Name: 降低肌肉损伤风险的小鼠剂量调整阻力训练 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-08-31T14:20:00.000+00:00
Duration: 7 min 29 s
Description: 了解小鼠剂量调整阻力训练技术，通过精确调节胫骨前肌负荷并采用偏心性收缩模式，有效降低肌肉损伤风险。该方法适用于神经肌肉疾病及运动损伤的基础与临床前研究。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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，&#160;特别是他们在运动方面的体验。

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
<ol>
	<li>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）。</li>
	<li>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）。</li>
</ol>
DART 装置的制备
<ol>
	<li>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（图1）。
	<ol>
		<li>设计用于低摩擦轮轴承的外壳（参见材料表，基于带座轴承设计），并集成量角器（作为测角仪用于测量踝关节角度）。</li>
		<li>设计用于轮轴承外壳的支架，并集成量角器。</li>
		<li>设计用于固定小鼠足部的脚板。设计一根轴，将脚板连接至轮轴承。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用合适的3D打印机制造DART装置的各个组件（图1）。
	<ol>
		<li>将使用CAD软件设计的模型保存为立体光刻格式（.STL扩展名）文件。 
		注：使用时可对.STL文件（补充代码文件1-4）进行使用或修改，但需注明本文通讯作者并引用本文。</li>
		<li>使用合适的切片软件打开.STL文件（参见材料表）。 
		注：切片软件可将虚拟的3D模型转换为一系列切片，3D打印机可按顺序逐层打印，从而生成3D物体。</li>
		<li>使用切片软件生成针对所用3D打印机和耗材的G-CODE计算机辅助制造（CAM，.GCODE扩展名）文件。</li>
		<li>按照3D打印机说明书（参见材料表）使用.GCODE文件打印DART装置的各个组件。</li>
		<li>选择合适的3D打印耗材，例如1.75 mm直径、1 kg/卷的灰色聚乳酸（PLA）耗材（参见材料表）。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>按照以下步骤组装DART装置。
	<ol>
		<li>将一个608型低摩擦轮轴承（内径8 mm，外径22 mm，例如采用氮化硅陶瓷球、420不锈钢保持架的轴承，参见材料表）插入轮轴承外壳中（图1）。</li>
		<li>将轴插入轮轴承的内孔中（图1）。</li>
		<li>使用适合粘接PLA材料的胶水（参见材料表），将脚板粘接到轴上（图1）。</li>
		<li>将轮轴承外壳放置在轮轴承支架上方，并使用螺钉紧固件将整个组件固定在亚克力底板上（图1）。 
		&#8203;注：亚克力底板无特定尺寸要求——只需足够大以容纳实验动物和DART装置，同时足够小以适配工作台面即可。本研究中使用的亚克力底板尺寸约为30 cm宽、45 cm长、0.5 cm厚。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
DART 或 ISOM 小鼠的制备
<ol>
	<li>使用合适的麻醉系统通过吸入异氟烷对每只小鼠实施全身麻醉（参见材料表，诱导阶段使用2%-5%；维持阶段使用1%-4%；根据效果调整），以减轻小鼠的应激和疼痛。
	<ol>
		<li>在麻醉系统的诱导室中进行麻醉诱导（使用2%-5%异氟烷）。</li>
		<li>将小鼠转移至鼻罩以在操作过程中维持麻醉状态（使用1%-4%异氟烷）。通过镊子夹捏脚趾无后肢回缩反应来确认麻醉效果。</li>
		<li>提供保温支持——例如使用等温凝胶加热垫，并在小鼠上方约1米处放置加热灯。使用温度计检测，确保亚克力底板表面及周围温度维持在约38 °C，避免小鼠过热。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>为进行DART或ISOM实验，准备小鼠左侧胫骨前肌（TA）区域以及整个左后肢前侧和外侧的皮肤。
	<ol>
		<li>使用脱毛膏（脱毛乳膏，参见材料表）去除小鼠体毛。涂抹脱毛膏并作用约2分钟。</li>
		<li>用浸有蒸馏水的擦拭巾清洁腿部，彻底清除皮肤上的毛发和残留乳膏。脱毛膏若长时间停留在皮肤上可能引起刺激或损伤，因此必须完全清除。</li>
		<li>脱毛后，使用经批准的消毒方法对皮肤进行消毒，例如聚维酮碘溶液擦拭后使用70%乙醇。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用干净的棉签在小鼠眼睛和脱毛区域涂抹保护剂（如凡士林），以防止眼睛和脱毛皮肤干燥。</li>
	<li>将固定针穿过胫骨干骺端。
	<ol>
		<li>在胫骨区域涂抹5%利多卡因乳膏以局部麻醉。</li>
		<li>将一根26 G、半英寸长、无菌的皮下注射针穿过胫骨近端最宽部分（即胫骨干骺端，也称胫骨头部）。固定针插入到位后，用无菌止血钳夹住针头，弯曲塑料部分直至其断裂脱落，从而移除注射针的塑料部分。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将小鼠置于适合DART或ISOM训练的位置。
	<ol>
		<li>将小鼠仰卧放置。确保小鼠仍牢固连接至鼻罩以维持麻醉状态。</li>
		<li>使用一对无菌尖端镊子，将胫骨固定针插入金属鳄鱼夹中（参见材料表），使胫骨针两端被鳄鱼夹夹紧。调节鳄鱼夹的可动臂，确保小鼠足部放置于DART装置的足板上。</li>
		<li>使用粘性实验室胶带将小鼠足部固定在DART装置的足板上。</li>
		<li>使小鼠足部与胫骨长轴呈90°角。若位置正确，足板将垂直于亚克力底板（即地面或被视为水平面的部分）。</li>
		<li>将足板放置在由18 G、1.5英寸长皮下注射针穿过DART装置量角器上预钻孔所形成的跖屈限位装置上（图1）。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. DART 或 ISOM 训练
<ol>
	<li>通过将双极经皮神经肌肉电刺激（NMES，参见材料表）电极放置在小鼠膝关节的下外侧区域来优化电极位置（图1B）。
	<ol>
		<li>使用实验室电刺激器（参见材料表）发出的单脉冲（1 Hz）刺激坐骨神经的腓总神经分支，该分支为踝关节背屈肌提供运动神经支配（图1B）。</li>
		<li>由于胫骨前肌（TA）贡献了踝关节背屈肌产生的总收缩力的90%以上31，应观察TA肌肉腹和肌腱是否存在电刺激诱发的抽搐收缩现象。 
		注：若测试者能通过电极感知到与腓骨相对应的轻微骨性突起，则可能有助于电极定位。测试者需要经过一定练习和学习，才能掌握最佳电极位置的感觉。</li>
		<li>将跖屈限位器移至量角器上对应足部从与胫骨垂直（90°）位置向跖屈方向20°的孔位——根据既往研究报道，此位置通常可观察到TA肌肉产生的最大收缩扭矩21。用户可能需要根据所研究小鼠的具体因素对此位置进行个性化调整。</li>
		<li>通过将DART装置的脚板连接至测力计脚板，使用小鼠测力计可视化抽搐扭矩——例如，使用非弹性丝线将DART装置脚板连接至自行构建的机器人踝关节测力计脚板（类似于图1A），并将丝线固定在测力计脚板上（参见材料表）。 
		注：脚板的3D打印设计中已内置孔洞。将丝线穿过脚板趾端第二排的一对孔洞，可使丝线位于背屈/跖屈轴约20 mm处（图1A、B）。该测力计已在既往研究中有所描述19,20,21,22。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>优化NMES刺激器的电压输出。
	<ol>
		<li>在优化电极位置后，进一步优化电刺激器输出电压的幅度——这是必要的，以确保NMES局限于腓总神经和TA肌肉，减少诱发跖屈肌共收缩的风险。 
		注：若出现共收缩，可通过测力计的扭矩输出观察到，也可通过脚趾的跖屈运动直接看到。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>设置NMES刺激器用于DART或ISOM训练。 
	注：以下设置可能需要用户根据所研究小鼠的具体情况及研究目的进行个性化调整。
	<ol>
		<li>将刺激器设置为产生频率为125 Hz的重复脉冲串——该频率可在BLAJ小鼠中产生最大融合性强直收缩，同时避免NMES扩散至其他肌群21。通过调节脉冲频率旋钮（125 Hz）、脉冲串持续时间（500 ms）和每秒脉冲串数（1串/秒），并打开重复脉冲串的切换开关来实现。</li>
		<li>设置刺激器产生持续500 ms的脉冲串，脉冲串之间间隔500 ms的休息时间。</li>
		<li>将跖屈限位器移至量角器上对应胫骨长轴160°的孔位（即足部从与胫骨垂直位置向跖屈方向70°）。此位置是BLAJ小鼠足部在无软组织阻力情况下可被动达到的位置21。</li>
		<li>对于DART训练，施加适当的阻力，使TA肌肉需进行向心收缩做功——例如，如图1A、B所示施加5 g阻力；参见补充文件1中的重量-扭矩校准曲线。</li>
		<li>通过将重物悬挂于绑在DART装置脚板上的非弹性丝线上来施加阻力（图1A、B）。</li>
		<li>调整阻力——即施加约相当于一次最大重复次数（1RM）50%的负荷（例如，若小鼠单次收缩最多可提起10 g重量，则施加5 g阻力），使足部在背屈的有效活动范围内至少移动一半以上。</li>
		<li>对分配至DART组的小鼠实施适当的DART训练——例如，进行一次DART训练，包括4组、每组10次向心收缩，组间休息2分钟，类似于人类中使用的渐进抗阻训练方案32（参见补充视频1）。</li>
		<li>对分配至ISOM组的小鼠实施适当的ISOM训练——例如，进行一次ISOM训练，包括4组、每组10次等长收缩，组间休息2分钟，与DART训练类似（参见补充视频2）。</li>
		<li>对于ISOM训练，将小鼠足部置于与胫骨长轴成160°的位置（即足部从与胫骨垂直位置向跖屈方向70°），并通过将丝线用胶带固定在机器人测力计脚板上以维持该静态位置。 
		&#8203;注：由于丝线无法滑动，DART装置脚板不能发生背屈运动，从而限制背屈肌仅进行等长收缩。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. 小鼠术后护理
<ol>
	<li>采取预防措施以保持运动后后肢的适当卫生，并减轻针刺部位疼痛。
	<ol>
		<li>完成DART或ISOM训练后，将可见的胫骨针部分涂抹三重抗生素软膏（每克含400 U杆菌肽、3.5 mg新霉素和5000 U多粘菌素B，参见材料表），然后从胫骨内侧小心拔出针。用聚维酮碘和无菌水冲洗大腿外侧及上腿部皮肤。在胫骨部位涂抹5%利多卡因乳膏，以控制针刺部位疼痛。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>让小鼠从麻醉中恢复。
	<ol>
		<li>将小鼠从鼻罩中取出，并将其置于无垫料的恢复笼中使其从麻醉中恢复。在小鼠恢复期间提供保温支持，例如使用等温凝胶加热垫。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>待小鼠完全从麻醉中恢复后，将其放回原始笼具。随后将笼具送回动物饲养设施，在此处饲养实验小鼠直至进行后续实验。每日对小鼠进行监测。</li>
</ol>
6. 组织采集
<ol>
	<li>完整取下小鼠胫骨前肌（TA），并按照以下步骤进行速冻以实现冷冻保存。
	<ol>
		<li>根据研究问题，在训练后的合适时间点（例如DART或ISOM训练后3天），按照批准的实验动物安乐死程序处死小鼠。 
		注意：本研究中，小鼠在全身麻醉（吸入异氟烷，2%–5%浓度至起效）下通过颈椎脱位法实施安乐死，并通过双侧开胸确认死亡。</li>
		<li>解剖小鼠后肢，取出已进行运动的TA肌肉（左侧）和未运动的TA肌肉（右侧）。称量所获取的肌肉组织。随后，将每块肌肉浸入矿物油中以进行冷冻保护，再将其置于洁净的实验室擦拭纸上，吸去多余油分21。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将肌肉放置于一片铝箔上。用长柄止血钳夹住铝箔边缘，迅速将铝箔连同肌肉一起浸入盛有液氮的合适塑料容器中，实现肌肉的快速冷冻。
	<ol>
		<li>在液氮中浸泡约2分钟后，将已冻结的肌肉转移至已标记的冷冻保存管中。将保存管存放于−80 °C超低温冰箱中，直至后续实验需要时取出使用。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
7. 肌肉组织的组织学研究
<ol>
	<li>制备厚度为 5 µm 的 TA 肌肉冰冻切片。将冰冻切片收集到带电荷的显微镜载玻片上。用预冷至 −30 °C 的丙酮固定切片，并让其自然风干。</li>
	<li>使用苏木精和伊红对肌肉组织切片进行染色（H&amp;#38;E 染色，参见 材料表）。
	<ol>
		<li>将切片浸入玻璃染色缸中的苏木精溶液（深蓝色细胞核染色剂）5 分钟。用自来水冲洗切片以去除多余的苏木精，直至水中不再出现蓝色为止。</li>
		<li>将切片浸入玻璃染色缸中的返蓝试剂中 5 分钟。使用玻璃吸管吸除切片上多余的返蓝试剂。</li>
		<li>将切片浸入玻璃染色缸中的伊红溶液（粉红色细胞质染色剂）5 分钟。通过在玻璃染色缸中的 95% 乙醇中快速反复浸洗（约 10 次）&#160;去除多余的伊红。</li>
		<li>让切片自然风干，随后在光学显微镜下观察。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>通过显微成像技术获取整个 TA 肌肉横截面的高分辨率拼接图像。 
	注意：用户可能需要根据所使用的显微镜及图像采集与分析软件，对后续的成像和图像分析步骤进行个性化调整。
	<ol>
		<li>使用配备数码相机的光学显微镜，以 10 倍物镜拍摄数字图像。</li>
		<li>沿每块肌肉横截面以网格状方式移动，共拍摄约 15–20 张图像，确保每张新图像与前一张图像重叠约 25%。 
		注意：此过程有助于获取一组可进行数字拼接（也称图像 stitching）的图像，从而生成整个 TA 肌肉横截面的高分辨率复合图像（图 2）。</li>
		<li>将数字图像保存为 .TIFF 格式。</li>
		<li>使用合适的图像处理与分析软件打开数字图像（参见 材料表）。</li>
		<li>通过以下步骤将单个图像拼接成整个 TA 肌肉的复合图像：在软件中打开每块 TA 肌肉的所有重叠图像后，点击 文件 &#62; 选择 自动 &#62; 选择 光影拼合 &#62; 选择 拼贴 &#62; 选择 添加打开的文件 &#62; 点击 确定。</li>
		<li>当生成并显示新的 TA 肌肉拼接/拼合图像后，将其以 .TIFF 格式保存，用于后续分析。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用合适的图像分析软件，通过拼接图像对整个 TA 肌肉的损伤情况进行视觉量化分析。
	<ol>
		<li>在图像分析软件中，选择 分析 菜单下的 测量 功能，勾画并测量整个 TA 肌肉横截面的面积（图 2）。</li>
		<li>在图像分析软件中，选择 分析 菜单下的 测量 功能，勾画并测量 TA 肌肉中受损区域的面积——即显示肌纤维细胞质结构紊乱、肌纤维缺失以及炎性细胞浸润的区域22（图 2）。</li>
		<li>将损伤区域的总面积表示为整个 TA 肌肉横截面积的百分比（图 2，表 2）。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
8. 统计分析
<ol>
	<li>按照表1-3所示整理数据，并使用适当的软件（参见材料表）进行非配对t检验（若正态性检验和方差齐性检验通过）33，或进行Mann-Whitney秩和检验（若正态性检验和方差齐性检验未通过）21。</li>
</ol>

作者无竞争性财务利益。

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...

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鼠中实现精准靶向特定肌肉、剂量可调的 PRT，且其训练方式与设备无法紧密模拟人类临床研究和实践中所采用的 PRT 方法与装置12,13。这限制了研究人员在小鼠基础与临床前研究中评估精确剂量 PRT 的安全性和有效性的能力。
为克服这一障碍，本研究基于现代健身房中抗阻训练设备所采用的绳索-滑轮-重物回路设计，开发了一种PRT方法及装置14,15,16。该PRT方法被称为剂量可调式抗阻训练（dosage-adjusted resistance training, DART），该装置称为DART装置。除了作为精确康复训练工具的功能外，DART装置还可作为独立仪器，用于客观评估小鼠胫骨前肌（tibialis anterior, TA）所能产生的最大向心收缩力矩，类似于在人体中评估一次重复最大负荷（one-repetition maximum, 1RM，即在保持正确动作姿态的前提下，能够成功举起/移动/推起/深蹲一次的最大负荷）的方法17,18。DART装置还可与自行研制或商用的等速测力计联用，以测量小鼠TA肌肉产生的最大等长强直力（相当于人体的最大自主收缩力 [maximum voluntary contraction, MVC]），并随后基于该峰值强直力设定阻力进行剂量可调式PRT（例如，设定为峰值力的50%）。
本文介绍了DART装置的构建方法，并解释了如何将其与一种定制的测力计耦合使用，该测力计已在先前的出版物中有所描述19,20,21,22，以评估收缩扭矩并实施DART。研究还描述了如何利用DART装置，在肢带型肌营养不良2B型（LGMD2B，或LGMDR2）小鼠模型中，比较单次DART训练（4组、每组10次以向心收缩为主的收缩，负荷为1RM的50%）与等长收缩训练（4组、每组10次等长收缩）所引起的运动诱导性肌肉损伤23,24。所研究的小鼠模型缺乏一种名为dysferlin的蛋白质，该蛋白在骨骼肌遭受损伤性离心收缩后，对防止延迟性肌肉损伤具有重要作用22,25,26,27,28,29,30。已有研究表明，在dysferlin缺陷的雄性小鼠中，以向心收缩为主的强制运动造成的损伤不如以离心收缩为主的强制运动严重，且先前接受向心收缩为主的训练可对后续离心收缩引起的损伤起到保护作用22。由于本研究旨在验证当前DART方法及装置在实施剂量可调、以向心收缩为主的抗阻训练中的可行性，因此选择dysferlin缺陷的雄性小鼠进行实验，以便将DART装置获得的新数据与既往数据进行比较。在今后的研究中，将纳入雌性BLAJ小鼠，以探讨性别作为生物学变量对DART反应的影响。选择约1.5岁的小鼠进行研究，因为它们的多个肌群已出现肌营养不良性改变，因此能够模拟临床上已有肌肉无力和萎缩、并寻求康复治疗以维持肌肉质量和力量的患者所处的病理生理状态26。

<table><tbody><tr><td>安苗 Star 608 陶瓷球轴承</td><td>Anmiao Star (N/A)</td><td>AMS127</td><td>高精度、低摩擦轮毂轴承。&amp;nbsp; 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，&amp;nbsp; 外径为 22 mm，滚珠为氮化硅陶瓷材质，外壳为 420 不锈钢。&amp;nbsp; 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。</td></tr><tr><td>Axio Scope.A1 显微镜</td><td>Carl Zeiss (Peabody, MA)</td><td>产品编号 #Axio Scope.A1</td><td>透射光与荧光显微镜</td></tr><tr><td>B6.A-Dysfprmd/GeneJ（又称 BLAJ 小鼠）</td><td>The Jackson Laboratory (Bar Harbor, ME)。&amp;nbsp; 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。</td><td>库存编号 #012767</td><td>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。</td></tr><tr><td>双极经皮神经肌肉电刺激（NMES）电极</td><td>Harvard Apparatus, Holliston, MA</td><td>BS4 50&amp;ndash;6824</td><td>NMES 用电极。&amp;nbsp; 若该电极无法商业采购，请联系通讯作者获取替代方案。</td></tr><tr><td>Coplin 染色缸</td><td>ThermoFisher (Waltham, MA)</td><td>目录编号 S17495</td><td>用于组织切片苏木精-伊红（H&amp;E）染色的染色皿/染色缸</td></tr><tr><td>Cura 4.4.1 软件</td><td>Ultimaker, Utrecht, 荷兰</td><td>Ultimaker Cura 4.4.1</td><td>切片软件，用于将立体光刻文件转换为 G-CODE 文件</td></tr><tr><td>Deltaphase 恒温凝胶加热垫</td><td>Braintree Scientific (Braintree, MA)</td><td>货号 #39DP</td><td>为麻醉状态下的动物提供热支持的加热垫</td></tr><tr><td>伊红 Y</td><td>Millipore Sigma (Burlington, MA)</td><td>HT110132-1L</td><td>粉红色胞质染料</td></tr><tr><td>强力胶超级胶水</td><td>The Gorilla Glue Company (Cincinnati, OH)</td><td>Gorilla Super Glue Micro Precise</td><td>用于粘接 PLA 组件的氰基丙烯酸酯胶粘剂</td></tr><tr><td>苏木精溶液，Gill 3 号</td><td>Millipore Sigma (Burlington, MA)</td><td>GHS332-1L</td><td>细胞核深蓝色染料</td></tr><tr><td>HM525NX 冷冻切片机</td><td>ThermoFisher (Waltham, MA)</td><td>目录编号 #HM525NX</td><td>用于制备肌肉组织冷冻切片的冷冻切片机</td></tr><tr><td>实验室擦拭纸。&amp;nbsp; Kimberly-Clark Professional Kimtech Science Kimwipes 精细任务擦拭纸，单层</td><td>ThermoFisher (Waltham, MA)</td><td>目录编号 06-666。&amp;nbsp; 制造商编号 #34120</td><td>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。</td></tr><tr><td>Labview 2014</td><td>National Instruments, Austin, Texas, USA</td><td>Labview 2014</td><td>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。</td></tr><tr><td>液氮高密度聚乙烯杜瓦瓶</td><td>ThermoFisher (Waltham, MA)</td><td>S34074B。&amp;nbsp; Thermo Scientific 41502000/EMD</td><td>用于盛装液氮以进行肌肉或其他组织速冻的杜瓦瓶</td></tr><tr><td>Magic 脱毛膏</td><td>Softsheen Carson (New York, NY)</td><td>N/A</td><td>无需剃须的脱毛乳膏</td></tr><tr><td>金属鳄鱼夹</td><td>JINSHANGTOPK（网络商家）</td><td>24 件装 51 mm 金属鳄鱼夹弹簧夹</td><td>用于固定胫骨针的弹簧夹</td></tr><tr><td>显微镜载玻片</td><td>Globe Scientific (Mahwah, NJ)</td><td>1354W 钻石白玻璃载玻片</td><td>带电荷的显微镜载玻片</td></tr><tr><td>矿物油</td><td>ThermoFisher (Waltham, MA)</td><td>BP26291</td><td>在肌肉组织速冻前用于冷冻保护的矿物油</td></tr><tr><td>Monoprice Premium 3D 打印机线材 PLA</td><td>Monoprice (Rancho Cucamonga, CA)</td><td>#11778</td><td>Premium 3D 打印机线材 PLA，直径 1.75 mm，每卷 1 kg，灰色。&amp;nbsp; 此材料用于 3D 打印装置组件。</td></tr><tr><td>Monoprice Select Mini V2 3D 打印机</td><td>Monoprice (Rancho Cucamonga, CA)</td><td>Mini V2 3D</td><td>用于计算机辅助制造装置组件的 3D 打印机。</td></tr><tr><td>NIH Image 软件</td><td>美国国立卫生研究院（NIH, Bethesda, MD）</td><td>NIH Image for Windows</td><td>图像处理与分析软件，用于量化肌肉损伤面积。&amp;nbsp; NIH Image 也称为 Image J。</td></tr><tr><td>Photoshop CS4</td><td>Adobe (San Jose, CA)</td><td>Creative Suite (CS4) Windows 64 位版本</td><td>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。</td></tr><tr><td>PSIU6 刺激隔离单元</td><td>Grass Instruments (West Warwick, RI)</td><td>PSIU6 隔离单元</td><td>NMES 用隔离单元。&amp;nbsp; 某些刺激器（如 A-M 公司的 Model 4100）内置刺激隔离单元</td></tr><tr><td>Roboz 4-0 黑色编织丝线缝合材料</td><td>Roboz Surgical (Gaithersburg, MD)</td><td>Roboz Surgical SUT152</td><td>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</td></tr><tr><td>S48 方波刺激器</td><td>Grass Instruments (West Warwick, RI)</td><td>S48 刺激器</td><td>用于 NMES 的实验室电刺激器。&amp;nbsp; 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。&amp;nbsp; 请联系合著者 Jones 获取更多信息。</td></tr><tr><td>Scott&amp;rsquo;s 蓝化试剂</td><td>Ricca Chemical Company (Arlington, TX)</td><td>6697-32</td><td>增强苏木精细胞核染色的蓝化溶液</td></tr><tr><td>SigmaStat 3.5 版本</td><td>Systat Software (San Jose, CA)</td><td>SigmaStat 版本 3.5</td><td>用于统计分析的统计软件包</td></tr><tr><td>台式异氟烷蒸发器</td><td>VetEquip (Livermore, CA)</td><td>货号 #901801</td><td>吸入式台式麻醉系统</td></tr><tr><td>三重抗生素急救软膏</td><td>Global Health Products（网络商家）</td><td>Globe 三重抗生素急救软膏，1 盎司（2 支装）急救抗生素软膏</td><td>术后护理中涂抹于胫骨针上的抗生素软膏</td></tr></tbody></table>

剂量调整型抗阻训练在降低肌肉损伤风险小鼠中的应用

Dosage-Adjusted Resistance Training in Mice with a Reduced Risk of Muscle Damage

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。

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...

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。

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的训练方式，可增加肌肉……

本方案是首批使科学家能够在小鼠中实施剂量调整式抗阻训练的研究之一，其方式类似于在人类中进行的抗阻训练。该技术的主要优势在于，允许研究者精确调节小鼠胫前肌在抗阻训练过程中所需对抗的阻力。此外，由于肌肉收缩具有偏心性倾向，因此发生收缩诱导性肌肉损伤的可能性较低。我们的剂量调整型抗阻训练技术可应用于小鼠的基础研究和临床前研究，以开发针对多种疾病状态下肌肉质量和力量改善或维持的干预措施。该方案最具挑战性的环节是精确刺激坐骨神经的腓侧分支，该分支支配胫前肌群。为减少电刺激的不准确性，需调整电极位置和刺激强度，直至测力计记录到最大抽搐力矩。首先，使用等温凝胶加热垫为小鼠提供保温，并在小鼠上方1米处放置一盏加热灯。为准备进行DART或ISOM检测，将脱毛膏涂抹于小鼠左后肢以去除毛发。2分钟后，用浸有蒸馏水的擦拭巾清洁腿部，以去除皮肤上的毛发及所有残留的脱毛膏。使用聚维酮碘擦洗液和70%乙醇对皮肤进行消毒，然后用干净的棉签在眼睛和脱毛皮肤区域涂抹保护剂，以防止干燥。接着，在胫骨部位涂抹5%利多卡因乳膏以麻醉该区域。将一根1/2英寸、26号的无菌皮下针头穿过胫骨近端最宽处。固定稳定针后，用无菌止血钳夹住针头，弯曲塑料部分直至其折断，然后将小鼠置于仰卧位。确保小鼠仍牢固连接至鼻罩以维持麻醉状态。用一对无菌尖头镊子将胫骨针送入金属鳄鱼夹中，使胫骨针的末端被鳄鱼夹夹住。调整鳄鱼夹的可动臂，确保小鼠足部放置在DART设备的足板上。使用粘性实验室胶带将小鼠足部固定在DART设备的足板上。确保足部与小鼠胫骨长轴呈90度角放置。将一根18号、1.5英寸长的皮下注射针穿过DART装置量角器上的预钻孔，以形成跖屈限位，然后将脚板放置在跖屈限位上。为优化电极放置位置，在小鼠膝关节的下外侧区域放置一个双极、经皮的神经肌肉电刺激（NMES）电极。使用实验室电刺激器施加1赫兹的单脉冲，以刺激坐骨神经的腓总支。观察胫骨前肌（TA）的肌腹和肌腱，以确认是否存在电刺激诱发的肌肉抽搐收缩。现在，将缝合线固定到测力计的底板上，然后优化神经肌肉电刺激（NMES）刺激器输出电压的幅度，使刺激局限于腓总神经和胫骨前肌。为设置刺激器产生重复的脉冲序列，请将脉冲频率调节至125赫兹，脉冲串持续时间调节至500毫秒，每秒脉冲串数设为1。打开重复脉冲串的拨动开关。将刺激器设置为产生持续时间为500毫秒的脉冲串，脉冲串之间间隔500毫秒的休息时间。将跖屈限位器移至量角器上对应胫骨长轴160度的孔位。在DART中，为了使趾长伸肌（TA）进行向心收缩，可通过在DART装置脚板上系上非弹性的丝线并悬挂适当重量（例如5克）来施加阻力。通过施加相当于一次重复最大重量（1RM）50%的负荷来调整阻力。确保足部至少完成可用背屈活动范围一半以上的运动。进行一次DART训练，包括1组10次向心收缩，组间休息2分钟。对于ISOM训练，将小鼠足部置于与胫骨长轴成160度的位置。通过将丝线缝合物固定在机器人测力计的脚踏板上来维持静态位置。进行一次等长训练（ISOM），包括4组，每组10次等长收缩，组间休息2分钟。作为小鼠的术后护理，需注意保持运动后后肢的卫生，并减轻针刺部位的疼痛。在DART或ISOM训练3天后，观察TA肌肉的组织学变化。苏木精-伊红染色显示，DART组和ISOM组的肌肉损伤程度均较低，但ISOM组的肌肉损伤略为明显。在剂量调整型抗阻训练中，必须特异性地刺激胫前肌产生收缩，并精确调节这些肌肉在收缩时所对抗的阻力。通过该操作流程，研究者将能够以对疲劳的易感性以及反复抗阻肌肉收缩所致损伤的程度，来评估运动耐受能力。该技术可应用于多种基础和临床前研究，例如用于研究杜氏肌营养不良等神经肌肉疾病的小鼠模型以及运动损伤的小鼠模型。

dosage-adjusted-resistance-training-mice-with-reduced-risk-muscle

Research

科研

JoVE Journal

Neuroscience

神经科学

降低肌肉损伤风险的小鼠剂量调整阻力训练

本文描述了一种针对小鼠前 compartment 肌肉的神经肌肉电刺激（NMES）的啮齿类动物模型，该方法是一种安全且经济的临床手段。该模型的优势在于可对一种 readily available...

一种通过神经肌肉电刺激实现肌肉训练的小鼠模型

介绍了一种在不使用电击网格的情况下评估实验小鼠运动耐力的方法。该方法是一种人道的改进措施，可减少应激对实验参数的混杂影响。...

无需使用电击网格的小鼠运动耐力评估：一种替代强制运动的方法

髋关节无力是多发性硬化患者影响行走能力的常见症状。针对特定肌力减弱，孤立性肌肉强化是一种有效的干预方法。本方案描述了一种使用弹力带进行渐进性抗阻训练的项目，以增强髋部肌肉力量。...

适应性抗阻训练在八周内改善多发性硬化症患者的肌力

短时程（≤10 分钟）高强度间歇训练（HIIT）正逐渐成为替代长时间运动模式的一种选择，然而较短时程的训练方案在动物研究中却很少被建模。本文中，我们描述了一种每周 3 次、每次 10 分钟、在跑台坡道上进行的 HIIT...

短时高强度间歇训练及老年小鼠跑步机评估

量化膝伸肌最大肌力对于理解衰老、疾病、损伤及康复过程中的功能适应至关重要。我们提出了一种新方法，用于重复测量体内膝关节伸展的等长峰值强直性扭矩。...

活体小鼠膝伸肌功能的测量

本方案描述了在动物模型中使用静态和动态梯子进行抗阻训练和测试的方法。...

利用静态与动态梯子进行动物模型抗阻训练及评估的方案通用性

心电图（ECG）是理解心脏电生理学的关键指标。体力运动具有有益作用，但在心血管疾病背景下也可能产生危害。本文提供了一种在运动过程中实时记录心电图的方法，可用于研究运动对小鼠心脏电生理学的影响。...

小鼠跑台训练期间的实时心电图监测

本实验描述了一种可翻译的渐进负荷跑轮抗阻训练小鼠模型。该抗阻训练模型的主要优势在于其完全为自愿进行，从而降低了动物的应激反应以及研究人员的工作负担。...

一种用于小鼠渐进式抗阻训练的简易且低成本跑轮模型

本方案提供了一种制备小鼠静态训练设备的简单方法。该装置可维持小鼠肢体肌肉的等长收缩，用于验证传统运动干预对2型糖尿病（T2DM）的影响，并为T2DM的临床治疗提供新的运动疗法。...

2型糖尿病小鼠的静态力量训练方法

本文介绍了一种微移液管引导的药物给药方法（MDA），作为口服灌胃的替代方案。该方法可促使实验动物主动摄入药物，显著减少应激与不适。...

使用微移液管引导给药作为啮齿类动物模型中口服灌胃的替代方法

了解小鼠剂量调整阻力训练技术，通过精确调节胫骨前肌负荷并采用偏心性收缩模式，有效降低肌肉损伤风险。该方法适用于神经肌肉疾病及运动损伤的基础与临床前研究。

剂量调整型抗阻训练在降低肌肉损伤风险小鼠中的应用

探索更多视频