Måling af nerve varmeledning er et nyttigt værktøj til at vurdere musemodeller af neurodegeneration men det er ofte kun anvendes til at stimulere iskiasnerven i hindlimbs. Her, beskriver vi en teknik til at måle sammensatte muskel aktionspotentialet (CMAP) i vivo på mus forelimb musklerne innerveres af plexus brachialis.
Vurdering af funktionaliteten af nerve axon giver detaljerede oplysninger om progression af neuromuskulære lidelser. Elektrofysiologiske optagelser giver en følsom tilgang til måling af nerve varmeledning i mennesker og gnavere modeller. For at udvide de tekniske muligheder for Elektromyografi i mus, er måling af sammensatte muskel handling potentialer (CMAPs) fra plexus brachialis nerve i forelimb ved hjælp af nål elektroder beskrevet her. CMAP optagelser efter stimulere iskiasnerven i hindlimbs har været tidligere beskrevet. Den nyligt indførte metode giver mulighed her for evalueringen af nerve ledningsevne på en ekstra websted, og dermed giver en mere dybtgående oversigt over den neuromuskulære funktion. Teknikken giver oplysninger om både det relative antal af funktionelle axoner og myelination niveau. Dermed, kan denne metode anvendes til at vurdere både cytoskeletale sygdomme samt demyeliniserende betingelser. Denne minimalt invasiv metode kræver ikke udsugning af nerve og det er derfor velegnet til gentagne målinger i længderetningen opfølgning i de samme dyr. Lignende optagelser er udført i klinisk opsætninger til at understrege den translationel relevans af metoden.
Elektrofysiologi bruges som et diagnostisk redskab i neuromuskulære lidelser som motor neuron sygdomme, plexopathies, neuropatier, neuromuskulære junction lidelser og myopatier. I Amyotrofisk lateral sklerose (ALS), som primært motoriske neuroner er berørt, afspejles cytoskeletale skader og muskel lammelse1 i reduceret CMAP amplituder på nerveledningen undersøgelser (NCS). I Charcot-Marie-Tooth sygdom (CMT) kan både cytoskeletale degeneration og demyelinering estimeres i perifere nerver ved hjælp af NCS2. Denne teknik kan bruges til bekræfter diagnosen, vurdere sygdom progression3,4. NCS aktiverer estimering af den cytoskeletale patologi, som er udledt fra omfanget af aktionspotentialet amplitude5, og omfanget af demyelinering – hvilket resulterer i reducerede overledning hastighed, forlænget distale ventetid eller overledningsforstyrrelser blok 6.
CMAP måling er en hurtig og følsom metode til at evaluere nerve varmeledning både hos mennesker og mus. Der henviser til, at patienter NCS udføres rutinemæssigt på forskellige steder til at registrere forskellige nerver og muskler, i mus, gjort CMAP målinger typisk kun for iskiasnerven at vurdere nerve funktionalitet i hindlimbs. Dog i nogle dyreforsøg ville det være fordelagtigt at post CMAP både i forgrunden- og hindlimbs, for eksempel, at følge differential sygdomsprogression mellem fore- og hindlimbs i ALS musemodeller.
Her, vil vi præsentere en metode til at optage CMAPs fra forbens af mus ved hjælp af nål elektroder. Derudover giver vi en tilgang til at måle CMAPs fra hindlimbs, ligeledes med nål elektroder. Måling af CMAPs fra hindlimbs med ring elektroder er blevet præsenteret tidligere7,8. Optagelse af CMAPs ved hjælp af nål elektroder er en hurtig målemetode, det kræver ikke barbering af skind, og proceduren for måling af både hind- og forbens tager kun 10 min pr. dyr for en erfaren forsker. Denne minimalt invasiv metode er i øvrigt muligt for gentagne målinger til at tillade langsgående opfølgning af flere nerver i dyr.
Følsomme optagelse metoder er afgørende for vurderingen af sygdomsprogression og især effekten af en terapi i dyremodeller for neuronale forstyrrelser. Bestemmelse af CMAPs er en minimalt invasiv elektrofysiologiske teknik, der anvendes rutinemæssigt i klinikker og eksperimenterende opsætninger til at vurdere nerve varmeledning i neuromuskulære og neuropatiske lidelser3,18. Her beskriver vi et nyt program for CMAP optagelse i mus for at måle nerve varmeledning i plexus brachialis nerve af forelimb. Den præsenterede metode giver mulighed for en mere alsidig og detaljeret langsgående vurdering af neuronal funktion i mus modeller af neurodegeneration.
Nål elektroder er lidt mere indgribende end ring elektroder og især longitudinelle studier skal påses, at minimere vævsskader. En mulig ulempe af metoden er resulterende skade fra piercing en nerve eller muskel. Men efter omhyggelig subkutan placering af elektroder, skade og afbrydelse af muskler og nerver kan forebygges. I modsætning til metoden ved hjælp af ring elektroder, kræver metoden præsenteres her ikke barbering af pels fra store dele af kroppen. Som følge heraf er der intet ubehag eller effekt på termoregulering for dyret.
Placering af elektroderne er afgørende for korrekt og konsekvent optagelsen af CMAP amplituder og ventetid. Det er tilrådeligt at repositionere elektroderne og at udføre to til tre målinger på hver arbejdsplads at bekræfte, at den maksimal stimulering og svar opnås. Korrekte optagelser skal producere bifasisk kurver som vist i figur 2. For at standardisere metoden, er ikke-Transgene mus uden nerveskade de bedste modeller til at etablere korrekt og konsekvent elektrode placering for optimal stimulation. Genanvendelige nål elektroder er egnet til gentagen brug, hvis de er regelmæssigt steriliseret, fx med glutaraldehyd i 20 minutter mellem dyr, og kontrolleres for skarphed.
Hos raske voksne mus er CMAP amplituder indspillet med metoden præsenteres typisk 80-100 mV efter stimulerende iskiasnerven og plexus brachialis. Dette er især større end svarene målt med ring elektroder, fordi der er en højere impedans forårsaget af huden for ring elektroder, der producerer resultater af 20-40 mV8,19,20. I ALS musemodeller, CMAP amplituder efter stimulere iskiasnerven eller plexus brachialis i lammede lemmer falde til 10-30 mV. Omfanget af CMAP amplitude er mindre hos unge dyr, da CMAP amplitude øger under udvikling21.
Den metode, som vi beskriver her er især nyttig i musemodeller af ALS, hvor denervering, og efterfølgende motor underskud, forekommer tidligere i hindlimbs end i forbens13. Ud over denervering, kunne metoden opdage reinnervation, som bestemmes som forhindret eller forsinket tilbagegang i CMAP amplitude. Den dramatiske nedgang i CMAP amplitude i musklerne i hindlimbs allerede i en alder af symptomdebut hindrer opfølgning af yderligere sygdomsprogression; som CMAP amplituder nå meget lave værdier på det tidlige stadium af sygdommen, de ikke yderligere falde under sygdomsprocessen. Derimod cytoskeletale tab skrider frem i et langsommere tempo i plexus brachialis nerve af forbens og præsenterer en mere følsomme indstilling til måling af sygdomsprogression over en længere varighed af sygdommen. Desuden kunne mindre degenererede forbens levere en mere potent site for vurdering af terapeutiske tilgange, der tager sigte på at øge cytoskeletale funktion.
Det er klart, at den præsenterede teknik giver nye muligheder for karakterisering af mus modeller af neuromuskulære lidelser. CMAP optagelser med nål elektroder fra iskiasnerven og plexus brachialis er en hurtig og reproducerbar metode til at vurdere cytoskeletale tab og demyelinering i hind-såvel som i forbens. Følsomheden af metoden, der muliggør påvisning af cytoskeletale underskud selv før bemærkelsesværdige motor underskud kan registreres, og dermed giver mulighed for en tidlig kvantificering af disse mangler. Desuden muligheden for gentagne test reducerer antallet af påkrævede dyr og indeholder en detaljeret oversigt over progression af neuromuskulære og neuropatiske sygdomme på forskellige websteder i et enkelt dyr.
The authors have nothing to disclose.
Denne forskning har været støttet af KU Leuven (‘Åbne fremtid’ og C1), fonden for videnskabelig forskning Flandern (CVE-Vlaanderen), Thierry Latran Foundation, Association Belge contre les Maladies neuro-Musculaires (ABMM), muskelsvind Association (MDA), den og ALS Association og ALS Liga (Belgien). PVD holder en senior investigatorship af CVE-Vlaanderen. RP blev støttet af tilskud fra den centrale afhjælpende Klinik (CRC) Irland og understøttes i øjeblikket National University of Irland (NUI) og CVE.
Resuable subdermal needle electrode, Pl/Ir | Technomed | TE/S61-434 | The Needle is 13 mm (0.51") in length, 0.4 mm (27G) in diameter |
Natus electrodiagnostic system | Natus Neurology | UltraPro S100 | EMG device |
Synergy | Natus Neurology | version 20.1.0.100 | EMG software for UltraPro S100 |
Physitem Controller | Rothacher-Medical GmbH | TCAT-2LV | Heating pad |
combi-vet Base Anesthesia System Digital Flowmeter with TEC 3 Vaporize | Rothacher & Partner | CV 30-301-D | Isoflurane Vaporizer and flowmeter |
Iso-Vet 1000 mg/g | Piramal Healthcare UK Limited | AP/DRUGS/220/96 | Isoflurane |
SOD1-G93A mice | The Jackson Laboratory | #002726 | ALS tg and non-tg control littermates, only females |
PrP-hFUS-WT3 mice | The Jackson Laboratory | #017916 | ALS tg and non-tg control littermates, all groups balanced for males and females |
C57BL/6Jax mice | The Jackson Laboratory | #000664 | Non-tg mice for axotomy, male and female |
C61-PMP22 mice | Mouse line was generously donated by Prof. M. Sereda (The Max Planck Institute of Experimental Medicine, Göttingen, Germany). | CMT tg and non-tg control littermates, all groups balanced for males and females |