Investigation of the Relationship between the Motor Unit Number Estimate (MUNE) and the Mean Slope of the Stimulus-Response (SR) Curve of the Compound Muscle Action Potential (CMAP) Scan

Abstract

Objective: The goal of this study is to elicit the relationship between the MUNE and the Mean Slope of the SR Curve of the CMAP Scan. Introduction: MUNE is used to diagnose and to monitor the Neuromuscular Disorders. CMAP Scan is a neurophysiological method based on the gradual stimulation of motor neurons and on recording their responses. As a result, a Stimulus-Response (SR) curve is plotted to study the progress of these diseases. In healthy subjects, SR curve is in the sigmoid form. As Motor Unit (MU) loss takes place, higher stimulus intensities are required in CMAP Scan. In addition, the shape of the SR curve becomes different form rather than sigmoid. This affects the slope of the SR curve. Therefore, a new more integrative variable called Mean Slope can be defined which might be correlated with MUNE. Material and Methods: Motor neuron groups including 5- to-300 axons were created through a simulator software and they were stimulated gradually with incrementally increasing currents from 0 to 99 mA. . The voltage differences were computed by utilizing the CMAPs being the responses in the SR curve. The average of all slopes corresponding to each voltage differences was computed to find the Mean Slope. The correlation between MU number the Mean Slope was investigated statistically. Results and Discussion: The coefficient of determination and the Pearson correlation coefficient between MU number and the Mean Slope were found as 0.9974 and 0.999 respectively. A linear relationship between MU number and the Mean Slope was suggested. Conclusion and Recommendation: The mean slope can be taken into account as a new feature while building mathematical models for the MUNE methods. Besides, new variables in conjunction with the slope of the SR curve might be defined in future studies.

Keywords

• Compound Muscle Action Potential (CMAP) Scan
• Motor Unit Number Estimate (MUNE)
• Neuromuscular Diseases
• Stimulus-Response Curve
• Motor Unit Potential

Motor Ünite Sayısı Kestirimi (MÜSK) ve Birleşik Kas Aksiyon Potansiyeli (BKAP) Taraması Uyaran-Yanıt (UY) Eğrisinin Ortalama Eğimi arasındaki İlişkinin Araştırılması

Abstract

Amaç: Bu çalışmanın amacı Motor Ünite Sayısı Kestirimi (MÜSK) ile Birleşik Kas Aksiyon Potansiyeli (BKAP) Taraması Uyaran-Yanıt (UY) Eğrisinin Ortalama Eğimi arasındaki ilişkiyi ortaya koymaktır. Giriş: Motor Ünite Sayısı Tahmin (MÜSK) nöromüsküler hastalıkların tanısını koymak ve bu hastalıkların takibi amaçlı olarak kullanılmaktadır. BKAP Taraması motor nöronların kademeli olarak uyarılması ve bunların yanıtlarının kaydedilmesi esasına dayanan bir nörofizyolojik yöntemdir. Buna bağlı olarak, bu hastalıkların seyrini incelemek üzere bir Uyaran-Yanıt (UY) eğrisi de çizdirilmektedir. Sağlıklı bireylerde, UY eğrisi sigmoid bir eğri şeklindedir. Motor Ünite (MÜ) kaybı meydana geldikçe BKAP taramasında daha yüksek şiddette uyarımlara gerek duyulmaktadır. Ayrıca, UY eğrisinin şekli sigmoidden ziyade farklı bir şekle dönüşmektedir. Bu durumlar UY eğrisinin eğimini de etkilemektedir. Bu nedenle, MÜSK ile ilişkili olabilecek Ortalama Eğim olarak adlandırılabilecek daha bütüncül yeni bir değişken tanımlanabilir. Yöntem ve Gereçler: Bir simülasyon yazılımı ile, 5 ila 300 akson içeren motor nöron grupları oluşturuldu. Bu motor nöronlar kademeli olarak 0’dan 99 mA’e kadar giderek artan şiddette uyarıldılar. UY eğrisindeki yanıtlar olan BKAP değerlerinden faydalanılarak voltaj farkları hesaplandı. Her bir voltaj farkına karşılık gelen eğimlerin ortalama değerleri Ortalama Eğim değerini bulmak üzere hesaplandı. MÜ sayısı ile Ortalama Eğim arasında bir ilişki olup olmadığı istatistiksel olarak araştırıldı. Bulgular ve Tartışma: MÜ sayısı ile Ortalama Eğim arasındaki belirleme katsayısı ve Ortalama Eğim sırasıyla 0,9974 ve 0,999 olarak bulundu. Buna bağlı olarak, MÜ sayısı ile Ortalama Eğim arasında doğrusal bir ilişki olabileceği düşünüldü. Sonuç: Ortalama Eğim, MÜSE yöntemleri için matematik modeller oluşturulurken yeni bir öznitelik olarak göz önünde bulundurulabilir. Bunun yanı sıra, gelecek çalışmalarda, UY eğrisinin eğimi ile bağlantılı olabilecek yeni parametreler de tanımlanabilir.

Keywords

• Birleşik Kas Aksihyon Potansiyeli (BKAP) Taraması
• Motor Ünite Sayısı Kestirimi (MÜSK)
• Nöromüsküler Hastalıklar
• Uyaran-Yanıt Eğrisi
• Motor Ünite Potansiyeli

References

1. Araújo T., Candeias R., Nunes N., & Gamboa H. (2015) Evaluation of Motor Neuron Excitability by CMAP Scanning with Electric Modulated Current Neuroscience Journal, 2015, 5 pages, epub 2015.
2. Bostock, H. (2016) Estimating motor unit numbers from a CMAP scan Muscle and Nerve, 53(6), 889-896. Daube, J. R (1995) Estimating the number of motor units in a muscle Journal of Clinical Neurophysiology 12(6), 585- 594..
3. Henderson, R. D., Ridall G. R., Pettitt, A. N., McCombe, P. A., & Daube, J. R. (2006) The Stimulus–Response Curve and Motor Unit Variability in Normal Subjects And Subjects with Amyotrophic Lateral Sclerosis Muscle and Nerve, 34 (1), 34–43.
4. Maathuis, E. M., Drenthen, J., Visser, G. H., & Blok,J. H. (2011) Reproducibility of the CMAP scan Journal of Electromyography and Kinesiology, 21(3), 433–437.
5. McCommas, A. J. (1995) Motor Unit Estimation: Anxieties and Achievements Muscle and Nerve 18 (4), 369-379.
6. McComas J., Fawcett P. R. W., Campbell, M. J., & Sica, R. E. P. (1971) Electrophysiological estimation of the number of motor units within a human muscle Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry 34 (2), 21-131.