В этом исследовании мы представляем метод in vivo для оценки количества и размера моторных единиц для количественной оценки связности моторных единиц диафрагмы крысы. Описан пошаговый подход к этим методикам.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
* These authors contributed equally
В этом исследовании мы представляем метод in vivo для оценки количества и размера моторных единиц для количественной оценки связности моторных единиц диафрагмы крысы. Описан пошаговый подход к этим методикам.
Потеря функции вентиляционных мышц является следствием повреждения двигательных нейронов и нейродегенерации (например, повреждения шейного отдела спинного мозга и бокового амиотрофического склероза соответственно). Диафрагмальные моторные нейроны являются конечным звеном между центральной нервной системой и мышцами, а их соответствующие моторные единицы (группы мышечных волокон, иннервируемых одним моторным нейроном) представляют собой самую маленькую функциональную единицу нервно-мышечной вентиляционной системы. Комбинированный потенциал действия мышц (CMAP), потенциал одиночной моторной единицы (SMUP) и оценка количества двигательных единиц (MUNE) являются установленными электрофизиологическими подходами, которые позволяют продольно оценивать целостность двигательных единиц в животных моделях с течением времени, но в основном применяются к мышцам конечностей. Таким образом, цели данного исследования заключаются в том, чтобы описать подход в доклинических исследованиях на грызунах, который может быть использован в лонгитюдном отношении для количественной оценки диафрагмального MUNE, размера моторной единицы (представленной как SMUP) и CMAP, а затем продемонстрировать полезность этих подходов в модели потери двигательных нейронов. Чувствительные, объективные и трансляционно значимые биомаркеры повреждения нейронов, дегенерации и регенерации при повреждении и заболеваниях двигательных нейронов могут значительно помочь и ускорить экспериментальные исследования до клинических испытаний.
Диафрагмальные моторные нейроны (МН), простирающиеся от уровня С3 до С6 миотома, образуют конечное звено от центральной нервной системы (ЦНС) к мышце диафрагмы1. Диафрагмальные моторные единицы (МЧ) состоят из одной спинномозговой МН и ее иннервированных мышечных волокон диафрагмы, образующих наименьшую функциональную единицу дыхательной нервно-мышечной системы. Вентиляционная функция требует адекватного сокращения мышцы диафрагмы, достигаемого за счет скоординированной активации диафрагмального пулаMU 2,3. Многие неврологические заболевания, включая боковой амиотрофический склероз (БАС), приводят к тяжелым нарушениям вентиляции, что в конечном итоге является причиной смерти4.
Для оценки и мониторинга целостности пула двигательных единиц (MU) in vivo можно использовать несколько электрофизиологических подходов. Потенциал действия сложных мышц (CMAP) отражает суммарную деполяризацию всех мышечных волокон в определенной мышце или группе мышц после стимуляции периферических нервов и чувствителен к ряду нервно-мышечных состояний, включая БАС 5,6 и спинальную мышечную атрофию (СМА)7,8,9. Ограничением оценки CMAP является то, что коллатеральное прорастание может привести к сохранению амплитуды и площади CMAP даже при наличии потери MU10. Чтобы преодолеть это ограничение, в метод CMAP были внесены изменения для оценки как номера моторного блока, так и размера11. Кроме того, исследование in vivo, посвященное функциональной оценке CMAP диафрагмы с помощью электрофизиологической системы, показало, что также может быть целесообразным использование описанного метода записи CMAP диафрагмы для оценки числа моторных единиц12.
Метод инкрементальной оценки числа моторных единиц (MUNE) был впервые представлен в начале 1970-х годов McComas et al. для мышцы-разгибателя пальца у человека13. Инкрементальный подход MUNE представлял собой модификацию традиционного метода регистрации CMAP, в ходе которого постепенно увеличивающаяся стимуляция доставлялась для записи количественных субмаксимальных приращений по принципу «все или ничего» в качестве индексов реакций одной моторной единицы. Суммированные и усредненные приращения использовались для расчета оценки величины потенциала одного моторного блока (SMUP). Затем этот рассчитанный размер был разделен на амплитуду CMAP для оценки количества МЕ, иннервирующих исследуемую мышцу11. MUNE демонстрирует высокую чувствительность в обнаружении и мониторинге потерь моторных единиц, что позволяет идентифицировать дисфункцию моторных единиц до того, как станут заметными изменения в таких показателях, как амплитуда CMAP или площадь14,15. У пациентов с БАС MUNE оказался исключительно чувствительным, выступая в качестве важного биомаркера начала, прогрессирования и прогноза заболевания16,17.
Были разработаны и широко используются многочисленные адаптации MUNE для оценки функции MU при таких состояниях, как нейродегенерация, повреждение нервной системы и естественный процесс старения 18,19,20,21. С момента первоначального описания различные адаптации, использующие как электрофизиологические реакции, так и инкрементальные силовые (механические) измерения, применялись как в исследованиях на людях, так ина животных моделях. MUNE обеспечивает неинвазивную функциональную оценку связи моторных нейронов с мышцей. Продольное применение MUNE позволяет понять прогрессирование заболевания или индуцированного фенотипа, а также оценить защитные или регенеративные эффекты терапевтических вмешательств, как в клинических, так и в доклинических условиях. Независимо от эффективности воспроизводимости измерений MUNE и клинической значимости метода для бассейнов MU на большей части тела человека, усилия в основном сосредоточены на мышцах конечностей в мышцах грызунов 10,23,24,25.
Таким образом, цели данного исследования заключались в том, чтобы описать подход к получению составного потенциала действия мышц (CMAP), SMUP и номера диафрагмальной моторной единицы (MUNE) в виде оценок in vivo , которые могут быть использованы в доклинических исследованиях на грызунах для количественной оценки MUNE, размера моторной единицы (представленной как SMUP) и CMAP. Кроме того, мы представляем репрезентативные данные, которые подчеркивают потерю числа MU диафрагмы после внутриплеврального введения диафрагмального дегенеративного агента MN, фрагмента холерного токсина B, конъюгированного с сапорином (CTB-SAP).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Все процедуры были утверждены и проведены в соответствии с руководящими принципами, установленными Комитетом по институциональному уходу за животными и их использованию в Университете Миссури. Эксперименты проводились на взрослых самцах крыс Спрэг-Доули в возрасте от 11 до 15 недель. Эти крысы были размещены парами и содержались в соответствии с циклом свет-темнота 12:12, при этом доступ к стандартному коммерческому гранулированному корму и воде, обработанной HCl, был доступен в любое время.
1. Подготовка животных и проведение анестезии
2. Установка и настройка электродов
3. Сбор данных

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Методы CMAP, SMUP и MINE, описанные в этом отчете, позволяют регистрировать нервно-мышечную функцию в мышце диафрагмы с использованием минимально инвазивного размещения электродов (Рисунок 1). Параметры амплитуды и площади могут быть использованы для характеристики сверхмаксимального размера CMAP, обеспечивая общую меру выхода мышечной группы (рис. 2). Тем не менее, в наших текущих методах мы полагаемся на амплитуду для количественной оценки размеров CMAP и SMUP...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
При дегенеративных заболеваниях МП, таких как БАС, крайне важно оценить МН, участвующие в вентиляциилегких 28. Несмотря на возникновение респираторной дегенерации МН у пациентов с БАС, конкретное начало и прогрессирование смерти от МН остаются до конца неизученными 29,30,31. Признавая важность этого аспекта, различные модели, как генетические (например, SOD1
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
WDA получила финансирование на исследования от NMD Pharma, Avidity Biosciences и консультационные гонорары от NMD Pharma, Avidity Biosciences, Dyne Therapeutics, Novartis, Design Therapeutics, Catalyst Pharmaceuticals и Novartis.
Эта работа была профинансирована грантом Программы исследований травм и заболеваний спинного мозга от Программы исследований травм и заболеваний спинного мозга штата Миссури (NLN и WDA).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Стеклянный шприц объемом 2 мл | Kent Scientific Corporation | SOMNO-2ML | |
| 50 мл, модель 705 RN шприц | Hamilton Company | 7637-01 | Используется для проведения внутриплевральных инъекций |
| 5008 - Formulab Diet | LabDiet | 0001325 | |
| автоклавируемые иглы 26 г (26S RN 9,52 мм 40&deг;) | Hamilton Company | 7804-04 | Используется для проведения внутриплевральной инъекции |
| В-субъединица (CTB) холерного токсина (CTB) | MilliporeSigma | C9903 | Используется для внутриплевральной инъекции для маркировки выживших моторных нейронов |
| В-субъединица холерного токсина, конъюгированная с сапорином (CTB-SAP) | Усовершенствованные системы нацеливания | IT-14 | Используется для внутриплевральной инъекции с целью вызвать гибель моторных нейронов |
| Съемный кабель | Technomed | 202845-0000 | для подключения электрода регистратора к электродиагностическому аппарату |
| Одноразовый дисковый электрод 2" x 2" с выводами | Cadwell | 302290-000 | заземляющий электрод |
| одноразовые монополярные иглы 28 G | Technomed | 202270-000 | катодные и анодные стимулирующие электроды- записывающие электроды |
| игольчатый кабель EMG (Amp/stim переключатель коробки) | Cadwell | 190266-200 | для подключения монополярных электродов к электродиагностическому стимулятору |
| Helping Hands зажим из кожи аллигатора с железным основанием | Radio Shack | 64-079 | Сохранение размещения записывающих электродов |
| Изофлуран (флакон 250 мл) | Piramal Healthcare | ||
| монопроектный шприц для орошения с изогнутым наконечником | Covidien | 81412012 | используется для нанесения электродного геля |
| PhysioSuite Система физиологического мониторинга с RightTemp Гомеотермический согревающий | Kent Scientific Corporation | PS-RT | Включает инфракрасную прогревающую подушку, ректальный зонд и прокладочный датчик температуры |
| Pro триммер Pet Набор для груминга | Oster | 078577-010-003 | машинки для стрижки волос |
| Saporin (SAP) | Усовершенствованные целевые системы | PR-01 | Используется для внутриплевральной инъекции (контролирующий агент при введении сам по себе) |
| Sierra Summit EMG система | Cadwell Industries, Inc., Кенневик, штат Вашингтон | портативная электродиагностическая система | |
| SomnoSuite Low-Flow Digital Anesthesia System | Kent Scientific Корпорация | SOMNO | Включает в себя адаптер для защиты от пролива, защиты от испарений на крышке бутылки; Y-образная переходная трубка; угольный фильтр для очистки |
| Sprague-Dawley rat | Envigo colony 208a, Индианаполис, Индианаполис, Индианаполис | ||
| Ветеринарная офтальмологическая мазь на нефтяной основе | Пуралуч | 26870 | применяется во время анестезии во избежание травмирования роговицы |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.