Non-invaziv Dorsiflexor kas fonksiyonu farelerde değerlendirilmesi
Summary
Ölçüm kemirgen iskelet kası contractile işlevinin hastalık ilerleme ve terapötik müdahale etkinliğini izlemek için kullanılan yararlı bir araçtır. Burada zaman içinde aynı fare tekrarlanan dorsiflexor kasları non-invaziv, vivo içinde değerlendirilmesi açıklayın.
Abstract
İskelet kası contractile işlevinin ne klinik her ikisi için önemli bir ölçüm ve araştırma amaçlı. Çok sayıda koşulları kas iskelet olumsuz yönde etkileyebilir. Bu bir kas kütlesi (atrofi) kaybı ve/veya kas kalite kaybına yol açabilir (birim kas gücü azaltılmış kitle), ikisi de kronik hastalığı, kas özel hastalık, immobilizasyon ve yaşlanma (mücadele) yaygındır. İskelet kas fonksiyonu hayvanlarda farklı testler aralığına göre değerlendirilebilir. Tüm testler fizyolojik test ortamı için ilgili sınırlamaları, ve belirli bir test yelpazesi kez deneyler niteliğine bağlıdır. Burada, güç frekansı-eğri (FFC) aynı hayvan üzerinde zaman içinde gerçekleştirilebilir farelerde yararlı ve kolay bir değerlendirmesini içeren bir içinde vivo, non-invaziv tekniğini tanımlamak. Bu hastalık ilerleme ve/veya potansiyel bir tedavi etkinliği izleme izin verir.
Introduction
Kas iskelet toplam vücut ağırlığının yaklaşık % 40’ını oluşturan önemli bir metabolik dokudur. Enerji metabolizması ve homeostasis1kontrol önemli bir rol oynar. İskelet kas kütlesi protein sentezi ve yıkımı1oranları arasında ince bir denge tarafından korunur. Çok sayıda hastalık koşulları bu işlemlerde iskelet kas, kas kütlesi (atrofi) net kaybına yol açan etkiler. Bunlar içerir, ama açlık, kanser, AIDS, yaşlanma için sınırlı değildir ve uzuv immobilizasyon2,3. Yaşlanan nüfus gücü kaybı kas kaybı ile ilişkili olan kitle ve all-case ölüm4bir tahmin olduğunu. Bu bağlamda, mücadele ve/veya iskelet kas israf ve fonksiyon kaybı önlemek için tedavi stratejileri etkinliğini belirlerken bir önemli ölçüde kas fonksiyonu değerlendirmesini sağlar.
Araştırmacılar kas atrofi5,6 moleküler yolları ve kas contractile işlevi2,3 Bu mekanizmaların etkileri anlamak için birçok farklı yaklaşımlar ve hayvan modelleri kullandım ,7. Moleküler düzeyi değişiklikleri kas işlevselliği etkileyebilir nasıl bu nedenle kas fonksiyonu farklılıkları için moleküler düzeyde değişiklikler birleştiriliyor anlayış zorunludur.
Özellikle de küçük kemirgen, iskelet kas fonksiyonu genellikle güç üretim Engelliler algılamak ve/veya hastalık ilerleme izlemek için üç iyi tarif yordamlar8,9 kullanılarak gerçekleştirilir. (1) Ex vivo; nerede kas hayvandan kaldırılır ve kullanarak alan stimülasyon10kas fonksiyonu değerlendirmek için bir zil sesi’nın banyo çözümde inkübe. (2) In situ; Burada kas proksimal eki hayvan içinde kalır ve distal tendon kas fonksiyonu doğrudan sinir stimülasyonu11tarafından yapılması izin veren bir güç çevirici bağlı. (3) In vivo; elektrotlar subkutan elde etmek için yerleştirildiği sinir uyarılmış kas kuvvet üretim9,12. Bu üç yordamlar farklı amaçlar için kullanılırken, onlar her avantajları ve dezavantajları sahip. Bu nedenle, bu çalışmanın amacı göre uygun bir yöntem seçmek önemlidir. Ex vivo deneyler ile sınırlama ana kas onun normal ortamından kaldırılması ve alan stimülasyon kullanımı olduğunu. Yerinde yöntemi bir normal kan akımı korur ve stimülasyon sinir aracılığıyla kullanır ama normal anatomi değişmiş ve deneme terminal doğasında; Böylece, bu takip kas fonksiyonu ölçümleri imkansız hale getirir. Burada en çok anlatılan içinde vivo yöntemi normal Anatomi Fizyoloji o rahatsız edilmeden, nöromüsküler paket değişmeden kalır ve deney terminal, aynı hayvan içinde takip önlemler zaman8izin değil taklit eder.
Burada, biz zaman içinde aynı hayvan kas fonksiyonu birden fazla ölçümleri sağlayan bir içinde vivo açıklayınız. Bu yordamı ön krural yuvası kaslarının değerlendirmesini içerir — tibialis anterior(TA), ekstansiyon digitorum longus (EDL) ve ekstansiyon hallicus longus (EHL) kaslar, dorsiflexion için sorumlu da dahil olmak üzere — non-invaziv bir yordam fibular (olarak da bilinen peroneal) sinir stimülasyonu tarafından. TA ayak bileği dorsiflexion13, yalnızca en az katkı edi ve EHL bu denetim hareketi ayak ile kuvvet çoğunu sağlar. Bu sigara terminal Protokolü sinir ve kan temini korunması sağlar. Bu hastalık evrim ve tedavi etkinliği soruşturma bir hayvan modelinde mevcut en fizyolojik ortamda zamanla sağlar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Genetik, metabolik ilerici değerlendirilmesi ve kas koşulları17maksimal kas contractile fonksiyonu doğru ve yinelenebilir bir şekilde ölçülmesi önemlidir. Benzer şekilde, yeni tedaviler ve tedavi kas koşulları zayıflatıcı için değerlendirilmesi için içinde vivo kas contractile fonksiyonu sağlar. Biz burada fare daha düşük hindlimb içinde vivo bir yordam aracılığıyla dorsiflexor kaslarının gücü üretimi ölçümü göstermek.
Ticari çizgisel verimli ve non-invaziv bu yordamın gerçekleştirilmesi yararlı için. Bu test sırasında hangi kan temini ve innervasyon korunacak yerel bir fizyolojik ortamını koruyarak kas contractile fonksiyonu değerlendirilmesi ile ilgili önemli avantajlar sağlar. Öte yandan, kendi dezavantajları normalleştirme birim çapraz kesit alanı yalnızca deneme sonra hasat izole bir kas tespit edilebilir (belirli kuvvet), kas gücünün ilgilidir. Ancak, non-invaziv test fleksör kas contractile işlevinin birden fazla ölçüm aynı hayvan zamanla, özellikle hedef göreli değişiklik () değerlendirmek için ise deneysel hayvan gerekli, sınırlı sayıda sonuçlanan sağlar değişiklikler zamanla mutlak güç).
Bu işlem sırasında timepoints üzerinde tutarlı veri elde etmek için dikkate alınması gereken önemli adımlar vardır. İlk olarak, bir hayvan mümkün olduğunda konumlandırma standartlaştırmak için denemeniz gerekir. İkinci olarak, kurma sırasında böylece optimum stimülasyon peroneal sinir uyarılması yoluyla ulaşılabilir elektrot konumlandırma ile tutarlı olması önemlidir. (Bu durumda sağ) bacaktaki fibula Başkanı ve diğer yan tarafında elektrotlar konumunu bacak (Şekil 2) yan yüzünde daha fazla olması gerekir. Buna göre özel yapım elektrotlar gibi her ikisi de her zaman aynı konumda yerleştirilen tasarlanmıştır. Ancak, yeterli uyarılması da ticari için aygıtlar ile sağlanan elektrot iğneler kullanılarak elde edilebilir. Üçüncü olarak, tabanla için bağlı dönüştürücü saat yönünde çevirerek gerilim kurulum sırasında negatif doruklarına ulaşmak çok önemlidir. Doğru fare bacak elektrotlar ile maksimum gerilim kurulum konumlandırma aynı fare zaman içinde gerçekleştirilen bir teknik olarak göstermiştir.
Aynı hayvan üzerinde kas fonksiyonu farklı timepoints, izlemek ve değerlendirmek için farklı kas hastalıkları gibi onların ilerleme karakterize etmek için önemli bir değerlendirme yeteneğidir. Ayrıca, kas dorsiflexion farelerde bu ölçümü en düşük metabolik stres12ile doğal bir fizyolojik ortamda potansiyel tedavilerin etkinliğini değerlendirmek için bir araç olabilir. Bu nedenle kas hastalığı, ilerleme ve potansiyel tedavi değerlendirirken bir teknik sunar.
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu proje finansman okul egzersiz ve Beslenme Bilimleri, Deakin Üniversitesi oldu. Yazarlar Bay Andrew Howarth elektrotlar cihazın en iyi duruma getirme kapsamlı çalışmaları için teşekkür etmek istiyorum.
Materials
| 1300A: 3-in-1 Whole Animal System – Mouse | Aurora Scientific Inc. | 305C-LR: Dual-Mode Footplate; 605A: Dynamic Muscle Data Acquisition And Analysis System; 701C: Electrical Stimulator and 809C: in-situ Mouse Apparatus | Complete muscle function system |
| Conductive gel | Livingstone | ECGEL250 | conductive gel used in the mice |
| Eye ointment | Alcon | Poly Visc | pharmaceutic product (ophthalmic use) |
| nonsteroidal anti-inflammatory drug (NSAID) | Ilium | Metacam | veterinary medicine (injectable 5mg/ml) |
| Isoflurane | Zoetis | Isoflo | veterinary inhalation Anaesthetic |
References
- Frontera, W. R., Ochala, J. Skeletal muscle: a brief review of structure and function. Calcified Tissue International. 96 (3), 183-195 (2015).
- Gerlinger-Romero, F., Guimaraes-Ferreira, L., Yonamine, C. Y., Salgueiro, R. B., Nunes, M. T. Effects of beta-hydroxy-beta-methylbutyrate (HMB) on the expression of ubiquitin ligases, protein synthesis pathways and contractile function in extensor digitorum longus (EDL) of fed and fasting rats. The Journal of Physiological Sciences. 68 (2), 165-174 (2018).
- Pinheiro, C. H., et al. Metabolic and functional effects of beta-hydroxy-beta-methylbutyrate (HMB) supplementation in skeletal muscle. European Journal of Applied Physiology. 112 (7), 2531-2537 (2012).
- Metter, E. J., Talbot, L. A., Schrager, M., Conwit, R. Skeletal muscle strength as a predictor of all-cause mortality in healthy men. The Journal of Gerontology, Series A: Biological Sciences and Medical Sciences. 57 (10), B359-B365 (2002).
- Foletta, V. C., White, L. J., Larsen, A. E., Leger, B., Russell, A. P. The role and regulation of MAFbx/atrogin-1 and MuRF1 in skeletal muscle atrophy. Pflügers Archiv: European Journal of Physiology. 461 (3), 325-335 (2011).
- Zacharewicz, E., et al. Identification of microRNAs linked to regulators of muscle protein synthesis and regeneration in young and old skeletal muscle. PLoS One. 9 (12), e114009 (2014).
- Ryan, M. J., et al. Suppression of oxidative stress by resveratrol after isometric contractions in gastrocnemius muscles of aged mice. The Journal of Gerontology, Series A: Biological Sciences and Medical Sciences. 65 (8), 815-831 (2010).
- Iyer, S. R., Valencia, A. P., Hernandez-Ochoa, E. O., Lovering, R. M. In Vivo Assessment of Muscle Contractility in Animal Studies. Methods in Molecular Biology. 1460, 293-307 (2016).
- Mintz, E. L., Passipieri, J. A., Lovell, D. Y., Christ, G. J. Applications of In Vivo Functional Testing of the Rat Tibialis Anterior for Evaluating Tissue Engineered Skeletal Muscle Repair. Journal of Visualized Experiments. (116), e54487 (2016).
- Hakim, C. H., Wasala, N. B., Duan, D. Evaluation of muscle function of the extensor digitorum longus muscle ex vivo and tibialis anterior muscle in situ in mice. Journal of Visualized Experiments. (72), e50183 (2013).
- Moorwood, C., Liu, M., Tian, Z., Barton, E. R. Isometric and eccentric force generation assessment of skeletal muscles isolated from murine models of muscular dystrophies. Journal of Visualized Experiments. 71, e50036 (2013).
- Lovering, R. M., Roche, J. A., Goodall, M. H., Clark, B. B., McMillan, A. An in vivo rodent model of contraction-induced injury and non-invasive monitoring of recovery. Journal of Visualized Experiments. (51), e50036 (2011).
- Corona, B. T., Ward, C. L., Baker, H. B., Walters, T. J., Christ, G. J. Implantation of in vitro tissue engineered muscle repair constructs and bladder acellular matrices partially restore in vivo skeletal muscle function in a rat model of volumetric muscle loss injury. Tissue Engineering Part A. 20 (3-4), 705-715 (2014).
- Collins, B. C., et al. Deletion of estrogen receptor alpha in skeletal muscle results in impaired contractility in female mice. Journal of Applied Physiology (1985). 124 (4), 980-992 (2018).
- Lynch, G. S., Hinkle, R. T., Chamberlain, J. S., Brooks, S. V., Faulkner, J. A. Force and power output of fast and slow skeletal muscles from mdx mice 6-28 months old. The Journal of Physiology. 535 (Pt 2), 591-600 (2001).
- Vitzel, K. F., et al. In Vivo Electrical Stimulation for the Assessment of Skeletal Muscle Contractile Function in Murine Models. Methods in Molecular Biology. 1735, 381-395 (2018).
- Jackman, R. W., Kandarian, S. C. The molecular basis of skeletal muscle atrophy. American Journal of Physiology Cell Physiology. 287 (4), C834-C843 (2004).
