Elektryczna miografia impedancyjna (EIM) stanowi potężną metodę oceny stanu mięśni, potencjalnie umożliwiając diagnozowanie zaburzeń nerwowo-mięśniowych, śledzenie progresji choroby oraz ocenę odpowiedzi na terapię1,2,3. Można ją stosować analogicznie w modelach chorób zwierzęcych oraz u ludzi, co pozwala na stosunkowo płynne przejście z badań przedklinicznych do klinicznych. Pomiary EIM są łatwo uzyskiwane przy użyciu czterech liniowo rozmieszczonych elektrod, z których dwie zewnętrzne przykładają bezbolesny, słaby prąd elektryczny w zakresie częstotliwości (zazwyczaj od 1 kHz do około 2 MHz), a dwie wewnętrzne rejestrują powstałe napięcia1. Z tych napięć można wyznaczyć charakterystykę impedancyjną tkanki, w tym rezystancję (R), będącą miarą trudności przepływu prądu przez tkankę, oraz reaktancję (X) lub „zdolność do ładowania” tkanki, będącą miarą związaną ze zdolnością tkanki do magazynowania ładunku (pojemnością). Z reaktancji i rezystancji oblicza się kąt fazowy (θ) za pomocą następującego równania:
, co daje pojedynczą zbiorczą miarę impedancji. Takie pomiary można uzyskać za pomocą dowolnego urządzenia do bioimpedancji wieloczęstotliwościowej. Ponieważ włókna mięśniowe są w zasadzie długimi cylindrami, tkanka mięśniowa jest również silnie anizotropowa, a prąd płynie łatwiej wzdłuż włókien niż w poprzek nich4,5. Dlatego EIM często wykonuje się w dwóch kierunkach: z układem elektrod umieszczonym wzdłuż włókien, tak aby prąd biegł równolegle do nich, oraz w poprzek mięśnia, tak aby prąd płynął prostopadle do nich. Dodatkowo, w pomiarach ex vivo, gdzie znana objętość tkanki jest mierzona w celi pomiarowej impedancji, można wyprowadzić inherentne właściwości elektryczne mięśnia (tj. przewodność i przenikalność względną)6.
Term „zaburzenia neuromięśniowe” definiuje szeroki zakres pierwotnych i wtórnych chorób, które prowadzą do strukturalnych zmian i dysfunkcji mięśni. Obejmuje to stwardnienie zanikowe boczne i różne formy dystrofii mięśniowej, a także prostsze zmiany związane ze starzeniem się (np. sarkopenię), zanik z nieużywania (np. w wyniku przedłużonego leżenia w łóżku lub mikrograwitacji), a nawet urazy7. Choć przyczyny są liczne i mogą pochodzić z neuronów ruchowych, nerwów, złączy nerwowo-mięśniowych lub samych mięśni, EIM może być wykorzystane do wykrywania wczesnych zmian w mięśniach wynikających z wielu z tych procesów oraz do monitorowania progresji choroby lub odpowiedzi na terapię. Na przykład u pacjentów z dystrofią mięśniową Duchenne'a (DMD) wykazano, że EIM pozwala wykryć postęp choroby oraz odpowiedź na kortykosteroidy8. Niedawne prace wykazały również, że EIM jest czułe na różne stany nieużywania mięśni, w tym na grawitację częściową9, jaką doświadcza się na Księżycu lub Marsie, a także na efekty starzenia się10,11. Wreszcie, dzięki zastosowaniu algorytmów predykcyjnych i uczenia maszynowego do zbioru danych uzyskanych podczas każdego pomiaru (danych wieloczęstotliwościowych i zależnych od kierunku), możliwe staje się wnioskowanie o aspektach histologicznych tkanki, w tym o wielkości włókien mięśniowych12,13, zmianach zapalnych i obrzękach14 oraz zawartości tkanki łącznej i tłuszczu15,16.
Do oceny stanu mięśni u ludzi i zwierząt stosuje się również kilka innych metod nieinwazyjnych lub małoinwazyjnych, w tym elektromiografię igłową17 oraz technologie obrazowania, takie jak rezonans magnetyczny, tomografia komputerowa i ultrasonografia18,19. Jednak EIM wykazuje wyraźne zalety w porównaniu z tymi technologiami. Na przykład elektromiografia rejestruje jedynie aktywne właściwości elektryczne błon włókien mięśniowych, a nie właściwości pasywne, i w związku z tym nie może dostarczyć rzetelnej oceny składu lub struktury mięśni. W pewnym sensie metody obrazowania są bliżej związane z EIM, ponieważ one również dostarczają informacji o strukturze i składzie tkanki. Jednak z pewnej perspektywy dostarczają one zbyt wielu danych, co wymaga szczegółowej segmentacji obrazów i analizy eksperckiej, zamiast dostarczać prosty wynik ilościowy. Co więcej, ze względu na swoją złożoność, techniki obrazowania są w dużym stopniu uzależnione od specyfiki stosowanego sprzętu i oprogramowania, co w idealnym przypadku wymaga użycia identycznych systemów w celu umożliwienia porównania zestawów danych. W przeciwieństwie do nich fakt, że EIM jest znacznie prostsza, oznacza, że jest ona mniej podatna na te problemy techniczne i nie wymaga żadnej formy przetwarzania obrazu ani analizy eksperckiej.
Poniższy protokół demonstruje sposób przeprowadzania badania EIM in vivo u szczurów i myszy, z wykorzystaniem zarówno technik nieinwazyjnych (matryca powierzchniowa), jak i małoinwazyjnych (podskórna matryca igłowa), a także badania EIM ex vivo na świeżo wyciętym mięśniu.