चूहा मध्य मीडिया गैस्ट्रोकनेमियस मांसपेशी की एकल मोटर इकाइयों का कार्यात्मक अलगाव
Summary
यह विधि चूहे के मध्याह्न की मांसपेशियों में तीन प्रकार की मोटर इकाइयों में चिकोटी और टेटनिक संकुचन और कार्रवाई क्षमता के बल की रिकॉर्डिंग की अनुमति देती है। एक मोटर इकाई के कार्यात्मक अलगाव अक्षतंतरा की विद्युत उत्तेजना से प्रेरित है।
Abstract
यह काम प्रायोगिक चूहों में हिंडलिब मांसपेशियों (जैसे मध्य गैस्ट्रोकनेमियस, सोलियस, या प्लांटारिस मांसपेशी) में मोटर इकाइयों की विशेषताओं का निर्धारण करने के लिए एक मानक इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल विधि मोटर इकाइयों (एमएल) के कार्यात्मक अलगाव को रेखांकित करता है। विधि का एक महत्वपूर्ण तत्व वेंट्रल रूट से अलग एक मोटर एक्सॉन को दिया विद्युत उत्तेजनाओं का अनुप्रयोग है। उत्तेजनाओं को निरंतर या परिवर्तनीय अंतर-नाड़ी अंतराल पर वितरित किया जा सकता है। यह विधि परिपक्वता (युवा, वयस्क या बूढ़े) के विभिन्न चरणों में जानवरों पर प्रयोगों के लिए उपयुक्त है। इसके अलावा, इस प्रोटोकॉल का उपयोग हस्तक्षेपों के एक बड़े स्पेक्ट्रम द्वारा पैदा की गई मोटर इकाइयों की परिवर्तनशीलता और प्लास्टिसिटी का अध्ययन करने वाले प्रयोगों में किया जा सकता है। इन प्रयोगों के परिणाम दोनों मांसपेशियों के शरीर विज्ञान में बुनियादी ज्ञान को बढ़ा सकते हैं और व्यावहारिक अनुप्रयोगों में अनुवाद किया जा सकता है। यह प्रक्रिया मस की रिकॉर्डिंग और उत्तेजना के लिए शल्य चिकित्सा तैयारी पर केंद्रित है, जिसमें तैयारी स्थिरता और परिणामों की प्रजनन क्षमता प्राप्त करने के लिए आवश्यक कदमों पर जोर दिया गया है।
Introduction
मोटर इकाइयां (एमएल) कंकाल की मांसपेशियों की सबसे छोटी कार्यात्मक इकाइयां हैं। इसलिए, उनके कार्य, प्लास्टिसिटी और संकुचन गुणों को समझना, साथ ही उनके बल विनियमन के तंत्र, मांसपेशियों के शरीर विज्ञान में प्रगति के लिए महत्वपूर्ण है। मस के बुनियादी संकुचन गुणों और उनके शारीरिक प्रकारों के अनुपात को कई मांसपेशियों के लिए प्रलेखित किया गया है, मुख्य रूप से प्रायोगिक जानवरों में हिंडलिब मांसपेशियों। हालांकि, एमयू संपत्तियों की प्लास्टिसिटी और एमयू फोर्स रेगुलेशन के तंत्र दोनों अभी भी पूरी तरह से समझ में नहीं आ रहे हैं ।
वर्णित विधि का सिद्धांत काठ कशेरुका में जांच किए गए एक और लेमिनेक्टोमी को छोड़कर हिंडलिब मांसपेशियों का व्यापक विनाश है ताकि पतली वेंट्रल रूटलेट तैयार किया जा सके, प्रत्येक एक “कार्यात्मक” मोटर एक्सॉन को तैयार करने के लिए, एमयू के बल और कार्रवाई क्षमता को रिकॉर्ड करने के लिए विद्युत रूप से उत्तेजित किया। इस पेपर में वर्णित तकनीक का उपयोग करके, एक सफल प्रयोग में मध्याह्न गैस्ट्रोकनेमियस मांसपेशी के आधे से अधिक एमएल को अलग करना संभव है। चूहा मध्यीय गैस्ट्रोकनेमियस औसतन 52 एमएल (महिलाएं) या तीन शारीरिक प्रकारों के 57 एमएल (पुरुष) से बना है: एस (स्लो), एफआर (फास्ट रेसिस्टेंट) और एफएफ (फास्ट फैटिगेबल)1,2,और वेरिएबल कॉन्ट्रैक्टी गुण3। नियंत्रण और प्रयोगात्मक समूहों में एमएच के लिए औसत मूल्यों की तुलना करने वाले प्रयोगों के लिए, इन समूहों में से प्रत्येक के लिए 10-30 मस की अलगाव और रिकॉर्डिंग आवश्यक है। गंभीर रूप से, व्यक्तिगत एमएच एक घंटे से अधिक समय अवधि के लिए उत्तेजना के लिए सुलभ हो सकता है। इसके अलावा, चूंकि यह तकनीक एमयू बल और कार्रवाई क्षमता दोनों को रिकॉर्ड करने की अनुमति देती है, इसलिए यह विधि बल उत्पादन से जुड़ी घटनाओं का अध्ययन करने, थकान के प्रभाव का आकलन करने और बल और कार्रवाई क्षमता के बीच संबंधों को देखने के लिए उपयुक्त है।
पिछले अध्ययनों से पुष्टि की है कि एमयू संकुचन गुण प्लास्टिक हैं और कई हस्तक्षेपों द्वारा संग्राहक किया जा सकता है। यहां वर्णित तकनीक का उपयोग करके प्रयोग चूहे के मध्यीय गैस्ट्रोकनेमियस4 या चूहे की अन्य हिंडलम्ब मांसपेशियों पर किए गए हैं5,6 और साथ ही बिल्ली की मांसपेशियों पर7,एकल एमयू अलगाव की एक समान विधि का उपयोग करके। परिवर्तनीय अंतर-नाड़ी अंतराल पर वितरित उत्तेजनाओं की ट्रेनों का उपयोग करके प्रयोगों की एक और श्रृंखला ने मोटर नियंत्रण प्रक्रियाओं से संबंधित टिप्पणियों को प्रदान किया, और परिणाम सामान्य रूप से उत्तेजना के इतिहास पर ध्यान देते हैं, जिसमें एक उत्तेजना के समय पैमाने में बदलाव के काफी प्रभाव शामिल हैं, जो बल उत्पादन8,9के लिए महत्वपूर्ण हैं।
वैकल्पिक तरीकों का उपयोग करके एमएचयू का भी अध्ययन किया जा सकता है। सबसे पहले, एक विधि मोटोन्यूरॉन्स की सीधी उत्तेजना है। बर्क ने इन न्यूरॉन्स 1,10के इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल गुणों को निर्धारित करने के लिए समानांतर रूप से उपयोगकिए जाने वाले ग्लास माइक्रोइलेक्ट्रोड्स के साथ बिल्ली के मध्य गैस्ट्रोकेमियस में मोटोन्यूरॉन्स की इंट्रासेलुलर उत्तेजना का उपयोग किया । मानव मांसपेशियों में एमएच का अध्ययन करने के लिए अन्य तरीकों का प्रस्ताव किया गया है, जिसके लिए काफी कम हस्तक्षेप की आवश्यकता होती है। इन सभी तरीकों के लिए, उत्तेजक और रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड मांसपेशियों या तंत्रिका में डाला जाता है, और बल उंगली से या पैर से दर्ज किया जाता है। इन तरीकों में से पहले पृष्ठीय इंटरोसियस मांसपेशियों में मस का अध्ययन करने के लिए उपयोग किया जाता था। इस मांसपेशी के लिए, एक कम बल के साथ करार, सुई इलेक्ट्रोड के साथ दर्ज इलेक्ट्रोमायोग्राम में मांसपेशियों में डाला केवल एक सक्रिय मोटर इकाई की कार्रवाई क्षमता की पहचान की गई । फिर समानांतर में दर्ज की गई एक मांसपेशी बल के टुकड़े और प्रत्येक कार्रवाई क्षमता के बाद औसत (स्पाइक-ट्रिगर औसत) थे। यह विधि बाहुबल की रिकार्डिंग11से एक मोटर यूनिट के बल को निकालने में सक्षम बनाती है . हालांकि, इस प्रक्रिया की पद्धतिगत कमजोरी यह है कि कोई एक चिकोटी बल नहीं बल्कि टेटनिक संकुचन के टुकड़े औसत थे। मानवमूस का मांसपेशियों में डाले गए इलेक्ट्रोड का उपयोग करके इंट्रामस्कुलर इलेक्ट्रिकल माइक्रोस्टिमुलेशन की दूसरी विधि का भी अध्ययन किया जा सकता है, जो एक अक्षीय पेड़ के टुकड़े को उत्तेजित करता है, जिससे एक मोटर इकाई की सक्रियता होती है। तीसरी विधि तंत्रिका में डाले गए इलेक्ट्रोड के साथ माइक्रोस्टिमुलेशन है। जब इलेक्ट्रोड तंत्रिका में केवल एक मोटर अक्षतंश सक्रिय करता है, तो केवल एक मोटर इकाई13अनुबंध करती है। इन अंतिम तरीकों में कुछ सीमाएं हैं, जिनमें रिकॉर्डिंग की स्थिरता और गुणवत्ता, नैतिक प्रतिबंध और प्रायोगिक सामग्री तक पहुंच शामिल है। इस प्रोटोकॉल बड़े पैमाने पर 70 और 80 के14में बिल्लियों में इस्तेमाल किया गया है ।
Protocol
Representative Results
Discussion
यदि अनुभवी वैज्ञानिकों द्वारा सही ढंग से प्रदर्शन किया जाता है, तो वर्णित प्रोटोकॉल के शल्य घटक को लगभग दो घंटे के भीतर पूरा किया जाना चाहिए। सर्जरी के दौरान जानवर की स्थिर शारीरिक स्थितियों को बनाए र?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को पोलिश नेशनल रिसर्च सेंटर ग्रांट 2018/31/B/NZ7/01028 द्वारा समर्थित किया गया था ।
Materials
| 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 |
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, 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).
