Dosiertes Widerstandstraining bei Mäusen mit reduziertem Risiko für Muskelschäden

Dieses Protokoll ist eine der ersten Studien, die es Wissenschaftlern ermöglicht, ein dosisangepasstes Widerstandstraining an Mäusen durchzuführen, ähnlich wie beim Menschen. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie es den Forschern ermöglicht, den Widerstand genau einzustellen, gegen den die vorderen Tibiamuskeln der Maus während des Widerstandstrainings arbeiten müssen. Da Muskelkontraktionen exzentrisch verzerrt sind, besteht außerdem eine geringere Wahrscheinlichkeit einer kontraktionsinduzierten Muskelverletzung.

Unsere dosisangepasste Widerstandstrainingstechnik kann in grundlegende und präklinische Studien an Mäusen integriert werden, um Interventionen zur Verbesserung oder Erhaltung von Muskelmasse und -kraft bei einer Vielzahl von Krankheitszuständen zu entwickeln. Der schwierigste Aspekt des Protokolls besteht darin, den Fibulast des Ischiasnervs präzise zu stimulieren, der die vorderen Tibiamuskeln innerviert. Um die ungenaue elektrische Stimulation zu reduzieren, passen Sie die Elektrodenposition und die Stimulationsamplitude an, bis das maximale Zuckenmoment von einem Leistungsprüfstand aufgezeichnet wird.

Um zu beginnen, bieten Sie der Maus thermische Unterstützung, indem Sie ein isothermes Gelheizkissen verwenden und eine Wärmelampe 1 Meter über der Maus platzieren. Um die Haut für DART oder DAM vorzubereiten, entfernen Sie das Fell von der linken Hinterbeine, indem Sie eine Enthaarungscreme auftragen. Nach 2 Minuten das Bein mit in destilliertem Wasser eingeweichten Tüchern reinigen, um das Fell und alle Restcreme von der Haut zu entfernen.

Desinfizieren Sie die Haut mit einer Povidon-Jod-Schrubblösung und 70% Ethanol, verwenden Sie dann ein sauberes Wattestäbchen, um ein Schutzmittel auf die Augen und die enthaarte Haut aufzutragen, um ein Austrocknen zu verhindern. Als nächstes tragen Sie 5% Lidocain-Creme auf die Tibia auf, um den Bereich zu betäuben. Führen Sie eine 1/2-Zoll-26-Gauge-sterile Injektionsnadel durch den breitesten Teil des proximalen Teils des Tibiaknochens.

Sobald der Stabilisierungsstift gesichert ist, halten Sie die Nadel mit einem sterilen Hämostat und biegen Sie den Kunststoffteil, bis er abbricht, und legen Sie dann die Maus in Rückenlage. Stellen Sie sicher, dass die Maus noch sicher mit dem Nasenkonus verbunden ist, um die Anästhesie aufrechtzuerhalten. Führen Sie den Tibiastift mit einer sterilen Pinzette in einen Metall-Krokodilklemmen, so dass das Ende des Tibiastifts von der Krokodilklemme gehalten wird.

Bewegen Sie den verstellbaren Arm der Krokodilklemme, um sicherzustellen, dass der Fuß der Maus auf der Fußplatte des DART-Geräts platziert ist. Befestigen Sie den Fuß der Maus mit Laborklebeband auf der Fußplatte des DART-Geräts. Stellen Sie sicher, dass der Fuß in einem 90-Grad-Winkel in Bezug auf die lange Achse des Maus-Tibiaknochens platziert ist.

Platzieren Sie eine 18 Gauge 1,5 = Zoll lange Injektionsnadel durch die vorgebohrten Löcher am Winkelmesser des DART-Geräts, um einen Plantarflexionsstopp zu erzeugen, und legen Sie dann die Fußplatte auf den Plantarflexionsstopp. Um die Elektrodenplatzierung zu optimieren, platzieren Sie eine bipolare, transkutane und NMES-Elektrode auf dem inferolateralen Aspekt des Mauskniegelenks. Verwenden Sie einen elektrischen Laborstimulator, um einzelne Impulse von 1 Hertz anzuwenden, um den Fibulanaste des Ischiasnervs zu stimulieren.

Beobachten Sie den Tibialis anterior oder den TA-Bauchmuskel und die Sehne auf Hinweise auf elektrisch ausgelöste Zuckenkontraktionen. Befestigen Sie nun die Naht an der Bodenplatte des Dynamometers und optimieren Sie dann die Amplitude der vom NMES-Stimulator ausgehenden Spannung, so dass NMES auf den gemeinsamen Fibulanerv und den TA-Muskel beschränkt ist. Um den Stimulator so einzustellen, dass er wiederholte Pulsfolgen erzeugt, stellen Sie die Regler für die Pulsfrequenz auf 125 Hertz, die Zugdauer auf 500 Millisekunden und die Züge pro Sekunde auf 1 ein.

Schalten Sie den Kippschalter für sich wiederholende Impulszüge ein. Stellen Sie den Stimulator so ein, dass er Pulsfolgen mit einer Dauer von 500 Millisekunden erzeugt, die mit einer Ruhezeit von 500 Millisekunden zwischen den Pulsfolgen unterbrochen sind. Bewegen Sie den Plantarflexionsstopp zu dem Loch am Winkelmesser, das 160 Grad auf der Längsachse der Tibia entspricht.

Damit der TA-Muskel konzentrisch arbeiten kann, üben Sie in DART Widerstand aus, indem Sie ein geeignetes Gewicht wie 5 Gramm mit einer nicht elastischen Seidennaht aufhängen, die an die Fußplatte des DART-Geräts gebunden ist. Stellen Sie den Widerstand ein, indem Sie 50% Gewicht des 1-Wiederholungsmaximums anwenden. Stellen Sie sicher, dass der Fuß mindestens die Hälfte des verfügbaren aktiven Dorsalflexionsbereichs durchzieht.

Führen Sie einen einzigen DART-Trainingszyklus durch, der 1 Satz von 10 Wiederholungen konzentrischer Kontraktionen und eine 2-minütige Pause zwischen den Sätzen beinhaltet. Für das ISOM-Training platzieren Sie den Fuß der Maus um 160 Grad zur Längsachse der Tibia. Halten Sie die statische Position bei, indem Sie die Seidennaht auf die Fußplatte des Roboterdynamometers kleben.

Führen Sie ein einzelnes ISOM-Training durch, das 4 Sätze mit 10 Wiederholungen zu isometrischen Kontraktionen und eine 2-minütige Pause zwischen den Sätzen umfasst. Als postoperative Pflege für Mäuse sollten Sie Vorkehrungen treffen, um die Hygiene der trainierten Hinterbeine aufrechtzuerhalten und die Schmerzen an der Nadelstelle zu reduzieren. Histologische Veränderungen im TA-Muskel wurden nach 3 Tagen DART- oder ISOM-Training untersucht.

Hämatoxylin- und Eosin-Färbung zeigten, dass das Ausmaß der Muskelschädigung sowohl in DART- als auch in ISOM-Gruppen gering war, aber Muskelschäden in der ISOM-Gruppe etwas offensichtlicher waren. Wichtig ist, Kontraktionen in der vorderen Tibiamuskulatur gezielt anzuregen und den Widerstand, gegen den diese Muskeln beim dosisangepassten Widerstandstraining arbeiten müssen, präzise einzustellen. Nach diesem Verfahren werden die Forscher in der Lage sein, die Belastungstoleranz in Form von Anfälligkeit für Müdigkeit und Verletzungen durch wiederholte Muskelkontraktionen gegen Widerstand zu beurteilen.

Diese Technik kann in eine Vielzahl von Grundlagen- und präklinischen Forschungsanwendungen integriert werden, wie z.B. Studien an Mausmodellen, neuromuskulären Erkrankungen wie Muskeldystrophien und Mausmodellen von Sportverletzungen.