Innervationsverhältnis und Kraft der motorischen Einheit in großen Muskeln: eine Studie am chronisch stimulierten medialen Gastrocnemius der Katze

1. In der vorliegenden Studie wird eine chronische niederfrequente Stimulation des medialen Gastrocnemius (MG) der Katze verwendet, um den relativen Beitrag des Innervationsverhältnisses zum breiten Spektrum der Kraft der motorischen Einheiten in großen Säugetiermuskeln zu untersuchen, indem die normale Variation der Querschnittsfläche der Muskelfasern und der spezifischen Kraft reduziert wird. 2. Isometrische Kraftaufzeichnungen von isolierten und physiologisch charakterisierten motorischen Einheiten wurden 42-240 Tage nach der Stimulation durchgeführt. Das Innervationsverhältnis, die Faserfläche und der Fasertyp (I, II A, II B) wurden in einer glykogendepletierten motorischen Einheit pro Muskel bestimmt. 3. Nach 42 Tagen Stimulation waren alle motorischen Einheiten nicht ermüdbar und wurden entweder als langsam (S) oder schnell ermüdungsresistent (FR) eingestuft. Trotz des Fehlens von schnell ermüdbaren (FF) motorischen Einheiten waren alle drei Muskelfasertypen vorhanden, die anhand ihrer myofibrillären ATPase-Reaktivität identifiziert wurden. Nach 143 Tagen wurden alle motorischen Einheiten und Muskelfasern als Typ S bzw. Typ I eingestuft. 4. Ein rascher Rückgang der Kraft von Muskeln und motorischen Einheiten auf 30 % der Normalwerte nach 42 Tagen chronischer Stimulation war auf eine Verringerung der Muskelfaserfläche zurückzuführen. Alle stimulierten Muskelfasern hatten die Größe normaler Typ-I-Fasern; die Größe der Fasern innerhalb einzelner motorischer Einheiten deckte die gesamte Bandbreite der Muskelfaserpopulation ab. 5. Bei langzeitstimulierten Muskeln (> 100 Tage), bei denen alle Muskelfasern vom Typ I und alle motorischen Einheiten vom Typ S waren, konnten nur Unterschiede im Innervationsverhältnis die verbleibende Spanne der Kraft der motorischen Einheiten erklären. Schätzungen dieses Bereichs anhand der aufgezeichneten Minimal- und Maximalwerte und der Werte der tetanischen Kraft zwischen der 5. und 95. Perzentile deuten darauf hin, dass der Bereich des Innervationsverhältnisses in den MG-Muskeln mindestens das 15-fache und möglicherweise sogar das 38-fache beträgt. Die Auszählung der glykogenarmen Muskelfasern aus einzelnen motorischen Einheiten stimmte mit dieser Erklärung überein. 6. Die Ergebnisse belegen, dass es in großen Muskeln ein breites Spektrum an Innervationsverhältnissen gibt, was die große Bandbreite an Kräften der motorischen Einheiten in den Muskeln erklären kann. Da die Kraft der motorischen Einheiten und das Innervationsverhältnis mit der Größe der Motoneuronen variieren, liefern diese Studien einen weiteren Beleg dafür, dass die Größe des peripheren Innervationsfeldes der Motoneuronen mit deren Größe zusammenhängt.