ラット内側胃腸筋単一運動ユニットの機能的分離
Summary
この方法は、ラット内側胃腸筋の3種類の運動単位におけるけいれんおよびテタニック収縮および作用電位の力の記録を可能にする。単一のモーターユニットの機能的な分離は、軸索の電気刺激によって誘導される。
Abstract
この研究は、実験ラットにおける後肢筋(心胃頭筋、ソレウス、足底筋など)における運動ユニットの特性を決定するための標準的な電気生理学的方法である運動単位(MUs)の機能的分離を概説する。この方法の重要な要素は、腹側根から分離されたモーター軸索に送達される電気刺激の適用である。刺激は、一定または可変的なパルス間間隔で送達され得る。この方法は、成熟期の様々な段階(若い、大人または老人)での動物の実験に適しています。さらに、このプロトコルは、介入の大きなスペクトルによって誘発される運動単位の変動性および可塑性を研究する実験で使用することができる。これらの実験の結果は、両方の筋肉生理学の基本的な知識を増強し、実用的なアプリケーションに翻訳することができます。この手順は、MUsの記録および刺激のための外科的製剤に焦点を当て、結果の調製安定性および再現性を達成するために必要なステップに重点を置いた。
Introduction
運動単位(M)は骨格筋の最小機能単位です。したがって、その機能、可塑性および収縮特性、ならびにそれらの力調節のメカニズムを理解することは、筋肉生理学の進歩にとって極めて重要である。MUsの基本的な収縮特性とその生理学的タイプの割合は、実験動物の主に後肢の筋肉である多数の筋肉について文書化されている。しかし、MU特性の可塑性とMU力調節のメカニズムの両方はまだ完全には理解されていない。
記載された方法の原理は、腰椎骨で調査されたものとラミネクトミーを除く後肢筋の広範な脱毛であり、それぞれが単一の「機能的」運動軸索を含み、それぞれを有する単一の「機能的」運動軸索を、MUの力および作用電位を記録するために電気的に刺激される。本論文に記載された技術を用いて、実験に成功した中胃腸筋のMUsの半分以上を単離することが可能である。ラットの内側胃腸は、平均52個のM(女性)または57個のMUs(オス)の3つの生理学的タイプで構成される:S(遅い)、FR(速抵抗性)およびFF(速い脂肪性)1、2、および可変収縮特性を有する3。制御群と実験群におけるMUsの平均値を比較する実験では、これらのグループごとに10~30個のMUsの分離と記録が必要です。重要なことに、個々のMUsは、1時間を超える期間の刺激のためにアクセス可能である可能性があります。また、この手法は、MU力と作用電位の両方を記録することができるため、力の生成に関連する現象の研究、疲労の影響評価、および力と作用電位の関係の観察に適しています。
これまでの研究では、MU収縮特性はプラスチックであり、多数の介入によって変調される可能性があることを確認している。ここで説明する技術を用いた実験は、ラットの内側胃腸4またはラット5、6の他の後肢筋、ならびに猫の筋肉7に対して、同様の単一MU単離法を用いて行われている。可変パルス間隔で送達される刺激の系列を用いた別の一連の実験は、モータ制御プロセスに関する観察を提供し、一般的に刺激の歴史に注意を向ける結果は、一つの刺激の時間スケールの変化のかなりの効果を含む、力の生産8、9にとって重要である。
また、別の方法を用いて研究してもよい。第一に、1つの方法は、モトニューロンの直接刺激である。バークは、これらのニューロン1,10の電気生理学的特性を決定するために並行して使用されるガラス微小電極を用いた猫の内側胃腸およびソレウスにおけるモトニューロンの細胞内刺激を用いた。他の方法は、かなり低い介入を必要とするヒト筋肉のMUsを研究するために提案されている。これらの方法の全てについて、刺激および記録電極は筋肉または神経に挿入され、力は指または足から記録される。これらの方法の最初は、最初の背部間筋の中での修行に使用されました。この筋肉に対しては、低力で収縮し、針電極を筋肉に挿入して記録した筋電図において、1つの活動運動部のみの作用電位が同定された。その後、平行に記録された筋肉力の断片を、各作用電位に従って平均化した(スパイク誘発平均)。この方法は、筋力記録11から1つの運動ユニットの力の抽出を可能にする。しかし、この手順の方法論的弱点は、単一のけいれん力はなく、むしろテタニック収縮の断片が平均化されたということです。ヒトのMUsはまた、筋肉12に挿入された電極を用いて筋肉内電気微小刺激の第2の方法を用いて研究され得るが、これは軸索木の断片を刺激し、単一の運動ユニットの活性化につながる。第3の方法は、電極を神経に挿入した微小刺激である。電極が神経中の1つの運動軸索だけを作動させると、1つの運動単位だけが13を収縮させる。これらの最後の方法には、記録の安定性と品質、倫理的な制限、実験材料へのアクセスなど、いくつかの制限があります。このプロトコルは、70年代と80年代の14の猫で広く使用されています。
Protocol
Representative Results
Discussion
経験豊富な科学者によって正しく行われる場合、記述されたプロトコルの外科コンポーネントは約2時間以内に完了する必要があります。手術中の動物の安定した生理学的状態、特に体温と麻酔の深さを維持するために特に注意を払う必要があり、これはピナと離脱反射を評価することによって体系的に制御されるべきである。手術後、少なくとも6時間は安定した記録状態を維持することが?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、ポーランド国立研究センター助成金2018/31/B/NZ7/01028によって支援されました。
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 |
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