توضح هذه المقالة بالتفصيل منهجية محاكاة إنتاج قوة العضلات في الجسم الحي أثناء تجارب حلقة العمل خارج الجسم الحي باستخدام عضلة" رمزية "من قوارض مختبرية لتقييم مساهمات عابرات الإجهاد والتنشيط في استجابة قوة العضلات.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
"الصورة الرمزية" ، تجارب حلقة عمل معدلة خارج الجسم الحي باستخدام الإجهاد والتنشيط في الجسم الحي
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
سلوكيات الحركة هي سمات ناشئة للأنظمة الديناميكية التي تنتج عن إنتاج قوة العضلات وإخراج العمل. يحدث التفاعل بين الأنظمة العصبية والميكانيكية على جميع مستويات التنظيم البيولوجي بشكل متزامن ، من ضبط خصائص عضلات الساق أثناء الجري إلى ديناميكيات الأطراف التي تتفاعل مع الأرض. إن فهم الظروف التي تحول فيها استراتيجيات التحكم العصبي نحو ميكانيكا العضلات الجوهرية ("الردود الفعلية") في التسلسل الهرمي للتحكم سيسمح لنماذج العضلات بالتنبؤ بقوة العضلات في الجسم الحي والعمل بشكل أكثر دقة. لفهم ميكانيكا العضلات في الجسم الحي ، يلزم إجراء تحقيق خارج الجسم الحي لقوة العضلات والعمل في ظل ظروف إجهاد وتحميل متغيرة ديناميكيا مشابهة للحركة في الجسم الحي. عادة ما تظهر مسارات الإجهاد في الجسم الحي تغيرات مفاجئة (أي عابرات الإجهاد والسرعة) تنشأ من التفاعلات بين التنشيط العصبي والحركية العضلية الهيكلية والأحمال التي تطبقها البيئة. الهدف الرئيسي من تقنية "الصورة الرمزية" لدينا هو التحقيق في كيفية عمل العضلات أثناء التغيرات المفاجئة في معدل الإجهاد والتحميل عندما تكون مساهمة الخصائص الميكانيكية الجوهرية في إنتاج قوة العضلات أعلى. في تقنية "الصورة الرمزية" ، يتم تعديل نهج حلقة العمل التقليدي باستخدام مسارات الإجهاد المقاسة في الجسم الحي وإشارات تخطيط كهربية العضل (EMG) من أثناء الحركات الديناميكية لدفع عضلات خارج الجسم الحي من خلال دورات تقصير تمدد متعددة. يشبه هذا النهج تقنية حلقة العمل ، باستثناء أنه يتم تحجيم مسارات الإجهاد في الجسم الحي بشكل مناسب وفرضها على عضلات الفأر خارج الجسم الحي المتصلة بمحرك مؤازر. تسمح هذه التقنية للمرء بما يلي: (1) محاكاة الإجهاد في الجسم الحي ، والتنشيط ، وتردد الخطوات ، وأنماط حلقة العمل ؛ (2) تغيير هذه الأنماط لتتناسب مع استجابات القوة في الجسم الحي بدقة أكبر ؛ و (3) تختلف السمات المحددة للإجهاد و / أو التنشيط في مجموعات خاضعة للرقابة لاختبار الفرضيات الميكانيكية.
المقدمة
تحقق المتحركة مآثر رياضية رائعة من التحمل والسرعة وخفة الحركة في البيئات المعقدة. تعتبر حركة مثيرة للإعجاب بشكل خاص على عكس الآلات التي صممها الإنسان - حيث يظل استقرار وخفة حركة الروبوتات ذات الأرجل الحالية والأطراف الاصطناعية والهياكل الخارجية ضعيفة مقارنة بالحيوانات. تتطلب الحركة ذات الأرجل في التضاريس الطبيعية تحكما دقيقا وتعديلات سريعة لتغيير السرعة والمناورة بالميزات البيئية التي تعمل كاضطرابات غير متوقعة< فئة الدعم = "xref">1,2,3,4. ومع ذلك ، فإن فهم الحركة غير المستقرة يمثل تحديا بطبيعته لأن الديناميكيات تعتمد على التفاعلات المعقدة بين البيئة ا....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
تمت الموافقة على جميع الدراسات الحيوانية من قبل لجنة رعاية واستخدام الحيوانات المؤسسية في جامعة شمال أريزونا. استُخدمت عضلات باسطة الأصابع الطويلة (EDL) من ذكور وإناث الفئران من النوع البري (سلالة B6C3Fe a/a-Ttnmdm/J)، التي تتراوح أعمارها بين 60 و280 يوماً، في هذه الدراسة. تم الحصول على الحيوانات من مصدر تجاري (انظر جدول المواد)، وتم إنشاء مستعمرة لها في جامعة شمال أريزونا.
1. اختيار مسار السلالة in vivo والتحضير للاستخدام خلال تجارب حلقة العمل ex vivo
ملاحظة: في هذا البروتوكول، استُخدمت قياسات سابقة من الحركة الديناميكية in vivo، تم تزويد المؤ....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
يتمثل الهدف من تجارب "الأفاتار" (avatar) في محاكاة إنتاج القوة ومخرجات الشغل in vivo بأقرب صورة ممكنة خلال تجارب حلقة الشغل ex vivo. اختارت هذه الدراسة استخدام عضلة EDL في الفأر كـ "أفاتار" لعضلة MG في الجرذ لأن كلاً من عضلة EDL في الفأر وعضلة MG في الجرذ تتكونان في الغالب من عضلات سريعة الانقباض20,21. وتعتبر كلتا العضلتين من المحركات الأساسية لمفصل الكاحل (عضلة EDL هي عضلات ثني الكاحل ظهرياً، وعضلة MG هي عضلات ثني الكاحل أخمصياً) مع زوايا ريشية.......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
بينما تتحرك الكائنات الحية بسلاسة عبر المناظر الطبيعية ، فإن الأحمال والسلالات الأساسية التي تتعرض لها العضلات تختلف بشكل كبير1،6،23. خلال كل من الحركة في الجسم الحي 1،24 وفي تجارب "الصورة الرمزية" ، يتم تحفيز العضلات دون الحد الأقصى في ظل ظروف دورية غير ثابتة. علاقات طول القوة متساوية القياس والقوة والسرعة متساوية التوتر ليست مناسبة تماما للتنبؤ بقوة العضلات في.......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
يقر جميع المؤلفين بعدم وجود تضارب في المصالح.
شكر وتقدير
نشكر الدكتور نيكولاي كونو على توفير البيانات المستخدمة في هذه الدراسة. بتمويل من NSF IOS-2016049 و NSF DBI-2021832.
....الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| خياطة حريرية مضفرة غير قابلة للامتصاص 4-0 & nbsp ؛ | Mersilk | 734H | |
| هيدرات كلوريد الكالسيوم (CaCl2) | سيجما ألدريتش | 1086436 | كريبس-هينسيليت حل |
| سكر العنب | سيجما ألدريتش | D9434 | كريبس-هينسيليت الحل |
| HEPES | Sigma-Aldrich | PHR1428 | Krebs-Henseleit محلول |
| حمض الهيدوركلوريك (HCl) ؛ | سيجما ألدريتش | 1.37055 | Krebs-Henseleit حل |
| LabView جمع البيانات | مختبر | ||
| عرض كبريتات المغنيسيوم (MgSO4< / sub>) | سيجما ألدريتش | M7506 | كريبس-هينسيليت محلول |
| كلوريد البوتاسيوم (KCl) | سيجما ألدريتش | P3911 | كريبس-هينسيليت محلول |
| فوسفات البوتاسيوم أحادي القاعدة (KH2PO4) | Sigma-Aldrich | 5.43841 | Krebs-Henseleit الحل |
| S88 Stimulator | Grass | M643H05 | متاح للشراء على نظام الرافعة من سلسلة Ebay |
| 300B | يتضمن Aurora | 1200A | حمام مناديل سترة مائية |
| بيكربونات الصوديوم (NaHCO3< / sub>) | Sigma-Aldrich | S5761 | Krebs-Henseleit ؛ محلول |
| كلوريد الصوديوم (NaCl) ؛ | Sigma-Aldrich | S9888 | Krebs-Henseleit محلول |
| هيدروكسيد الصوديوم (هيدروكسيد الصوديوم) | سيجما ألدريتش | S5881 | كريبس-هينسليت ؛ الحل |
| الفئران البرية من النوع | جاكسون مختبر | B6C3Fe a / a Ttn mdm / J |
المراجع
- Dickinson, M. H. How Animals move: an integrative view. Science. 288 (5463), 100-106 (2000).
- Sponberg, S., Abbott, E., Sawicki, G. S. Perturbing the muscle work loop paradigm to unravel the neuromechanics of unsteady locomotion. Journal of Experimental Biology
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
