무릎 근간근의 정량화는 노화, 질병, 부상 및 재활에 대한 기능적 적응을 이해하는 것이 필수적입니다. 생체 무릎 확장 이소메트릭 피크 파타닉 토크에서 반복적으로 측정하는 새로운 방법을 제시합니다.
수많은 조건과 자극에 응하여 골격 근육 가소성은 음성및 양성 모두 동시 기능 적응을 중재합니다. 클리닉과 연구 실험실에서, 최대 근육 강도 널리 인간에서 세로측정, 무릎 흥분근근 근육가장 보고 된 기능 결과. 무릎 흥분근근육 복합체의 병리학은 노화, 정형외과 상해, 질병 및 해체에 잘 문서화되어 있습니다. 무릎 내근 강도는 기능성 용량 및 부상 위험과 밀접한 관련이 있으며 무릎 내근 강도의 신뢰할 수있는 측정의 중요성을 강조합니다. 반복 가능, 전 임상 설치류 연구에서 무릎 엑스텐서 강도의 생체 내 평가는 골관절염이나 무릎 부상을 탐구하는 연구를위한 귀중한 기능적 엔포인트를 제공합니다. 우리는 반복적으로 시간에 걸쳐 마우스에 있는 무릎 엑스텐서의 등색피크 파타닉 토크를 측정하기 위하여 생체 내 및 비 침습적 프로토콜을 보고합니다. 우리는 유사한 결과를 생성하는 다중 마우스에서 반복적인 평가로 무릎 흥분기 강도를 측정하기 위하여 이 새로운 방법을 사용하여 일관성을 보여줍니다.
골격 근은 운동, 영양, 부상, 질병, 노화 및 사용 과 같은 무수한 자극에 대응하여 질량 및 구조에 대한 보상 변경을 가진 고도로 적응력이 높은 조직입니다. 인간에서 골격 근육 적응을 조사 하는 많은 연구 골격 근육 크기와 기능에 미치는 영향을 측정 하는 방법을 사용, 금 표준 강도 평가는 쉽게 인간의 과목에서 반복.
특히, 무릎 엑스텐서와 굴곡 강도는 임상 연구에서 가장 평가됩니다. 무릎 근력에 대한 변화는 노화, 운동, 정형외과 상해, 무릎 골관절염, 만성질환, 외용1,2,3,4,5,6,7의인간 연구에서 널리 보고되었다. 그러나, 반복적으로 비침습적으로 무릎 엑스텐서 근육을 분석하는 방법 (사두근) 기계성 설치류 연구에서 강도는 상대적으로 제한되었습니다. 쥐의 생체 내 사분면 근육 수축성을 결정하는 방법은 이전에 개발되었다8; 그러나 상업적으로 이용 가능한 장비의 광범위한 건설이 필요합니다. 무릎 부상/골관절염9,10,11,12, 13에 이어 근골격계 결과를 연구하기 위해 개발된 설치류 모델의 폭을 감안할 때 사두근 강도의 비침습적 평가가 필요하다.
더욱이, 골격 근 적응을 뒷받침하는 분자 메커니즘을 조사하는 설치류 연구는 종종 쥐에 비해 쥐의 저체중 기반 투약과 관련된 재정적 비용 감소로 인해 많은 약리학적 개입 연구와 마찬가지로 유전 적 수정의 단순성으로 인해 마우스 모델을 활용합니다. 우리는 사소한 수정과 시판 가능한 장비를 사용하여 시간이 지남에 따라 동일한 마우스에서 생체 무릎 엑스텐서 기능을 반복적으로 측정하는 비 침습적 방법을보고, 다른 실험실 중 재현성을 촉진, 인간의 강도 결과에 더 직접적인 비교를 제공.
설치류 모델의 근육 기능 측정 및 분석은 운동, 부상, 질병 및 치료 치료로 관찰된 조직학적 및 분자 골격 근육 적응에 관한 번역적이고 의미 있는 추론을 하는 것이 필수적입니다. 당사는 시판 되는 장비를 사용하여 마우스에서 무릎 엑스텐서 최대 강도를 안정적으로 반복적으로 평가하는 방법을 시연하며, 전방 경골에서 하부 뒷다리를 고정하는 조절 가능한 플라스틱 조각을 복제할 수 있는 유일한 맞춤형 제조 된 부분입니다.
일반적인 기능성 평가 도구는 러닝머신과 같은 마우스 내에서 의력 피로, 로타로드 성능 테스트, 반전된 집착 테스트 및 그립 강도 테스트와 같은 마우스 내에서 물리적 성능을 반복적으로 평가하는 데 널리 사용되어 왔습니다. 그러나, 유익한 동안, 이러한 평가는 심폐 및 행동 구성 요소(들)를 포함, 이러한 물리적 성능 측정과 관련 된 신경 근육 기능의 심문을 난독화 할 수 있는. 또한, 지구력의 요소, 조정, 균형다양 한 수준에 이러한 기능 평가의 많은 존재, 근육 강도에 대 한 명확한 해석을 제한. 설치류 근육의 힘 생산 능력 (들) 시험관 내에서 측정 될 수있다, 시투에서, 또는 생체 내에서. 각 접근 방식에는 상대적인 이점과 한계가 있습니다. 구체적으로, 체외 평가를 통해, 근육은 완전히 분리되어 동물의 몸에서 제거되어 관류 또는내분(19)으로부터아무런 영향이 없다. 이 수축 능력을 확인 하는 잘 제어 된 환경을 산출 하지만 테스트 하는 동안 산소와 영양소의 수동 확산에 의존을 통해 공부 되 고 근육의 크기를 제한. 시투 테스트에서 근육의 내적 및 혈액 공급을 유지하지만, 체외검사(20)와마찬가지로 단수 단말 평가로 제한됩니다. 마지막으로, 생체 내 시험은 근육을 전기적으로 자극하기 위해 모터 신경 근처에 삽입된 경피 전극으로 모국 환경에 남아 있는 근육과 함께 가장 침습적입니다. 생체내 접근법의 강도는21,22,23에걸쳐 세로 테스트의 잠재력이다.
피크 근육 수축의 생체 내에서 마우스의 정상적인 해부학 및 생리학이 그대로 유지되고 개입 전후 또는 수명 내내 동일한 마우스에서 반복될 수 있기 때문에 최대 강도를 최적으로 측정할 수 있다. 구체적으로, 마우스에서 무릎 내근강도의 생체 내 측정은 인간 연구에 가장 큰 번역적 관련성을 가지는 뮤린 강도 평가이며, 최대 무릎 연장 토크는 일반적으로 측정되고 다양한 기능및 건강 결과와 상관관계가 있는 인간에서 금표준 강도 시험으로 간주되기 때문에24,25,26,27 . 더욱이, 무릎 흥분병증은 노화뿐만 아니라 무수한 부상및질환1,2,4,5,6로관찰되지만, 이러한 조건의 영향을 마우스에서 세로로 혈압강도에 대한 평가는 용이하게 달성할 수 없다.
이 방법은 세로 방식으로 무릎 엑스텐서 피크 토크를 결정하는 유틸리티를 제공하지만 프로토콜의 특정 제한을 고려해야합니다. 40Hz에서 120Hz 사이의 낮은 주파수는 토크 주파수 프로토콜에서 생략되어 부상이나 질병으로 토크 주파수 곡선의 왼쪽 또는 오른쪽 이동을 감지하는 기능을 제한할 수 있습니다. 그러나, 이러한 토크 주파수 프로토콜을 이용하여, 우리는 ACL 부상 모델과 C56BL/6 야생형 마우스 와 초극성 마우스 모델 사이의 피크 파타닉 토크로의 변화를 검출할 수있었다(그림 8). 우리는 근육 수축이 약간 전극을 이동할 수 있기 때문에 도움의 손 또는 유사한 장치로 전극을 확보하는 것이 유리할 수 있다는 점에 유의한다. 우리는 진보적 인 수축과 전극의 명백한 변위를 주의하지 않았다; 그러나, 전극의 약간의 운동의 가능성을 배제 할 수 없다, 이는 근육 자극에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한, 근육 내 전기촬영(EMG)은 자극 프로토콜과 함께 수행되지 않았다; 그러나, EMG 조치의 포함은 가능할 수 있으며, 원하는 경우 관심있는 실험 모델에 적합할 수 있다.
정형 외과 상해및 질병의 murine 모형에 있는 무릎 흥분기 강도의 평가는 임상 강도 측정에 의미 있는 번역 관련성을 가진 전 임상 연구를 촉진할 것입니다. 우리의 프로토콜은 모든 실험실에 접근 할 수있는 상용 장비와 마우스에서 최대 무릎 엑스텐서 강도의 정확하고 반복적인 평가를 가능하게합니다.
The authors have nothing to disclose.
로사리오 마로토에게 기술 지원을 부탁드립니다. 이 간행물에 보고된 연구는 상 번호 R01 AR072061 (CSF)의 밑에 건강의 국가 학회의 관절염과 근골격계 및 피부 질병의 국가 학회에 의해 지원되었습니다. 이 내용은 전적으로 저자의 책임이며 반드시 국립 보건원의 공식 견해를 나타내는 것은 아닙니다.
1300A: 3-in-1 Whole Animal System- Mouse | Aurora Scientific Incorporated | 300D-305C-FP: dual-mode motor with custom knee extension apparatus, 605A: Dynamic Muscle Data Acquisition and Analysis System, 701C: Electrical Stimulator, 809C: in-situ Mouse Apparatus | |
6100 Dynamic Muscle Control LabBook software | Aurora Scientific Incorporated | DMC v6.000 | |
611A Dynamic Muscle Analysis | Aurora Scientific Incorporated | DMA v5.501 | |
BravMini hair clippers | Wahl Clipper Corporation | ASIN: B00IN24ILE | |
Eye Lube | Optixcare | Item Number: 142422 | |
Isoflurane | Covetrus | NDC: 11695-6777-2 | |
V-1 Tabletop Laboratory Animal Anesthesia System | VetEquip Inhalation Anesthesia Systems | Item Number: 901806 | |
Prism 8 | GraphPad Software, LLC | Version 8.3.0 (328) |