Jednostki motoryczne (MU) to najmniejsze jednostki funkcjonalne mięśni szkieletowych. Dlatego zrozumienie ich funkcji, plastyczności i właściwości skurczowych, a także mechanizmów regulacji ich siły, jest kluczowe dla postępu w fizjologii mięśni. Podstawowe właściwości kurczliwe MU i proporcje ich typów fizjologicznych zostały udokumentowane dla wielu mięśni, głównie mięśni kończyn tylnych u zwierząt doświadczalnych. Jednak zarówno plastyczność właściwości MU, jak i mechanizmy regulacji siły MU nie są jeszcze w pełni poznane.
Zasada opisanej metody polega na rozległym odnerwieniu mięśni kończyn tylnych, z wyjątkiem badanego, oraz laminektomii na kręgach lędźwiowych w celu przygotowania cienkich korzonków brzusznych, z których każdy zawiera pojedynczy "funkcjonalny" akson motoryczny, stymulowany elektrycznie w celu zarejestrowania siły i potencjału czynnościowego MU. Stosując technikę opisaną w tym artykule, możliwe jest wyizolowanie ponad połowy MU mięśnia brzuchatego łydki przyśrodkowego w udanym eksperymencie. Szczur ma średnio 52 MU (samice) lub 57 MU (samce) trzech typów fizjologicznych: S (wolny), FR (szybko odporny) i FF (szybko męczący)1,2 i mają zmienne właściwości skurczowe3. W przypadku eksperymentów porównujących średnie wartości MU w grupie kontrolnej i eksperymentalnej konieczna jest izolacja i rejestracja 10-30 MU dla każdej z tych grup. Co istotne, poszczególne jednostki MU mogą być dostępne do stymulacji przez okres przekraczający jedną godzinę. Ponadto, ponieważ technika ta pozwala na rejestrację zarówno siły MU, jak i potencjałów czynnościowych, metoda ta nadaje się do badania zjawisk związanych z wytwarzaniem siły, oceny wpływu zmęczenia i obserwacji związku między siłą a potencjałami czynnościowymi.
Poprzednie badania potwierdziły, że właściwości kurczliwe MU są plastyczne i mogą być modulowane przez liczne interwencje. Eksperymenty z wykorzystaniem opisanej tutaj techniki zostały przeprowadzone na mięśniach brzuchatych łydek przyśrodkowych szczura4 lub innych mięśniach kończyn tylnych szczura 5,6, a także na mięśniach kota7, przy użyciu podobnej metody izolacji pojedynczego MU. Kolejna seria eksperymentów z wykorzystaniem ciągów bodźców dostarczanych w zmiennych odstępach międzyimpulsowych dostarczyła obserwacji dotyczących procesów kontroli motorycznej, a wyniki w ogóle zwracają uwagę na historię stymulacji, w tym na istotne efekty przesunięcia skali czasowej nawet jednego bodźca, kluczowego dla produkcji siły8,9.
MU mogą być również badane przy użyciu alternatywnych metod. Pierwszą z metod jest bezpośrednia stymulacja neuronów ruchowych. Burke wykorzystał wewnątrzkomórkową stymulację motoneuronów w mięśniu brzuchatym łydki i płaszczkowatym kota za pomocą szklanych mikroelektrod używanych równolegle do określenia właściwości elektrofizjologicznych tych neuronów1,10. Zaproponowano inne metody badania MU w mięśniach ludzkich, które wymagają znacznie mniejszej interwencji. W przypadku wszystkich tych metod elektrody stymulujące i rejestrujące są wprowadzane do mięśnia lub nerwu, a siła jest rejestrowana z palca lub stopy. Pierwsza z tych metod została wykorzystana do badania MU w pierwszym grzbietowym mięśniu międzykostnym. Dla tego mięśnia, kurczącego się z niewielką siłą, w elektromiogramie zarejestrowanym za pomocą elektrody igłowej wprowadzonej do mięśnia zidentyfikowano potencjały czynnościowe tylko jednej aktywnej jednostki motorycznej. Następnie fragmenty siły mięśniowej zarejestrowane równolegle i podążające za każdym potencjałem czynnościowym zostały uśrednione (uśrednienie wywołane kolcem). Metoda ta umożliwia wydobycie siły jednej jednostki motorycznej z recordingu siły mięśniowej11. Jednak słabością metodologiczną tej procedury jest to, że nie uśredniono pojedynczej siły skurczu, ale raczej fragmenty skurczów tężcowych. Ludzkie MU mogą być również badane za pomocą drugiej metody domięśniowej mikrostymulacji elektrycznej za pomocą elektrody wprowadzonej do mięśni12, która stymuluje fragment drzewa aksonalnego, prowadząc do aktywacji pojedynczej jednostki motorycznej. Trzecią metodą jest mikrostymulacja z elektrodą wprowadzoną do nerwu. Gdy elektroda aktywuje tylko jeden akson motoryczny w nerwie, tylko jedna jednostka motoryczna kurczy się13. Te ostatnie metody mają pewne ograniczenia, m.in. stabilność i jakość nagrania, ograniczenia etyczne i dostęp do materiału eksperymentalnego. Protokół ten był szeroko stosowany u kotów w latach 70-tych i 80-tych14.