Summary
Présenté ici est un protocole pour l’enregistrement des cycles de récupération de vitesse musculaire (MVRCs), une nouvelle méthode d’examen des propriétés de la membrane musculaire. Les CARDIOM permettent une évaluation in vivo du potentiel de la membrane musculaire et des altérations de la fonction du canal ionique musculaire par rapport à la pathologie, et il permet la démonstration de la dépolarisation musculaire dans les muscles neurogènes.
Abstract
Bien que les études conventionnelles de conduction de nerf (NCS) et l’électromyographie (EMG) soient appropriées pour le diagnostic des désordres neuromusculaires, elles fournissent l’information limitée au sujet des propriétés de membrane de fibre de muscle et des mécanismes sous-jacents de maladie. Les cycles de récupération de la vitesse musculaire (MVRC) illustrent comment la vitesse d’un potentiel d’action musculaire dépend du temps après un potentiel d’action précédent. Les MVRC sont étroitement liés aux changements dans le potentiel membranaire qui suivent un potentiel d’action, fournissant ainsi des informations sur les propriétés de la membrane des fibres musculaires. Les MVRC peuvent être enregistrés rapidement et facilement par stimulation directe et enregistrement à partir de faisceaux multifibres in vivo. Les CARDIOM ont été utiles pour comprendre les mécanismes de la maladie dans plusieurs troubles neuromusculaires. Des études chez des patients atteints de canalopathies ont démontré les différents effets de mutations spécifiques du canal ionique sur l’excitabilité musculaire. Les CARDIOM ont déjà été testés chez des patients ayant des muscles neurogènes. Dans cette étude antérieure, la période relative de réfraction de muscle (MRRP) a été prolongée, et la supernormalité tôt (ESN) et la supernormalité en retard (LSN) ont été réduites dans les patients comparés aux contrôles sains. Par conséquent, les MVRC peuvent fournir des preuves in vivo de dépolarisation de membrane dans les fibres intactes de muscle humain qui sous-tendent leur excitabilité réduite. Le protocole présenté ici décrit comment enregistrer les CRVR et analyser les enregistrements. Les CARDIOM peuvent servir de méthode rapide, simple et utile pour révéler les mécanismes de la maladie dans un large éventail de troubles neuromusculaires.
Introduction
Les études de conduction nerveuse (NCS) et l’électromyographie (EMG) sont les méthodes électrophysiologiques conventionnelles utilisées pour le diagnostic des désordres neuromusculaires. NCS permet la détection de la perte axonale et la démyélinisation dans les nerfs1, tandis que EMG peut différencier si la myopathie ou des changements neurogènes sont présents dans le muscle en raison de lésions nerveuses. Cependant, NCS ou EMG fournissent des informations limitées sur les propriétés de la membrane des fibres musculaires et les mécanismes sous-jacents de la maladie. Cette information peut être réalisée à l’aide d’électrodes intracellulaires dans les muscles isolés des biopsies musculaires2,3,4. Cependant, il est d’importance clinique d’utiliser des méthodologies utilisant des enregistrements de muscles intacts chez les patients.
La vitesse d’une deuxième action de fibre musculaire change potentiel en fonction du retard après les5premiers , et cette fonction de récupération de vitesse (ou cycle de récupération) a été montré pour changer dans les muscles dystrophiques ou denervated. Le rendement de ces enregistrements à partir de fibres musculaires simples était, cependant, trop faible pour être utile comme un outil clinique6. Cependant, Z’Graggen et Bostock ont découvert plus tard que les enregistrements multifibres, obtenus par stimulation directe et l’enregistrement à partir du même faisceau de fibres musculaires, fournissent une méthode rapide et simple d’obtenir de tels enregistrements in vivo7. Une séquence de stimuli électriques d’impulsion appariés avec des intervalles interstimulus variables (ISIs) est utilisée dans cette méthode7,8,9,10,11.
Les paramètres évalués de MVRC incluent les suivants : 1) période réfractaire relative de muscle (MRRP), qui est la durée après un potentiel d’action de muscle jusqu’à ce que le potentiel d’action suivant puisse être obtenu ; 2) la supernormalité précoce (ESN); et 3) la supernormalité tardive (LSN). ESN et LSN sont les périodes après la période réfractaire au cours de laquelle les potentiels d’action sont effectués le long de la membrane musculaire plus rapidement que la normale. L’après-potentiel dépolarisant, et l’accumulation de potassium dans les t-tubules du muscle respectivement, sont supposés que les causes principales pour les deux périodes de supernormalité.
La large applicabilité des MVRC aux troubles musculaires a été montrée dans la détection de la dépolarisation de membrane dans l’ischémie7,10,12 et l’échec rénal13, ainsi que de fournir des informations sur les anomalies de la membrane musculaire dans la myopathie maladie critique14 et la myosite du corps d’inclusion15. La rampe de fréquence et les protocoles intermittents de simulation 15 Hz et 20 Hz ont depuis été introduits. MVRCs, ainsi que ces protocoles additionnels, ont démontré les différents effets sur l’excitabilité de la membrane musculaire liées à la perte de fonction ou des mutations du gain de fonction dans divers canaux d’ions musculaires dans les canalisations d’ions musculaires hérités (c.-à-d., myotonia du canal de sodium, paramyotonia congenita16, dystrophie myotonique17, syndrome d’Andersen-Tawil18, et myotonia congenita19,20).
Dans une étude récente, l’applicabilité des MVRC aux muscles neurogènes a été montrée pour la première fois. Le terme « muscle neurogène » désigne les changements secondaires dans les muscles squelettiques qui se développent sous forme de dénervation et de réinnervation après toute blessure aux cellules de corne antérieure ou aux axones moteurs. La dénervation est caractérisée dans eMG comme activité spontanée (c.-à-d., fibrillations [fibs] et ondes pointues positives [psws]), tandis que les grands potentiels d’unité moteur avec la durée prolongée et l’amplitude accrue présentent la réinnervation21. Les changements d’EMG sont évidents dans les muscles envahis, mais les changements cellulaires sous-jacents dans les potentiels de membrane de fibre de muscle ont été seulement démontrés dans des études expérimentales sur le tissu de muscle isolé2,3,4. Les CRVR fournissent un aperçu plus approfondi des propriétés de la membrane musculaire humaine in vivo en ce qui concerne le processus de dénervation.
Cet article décrit en détail la méthodologie des CRVR. Il résume également les changements dans les muscles neurogènes dans un sous-groupe de patients d’une étude précédemmentrapportée 22 et les sujets témoins sains qui permet de déterminer si la méthode est appropriée pour une étude planifiée.
Les enregistrements sont performants à l’aide d’un protocole d’enregistrement qui fait partie d’un logiciel. D’autres équipements utilisés sont un stimulateur de courant constant bipolaire linéaire isolé, un éliminateur de bruit de 50 Hz, un amplificateur d’électromyographie isolé et un convertisseur analogique au numérique.
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Protocol
Tous les sujets doivent fournir un consentement écrit avant l’examen, et le protocole doit être approuvé par le comité local d’examen éthique approprié. Toutes les méthodes décrites ici ont été approuvées par le Comité régional d’éthique scientifique et l’Agence danoise de protection des données.
1. Préparation du sujet
- Évaluer les antécédents médicaux des sujets pour s’assurer qu’ils n’ont pas de troubles antérieurs du système nerveux autres que le groupe de la maladie qui sera étudié.
- Informez le sujet en détail des examens et demandez l’obtention d’un consentement écrit.
- Informer le sujet sur l’insertion de deux aiguilles dans un muscle de la jambe et que les fibres musculaires seront stimulées avec un faible courant.
- Expliquez que la sensation peut sembler légèrement désagréable.
- Informez le sujet que la stimulation peut être désactivée immédiatement à tout moment pendant l’enregistrement en cas d’inconfort.
- Nettoyez la jambe inférieure du sujet avec de l’alcool.
- Insérer l’électrode d’aiguille monopolaire stimulante (25 mm x 26 G) sur le muscle tibial antérieur et l’électrode de surface adhésive comme anode de 1 cm distale à l’aiguille monopolaire (Figure 1).
- Placez une électrode moulue distale à l’anode.
- Insérer l’électrode d’aiguille concentrique d’enregistrement (25 mm x 30 G) d’environ 2 cm proximale à l’électrode d’aiguille monopolaire stimulante le long des fibres musculaires (Figure 1).
- Connectez l’aiguille concentrique d’enregistrement et les électrodes au sol au préamplificateur.
- Demandez au sujet de garder le silence et d’éviter les mouvements pendant l’examen.
- Zéro la sortie du stimulateur et connecter les électrodes stimulantes au stimulateur (Figure 1).
- Maintenir la température de la peau entre 32 et 36 oC à l’aide d’une lampe chauffante.
2. Enregistrement des CRVR
- Démarrez le logiciel d’enregistrement semi-automatisé à l’aide du protocole d’enregistrement d’excitabilité musculaire et allumez le stimulateur. Les stimulations commenceront à 2,5 mA avec 1 Hz.
- Augmentez l’intensité de stimulus manuellement en frappant la touche Insert jusqu’à ce qu’une réponse soit enregistrée (max ' 10 mA).
- Ajuster les aiguilles stimulantes et d’enregistrement si nécessaire, jusqu’à enregistrer une réponse acceptable avec une intensité de stimulus de moins de 10 mA. La forme du potentiel d’action musculaire doit être triphasique, si possible, et stable. Évitez les grosses secousses du muscle entier.
- Inverser le potentiel d’action musculaire en frappant la touche moins (-) si le potentiel semble à l’envers.
REMARQUE : Une ligne horizontale magenta apparaît à l’écran indiquant la largeur du potentiel d’action.
- Ajustez la position et la longueur de la ligne magenta en faisant glisser la ligne avec la souris. La ligne horizontale verte représente la ligne de base.
- Cliquez sur OK pour commencer à enregistrer les CRVR.
- Sélectionnez une relation de réponse de stimulation parmi les options principales.
- Augmentez l’intensité de stimulus en frappant la touche D’insertion à un maximum de 10 mA ou tolérable.
- Cliquez OK pour commencer à descendre la courbe de réponse de stimulus.
- Cliquez ok lorsque le stimulus de test atteint zéro.
- Définir l’intensité de stimulus au niveau pour une latence stable.
- Cliquez sur OK pour revenir au menu principal.
- Sélectionnez l’option 1/2/5 stims de conditionnement pour RC.
- Sélectionnez un protocole à partir des options de cycle de récupération (p. ex., démarrer un cycle de récupération rapide [sauter d’autres retards]), qui est la valeur par défaut.
REMARQUE : L’enregistrement se poursuit automatiquement pendant 34 étapes avec des intervalles de stimulation interstimulus (ISI) en baisse. - Assurez-vous que le potentiel d’action musculaire est stable pendant l’enregistrement et que l’aiguille n’a pas bougé. L’écran passe automatiquement aux options principales lorsque les 34 étapes sont terminées.
- Cliquez sur l’enregistrement De finition Fermer le fichier OK, à moins qu’une fréquence de montée en puissance ou 20 enregistrements Hz est effectué.
- Terminez l’enregistrement et enregistrez les données en cliquant sur le fichier Close et enregistrez le bouton de données.
3. Analyses Du MVRC
- Démarrer le logiciel d’analyse pour effectuer l’analyse hors ligne.
- Sélectionnez l’enregistrement qui sera analysé et cliquez sur le bouton OK.
- Cliquez sur les paramètres de charge du menu Fichiers.
- Sélectionnez l’option MANAL9 pour l’analyse. Si ce n’est pas présent sur la liste, cliquez sur Parcourir pour trouver ce fichier. Cliquez OK pour continuer.
- Lorsqu’une description de l’analyse d’excitabilité musculaire de MAnal9 apparaît, cliquez sur OK pour continuer.
- Inverser le potentiel d’action musculaire en tapant MM-1 si le potentiel apparaît à l’envers.
- Cliquez à droite sur la souris pour rendre la ligne magenta visible. Définir la fenêtre à la base de la réponse de pointe et avec une largeur correspondant à peu près à la largeur du potentiel d’action à cette hauteur. Faites glisser avec la souris pour ajuster la fenêtre. La fenêtre détermine les latences dans lesquelles la hauteur et la latence sont mesurées, comme indiqué par les lignes bleues pâles, et la ligne verte indique la ligne de base. Cliquez OK pour continuer.
- Cliquez sur OK pour remesurer les latences et les pics. Cela se fera automatiquement.
REMARQUE : Dans l’affichage des latences remesurées, les délais sont mesurés à des délais plus courts que ceux d’origine. C’est parce que les réponses aux stimuli de conditionnement seul ont été soustraits des réponses au conditionnement plus le test. Cela garantit que les stimuli de conditionnement n’interfèrent pas avec les mesures de latence. Comme il est indiqué dans la boîte rapide, les points de mauvais simples peuvent être éliminés en positionnant le curseur (ligne rouge verticale) sur le point et en frappant la touche . Le mauvais point est remplacé par la moyenne des valeurs de chaque côté dans le même canal. S’il n’y a pas de mauvais points, définir DE (extrémité d’affichage) juste après la dernière latence requise. - Cliquez sur OK pour créer un fichier RMC.
- Ignorer la plupart des options apparaissant dans le formulaire « Créer cRC ou RMC », puisqu’il s’agit de mesures de fibre C plutôt que de MVRC. Cliquez sur Enregistrer et sortir pour continuer. Après avoir sauvegardé le fichier RMC, la boîte rapide offre différentes options
- Si des données de rampe de fréquence et/ou de stimulation répétitive ont été enregistrées, suivez les instructions pour les analyser. Sinon, sélectionnez Allez directement pour créer l’option de fichier MEM pour créer un fichier MEM. Cliquez OK pour continuer.
- Cliquez sur Enregistrer et sortir pour continuer.
- Cliquez sur OK pour ajouter les données RMC au fichier MEM.
- Cliquez sur Ajouter à partir du fichier Entrée RMC pour ajouter ces données au fichier MEM, puis modifier le répertoire pour enregistrer le fichier COMPOSITE MEM. Ensuite, cliquez sur Enregistrer et sortir pour l’enregistrer.
- Cliquez sur OK pour enregistrer le fichier QZD remesuré pour permettre une différenciation par rapport au fichier QZD d’origine à l’aide d’un signe de l’alto.
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Representative Results
Les résultats suivants ont été obtenus dans un sous-groupe de patients d’une étude récente22, dans laquelle il y avait des fibs/psws dans tous les emplacements montrant l’activité de dénervation abondante. Les résultats ont prouvé que les changements dans les fibres de muscle après denervation ont été évalués in vivo utilisant la technique de MVRC décrite dans ce protocole. Les CARDIOM ont montré des changements compatibles avec la dépolarisation du potentiel de membrane de repos dans les fibres musculaires neurogènes.
Quatorze patients ont été comparés à 29 sujets en bonne santé. Les données démographiques des sujets sont indiquées dans le tableau 1. La figure 2 illustre les enregistrements d’un sujet et d’un patient en bonne santé. La figure 3 et le tableau 2 illustrent la comparaison des MVRC des patients avec des sujets sains. Le RMR a été prolongé, et esN et LSN ont été réduits chez les patients par rapport aux témoins sains(tableau 2, figure 3).
Figure 1 : Image de la configuration des CRVR. (A) Stimulateur bipolaire à courant constant linéaire isolé, (B) éliminateur de bruit de 50 Hz, (C) amplificateur EMG isolé, et (D) convertisseur analogique-numérique. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 2 : Exemples d’enregistrements du CRVR. Enregistrements après un stimulus de conditionnement (rouge), deux stimuli de conditionnement (vert), et cinq stimuli de conditionnement (bleu) d’un (A) sujet sain et (B) patient avec la radiculopathie L5. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 3 : Les CRVR avec un, deux et cinq stimuli de conditionnement. (A) MVRCs dans 14 patients (lignes grises) comparéà la valeur moyenne de 29 contrôles sains (carrés noirs remplis). La représentation graphique du pourcentage de changement de latence est tracée contre les ISI de 2 à 1 000 ms (échelle logarithmique). (B,C) : Même que (A), mais avec deux et cinq stimuli de conditionnement. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
| Contrôles sains (n-29) |
Patients (n-14) |
|
| Age (années) | 55,7 à 14,9 | 58,9 à 16,3 |
| Sexe (M/F) | 14/15 | 9/5 |
| Durée de la maladie (mois) | - | 3,4 à 2,7 |
| Score MRC | - | 3,0 à 1,1 |
| Étiologie | - | Neuropathie péronale (9) Afflication de racine de L5 |
Tableau 1 : Caractéristiques démographiques et cliniques. Les valeurs sont répertoriées comme des moyens - déviation standard. Ce tableau a été modifié à partir de Witt et coll.22.
| Contrôles sains (n-29) |
Patients (n-14) |
p-valeur pour t-test | |
| MRRP (ms) | 3,5 à 0,4 | 7,6 à 3,1 | p 6,8à 8 |
| ESN (%) | 11,3 à 2,1 | 7,6 à 2,3 | p 5,5à 5 |
| ESN (ms) | 7,8 à 1,3 | 12,7 à 2,5 | p 1,6à 8 |
| 5ESN (%) | 13,7 à 2,5 | 1,0 à 0,6 | p 9,3-10 |
| LSN (%) | 4,1 à 1,4 | 2,8 à 1,7 | p 0,017 |
| XLSN (%) | De 2,9 à 0,7 | 1,0 à 1,6 | p 1,8à 10 |
| 5XLSN (%) | 8,0 à 1,4 | 2,8 à 1,6 | p 2,2-11 |
Tableau 2 : Comparaison des paramètres du MVRC entre les témoins sains et les patients. MRRP - période de réfraction relative musculaire; ESN (%) - réduction de la latence du potentiel d’action musculaire après un stimulus de conditionnement en tant que pourcentage de stimulus non conditionné à l’ISI de l’ISI de 15 ms( ESN (ms), ISI correspondant à ESN (%). 5ESN - pic de supernormalité précoce après cinq stimuli de conditionnement. LSN (%) - réduction de la latence du potentiel d’action musculaire après un stimulus de conditionnement en tant que pourcentage de stimulus non conditionné à l’ISI entre 100 et 150 ms. XLSN (%) - réduction de la latence du potentiel d’action musculaire après deux stimuli de conditionnement en tant que pourcentage d’un stimulus de conditionnement à isI entre 100 et 150 ms. 5XLSN (%) - réduction de la latence du potentiel d’action musculaire après cinq stimuli de conditionnement en pourcentage d’un stimulus de conditionnement à l’ISI entre 100 et 150 ms. Les valeurs sont répertoriées comme moyens - déviation standard.
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Discussion
Les CRVR, tels que programmés dans le logiciel d’enregistrement, sont une procédure hautement automatisée, mais il faut faire attention pour obtenir des résultats fiables. Au stade de l’enregistrement, tout en ajustant les aiguilles, il est important d’éviter de stimuler la zone de la plaque d’extrémité ou le nerf. Cela conduit généralement à de grandes secousses de l’ensemble du muscle, ce qui augmente le risque de déplacement de la stimulation et / ou l’aiguille d’enregistrement lors de l’enregistrement des MVRC. À ce jour, la méthode a été appliquée à plusieurs muscles qui ont mieux décrit la zone de la plaque d’extrémité; cependant, les plaques d’extrémité peuvent être dispersées (c.-à-d., dans le muscle tibial antérieur). Par conséquent, une attention particulière est nécessaire.
Afin d’éviter la stimulation de la plaque d’extrémité ou du nerf au lieu de fibres musculaires, il faut prendre soin lors de l’observation du muscle pour les secousses. L’aiguille monopolaire stimulante doit être déplacée, ainsi que l’aiguille concentrique d’enregistrement, pour localiser un site qui ne cause pas de secousses. En outre, les sujets devraient être demandés s’ils ressentent ou non la douleur. Les enregistrements MVRC ne causent aucun désagrément, à moins que la zone de la plaque d’extrémité ou le nerf soit stimulé au lieu de fibres musculaires.
Une limitation de la méthode MVRCs est l’exécution de l’enregistrement dans un seul site et l’examen de seulement quelques fibres musculaires, qui ne représente pas nécessairement l’ensemble du muscle. Cette limitation est particulièrement importante dans les troubles où la pathologie n’est pas diffuse. Une étude précédente n’a trouvé étonnamment aucune différence entre les patients présentant la sclérose latérale amyotrophique et les contrôles sains en dépit des muscles dénervated. C’est probablement parce que l’activité de dénervation n’a pas été enregistrée sur le site où les CRVR ont été enregistrés23. On ne peut pas non plus exclure que l’aiguille ait pu être ajustée à un endroit plus sain avec une réponse plus optimale.
Une autre limitation des MVRCest est que l’on peut avoir une tendance à repérer les fibres musculaires saines tout en ajustant l’aiguille d’enregistrement pour obtenir une réponse stable pour les mesures. Une façon de surmonter cette limitation peut être de faire les enregistrements à partir de potentiels polyphasiques. Toutefois, cela peut poser des problèmes pour déterminer une latence précise s’il y a des pics indifférenciés. En outre, bien que nous avons l’intention de stimuler et d’enregistrer à partir du même faisceau de fibres musculaires, ceux-ci peuvent ne pas être exactement les mêmes. Le faisceau stimulé peut contenir différentes fibres au cours de l’expérience en cours24.
Les CRVR fournissent des informations qui ne peuvent pas être obtenues par les méthodes électrophysiologiques conventionnelles. Ainsi, il n’y a aucune autre méthode dans l’utilisation actuelle qui peut être comparée aux MVRC. Le rapport précédent6, en utilisant des électrodes d’aiguille de fibre unique pour enregistrer à deux emplacements de la même fibre musculaire, était beaucoup plus difficile. Les bons enregistrements n’ont été obtenus que de 43 études sur 118 de fibres musculaires, et cette méthode n’a pas été adoptée dans les laboratoires de recherche ou les cliniques. Une autre approche similaire mais non automatisée a utilisé huit ISI différents de 20 ms à 2 ms25. Les auteurs ont rapporté qu’un enregistrement a pris 20-60 min, alors que cette méthode enregistre MVRCs avec 34 ISI dans environ 10 min. L’analyse est également rapide et hautement automatisée.
En conclusion, les CRVR est une méthode qui peut fournir des informations inestimables pour comprendre les mécanismes sous-jacents des troubles neuromusculaires. Pour les patients dans lesquels une mutation dans un gène de canal ionique a été identifiée, cette méthode fournit également des données sur les effets de ces mutations spécifiques sur l’excitabilité de membrane de muscle in vivo. Ceci, avec des études in vitro d’expression, permet une compréhension plus précise de la pathophysiologie de muscle dans ces patients. Cette méthode a le potentiel de fournir un aperçu du rôle de ces canaux dans la physiologie musculaire normale, améliorant ainsi la compréhension de la maladie musculaire en général. D’autres études avec d’autres groupes de patients et de grands groupes sont nécessaires. Des études enregistrant des MVRC dans différents muscles sont également justifiées.
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Disclosures
H.B. reçoit des redevances de l’UCL pour la vente de son logiciel Qtrac utilisé dans cette étude. Les autres auteurs n’ont pas de conflits d’intérêts potentiels. Tous les auteurs ont approuvé l’article final.
Acknowledgments
Cette étude a été financée principalement par les deux subventions de la Fondation Lundbeck (numéro de subvention R191-2015-931 et numéro de subvention R290-2018-751). De plus, l’étude a été soutenue financièrement par le Programme de défi de la Fondation Novo Nordisk (numéro de subvention NNF14OC0011633) dans le cadre du Consortium international de neuropathie diabétique.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 50 Hz Noise Eliminator | Digitimer Ltd | Humbug | |
| Analogue-to-Digital Converter | National Instruments | NI-6221 | |
| Analysing software program | Digitimer Ltd (copyright Institute of Neurology, University College, London) | QtracP, MANAL9 | |
| Disposable concentric needle electrode, 25 mm x 30G | Natus | Dantec DCN | |
| Disposable monopolar needle electrode, 25 mm x 26G | Natus | TECA elite | |
| Isolated EMG amplifier | Digitimer Ltd | D440 | |
| Isolated linear bipolar constant-current stimulator | Digitimer Ltd | DS5 | |
| Software and recording protocol | Digitimer Ltd (copyright Institute of Neurology, University College, London) | QtracW software, M3REC3 recording protocol written by Hugh Bostock, Istitute of Neurology, London, UK) |
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