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Methodenartikel

Muskelgeschwindigkeit Erholung Zyklen, um Muskelmembran Eigenschaften zu untersuchen

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DOI:

10.3791/60788

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19. Februar 2020

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1Department of Clinical Neurophysiology, Aarhus University Hospital, 2UCL Queen Square Institute of Neurology, Queen Square House, 3Departments of Neurology and Neurosurgery, Inselspital, Bern University Hospital, University of Bern, 4MRC Centre for Neuromuscular Diseases, UCL Institute of Neurology, The National Hospital for Neurology and Neurosurgery

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Hier wird ein Protokoll zur Aufzeichnung von Muskelgeschwindigkeits-Regenerationszyklen (MVRCs) vorgestellt, eine neue Methode zur Untersuchung der Eigenschaften der Muskelmembran. MVRCs ermöglichen in vivo Bewertung der Muskelmembran Potenzial und Veränderungen in Muskel-Ionen-Kanal-Funktion in Bezug auf Pathologie, und es ermöglicht die Demonstration der Muskeldepolarisation in neurogenen Muskeln.

Zusammenfassung

Obwohl konventionelle Nervenleituntersuchungen (NCS) und Elektromyographie (EMG) für die Diagnose neuromuskulärer Störungen geeignet sind, liefern sie nur begrenzte Informationen über Muskelfasermembraneigenschaften und zugrunde liegende Krankheitsmechanismen. Muskelgeschwindigkeits-Recovery-Zyklen (MVRCs) veranschaulichen, wie die Geschwindigkeit eines Muskelaktionspotentials von der Zeit nach einem vorhergehenden Aktionspotential abhängt. MVRCs stehen in engem Zusammenhang mit Veränderungen des Membranpotenzials, die einem Aktionspotenzial folgen und somit Informationen über Die Eigenschaften der Muskelfasermembran liefern. MVRCs können schnell und einfach durch direkte Stimulation und Aufnahme von Multifaserbündeln in vivo aufgezeichnet werden. MVRCs waren hilfreich beim Verständnis von Krankheitsmechanismen bei mehreren neuromuskulären Erkrankungen. Studien bei Patienten mit Channelopathien haben die unterschiedlichen Auswirkungen spezifischer Ionenkanalmutationen auf die Muskelerregbarkeit gezeigt. MVRCs wurden zuvor bei Patienten mit neurogenen Muskeln getestet. In dieser vorherigen Studie wurde die Muskel-relative Refraktionsperiode (MRRP) verlängert, und die frühe Übernormalität (ESN) und die späte Übernormalität (LSN) wurden bei Patienten im Vergleich zu gesunden Kontrollen reduziert. Dabei können MVRCs in vivo Hinweise auf eine Membrandepolarisation in intakten menschlichen Muskelfasern liefern, die ihrer verminderten Erregbarkeit zugrunde liegen. Das hier vorgestellte Protokoll beschreibt, wie Man MVRCs aufzeichnet und die Aufzeichnungen analysiert. MVRCs können als schnelle, einfache und nützliche Methode zur Aufdeckung von Krankheitsmechanismen über eine breite Palette von neuromuskulären Erkrankungen dienen.

Einleitung

Nervenleituntersuchungen (NCS) und Elektromyographie (EMG) sind die herkömmlichen elektrophysiologischen Methoden zur Diagnose neuromuskulärer Störungen. NCS ermöglicht den Nachweis von Axonverlust und Demyelination in den Nerven1, während EMG unterscheiden kann, ob Myopathie oder neurogene Veränderungen im Muskel aufgrund von Nervenschäden vorhanden sind. NCS oder EMG liefern jedoch begrenzte Informationen über Muskelfasermembraneigenschaften und zugrunde liegende Krankheitsmechanismen. Diese Information kann mit intrazellulären Elektroden in isolierten Muskeln aus Muskelbiopsien2,3,4erreicht werden. Es ist jedoch von klinischer Bedeutung, Methoden mit Aufzeichnungen aus intakten Muskeln bei Patienten zu verwenden.

Die Geschwindigkeit einer zweiten Muskelfaser-Aktion kann sich als Funktion der Verzögerung nach den ersten5ändern, und diese Geschwindigkeits-Recovery-Funktion (oder Erholungszyklus) hat sich in dystrophischen oder denervierten Muskeln verändert. Die Ausbeute solcher Aufnahmen aus einzelnen Muskelfasern war jedoch zu gering, um als klinisches Werkzeug von Nutzen zu sein6. Z'Graggen und Bostock fanden jedoch später heraus, dass Multifaseraufnahmen, die durch direkte Stimulation und Aufnahme aus demselben Bündel von Muskelfasern erhalten wurden, eine schnelle und einfache Methode bieten, solche Aufnahmen in vivo7zu erhalten. Bei dieser Methode wird eine Sequenz von gepaarten impulselektrischen Reizen mit unterschiedlichen Interstimulusintervallen (ISIs) verwendet7,8,9,10,11.

Die ausgewerteten MVRC-Parameter umfassen folgendes: 1) Muskelrelative Feuerfestperiode (MRRP), die die Dauer nach einem Muskelaktionspotential ist, bis das nächste Aktionspotential ausgelöst werden kann; 2) frühe Übernormalität (ESN); und 3) späte Supernormalität (LSN). ESN und LSN sind die Perioden nach der Feuerfestphase, in denen die Aktionspotentiale entlang der Muskelmembran schneller als normal durchgeführt werden. Die depolarisierende Nachpotential, und Kaliumakkumulation in den t-Tubuli des Muskels jeweils, werden als die Hauptursachen für die beiden Perioden der Supernormalität vermutet.

Die breite Anwendbarkeit von MVRCs auf Muskelerkrankungen wurde bei der Depolarisation der Membran bei Ischämie7,10,12 und Nierenversagen13sowie bei der Bereitstellung von Informationen über Muskelmembrananomalien bei kritischer Krankheit Myopathie14 und Inklusions-Körpermyositis15gezeigt. Seitdem wurden Frequenzrampen und intermittierende 15 Hz- und 20 Hz-Simulationsprotokolle eingeführt. MVRCs, zusammen mit diesen zusätzlichen Protokollen, haben die verschiedenen Auswirkungen auf die Muskelmembran Erregung im Zusammenhang mit Verlust der Funktion oder Gain-of-Funktion Mutationen in verschiedenen Muskelionenkanälen in den vererbten Muskelionen-Kanalopathien (d.h. Natriumkanalmyotonia, Paramyotonia congenita16, myotonische Dystrophie17, Andersen-Tawil-Syndrom18, und Myotonia conitgen19,20).

In einer aktuellen Studie wurde zum ersten Mal die Anwendbarkeit von MVRCs auf neurogene Muskeln gezeigt. Der Begriff "neurogener Muskel" bezieht sich auf die sekundären Veränderungen in den Skelettmuskeln, die sich als Denervation und Reinnervation nach verletzungen der vorderen Hornzellen oder motorischen Axone entwickeln. Denervation wird in EMG als spontane Aktivität charakterisiert (d.h. Fibrillation [Fibs] und positive scharfe Wellen [psws]), während große Motoreinheitenpotentiale mit längerer Dauer und erhöhter Amplitude eine Reinnervation darstellen21. EMG-Veränderungen sind in denervierten Muskeln offensichtlich, aber die zugrunde liegenden zellulären Veränderungen in Muskelfasermembran-Potenziale wurden nur in experimentellen Studien über isoliertes Muskelgewebe2,3,4gezeigt. MVRCs bieten weitere Einblicke in die Eigenschaften der menschlichen Muskelmembran in vivo in Bezug auf den Denervationsprozess.

In diesem Artikel wird die Methodik der MVRCs ausführlich beschrieben. Es fasst auch die Veränderungen der neurogenen Muskeln in einer Untergruppe von Patienten aus einer zuvor berichteten Studie22 und gesunde Kontrollpersonen, die die Bestimmung ermöglicht, ob die Methode für eine geplante Studie geeignet ist.

Die Aufnahmen werden mit einem Aufzeichnungsprotokoll ausgeführt, das Teil eines Softwareprogramms ist. Andere Geräte werden verwendet, ein isolierter linearer bipolarer Konstantstromstimulator, 50 Hz Noise Eliminator, isolierter Elektromyographie-Verstärker und analog-digitaler Wandler.

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Protokoll

Alle Probanden müssen vor der Prüfung eine schriftliche Zustimmung erteilen, und das Protokoll muss von der zuständigen lokalen Ethik-Prüfungskommission genehmigt werden. Alle hier beschriebenen Methoden wurden vom Regionalen Wissenschaftlichen Ethikausschuss und der dänischen Datenschutzbehörde genehmigt.

1. Vorbereitung des Themas

  1. Bewerten Sie die Krankengeschichte der Probanden, um sicherzustellen, dass sie keine früheren Erkrankungen des Nervensystems haben, außer der Krankheitsgruppe, die untersucht wird.
  2. Informieren Sie das Thema ausführlich über die Prüfungen und beantragen Sie die schriftliche Zustimmung.
    1. Informieren Sie das Thema über das Einsetzen von zwei Nadeln in einen Beinmuskel und dass die Muskelfasern mit schwachem Strom stimuliert werden.
    2. Erklären Sie, dass sich das Gefühl etwas unangenehm anfühlen kann.
    3. Informieren Sie das Motiv, dass die Stimulation bei Beschwerden jederzeit während der Aufnahme sofort ausgeschaltet werden kann.
  3. Reinigen Sie den Unterschenkel des Motivs mit Alkohol.
  4. Legen Sie die stimulierende Monopolnadelelektrode (25 mm x 26 G) über den vorderen Tibiamuskel und die Klebeoberflächenelektrode als Anode 1 cm distal zur Monopolarnadel(Abbildung 1) ein.
  5. Legen Sie eine Bodenelektrode distal auf die Anode.
  6. Legen Sie die Aufnahme konzentrische Nadelelektrode (25 mm x 30 G) ca. 2cm proximal in die stimulierende monopolare Nadelelektrode entlang der Muskelfasern ein (Abbildung 1).
  7. Schließen Sie die aufnahmekonzentrische Nadel und die Masseelektroden an den Vorverstärker an.
  8. Bitten Sie das Subjekt, zu schweigen und Bewegung während der Untersuchung zu vermeiden.
  9. Null den Ausgang des Stimulaators und verbinden Sie die stimulierenden Elektroden mit dem Stimulator (Abbildung 1).
  10. Halten Sie die Hauttemperatur mit einer Wärmelampe zwischen 32–36 °C.

2. Aufzeichnung der MVRCs

  1. Starten Sie die halbautomatische Aufnahmesoftware mit dem Muskelerregbarkeitsaufzeichnungsprotokoll und schalten Sie den Stimulator ein. Die Stimulation beginnt bei 2,5 mA mit 1 Hz.
  2. Erhöhen Sie die Stimulusintensität manuell, indem Sie die Insert-Taste drücken, bis eine Antwort aufgezeichnet wird (max = 10 mA).
    1. Passen Sie bei Bedarf die Stimulierungs- und Aufnahmenadeln an, bis sie eine akzeptable Reaktion mit einer Stimulusintensität von weniger als 10 mA aufzeichnen. Die Form des Muskelwirkungspotentials sollte triphasisch, wenn möglich, und stabil sein. Vermeiden Sie große Zuckungen des gesamten Muskels.
    2. Umkehren Sie das Muskelaktionspotenzial, indem Sie die Minustaste (-) treffen, wenn das Potenzial auf dem Kopf erscheint.
      HINWEIS: Auf dem Bildschirm wird eine horizontale Magentalinie angezeigt, die die Breite des Aktionspotentials angibt.
  3. Passen Sie die Position und Länge der Magentalinie an, indem Sie die Linie mit der Maus ziehen. Die grüne horizontale Linie stellt die Basislinie dar.
  4. Klicken Sie auf OK, um mit der Aufzeichnung der MVRCs zu beginnen.
  5. Wählen Sie eine Stimulus-Antwort-Beziehung aus den Hauptoptionen aus.
  6. Erhöhen Sie die Stimulusintensität, indem Sie die Insert-Taste auf maximal 10 mA oder tolerierbar drücken.
  7. Klicken Sie auf OK, um mit dem Absteigen der Stimulus-Antwortkurve zu beginnen.
  8. Klicken Sie auf OK, wenn der Testreiz Null erreicht.
  9. Stellen Sie die Stimulusintensität auf ein Niveau für eine stabile Latenz ein.
  10. Klicken Sie auf OK, um zum Hauptmenü zurückzukehren.
  11. Wählen Sie die Option 1/2/5 KonditionierungS-Stims für RC.
  12. Wählen Sie ein Protokoll aus den Optionen des Wiederherstellungszyklus aus (z. B. Schnellwiederherstellungszyklus starten [alternative Verzögerungen überspringen]), was die Standardeinstellung ist.
    HINWEIS: Die Aufzeichnung wird automatisch für 34 Schritte mit abnehmenden Interstimulus-Intervallen (ISIs) fortgesetzt.
  13. Stellen Sie sicher, dass das Muskelaktionspotenzial während der Aufnahme stabil ist und dass sich die Nadel nicht bewegt hat. Der Bildschirm wechselt automatisch zu den Hauptoptionen, wenn die 34 Schritte abgeschlossen sind.
  14. Klicken Sie auf Aufnahme beenden | Datei schließen | OK, es sei denn, es werden eine Anlauffrequenz oder 20 Hz-S-Aufnahmen durchgeführt.
  15. Beenden Sie die Aufzeichnung und speichern Sie die Daten, indem Sie auf die Schaltfläche Datei schließen und Daten speichern klicken.

3. MVRC-Analysen

  1. Starten Sie das Analysesoftwareprogramm, um die Analyse offline durchzuführen.
  2. Wählen Sie die Aufzeichnung aus, die analysiert werden soll, und klicken Sie auf die Schaltfläche OK.
  3. Klicken Sie im Menü Dateien auf Parameter laden.
  4. Wählen Sie die Option MANAL9 für die Analyse aus. Wenn dies nicht in der Liste vorhanden ist, klicken Sie auf Durchsuchen, um diese Datei zu finden. Klicken Sie auf OK, um fortzufahren.
  5. Wenn eine Beschreibung der MAnal9-Muskelerregbarkeitsanalyse angezeigt wird, klicken Sie auf OK, um fortzufahren.
    1. Invertieren Sie das Muskelaktionspotenzial, indem Sie MM-1 eingeben, wenn das Potential auf den Kopf gestellt wird.
    2. Klicken Sie mit der rechten Maustaste, um die Magentalinie sichtbar zu machen. Legen Sie das Fenster auf die Basis der Spitzenantwort fest und mit einer Breite, die in etwa der Breite des Aktionspotentials in dieser Höhe entspricht. Ziehen Sie mit der Maus, um das Fenster anzupassen. Das Fenster bestimmt die Latenzen, innerhalb derer die Höhe und Latenz gemessen werden, wie durch die hellblauen Linien angegeben, und die grüne Linie zeigt die Basislinie an. Klicken Sie auf OK, um fortzufahren.
  6. Klicken Sie auf OK, um die Latenzen und Spitzen zu neu zu messen. Dies geschieht automatisch.
    HINWEIS: Bei der Anzeige der neu gemessenen Latenzen werden die Latenzen zu kürzeren Verzögerungen gemessen als bei ursprünglichen. Dies liegt daran, dass die Reaktionen auf Konditionierungsreize allein von den Reaktionen auf die Konditionierung plus den Test abgezogen wurden. Dadurch wird sichergestellt, dass Konditionsreize die Latenzmessungen nicht stören. Wie im Eingabeaufforderungsfeld angegeben, können einzelne fehle Punkte eliminiert werden, indem der Cursor (vertikale rote Linie) über dem Punkt positioniert und die Taste . Der schlechte Punkt wird durch einen Mittelwert von Werten auf beiden Seiten im gleichen Kanal ersetzt. Wenn keine schlechten Punkte vorhanden sind, stellen Sie DE (Anzeigeende) auf kurz nach der letzten erforderlichen Latenz ein.
  7. Klicken Sie auf OK, um eine RMC-Datei zu erstellen.
  8. Ignorieren Sie die meisten Optionen, die im Formular "RCC oder RMC erstellen" angezeigt werden, da diese sich auf Messungen von C-Faser und nicht auf MVRCs beziehen. Klicken Sie auf Speichern und Beenden, um fortzufahren. Nach dem Speichern der RMC-Datei bietet das Eingabeaufforderungsfeld verschiedene Optionen
  9. Wenn Frequenzrampen- und/oder repetitive Stimulationsdaten aufgezeichnet wurden, befolgen Sie die Anweisungen, um diese zu analysieren. Andernfalls wählen Sie Gerade aus, um die MEM-Dateioption zu erstellen, um eine MEM-Datei zu erstellen. Klicken Sie auf OK, um fortzufahren.
  10. Klicken Sie auf Speichern und Beenden, um fortzufahren.
  11. Klicken Sie auf OK, um die RMC-Daten zur MEM-Datei hinzuzufügen.
  12. Klicken Sie auf Aus Eingabe-RMC-Datei hinzufügen, um diese Daten zur MEM-Datei hinzuzufügen, und ändern Sie dann das Verzeichnis, um die zusammengesetzte MEM-Datei zu speichern. Klicken Sie dann auf Speichern und Beenden, um es zu speichern.
  13. Klicken Sie auf OK, um die neu gemessene QZD-Datei zu speichern, um eine Differenzierung von der ursprünglichen QZD-Datei mithilfe eines Zeichens mit dem Zeichen .

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Ergebnisse

Die folgenden Ergebnisse wurden in einer Untergruppe von Patienten aus einer aktuellen Studie22erhalten, in der es Fibs/psws an allen Standorten gab, die eine üppige Denervationsaktivität zeigten. Die Ergebnisse zeigten, dass Veränderungen der Muskelfasern nach Derervation in vivo mit der in diesem Protokoll beschriebenen MVRC-Technik bewertet wurden. MVRCs zeigten Veränderungen, die mit der Depolarisation des ruhenden Membranpotentials in den neurogenen Muskelfasern im Einklang stehen.

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Diskussion

MVRCs, wie in der Aufzeichnungssoftware programmiert, ist ein hochautomatisiertes Verfahren, aber vorsichtsbedürftig, um zuverlässige Ergebnisse zu erzielen. In der Aufnahmephase ist es bei der Einstellung der Nadeln wichtig, die Endplattenzone oder den Nerv nicht zu stimulieren. Dies führt in der Regel zu großen Zuckungen des gesamten Muskels, was das Risiko einer Verschiebung der Stimulations- und/oder Aufnahmenadel während der Aufnahme von MVRCs erhöht. Bis heute wurde die Methode auf mehrere Muskeln angewendet, die e...

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Offenlegungen

H.B. erhält Lizenzgebühren von UCL für den Verkauf seiner Qtrac-Software, die in dieser Studie verwendet wird. Die anderen Autoren haben keine potenziellen Interessenkonflikte. Alle Autoren haben dem endgültigen Artikel zugestimmt.

Danksagungen

Diese Studie wurde vor allem durch die beiden Stipendien der Lundbeck Foundation (Grant-Nummer R191-2015-931 und Grant-Nummer R290-2018-751) finanziell unterstützt. Darüber hinaus wurde die Studie vom Novo Nordisk Foundation Challenge Programme (Grant-Nummer NNF14OC0011633) als Teil des International Diabetic Neuropathy Consortium finanziell unterstützt.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
50 Hz Noise EliminatorDigitimer LtdHumbug
Analog-Digital-WandlerNational InstrumentsNI-6221
Analyse-SoftwareprogrammDigitimer Ltd (copyright Institute of Neurology, University College, London)QtracP, MANAL9
Konzentrische Einweg-Nadelelektrode, 25 mm x 30GNatusDantec DCN
Monopare Einweg-Nadelelektrode, 25 mm x 26GNatusTECA Elite
Isolierter EMG-VerstärkerDigitimer LtdD440
Isolierter linearer bipolarer KonstantstromstimulatorDigitimer LtdDS5
Software und AufzeichnungsprotokollDigitimer Ltd (Copyright Institute of Neurology, University College, London)QtracW-Software, M3REC3-Aufzeichnungsprotokoll, geschrieben von Hugh Bostock, Institut für Neurologie, London, Großbritannien)

Referenzen

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