Mysi model treningu mięśniowego za pomocą neuromuskularnej stymulacji elektrycznej

Ogólnym celem tej procedury jest zaprezentowanie modelu treningu mięśniowego z wykorzystaniem neuromuskularnej stymulacji elektrycznej. Osiąga się to poprzez najpierw dostosowanie dostępnej klinicznie elektrody powierzchniowej, zaprojektowanej do użytku u ludzi, do elektrody powierzchniowej, która może być stosowana u myszy, a następnie znieczulenie i ustawienie zwierzęcia do stymulacji. Następnie elektrodę powierzchniową należy umieścić bezpośrednio nad głębokim nerwem strzałkowym, tuż za głową kości strzałkowej.

Ostatnim krokiem jest przeprowadzenie protokołu stymulacji przednich mięśni zginaczy. W rezultacie analiza histologiczna wykazuje wzrost unaczynienia mięśni szkieletowych, a testy skurczowe in situ wykazują zwiększoną szczytową siłę tetaniczną. Cześć, nazywam się Fabrizio.

Jestem adiunktem w Katedrze Medycyny Fizycznej i Rehabilitacji na Uniwersytecie Pittsburgha oraz dyrektorem Laboratorium Rehabilitacji Komórkowej. Dzisiaj zaprezentujemy model lustrzanego treningu mięśni z wykorzystaniem neuromięśniowej stymulacji elektrycznej. W tej pierwszej części demonstracji pokażemy, jak zmodyfikować dostępną klinicznie elektrodę powierzchniową w elektrodę, którą można wykorzystać do stymulacji mięśni szkieletowych u myszy.

W drugiej części zademonstrujemy, jak wdrożyć ten protokół neuromięśniowej stymulacji elektrycznej w badaniach oraz jak rozwijać modele zwierzęce, które ściśle naśladują poszczególne modalności. Wykorzystanie kliniki jest istotne, ponieważ może pomóc nam odpowiedzieć na pytania związane z fizjologią mięśni szkieletowych, takie jak to, w jaki sposób aktywacja mięśni wywołuje odpowiedzi mechanotransdukcyjne; możemy analizować to zjawisko na poziomach molekularnym, komórkowym i tkankowym. Cześć, nazywam się Ricardo Ferrari.

Jestem doktorantem w Katedrze Fizjoterapii na Uniwersytecie Pittsburgh. Elektrostymulacja mięśni jest powszechną procedurą stosowaną w klinikach w celu zwiększenia siły mięśniowej oraz usprawnienia procesu gojenia mięśni. Pozostaje jednak wiele pytań dotyczących optymalnych parametrów, które powinny być stosowane.

Ten model zwierzęcy może pomóc w opracowaniu specyficznych protokołów stymulacji elektrycznej do zastosowania w warunkach klinicznych. Aby przygotować elektrodę, należy zacząć od zgięcia dwóch złotych pinów o długości 6 mm pod kątem 90 stopni. Następnie, usuwając zewnętrzną izolację, należy odsłonić około 7 cm dwóch miedzianych przewodów.

Następnie przylutuj przewody z konektorów do dwóch złotych pinów, które są rozmieszczone w odległości około 3,5 milimetra od siebie. Po tym czasie nałóż rurkę termokurczliwą na połączenie między miedzianymi przewodami a złotymi pinami w celu izolacji i stabilizacji, a następnie podgrzej rurkę termokurczliwą. Upewnij się, że złote piny są względem siebie równoległe i przełóż je przez płytkę obwodu tak, aby ich końcówki były wyrównane. Następnie zatop piny w kilku warstwach przezroczystej żywicy epoksydowej, pozwalając na całkowite wyschnięcie żywicy pomiędzy poszczególnymi aplikacjami. Na koniec zeszlifuj żywicę, aby odsłonić końcówki złotych pinów.

Następnie za pomocą woltomierza sprawdź, czy przewody nie są zwarte elektrycznie. Następnie użyj plastikowej rurki, aby odizolować metalowe piny żeńskiego dwukierunkowego złącza przewodów. W kolejnym kroku podłącz przewody elektrod z urządzenia NMES do żeńskiego dwukierunkowego złącza przewodów.

Wszystkie procedury zostały przeanalizowane i zatwierdzone przez University of Pittsburgh Iacuc oraz przeprowadzone w programach i placówkach akredytowanych przez PHS Assured i alac. International. Zwierzę poddano znieczuleniu poprzez inhalację isofluoranu. Zwierzę powinno pozostawać pod wpływem znieczulenia przez cały czas trwania sesji NMES.

Znieczulenie należy potwierdzić, wykonując test odruchu wyprostnego poprzez uciśnięcie palca u nogi. Następnie należy ułożyć zwierzę w pozycji bocznej. W dalszej kolejności należy ogolić kończynę tylną, przetrzeć ją alkoholem, a elektrodę przemyć 3% bleach.

Następnie, używając wody, ustaw parametry stymulacji, w tym czas trwania impulsu wynoszący 150 microseconds oraz częstotliwość 50 PP s. Następnie ustaw czas stymulacji na pięć sekund z 0.5 second narastaniem i 0.5 second opadaniem sygnału. Pozwoli to mięśniowi na stopniową aklimatyzację do stymulacji i zapewni większy komfort zwierzęciu.

Następnie ustaw czas przerwy między skurczami na 10 sekund. Wartość tę można dostosować w zależności od pożądanego efektu, jednak krótsze przerwy doprowadzą do szybszego wystąpienia zmęczenia mięśni. Następnie wysterylizuj elektrodę 3% wybielaczem, a potem wodą, i nałóż żel przewodzący na elektrodę do stymulacji mięśni przedziału przedniego, w tym mięśnia piszczelowego przedniego oraz najdłuższego mięśnia prostownika palców; umieść elektrodę powierzchniową bezpośrednio nad wspólnym nerwem kulszowym zwierzęcia, znajdującym się tuż za kłykciem bocznym kości udowej.

Prawidłowe umieszczenie elektrody potwierdza się, gdy stymulacja wywołuje pełne zgięcie grzbietowe stawu skokowego oraz pełne wyprostowanie palców. Z kolei zgięcie grzbietowe łapy bez wyprostu palców sugeruje, że stymulowany jest wyłącznie mięsień piszczelowy przedni. Następnie należy rozpocząć NMES z natężeniem 9 mA i wykonać dwa serie skurczów, łącznie 20 skurczów, z pięciominutową przerwą między seriami; w czasie przerwy przeprowadza się stymulację kończyny przeciwstawnej.

Teraz umieść zwierzę w komorze regeneracyjnej. Po czterech tygodniach NMES u myszy linii MDX w wieku od trzech do pięciu miesięcy, barwienie mięśni szkieletowych hematoksyną i eozyną nie wykazuje wzrostu liczby włókien z centralnie położonym jądrem w porównaniu z niestymulowaną grupą kontrolną. Sugeruje to, że zastosowanie NMES nie inicjuje kaskady degeneracji i regeneracji.

Immunohistochemia CD 31 jako marker komórek śródbłonkowych wykazuje, że w porównaniu z myszami kontrolnymi, które nie otrzymały stymulacji, cztery tygodnie NMES doprowadziły do znaczącej angiogenezy w leczonym mięśniu. Rysunek ten przedstawia zwiększoną szczytową siłę tetaniczną mięśni poddanych NMES w stosunku do nieleczonych mięśni kontrolnych. Po opanowaniu tej techniki wykonanie protokołu powinno zająć około 15 minut na jedno zwierzę.

Najtrudniejszym elementem tego protokołu jest znalezienie odpowiedniego miejsca umieszczenia elektrody w celu wywołania pożądanego skurczu mięśnia. Dziękujemy za oglądanie. W przypadku jakichkolwiek pytań prosimy o kontakt z naszym laboratorium.