小鼠肌功能的无创评价
Summary
啮齿类动物骨骼肌收缩功能的测量是一个有用的工具, 可用于跟踪疾病进展以及治疗干预的效果。我们在这里描述的非侵入性,体内评估的背屈肌, 可以重复随着时间的推移, 在同一只老鼠。
Abstract
骨骼肌收缩功能的评估是临床和研究目的的重要测量指标。许多情况会对骨骼肌产生负面影响。这可能会导致肌肉质量的损失 (萎缩) 和/或肌肉质量的损失 (单位肌肉质量的力量减少), 这两种疾病都是普遍存在于慢性病, 肌肉特异性疾病, 固定, 和老化 (石斑)。动物骨骼肌功能可以通过一系列不同的测试来评估。所有测试都有与生理测试环境相关的限制, 特定测试的选择往往取决于实验的性质。在这里, 我们描述了一种在体内,非侵入性的技术, 涉及一个有用的和容易的评估力量频率曲线 (ffc) 的小鼠, 可以执行相同的动物随着时间的推移。这允许监测疾病进展和/或潜在的治疗效果。
Introduction
骨骼肌是一种重要的代谢组织, 约占体重总量的40%。它在控制能量代谢和稳态中起着至关重要的作用1。骨骼肌质量是通过蛋白质合成率和降解率之间的精细平衡来维持的1。许多疾病条件影响骨骼肌的这些过程, 导致肌肉质量净损失 (萎缩)。其中包括但不限于癌症、艾滋病、衰老、禁食和肢体固定2, 3.在老龄化人口中, 力量的丧失与肌肉质量的损失有关, 是所有病例死亡率的预测指标4。在此背景下, 评估肌肉功能提供了一个重要的措施, 当确定的疗效的治疗策略, 以打击和或防止骨骼肌消瘦和功能丧失。
研究人员使用了许多不同的方法和动物模型来了解肌肉萎缩5, 6 的分子途径, 以及这些机制对肌肉收缩功能2,3 的影响 ,7。因此, 将分子水平的变化与肌肉功能的差异联系起来对于了解分子水平的变化如何影响肌肉功能是非常必要的。
骨骼肌功能, 特别是在小啮齿类动物, 通常是使用三个很好的程序8,9, 以检测受损的力量生产和/或监测疾病的进展。(1) 体内;其中肌肉从动物中取出, 并在林格的洗澡液中孵育, 使用场刺激10来评估肌肉功能.(2) 就地;其中肌肉的近端连接留在动物和远端肌腱连接到力传感器, 允许肌肉功能通过直接神经刺激 11.(3) 体内;其中电极被放置在皮下, 以获得神经诱发肌肉力量的生产9,12。虽然这三个过程用于不同的目的, 但它们各自都有优点和缺点。因此, 根据研究的目的选择合适的方法是很重要的。体外实验的主要局限性是将肌肉从正常环境中去除, 并使用现场刺激。原位方法维持正常的血液供应, 通过神经进行刺激, 但正常解剖结构发生改变, 实验性质接近;因此, 这使得后续肌肉功能测量不可能。这里描述的体内方法最密切地模仿正常生理, 因为解剖不受干扰, 神经肌肉束保持完整, 实验不结束, 允许在同一动物体内随着时间的推移采取后续措施8。
在这里, 我们描述了一个体内程序, 允许随着时间的推移在同一动物的肌肉功能的多个测量。这个程序包括评估前胸膜室的肌肉-包括胫骨前 (ta), 伸肌长 (edl), 和伸展肌长肌 (ehl) 负责背屈-在一个非侵入性的程序通过腓骨 (也称为腹膜) 神经刺激。ta 提供了大部分的力量脚踝背屈 13, 只有最小的贡献由 edl 和 ehl 控制脚趾的运动。这种非终端协议确保了神经和血液供应的保存。这使得在动物模型中目前可用的最生理环境中, 可以对疾病演变和治疗效果进行研究。
Protocol
Representative Results
Discussion
以准确和可重复的方式测量最大肌肉收缩功能对于基因、代谢和肌肉状况的进步评估至关重要 17。同样, 在体内肌肉收缩功能允许评估新的治疗和治疗的衰弱肌肉条件。本文通过体内程序对小鼠下肢背屈肌的力产生进行了测量。
商用设备是有效的, 并有助于执行这种非侵入性的程序。该测试提供了重要的优势, 评估肌肉收缩功能, 同时保持当地的生理环境, 其中血液供应和神经支配保持不变。另一方面, 它的缺点与肌肉横截面面积 (比力) 单位的力量正常化有关, 这只能在实验后收获的孤立肌肉中确定。然而, 非侵入性测试允许随着时间的推移对同一动物的屈肌收缩功能进行多次测量, 从而减少了所需实验动物的数量, 特别是如果目标是评估相对变化 (绝对力随时间的变化)。
在此过程中必须考虑一些重要步骤, 以便在时间点上实现一致的数据。首先, 应该尽可能努力规范动物的定位。其次, 在设置过程中, 重要的是要与电极定位保持一致, 以便通过刺激腹膜神经达到最佳的刺激。电极的位置应位于 (在这种情况下是右) 腿的侧侧, 靠近腓骨的头部, 并在腿的侧侧更远的地方 (图 2)。在此基础上, 定制电极的设计使两者每次都可以放置在同一位置。然而, 使用商业设备提供的电极针也可以实现足够的刺激。第三, 在电压设置过程中, 通过顺时针转动连接到脚板的传感器来实现负峰是至关重要的。在设置最大电压的情况下正确定位鼠标腿电极已被证明是一种技术, 可以随着时间的推移在同一鼠标上执行。
评估和跟踪同一动物在不同时间点的肌肉功能的能力是一个重要的评估, 以表征不同的肌肉疾病以及它们的进展。此外, 这种小鼠肌肉背屈的测量可以作为一个工具, 以评估潜在治疗在当地生理环境中的有效性, 以最小的代谢应激12。因此, 它提供了一种评估肌肉疾病, 其进展和潜在的治疗技术。
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
该项目的资金来自迪肯大学运动和营养科学学院。作者要感谢 andrew howarth 先生在优化电极装置方面所做的大量工作。
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 |
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