e della posizione dell'elettrodo di registrazione per ottimizzare l'ampiezza e la "nitidezza" del potenziale d'azione della singola fibra (breve tempo di salita). Una volta identificato un potenziale e ottimizzati l'ampiezza e il tempo di salita, i movimenti degli elettrodi devono essere ridotti al minimo per garantire la stabilità delle risposte "tutto o niente". Il posizionamento stabile degli elettrodi è fondamentale, in quanto anche piccoli spostamenti nella posizione dell'ago di registrazione possono comportare fluttuazioni nelle caratteristiche del potenziale d'azione, tra cui forma, ampiezza e latenza. È importante assicurarsi che i potenziali d'azione siano stabili e conformi all'aspetto tutto o niente. La variabilità delle risposte può essere correlata al movimento dell'elettrodo o alla sovrapposizione di più potenziali d'azione a fibra singola da diversi NMJ. Insieme, questi fattori svolgono un ruolo chiave nel raggiungimento della riproducibilità e della misurazione stabile del potenziale d'azione 2,26. Inoltre, escludere dalle analisi gli SFAP con jitter inferiore a 4 μs è un approccio prudente per garantire l'affidabilità dei risultati. Questo criterio rigoroso aiuta a evitare l'inclusione di potenziali che potrebbero potenzialmente essere artefatti indotti dalla stimolazione muscolare diretta, migliorando così l'accuratezza della valutazione11. Un altro fattore importante negli studi sul jitter di stimolazione è la stimolazione subliminale, in particolare in condizioni patologiche, dove molti picchi hanno apparentemente aumentato il jitter. È essenziale fare affidamento sull'operatore per garantire che l'intensità dello stimolo superi la soglia per tutti questi picchi, poiché questa determinazione non può essere effettuata retrospettivamente31.
La tecnica SFEMG stimolata descritta in questo manoscritto utilizza un elettrodo SFEMG specializzato piuttosto che un elettrodo ad ago per elettromiografia concentrica standard. Il nostro elettrodo SFEMG presenta una superficie di registrazione di 0,0005 mm2, in contrasto con la superficie di registrazione di circa 0,019 mm2 di un elettrodo ad ago per elettromiografia concentrica standard di dimensioni pediatriche. Questa distinzione è cruciale, in quanto gli elettrodi ad ago concentrici più grandi, con una minore selettività a causa delle loro superfici di registrazione più ampie, possono essere adatti per SFEMG volontari per catturare coppie di potenziali d'azione apparenti a fibra singola. Tuttavia, nella SFEMG di stimolazione, in cui più assoni o unità motorie sono spesso stimolati contemporaneamente, l'impiego di elettrodi ad ago concentrici più grandi diventa più impegnativo7.
È necessario considerare alcune limitazioni. È anche importante sottolineare che la SFEMG non può accertare il meccanismo alla base di un difetto nella trasmissione neuromuscolare come si può ottenere con registrazioni intracellulari eseguite ex vivo27. Un'altra considerazione essenziale riguardo alla SFEMG è la sua limitazione nella registrazione selettiva da specifici tipi di fibre muscolari. Di conseguenza, è probabile che le registrazioni SFEMG rappresentino una miscela variabile di diversi tipi di fibre muscolari5.