Name: 在犬体内的肌肉功能测定 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-04-05T11:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 34 s
Description: 学习在犬体内进行无创肌肉功能测定的方法，通过等长收缩和离心收缩测量后肢肌肉力学特性。该技术可重复应用于肌肉生理学和兽医医学研究，为肌肉疾病治疗提供重要数据支持。

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美国国立卫生研究院（NIH）、约书亚·弗雷泽基金会、肌肉萎缩症协会（MDA）。

1. 实验准备工作
<ol>
	<li>启动动态肌肉控制（Dynamic Muscle Control，DMC）软件。</li>
	<li>按照制造商的说明开启生理实验装置。</li>
	<li>运行 DMC 软件：</li>
</ol>
假设硬件已连接至运行 DMC 软件的计算机，并且系统已完成校准。该软件可能会不定期更新，因此以下说明基于我们当前使用的软件版本。启动软件后，程序即处于运行状态。

用户可首先在 DMC 中编写一个刺激方案（例如，以 50 Hz 刺激 1.5 秒以产生等长强直收缩），然后将该方案保存以供后续使用。我们采用两种标准方案：（1）等长收缩方案（如单收缩或强直收缩）；（2）离心拉伸损伤方案。我们首先使用等长收缩方案进行单收缩实验。为优化单收缩反应，需使用“监测输出”界面；在移动电极时可实时观察单收缩过程中产生的力矩。当获得最大单收缩反应时，返回主界面（选择继续），然后选择开始和完成以采集数据。文件通过另存为弹出窗口进行保存。保持电极位置不变，随后采集并保存强直收缩（50 Hz）数据。完成所有等长收缩实验后，可加载并运行离心拉伸损伤方案。由于该方案包含一系列收缩（共 10 次），在主界面需先选择运行一次按钮以显示“运行全部”状态。此时选择开始后，将弹出运行全部方案窗口，提示输入根文件名及文件保存路径。随后选择启动方案序列测试和完成，以启动离心拉伸损伤方案。文件将自动保存至所选目录中。

2. 将动物放置于生理实验装置中
<ol>
	<li>所有涉及动物的操作均须遵循动物护理与使用委员会（ACUC）的指导原则。</li>
	<li>根据批准的方案，使用吸入麻醉（如异氟烷）对犬进行麻醉。通过检查眨眼反射确认动物已处于深度麻醉状态。在整个操作过程中应密切监测 CO2、脉搏血氧饱和度和体温。我们通常使用丙泊酚进行诱导麻醉，随后以七氟烷维持吸入麻醉。</li>
	<li>剃除将要放置刺激电极部位附近的外侧膝关节（膝盖）区域的毛发（即从腓骨头开始，沿肢体外侧向远端延伸至大转子下方 2–3 cm 处）。</li>
	<li>将犬仰卧位固定于生理实验台，调整后肢位置，使股骨与胫骨成直角，且胫骨与台面平行。可选择右侧或左侧肢体进行测试。</li>
	<li>在将犬的足爪固定于测力踏板之前，应检查确认测力踏板周围无障碍且可安全旋转。按照生理记录系统的开机程序启动设备并激活踏板。注意：当手动尝试移动踏板时，其应表现为“僵硬”状态。</li>
	<li>轻柔地将犬的足爪放置于踏板上；测量并记录从旋转中心轴至外侧脚趾末端的足爪长度。</li>
	<li>使用弹性自粘绷带将足爪牢固固定在踏板上。</li>
</ol>
3. 等长收缩抽搐力矩（胫跗关节屈曲）
<ol>
	<li>完成安全检查后，将无菌屏蔽式单极24号刺激电极连接至刺激隔离单元（SIU）。</li>
	<li>将刺激器设置为：1 Hz（每秒1次脉冲）的连续脉冲输出。</li>
	<li>软件设置：加载等长收缩实验方案（在主屏幕上选择加载方案）。此时运行一次按钮应显示在开始按钮旁边。此设置确保方案仅执行一次。</li>
	<li>戴手套后，用酒精清洁皮肤，并触诊腓骨近端外侧稍下方的腓总神经。用手指标记神经位置后，小心地将阴极（黑色）电极插入皮肤下方，紧邻骨膜外侧。电极应平行于皮肤表面，插入深度约为2 cm，以确保移开手后电极不会移动。</li>
	<li>将阳极（红色）电极插入皮肤下，与阴极电极平行且略偏远端。此时两个电极均应位于腓骨小头稍下方的腓总神经内侧。</li>
	<li>以1 Hz频率启动刺激器。在显示器上观察肌肉抽搐反应。微调电极位置以获得最大的抽搐波幅。为找到最大抽搐反应，应将电极完全拔出，并沿胫骨方向每次移动约0.5 cm，重复插入3至4次进行调整。此步骤是操作的关键环节，必须仔细操作以确定最大反应。</li>
	<li>记录抽搐反应：退出监测输出界面（选择继续），然后依次选择开始和完成以采集数据。在弹出的另存为窗口中，使用所需文件名保存文件。关闭刺激器。</li>
</ol>
4. 等长强直性力矩（胫跗关节屈曲）
<ol>
	<li>不移动电极的情况下，将刺激器参数设置为 50 Hz，持续 1.5 秒，并启用外部触发功能。此设置可使刺激器由软件控制启动。</li>
	<li>软件设置：采用相同的等长收缩实验方案来采集强直收缩反应，与采集单收缩反应时相同。假设刺激电极位置未发生移动，则选择开始和完成以产生强直收缩。在该等长收缩方案中，刺激器由软件触发，以确保精确的时间控制。在另存为弹出窗口中保存强直收缩反应数据。</li>
</ol>
5. 偏心运动方案
<ol>
	<li>在不移动电极的情况下，将刺激器设置更改为：50 Hz，持续1秒（100 V），并启用外部触发功能。这将允许软件激活刺激器。</li>
	<li>软件设置：加载离心拉伸损伤实验方案，该指令将控制伺服电机旋转29度（最大为30度）。选择运行全部，然后选择开始；输入离心实验系列文件的根文件名以及保存文件的文件夹。选择启动实验方案系列测试，然后点击完成以启动实验方案。</li>
	<li>在此实验方案中，刺激器设置为由软件触发，以确保精确的时间控制。每次离心收缩的反应出现在屏幕上时，数据将被自动保存。</li>
	<li>每完成十次离心收缩后，需进行四分钟的休息。</li>
	<li>共采集30次离心收缩（分为三组，每组十次收缩，组间间隔四分钟休息期）。</li>
</ol>
6. 等长收缩抽搐力矩（胫跗关节伸展）
<ol>
	<li>重复上述抽搐刺激方案，但将电极垂直于皮肤放置，并位于原屈曲刺激方案电极位置的近端。胫神经在其穿过腓肠肌肌腹向尾侧和远端走行时被刺激。成对的刺激电极和参考电极应深置于膝关节后方且略偏近端的肌肉组织内。大致放置位置位于膝关节（膝）所形成90°角的角平分线上。由于胫神经位于腓总神经的更深层（且偏尾侧），需将电极置于多个区域以诱发最佳的抽搐电位。这是该操作的关键步骤。注意：胫跗关节抽搐和强直收缩的扭矩记录曲线将相对于胫跗关节屈曲记录曲线呈现倒置形态。</li>
</ol>
7. 等长强直性力矩（胫跗关节伸展）
<ol>
	<li>在不移动电极的情况下，将刺激器参数设置为 50 Hz，持续 1.5 秒，并启用外部触发功能。此设置可使刺激器由软件触发激活。</li>
	<li>将软件设置为：50 Hz，持续1.5秒，并启用外部触发功能。此设置可使刺激器由软件激活。</li>
	<li>软件设置：该 相同的等长收缩方案 与单次收缩实验一样，使用相同的破伤风刺激条件。假设刺激电极未被移动， 开始 和 完成 用于产生强直收缩。</li>
	<li>在等长收缩实验方案中，通过软件触发刺激器以维持准确的刺激时序。在弹出的“保存文件”窗口中保存强直收缩反应数据。 </li>
</ol>
8. 数据分析
<ol>
	<li>使用 Aurora Scientific 公司的动态肌肉分析（DMA）程序获取来自单次收缩、强直收缩和离心收缩的扭矩及时间信息。</li>
	<li>运行 DMA 程序：软件可能会不时更新，因此以下说明适用于我们当前使用的软件版本。打开 DMA 软件时，程序并未运行。要启动程序，请点击左上角的白色箭头按钮。DMA 软件具有多种功能，但就本实验目的而言，仅介绍其中若干相关功能。 
	加载待分析的文件：该 重新加载最近的数据文件还是新的数据文件？ 启动 DMA 程序时会弹出窗口。 
选择 新；在下一个窗口中选择 Labview；在下一个窗口中，选择相应的文件夹和文件；选择 开放选择 
	移除滤光片图示 以移除此窗口。输入一个滤波频率 截止频率 盒。最佳滤波频率需根据具体评估的数据来确定。例如，我们对等长反应使用30 Hz，对离心反应使用10 Hz。选择 使用过滤后的数据 按钮。在下方 选择绘图数据，选择 过滤力使用底部的两个滑动条来扩展显示并浏览文件。</li>
	<li>抽搐分析（图1）：假设文件已加载且上述步骤已完成，设置光标位置：共有 3 个光标：（1）蓝色，（2）黄色，（3）白色。对于等长性抽搐、强直收缩或其他等长收缩，蓝色光标应置于力矩从静息力矩开始上升的点；黄色光标置于力矩恢复至静息力矩的位置（即松弛相结束后）；白色光标置于黄色光标右侧（非必需）。通过按住鼠标左键并拖动所选光标，可轻松将其移动至目标位置。 
	执行分析：当光标定位后，选择 进行肌肉分析，然后 显示结果。在 分析肌肉数据结果 弹出窗口中会显示多个变量，例如 最大力 ; 基线
	力 ; ½ 弛豫时间，等等。数据显示的是位于光标1（蓝色）和光标2（黄色）之间的扭矩响应。 
所有这些变量或特定变量均可记录到数据文件中；但本文不描述该过程。如果未设置数据记录，则数据 
需手动记录。选择 关闭窗口 返回主屏幕。选择 退出程序 关闭 DMA，然后选择白色箭头以开始分析新文件。</li>
	<li>强直收缩分析（图 2）：与上述抽搐实验相同的步骤。</li>
	<li>偏心分析（图 3）：偏心分析需要更多的设置步骤，并且使用全部3个游标。如果偏心力矩反应为负值（即力矩曲线显示为向下方向），可通过输入-1将其反转 参考区域（平方厘米） 箱（扭矩值保持不变）并选择 不要归一化；按钮状态反转，表示数据已完成归一化处理（在本例中为取反）。输入所需 截止频率 （例如，10 Hz）并选择 使用未过滤的数据 反转按钮 使用过滤后的数据，现在将使用过滤后的数据进行分析。将蓝色光标置于等长收缩力矩开始从静息力矩上升的点；将黄色光标置于偏心拉伸力矩开始从等长平台期上升的点（见下图）；将白色光标置于力矩恢复至静息力矩的位置。选择 进行肌肉分析，然后 显示结果在“分析肌肉数据结果”弹出窗口中，可选择光标1（蓝色）和光标2（黄色）之间的等长扭矩数据，或光标2（黄色）和光标3（白色）之间的离心扭矩数据。所有这些变量或特定变量均可记录到数据文件中；但本文不描述该过程。若未设置数据记录，则需手动记录数据。选择 关闭窗口 返回主屏幕。选择 退出程序 关闭 DMA，然后选择白色箭头以开始新文件的分析。</li>
</ol>
9. 代表性结果
<ol>
	<li>抽搐力矩：胫神经刺激（1 Hz）可激活胫距伸肌产生单次抽搐（图1）。请注意，Y轴表示“力”；力矩（力与距离的乘积）需由用户自行计算。我们测量足掌长度（从旋转轴至外侧脚趾末端），该长度即为计算力矩（N·m）所用的距离（力臂）。</li>
	<li>等长强直力矩（胫距伸展）：通过胫神经刺激使胫距伸肌产生强直收缩（50 Hz脉冲，持续1.5秒）。我们使用动态肌肉控制计算机软件（DMC，Aurora Scientific, Inc.）控制刺激时序并记录力矩反应（图2）。</li>
	<li>离心收缩方案：离心收缩实验在胫距屈肌中进行。经皮腓总神经刺激引发初始的等长收缩，随后关节旋转导致激活的屈肌被拉长，从而产生离心收缩（图3）6。</li>
</ol>
<img src="/files/ftp_upload/2623/2623fig1.jpg" alt="力-时间曲线图显示峰值与衰减，用于动态肌肉控制数据分析，以及实验装置示意图。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图1"> 
图1. 用于分析一次肌抽搐的蓝色（#1）、黄色（#2）和白色（#3）游标的放置位置。图中显示了在一只健康的13 kg犬胫跗关节伸展抽搐实验中，DMA软件的代表性界面截图。请注意，在软件完成后续分析后，数据将被导出至电子表格，且力输出值（图中显示为力（g））可转换为扭矩（N-m）。扭矩通过力与力臂距离的乘积计算得出（本实验中，力臂距离 = 从旋转轴心至足垫外侧脚趾的测量长度）。
<img src="/files/ftp_upload/2623/2623fig2.jpg" alt="动态肌肉控制数据分析图；力与时间关系；生物力学研究用软件界面。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 2"> 
图 2. 用于分析强直收缩的蓝色（#1）、黄色（#2）和白色（#3）光标的放置位置。图中显示了DMA软件的代表性截图，用于胫跗关节伸肌强直收缩分析，与图 1中为同一只动物。
<img src="/files/ftp_upload/2623/2623fig3.jpg" alt="动态肌肉控制数据分析；显示应力与时间关系的图表。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图3"> 
图3. 蓝色（#1）、黄色（#2）和白色（#3）游标的位置，用于分析一次离心拉伸损伤性收缩。图中显示的是在一只健康的13 kg犬中，单次离心拉伸损伤性收缩时DMA软件的代表性截图。初始平台期（绿线）代表收缩的等长相。等长相之后是离心（拉伸）相，表现为绿线上升的快速峰值。重复的离心收缩通常会导致等长力矩持续下降。

<ol><li>Childers, M. K., Okamura, C. S., Bogan, D. J., Bogan, J. R., Petroski, G. F., McDonald, K., Kornegay, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Eccentric+contraction+injury+in+dystrophic+canine+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Arch+Phys+Med+Rehabil%22%5BJournal%5D)">Eccentric contraction injury in dystrophic canine muscle.</a> Arch Phys Med Rehabil. 83, 1572-1578 (2002).</li>
<li>Childers, M. K., Okamura, C. S., Bogan, D. J., Bogan, J. R., Sullivan, M. J., Kornegay, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Myofiber+injury+and+regeneration+in+a+canine+homologue+of+Duchenne+muscular+dystrophy%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Phys+Med+Rehabil%22%5BJournal%5D)">Myofiber injury and regeneration in a canine homologue of Duchenne muscular dystrophy.</a> Am J Phys Med Rehabil. 80, 175-181 (2001).</li>
<li>MK, C. hilders, JT, S. taley, JN, K. ornegay, KS, M. cD. onald <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Skinned+single+fibers+from+normal+and+dystrophin-deficient+dogs+incur+comparable+stretch-induced+force+deficits%5BTitle%5D)+AND+%22Muscle+Nerve%22%5BJournal%5D)">Skinned single fibers from normal and dystrophin-deficient dogs incur comparable stretch-induced force deficits.</a> Muscle Nerve. 31, 768-771 (2005).</li>
<li>Kornegay, J. N., Bogan, D. J., Bogan, J. R., Childers, M. K., Cundiff, D. D., Petroski, G. F., Schueler, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contraction+force+generated+by+tarsal+joint+flexion+and+extension+in+dogs+with+golden+retriever+muscular+dystrophy%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurol+Sci%22%5BJournal%5D)">Contraction force generated by tarsal joint flexion and extension in dogs with golden retriever muscular dystrophy.</a> J Neurol Sci. 166, 115-121 (1999).</li>
<li>Liu, J. M., Okamura, C. S., Bogan, D. J., Bogan, J. R., Childers, M. K., Kornegay, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+prednisone+in+canine+muscular+dystrophy%5BTitle%5D)+AND+%22Muscle+Nerve%22%5BJournal%5D)">Effects of prednisone in canine muscular dystrophy.</a> Muscle Nerve. 30, 767-773 (2004).</li>
<li>Tegeler, C. J., Grange, R. W., Bogan, D. J., Markert, C. D., Case, D., Kornegay, J. N., Childers, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Eccentric+contractions+induce+rapid+isometric+torque+drop+in+dystrophin-deficient+dogs%5BTitle%5D)+AND+%22Muscle+Nerve%22%5BJournal%5D)">Eccentric contractions induce rapid isometric torque drop in dystrophin-deficient dogs.</a> Muscle Nerve. 42, 130-132 (2010).</li>
<li>Allen, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Eccentric+muscle+damage%3A+mechanisms+of+early+reduction+of+force%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Physiol+Scand%22%5BJournal%5D)">Eccentric muscle damage: mechanisms of early reduction of force.</a> Acta Physiol Scand. 171, 311-319 (2001).</li>
<li>Friden, J., Lieber, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Eccentric+exercise-induced+injuries+to+contractile+and+cytoskeletal+muscle+fibre+components%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Physiol+Scand%22%5BJournal%5D)">Eccentric exercise-induced injuries to contractile and cytoskeletal muscle fibre components.</a> Acta Physiol Scand. 171, 321-326 (2001).</li>
<li>Merkies, I. S., Faber, C. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Outcome+measures+in+Duchenne+muscular+dystrophy%3A+are+we+ready+for+the+new+therapeutic+era%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Neuromuscul+Disord%22%5BJournal%5D)">Outcome measures in Duchenne muscular dystrophy: are we ready for the new therapeutic era?</a> Neuromuscul Disord. 19, 447-447 (2009).</li>
<li>Nagaraju, K., Willmann, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Developing+standard+procedures+for+murine+and+canine+efficacy+studies+of+DMD+therapeutics%3A+report+of+two+expert+workshops+on+%22Pre-clinical+testing+for+Duchenne+dystrophy%22%5BTitle%5D)+AND+%22Neuromuscul+Disord%22%5BJournal%5D)">Developing standard procedures for murine and canine efficacy studies of DMD therapeutics: report of two expert workshops on "Pre-clinical testing for Duchenne dystrophy".</a> Neuromuscul Disord. 19, 502-506 (2009).</li>
<li>Proske, U., Allen, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Damage+to+skeletal+muscle+from+eccentric+exercise%5BTitle%5D)+AND+%22Exerc+Sport+Sci+Rev%22%5BJournal%5D)">Damage to skeletal muscle from eccentric exercise.</a> Exerc Sport Sci Rev. 33, 98-104 (2005).</li>
<li>Warren, G. L., Lowe, D. A., Armstrong, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+tools+used+in+the+study+of+eccentric+contraction-induced+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Sports+Med%22%5BJournal%5D)">Measurement tools used in the study of eccentric contraction-induced injury.</a> Sports Med. 27, 43-59 (1999).</li>
</ol>

本视频文章的制作由Aurora Scientific, Inc. 赞助。

本方案用于在活体条件下评估大型动物肌肉功能，以分析、记录和确定治疗干预措施的有效性，或记录疾病进展过程中的生物学特征。1-6 动物体位、肢体放置和电极位置是显著影响实验结果的关键变量。在一项初步研究中，异氟烷的平均肺泡浓度（MAC）值对力量测量结果无显著影响（Schueler RO, Koch H, Kornegay JN，未发表数据，1993年）。相关硬件和软件均为市售产品，方法成熟可靠。7,1,2,8,4,9-11,6,12 建议使用者在执行本方案时获取并使用上述描述的软件和设备。
改进：当前伺服电机的局限性包括约23公斤的体重和20厘米的足掌长度。请注意，此处描述的扭矩传感器（型号310LR）的扭矩限制约为8 N·米。正常犬只在6个月或更大年龄时可能超过此值。对当前方案可能的改进包括更新软件以及提高传感器的扭矩范围。Aurora Scientific公司生产一种适用于大型动物的肢体定位装置，可替代本方案中使用的立体定位仪。该方法已成功应用于其他动物模型，包括非人灵长类动物。

<table><tbody><tr><td>刺激电极</td><td>Teca</td><td>25毫米×26G</td><td>一次性无菌单极针电极</td></tr><tr><td>刺激器</td><td>草本科技</td><td>S88X</td><td></td></tr><tr><td>刺激隔离单元</td><td>草本科技</td><td>SIU-C</td><td></td></tr><tr><td>肌肉杠杆系统</td><td>Aurora Scientific</td><td>310C-LR</td><td>底板选项</td></tr><tr><td>信号接口</td><td>Aurora Scientific</td><td>系列 604A</td><td></td></tr><tr><td>动态肌肉控制 &amp;分析软件</td><td>Aurora Scientific</td><td>Aurora Scientific</td><td></td></tr><tr><td>电脑/显示器</td><td>Aurora Scientific</td><td>Windows XP 计算机</td><td></td></tr><tr><td>肢体位置固定装置</td><td>Aurora Scientific</td><td>NA</td><td>可替代立体定向框架</td></tr><tr><td>表格</td><td>Northstar Customs, LLC</td><td>NA</td><td>定制桌</td></tr><tr><td>用于足部固定于踏板的柔性绑带</td><td>安多弗</td><td>PetFlex(5 cm × 2 m)</td><td>可重复使用一至两次</td></tr></tbody></table>

体内 犬肌肉功能检测

In Vivo Canine Muscle Function Assay

我们描述了一种微创且可重复的方法，用于测量犬后肢肌肉力量以及肌肉对重复离心收缩的反应。将麻醉后的犬后肢固定于立体定位架上，使胫骨与股骨呈直角。用粘性绷带将足部固定在安装于伺服电机轴上的踏板上以测量扭矩。经皮神经刺激可激活足部的后肢肌肉，使其对踏板施加推力（伸展）或拉力（屈曲），从而产生等长扭矩。经皮胫神经刺激可激活胫距伸肌。通过经皮腓神经刺激，可诱导胫距屈肌产生重复的离心（拉长）收缩。离心收缩方案包括一次初始的等长收缩，随后由伺服电机施加强制拉伸。该旋转过程在肌肉收缩的同时使其被拉长，即为离心收缩。在刺激过程中，屈肌经历800毫秒的等长收缩和200毫秒的离心收缩。该过程每5秒重复一次。为避免疲劳，每完成10次收缩后休息4分钟，共进行30次收缩。

我们介绍一种微创且无痛的方法，用于测量犬后肢肌肉力量以及肌肉对重复离心收缩的反应。

我们描述了一种微创且可重复的方法，用于测量犬后肢肌肉力量及肌肉对重复离心收缩的反应。

本实验的总体目标是利用无创方法测量并表征活体犬后肢肌肉的力学特性。首先，将犬在生理实验装置中正确固定。实验的第二步是测量并记录等长收缩抽搐力矩以及强直性胫距关节屈曲力 矩。该操作流程的第三步是进行离心收缩。最后一步是测量并记录胫跗关节伸展过程中的等长收缩抽搐力、扭矩以及强直收缩扭矩。最终，可通过一种无创的生理学方法获得结果，以显示后肢肌肉力量及其对重复离心收缩的反应。与现有的离体分离肌肉检测等终末性研究方法相比，该技术的主要优势在于其非侵入性且耐受性良好，因而可随时间重复使用。该方法有助于回答肌肉生理学领域的一些关键问题，例如肌肉对收缩诱导的损伤或疲劳的反应。该技术的应用前景还延伸至肌营养不良症的治疗或诊断，因为该方法可用于测量犬或其他大型哺乳动物的肌肉功能。在开展临床试验和应用于患者之前，许多新疗法的临床前研究需要使用此类大型动物。尽管该方法可为犬类模型提供参考，但也适用于其他动物模型系统，例如非人灵长类动物。通常，初次接触该方法的研究人员会因刺激电极放置过程中所需的精细操作以及对扭矩曲线预期结果的理解不足而遇到困难。该方法的可视化演示至关重要，因为电极定位步骤需要极高精度才能诱发肌肉的最大扭矩反应，因而难以掌握。在研究中，使用动态肌肉控制（DMC）软件编写的两个协议来定义刺激和数据记录参数。第一个协议为等长收缩协议，用于单次收缩和强直收缩。第二个协议称为离心拉伸损伤协议，用于离心收缩。各协议所用的刺激器设置及软件序列详见下表，单次收缩通过1 Hz的刺激诱发。通过50赫兹刺激可诱发强直收缩和离心收缩。在离心收缩的情况下，对收缩中的肌肉施加拉伸。这些实验包括诱发多种类型的肌肉收缩：刺激腓神经以引起屈肌的单收缩、强直收缩或离心收缩，以及刺激胫神经以引起伸肌的单收缩或强直收缩。麻醉犬后，检查其眨眼反射，以确认动物已处于深度麻醉状态。密切监测二氧化碳、脉搏血氧饱和度和体温。在操作过程中，剃除将要放置刺激电极的侧膝关节部位的毛发。接下来，将狗置于生理实验台上，使其呈仰卧位，后肢的股骨与胫骨呈直角，且胫骨与桌面平行。检查测力踏板是否能够安全旋转，手动移动时应感觉较为紧实。接下来，打开生理实验装置并启动踏板。踏板的运动由伺服电机控制，而伺服电机由计算机调控。现在，轻轻地将狗的前爪放置在脚踏测量装置上，记录从旋转中心轴到外侧脚趾末端的狗爪长度。然后使用弹性自粘绷带将狗的脚掌固定在脚踏板上。脚踏板中的换能器可记录腿部肌肉收缩的力量。通过将屏蔽的单极24号电极连接到刺激隔离单元来设置刺激电极。戴手套后，用酒精清洁犬的皮肤，用手指触诊腓骨近端外侧稍远端的腓总神经，并标记神经位置。小心地将黑色阴极电极插入皮肤下，紧贴骨膜外，再将红色阳极电极平行于阴极电极并略偏远端插入皮下。此时，两个电极均应位于腓骨头稍远端的腓总神经内侧。随后，以1赫兹频率启动刺激器，并在监护仪上观察肌肉颤搐反应。根据需要微调电极位置，以获得尽可能大的抽搐波幅。电极位置调整到位后，启动DMC软件采集抽搐反应。下一步是在不移动电极的情况下诱发强直收缩。根据表格中的参数设置刺激器，以产生强直收缩。然后在软件中启动等长收缩实验程序，使肌肉产生等长强直收缩。下一个实验为离心拉伸损伤程序，该程序同样无需移动电极即可完成。设置刺激器以产生离心收缩并开始刺激。在本方案中，以50赫兹的频率对神经进行10次、持续1秒的刺激。在这1秒内，屈肌在前800毫秒内进行等长收缩，随后在最后200毫秒内对肌肉进行拉伸。完成一组10次离心收缩后，让肌肉休息4分钟。随后再重复两次离心拉伸损伤方案，每组之间间隔4分钟，以刺激伸肌。将电极移动至胫神经，方法是将电极垂直插入皮肤，并置于先前用于屈曲的电极位置的近端。电极的大致放置位置位于平分膝关节处90度角的直线上。胫神经位于腓总神经的更深层且与其相邻。根据需要调整电极位置，以诱发最佳的肌肉颤搐电位。一旦电极位置确定，即在不移动电极的情况下，采用等长收缩方案诱发最大肌肉颤搐反应。根据强直性收缩的要求调整刺激器设置。然后激活并记录胫骨跗关节伸肌的强直性收缩。使用动态肌肉分析（DMA）程序分析肌肉收缩产生的力矩及时间相关参数。在此图中，以1赫兹频率刺激胫神经，可引发胫骨趾长伸肌的单次抽搐，用于数据分析。三个游标的设置位置如下：蓝色游标置于力矩从静息力矩开始上升的点，黄色游标置于力矩恢复至静息力矩的位置。在松弛期之后，白色游标不再需要，因此将其放置在黄色游标右侧。该图显示了对胫神经施加持续1.5秒、频率为50赫兹的脉冲刺激，引起胫骨肌（tibial tarsal extensor muscle）产生等长的强直性收缩。进行数据分析时，需放置蓝色和黄色游标。关于本图中的抽搐分析，偏心收缩是在胫骨跗关节屈肌中诱导产生的。经皮坐骨神经刺激引发初始的等长收缩，持续800毫秒，随后对腿部施加强制拉伸。在本数据分析中，蓝色光标定位在等长力矩开始从静息力矩上升的时刻点。黄色光标放置在偏心拉伸力矩从等长平台期开始上升的点位处。白色光标放置在力矩恢复至静息力矩的位置。一旦掌握，若操作得当，该技术可在大约一小时内完成。在尝试此操作过程中，重要的是要记住遵循一份包含逐步检查点的打印版操作规程。其他方法，如肌肉活检，可用于回答更多问题，例如肌肉纤维类型或转基因在表达后的表达情况。该技术为肌肉生理学领域的研究人员探索患有肌肉营养不良症犬类对运动的反应铺平了道路。观看本视频后，您应能够充分理解如何在犬类中进行无创的肌肉生理学检测。

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