离体 离体骨骼肌收缩力、疲劳性及交替性的评估

摘要

我们介绍一种直接测量离体骨骼肌肌肉力量、肌肉功率、收缩动力学及疲劳性的方法 体外 使用场刺激的系统。关于Ca²⁺ 通过不同的刺激方案，可获得肌肉的力学特性及其收缩机制的相关数据。

摘要

本文介绍了一种测量分离骨骼肌收缩力的方法。通过该方法可获得肌肉力量、肌肉功率、收缩动力学、疲劳性及疲劳后恢复等参数，用于评估兴奋-收缩耦联（ECC）过程的特定方面，如兴奋性、收缩装置和Ca²⁺ 操作能力。该方法去除了神经和血液供应，专注于分离的骨骼肌本身。我们常规使用此方法来鉴定通过调节Ca²⁺ 信号通路。在此，我们描述了一种新发现的骨骼肌表型， 即，机械交替，作为利用该方法可获得的各种丰富信息的一个示例 体外 肌肉收缩力测定。将该测定方法与单细胞测定、遗传学方法及生物化学测定相结合，可深入揭示骨骼肌兴奋-收缩耦联（ECC）的分子机制。

引言

骨骼肌附着在骨骼上，并在中枢神经系统的控制下产生收缩力。兴奋-收缩耦联（ECC）是指将电信号转化为机械反应的过程。Ca²⁺ 信号是骨骼肌收缩功能的关键组成部分。从肌浆网（SR）有效动员 Ca²⁺ 是肌肉细胞兴奋-收缩耦联的重要环节^{1, 2}，而多种肌肉疾病中相应的收缩功能障碍也与细胞内 Ca²⁺ 信号的变化密切相关^3-5。对肌肉收缩力的准确评估至关重要，且应与 Ca²⁺ 成像及其他检测方法相互补充，以深入理解骨骼肌功能，不仅在收缩层面，还包括动力学层面。此外，还可获取肌肉的收缩力和速度数据，从而评估肌肉功率这一重要特性，以及在不同生理和病理生理条件下兴奋-收缩耦联过程的状态。

这一富有成果的研究领域具有非常悠久的历史，两千多年来出现了许多关于肌肉收缩的理论⁶。现代肌肉研究可能始于1674年至1682年间，Leeuwenhoek通过显微镜观察到肌纤维中的横纹和肌原纤维⁶。近一个世纪后，Luigi Galvani发现，当青蛙肌肉的神经在远处电机产生电火花时被手术刀触碰，肌肉会剧烈收缩^7-9。通过金属导体将腿部神经与肌肉连接也可引发收缩。Galvani所提出的复杂电传导机制的细节，最终由Hodgkin、Huxley和Katz在其著....

方案

溶液成分：

2.5 mM Ca²⁺ 台氏液：140 mM NaCl、5 mM KCl、10 mM HEPES、2.5 mM CaCl₂、2 mM MgCl₂ 和 10 mM 葡萄糖

0 mM Ca²⁺ Tyrode 溶液：140 mM NaCl、5 mM KCl、10 mM HEPES、2 mM MgCl₂、0.1 mM 乙二醇四乙酸（EGTA）和 10 mM 葡萄糖

注意：如果使用上述溶液，灌流液应以100% O₂饱和；如果使用碳酸氢盐缓冲液以维持pH恒定，则应以95% O₂和5% CO₂饱和。在灌流缓冲液中加入2.5 mM Ca²⁺，以模拟细胞外空间中的Ca²⁺水平；同时添加10 mM葡萄糖非常重要，因为在线粒体仍发挥功能的肌肉中，葡萄糖的存在可支持ATP的持续生成。

1. 设置 离体 使用 ADI PowerLab 系统进行收缩力实验

1. 4通道示意图 离体 收缩系统如图所示 图1计算机控制刺激器产生方波脉....

讨论

测量收缩力和疲劳性对于整体评估骨骼肌功能至关重要。本实验的主要目的是在某些病理条件下（如肌肉减少症和肌肉疲劳）识别肌肉力量及疲劳特性的变化，并检验药物/试剂对肌肉收缩功能的影响。由于肌肉收缩力与细胞内 Ca²⁺ 水平密切相关，因此可通过同步记录 Ca²⁺ 信号与机械收缩来深入探究其机制。²⁺ 释放，细胞外钙²⁺ 进入以及两者之间的串扰，我们还可以收集有关 Ca 的信息²⁺ 使用该方法检测骨骼肌中的信号状态。本文展示了一种独特表型，称为“机械交替”（mechanic alternans），即在疲劳过程中衰减阶段出现收缩力波动性爆发，且伴有过载且不稳定的肌浆网（SR）。可以预期，利用该方法能够检测多种骨骼肌表型，包括改变的收缩力、疲劳频率（FF）、疲劳性、收缩动力学特征以及疲劳后的恢复能力。 体外 不同病理条件下的收缩力检测

该实验最关键的步骤是分离出完整无损的整块肌肉（或肌束和肌条），避免任何损伤。这一目标在整肌制备中更容易实现。本文表明，在整块肌肉两端保留足够的韧带和肌腱用于固定，对于防止直接结扎.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
2-APB	Tocris	1224	多种Ca2+内流通道的阻断剂，包括SOC和TRP等。
SKF96365	Sigma	SKF-96365	多种Ca2+内流通道的阻断剂，包括SOC和受体介导的Ca2+内流等。
BTP-2	Millipore	203890-5MG	相对特异的SOC阻断剂
CPA	Sigma	C1530	可逆性SERCA阻断剂
咖啡因	Sigma	C0750	快速作用的RyR激动剂
Radnoti 四单元组织浴系统	Radnoti	159920
组合式组织支撑/刺激电极	Radnoti	160151	带组织支撑的垂直锯齿型电极
Quad Bridge Amp	ADInstruments	FE224
PowerLab/400	ADInstruments		该产品已不再供应。请选择其他版本的数据采集系统。
力传感器（5 mg - 25 g）	ADInstruments	MLT0201/RAD
Chart v4.02	ADInstruments		LabChart 7.3 是 Chart 软件的最新版本。
S8800 双脉冲数字刺激器	GRASS TECHNOLOGIES		该产品已不再供应。S88X 双输出方波脉冲刺激器为更新型号的刺激器。
RF 变压器隔离单元	GRASS TECHNOLOGIES	Model SIU5