Электроимпедансная миография (EIM) обеспечивает мощный метод оценки состояния мышц, потенциально позволяющий диагностировать нервно-мышечные расстройства, отслеживать прогрессирование заболевания и оценивать реакцию на терапию 1,2,3. Он может быть применен аналогично моделям болезней животных и людей, что позволяет относительно беспрепятственно переходить от доклинических к клиническим исследованиям. Измерения EIM легко получены с использованием четырех линейно расположенных электродов, причем два внешних применяют безболезненный, слабый электрический ток в диапазоне частот (обычно от 1 кГц до примерно 2 МГц), а два внутренних регистрируют результирующие напряжения1. Из этих напряжений можно получить импедансные характеристики ткани, включая сопротивление (R), меру того, насколько трудно току проходить через ткань, и реактивность (X) или «зарядоспособность» ткани, меру, связанную со способностью ткани хранить заряд (емкость). Из реактивности и сопротивления фазовый угол (θ) вычисляется с помощью следующего уравнения:
, обеспечивающего единую суммативную меру импеданса. Такие измерения могут быть получены с помощью любого многочастотного биоимпедансного устройства. Поскольку миофибры по существу являются длинными цилиндрами, мышечная ткань также очень анизотропна, причем ток протекает легче вдоль волокон, чем через них 4,5. Таким образом, EIM часто выполняется в двух направлениях: с массивом, размещенным вдоль волокон таким образом, что ток проходит параллельно им, и поперек мышцы таким, что ток течет перпендикулярно им. Кроме того, при измерениях ex vivo, где известный объем ткани измеряется в измерительной ячейке импеданса, могут быть получены присущие мышце электрические свойства (т.е. проводимость и относительная диэлектрическая проницаемость)6.
Термин «нервно-мышечные расстройства» определяет широкий спектр первичных и вторичных заболеваний, которые приводят к структурным изменениям мышц и дисфункции. Это включает в себя боковой амиотрофический склероз и различные формы мышечной дистрофии, а также более простые изменения, связанные со старением (например, саркопения), атрофию неиспользования (например, из-за длительного постельного режима или микрогравитации) или даже травму7. В то время как причины многочисленны и могут исходить от двигательного нейрона, нервов, нервно-мышечных соединений или самой мышцы, EIM может быть использован для обнаружения ранних изменений в мышцах из-за многих из этих процессов и для отслеживания прогрессирования или ответа на терапию. Например, у пациентов с мышечной дистрофией Дюшенна (МДД) было показано, что EIM обнаруживает прогрессирование заболевания и реакцию на кортикостероиды8. Недавняя работа также показала, что EIM чувствителен к различным состояниям неиспользования, включая фракционную гравитацию9, как это было бы на Луне или Марсе, и эффекты старения10,11. Наконец, применяя алгоритмы прогнозирования и машинного обучения к набору данных, полученным при каждом измерении (многочастотные и зависящие от направления данные), становится возможным вывести гистологические аспекты ткани, включая размер миофибры12,13, воспалительные изменения и отек14, а также содержание соединительной ткани и жира15,16.
Несколько других неинвазивных или минимально инвазивных методов также используются для оценки здоровья мышц у людей и животных, включая игольчатую электромиографию17 и технологии визуализации, такие как магнитно-резонансная томография, компьютерная томография и ультразвук 18,19. Тем не менее, EIM демонстрирует явные преимущества по сравнению с этими технологиями. Например, электромиография регистрирует только активные электрические свойства мембран миофибры, а не пассивные свойства, и, таким образом, не может обеспечить истинную оценку мышечного состава или структуры. В определенном отношении методы визуализации более тесно связаны с EIM, так как они также предоставляют информацию о структуре и составе ткани. Но в некотором смысле они предоставляют слишком много данных, требуя детальной сегментации изображений и экспертного анализа, а не просто предоставления количественного результата. Кроме того, учитывая их сложность, методы визуализации также в значительной степени зависят от специфики как используемого аппаратного, так и программного обеспечения, что в идеале требует использования идентичных систем для сравнения наборов данных. Напротив, тот факт, что EIM намного проще, означает, что он меньше подвержен влиянию этих технических проблем и не требует какой-либо формы обработки изображений или экспертного анализа.
Следующий протокол демонстрирует, как выполнять in vivo EIM у крыс и мышей, используя как неинвазивные (поверхностный массив), так и минимально инвазивные (подкожный игольчатый массив), а также ex vivo EIM на свежеиссеченных мышцах.