Summary
هذه الطريقة تسمح بتسجيل قوة الارتعاش والتقلصات tetanic و إمكانية العمل في ثلاثة أنواع من وحدات المحركات في العضلات المعدية الجرذان. يتم تحفيز العزل الوظيفي لوحدة محرك واحد عن طريق التحفيز الكهربائي لمحور عصبي.
Abstract
يحدد هذا العمل العزل الوظيفي للوحدات الحركية (MUs)، وهي طريقة كهربية قياسية لتحديد خصائص الوحدات الحركية في عضلات hindlimb (مثل عضلات الجهاز الهضمي الوسيط، soleus، أو العضلات النباتية) في الفئران التجريبية. عنصر حاسم في هذه الطريقة هو تطبيق المحفزات الكهربائية التي يتم تسليمها إلى محور المحرك المعزول عن الجذر البطني. ويمكن تقديم المحفزات على فترات ثابتة أو متغيرة بين النبضات. هذه الطريقة مناسبة للتجارب على الحيوانات في مراحل مختلفة من النضج (الشباب والكبار أو كبار السن). وعلاوة على ذلك، يمكن استخدام هذا البروتوكول في التجارب التي تدرس التباين واللدونة من وحدات المحركات التي أثارها مجموعة كبيرة من التدخلات. نتائج هذه التجارب قد زيادة المعرفة الأساسية في علم وظائف الأعضاء العضلية و ترجمتها إلى تطبيقات عملية. يركز هذا الإجراء على التحضير الجراحي لتسجيل وتحفيز وحدات MUs ، مع التركيز على الخطوات اللازمة لتحقيق استقرار الاستعداد و إعادة إنتاج النتائج.
Introduction
وحدات المحرك (MUs) هي أصغر وحدات وظيفية من العضلات الهيكل العظمي. ولذلك، فهم وظيفتها، واللدونة وخصائص انقبالية، فضلا عن آليات تنظيم قوتها، أمر بالغ الأهمية للتقدم في فسيولوجيا العضلات. وقد تم توثيق الخصائص العقدية الأساسية للمقويات ونسب أنواعها الفسيولوجية للعديد من العضلات ، والعضلات في الغالب hindlimb في الحيوانات التجريبية. ومع ذلك ، فإن كل من اللدونة من خصائص MU وآليات تنظيم قوة MU لا تزال غير مفهومة تماما.
مبدأ الأسلوب الموصوف هو denervation واسعة النطاق من العضلات hindlimb باستثناء واحد التحقيق واستئصال لامينك في الفقرات القطنية من أجل إعداد الجذور البطينية رقيقة، كل واحد يحتوي على واحد "وظيفية" محور المحرك، حفز كهربائيا لتسجيل القوة و الحركة المحتملة من MU. باستخدام تقنية الموصوفة في هذه الورقة، فمن الممكن لعزل أكثر من نصف MUs من العضلات المعدية في تجربة ناجحة. وتتألف الفئران وسط gastrocnemius من متوسط 52 MUs (الإناث) أو 57 MUs (الذكور) من ثلاثة أنواع فسيولوجية: S (بطيئة)، FR (مقاومة سريعة) وFF (fatigable سريع)1،2، ولها خصائص العقد متغير3. بالنسبة للتجارب التي تقارن القيم المتوسطة لـ MUs في مجموعات التحكم والتجريبي، فإن عزل وتسجيل وحدات MUs من 10 إلى 30 لكل مجموعة من هذه المجموعات ضروريان. بشكل حاسم، قد تكون وحدات MUs الفردية متاحة للتحفيز لفترات زمنية تتجاوز ساعة واحدة. وعلاوة على ذلك، بما أن هذه التقنية تسمح بتسجيل كل من قوة MU وإمكانات العمل، فإن هذه الطريقة مناسبة لدراسة الظواهر المرتبطة بإنتاج القوة، وتقييم تأثير التعب، ومراقبة العلاقة بين القوة وإمكانات العمل.
وقد أكدت الدراسات السابقة أن خصائص التقلص MU هي من البلاستيك ويمكن تحويرها من خلال العديد من التدخلات. وقد أجريت التجارب باستخدام تقنية وصفها هنا على الفئران ميديال gastrocnemius4 أو غيرها من عضلات hindlimb من الفئران5,6 وكذلك على عضلات القط7, باستخدام طريقة مماثلة لعزلة MU واحد. وقدمت سلسلة أخرى من التجارب باستخدام قطارات المحفزات التي تم تسليمها في فترات متغيرة بين النبضات ملاحظات تتعلق بعمليات التحكم في المحركات ، وتتحول النتائج بشكل عام الانتباه إلى تاريخ التحفيز ، بما في ذلك تأثيرات كبيرة من تحول في المقياس الزمني حتى من حافز واحد ، حاسم لإنتاج القوة8،9.
ويمكن أيضا دراسة وحدات ال MUs باستخدام طرق بديلة. أولاً، إحدى الطرق هي التحفيز المباشر للmotoneurons. استخدم بيرك التحفيز داخل الخلايا من التورون في cat medial gastrocnemius و soleus مع microelectrodes الزجاج المستخدمة بالتوازي لتحديد الخصائص الكهربائية لهذه الخلايا العصبية1,10. وقد اقترحت أساليب أخرى لدراسة MUs في العضلات البشرية، والتي تتطلب تدخل أقل بكثير. لجميع هذه الطرق، يتم إدخال أقطاب تحفيز وتسجيلات في العضلات أو العصب، ويتم تسجيل القوة من الإصبع أو من القدم. وقد استخدمت أول هذه الأساليب لدراسة MUs في أول عضلة بين السوسية الظهرية. لهذه العضلة، التعاقد مع قوة منخفضة، في electromyogram سجلت مع القطب إبرة إدراجها في العضلات تم تحديد إمكانات العمل من وحدة المحرك النشطة واحد فقط. ثم تم متوسط شظايا قوة العضلات المسجلة بالتوازي وبعد كل عمل المحتملة (متوسط ارتفاع أثار). هذه الطريقة تمكن من استخراج قوة وحدة محرك واحد من قوة العضلات تسجيل11. ومع ذلك ، فإن الضعف المنهجي لهذا الإجراء هو أنه لم يتم متوسط قوة نشل واحدة بل أجزاء من الانقباضات التيتانية. ويمكن أيضا دراسة MUs الإنسان باستخدام الطريقة الثانية من microstimulation الكهربائية العضلية باستخدام القطب إدراجها في العضلات12، مما يحفز على جزء من شجرة محور عصبي ، مما يؤدي إلى تنشيط وحدة محرك واحد. الطريقة الثالثة هي التحفيز المجهري مع قطب كهربائي إدراجه في العصب. عندما ينشط القطب واحد فقط محور عصبي المحرك في العصب، واحد فقط عقد وحدة المحرك13. هذه الأساليب الأخيرة لديها بعض القيود، بما في ذلك استقرار وجودة التسجيل، والقيود الأخلاقية والوصول إلى المواد التجريبية. وقد استخدم هذا البروتوكول على نطاق واسع في القطط في 70 و 8014.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
ويتعين أن توافق لجنة الأخلاقيات المحلية على جميع الإجراءات وأن تتقيد بالمبادئ التوجيهية للاتحاد الأوروبي بشأن رعاية الحيوانات وكذلك القانون الوطني لحماية الحيوانات.
ملاحظة: يجب تدريب كل مُجرّب يشارك في هذا الإجراء على العمليات الجراحية الأساسية، ويجب أن يحصل على ترخيص صالح لإجراء تجارب حيوانية.
1. التخدير
- تخدير الفئران مع حقن داخل الصفاق من بينتوبربيتال الصوديوم (جرعة أولية من 60 ملغم ·كجم-1).
- بعد حوالي 5 دقائق ، تحقق من عمق التخدير عن طريق قرص أذن الجرذ أو قبله مع ملقط حادة. انتقل إلى الخطوات التالية من البروتوكول فقط عندما يتم ملاحظة أي إجراء منعكس.
- أثناء الجراحة، تحقق من الحيوان عن الإجراءات المنعكة كل 10-15 دقيقة واستكمل التخدير إذا كان الحيوان يستجيب لقرصة بالحركة (عادة، 10 ملغم·كغ-1·ح-1 بينتوباربيتال الصوديوم، IP).
2. الجراحة
- إعداد الحيوان لإجراء العمليات الجراحية عن طريق حلق الفراء على الجانب الخلفي الأيسر من الكعب إلى الورك (الجزء الأول، والعزلة العضلية والأعصاب)، و hindlimb الأيمن من الكعب إلى الورك (الجزء الثاني، القطب الأرضي)، والخلف من الذيل إلى شرائح الصدر (الجزء الثالث، استئصال لامينك). مطهر غير ضروري بسبب الطبيعة الحادة للتجربة.
- ضع الجرذ على بطنه على وسادة تدفئة (37 درجة مئوية ± 1 درجة مئوية)
- استئصال لامينكومي
- باستخدام مقص حاد حاد، وقطع الجلد على طول العمود الفقري من العجز حتى الفقرات الصدرية.
- افصل الجلد عن العضلات الكامنة.
- باستخدام مقص تلميح حادة، وقطع العضلات longissimus على كلا الجانبين من العجز والعمليات spinous القطنية.
- تحديد فقرة S1 كأدنى قطعة. باستخدام مقص حاد حادة، وقطع وإزالة العمليات العرضية من الفقرات L6 إلى L2. بعد ذلك، باستخدام الفرجورات غرامة، وإزالة العمليات العرضية L6-L2 وإجراء استئصال لامينك على مدى L6 – L2 شرائح (العمليات العرضية الأولى, ثم اللامينا, تبدأ مع الجزء الفقري L6) لفضح شرائح القطنية من الحبل الشوكي التي تغطيها ماطر dura. يجب الحرص على عدم قطع العظم sacral وعملية L1 سينم، والتي سيتم استخدامها كنقطة تثبيت لشل حركة الحيوان.
- باستخدام مقص حاد، وقطع الحبل الشوكي (جزء من السد) والجذور الظهرية والبينيترالية في L2 على مستوى الجزء الفقرات، عند الحدود العليا من استئصال لامينك. ضع قطع صغيرة من رغوة هلام المجففة لوقف النزيف. بعد ذلك، ضع صوفًا قطنيًا رقيقًا منقوعًا بالملوحة فوق شرائح الحبل الشوكي المكشوفة.
- عزل عضلة الجهاز الهضمي الوسيط و عصبه
- باستخدام مقص حاد حادة، وجعل قطع طولية على الجانب الخلفي من الطرف الخلفي الخلفي، من وتر أخيل إلى الورك.
- استوعب الجلد بالملبس وافصله عن العضلات الكامنة على جانبي الشق.
- حدد مكان الفوسا البوبليتال في الجزء الخلفي من مفصل الركبة، والتي تغطيها العضلة ذات الرأسين في عضلة الفخذ. باستخدام مقص، وجعل قطع بين الجزء الأمامي والخلفي من هذه العضلات.
- تتحرك صعودا، وقطع اثنين من رؤساء الفخذ العضلة ذات الرأسين على طول الطريق إلى الورك لفضح العصب الوركي.
- باستخدام ملقط حادة ومقص، وفصل الجانبي من الرأس الوسيط من العضلات gastrocnemius وقطع الإدراج القعد (وتر أخيل) من العضلات المعدية الوسيطة. الحفاظ على جزء من وتر أخيل لأطول فترة ممكنة من أجل استخدامه للاتصال إلى محول القوة.
- تحديد العصب المعدي المعوي (MG) الوسط. باستخدام ملقط ومقص، وقطع جميع الضمانات المتبقية من العصب الوركي، بما في ذلك ضمانات إلى العضلة ذات الرأسين الخلفي وs semitendinosus. ترك الأوعية الدموية إمدادات إلى الجهاز الهضمي الوسيط سليمة.
- الخيط رباط غير مرن من خلال وتر أخيل وجعل ثلاث عقدة.
- ضع قطعة من الصوف القطني المنقوعة بالملوحة تحت العصب والعضلات المكشوفين.
- باستخدام ملقط مسننة، أغلق الجلد فوق المنطقة التي يتم تشغيلها.
- باستخدام مقص حاد حاد، وجعل شق 2 سم في الجلد والأنسجة الضامة الكامنة على طول الجانب الأمامي من الطرف الخلفي الأيسر لشل مع المشبك المعدني (3.1.6.).
3. التحضير للتسجيل والتحفيز
- العمود الفقري و تثبيت الساق وترتيب العضلات
- باستخدام المشبك الصلب، إصلاح الطرف الخلفي الأيسر عن طريق وضع المشبك على الساق.
- ضع الجرذ في الإطار القابل للتعديل حسب الطلب (سلك نحاسي معزول، 1 مم)، اسحب رفرفات الجلد حول استئصال لامينيكت باستخدام أربعة أربطة وخياطة الجلد إلى الإطار من أجل تشكيل بركة لزيت البارافين (حجم حوالي 50 مم × 50 مم) فوق الحبل الشوكي المكشوف.
- باستخدام ملقط #55 Dumont ، ارفع ماتر الجاف عند تقاطع الحبل الشوكي ، وقطعه بشكل دائري حتى العظم الزكي وتراجع عنه.
- باستخدام قضيب زجاجي غير حاد ، منفصلة اليسار واليمين الظهري والجذور البطنية على المستويات المتعاقبة ، مع الحرص على عدم الإضرار بها.
- ملء بركة فوق الحبل الشوكي مع دافئ (37 درجة مئوية) النفط البارافين، وتغطية الجذور البطنية والضلالية المكشوفة.
- ضع الجرذ على لوحة الألومنيوم المصنوعة حسب الطلب (الطول 260 مم ، العرض 120 مم ، الارتفاع 80 مم) مع حمام سباحة (طول 135 مم ، عرض 100 مم ، عمق 45 ملم) لـ hindlimbs الخاص به متصل بنظام التدفئة المغلق. اللوحة هي المكان الذي سيتم فيه شل حركة الحيوان وسيتم تنفيذ التجربة.
- إصلاح المشبك وضعت على hindlimb اليسار مع شريط معدني لشل الهنود.
- إصلاح العمود الفقري عن طريق وضع المشابك الفولاذية في العظام المعكرة وفقرة L1 لشل الجسم الحيواني والقضاء على القطع الأثرية في تسجيلات القوة المتعلقة حركات الجهاز التنفسي.
- توصيل العضلات المعدية المتوسطة اليسرى مع الرباط غير المرن إلى محول القوة (مع الامتثال 50 ميكرومتر/250 م. م, نطاق قياس 0-1000 mN) عن طريق وتر أخيل.
- ملء غرفة ل hindlimbs مع دافئ (37 درجة مئوية) النفط البارافين لتغطية العضلات المعدية والمتوسطة والحفاظ على درجة حرارة الزيت عند 37 درجة مئوية ± 1 درجة مئوية باستخدام مسبار درجة الحرارة والنظام التلقائي.
- وضع الأقطاب الكهربائية لإمكانات العمل تسجيل والتحفيز
- أدخل قطبًا ثنائي القطب من الفضة والأسلاك عبر الجزء الأوسط من عضلة الجهاز الهضمي المتوسط ، عموديًا على محوره الطويل. الحفاظ على مسافة 5 مم بين قطبين موجودين على طول محور طويل من العضلات. وسوف تستخدم هذه الأقطاب لتسجيل إمكانات عمل وحدة المحرك (MUAP). قم بتوصيل الأقطاب بمكبر الصوت المنخفض الضوضاء.
- تمتد العضلات التي تعمل إلى توتر سلبي من 100 mN، التي تسيطر عليها محول القوة. لالجرذان ميديال gastrocnemius في هذا الامتداد MUs من ثلاثة أنواع تطوير أعلى قوة نشل15.
- باستخدام مقص حاد حادة، وجعل شق 2 سم في الجلد من الطرف الخلفي الأيمن، وإدراج القطب الفضة wired لاستخدامها ككهربقط مرجعي.
- ضع لوحة معدنية معزولة مصنوعة حسب الطلب (مقاس 30 مم × 13 مم) فوق الجذور الشوكية المكشوفة. وضع أزواج اليسار من جذور البطن والثلال (L4، L5 و L6) على لوحة.
- إضافة المالحة إلى بركة التي شكلتها الجلد حول استئصال لامينك. يجب أن يكون المستوى الملحي أقل من لوحة معزولة.
- ضع سلكًا فضيًا محفزًا للأقطاب الكهربائية (سلكان فضيان، قطر 0.5 مم، طول 50 مم) فوق الجذور الشوكية المكشوفة، وضع قطب إيجابي 3 مم فوق اللوحة في الزيت، في حين أن القطب السالب في الملح (يضاف إلى المسبح، أسفل اللوحة) ويتصل بالمحفز.
4. تسجيلات وحدة السيارات
- تحفيز مع البقول الكهربائية مستطيلة (0.1 مللي ثانية مدة، السعة تصل إلى 0.5 V)، حدد جذور البطن (L4، L5 و L6)؛ تحفيز الجذر البطني يثير تقلص العضلات في حين لا يوجد مثل هذا التأثير للجذور الظهرية. القضاء على جذور الظهر من لوحة. بالنسبة لـ الجهاز الهضمي الوسيط، معظم المحاور في الجذر البطني L5.
- باستخدام زوج من ملقط dumont #55 والنظارات المكبرة ، تقسيم جذور L5 أو L4 في داخل حزم دقيقة للغاية من المحاور (فهم نهاية قطع من الجذر البطني مع كل من ملقط وقشر الجذر وبصرف النظر) ؛ ضع واحدة من هذه الحزم على قطب سلك فضي وحفز (0.1 مللي ثانية نبضات مستطيلة من السعة تصل إلى 0.5 V) لتحقيق نشاط واحد MU. دعم متين (شريط معدني) مفيد جداً للتلاعب حزم رقيقة من محاور عصبية، والتي يمكن استخدامها كدعم اليد لاستخدام ملقط. لاحظ أيضا أن مصدرا إضافيا للضوء ضروري.
- من خلال زيادة تدريجية في كثافة التحفيز ، وتحديد MU واحد على أساس الطابع "كل شيء أو لا شيء" أثار من انكماش نشل والعمل التحفيز المحتملة. اختبار بعناية النشاط أثار في التحفيز حول العتبة.
- عندما أكثر من واحد MU هو التعاقد في العضلات درس وزيادة مستوى القوة، فضلا عن زيادة السعة أو تغيير شكل إمكانات العمل مرئية، والعودة إلى الخطوة 4.2 وتقسيم حزمة من محاور عصبية مرة أخرى. لاحظ أن أقوى MUs في الفئران الوسيطة gastrocnemius لديها حوالي 70 مرة قوة نشل أكبر من أضعف تلك وعندما MU قوية جدا هو ارتعاش الثانية، MU ضعيفة قد لا يكون واضحا. لاحظ أيضا أن بعض MUs لها ألياف العضلات الموجودة خارج منطقة تسجيل القطب الكهربائي وغير مرئية في تخطيط الكهربا؛ في مثل هذه الحالة قد يكون للتغيرات في سعة التحفيز تأثير في القوة ولكن ليس في إمكانات العمل.
- تحفيز وحدة المحرك مع بروتوكول التحفيز اللازمة لهدف التجربة. لبروتوكول التحفيز الأساسية اللازمة لحساب جميع وحدات المحرك الأساسية خصائص التقلص والعمل المحتملة، وتشمل ما يلي.
- وتشمل 5 محفزات في 1 هرتز (5 تشنجات واحدة سجلت ومتوسط؛ المتوسط هو القضاء على الضوضاء، وهو أمر مهم بشكل خاص لأضعف MUs).
- وتشمل سلسلة من المحفزات في 10، 20، 30، 40، 50، 60، 75، 100 و 150 ترددات هرتز مع مدة 500 مللي ثانية (هذه التسجيلات تمكن من حساب العلاقة القوة التردد، والقوة القصوى تيتانيكي في 150 هرتز، فضلا عن الترهل في التحفيز 20-40 هرتز).
- وتشمل اختبار التعب (التيتاني أثارها القطارات من 14 محفزات في تردد 40 هرتز، تتكرر كل ثانية لمدة 4 دقائق).
- تضمين على الأقل 10 s الفواصل الزمنية بين كافة عناصر البروتوكول أعلاه.
- كرر العملية مع وحدات السيارات المعزولة المتعاقبة.
- إنهاء التجربة والقتل الرحيم الحيوان باستخدام الإدارة داخل الصفاق من جرعة قاتلة من الصوديوم pentobarbital (180 ملغ ·كغ-1).
5. الأجهزة الإلكترونية
ملاحظة: برنامج الكمبيوتر المخصصة يتحكم في محفز توفير إمكانية إنشاء أنماط متغيرة من التحفيز بما في ذلك تلك المشار إليها في الخطوة 4.4. يتعاون البرنامج مع المحول التناظري إلى الرقمي (على الأقل 10 كيلو هرتز لتسجيلات MUAP والقوة).
- قم بتوصيل مضخم التيار المتردد بالكمبيوتر بواسطة المحول التناظري إلى الرقمي وبالتوازي مع المنظار.
- قم بتوصيل محول القوة بالكمبيوتر بواسطة المحول التناظري إلى الرقمي وبالتوازي مع المنظار. استخدام محول القوة للسيطرة على قوة العضلات السلبية أثناء التجربة. لاحظ أنه أثناء التجربة، قد تنخفض القوة السلبية؛ لذلك، فمن الضروري زيادة طول العضلات للحفاظ على قوة العضلات السلبية ثابتة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
يمكن حساب المعلمات من تقلصات وحدة المحرك وإمكانات العمل على أساس التسجيلات عندما يتم ضمان ظروف مستقرة من التسجيلات. الشكل 1 يقدم تسجيل ممثل من نشل واحد من MU سريع. يظهر التتبع العلوي إمكانات عمل الوحدة الحركية. التأخير بين تقديم التحفيز وبداية عمل وحدة المحرك المحتملة يرجع إلى وقت التوصيل من الجذر البطني إلى العضلات. ويبين الشكل 2 تسجيلا تمثيليا لقوة الكزاز غير المطعّمة لـ MU سريع وقطار من إمكانات عمل الوحدة الحركية.
الشكل 1: تسجيل ممثل نشل واحد من MU سريع. عبر مسار القوة، هناك قدرة عمل وحدة المحرك. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: تسجيل تمثيلي لقوة الكزاز غير المطعّمة لـ MU سريع (تسجيل متوسط)، وقطار من إمكانات عمل الوحدة الحركية (تسجيل علوي) ووضع زمني لقطار من المحفزات التطبيقية (أدناه). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
إذا كان أداؤها صحيحا من قبل العلماء ذوي الخبرة، ينبغي أن يتم الانتهاء من العنصر الجراحي للبروتوكول الموصوف في غضون ساعتين تقريبا. وينبغي للمرء أن يأخذ عناية خاصة للحفاظ على الظروف الفسيولوجية مستقرة من الحيوان أثناء الجراحة، وخاصة درجة حرارة الجسم وعمق التخدير، والتي ينبغي السيطرة عليها بشكل منهجي من خلال تقييم ردود الفعل التعلق والانسحاب. بعد الجراحة، يجب أن يكون من الممكن الحفاظ على ظروف تسجيل مستقرة لمدة ست ساعات على الأقل.
يبدأ الإجراء التجريبي الحاسم بتقسيم الجذر البطني إلى خيوط رقيقة جدًا مما يؤدي إلى عزل محور واحد للمحرك إلى العضلات المدروسة. في الواقع ، تحتوي خيوط رقيقة من الجذور البطينية على مجموعات من المحاور التي تُقَلّب عضلات مختلفة من الـ hindlimb ؛ ومع ذلك، لأن جميع العضلات باستثناء درس واحد denervated، عندما حزمة حفز من محاور عصبية يحتوي على محور عصبي واحد فقط إلى gastrocnemius الوسط درس فمن الممكن لاستحضار انكماش MU واحد فقط في هذه العضلات درس. بعد النجاح في تحديد النشاط المُستحضر كانكماش واحد MU ، من الممكن تسجيل مجموعة من تسجيلات القوة (نشل واحد ، الكزاز غير المطعّم ، اختبار التعب) الحاسم لتصنيف MU كواحد من ثلاثة أنواع فسيولوجية. وميزة هذه التقنية هي القدرة على تسجيل ما يصل إلى 30 وحدة في تجربة واحدة؛ بالإضافة إلى ذلك، يمكن تصنيف وحدات MUs على الفور على أنها أنواع سريعة أو بطيئة على أساس وجود "الترهل"1،3. وعلاوة على ذلك، يمكن تصنيف وحدات MUs على أنها سريعة الfatigable أو مقاومة سريعة مع دقة عالية جدا استنادا إلى لمحة عن قوة الانكماش tetanic غير مطعّم تسجيل16. يمكن استخدام هذه الطريقة الأخيرة عندما لا يمكن إجراء اختبار التعب الكلاسيكية. ومن الجدير بالذكر أيضا أن تصنيف MU سريع / بطيء يمكن أن يتم أيضا مع مؤشر 20 هرتز17.
ويمكن تكييف بروتوكول التحفيز المقترح (الخطوة 4-4) مع احتياجات الدراسة. هذه المجموعة الخاصة من التحفيز تمكين لتسجيل نشل (لحساب معلمات نشل الأساسية بما في ذلك قوة نشل، انكماش وكذلك وقت الاسترخاء)، والحد الأقصى للكزاز (ولذلك فمن الممكن لحساب نسبة نشل إلى التيتانوس)، وتقلصات tetanic غير مطعّم في مجموعة من الترددات التحفيز (لتصنيف MU بطيئة أو سريعة تستند على وجود الترهل أو مؤشر 20 هرتز، فضلا عن حساب منحنى قوة التردد) واختبار التعب (اللازمة لحساب مؤشر التعب). حساب مؤشر التعب هو طريقة أساسية لتصنيف وحدات MUs على أنها قابلة للfatigable أو مقاومة. هذه الطريقة مفتوحة للتعديل لإنتاج أنماط التحفيز المختلفة. ومع ذلك، الحد ممكن هو برنامج الكمبيوتر الذي يولد توزيع الوقت من المحفزات تسليمها إلى محور عصبي. وعلاوة على ذلك، قد يتم إدخال بعض التعديلات الإضافية للإجابة على أسئلة بحثية محددة، مثل عدة أقطاب محفزة لتنشيط عدة MUs بالتوازي18، جهاز استشعار ليزر إضافي لتسجيل ميشانويوجرام (MMG) من سطح العضلات19 أو قطب تسجيل على فرع العصب إلى العضلات لحساب سرعة الحركة العصبية20.
ومع ذلك، من المهم أن تكون على بينة من القيود والتحديات التي تواجه هذا الإجراء. أولاً، جزء كبير من الإعداد التجريبي مصنوع حسب الطلب (أي المشابك للأطراف والشرائح الفقرات، وطبق للجذور البطينية والأقطاب الكهربائية). يتضمن الإعداد التجريبي طاولة معدنية صلبة مع لوحة (سمك 30 مم) لجميع القضبان المعدنية الداعمة (اللازمة لشل حركة الحيوان ومحول القوة) لتمكين ظروف مستقرة لتسجيل القوة متساوي القياس. تطبيق هذه الطريقة يتطلب أيضا على حد سواء تدريبا مكثفا في مجال الجراحة وكذلك إعداد الإعداد التجريبي المعقدة بما في ذلك جهاز إلكتروني وبرنامج كمبيوتر.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للكشف عنه.
Acknowledgments
وقد دعم هذا العمل منحة المركز الوطني للبحوث البولندية 2018/31/B/NZ7/01028.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Force transducer | custom-made | ||
| Forceps | Fine Science Tools | No. 11255-20 | Dumont #55 with extra light and fine shanks |
| Forceps | Fine Science Tools | No. 11150-10 | Extra Fine Greafe Forceps |
| Forceps | Fine Science Tools | No. 11026-15 | Special cupped pattern for superior grip |
| Forceps | Fine Science Tools | No. 11023-10 | Slim 1x2 teeth |
| Forceps | Fine Science Tools | No. 11251-20 | Dumont #5 |
| Hemostats | Fine Science Tools | No. 13003-10 | Hartman |
| Isolation Unit | Grass Instruments | S1U5A | |
| Low Noise Bioamplifer | World Precision Instruments | Order code 74030 | |
| Needle holders | Fine Science Tools | No. 12503-15 | With tungsten carbide jaws |
| Rongeurs | Fine Science Tools | No. 16021-14 | Friedman-Pearson |
| Scissors | Fine Science Tools | No. 14101-14 | Straight sharp/blunt with large finger loops |
| Scissors | Fine Science Tools | No. 14075-11 | Curved blunt/blunt |
| Scissors | Fine Science Tools | No. 14084-08 | Extra fine bonn |
| Scissors | Fine Science Tools | No. 15000-00 | Straight, ideal for cutting nerves |
| Stimulator | Grass Instruments | S88 | Dual Output Square Pulse Stimulator |
References
- Burke, R. E., Levine, D. N., Tsairis, P., Zajac, F. E. Physiological types and histochemical profiles in motor units of the cat gastrocnemius. Journal of Physiology. 234, 723-748 (1973).
- Celichowski, J., Drzymała-Celichowska, H. The number of motor units in the medial gastrocnemius muscle of male and female rats. Journal of Physiology and Pharmacology. 58, 821-828 (2007).
- Grottel, K., Celichowski, J. Division of motor units in medial gastrocnemius muscle of the rat in light of variability of their principal properties. Acta Neurobiologiae Experimentalis. 50, 571-588 (1990).
- Celichowski, J., Krutki, P. Variability and plasticity of motor unit properties in mammalian skeletal muscle. Biocybernetics and Biomedical Engineering. 32 (4), 33-45 (2012).
- Gardiner, P. F., Olha, A. E. Contractile and electromyographic characteristics of rat plantaris motor unit types during fatigue in situ. Journal of Physiology. 385, 13-34 (1987).
- Drzymała-Celichowska, H., Kaczmarek, P., Krutki, P., Celichowski, J. Summation of slow motor unit forces at constant and variable interpulse intervals in rat soleus muscle. Journal of Electromyography and Kinesiology. 30, 1-8 (2016).
- Krutki, P., Celichowski, J., Łochyński, D., Pogrzebna, M., Mrówczyński, W. Interspecies differences of motor units properties in the medial gastrocnemius muscle of cat and rat. Archives Italiennes de Biologie. 144, 11-23 (2006).
- Burke, R. E., Rudomin, P., Zajac, F. E. The effect of activation history on tension production by individual muscle units. Brain Research. 109, 515-529 (1976).
- Celichowski, J. Mechanisms underlying the regulation of motor unit contraction in the skeletal muscle. Journal of Physiology and Pharmacology. 51, 17-33 (2000).
- Burke, R. E., Levine, D. N., Salcman, M., Tsairis, P. Motor units in cat soleus muscle: physiological, histochemical and morphological characteristics. Journal of Physiology. 238, 503-514 (1974).
- Milner-Brown, H. S., Stein, R. B., Yemm, R. The contractile properties of human motor units during voluntary isometric contractions. Journal of Physiology. 228, 285-306 (1973).
- Taylor, A., Stephens, J. A. Study of human motor unit contractions by controlled intramuscular microstimulation. Brain Research. 117, 331-335 (1976).
- Westling, G., Johansson, R. S., Thomas, C. K., Bigland-Ritchie, B. Measurement of contractile and electrical properties of single human thenar motor units in response to intraneural motor-axon stimulation. Journal of Neurophysiology. 64, 1331-1338 (1990).
- Burke, R. E. Motor units: anatomy, physiology and functional organization. APS Handbook of Physiology Series, Section 1, The Nervous System. 11, part 1, Motor Control 345-422 (1981).
- Celichowski, J., Grottel, K. The dependence of the twitch course of medial gastrocnemius muscle of the rat and its motor units on stretching of the muscle. Archives Italiennes de Biologie. 130, 315-325 (1992).
- Celichowski, J., Grottel, K., Bichler, E. Differences in the profile of unfused tetani of fast motor units with respect to their resistance to fatigue in the rat medial gastrocnemius muscle. Journal of Muscle Research and Cell Motility. 20, 681-685 (1999).
- Krutki, P., et al. Division of motor units into fast and slow on the basis of profile of 20 Hz unfused tetanus. Journal of Physiology and Pharmacology. 59, 353-363 (2008).
- Drzymała-Celichowska, H., Krutki, P., Celichowski, J. Summation of motor unit forces in the rat medial gastrocnemius muscle. Journal of Electromyography and Kinesiology. 20, 599-607 (2010).
- Kaczmarek, P., Celichowski, J., Drzymała-Celichowska, H., Kasiński, A. The image of motor unit architecture in the mechanomyographic signal during single motor unit contraction. In vivo and simulation study. Journal of Electromyography and Kinesiology. 19, 553-563 (2009).
- Celichowski, J., Krutki, P., Bichler, E. Axonal conduction velocity of motor units of rat's medial gastrocnemius muscle. Journal of Physiology (Paris). 90, 75-78 (1996).
