Nöromüsküler Elektriksel Stimülasyon tarafından Kas Eğitimi A Mürin Modeli
9 Mayıs 2012
Ön kompartman kasları nöromüsküler elektriksel stimülasyon bir fare modeli (NMES), güvenli ve ucuz bir klinik yöntem, anlatılmıştır. Bu modelde, farelerde ve spesifik hedef kas kontraksiyonlarının ortaya çıkarmak amacıyla, kolayca bulunabilen bir klinik cihazı değiştirerek bir avantaja sahiptir.
Bu prosedürün genel amacı, nöromüsküler elektriksel stimülasyon kullanarak bir kas eğitme fare modelini göstermektir. Bu işlem, öncelikle insanlar için tasarlanmış klinik olarak mevcut bir yüzey elektrodu farelerde kullanılabilecek bir yüzey elektroduna uyarlayarak, ardından hayvanı anestezi ederek ve stimülasyon için konumlandırarak gerçekleştirilir. Daha sonra yüzey elektrodu, fibula başının hemen distalindeki derin fibular sinirin üzerine doğrudan yerleştirilir.
Son adım, anterior curl kaslarının stimülasyon protokolünü gerçekleştirmektir. Nihayetinde, histolojik analiz iskelet kas vaskülaritesinde bir artış olduğunu ve in situ kontraktil testler ise tepe tetanik kuvvetin arttığını göstermektedir. Merhaba, benim adım Fabrizio.
Pittsburgh Üniversitesi Fiziksel Tıp ve Rehabilitasyon Bölümü'nde yardımcı doçent ve Hücresel Rehabilitasyon Laboratuvarı'nın direktörüyüm. Bugün sizlere nöromüsküler elektriksel stimülasyon kullanan bir kas eğitiminin aynalama modelini uygulamalı olarak göstereceğiz. Gösterimin bu ilk bölümünde, klinik olarak mevcut bir yüzey elektrodunun, farelerde iskelet kasını stimüle etmek için kullanabileceğiniz bir elektroda nasıl dönüştürüleceğini göstereceğiz.
İkinci bölümde, bu nöromüsküler elektriksel stimülasyon protokolünün deneylerinizde nasıl uygulanacağını ve modaliteleri yakından taklit eden hayvan modellerinin geliştirilmesini göstereceğiz. Klinik kullanımı önemlidir çünkü iskelet kası fizyolojisiyle ilgili, örneğin kas aktivasyonunun mekanotransdüktif yanıtları nasıl tetiklediği gibi soruları yanıtlamamıza yardımcı olabilir ve bunu moleküler, hücresel ve doku seviyelerinde inceleyebiliriz. Merhaba, benim adım Ricardo Ferrari.
Pittsburgh Üniversitesi Fizik Tedavi Bölümü'nde doktora öğrencisiyim. Kaslara uygulanan elektrostimülasyon, kliniklerde kas kuvvetini artırmak ve kas iyileşmesini geliştirmek için yaygın olarak kullanılan bir prosedürdür. Ancak, kullanılması gereken optimal parametrelerle ilgili birçok soru hala yanıt beklemektedir.
Bu hayvan modeli, klinik ortamda kullanılacak spesifik elektriksel stimülasyon protokollerinin geliştirilmesine yardımcı olabilir. Elektrodu hazırlamak için, iki adet altı milimetrelik altın pini 90 derecelik bir açıyla bükerek başlayın. Ardından, iki bakır telin dış yalıtımını kaldırarak yaklaşık yedi santimetresini açığa çıkarın.
Ardından, konnektörlerden gelen telleri yaklaşık 3,5 milimetre arayla yerleştirilmiş iki altın pine lehimleyin. Daha sonra, bakır teller ile altın pinler arasındaki bağlantı noktasının üzerine yalıtım ve sabitleme amacıyla ısı ile daralan makaron yerleştirin ve makaronu ısıtın; altın pinlerin birbirine paralel olduğundan emin olarak uçları hizalı olacak şekilde devre kartından geçirin. Sonrasında, pinleri birkaç kez şeffaf epoksi uygulayarak gömün ve her uygulama arasında epoksinin tamamen kurumasını bekleyin; sonunda, altın pinlerin uçlarını açığa çıkarmak için epoksiyi zımparalayın.
Ardından, iletkenlerin elektriksel olarak kısa devre yapmadığını kontrol etmek için bir voltmetre kullanın. Daha sonra, dişi iki yollu kablo konnektörünün metal pinlerini izole etmek için plastik tüp kullanın. Son olarak, NMES cihazının elektrot iletkenlerini dişi iki yollu kablo konnektörüne bağlayın.
Tüm prosedürler University of Pittsburgh Iacuc tarafından incelenip onaylanmış olup, PHS Assured ve alac uluslararası akredite program ve tesislerinde gerçekleştirilmiştir. Hayvana izoflorin inhalasyonu yoluyla anestezi uygulanır. Hayvan, NMES seansı boyunca anestezize kalmalıdır.
Anestezi, ayak parmağı sıkıştırma ekstensör refleks testi ile doğrulanmalıdır. Ardından hayvanı lateral recumbent pozisyonuna getirin. Sonrasında arka ekstremiteyi tıraş edin, alkol ile silin ve elektrodu %3'lük çamaşır suyu ile silin.
Ardından su ile, 150 mikrosaniye darbe süresi ve 50 PP s frekans dahil olmak üzere stimülasyon parametrelerini ayarlayın. Daha sonra stimülasyon süresini, 0,5 saniyelik bir artış ve 0,5 saniyelik bir azalış rampası ile beş saniye olarak belirleyin. Bu, kasın stimülasyona kademeli olarak uyum sağlamasına olanak tanır ve hayvan için daha konforludur.
Ardından, kasılmalar arasındaki dinlenme süresini 10 saniye olarak ayarlayın. Bu süre istenen etkiye bağlı olarak ayarlanabilir, ancak dinlenme sürelerinin kısaltılması kas yorgunluğunun daha hızlı başlamasına neden olacaktır. Sonra, elektrodu %3'lük çamaşır suyu ve ardından su ile sterilize edin ve tibialis anterior ile extensor digitorum longus kaslarını içeren ön kompartman kaslarının stimülasyonu için elektroda iletken jel uygulayın; yüzey elektrodunu doğrudan hayvanın lateral femoral kondilin hemen distalinde yer alan ortak perineal sinirinin üzerine yerleştirin.
Stimülasyon tam ayak bileği dorsifleksiyonu ve parmakların tam ekstansiyonuna yol açtığında elektrodun yerleşimi doğrulanmış olur. Öte yandan, parmak ekstansiyonu olmaksızın gerçekleşen pençe dorsifleksiyonu, yalnızca tibialis anterior kasının stimüle edildiğini gösterir. Ardından, NMES yoğunluğunu dokuz miliamperde başlatarak, setler arasında beş dakikalık dinlenme süreleriyle toplamda 20 kontraksiyon için iki set kontraksiyon tamamlayın; dinlenme süresince karşı taraftaki ekstremiteye stimülasyon uygulanır.
Şimdi hayvanı geri kazanma odasına yerleştirin. Üç ila beş aylık MDX skid farelerde dört haftalık NMES uygulamasının ardından, hematoksilin ve eozin iskelet kası boyaması, uyarılmamış kontrol grubuyla karşılaştırıldığında merkezi çekirdekli lif sayısında bir artış olmadığını ortaya koymaktadır. Bu durum, NMES uygulamasının dejenerasyon-rejenerasyon kaskadını başlatmadığını göstermektedir.
Endotel hücre belirteci olarak CD 31 immünohistokimyası, hiçbir stimülasyon almayan kontrol farelerine kıyasla, dört haftalık NMES uygulamasının işlem gören kasta anlamlı anjiyogenez ile sonuçlandığını ortaya koymaktadır. Bu şekil, NMES uygulanan kasların tedavi edilmemiş kontrol kaslarına göre artmış pik tetanik kuvvetini göstermektedir. Bu tekniğe hakim olduğunuzda, protokolün tamamlanması hayvan başına yaklaşık 15 dakika sürecektir.
Bu protokolün en zor kısmı, istenen kas yanıtını uyarmak için elektrot için doğru yerleşimi bulmaktır. İzlediğiniz için teşekkür ederiz. Herhangi bir sorunuz olması durumunda laboratuvarımızla iletişime geçmekten lütfen çekinmeyin.
Genel Bakış
Bu makale, güvenli ve maliyet etkin bir klinik yöntem olan nöromüsküler elektriksel stimülasyon (NMES) kullanarak kas eğitimi için geliştirilmiş bir fare modelini tanımlamaktadır. Model, farelerde hedeflenen kas kasılmalarını uyandırmak için klinik bir cihazı adapte ederek kas fizyolojisi araştırmalarını kolaylaştırmaktadır.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Sinirbilim
- Fizyoloji
- Rehabilitasyon
Arka Plan
- NMES, kas kuvvetini ve iyileşmeyi artırmak için klinik ortamlarda yaygın olarak kullanılır.
- Kas aktivasyonunun anlaşılması, mekanotransdüksiyon yanıtlarına dair bilgiler sağlayabilir.
- Klinik uygulamalar için optimize edilmiş elektriksel stimülasyon protokollerine ihtiyaç vardır.
- Bu model, klinik uygulamalar ve deneysel araştırmalar arasındaki boşluğu doldurmayı amaçlamaktadır.
Çalışmanın Amacı
- NMES kullanarak kas eğitimi için bir fare modelini göstermek.
- Yüzey elektrodunu farelerde kullanım için modifiye etmek.
- NMES'in kas fizyolojisi üzerindeki etkilerini incelemek.
Kullanılan Yöntemler
- Klinik bir yüzey elektrodunun fare kullanımı için modifikasyonu.
- Uyarım için hayvanın anesteziye alınması ve pozisyonlandırılması.
- Anterior kompartman kaslarına NMES uygulanması.
- Uyarım sonrası histolojik analiz ve kontraktilite testi.
Ana Sonuçlar
- Histolojik analiz yoluyla iskelet kası vaskülaritesinde artış gözlemlenmiştir.
- Kontrol grubuna kıyasla NMES uygulanan kaslarda gelişmiş pik tetanik kuvvet saptanmıştır.
- NMES uygulaması sonrası dejenerasyon-rejenerasyon kaskadı başlatılmamıştır.
- Kontrollere oranla tedavi edilen kaslarda belirgin anjiyogenez gerçekleşmiştir.
Sonuçlar
- NMES modeli, farelerde kas fizyolojisini incelemek için etkilidir.
- Sonuçlar, klinik kullanım için spesifik NMES protokolleri geliştirme potansiyelini göstermektedir.
- Bu yaklaşım, kas aktivasyonu ve rehabilitasyonu ile ilgili kritik soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Yönetici Endüstriyel Uygunluk
Bu fare NMES modeli, iskelet kası adaptif yanıtlarının değerlendirilmesi için tekrarlanabilir bir sistem sağlayarak, kas fizyolojisi ve rehabilitasyon araştırmalarında hedef doğrulamayı destekler. Ön kompartman kaslarının kontrollü stimülasyonuna olanak tanıyarak, nöromüsküler müdahalelerin mekanistik risklerinin azaltılmasını ve translasyonel sonuçlarda kestirimsel güveni kolaylaştırır. Bu model, klinik NMES uygulamaları ile preklinik keşifler arasında köprü kurarak, analiz geliştirme ve yolak sorgulama için ölçeklenebilir bir platform sunar.
Biyofarma Ar-Ge'sinde Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Bilimsel Değer: Kas aktivasyonu ve mekanotransdüksiyon sinyal yolaklarıyla ilgili terapötik hipotezlerin sorgulanmasına olanak tanır.
- Operasyonel Değer: Nöromüsküler biyolojide fonksiyonel hedef doğrulama için standartlaştırılmış, tekrarlanabilir bir model sunar.
- Stratejik Değer: Dejenerasyon olmaksızın anjiyogenez ve artmış kontraktil güç gibi fizyolojik adaptasyonları göstererek, hedef seçiminde öngörüsel güveni destekler.
Tarama ve Analiz Geliştirme
- Bilimsel Değer: Bileşik veya stimülasyon değerlendirmesi için tepe titanik gücü ve vasküler yoğunluk dahil olmak üzere nicel bağımlı değişken ölçümleri sağlar.
- Operasyonel Değer: Standartlaştırılmış elektrot yerleşimi ve stimülasyon parametreleri aracılığıyla deney düzeneklerinin hazır olmasını sağlayarak laboratuvarlar arası tekrarlanabilirliği artırır.
- Stratejik Değer: Ölçülebilir fonksiyonel çıktılara sahip, hastalıkla ilişkili bir sistem sunarak güvenilir bileşik taramasına olanak tanır.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Bilimsel Değer: Kas iyileşmesi ve fonksiyonuyla ilgili anjiyogenez ve histolojik değişiklikler aracılığıyla translasyonel biyobelirteç uyumunu kanıtlar.
- Operasyonel Değer: Klinik NMES protokollerini murine bağlamda yansıtarak, keşif aşamasından preklinik doğrulamaya kadar olan sürekliliği destekler.
- Stratejik Değer: Dejenerasyon-rejenerasyon kaskadlarını tetiklemeden NMES kaynaklı fonksiyonel iyileşmeleri göstererek, riske göre ayarlanmış ilerleme kararlarına bilgi sağlar.
Boru Hattı ve İş Akışı Entegrasyonu
Bu yöntem, hedef doğrulamadan öncü bileşik tanımlamaya ve preklinik değerlendirmeye kadar uzanan keşif sürekliliğine entegre olarak, ölçülebilir fizyolojik sonuçlara dayalı nöromüsküler müdahalelerin yinelemeli olarak geliştirilmesini desteklemektedir.
- Keşif Biyolojisi: Belirli motor ünitelerin kontrollü stimülasyonu aracılığıyla kas aktivasyon mekanizmalarının hipotez testlerini ve yolak aydınlatmasını destekler.
- Tarama: Standartlaştırılmış stimülasyon protokolleri ve elektrot yerleşimi aracılığıyla analiz hazırlığını tanımlayarak, tutarlı bileşik veya stimulus değerlendirmesine olanak tanır.
- Analitikler: Ekiplerin stimülasyon koşullarını ve biyolojik yanıtları karşılaştırmasına olanak tanıyan pik titanik kuvvet ve CD31-pozitif vasküler yoğunluk gibi ölçümleri vurgular.
- Translasyonel Araştırma: Klinik rehabilitasyon sonuçlarını yansıtan anjiyogenez ve fonksiyonel kazanımları göstererek preklinik süreklilikle bağlantı kurar.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Uyarlanmış elektrot ve stimülasyon protokolünü, kas fizyolojisi ve rehabilitasyonu üzerine yapılan çok sayıda çalışma için yeniden kullanılabilir bir platform olarak konumlandırır.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Hipertrofi, anjiyogenez ve büyüme faktörü salgılanması dahil olmak üzere belgelenmiş fizyolojik adaptasyonlar aracılığıyla hedef doğrulamada öngörücü güven.
- Operasyonel Değer: Sabit elektrot yerleşimi, tanımlanmış stimülasyon parametreleri ve histolojik/kontraktil okumalar yoluyla standardizasyon ve tekrarlanabilirlik.
- Stratejik Değer: Kasın elektriksel stimülasyona verdiği yanıttaki mekanistik belirsizliği azaltarak daha iyi karar/durdurma (go/no-go) kararları.
- Portföy Etkisi: Tedavi edilen kasta kanıtlanmış güvenlik (dejenerasyon yok) ve etkililik (artan güç ve vaskülarite) temelinde riskten arındırılmış önceliklendirme.
Uygulama Hususları
- Elektrot modifikasyonu, hayvan kullanımı ve stimülasyon parametrelerinin optimizasyonu konularında uzmanlık gereklidir.
- Enstrümantasyon ihtiyaçları arasında klinik olarak uyarlanmış bir NMES cihazı, iletken doğrulaması için voltmetre ve histoloji/kontraksiyon testi kapasiteleri yer almaktadır.
- Ekipler arası standartlaşma; elektrot yerleşimi, stimülasyon zamanlaması ve sonuç ölçüm protokolleri üzerinde fikir birliği gerektirir.
- Adaptasyon değerlendirmeleri; farklı kas grupları veya hastalık modelleri için pulse süresinin, frekansın ve dinlenme süresinin ayarlanmasını içerir.
- Pratik sınırlamalar arasında, protokolde belirtildiği üzere, istenen kas kontraksiyonlarını sağlamak için elektrotların hassas bir şekilde yerleştirilmesinin yarattığı zorluk yer almaktadır.
