该方法可用于记录大鼠腓肠肌内三种运动单位的单收缩和强直收缩力以及动作电位。通过电刺激轴突可实现单个运动单位的功能性分离。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
本文内容
摘要
摘要
本研究概述了运动单位（MUs）的功能性分离方法，这是一种标准的电生理学技术，用于测定实验大鼠后肢肌肉（如内侧腓肠肌、比目鱼肌或跖肌）中运动单位的特性。该方法的关键步骤是对从腹根分离出的运动轴突施加电刺激。刺激可采用恒定或可变的脉冲间隔进行。该方法适用于不同发育阶段（幼年、成年或老年）动物的实验。此外，本方案可用于研究多种干预手段所诱发的运动单位变异性与可塑性的相关实验。这些实验的结果不仅可增进对肌肉生理学的基础认知，还可转化为实际应用。本操作流程重点介绍记录和刺激运动单位所需的手术准备工作，强调实现制备稳定性与结果可重复性的关键步骤。
引言
运动单位（MUs）是骨骼肌的最小功能单位。因此，了解其功能、可塑性及收缩特性，以及其力量调控机制，对于肌肉生理学的发展至关重要。许多肌肉（主要是实验动物的后肢肌肉）的运动单位基本收缩特性及其生理类型的比例已有详细记录。然而，运动单位特性的可塑性及其力量调控机制仍未被完全阐明。
该方法的原理是，除目标研究的肌肉外，广泛去除后肢肌肉的神经支配，并在腰椎处进行椎板切除，以制备细小的腹根分支，每个分支包含一条单一的"功能性"运动轴突，通过电刺激记录运动单位（MU）的收缩力和动作电位。采用本文所述技术，在一次成功的实验中可分离出内侧腓肠肌超过一半的运动单位。大鼠内侧腓肠肌平均包含52个运动单位（雌性）或57个运动单位（雄性），分为三种生理类型：S型（慢速）、FR型（快速抗疲劳）和FF型（快速易疲劳）1,2，其收缩特性具有多样性3。在比较对照组与实验组运动单位平均值的实验中，每组需分离并记录10–30个运动单位。关键的是，单个运动单位可被持续刺激超过一小时。此外，由于该技术可同时记录运动单位的收缩力和动作电位，因此适用于研究与力量产生相关的现象、评估疲劳效应，以及观察收缩力与动作电位之间的关系。
既往研究已证实，运动单位（MU）的收缩特性具有可塑性，并可....
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
方案
所有操作均需获得当地伦理委员会的批准，并遵守欧盟关于动物护理的指南以及国家有关动物保护的法律。
注意：参与本实验操作的每位研究人员都必须接受过基本外科手术操作培训，并须获得进行动物实验的有效许可证。
1. 麻醉
- 通过腹腔注射戊巴比妥钠（初始剂量为 60 mg·kg-1）对大鼠进行麻醉。
- 约 5 分钟后，用钝头镊子夹捏大鼠的耳朵或前肢，检查麻醉深度。只有在未观察到反射反应时，方可进行后续操作步骤。
- 手术过程中，每 10–15 分钟检查一次动物是否有反射反应；若动物对夹捏产生运动反应，则需补充麻醉（通常为腹腔注射戊巴比妥钠 10 mg·kg-1·h-1）。
2. 手术
- 为手术操作做准备，剃除左侧后肢从足跟到髋部的毛发（第一部分：肌肉和神经分离）、右侧后肢从足跟到髋部的毛发（第二部分：接地电极）以及背部从尾部到胸段的毛发（第三部分：椎板切除术）。由于实验为急性实验，无需进行消毒。
- 将大鼠俯卧位放置于加热垫上（37 °C ± 1 °C）。
- 椎板切除术
- 使用尖头-钝头剪刀，沿脊柱方向从骶骨向上剪开至胸椎区域的皮肤。<....
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
结果
在确保记录条件稳定的前提下，可基于记录结果计算运动单元收缩和动作电位的参数。图1展示了一个快速运动单元单次抽搐的代表性记录。上部曲线显示了运动单元的动作电位。刺激施加与运动单元动作电位起始之间的延迟是由于冲动从腹根传导至肌肉所需的时间所致。图2展示了一个快速运动单元未完全强直收缩力的代表性记录以及一串运动单元动作电位。
图1：快速运动单位单次抽搐的代表性记录。在力信号轨迹上方显示的是运动单位动作电位。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
讨论
如果由经验丰富的科研人员正确操作，本方案所述的手术部分应在大约两小时内完成。手术过程中应特别注意维持动物生理状态的稳定，尤其是体温和麻醉深度，应通过评估耳廓和缩足反射来系统监控。手术完成后，应能够维持至少六小时的稳定记录状态。
关键的实验步骤始于将腹根分离成非常细的纤维，从而分离出通往目标肌肉的单根运动轴突。实际上，腹根的细纤维包含支配后肢不同肌肉的轴突群；然而，由于除目标肌肉外的所有其他肌肉均已去神经支配，当刺激的轴突束中仅包含一根通往目标内侧腓肠肌的轴突时，便只能在该目标肌肉中诱发单个运动单位（MU）的收缩。在成功确认所诱发的活动为单个运动单位收缩后，即可记录一系列张力数据（单次抽搐、不完全强直收缩、疲劳测试），这些数据对于将运动单位归类为三种生理类型之一至关重要。该技术的优势在于，一次实验中最多可记录30个运动单位；此外，可根据是否存在“下垂”（sag）现象立即准确地将运动单位区分为快型或慢型1,3。进一步地，基于不完全强直收缩张力记录的波形特征，可极为精确地.......
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本工作得到了波兰国家研究中心资助项目 2018/31/B/NZ7/01028 的支持。
....访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 力传感器 | 定制 | ||
| 镊子 | Fine Science Tools | No. 11255-20 | Dumont #55，带超轻精细柄 |
| 镊子 | Fine Science Tools | No. 11150-10 | 超细 Greafe 镊子 |
| 镊子 | Fine Science Tools | No. 11026-15 | 特殊杯状设计，夹持性能优异 |
| 镊子 | Fine Science Tools | No. 11023-10 | 细长型，1×2 齿 |
| 镊子 | Fine Science Tools | No. 11251-20 | Dumont #5 |
| 止血钳 | Fine Science Tools | No. 13003-10 | Hartman 型 |
| 隔离装置 | Grass Instruments | S1U5A | |
| 低噪声生物放大器 | World Precision Instruments | 订货号 74030 | |
| 持针器 | Fine Science Tools | No. 12503-15 | 带碳化钨钳口 |
| 咬骨钳 | Fine Science Tools | No. 16021-14 | Friedman-Pearson 型 |
| 剪刀 | Fine Science Tools | No. 14101-14 | 直型，锐/钝头，大指环 |
| 剪刀 | Fine Science Tools | No. 14075-11 | 弯型，钝/钝头 |
| 剪刀 | Fine Science Tools | No. 14084-08 | 超细 bonn 型 |
| 剪刀 | Fine Science Tools | No. 15000-00 | 直型，适用于神经切断 |
| 刺激器 | Grass Instruments | S88 | 双输出方波脉冲刺激器 |
参考文献
- Burke, R. E., Levine, D. N., Tsairis, P., Zajac, F. E. Physiological types and histochemical profiles in motor units of the cat gastrocnemius. Journal of Physiology. 234, 723-748 (1973).
- Celichowski, J., Drzymała-Celichowska, H.
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
重印与许可
标签
