Cicli di recupero della velocità muscolare per esaminare le proprietà della membrana muscolare
Summary
Presentato qui è un protocollo per la registrazione dei cicli di recupero della velocità muscolare (MVRC), un nuovo metodo di esame delle proprietà della membrana muscolare. Gli MVRC consentono la valutazione in vivo del potenziale della membrana muscolare e alterazioni della funzione del canale ionico muscolare in relazione alla patologia e consentono la dimostrazione della depolarizzazione muscolare nei muscoli neurogenici.
Abstract
Anche se gli studi convenzionali di conduzione nervosa (NCS) e l’elettromiografia (EMG) sono adatti per la diagnosi di disturbi neuromuscolari, forniscono informazioni limitate sulle proprietà della membrana della fibra muscolare e sui meccanismi della malattia sottostante. I cicli di recupero della velocità muscolare (MVRC) illustrano come la velocità di un potenziale di azione muscolare dipenda dal tempo dopo un potenziale di azione precedente. Gli MVRC sono strettamente correlati ai cambiamenti nel potenziale della membrana che seguono un potenziale d’azione, fornendo così informazioni sulle proprietà della membrana della fibra muscolare. Gli MVRC possono essere registrati in modo rapido e semplice mediante stimolazione diretta e registrazione da fasci multifibra in vivo. Gli MVRC sono stati utili nella comprensione dei meccanismi della malattia in diversi disturbi neuromuscolari. Studi condotti su pazienti con channelopatie hanno dimostrato i diversi effetti di specifiche mutazioni del canale ionico sull’eccitabilità muscolare. MVRC sono stati precedentemente testati in pazienti con muscoli neurogenici. In questo studio precedente, il periodo di rifrazione relativa muscolare (MRRP) è stato prolungato, e la supernormalità precoce (ESN) e la tardiva supernormalità (LSN) sono state ridotte nei pazienti rispetto ai controlli sani. In questo modo, gli MVRC possono fornire prove in vivo della depolarizzazione della membrana in fibre muscolari umane intatte che sono alla base della loro ridotta eccitabilità. Il protocollo qui presentato descrive come registrare mVRC e analizzare le registrazioni. Gli MVRC possono fungere da metodo veloce, semplice e utile per rivelare i meccanismi della malattia in un’ampia gamma di disturbi neuromuscolari.
Introduction
Gli studi di conduzione nervosa (NCS) e l’elettromiografia (EMG) sono i metodi elettrofisiologici convenzionali utilizzati per la diagnosi di disturbi neuromuscolari. NCS consente di rilevare la perdita assonale e la demielinazione nei nervi1, mentre EMG può distinguere se la miopatia o i cambiamenti neurogenici sono presenti nel muscolo a causa di danni ai nervi. Tuttavia, NCS o EMG forniscono informazioni limitate sulle proprietà della membrana della fibra muscolare e sui meccanismi della malattia sottostanti. Queste informazioni possono essere ottenute utilizzando elettrodi intracellulari in muscoli isolati dalle biopsiemuscolari 2,3,4. Tuttavia, è di importanza clinica utilizzare metodologie utilizzando registrazioni da muscoli intatti nei pazienti.
La velocità di un secondo potenziale di azione fibra muscolare cambia in funzione del ritardo dopo il primo5, e questa funzione di recupero della velocità (o ciclo di recupero) ha dimostrato di cambiare nei muscoli distrofici o denervati. La resa di tali registrazioni da fibre muscolari singole era, tuttavia, troppo bassa per essere utile come strumento clinico6. Tuttavia, in seguito, la commissione per la protezione dell’ambiente e la protezione dell’ambiente, non è stata in grado di ottenere tali registrazioni in vivo7. In questometodoviene utilizzata una sequenza di stimoli elettrici a impulsi accoppiati con intervalli interstimoli variabili (ISI).
I parametri MVRC valutati includono i seguenti: 1) periodo refrattario relativo muscolare (MRRP), che è la durata dopo un potenziale di azione muscolare fino a quando il prossimo potenziale di azione può essere suscitato; 2) supernormalità precoce (ESN); e 3) supernormalità tardiva (LSN). ESN e LSN sono i periodi dopo il periodo refrattario in cui i potenziali di azione vengono condotti lungo la membrana muscolare più velocemente del normale. L’accumulo depolarizzante postpotenziale e di potassio nei tubuli t del muscolo rispettivamente, sono ipotizzati come le principali cause per i due periodi di supernormalità.
L’ampia applicabilità degli MVRC ai disturbi muscolari è stata dimostrata nel rilevamento della depolarizzazione della membrana in ischemia7,10,12 e insufficienza renale13, oltre a fornire informazioni sulle anomalie della membrana muscolare nella miopatia della malattia critica14 e miosite corporea di inclusione15. Da allora sono stati introdotti i protocolli di simulazione intermittenti da 15 e 20 Hz. Gli MVRC, insieme a questi protocolli aggiuntivi, hanno dimostrato i diversi effetti sulla eccitabilità della membrana muscolare legati alle mutazioni di perdita di funzione o guadagno di funzione in vari canali ionici muscolari nelle channelopatie degli ioni muscolari ereditari (cioè, canale di sodio miotonia, paramiotonia congenita16, distrofia miaotonica17, Sindrome di Andersen-Tawil18, e miotonia congenita19,20).
In un recente studio, l’applicabilità degli MVRC ai muscoli neurogenici è stata dimostrata per la prima volta. Il termine “muscolo neurogenico” si riferisce ai cambiamenti secondari nei muscoli scheletrici che si sviluppano come denervazione e reinnervazione dopo qualsiasi lesione alle cellule del corno anteriore o agli assoni motori. La denervazione è caratterizzata in EMG come attività spontanea (ad esempio, fibrillazioni [fibs] e onde taglienti positive [psws]), mentre grandi potenzialità di unità motorie con durata prolungata e aumento dell’ampiezza presentano reinnervation21. I cambiamenti EMG sono evidenti nei muscoli denervati, ma i cambiamenti cellulari sottostanti nei potenziali della fibra muscolare sono stati dimostrati solo in studi sperimentali sul tessuto muscolare isolato2,3,4. Gli MVRC forniscono ulteriori informazioni sulle proprietà della membrana muscolare umana in vivo per quanto riguarda il processo di denervazione.
Questo documento descrive in dettaglio la metodologia degli MVRC. Riassume anche i cambiamenti nei muscoli neurogenici in un sottogruppo di pazienti da uno studio precedentemente riportato22 e soggetti di controllo sani che consente di determinare se il metodo è appropriato per uno studio pianificato.
Le registrazioni vengono eseguite utilizzando un protocollo di registrazione che fa parte di un programma software. Altre apparecchiature utilizzate è uno stimolatore di corrente a corrente costante lineare isolato, un eliminatore di rumore di 50 Hz, un amplificatore elettromiografico isolato e un convertitore analogico-digitale.
Protocol
Representative Results
Discussion
Gli MVRC, come programmato nel software di registrazione, sono una procedura altamente automatizzata, ma è necessaria attenzione per ottenere risultati affidabili. Nella fase di registrazione, durante la regolazione degli aghi, è importante evitare di stimolare la zona di fascia terminale o il nervo. Questo di solito porta a grandi contrazioni di tutto il muscolo, che aumenta il rischio di spostamento della stimolazione e/ o registrazione dell’ago durante la registrazione di MVRC. Fino ad oggi, il metodo è stato appli…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo studio è stato sostenuto finanziariamente principalmente dalle due sovvenzioni della Lundbeck Foundation (numero di concessione R191-2015-931 e numero di sovvenzione R290-2018-751). Inoltre, lo studio è stato sostenuto finanziariamente dal Novo Nordisk Foundation Challenge Programme (numero di sovvenzione NNF14OC0011633) come parte del Consorzio Internazionale di Neuropatia Diabetica.
Materials
| 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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