Muskel hastighet recovery sykluser for å undersøke muskelmembran egenskaper
Summary
Presentert her er en protokoll for registrering av muskelhastighet utvinning sykluser (MVRCs), en ny metode for å undersøke muskelmembran egenskaper. MVRCs muliggjør in vivo vurdering av muskelmembran potensial og endringer i muskel ion kanal funksjon i forhold til patologi, og det muliggjør demonstrasjon av muskel depolarisering i nevrogene muskler.
Abstract
Selv om konvensjonelle nerveledningsstudier (NCS) og elektromyografi (EMG) er egnet for diagnostisering av nevromuskulære lidelser, gir de begrenset informasjon om muskelfibermembranegenskaper og underliggende sykdomsmekanismer. Muskelhastighet utvinning sykluser (MVRCs) illustrere hvordan hastigheten på en muskel handling potensial avhenger av tiden etter en foregående handling potensial. MVRCer er nært knyttet til endringer i membranpotensialet som følger et handlingspotensial, og gir dermed informasjon om muskelfibermembranegenskaper. MVRCer kan registreres raskt og enkelt ved direkte stimulering og opptak fra multifiberbunter in vivo. MVRCs har vært nyttig i å forstå sykdomsmekanismer i flere nevromuskulære lidelser. Studier hos pasienter med kanalatier har vist de forskjellige effektene av spesifikke ionkanalmutasjoner på muskelspenning. MVRCer har tidligere blitt testet hos pasienter med nevrogene muskler. I denne foregående studien ble muskelrelativ brytningsperiode (MRRP) forlenget, og tidlig supernormalitet (ESN) og sen supernormalitet (LSN) ble redusert hos pasienter sammenlignet med sunne kontroller. Dermed kan MVRCs gi in vivo bevis på membrandepolarisering i intakte menneskelige muskelfibre som ligger til grunn for deres reduserte spenning. Protokollen som presenteres her beskriver hvordan du registrerer MVRCer og analyserer opptakene. MVRCs kan tjene som en rask, enkel og nyttig metode for å avsløre sykdomsmekanismer på tvers av et bredt spekter av nevromuskulære lidelser.
Introduction
Nerveledningsstudier (NCS) og elektromyografi (EMG) er de konvensjonelle elektrofysiologiske metodene som brukes til diagnose av nevromuskulære lidelser. NCS muliggjør påvisning av aksonalt tap og demyelinasjon i nervene1, mens EMG kan skille om myopati eller nevrogene endringer er tilstede i muskelen på grunn av nerveskader. Men, NCS eller EMG gi begrenset informasjon om muskelfiber membran egenskaper og underliggende sykdom mekanismer. Denne informasjonen kan oppnås ved hjelp av intracellulære elektroder i isolerte muskler fra muskelbiopsier2,3,4. Det er imidlertid av klinisk betydning å bruke metoder ved hjelp av opptak fra intakte muskler hos pasienter.
Hastigheten på en annen muskelfiber handling potensielle endringer som en funksjon av forsinkelsen etter de første5,og denne hastigheten utvinning funksjon (eller utvinning syklus) har vist seg å endre i dystrofiske eller denervated muskler. Utbyttet av slike opptak fra enkeltmuskelfibre var imidlertid for lav til å være til nytte som et klinisk verktøy6. Imidlertid fant Z’Graggen og Bostock senere at multifiberopptak, oppnådd ved direkte stimulering og opptak fra samme bunt av muskelfibre, gir en rask og enkel metode for å skaffe slike opptak in vivo7. En sekvens av sammenkoblede puls elektriske stimuli med varierende interstimulus intervaller (ISIer) brukes i denne metoden7,8,9,10,11.
De evaluerte MVRC-parametrene inkluderer følgende: 1) muskelrelativ ildfast periode (MRRP), som er varigheten etter et muskelhandlingspotensial til neste handlingspotensial kan fremkalles; 2) tidlig supernormalitet (ESN); og 3) sen supernormalitet (LSN). ESN og LSN er periodene etter ildfaste perioden der handlingspotensialene utføres langs muskelmembranen raskere enn normalt. Depolariserende etterpotensial, og kaliumakkumulering i t-tubuli av muskelen henholdsvis, er hypotetisk som hovedårsakene til de to perioder med supernormalitet.
Den brede anvendelsen av MVRCer til muskelforstyrrelser har blitt vist i å oppdage membran depolarisering i iskemi7,10,12 og nyresvikt13,samt gi informasjon om muskelmembran abnormiteter i kritisk sykdom myopati14 og inkludering kroppen myositt15. Frekvensrampe og intermitterende simuleringsprotokoller på 15 Hz og 20 Hz har siden blitt introdusert. MVRCer, sammen med disse tilleggsprotokollene, har vist de forskjellige effektene på muskelmembranspenning knyttet til tap av funksjon eller funksjonsvinningikodi16, myotonisk dystrofi17, Andersen-Tawil syndrom18, og myotonicongenita19,20).
I en nylig studie ble anvendelsen av MVRCer til nevrogene muskler vist for første gang. Begrepet “nevrogen muskel” refererer til de sekundære endringene i skjelettmuskulatur som utvikler seg som denervation og reinnervation etter skade på fremre hornceller eller motoraksoner. Denervation er karakterisert i EMG som spontan aktivitet (dvs. fibrillasjoner [fibs] og positive skarpe bølger [psws]), mens store motorenhet potensialer med langvarig varighet og økt amplitude nåværende reinnervation21. EMG endringer er tydelig i bulkvated muskler, men de underliggende cellulære endringer i muskelfiber membran potensialer har bare blitt demonstrert i eksperimentelle studier på isolert muskelvev2,3,4. MVRCs gir ytterligere innsikt i in vivo menneskelige muskelmembranegenskaper om denervation prosessen.
Dette papiret beskriver metodikken til MVRCer i detalj. Det oppsummerer også endringene i nevrogene muskler i en undergruppe av pasienter fra en tidligere rapportert studie22 og friske kontrollpersoner som muliggjør bestemmelse av om metoden er hensiktsmessig for en planlagt studie.
Opptakene utfører ved hjelp av en opptaksprotokoll som er en del av et program. Annet utstyr som brukes er en isolert lineær bipolar konstant strøm stimulator, 50 Hz støyeliminator, isolert elektromyografiforsterker og analog-til-digital omformer.
Protocol
Representative Results
Discussion
MVRCer, som programmert i opptaksprogramvaren, er en svært automatisert prosedyre, men forsiktighet er nødvendig for å oppnå pålitelige resultater. I opptaksstadiet, mens du justerer nålene, er det viktig å unngå å stimulere endeplatesonen eller nerven. Dette fører vanligvis til store rykninger av hele muskelen, noe som øker risikoen for forskyvning av stimulering og / eller opptaknål under opptak av MVRCer. Til dags dato har metoden blitt brukt på flere muskler som har bedre beskrevet sluttplatesone; Imidle…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne studien ble økonomisk støttet hovedsakelig av de to bevilgningene fra Lundbeck Foundation (Tilskuddsnummer R191-2015-931 og Tilskuddsnummer R290-2018-751). I tillegg ble studien økonomisk støttet av Novo Nordisk Foundation Challenge Programme (Grant nummer NNF14OC0011633) som en del av International Diabetic Neuropathy 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).
