Muskel hastighed Recovery Cykler til at undersøge muskelmembranegenskaber
Summary
Præsenteret her er en protokol til registrering af muskel hastighed opsving cykler (MVRCs), en ny metode til at undersøge muskelmembranegenskaber. MVRCs muliggøre in vivo vurdering af muskelmembran potentiale og ændringer i muskel ion kanal funktion i forhold til patologi, og det gør det muligt at påvisning af muskeldepolarisering i neurogene muskler.
Abstract
Selv om konventionelle nerveledningsundersøgelser (NCS) og elektromyografi (EMG) er egnede til diagnosticering af neuromuskulære lidelser, giver de begrænsede oplysninger om muskelfibermembranegenskaber og underliggende sygdomsmekanismer. Muskelhastighed opsving cykler (MVRCs) illustrerer, hvordan hastigheden af en muskel handling potentiale afhænger af tiden efter en forudgående handling potentiale. MVRCs er tæt forbundet med ændringer i membran potentiale, der følger en handling potentiale, og dermed give oplysninger om muskelfiber membran egenskaber. MVRCs kan registreres hurtigt og nemt ved direkte stimulering og optagelse fra multi-fiber bundter in vivo. MVRCs har været nyttige i at forstå sygdomsmekanismer i flere neuromuskulære lidelser. Undersøgelser hos patienter med kanalopatier har vist de forskellige virkninger af specifikke ionkanalmutationer på muskelophidselse. MVRCs er tidligere blevet testet hos patienter med neurogene muskler. I denne tidligere undersøgelse blev muskelrelativ brydningsperiode (MRRP) forlænget, og tidlig supernormalitet (ESN) og sen supernormalitet (LSN) blev reduceret hos patienter sammenlignet med sunde kontroller. Derved kan MVRCs give in vivo tegn på membran depolarisering i intakte menneskelige muskelfibre, der ligger til grund for deres reducerede ophidselse. Den protokol, der præsenteres her beskriver, hvordan man optager MVRCs og analysere optagelserne. MVRCs kan tjene som en hurtig, enkel og nyttig metode til at afsløre sygdomsmekanismer på tværs af en bred vifte af neuromuskulære lidelser.
Introduction
Nerveledningsundersøgelser (NCS) og elektromyografi (EMG) er de konventionelle elektrofysiologiske metoder, der anvendes til diagnosticering af neuromuskulære lidelser. NCS gør det muligt at påvise axonal tab og demyelination i nerverne1,mens EMG kan skelne, om næropati eller neurogene ændringer er til stede i musklen på grund af nerveskader. Men NCS eller EMG giver begrænset information om muskelfiber membran egenskaber og underliggende sygdommekanismer. Disse oplysninger kan opnås ved hjælp af intracellulære elektroder i isolerede muskler fra muskelbiopsier2,3,4. Men, Det er af klinisk betydning at bruge metoder ved hjælp af optagelser fra intakte muskler hos patienter.
Hastigheden af en anden muskel fiber virkning potentielle ændringer som en funktion af forsinkelsen efter de første5,og denne hastighed opsving funktion (eller nyttiggørelse cyklus) har vist sig at ændre sig i dystrophic eller denervated muskler. Udbyttet af sådanne optagelser fra enkelt muskelfibre var dog for lavt til at være til brug som et klinisk værktøj6. Men Z’Graggen og Bostock senere konstateret, at multi-fiber optagelser, opnået ved direkte stimulation og optagelse fra samme bundt af muskelfibre, giver en hurtig og enkel metode til at opnå sådanne optagelser in vivo7. En sekvens af parrede puls elektriske stimuli med varierende interstimulus intervaller (ISIs) anvendes i denne metode7,8,9,10,11.
De evaluerede MVRC parametre omfatter følgende: 1) muskel relativ ildfaste periode (MRRP), som er varigheden efter en muskel handling potentiale, indtil den næste handling potentiale kan fremkaldes; 2) tidlig supernormalitet (ESN); og 3) sen supernormalitet (LSN). ESN og LSN er perioderne efter den ildfaste periode, hvor handlingspotentialerne udføres langs muskelmembranen hurtigere end normalt. Den depolariserende efterpotentiale, og kalium ophobning i t-tubuli af musklen henholdsvis, er hypotesesom de vigtigste årsager til de to perioder med supernormalitet.
Den brede anvendelighed af MVRCs til muskellidelser er blevet vist i påvisning af membran depolarisering i iskæmi7,10,12 og nyresvigt13,samt give oplysninger om muskelmembran abnormiteter i kritisk sygdom myopati14 og inklusion krop myositis15. Frekvensrampe og intermitterende 15 Hz og 20 Hz simuleringsprotokoller er siden blevet indført. MVRC’er, sammen med disse tillægsprotokoller, har vist de forskellige virkninger på muskelmembranen ophidselse relateret til tab-of-funktion eller gain-of-funktion mutationer i forskellige muskel ion kanaler i den arvelige muskel ion kanalopatier (dvs. natrium kanal myotoni, paramyotoni congenita16, myotoniske dystrofi17, Andersen-Tawil syndrom18, og myotonia congenita19,20).
I en nylig undersøgelse, anvendeligheden af MVRCs til neurogene muskler blev vist for første gang. Udtrykket “neurogene muskel” refererer til de sekundære ændringer i skeletmuskulatur, der udvikler sig som denervation og reinnervation efter enhver skade på de terior horn celler eller motor axoner. Denervation er karakteriseret i EMG som spontan aktivitet (dvs. fibrillations [fibs] og positive skarpe bølger [psws]), mens store motorenhed potentialer med langvarig varighed og øget amplitude nuværende reinnervation21. EMG ændringer er tydeligt i denervated muskler, men de underliggende cellulære ændringer i muskelfiber membran potentialer er kun blevet påvist i eksperimentelle undersøgelser på isolerede muskelvæv2,3,4. MVRCs giver yderligere indsigt i in vivo menneskelige muskelmembran egenskaber vedrørende denervation proces.
Dette dokument beskriver metodologien for MVRC’er i detaljer. Det opsummerer også ændringerne i neurogene muskler i en undergruppe af patienter fra en tidligere rapporteret undersøgelse22 og raske kontrolpersoner, der gør det muligt at bestemme, om metoden er egnet til en planlagt undersøgelse.
Optagelserne udføres ved hjælp af en optagelseprotokol, der er en del af et program. Andet udstyr, der anvendes, er en isoleret lineær bipolær konstant strømstimulator, 50 Hz støjeliminator, isoleret elektromyografiforstærker og analog-til-digital konverter.
Protocol
Representative Results
Discussion
MVRCs, som programmeret i optagelsen software, er en meget automatiseret procedure, men pleje er nødvendig for at opnå pålidelige resultater. I optagefasen er det vigtigt at undgå at stimulere endepladezonen eller nerven, samtidig med at nålene justeres. Dette fører normalt til store trækninger af hele musklen, hvilket øger risikoen for forskydning af stimulation og / eller optagelse nål under optagelse MVRCs. Til dato, metoden er blevet anvendt på flere muskler, der har bedre beskrevet end-plade zone; slutplad…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne undersøgelse blev primært støttet af de to tilskud fra Lundbeckfonden (Tilskudsnummer R191-2015-931 og Tilskudsnummer R290-2018-751). Derudover blev undersøgelsen støttet økonomisk af Novo Nordisk Foundation Challenge Programme (Grant number NNF14OC0011633) som en del af International Diabetic Neuropati Consortium.
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) |
Referências
- Tankisi, H., et al. Pathophysiology inferred from electrodiagnostic nerve tests and classification of polyneuropathies. Suggested guidelines. Clinical Neurophysiology. 116 (7), 1571-1580 (2005).
- Gregorio, C. C., Hudecki, M. S., Pollina, C. M., Repasky, E. A. Effects of denervation on spectrin concentration in avian skeletal muscle. Muscle and Nerve. 11 (4), 372-379 (1988).
- Kotsias, B. A., Venosa, R. Role of sodium and potassium permeabilities in the depolarization of denervated rat muscle fibers. Journal of Physiology. 392, 301-313 (1987).
- Kirsch, G. E., Anderson, M. F. Sodium channel kinetics in normal and denervated rabbit muscle membrane. Muscle and Nerve. 9 (8), 738-747 (1986).
- Stalberg, E. Propagation velocity in human muscle fibers in situ. Acta Physiologica Scandinava Supplementum. 287, 1 (1966).
- Mihelin, M., Trontelj, J. V., Stalberg, E. Muscle fiber recovery functions studied with double pulse stimulation. Muscle and Nerve. 14 (8), 739-747 (1991).
- Z’Graggen, W. J., Bostock, H. Velocity recovery cycles of human muscle action potentials and their sensitivity to ischemia. Muscle and Nerve. 39 (5), 616-626 (2009).
- Bostock, H., Tan, S. V., Boerio, D., Z’Graggen, W. J. Validity of multi-fiber muscle velocity recovery cycles recorded at a single site using submaximal stimuli. Clinical Neurophysiology. 123 (11), 2296-2305 (2012).
- Z’Graggen, W. J., Troller, R., Ackermann, K. A., Humm, A. M., Bostock, H. Velocity recovery cycles of human muscle action potentials: repeatability and variability. Clinical Neurophysiology. 122 (11), 2294-2299 (2011).
- Lee, J. H. F., Boland-Freitas, R., Ng, K. Sarcolemmal excitability changes in normal human aging. Muscle and Nerve. 57 (6), 981-988 (2018).
- Lee, J. H. F., Boland-Freitas, R., Ng, K. Physiological differences in sarcolemmal excitability between human muscles. Muscle and Nerve. 60 (4), 433-436 (2019).
- Humm, A. M., Bostock, H., Troller, R., Z’Graggen, W. J. Muscle ischaemia in patients with orthostatic hypotension assessed by velocity recovery cycles. Journal of Neurology, Neurosurgery and Psychiatry. 82 (12), 1394-1398 (2011).
- Z’Graggen, W. J., et al. Velocity recovery cycles of human muscle action potentials in chronic renal failure. Clinical Neurophysiology. 121 (6), 874-881 (2010).
- Z’Graggen, W. J., et al. Muscle membrane dysfunction in critical illness myopathy assessed by velocity recovery cycles. Clinical Neurophysiology. 122 (4), 834-841 (2011).
- Lee, J. H., Boland-Freitas, R., Liang, C., Ng, K. Sarcolemmal depolarization in sporadic inclusion body myositis assessed with muscle velocity recovery cycles. Clinical Neurophysiology. 19 (31205-2), 1388 (2019).
- Tan, S. V., Z’Graggen, W. J., Hanna, M. G., Bostock, H. In vivo assessment of muscle membrane properties in the sodium channel myotonias. Muscle and Nerve. 57 (4), 586-594 (2018).
- Tan, S. V., et al. In vivo assessment of muscle membrane properties in myotonic dystrophy. Muscle and Nerve. 54 (2), 249-257 (2016).
- Tan, S. V., et al. Membrane dysfunction in Andersen-Tawil syndrome assessed by velocity recovery cycles. Muscle and Nerve. 46 (2), 193-203 (2012).
- Tan, S. V., et al. Chloride channels in myotonia congenita assessed by velocity recovery cycles. Muscle and Nerve. 49 (6), 845-857 (2014).
- Boland-Freitas, R., et al. Sarcolemmal excitability in the myotonic dystrophies. Muscle and Nerve. 57 (4), 595-602 (2018).
- Stalberg, E., et al. Standards for quantification of EMG and neurography. Clinical Neurophysiology. 130 (9), 1688-1729 (2019).
- Witt, A., et al. Muscle velocity recovery cycles in neurogenic muscles. Clinical Neurophysiology. 130 (9), 1520-1527 (2019).
- Kristensen, R. S., et al. MScanFit motor unit number estimation (MScan) and muscle velocity recovery cycle recordings in amyotrophic lateral sclerosis patients. Clinical Neurophysiology. 130 (8), 1280-1288 (2019).
- Marrero, H. G., Stalberg, E. V. Optimizing testing methods and collection of reference data for differentiating critical illness polyneuropathy from critical illness MYOPATHIES. Muscle and Nerve. 53 (4), 555-563 (2016).
- Allen, D. C., Arunachalam, R., Mills, K. R. Critical illness myopathy: further evidence from muscle-fiber excitability studies of an acquired channelopathy. Muscle and Nerve. 37 (1), 14-22 (2008).
