测量小鼠的肌力

摘要

肌肉力量减退出现在许多临床状况中，例如运动神经元病。本文所述的倒置网格试验和负重提起试验几乎完全用于测量小鼠的力量，且受协调性等因素的影响极小。

摘要

Kondziela⁷ 于1964年设计并发表了倒置网格测试。该测试通过小鼠的四肢来评估肌肉力量。大多数正常小鼠在此项任务中均能轻松获得最高分；该测试操作快速但敏感度较低，而本文所描述的负重测试将提供更为精细的肌肉力量测量方法。

目前市面上也有一些基于应变仪的商用设备，可提供比倒置网格实验更精确的分级数据，但其价格可能超出许多非专攻力量测试的实验室的承受能力。因此，作者于2000年设计出一种廉价且简单的装置。该装置由一系列长度递增的链条链节组成，连接至一个“毛发收集器”——即一种用于防止硬水地区水垢积聚的细金属网球。一次偶然的观察发现，小鼠能够非常牢固地抓握这些链节，因此它们非常适合作为负重举升装置的抓握点。商用力量测量仪的一个常见缺陷是，其横杆或其他抓握结构对于小鼠而言过粗，无法使其发挥最大抓握力。通常而言，金属丝或横杆越细，小鼠越能利用其细小的爪子牢固抓握。

这是一项纯粹的力量测试，尽管与其他测试一样，动机因素也可能起到一定作用。然而，使用刻度收集器似乎能够将动机问题降至最低，因为大多数正常的年轻成年小鼠表现出的动机都非常高。

引言

对普通人而言，测量小鼠力量的想法可能显得荒谬，甚至自相矛盾。然而，家鼠/实验小鼠被称为 Mus musculus 并非毫无道理。它们的实际力量/体重比非常高，超过大鼠。例如，成年小鼠能够轻松支撑自身体重，甚至仅用前爪或后爪即可做到；而极少有成年实验大鼠能做到这一点。

小鼠在生物医学研究中正发挥着日益重要的作用。它们可用于模拟多种人类运动障碍疾病，这些疾病既可源于躯体系统，也可源于中枢神经系统。前者包括三十多种遗传性肌营养不良¹和重症肌无力，后者则包括多发性硬化、脊髓性肌萎缩、帕金森病、亨廷顿病和肌萎缩侧索硬化症。对于所有这些动物模型，对其运动功能缺陷的全面评估必须包含特定的力量测试。

方案

1. 仪器设备

1.1 Kondziela 倒置网格测试

倒置的筛网是一个43厘米见方的金属丝网，由直径1毫米的金属丝编织成12毫米见方的网格（图1）。筛网周围固定有深4厘米的木制边框（可防止偶尔试图爬到另一侧的小鼠逃脱）（图2）。

1.2 重量测试

该装置由七个砝码组成。每个砝码包含一个由细规格不锈钢丝缠绕成的球体，即家用壶中用于防止水垢形成的“除垢收集器”。该收集器本身重量较轻（7 g），但每个收集器均连接一系列钢链链节，每个链节重约13 g。链节数量从1到7不等，因此各砝码的总重量分别为：20、33、46、59、72、85和98 g（图3和图4）。

2. 实验步骤

所有实验前，将小鼠提前5-20分钟移至实验室内，以确保其充分清醒。通常情况下，每次运动测试后，应将小鼠放回饲养笼中休息，以使其肌肉力量恢复并恢复正常觉醒水平。

1. 孔齐埃拉倒置网格测试
2. 操作步骤：将小鼠置于金属网格屏幕中央，启动秒表，用约2秒时间将屏幕头端先向下翻转至倒置位置。保持屏幕稳定地位于距软垫表面40-50 cm的高度。记录小鼠掉落的时间，或当达到60秒判定时间时将其取下。在某些实验中，可采用更长的判定时间。
3. 倒置网格测试评分：

倒下用时在1-10秒之间 = 1
倒下用时在11-25秒之间 = 2
倒下用时在26-60秒之间 = 3
倒下用时超过60秒 = 4

或者， 例如 2 分钟：
介于1-10秒之间 = 1
介于 11-25 秒之间 = 2
26-60 秒之间落下 = 3
61-90 秒之间为 4 分
90秒后跌倒 = 5

3. 重量测试

用一只手捏住小鼠尾巴的中后部，将其轻轻放下，使其前爪抓住放置在实验台上的第一个重物（20 g）。当小鼠前爪抓住金属丝秤盘时，立即启动秒表，并缓缓提起小鼠，直至该重物完全离开实验台面。以能够持续抓握3秒为达标标准。若小鼠在3秒内掉落重物，记录其实际抓握时间。让小鼠休息约10秒后，再次尝试同一重物。若连续失败三次，则终止该次测试，并将此前达到的最大重物/时间记为最终成绩。若小鼠成功抓握3秒，则继续测试下一个更重的重物。每次测试完所有同笼小鼠的第一个重物后，再依次测试更重的重物。对每个更重的重物，小鼠均有三次尝试机会，每次需持续抓握3秒。最终总分计算方法为：小鼠完整抓握满3秒的最重链条的链环数乘以抓握时间（秒）所得的乘积。若最重链条在3秒内掉落，则计算相应的中间分值。例如，一只小鼠能将5个链环的重物抓握3秒，但无法提起6个链环的重物，则其得分为（5 × 3）= 15；若其将6个链环的重物抓握1秒，则得分为（5 × 3）+ 1 = 16。

有时小鼠可能对抓住装置的动机不足。这种情况通常发生在老年动物中。为减少该问题，可在将小鼠移至金属丝球的抓握距离之前，用更长时间握住其尾巴。

结果

预期结果

Contet 等² 的研究表明，129S2/sv 小鼠在砝码测试中的表现与 C57BL/6 小鼠相似。雌性 C57BL/6 小鼠的得分约为 15，129 小鼠为 17，这意味着它们能够提起约 5 个链条环，重量约为 70 g。这是一个较高的数值；通常 C57BL/6 小鼠仅能提起 2-3 个链条环（得分 6-9，重量 33-46 g）⁵。这些差异可能与小鼠接受的抓握训练程度以及实验人员操作技术的细节等因素有关。

海马病变对力量没有影响，通过重量测试或倒置网格实验均未检测到差异⁴。感染朊病毒（羊瘙痒病）的小鼠在感染后18周时倒置网格实验表现受损⁶。尽管在水平棒和转棒实验中相对于C57BL/6小鼠略有受损，C57BL/10小鼠在举重测试中并未表现出缺陷⁵。KATP通道亚基Kir6.2基因敲除小鼠在倒置网格和举重测试中均未表现出受损，尽管雌性在后者测试中的得分高于雄性³。这一结果较为异常；通常情况下，体重较重的雄性表现出比雌性更强的力量。

图 1. 倒置的筛网。

图 2. 小鼠在倒置网格上的近景视图。

图 3. 质量范围从 20 g 到 98 g 的砝码。

图 4. 一只小鼠正在进行负重提拉实验。

讨论

人类运动系统受多种疾病影响，小鼠疾病模型的研究正不断推进，因此对小鼠进行良好的力量检测至关重要。此类疾病包括多种形式的肌营养不良症、帕金森病和亨廷顿舞蹈症。力量检测方法也广泛应用于脊髓或外周神经损伤后神经再生的模型研究中。工业和交通事故持续导致人类出现严重残疾，但目前大量临床前研究正在探索基于神经营养因子治疗的潜在途径。

肌肉从不单独工作。它们通过神经肌肉接头，由大脑、局部或高级脊髓反射激活，并在其他肌肉和骨骼系统的限制下协同运作。因此，这种系统的复杂性意味着，在清醒动物体内进行肌肉力量的活体检测，对于评估其当前状态以及任何潜在治疗措施的效果至关重要。in vivo 功能检测表明，小鼠本能地以强有力的抓握紧物体，因此 Mus musculus 是评估肌肉力量障碍及可能治疗方法的理想动物模型。