שיטה זו מאפשרת הקלטה של הכוח של התכווצויות עוויתות וטלטוניות ופוטנציאל פעולה בשלושה סוגים של יחידות מנוע בשריר גסטרוקנמיוס חולדה. הבידוד הפונקציונלי של יחידה מוטורית אחת מושרה על ידי גירוי חשמלי של האקסון.
עבודה זו מתארת בידוד פונקציונלי של יחידות מנוע (MUs), שיטה אלקטרופיזיולוגית סטנדרטית לקביעת מאפיינים של יחידות מנוע בשרירים האחוריים (כגון גסטרוקנמיוס מדיאלי, סוליה, או plantaris שריר) בחולדות ניסיוניות. מרכיב חיוני בשיטה הוא יישום של גירויים חשמליים מועברים לאקסון מנוע מבודד מהשורש הפתחי. הגירויים עשויים להימסר במרווחי זמן בין-פולסים קבועים או משתנים. שיטה זו מתאימה לניסויים בבעלי חיים בשלבי בגרות שונים (צעירים, מבוגרים או מבוגרים). יתר על כן, פרוטוקול זה יכול לשמש בניסויים ללמוד השתנות ו פלסטיות של יחידות מנוע ים עורר על ידי קשת גדולה של התערבויות. התוצאות של ניסויים אלה עשויים גם להגדיל את הידע הבסיסי בפיזיולוגיה שרירים ולהיות מתורגם ליישומים מעשיים. הליך זה מתמקד בהכנה הכירורגית להקלטה וגירוי של MUs, עם דגש על הצעדים הדרושים כדי להשיג יציבות הכנה ושחזור של תוצאות.
יחידות מנוע (MUs) הן היחידות הפונקציונליות הקטנות ביותר של שרירי השלד. לכן, הבנת הפונקציה שלהם, פלסטיות ומאפיינים כיווץ, כמו גם את המנגנונים של ויסות הכוח שלהם, הוא חיוני להתקדמות בפיזיולוגיה שריר. המאפיינים ההתכווצות הבסיסיים של MUs ואת הפרופורציות של הסוגים הפיזיולוגיים שלהם תועדו עבור שרירים רבים, בעיקר השרירים האחוריים בבעלי חיים ניסיוניים. עם זאת, הן הפלסטיות של מאפייני MU ואת המנגנונים של ויסות כוח MU עדיין לא מובן במלואו.
העיקרון של השיטה המתוארת הוא השפלה נרחבת של שרירי הבטן למעט אחד נחקר כריתת למינקטום על חוליות המותניים על מנת להכין rootlets גחמני דק, כל אחד המכיל אחד “פונקציונלי” axon מנוע, מגורה חשמלית כדי להקליט את הכוח ואת פוטנציאל הפעולה של MU. באמצעות הטכניקה המתוארת במאמר זה, ניתן לבודד יותר ממחצית ההונו-ם של שריר גסטרו-קסטרונומיוס מדיאלי בניסוי מוצלח. גסטרוקנמיוס חולדה מדיאלי מורכב בממוצע 52 MUs (נקבות) או 57 MUs (זכרים) של שלושה סוגים פיזיולוגיים: S (איטי), FR (עמיד מהר) ו FF (ניתן לשומן מהיר)1,2,וישלהםתכונות התכווצות משתנה3. עבור ניסויים השוואת ערכי ממוצע עבור MUs בקבוצות בקרה וניסיוני, בידוד והקלטה של 10-30 MUs עבור כל אחת מקבוצות אלה נחוצים. באופן קריטי, תותבי משתמשים בודדים עשויים להיות נגישים לגירוי לפרקי זמן העולים על שעה אחת. יתר על כן, מאז טכניקה זו מאפשרת להקליט הן כוח MU ופוטנציאל פעולה, שיטה זו מתאימה ללימוד תופעות הקשורות לייצור כוח, הערכת ההשפעה של עייפות, והתבוננות ביחסים בין הכוח ופוטנציאל פעולה.
מחקרים קודמים אישרו כי MU מאפייני התכווצות הם פלסטיק, עשוי להיות מאופנן על ידי התערבויות רבות. ניסויים בטכניקה המתוארת כאן בוצעו על חולדה medial gastrocnemius4 או אחרים שרירי אחורי שלחולדה 5,6, כמו גם על שרירי חתול 7 ,בשיטהדומה של בידוד MU יחיד. סדרה נוספת של ניסויים באמצעות רכבות של גירויים נמסר במרווחי זמן בין-פולסים משתנים סיפק תצפיות לגבי תהליכי בקרה מוטורית, ואת התוצאות באופן כללי להפנות את תשומת הלב להיסטוריה של גירוי, כולל השפעות ניכרות של שינוי בקנה מידה הזמן של אפילו גירוי אחד, חיונילייצור כוח 8,9.
ניתן גם ללמוד שיטות דרכים חלופיות באמצעות שיטות חלופיות. ראשית, שיטה אחת היא גירוי ישיר של motoneurons. בורק השתמש בגירוי תאי של motoneurons בחתולים גסטרוקנמיוס ו סוליות עם מיקרואלקטרודות זכוכית המשמשות במקביל כדי לקבוע את המאפיינים האלקטרופיזיולוגיים שלנוירונים אלה 1,10. שיטות אחרות הוצעו ללמוד MUs בשרירים אנושיים, אשר דורשים התערבות נמוכה באופן משמעותי. עבור כל שיטות אלה, אלקטרודות מגרה והקלטות מוכנסים לתוך השריר או העצב, ואת הכוח נרשם מן האצבע או מן הרגל. הראשונה של שיטות אלה שימשה כדי ללמוד MUs בשריר הבין-תאי גב הראשון. עבור שריר זה, מתכווץ עם כוח נמוך, באלקטרומיוגרמה נרשם עם אלקטרודה מחט מוכנס לתוך השריר את פוטנציאל הפעולה של יחידה מוטורית פעילה אחת בלבד זוהו. לאחר מכן הרסיסים של כוח שריר נרשם במקביל ובעקבות כל פוטנציאל פעולה היו בממוצע (ספייק מופעל בממוצע). שיטה זו מאפשרת חילוץ של הכוח של יחידה מוטורית אחת משריר כוח השריר11. עם זאת, החולשה המתודולוגית של הליך זה היא כי אין כוח עווית אחד אלא שברים של התכווצויות טטינית היו בממוצע. ניתן גם ללמוד שיטות קוסמות אנושיות בשיטה השנייה של גירוי חשמלי תוך שרירי באמצעות אלקטרודההמוכנסת לשריר 12, המעוררת שבר של עץ סקסוני, המוביל להפעלה של יחידה מוטורית אחת. השיטה השלישית היא גירוי זעיר עם אלקטרודה מוכנסת לתוך העצב. כאשר האלקטרודה מפעילה רק אקסון מנוע אחד בעצב, רק יחידת מנוע אחת חוזה13. לשיטות האחרונות יש כמה מגבלות, כולל יציבות ואיכות ההקלטה, הגבלות אתיות וגישה לחומר הניסיוני. פרוטוקול זה נעשה שימוש נרחב בחתולים בשנות ה-70 וה-80וה-14.
אם מבוצע כראוי על ידי מדענים מנוסים, הרכיב הכירורגי של הפרוטוקול המתואר צריך להסתיים בתוך כשעתיים. יש לנקוט טיפול מיוחד כדי לשמור על מצבים פיזיולוגיים יציבים של בעל החיים במהלך הניתוח, במיוחד טמפרטורת הגוף ועומק של הרדמה, אשר צריך להיות נשלט באופן שיטתי על ידי הערכת פינה רפלקסים גמילה. לאח…
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכה על ידי מענק מרכז המחקר הלאומי הפולני 2018/31/B/NZ7/01028.
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 1×2 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 |