一种通过神经肌肉电刺激实现肌肉训练的小鼠模型

本实验的总体目标是通过神经肌肉电刺激，展示一种小鼠肌肉训练的模型。首先，将临床上用于人体的表面电极进行改造，使其适用于小鼠；随后，对动物进行麻醉并摆好刺激所需体位。然后，将表面电极直接放置于腓骨头远端的腓深神经上方。

最后一步是实施前部卷曲肌的刺激方案。最终，组织学分析显示骨骼肌血管化程度增加，原位收缩功能测试显示最大力量增强。你好，我叫Fabrizio。

我是匹兹堡大学物理医学与康复系的助理教授，同时也是细胞康复实验室的主任。今天，我们将向您演示一种利用神经肌肉电刺激进行肌肉训练的镜像模型。在本次演示的第一部分中，我们将向您展示如何将临床上可用的表面电极改装成可用于刺激小鼠骨骼肌的电极。

在第二部分中，我们将演示如何在实验中实施这种神经肌肉电刺激方案，以及如何开发出高度模拟临床状况的动物模型。使用临床相关模型非常重要，因为它可以帮助我们回答与骨骼肌生理学相关的问题，例如肌肉激活如何触发机械传导反应，而我们可以在分子、细胞和组织水平上对此进行研究。大家好，我叫Ricardo Ferrari。

我是匹兹堡大学物理治疗系的一名博士生。在临床中，邻近肌肉的电刺激是一种常用的方法，用于增强肌肉力量并促进肌肉修复。然而，关于应采用的最佳参数，仍有许多问题尚未明确。

该动物模型可能有助于制定用于临床环境的特定电刺激方案。准备电极时，首先将两根六毫米长的金针弯成90度角。接着，通过去除外部绝缘层，露出约七厘米长的两根铜线。

然后将连接器上的导线焊接到两个相距约 3.5 毫米的金针上。接着，在铜导线与金针的连接处套上热缩管，以实现绝缘和稳定；加热热缩管，确保两根金针相互平行，并将其穿过电路板，使针尖对齐。接下来，分多次在针脚上涂抹透明环氧树脂，每次涂抹后均需待环氧树脂完全干燥。最后，将环氧树脂打磨平整，以露出金针的针尖。

接下来，使用电压表检查导线是否未发生电气短路。然后使用塑料管对雌性双向电线连接器的金属插针进行绝缘。接着，将NMES设备的电极导线连接到雌性双向电线连接器上。

所有操作均经匹兹堡大学动物护理和使用委员会（IACUC）审查和批准，并在获得公共卫生服务（PHS）保证且通过国际实验动物评估和认可委员会（ALAC）国际认证的项目和设施中进行。通过吸入异氟烷对动物进行麻醉，且动物在整个神经肌肉电刺激（NMES）过程中应保持麻醉状态。

应使用脚趾夹捏伸肌反射试验确认麻醉效果。然后将动物置于侧卧位。随后剃除后肢毛发，用酒精擦拭，再用3%次氯酸钠溶液擦拭电极。

然后使用水，设置刺激参数，包括150微秒的脉冲持续时间和50 PP s的频率。接着将刺激时间设为5秒，其中包含0.5秒的上升斜坡和0.5秒的下降斜坡。这将使肌肉逐渐适应刺激，同时提高动物的舒适度。

随后，将收缩间歇的关闭时间设置为10秒。该参数可根据所需效果进行调整，但缩短关闭时间将导致肌肉疲劳更快发生。接下来，用3%的漂白剂对电极进行消毒，然后用水冲洗，并在电极上涂抹导电凝胶，用于刺激前部肌群，包括胫骨前肌和趾长伸肌。将表面电极直接放置于动物外侧股骨髁远端附近的坐骨神经共同分支（common perineal nerve）上。

当电刺激引发踝关节完全背屈及足趾完全伸展时，可确认电极位置正确。相反，若仅出现足背屈而无足趾伸展，则提示仅胫骨前肌被刺激。接下来，将神经肌肉电刺激（NMES）强度设为9毫安，完成两组收缩，每组共20次收缩，组间休息5分钟；在休息期间，对对侧肢体进行刺激。

现在将动物放入恢复室。在3至5月龄的MDX肌萎缩小鼠中，经过四周的神经肌肉电刺激（NMES）后，通过苏木精-伊红骨骼肌染色显示，与未受刺激的对照组相比，中心核纤维数量未见增加。这表明NMES的应用并未引发肌肉的变性-再生级联反应。

作为内皮细胞标记物的CD31免疫组织化学结果显示，与未接受刺激的对照组小鼠相比，经四周神经肌肉电刺激（NMES）后，受刺激肌肉出现了显著的血管生成。该图显示了接受NMES处理的肌肉相对于未处理对照肌肉的峰值强直收缩力增强。一旦掌握该技术，完成每只动物的实验操作约需15分钟。

本方案中最困难的部分是找到电极的合适放置位置，以引发预期的肌肉反应。感谢您的观看。如果您有任何疑问，请随时与我们的实验室联系。