这项工作证明了一种方法的可行性 体内 磷-31磁共振波谱学（31采用磷酸磁共振波谱（PMRS）技术定量人体骨骼肌中线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）能力。
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本文内容
摘要
摘要
骨骼肌线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）能力在健康与疾病中具有至关重要的作用，可通过磷-31磁共振波谱（31PMRS）在人体内无创地进行活体测量。然而，由于方法学存在差异且文献中缺乏明确指导，该技术尚未在转化医学和临床研究中得到广泛应用。进一步优化、标准化并推广活体31PMRS检测方法，将有助于开发以提升OXPHOS能力为目标的靶向疗法，并最终对心血管健康产生积极影响。31PMRS可提供一种无创的、活体评估人体骨骼肌OXPHOS能力的方法，相较于通过肌肉活检获取离体且可能已发生改变的线粒体所得到的替代性指标更具优势。该技术仅需在大多数机构已用于临床和转化研究的磁共振成像设备基础上，增加少量附加仪器即可实现。本文介绍了一种用于测量活体骨骼肌OXPHOS能力的方法。该技术以配备适用于31PMRS的硬件和软件的1.5特斯拉全身磁共振扫描仪为例进行演示，并阐述了一种简单而可靠的磁共振扫描仪内抗阻运动方案，可快速使股四头肌达到疲劳状态。该方法在志愿者以及功能能力范围广泛的受试者中均展示了良好的可重复性和可行性。
引言
本研究的目的是概述一种可重复的非侵入性测量方法 体内 骨骼肌线粒体功能在具有广泛能力差异的个体中表现各异。线粒体功能异常是多种代谢综合征和遗传性疾病的重要特征，涵盖从衰老、糖尿病等常见病症到弗里德赖希共济失调等罕见疾病。
代谢综合征与线粒体功能障碍
代谢综合征已被证实会破坏线粒体功能，抑制骨骼肌氧化磷酸化（OXPHOS），并导致骨骼肌内异位脂质蓄积1,2。作为调控代谢和能量稳态的关键细胞器，线粒体参与了肥胖3,4、胰岛素抵抗5、2型糖尿病（T2DM）6,7、糖尿病相关微血管8,9,10,11和大血管并发症....
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方案
本方案已获得俄亥俄州立大学机构审查委员会（Institutional Review Board）的批准，并遵循其关于人体研究的指导方针。所有涉及磁共振（MR）设备的操作必须由经过充分培训的人员严格按照最高标准的磁共振安全规范执行59。
1. 材料与准备
- 确保实验前所有必需材料均已备齐（图2）。
- 将31P线圈插入检查床靠近磁体孔端的内置线圈连接口。在MR检查床头部附近放置一个大型三角形泡沫垫，但不要直接放在31P线圈上。在MR检查床远离磁体孔的一端放置头枕，以提高受试者的舒适度。
2. 受试者体位（图 3a）
- 指导受试者仰卧于磁共振检查床上，足部先进入。在膝盖下方放置泡沫垫，使腿部保持轻度屈曲状态。
- 将受试者置于检查床右侧（以受试者自身右侧为准），以便尽可能使左大腿中心对准磁体等中心，从而确保待检大腿肌肉区域具有最佳的B0磁场均匀性。为受试者提供耳塞和/或耳机。
- 将31P射频线圈置于左侧股四头肌上，位置大约在髌骨与股骨头之间的中点处，并使用绑带将其固定于腿部。线圈应放置于腿部外侧，位于股外侧肌上方。
- 使用固定线圈的相同绑带....
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结果
可重复性研究
六名无自报心脏病、代谢疾病或线粒体疾病的志愿者（4名男性和2名女性；平均年龄：24.5 ± 6.2岁）在1周内的不同两天接受了所述的31PMRS运动与成像技术检查，以评估该技术的可重复性（图6a）。在健康志愿者中进行的研究证实了31PMRS技术在定量评估线粒体功能方面的可重复性。磷酸肌酸（PCr）恢复时间的Bland-Altman分析显示，平均差异的标准差为1.03 ± 4.83秒，试验间变异系数为4.66（图6b）。如方案第4步所述，无需对方法部分描述的数据采集或分析流程进行任何修改即可获得高质量数据。这些结果表明，本文所述的采集与分析技术具有良好的可重复性。
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讨论
本文介绍了一种用于31P磁共振波谱（MRS）检查的标准方案，可对骨骼肌线粒体功能进行系列、无创的活体in vivo检测。鉴于代谢综合征日益加重及其导致的发病率与死亡率问题，该方法在广泛的相关研究中具有重要应用价值。本31P MRS方案所需扫描时间较短，可整合至任何配备商用MRS设备的机构所开展的综合性代谢研究中。
方案中的关键步骤
禁忌症- 在进行磁共振（MR）检查之前，必须对受试者进行潜在禁忌症的筛查。除常规的MR排除标准外，在实施本方案前还应考虑以下情况：1）同侧膝关节或髋关节植入物（无论是否与MR兼容），以避免产生伪影；2）可能限制下肢血流或氧气输送的疾病（例如，外周动脉疾病）；3）无法完成抗阻性股四头肌伸展运动；4）无法仰卧约30分钟。
运动伪影减少 - 应尽量减少31
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本工作部分得到了戴维斯心脏与肺研究所Trifit奖以及美国国立卫生研究院国家衰老研究所院内研究计划的资助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1.5 T 磁共振扫描仪 | Siemens | 制造商不会影响结果 | |
| 10 cm 31P 发射-接收线圈，兼容 1.5T | PulseTeq | 制造商不会影响结果 | |
| 3 fl oz 婴儿油 | Johnson & Johnson | 制造商不会影响结果 | |
| 泡沫三角垫（膝部） | Siemens | 制造商不会影响结果 | |
| (3) 塑料搭扣电阻带；床体至床体 | Siemens | 制造商不会影响结果 | |
| (1) 塑料搭扣电阻带；自连接式 | Siemens |
参考文献
- Eckel, R. H., Alberti, K. G., Grundy, S. M., Zimmet, P. Z. The metabolic syndrome. Lancet. 375 (9710), 181-183 (2010).
- Shulman, G. I. Ectopic fat in insulin resistance, dyslipidemia, and cardiometabolic disease. N Engl J Med. 371 (12), 1131-1141 (2014).
- Holmstrom, M. H., Iglesias-Gutierrez, E., Zierath, J. R., Garcia-Roves, P. M.
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