הערכה בלתי פולשני של תפקוד השרירים Dorsiflexor בעכברים
Summary
מדידה של הפונקציה כויץ מכרסמים שרירי השלד הוא כלי שימושי, יכול לשמש כדי לעקוב אחר התקדמות המחלה, כמו גם היעילות של התערבות טיפולית. נתאר כאן את פולשני, אין ויוו ההערכה של השרירים dorsiflexor שיכול לחזור לאורך זמן העכבר באותו.
Abstract
הערכה של הפונקציה כויץ שרירי השלד הוא מדידה חשוב עבור שני קליני לצרכי עיון ומחקר. תנאים רבים יכולים להשפיע לרעה על שרירי השלד. התוצאה יכולה להיות אובדן מסת השריר (ניוון) ו/או אובדן של איכות שריר (מופחת כוח לכל יחידה של שריר המונית), אשר שניהם נפוצים מחלה כרונית, מחלות שרירים ספציפיים, קיבעון, הזדקנות (sarcopenia). ניתן להעריך תפקוד השרירים השלד בבעלי חיים על ידי מגוון של בדיקות שונות. כל הבדיקות יש מגבלות הקשורות סביבת הבדיקות פיזיולוגיים, הבחירה של מבחן מסוים לעתים קרובות תלוי באופי של הניסויים. כאן נתאר שיטת פולשני ויוו, מעורבים הערכה מועיל וקל של כוח תדירות העיקול (מועדון כדורגל) בעכברים שניתן לבצע על החיה אותו לאורך זמן. זה מאפשר ניטור של התקדמות המחלה ו/או יעילות של טיפול פוטנציאלי.
Introduction
שרירי השלד הוא רקמות מטבולי חשוב שכוללת כ 40% ממשקל הגוף הכולל. זה משחק תפקיד מכריע בבקרה על חילוף החומרים, הומאוסטזיס אנרגיה1. שרירי השלד מסה נשמר על ידי איזון עדין בין המחירים של חלבון סינתזה והשפלה1. תנאי מחלה רבים להשפיע על תהליכים אלה בשרירי השלד, מוביל לאובדן נטו במסת השריר (ניוון). אלה כוללים, אך אינם מוגבלים, סרטן, איידס, הזדקנות, צום, ואיברים הנייח2,3. בהזדקנות האוכלוסייה, אובדן כוח מזוהה עם איבוד שריר המונית, והוא מנבא של כל מקרה תמותה4. בהקשר זה, הערכה של תפקוד השרירים מספק אמצעי חשוב בקביעת היעילות של אסטרטגיות טיפוליות לחימה ו/או למנוע שריר השלד ואובדן של הפונקציה.
חוקרים השתמשו הרבה גישות שונות ודגמים בעלי חיים כדי להבין מסלולים מולקולריים של שרירים-ניוון-5,–6 ועל ההשלכות של מנגנונים אלה על השריר הפונקציה כויץ2,3 ,7. לכן, התאמת שינויים ברמה המולקולרית כדי הבדלים בתפקוד השריר הכרחי בהבנה כיצד שינויים ברמה המולקולרית יכולים להשפיע שריר פונקציונליות.
תפקוד שרירי השלד, במיוחד אצל מכרסמים קטנים, מתבצעת בדרך כלל באמצעות הליכים היטב תיאר שלושה8,9 לזהות ליקויי כוח הייצור ו/או לפקח על התקדמות המחלה. (1) ex-vivo; איפה שריר להסיר את החיה, מודגרות בפתרון אמבט רינגר כדי להעריך את תפקוד השרירים באמצעות גירוי שדה10. (2) באתרו; כאשר הקובץ המצורף הפרוקסימלית של השריר נשאר החיה ו דיסטלי הגיד מחובר מתמר כוח, המאפשר תפקוד השרירים שיש לבצע על ידי גירוי עצבי ישיר11. (3) In vivo; היכן אלקטרודות ממוקמים subcutaneously להשיג עורר עצב שריר כוח הייצור9,12. בעוד שלושה הליכים אלה משמשים למטרות שונות, הם אחד יש יתרונות וחסרונות. לכן, חשוב לבחור שיטה המתאימה בהתבסס על מטרת המחקר. המגבלה העיקרית עם ex-vivo ניסויים היא הסרת השריר מהסביבה הרגילה שלו והשימוש של שדה גירוי. השיטה באתרו שומרת על הספקת דם נורמלי ומשתמש גירוי דרך העצב, אך האנטומיה נורמלי היא שונה ומה טיבה של הניסוי מסוף; לכן, זה הופך את השריר מעקב תפקוד מדידות בלתי אפשרי. אין ויוו השיטה המתוארת כאן בצורה הקרובה ביותר מחקה נורמלי פיזיולוגיה בזה האנטומיה ללא הפרעה, הצרור neuromuscular נותר ללא פגע, ואינה הניסוי מסוף, המאפשר אמצעי מעקב בתוך אותה חיה על זמן8.
כאן, אנו מתארים הליך ויוו מאפשרת מדידות מרובות של תפקוד השרירים החיה אותו לאורך זמן. הליך זה כרוך את ההערכה של השרירים של תא crural קדמית — לרבות השוקתי anterior(TA), השריר פושט האצבעות הארוך (EDL), השרירים הארוך (EHL) hallicus פושט, אחראי dorsiflexion — בהליך פולשני על ידי גירוי (הידוע גם בשם) שיתוק בעצמות הרגל. ת א מספק את מרבית הכוח עבור הקרסול dorsiflexion13, עם רק מינימלי התרומה על ידי אדי EHL את התנועה שליטה של האצבעות. פרוטוקול שאינו-מסוף זה מבטיח שימור אספקת העצבים והדם. דבר זה מאפשר החקירה של יעילות האבולוציה וטיפול המחלה לאורך זמן בסביבה פיזיולוגית הכי זמין כעת במודל חיה.
Protocol
Representative Results
Discussion
מדידה של הפונקציה כויץ שריר מקסימלי באופן מדויק, הדיר חיוני הערכת פרוגרסיבי של גנטי, חילוף החומרים, וכן שריר תנאים17. באופן דומה, הפונקציה כויץ שריר ויוו מאפשר ההערכה של טיפולים חדשניים הרפוי מתישה שריר תנאים. נדגים בזאת את המדידה של כוח הייצור של השרירים dorsiflexor של העכבר hindlimb התחתון בהליך ויוו.
מנגנוני המסחרי הינו יעיל מועיל בביצוע הליך פולשני. בדיקה זו מספקת יתרונות חשובים הקשורים להערכת הפונקציה כויץ שרירים תוך שמירה על סביבה פיזיולוגיים מקורית, דם אספקת העצבוב נותרו ללא פגע. מצד שני, החסרונות קשורים נורמליזציה של הכוח לכל יחידת לחצות שטח המודולרית של השריר (כוח מסוים), אשר ניתן לקביעה רק בשריר מבודד זה קוצרים לאחר ניסויים. עם זאת, הבדיקה לא פולשנית מאפשרת מדידות מרובות של הפונקציה כויץ של השרירים כופף אותה חיה לאורך זמן, וכתוצאה מכך מספר מופחת של חיות ניסוי להדרש, במיוחד אם המטרה היא להעריך שינויים יחסית ( שינויים בכוח מוחלט לאורך זמן).
ישנם צעדים חשובים כי יש לקחת בחשבון במהלך הניתוח על מנת להשיג נתונים עקבי מעל timepoints. ראשית, אחד לנסות לתקנן בעלי חיים, מיקום במידת האפשר. שנית, במהלך הגדרת את זה חשוב להיות עקבית עם אלקטרודה מיצוב כך גירוי אופטימלי ניתן להגיע באמצעות גירוי של שיתוק. מיקום האלקטרודות צריך להיות על הצד הלטראלי של הרגל (במקרה זה מימין), ראש השוקית, אחרים בהמשך הצד הלטראלי של הרגל (איור 2). על סמך זה, האלקטרודות מחוייט מתוכננים ככזה כי שניהם למקמו במיקום זהה בכל פעם. עם זאת, גירוי מספיק גם ניתן להשיג באמצעות המחטים אלקטרודה סיפק על מנגנוני מסחרי. שלישית, זה הכרחי להשיג את פסגות שלילי במהלך הגדרת מתח על-ידי סיבוב עם כיוון השעון מתמר מחובר את footplate. הנכונה מיקום האלקטרודות הרגל העכבר בהתקנת מתח המרבי הוכיחו להיות טכניקה שניתן לבצע על העכבר אותו לאורך זמן.
היכולת להעריך ולנהל מעקב אחר תפקוד השרירים-timepoints שונה על אותה חיה היא הערכה חשובים לאפיון מחלות שרירים שונים, כמו גם את ההתקדמות שלהם. יתר על כן, מדידה זו של שריר dorsiflexion בעכברים יכול להיות כלי כדי להעריך את היעילות של טיפולים פוטנציאליים בסביבת פיזיולוגיים מקורי, עם מינימום מתח מטבולית12. לפיכך, הוא מספק שיטה בהערכת הטיפול במחלה, שלה התקדמות, פוטנציאל שריר.
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מימון הפרויקט הזה היה מן הספר של התרגיל, מדעי התזונה, אוניברסיטת דיקין. המחברים רוצה להודות מר אנדרו Howarth עבור עבודתו מקיף, אופטימיזציה של המכשיר אלקטרודות.
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 |
Riferimenti
- 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).
