In vivo Messung der Kniestreckmuskelfunktion bei Mäusen

Die Kniestreckkraft ist ein häufiges funktionelles Ergebnis, das in der klinischen Forschung bewertet wird. Die Methoden zur wiederholten Beurteilung des Kniestreckmuskels, insbesondere der Quadrizepstärke, in Nagetierstudien waren jedoch relativ begrenzt. Dieses nichtinvasive Protokoll kann verwendet werden, um das isometrische maximale tetanische Drehmoment von Kniestreckmuskeln bei Mäusen zu messen, und kann longitudinal wiederholt werden.

Unsere Methoden unterstützen die Entwicklung präklinischer Modelle zur Verbesserung der Genesung nach den Verletzungen oder bei Patienten mit Arthrose. Angesichts der Breite der Nagetiermodelle, die zur Untersuchung der muskuloskelettalen Ergebnisse nach Knieverletzungen oder Osteoarthritis entwickelt wurden, besteht ein Bedarf an einer nicht-invasiven Bewertung der Quadrizepstärke. Die visuelle Demonstration ist entscheidend für die Datenintegrität, da wir zeigen werden, wie die Elektroden optimal platzieren werden, um die Kniestreckmuskeln maximal zu stimulieren.

Bevor Sie mit dem Experiment beginnen, überprüfen Sie, ob alle Maschinen gemäß den Spezifikationen des Herstellers angeschlossen sind. Befestigen Sie den Dual-Load-Muskelhebelmotor mit dem Kniestreckgerät an der Tierplattform und schalten Sie die Wasserpumpe bei 37 Grad Celsius ein, schalten Sie dann den Computer, den High-Power Bi-Phase Stimulator und das 2-Kanal Dual-Mode Lever System ein und fügen Sie Isofluran zum Vaporizer zur maximalen Fülllinie hinzu. Um die Platzierung der Sonde zu optimieren, wählen Sie in der Gerätesoftware Experiment vorbereiten und Instant Stim konfigurieren aus, und legen Sie die Pulsfrequenz auf 125 Hertz, die Pulsbreite auf 0,2 Meter pro Sekunde, die Anzahl der Impulse auf eins, die Zugfrequenz auf 0,5 Hertz und die Laufzeit auf 120 Sekunden fest.

Wählen Sie als Nächstes Datei aus und öffnen Sie Live Data Monitor. Um Zuckungs- und Drehmomentfrequenzexperimente durchzuführen, wählen Sie eine frühere Programmstudie aus, die die entsprechenden Drehmomentfrequenzexperimente für Zuckungen und Kniestreckung umfasst. Wählen Sie die entsprechende Versuchsmaus oder Neues Tier hinzufügen aus und geben Sie die entsprechenden Mausinformationen an, die mit den Drehmomentdaten gespeichert werden sollen.

Wählen Sie dann Nächstes Experiment oder Vorheriges Experiment aus, um vom Zuckungsprotokoll zur Kraftfrequenzsequenz überzugehen. Bestätigen Sie nach der Anästhesie die Sedierung durch mangelnde Reaktion auf den Pedalreflex und stellen Sie die Maus in Rückenlage auf eine beheizte Plattform mit Kopf und Nasenkegel. Verwenden Sie elektrische Clipper, um die Haare von der rechten Hintergliedmaße zu rasieren.

Nachdem Sie die Haare von der Maus und der Plattform gereinigt haben, klemmen Sie die obere Hintergliedmaße nach oben fest an das Knie. Legen Sie nach dem Einklemmen die untere Hintergliedmaße in die Kniestreckvorrichtung mit vorderer Tibia, die das verstellbare Kunststoffstück leicht berührt, und wickeln Sie das chirurgische Klebeband um den unteren Teil des verstellbaren Kunststoffstücks, um das Bein an der Apparatur zu befestigen, und stellen Sie dann die Knöpfe auf der Plattform ein, bis das Knie in einem 60-Grad-Winkel gebeugt ist. und legen Sie ein Stück Klebeband über den Mauskörper, um eine kompensatorische Bewegung mit maximaler Kniestreckung zu verhindern. Platzieren Sie die Elektrode subkutan zwei bis vier Millimeter proximal zum Knie direkt über dem Quadrizeps und der Kniestreckmuskulatur etwa ein bis zwei Millimeter auseinander.

Um die optimale Elektrodenplatzierung zu bestimmen, wählen Sie in der Software Instant Stimulation und Live Data Monitor und stellen Sie den Strom auf 50 Milliampere für wiederholte Zuckungen ein, um die Erweiterung zu bestätigen, die durch eine negative Zuckungskurve angezeigt wird. Um ein maximales Kniestreckzuckungsmoment zu erreichen, passen Sie die Sonden an, während Sie die Reaktion im Live Data Monitor-Fenster überprüfen. Während Sie wiederholte Zuckungen mit sofortiger Stimulation liefern, tasten Sie die Kniebeugermuskeln der Maus mit dem Zeigefinger ab, um zu bestätigen, dass keine Aktivierung der Antagonistenmuskeln vorliegt.

Für eine maximale Kniestreckstimulation positionieren Sie die Sonden nach Bedarf neu. Wenn die optimale Sondenplatzierung ermittelt wurde, stellen Sie den Strom auf 50 Milliampere ein und wählen Sie Experiment ausführen, um ein einzelnes Zucken zu erzeugen. Wählen Sie Ergebnisse analysieren, um das Drehmoment anzuzeigen und das unter Max Force angezeigte Zuckungsdrehmoment mit subtrahierter Basislinie aufzuzeichnen.

Wiederholen Sie das Experiment, das gezeigt wurde, bis das Zuckungsmoment entweder ein Plateau erreicht oder abnimmt. Erhöhung des Stroms auf 10 bis 20 Milliampere und Aufzeichnung des Zuckungsmoments für jedes Experiment. Notieren Sie den niedrigsten Strom, bei dem das höchste Zuckungsmoment erreicht wird.

Dieser Strom wird für das Kraftfrequenzexperiment verwendet. Um den isometrischen tetanischen Drehmomenteffekt zu bestimmen, wählen Sie das vorprogrammierte Drehmomentfrequenzexperiment für die Kniestreckung und stellen Sie die Reizdauer auf 0,35 Sekunden, die Frequenzsequenzen auf 10, 40, 120, 150, 180 und 200 Hertz und die Ruhezeit zwischen den Impulsen und Kontraktionen auf 120 Sekunden ein. Klicken Sie dann auf Experiment ausführen und Ergebnisse analysieren, und zeichnen Sie das Drehmoment bei jeder Frequenz manuell auf, um sicherzustellen, dass der Kraftkanal invertiert ist, da die Kniestreckkontraktion ein negatives Drehmoment erzeugt.

Beachten Sie den höchsten maximalen Kraftwert als das maximale isometrische tetanische Drehmoment. Führen Sie am Ende des Drehmomentfrequenzexperiments ein Follow-up-Zucken durch und vergleichen Sie das Follow-up-Zucken mit dem anfänglichen Spitzenzucken bei gleichem Strom, um Schäden oder Ermüdung zu beurteilen. Wenn alle Drehmomentmessungen erfasst wurden, entfernen Sie vorsichtig die Elektrodensonden und klemmen Sie vom Knie und legen Sie die Maus in einen Erholungskäfig auf einem Wärmekissen mit Überwachung bis zur vollständigen Liege.

In dieser repräsentativen Analyse wurden drei isolierte Zuckungen bei einer anfänglichen Stromstimulation von 10 Hertz eingeführt. Die partielle Zuckungsfusion wurde bei 40 Hertz beobachtet und die maximale tetanische Drehmomentabgabe wurde bei 120 bis 180 Hertz erreicht. In diesem Experiment wurden Kniestreckmomentfrequenzkurven für drei Mäuse zum Zeitpunkt Null und zwei Wochen nach der ersten Bewertung erhalten.

Wie beobachtet, waren die Rohdrehmomentwerte und die auf das Körpergewicht der Maus normalisierten Rohdrehmomentwerte zu beiden Zeitpunkten statistisch ähnlich, was die Reproduzierbarkeit der Analyse bestätigte. Wie in diesem Bereich unter Verwendung von Körpergewichtsnormalisierten isometrischen Drehmomentdaten für vollständige Drehmomentfrequenzexperimente für vier separate Mäuse veranschaulicht, wurde nach wiederholten Analysen mit denselben Tieren ein ähnliches Gesamtdrehmoment erhalten. Die maximale tetanische Drehmomentabgabe zeigte ebenfalls eine minimale Variabilität innerhalb jedes Tieres.

Das Knee Extensor Peak Tetanic Torque Protocol ist ein nützliches Werkzeug zur Erkennung von Festigkeitsunterschieden in mehreren Mausmodellen. Zum Beispiel kann in dieser Analyse ein starker Kontrast zwischen der Kniestreckkraft und einer nicht verletzten Wildtypmaus und einem transgenen Mausmodell der supraphysiologischen Hypertrophie beobachtet werden. Darüber hinaus wurde bei Wildtyptieren sieben Tage nach der chirurgischen Transsektion des vorderen Kreuzbandes ein Rückgang des Spitzendrehmoments um fast 50% beobachtet.

Eine optimale Platzierung der Elektroden ist ein wesentlicher Bestandteil, um aussagekräftige und wiederholbare Ergebnisse zu erzielen. Die Ermüdung der Kniestreckmuskeln ist ein wichtiger Indikator für die körperliche Funktion, einschließlich wiederholter submaximaler Kontraktionen und zukünftiger Bewertungen, die dieser Methode in präklinischen Modellen weitere translationale Relevanz verleihen würden. Studien, die die Mechanismen der Muskelanpassung untersuchen, verwenden aufgrund der Einfachheit der genetischen Veränderung oft Mausmodelle.

Diese Technik bietet eine nichtinvasive Methode zur wiederholten Messung der In-vivo-Kniestreckfunktion in diesen präklinischen Modellen.