Name: 体外评估对离体骨骼肌的收缩，疲劳性和交替 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-11-01T12:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 2 s
Description: 学习使用场刺激技术评估离体骨骼肌的收缩力、功率和疲劳性。该方法通过分离小鼠EDL和比目鱼肌，帮助研究人员直接研究肌肉内在收缩特性与钙离子调控机制。

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本研究由美国心脏协会（AHA）学者发展奖 10SDG2630086（授予 Zhao X）、RO1-AR061385（授予 Ma J）以及 GO 奖项 RC2AR05896（授予 Brotto M）资助。

<ol><li>Winegrad, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+intracellular+calcium+movements+in+excitation-contraction+coupling+in+skeletal+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Fed%22%5BJournal%5D)">Role of intracellular calcium movements in excitation-contraction coupling in skeletal muscle.</a> Fed. 24, 1146-1152 (1965).</li>
<li>Sandow, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Excitation-contraction+coupling+in+skeletal+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmacol.+Rev%22%5BJournal%5D)">Excitation-contraction coupling in skeletal muscle.</a> Pharmacol. Rev. 17, 265-320 (1965).</li>
<li>Thornton, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Store-operated+Ca%282%2B%29+entry+%28SOCE%29+contributes+to+normal+skeletal+muscle+contractility+in+young+but+not+in+aged+skeletal+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Aging%22%5BJournal%5D)">Store-operated Ca(2+) entry (SOCE) contributes to normal skeletal muscle contractility in young but not in aged skeletal muscle.</a> Aging. 3, 621-634 (2011).</li>
<li>Zhao, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ca2%2B+overload+and+sarcoplasmic+reticulum+instability+in+tric-a+null+skeletal+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biol.+Chem%22%5BJournal%5D)">Ca2+ overload and sarcoplasmic reticulum instability in tric-a null skeletal muscle.</a> J. Biol. Chem. 285, 37370-37376 (2010).</li>
<li>Brotto, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Defective+maintenance+of+intracellular+Ca2%2B+homeostasis+is+linked+to+increased+muscle+fatigability+in+the+MG29+null+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Res%22%5BJournal%5D)">Defective maintenance of intracellular Ca2+ homeostasis is linked to increased muscle fatigability in the MG29 null mice.</a> Cell Res. 14, 373-378 (2004).</li>
<li>Florkin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Machina+carnis.+The+Biochemistry+of+Muscular+Contraction+in+its+Historical+Development%5BTitle%5D)+AND+%22Med.+Hist%22%5BJournal%5D)">Machina carnis. The Biochemistry of Muscular Contraction in its Historical Development.</a> Med. Hist. 17, 316-317 (1973).</li>
<li>Galvani, A., Aldini, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((De+viribus+electricitatis+in+motu+musculari+commentarius%5BTitle%5D)+AND+%22ApudSocietatem+Typographicam%22%5BJournal%5D)">De viribus electricitatis in motu musculari commentarius.</a> ApudSocietatem Typographicam. , (1792).</li>
<li>Fulton, J. F., Wilson, L. G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFulton%2C+JF+%22Selected+Reading+in+the+History+of+Physiology%22">Selected Reading in the History of Physiology</a>. , Charles C.Thomas. (1930).</li>
<li>Piccolino, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Luigi+Galvani+and+animal+electricity%3A+two+centuries+after+the+foundation+of+electrophysiology%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Luigi Galvani and animal electricity: two centuries after the foundation of electrophysiology.</a> Trends Neurosci. 20, 443-448 (1997).</li>
<li>Hodgkin, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Croonian+Lecture%3A+Ionic+Movements+and+Electrical+Activity+in+Giant+Nerve+Fibres%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Royal+Society+of+London.+Series+B%2C+Biological+Sciences%22%5BJournal%5D)">The Croonian Lecture: Ionic Movements and Electrical Activity in Giant Nerve Fibres.</a> Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 148, 1-37 (1958).</li>
<li>Hodgkin, A. L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHodgkin%2C+AL+%22The+Sherrington+Lectures+VII+the+Conduction+of+the+Nervous+Impulse%22">The Sherrington Lectures VII the Conduction of the Nervous Impulse</a>. , Liverpool University Press. 71964(1965).</li>
<li>Ringer, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+further+contribution+regarding+the+influence+of+the+different+constituents+of+the+blood+on+the+contraction+of+the+heart%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Physiol%22%5BJournal%5D)">A further contribution regarding the influence of the different constituents of the blood on the contraction of the heart.</a> J. Physiol. 4, 29-42.3 Forthcoming.</li>
<li>Ringer, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Further+experiments+regarding+the+influence+of+small+quantities+of+lime%2C+and+other+salts+on+muscular+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Further experiments regarding the influence of small quantities of lime, and other salts on muscular tissue.</a> J. Physiol. 7, 291-308 Forthcoming.</li>
<li>Ringer, S., Buxton, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Concerning+the+action+of+calcium%2C+potassium+and+sodium+salts+upon+the+eel%27s+heart+and+upon+the+skeletal+muscles+of+the+frog%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Concerning the action of calcium, potassium and sodium salts upon the eel's heart and upon the skeletal muscles of the frog.</a> J. Physiol. 8, 15-19 Forthcoming.</li>
<li>Ringer, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regarding+the+action+of+lime%2C+potassium+and+sodium+salts+on+skeletal+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Regarding the action of lime, potassium and sodium salts on skeletal muscle.</a> J. Physiol. 8, 20-24 (1887).</li>
<li>Campbell, A. K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCampbell%2C+AK+%22Intracellular+Calcium+its+Universal+Role+as+Regulator%22">Intracellular Calcium its Universal Role as Regulator</a>. , John Wiley and Sons. (1983).</li>
<li>Mol, J. Cell Cardiol. 16, ll3-ll6 (1984).</li>
<li>Ridings, J. W., Barry, S. R., Faulkner, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aminophylline+enhances+contractility+of+frog+skeletal+muscle%3A+an+effect+dependent+on+extracellular+calcium%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Aminophylline enhances contractility of frog skeletal muscle: an effect dependent on extracellular calcium.</a> J. Appl. Physiol. 67, 671-676 (1989).</li>
<li>Fitts, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+cross-bridge+cycle+and+skeletal+muscle+fatigue%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">The cross-bridge cycle and skeletal muscle fatigue.</a> J. Appl. Physiol. 104, 551-558 (2008).</li>
<li>Kolbeck, R. C., Speir, W. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diaphragm+contactility+as+related+to+cellular+calcium+metabolism%3A+Influence+of+theophylline+and+fatigue%5BTitle%5D)+AND+%22American+Review+of+Respiratory+Disease%22%5BJournal%5D)">Diaphragm contactility as related to cellular calcium metabolism: Influence of theophylline and fatigue.</a> American Review of Respiratory Disease. 139, 495(1989).</li>
<li>Kolbeck, R. C., Nosek, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fatigue+of+rapid+and+slow+onset+in+isolated+perfused+rat+and+mouse+diaphragms%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Fatigue of rapid and slow onset in isolated perfused rat and mouse diaphragms.</a> J. Appl. Physiol. 77, 1991-1998 (1994).</li>
<li>Moore, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diaphragm+atrophy+and+weakness+in+cortisone-treated+rats%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Diaphragm atrophy and weakness in cortisone-treated rats.</a> J. Appl. Physiol. 67, 2420-2426 (1989).</li>
<li>Lannergren, J., Westerblad, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Force+decline+due+to+fatigue+and+intracellular+acidification+in+isolated+fibres+from+mouse+skeletal+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Force decline due to fatigue and intracellular acidification in isolated fibres from mouse skeletal muscle.</a> J. Physiol. 434, 307-322 (1991).</li>
<li>Westerblad, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatial+gradients+of+intracellular+calcium+in+skeletal+muscle+during+fatigue%5BTitle%5D)+AND+%22Pflugers+Arch%22%5BJournal%5D)">Spatial gradients of intracellular calcium in skeletal muscle during fatigue.</a> Pflugers Arch. 415, 734-740 (1990).</li>
<li>Zhao, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+resistance+to+fatigue+and+altered+calcium+handling+properties+of+sarcalumenin+knockout+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol.+Genomics%22%5BJournal%5D)">Enhanced resistance to fatigue and altered calcium handling properties of sarcalumenin knockout mice.</a> Physiol. Genomics. 23, 72-78 (2005).</li>
<li>Wang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cardioprotection+of+ischemia%2Freperfusion+injury+by+cholesterol-dependent+MG53-mediated+membrane+repair%5BTitle%5D)+AND+%22Circ.+Res%22%5BJournal%5D)">Cardioprotection of ischemia/reperfusion injury by cholesterol-dependent MG53-mediated membrane repair.</a> Circ. Res. 107, 76-83 (2010).</li>
<li>Cai, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MG53+nucleates+assembly+of+cell+membrane+repair+machinery%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Cell+Biol%22%5BJournal%5D)">MG53 nucleates assembly of cell membrane repair machinery.</a> Nat. Cell Biol. 11, 56-64 (2009).</li>
<li>Shen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deficiency+of+MIP%2FMTMR14+phosphatase+induces+a+muscle+disorder+by+disrupting+Ca%282%2B%29+homeostasis%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Cell+Biol%22%5BJournal%5D)">Deficiency of MIP/MTMR14 phosphatase induces a muscle disorder by disrupting Ca(2+) homeostasis.</a> Nat. Cell Biol. 11, 769-776 (2009).</li>
<li>Romero-Suarez, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Muscle-specific+inositide+phosphatase+%28MIP%2FMTMR14%29+is+reduced+with+age+and+its+loss+accelerates+skeletal+muscle+aging+process+by+altering+calcium+homeostasis%5BTitle%5D)+AND+%22Aging+%28Albany+NY%29%22%5BJournal%5D)">Muscle-specific inositide phosphatase (MIP/MTMR14) is reduced with age and its loss accelerates skeletal muscle aging process by altering calcium homeostasis.</a> Aging (Albany NY). 2, 504-513 (2010).</li>
<li>Yazawa, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((TRIC+channels+are+essential+for+Ca2%2B+handling+in+intracellular+stores%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">TRIC channels are essential for Ca2+ handling in intracellular stores.</a> Nature. 448, 78-82 (2007).</li>
<li>Brotto, M. A., Nosek, T. M., Kolbeck, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+ageing+on+the+fatigability+of+isolated+mouse+skeletal+muscles+from+mature+and+aged+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Influence of ageing on the fatigability of isolated mouse skeletal muscles from mature and aged mice.</a> Exp. Physiol. 87, 77-82 (2002).</li>
<li>Zhao, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Compromised+store-operated+Ca2%2B+entry+in+aged+skeletal+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Aging+Cell%22%5BJournal%5D)">Compromised store-operated Ca2+ entry in aged skeletal muscle.</a> Aging Cell. 7, 561-568 (2008).</li>
<li>Pan, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dysfunction+of+store-operated+calcium+channel+in+muscle+cells+lacking+mg29%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Cell+Biol%22%5BJournal%5D)">Dysfunction of store-operated calcium channel in muscle cells lacking mg29.</a> Nat. Cell Biol. 4, 379-383 (2002).</li>
<li>Zhao, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Azumolene+inhibits+a+component+of+store-operated+calcium+entry+coupled+to+the+skeletal+muscle+ryanodine+receptor%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biol.+Chem%22%5BJournal%5D)">Azumolene inhibits a component of store-operated calcium entry coupled to the skeletal muscle ryanodine receptor.</a> J. Biol. Chem. 281, 33477-33486 (2006).</li>
<li>Renaud, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modulation+of+force+development+by+Na%2B%2C+K%2B%2C+Na%2B+K%2B+pump+and+KATP+channel+during+muscular+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Can.+J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Modulation of force development by Na+, K+, Na+ K+ pump and KATP channel during muscular activity.</a> Can. J. Appl. Physiol. 27, 296-315 (2002).</li>
<li>Brotto, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+and+biochemical+modifications+in+skeletal+muscles+from+malarial+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Functional and biochemical modifications in skeletal muscles from malarial mice.</a> Exp. Physiol. 90, 417-425 (2005).</li>
<li>Brotto, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hypoxia+and+fatigue-induced+modification+of+function+and+proteins+in+intact+and+skinned+murine+diaphragm+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Pflugers+Arch%22%5BJournal%5D)">Hypoxia and fatigue-induced modification of function and proteins in intact and skinned murine diaphragm muscle.</a> Pflugers Arch. 440, 727-734 (2000).</li>
<li>Smith, M. A., Reid, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Redox+modulation+of+contractile+function+in+respiratory+and+limb+skeletal+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Respir+Physiol+Neurobiol%22%5BJournal%5D)">Redox modulation of contractile function in respiratory and limb skeletal muscle.</a> Respir Physiol Neurobiol. 151, 229-241 (2006).</li>
<li>Bagni, M. A., Cecchi, G., Colomo, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Myofilament+spacing+and+force+generation+in+intact+frog+muscle+fibres%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Myofilament spacing and force generation in intact frog muscle fibres.</a> J. Physiol. 430, 61-75 (1990).</li>
</ol>

未声明任何利益冲突。

测量收缩力和疲劳性对于整体评估骨骼肌功能至关重要。本实验的主要目的是在某些病理条件下（如肌肉减少症和肌肉疲劳）识别肌肉力量及疲劳特性的变化，并检验药物/试剂对肌肉收缩功能的影响。由于肌肉收缩力与细胞内 Ca²⁺ 水平密切相关，因此可通过同步记录 Ca²⁺ 信号与机械收缩来深入探究其机制。2+ 释放，细胞外钙2+ 进入以及两者之间的串扰，我们还可以收集有关 Ca 的信息2+ 使用该方法检测骨骼肌中的信号状态。本文展示了一种独特表型，称为“机械交替”（mechanic alternans），即在疲劳过程中衰减阶段出现收缩力波动性爆发，且伴有过载且不稳定的肌浆网（SR）。可以预期，利用该方法能够检测多种骨骼肌表型，包括改变的收缩力、疲劳频率（FF）、疲劳性、收缩动力学特征以及疲劳后的恢复能力。 体外 不同病理条件下的收缩力检测
该实验最关键的步骤是分离出完整无损的整块肌肉（或肌束和肌条），避免任何损伤。这一目标在整肌制备中更容易实现。本文表明，在整块肌肉两端保留足够的韧带和肌腱用于固定，对于防止直接结扎...

骨骼肌附着在骨骼上，并在中枢神经系统的控制下产生收缩力。兴奋-收缩耦联（ECC）是指将电信号转化为机械反应的过程。Ca2+ 信号是骨骼肌收缩功能的关键组成部分。从肌浆网（SR）有效动员 Ca2+ 是肌肉细胞兴奋-收缩耦联的重要环节1, 2，而多种肌肉疾病中相应的收缩功能障碍也与细胞内 Ca2+ 信号的变化密切相关3-5。对肌肉收缩力的准确评估至关重要，且应与 Ca2+ 成像及其他检测方法相互补充，以深入理解骨骼肌功能，不仅在收缩层面，还包括动力学层面。此外，还可获取肌肉的收缩力和速度数据，从而评估肌肉功率这一重要特性，以及在不同生理和病理生理条件下兴奋-收缩耦联过程的状态。
这一富有成果的研究领域具有非常悠久的历史，两千多年来出现了许多关于肌肉收缩的理论6。现代肌肉研究可能始于1674年至1682年间，Leeuwenhoek通过显微镜观察到肌纤维中的横纹和肌原纤维6。近一个世纪后，Luigi Galvani发现，当青蛙肌肉的神经在远处电机产生电火花时被手术刀触碰，肌肉会剧烈收缩7-9。通过金属导体将腿部神经与肌肉连接也可引发收缩。Galvani所提出的复杂电传导机制的细节，最终由Hodgkin、Huxley和Katz在其著名的方程中得以系统阐述10, 11，该方程成为电生理学的基础。Ringer关于细胞外Ca2+对青蛙心脏和骨骼肌收缩力影响的卓越观察12-15，标志着人们首次认识到Ca2+是调控肌肉收缩力的关键调节因子16, 17。自1980年代至今，由于小鼠骨骼肌中肌肉收缩力和疲劳性实验方案的引入，肌肉收缩力研究领域取得了一系列突破性进展18。Jones和Edwards首次提出，低频间歇性疲劳（运动引起的力下降）19与兴奋-收缩耦联（ECC）机制的变化有关，而非收缩装置本身的问题。在1980年代末至1990年代初，Kolkeck et al20、Kolbeck和Nosek21以及Reid22利用啮齿类动物模型的膈肌研究茶碱、皮质酮和自由基对骨骼肌收缩力的影响，而Brooks和Faulkner则首次报道了对小鼠快肌和慢肌重复测力及功率测量的结果22。此外，Lannegren、Westerblad、Lamb和Westerblad首次将离体（ex vivo）收缩力与细胞内Ca2+调控直接联系起来，并开始质疑酸中毒在肌肉疲劳中的作用23, 24。
自21世纪初以来，我们的实验室通过结合完整小鼠肌肉收缩功能研究、完整及去膜肌纤维内细胞内Ca2+监测以及分子遗传学操作技术，深入研究了在肌肉兴奋-收缩耦联（ECC）中具有调节和调控作用的新基因，这些基因在肌肉收缩力、疲劳性及衰老过程中发挥关键作用3-5, 25-29。
本文详细介绍了测量小鼠分离比目鱼肌和趾长伸肌（EDL）收缩力的实验方案。比目鱼肌主要由慢缩-氧化型肌纤维（I型和IIa型肌纤维）组成，而趾长伸肌主要由快缩-糖酵解型肌纤维（IIb型和IIx型肌纤维）构成，二者具有不同的收缩特性。在本方案中，完整肌肉-肌腱复合体被分离后置于由纯氧或95%氧气与5% CO2混合气体供氧的ADI PowerLab Radnotti浴槽系统中。通过Grass刺激器施加电刺激诱发肌肉收缩力，并利用与ADI PowerLab/400系统集成的力传感器检测收缩力，该系统支持自定义宏程序，以控制数据的采集、记录、数字化及存储。该实验装置可测定肌肉力量、肌肉功率、力-频率关系、肌肉疲劳程度、疲劳后恢复能力，以及肌肉收缩的速度和整体动力学特性。此外，还可通过此类实验监测药物对肌肉收缩的影响。
该方法的优势在于可去除骨骼肌中的神经和血管成分，从而直接评估肌肉收缩的内在特性。此外 离体 收缩力测定实验允许对分离肌肉周围细胞外环境进行操控，从而可通过药理学手段干预各种离子通透通道和转运蛋白，以明确其在骨骼肌功能中的生理作用。
这 离体 该系统使我们最近发现某些突变型肌肉标本中存在一种独特的交替行为，这种行为与细胞内 Ca 水平的改变相关2+ 操作性能4交替现象定义为在疲劳过程的衰减阶段出现的收缩力波动性爆发事件。在这些事件中，收缩力在疲劳性刺激期间短暂地超过此前的力水平，这可能是因为胞内钙离子浓度瞬时升高或肌丝对钙离子的敏感性增加所致。2+ 正在释放，或收缩装置对Ca的敏感性增加2+  30环己哌啶酸（CPA，一种可逆性肌浆网-内质网钙离子ATP酶（SERCA）阻断剂）、咖啡因（兰诺定受体（RyR）激动剂）以及重复性疲劳刺激均可诱导机械交替现象。4，表明交替现象与兴奋-收缩耦联过程的调节直接相关。本方法用于诱导和记录机械交替现象的演示 体外 收缩力检测装置可作为示例，展示基于不同研究兴趣，利用该系统或类似系统所能获得的多样化实验参数。
该方法可能对研究肌肉生理学的研究人员具有重要意义。类似的装置也可用于其他解剖部位的分离骨骼肌-肌腱/韧带复合体，以及单根肌纤维和肌肉条。

<table><tbody><tr><td>2-APB</td><td>Tocris</td><td>1224</td><td>多种Ca&lt;sup&gt;2+&lt;/sup&gt;内流通道的阻断剂，包括SOC和TRP等。</td></tr><tr><td>SKF96365</td><td>Sigma</td><td>SKF-96365</td><td>多种Ca&lt;sup&gt;2+&lt;/sup&gt;内流通道的阻断剂，包括SOC和受体介导的Ca&lt;sup&gt;2+&lt;/sup&gt;内流等。</td></tr><tr><td>BTP-2</td><td>Millipore</td><td>203890-5MG</td><td>相对特异的SOC阻断剂</td></tr><tr><td>CPA</td><td>Sigma</td><td>C1530</td><td>可逆性SERCA阻断剂</td></tr><tr><td>咖啡因</td><td>Sigma</td><td>C0750</td><td>快速作用的RyR激动剂</td></tr><tr><td>Radnoti 四单元组织浴系统</td><td>Radnoti</td><td>159920</td><td></td></tr><tr><td>组合式组织支撑/刺激电极</td><td>Radnoti</td><td>160151</td><td>带组织支撑的垂直锯齿型电极</td></tr><tr><td>Quad Bridge Amp</td><td>ADInstruments</td><td>FE224</td><td></td></tr><tr><td>PowerLab/400</td><td>ADInstruments</td><td></td><td>该产品已不再供应。请选择其他版本的数据采集系统。</td></tr><tr><td>力传感器（5 mg - 25 g）</td><td>ADInstruments</td><td>MLT0201/RAD</td><td></td></tr><tr><td>Chart v4.02</td><td>ADInstruments</td><td></td><td>LabChart 7.3 是 Chart 软件的最新版本。</td></tr><tr><td>S8800 双脉冲数字刺激器</td><td>GRASS TECHNOLOGIES</td><td></td><td>该产品已不再供应。S88X 双输出方波脉冲刺激器为更新型号的刺激器。</td></tr><tr><td>RF 变压器隔离单元</td><td>GRASS TECHNOLOGIES</td><td>Model SIU5</td><td></td></tr></tbody></table>

离体 离体骨骼肌收缩力、疲劳性及交替性的评估

Ex Vivo Assessment of Contractility, Fatigability and Alternans in Isolated Skeletal Muscles

本文介绍了一种测量分离骨骼肌收缩力的方法。通过该方法可获得肌肉力量、肌肉功率、收缩动力学、疲劳性及疲劳后恢复等参数，用于评估兴奋-收缩耦联（ECC）过程的特定方面，如兴奋性、收缩装置和Ca2+ 操作能力。该方法去除了神经和血液供应，专注于分离的骨骼肌本身。我们常规使用此方法来鉴定通过调节Ca2+ 信号通路。在此，我们描述了一种新发现的骨骼肌表型， 即，机械交替，作为利用该方法可获得的各种丰富信息的一个示例 体外 肌肉收缩力测定。将该测定方法与单细胞测定、遗传学方法及生物化学测定相结合，可深入揭示骨骼肌兴奋-收缩耦联（ECC）的分子机制。

我们介绍一种直接测量离体骨骼肌肌肉力量、肌肉功率、收缩动力学及疲劳性的方法 体外 使用场刺激的系统。关于Ca2+ 通过不同的刺激方案，可获得肌肉的力学特性及其收缩机制的相关数据。

本文介绍了一种测量分离骨骼肌收缩力的方法。相关参数包括肌肉力量、肌肉功率、收缩动力学……

本实验的总体目标是分离出健康且完整的肌肉，以用于体外收缩功能的研究。首先从鼠类中分离出完整的趾长伸肌（extensor digitorum longus，EDL）以及比目鱼肌（soleus，sole）肌肉。第二步是使用外科缝合线将EDL和比目鱼肌的韧带和肌腱结扎固定。接下来，将分离的肌肉固定在力传感器和收缩室中。最后一步是通过电场电脉冲刺激肌肉以诱导收缩。最终，产生的力量将传递至力传感器并进行记录，同时可进行多种生理和药理学干预，以比较其对肌肉收缩力的影响。与现有的肌肉功能评估方法（如原位收缩力测定、治疗男性功能等）相比，该技术的主要优势在于去除了骨骼肌中的神经和血管成分，从而能够直接评估收缩肌肉的内在特性。通常情况下，初次接触该方法的研究人员会遇到困难，因为完整吸气肌的解剖需要熟练的操作技巧和足够的耐心。本实验操作将由我实验室的一名技术员以及 Jma 博士实验室的一名博士后研究员共同演示。该方法的可视化演示至关重要，因为肌肉解剖及将其安装到收缩室中的操作较为复杂。因此，本视频有助于理解肌肉的解剖结构，并掌握分离肌肉安装时所需的操作尺度。在本操作中，通过颈椎脱位法处死一只野生型 C57BL/6 小鼠或疾病小鼠模型，并将其置于侧卧位。为了分离趾长伸肌（EDL），先做一浅表皮肤切口。切开位于胫前肌与后侧肌群之间的筋膜。找到位于近端的起点，此处韧带连接于胫骨的外侧髁以及腓骨前表面的上部约四分之三处。接着，使用精细的眼科剪尽可能远离肌肉的位置切断韧带，以释放趾长伸肌（EDL）的近端起点。然后，用一对钝头镊子夹住韧带，缓慢牵拉以分离EDL肌肉。在此过程中，可能需要剪除EDL周围及邻近其他肌肉周围的部分筋膜组织。此步骤必须小心操作，以避免损伤 EDL 肌肉。然后在四个远端肌腱插入第二至第五趾中节和远节指骨的附着区域，尽可能远离肌肉处切断肌腱。将分离出的 EDL 肌肉转移至含有无钙等渗 Tyrode 溶液的解剖皿中。趾长伸肌是一种快缩糖酵解型肌肉，呈淡粉色，长约10至13毫米，重约8至11毫克。接下来，使用6-0号缝线，在尽可能远离肌肉的位置以及韧带或肌腱纵向中点略上方处，于分离出的趾长伸肌两端各打一个外科结并扎紧。然后将趾长伸肌转移至充氧饱和的组织浴槽中。将肌肉固定在力传感器的样品槽和浴槽底部的固定钩上。对另一条腿的EDL肌肉重复上述分离和固定步骤，以解剖腿部后外侧的腓肠肌。推开通常覆盖其上的腓肠肌。足底肌是一种慢缩氧化型肌，呈深红色，长度比EDL短约1毫米，但重量略重于EDL。在近端起点处，切断连接至胫骨后侧近端一半沿足底肌走行线以及腓骨后侧近端三分之一处的韧带。接着在远端止点处，切断止于跟骨后部的跟腱。之后仔细游离足底肌肉。将足底肌肉正确安装于浴槽室中。将肌肉安装到独立的组织浴槽室后，开始记录数据。记得将力传感器的基线归零，这有助于观察基线变化，并简化不同实验条件下肌肉收缩的比较。然后使用方波脉冲刺激分离的肌肉。采用60至300毫安的电流，单个方波脉冲持续时间在0.3至1毫秒之间，刺激串持续时间为350、500或1000毫秒。下一步是选择一个刺激频率，使分离的肌肉在室温下处于最佳拉伸长度时能够产生最大强直收缩力。该频率通常在 EDL 中约为 100 赫兹，在比目鱼肌中约为 60 赫兹。对于比目鱼肌，先缓慢拉伸肌肉并等待 30 秒，然后以 100 赫兹或 60 赫兹进行刺激，之后再次拉伸肌肉。再等待30秒，拉伸后再次进行刺激。如果张力不再进一步增加，通常表明已达到最大张力。同时，在重复进行拉伸和刺激的过程中，若张力下降，提示肌肉已被过度拉伸。此时，应将肌肉释放至前一次的拉伸水平，再次刺激肌肉，直至观察到最大张力为止。现在，获取力与频率之间的关系。以1至140赫兹的频率范围对肌肉进行刺激，频率增量为5至10赫兹，刺激间隔为30至60秒。当在25摄氏度下进行实验时，若实验在37摄氏度下进行，则将膈肌的频率-张力曲线（FF）扩展至最高300赫兹，腓肠肌为180至200赫兹，EDL肌为220至250赫兹。接下来，通过比较不同刺激频率下产生的力量大小，确定能够产生最大强直收缩力以及大约一半最大强直收缩力的刺激频率。最大强直收缩力（Tmax）提供了有关收缩机制调节的重要信息，而半最大强直收缩力（half Tmax）则更能反映钙离子调节及兴奋-收缩耦联（ECC）过程的相关信息。随后，以 tmax 频率每隔一分钟刺激肌肉，持续 30 分钟，该过程称为平衡期，用于研究肌浆网对钙释放及肌肉收缩力的贡献。在平衡期后，以一半 Tmax 的刺激强度每隔两秒刺激一次，持续五分钟，使肌肉产生疲劳。此处我们采用 500 毫秒的刺激串持续时间，因此占空比为 25%。然后以一半 Tmax 的刺激强度每隔一分钟刺激一次，使肌肉恢复。可进行额外的疲劳方案，持续30分钟或直至力量稳定。目前认为，在Tmax下进行最大疲劳（tmax fatiguing）能够准确检测收缩机制的状态。然后重复获取FF的步骤，以便观察不同品系、疾病模型或药物处理之间的表型差异。通过分析疲劳前后腓肠肌（FF）以探究细胞外钙离子内流对肌肉收缩力的贡献，可将灌流液更换为不含钙但含有0.1毫摩尔EGTA的溶液。或者，可在灌流液中加入不同的钙库操纵性通道阻断剂。实验结束时，测量肌肉的实验长度，然后用分析天平分别称重，将肌肉在液氮中速冻后于-80摄氏度保存，用于后续生化分析。现在，校准力传感器。根据校准结果，将记录到的肌肉力（单位为毫伏）转换为克力。然后将其归一化至生理横截面积。该图显示了由 5 赫兹、20 赫兹以及最大强直收缩力所诱导的收缩力，此处展示了一条受损肌肉收缩力的轨迹。图中为一个代表性示例，显示了 EDL 肌肉在不同刺激频率下产生的单个收缩，以及由这些数据绘制出的力-频率关系曲线。EDL 肌肉表现出典型的快速衰减型疲劳曲线，而腓肠肌则表现为缓慢衰减型疲劳曲线。疲劳刺激会导致机械交替现象的出现，这在一种具有钙处理功能障碍的基因敲除肌肉中尤为明显。一旦掌握，该技术可在两小时内完成。若操作得当，整个实验将持续更长时间，并取决于所实施干预措施的数量。在进行该操作时，必须尽快分离并安装DL肌肉，因为体外低氧环境可能对肌肉造成不可逆的损伤。采用此方法后，可对同一实验肌肉组织进行基因分析、蛋白质印迹、免疫组织化学以及结构研究，以回答其他科学问题。例如，可检测特定蛋白质的表达水平及其定位，或研究调控肌肉收缩性或钙信号通路的肌蛋白组分，以及在特定条件下肌肉发生的形态学或超微结构改变。该技术为肌肉生理学领域的研究人员探索影响骨骼肌功能的遗传缺陷提供了途径，适用于包括小鼠、大鼠和仓鼠在内的多种动物模型。

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