本方案描述了一种称为剂量调整阻力训练（DART）的独特技术，该技术可应用于在小动物（如小鼠）中开展的精准康复研究。
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本文内容
摘要
摘要
渐进性抗阻训练（PRT）是指在逐渐增加的外部负荷下进行肌肉收缩，可在健康个体及患者群体中增加肌肉质量和力量。在针对小型和大型动物模型的临床前研究中，需要精准的康复工具来评估PRT在维持和/或恢复肌肉质量和力量方面的安全性和有效性。本文所述的PRT方法及装置可用于实施剂量可调式抗阻训练（DART）。DART装置可作为独立的测力计，用于客观评估小鼠踝关节背屈肌产生的向心收缩力矩，也可集成到现有的等速测力系统中。根据本文提供的说明和开源3D打印文件，可使用标准3D打印机制造DART装置。本文还描述了一项研究的工作流程，旨在比较在肢带型肌营养不良2B型/R2（BLAJ小鼠）小鼠模型中，单次DART训练引起的肌肉损伤与强度相当的等长收缩（ISOM）所引起肌肉损伤之间的差异。来自八只BLAJ小鼠（每组四只）的数据表明，单次DART或ISOM训练导致胫骨前肌（TA）的损伤面积均小于10%，且DART造成的损伤程度低于ISOM。
引言
运动对骨骼肌具有多种健康益处（详见 Vina 等人综述1）。具体而言，渐进性抗阻训练（PRT），即通过对抗逐渐增加的外部负荷（例如杠铃、哑铃、滑轮配重系统）进行肌肉收缩，已被证实有助于提高健康个体及患者群体的肌肉质量和力量（见先前文献综述2,3）。PRT 基于超负荷原理，该原理指出，当肌肉对抗逐渐增加的外部负荷收缩时，会通过增大其生理横截面积以及增强产力能力而发生适应性改变4。目前用于啮齿类动物的 PRT 模型包括：在尾部施加负荷的爬梯训练、在拮抗肌阻力下主动肌共激活收缩、穿戴配重背心跑动、通过电刺激诱发的深蹲动作，以及抗阻跑轮训练5,6,7,8,9,10（详见先前文献综述11,12）。然而，目前尚无研究工具可在小....
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方案
本研究中描述的实验已获得美国密歇根州底特律市韦恩州立大学机构动物照护与使用委员会（IACUC）的批准，符合《实验动物照护与使用指南》（1996年，由国家科学院出版社出版，地址：美国华盛顿特区西北区宪法大道2101号，邮编20055）的规定。本研究使用了B6.A-Dysfprmd/GeneJ小鼠（又称BLAJ小鼠，雄性，约1.5岁），该小鼠为LGMD2B/R2的动物模型。这些小鼠购自商业来源（见材料表）。
1. 研究设计
- 根据研究问题选择合适的小鼠品系——例如，若要探究偏心性阻力训练（DART）是否会在模拟LGMD2B/R2的小鼠中引发广泛的肌肉损伤，则可选用B6.A-Dysfprmd/GeneJ小鼠（BLAJ小鼠）。
- 根据实验设计将小鼠分配至不同研究组——例如，将小鼠随机分配至剂量调整的阻力训练组（DART）或等长训练组（ISOM），并尽可能通过同窝仔鼠和/或年龄匹配的方式使各组之间保持均衡（例如，表1）。
DART 装置的制备
- 使用合适的计算机辅助设计（CAD）软件，按照以下步骤设计DART装置的各个组件（
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结果
研究使用了约1.5岁龄的BLAJ雄性小鼠。BLAJ小鼠是人类肌肉疾病LGMD2B/R2的动物模型。这些小鼠特别容易在单次离心性肌肉收缩后出现延迟性肌肉损伤22,29。因此，选择BLAJ小鼠进行本研究，旨在探究是否可以通过精确调节胫骨前肌（TA）在以向心收缩为主的方式工作时所对抗的阻力，从而以非损伤性的方式实施DART。如果发现DART对BLAJ小鼠无损伤，则该方法有望作为一种非损伤性抗阻训练形式，可单独使用，或作为再生医学、基因治疗、药物治疗及其他干预手段的辅助疗法。
DART组与ISOM组BLAJ小鼠的年龄和体重均进行了严格匹配（表1）。在训练一次后的第3天（约72小时），DART组和ISOM组的运动侧胫骨前肌肌肉损伤程度均较低（损伤面积＜10%）——这与以往研究21,22中BLAJ小鼠在离心性肌肉收缩后第3天约4.......
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讨论
本文介绍了构建一种用于实施剂量可调式抗阻训练（DART）这类精准康复训练装置的逐步操作指南。研究还描述了DART装置及其方法在一项训练研究中的应用，旨在比较单次DART训练后3天（DART组）与单次等长训练后3天（ISOM组）的肌肉损伤情况。
该实验方案的关键步骤包括DART装置的正确构建34,35、DART或ISOM训练过程中精确的操作步骤、肌肉组织的正确取材与冷冻保存、使用冷冻切片机对肌肉组织进行规范切片，以及使用苏木精和伊红对肌肉横切面进行正确染色22,36。具体而言，在构建DART装置时，各部件必须按照精确的尺寸和最优的材料特性进行加工制造。若轮毂轴承座的尺寸不准确，608型轮毂轴承将无法紧密地嵌入轴承座内。若小鼠脚踏板和轴的尺寸不精确，则可能影响轮毂轴承随小鼠足部运动的灵活性。若DART装置部件所用材料不当和/或3D打印参数设置不合适，则部.......
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披露
作者无竞争性财务利益。
致谢
本研究由 Jain 基金会、NICHD 的 R03HD091648 项目、美国国立卫生研究院（NIH）P2CHD086843 项下 AR3T 的试点资助、韦恩州立大学 EACPHS 的 FRAP 奖项、韦恩州立大学的教师启动经费，以及 JAR 收到的 1R01AR079884-01 项目（首席研究员：Peter L. Jones）的分包合同资助。本研究还获得了美国物理治疗协会—密歇根分会（APTA-MI）向 JMB、MEP 和 JAR 提供的研究资助。作者感谢密歇根州东密歇根大学的 Renuka Roche 博士（副教授）对稿件的审阅并提出宝贵意见。作者感谢 Anselm D. Motha 先生在 3D 打印方面的建议。作者感谢患有 dysferlinopathy 的患者们在 Jain 基金会网站 https://www.jain-foundation.org/patient-physician-resources/patient-stories 上分享他们的经历， 特别是他们在运动方面的体验。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 安苗 Star 608 陶瓷球轴承 | Anmiao Star (N/A) | AMS127 | 高精度、低摩擦轮毂轴承。 若该型号产品无法商业采购，可选用替代型号的 608 低摩擦轮毂轴承，其内径为 8 mm， 外径为 22 mm，滚珠为氮化硅陶瓷材质，外壳为 420 不锈钢。 轮毂轴承摩擦过大将对 DART 装置的性能产生不利影响，并增加肌肉收缩的整体阻力。 |
| Axio Scope.A1 显微镜 | Carl Zeiss (Peabody, MA) | 产品编号 #Axio Scope.A1 | 透射光与荧光显微镜 |
| B6.A-Dysfprmd/GeneJ（又称 BLAJ 小鼠） | The Jackson Laboratory (Bar Harbor, ME)。 由 Jain 基金会有限公司为研究肌萎缩蛋白缺乏症的研究人员维护的特殊品系。 | 库存编号 #012767 | 肌萎缩蛋白缺陷型小鼠，用于模拟人类肢带型肌营养不良 2B/R2 型。 |
| 双极经皮神经肌肉电刺激（NMES）电极 | Harvard Apparatus, Holliston, MA | BS4 50–6824 | NMES 用电极。 若该电极无法商业采购，请联系通讯作者获取替代方案。 |
| Coplin 染色缸 | ThermoFisher (Waltham, MA) | 目录编号 S17495 | 用于组织切片苏木精-伊红（H&E）染色的染色皿/染色缸 |
| Cura 4.4.1 软件 | Ultimaker, Utrecht, 荷兰 | Ultimaker Cura 4.4.1 | 切片软件，用于将立体光刻文件转换为 G-CODE 文件 |
| Deltaphase 恒温凝胶加热垫 | Braintree Scientific (Braintree, MA) | 货号 #39DP | 为麻醉状态下的动物提供热支持的加热垫 |
| 伊红 Y | Millipore Sigma (Burlington, MA) | HT110132-1L | 粉红色胞质染料 |
| 强力胶超级胶水 | The Gorilla Glue Company (Cincinnati, OH) | Gorilla Super Glue Micro Precise | 用于粘接 PLA 组件的氰基丙烯酸酯胶粘剂 |
| 苏木精溶液，Gill 3 号 | Millipore Sigma (Burlington, MA) | GHS332-1L | 细胞核深蓝色染料 |
| HM525NX 冷冻切片机 | ThermoFisher (Waltham, MA) | 目录编号 #HM525NX | 用于制备肌肉组织冷冻切片的冷冻切片机 |
| 实验室擦拭纸。 Kimberly-Clark Professional Kimtech Science Kimwipes 精细任务擦拭纸，单层 | ThermoFisher (Waltham, MA) | 目录编号 06-666。 制造商编号 #34120 | 在肌肉组织速冻前用于吸除矿物油，以及其他用途的实验室擦拭纸。 |
| Labview 2014 | National Instruments, Austin, Texas, USA | Labview 2014 | 用于运行测力计并触发 NMES 刺激器的自定义程序/例程的软件。 |
| 液氮高密度聚乙烯杜瓦瓶 | ThermoFisher (Waltham, MA) | S34074B。 Thermo Scientific 41502000/EMD | 用于盛装液氮以进行肌肉或其他组织速冻的杜瓦瓶 |
| Magic 脱毛膏 | Softsheen Carson (New York, NY) | N/A | 无需剃须的脱毛乳膏 |
| 金属鳄鱼夹 | JINSHANGTOPK（网络商家） | 24 件装 51 mm 金属鳄鱼夹弹簧夹 | 用于固定胫骨针的弹簧夹 |
| 显微镜载玻片 | Globe Scientific (Mahwah, NJ) | 1354W 钻石白玻璃载玻片 | 带电荷的显微镜载玻片 |
| 矿物油 | ThermoFisher (Waltham, MA) | BP26291 | 在肌肉组织速冻前用于冷冻保护的矿物油 |
| Monoprice Premium 3D 打印机线材 PLA | Monoprice (Rancho Cucamonga, CA) | #11778 | Premium 3D 打印机线材 PLA，直径 1.75 mm，每卷 1 kg，灰色。 此材料用于 3D 打印装置组件。 |
| Monoprice Select Mini V2 3D 打印机 | Monoprice (Rancho Cucamonga, CA) | Mini V2 3D | 用于计算机辅助制造装置组件的 3D 打印机。 |
| NIH Image 软件 | 美国国立卫生研究院（NIH, Bethesda, MD） | NIH Image for Windows | 图像处理与分析软件，用于量化肌肉损伤面积。 NIH Image 也称为 Image J。 |
| Photoshop CS4 | Adobe (San Jose, CA) | Creative Suite (CS4) Windows 64 位版本 | 图像处理与分析软件，用于将多个重叠视野的图像拼接成完整的肌肉横截面图像。 |
| PSIU6 刺激隔离单元 | Grass Instruments (West Warwick, RI) | PSIU6 隔离单元 | NMES 用隔离单元。 某些刺激器（如 A-M 公司的 Model 4100）内置刺激隔离单元 |
| Roboz 4-0 黑色编织丝线缝合材料 | Roboz Surgical (Gaithersburg, MD) | Roboz Surgical SUT152 | 用于连接 DART 装置脚板与测力计脚板或阻力训练装置的缝合材料 |
| S48 方波刺激器 | Grass Instruments (West Warwick, RI) | S48 刺激器 | 用于 NMES 的实验室电刺激器。 若该刺激器无法商业采购，A-M Systems 公司的 Model 4100 隔离式高功率刺激器可作为替代方案。 请联系合著者 Jones 获取更多信息。 |
| Scott’s 蓝化试剂 | Ricca Chemical Company (Arlington, TX) | 6697-32 | 增强苏木精细胞核染色的蓝化溶液 |
| SigmaStat 3.5 版本 | Systat Software (San Jose, CA) | SigmaStat 版本 3.5 | 用于统计分析的统计软件包 |
| 台式异氟烷蒸发器 | VetEquip (Livermore, CA) | 货号 #901801 | 吸入式台式麻醉系统 |
| 三重抗生素急救软膏 | Global Health Products（网络商家） | Globe 三重抗生素急救软膏，1 盎司（2 支装）急救抗生素软膏 | 术后护理中涂抹于胫骨针上的抗生素软膏 |
参考文献
- Vina, J., Sanchis-Gomar, F., Martinez-Bello, V., Gomez-Cabrera, M. C. Exercise acts as a drug; The pharmacological benefits of exercise. British Journal of Pharmacology. 167 (1), 1-12 (2012).
- Murton, A. J., Greenhaff, P. L.
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