הפרוטוקול הנוכחי מתאר טכניקה ייחודית הנקראת אימון התנגדות מותאם מינון (DART), אשר ניתן לשלב במחקרי שיקום מדויקים המבוצעים בחיות קטנות, כגון עכברים.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
הפרוטוקול הנוכחי מתאר טכניקה ייחודית הנקראת אימון התנגדות מותאם מינון (DART), אשר ניתן לשלב במחקרי שיקום מדויקים המבוצעים בחיות קטנות, כגון עכברים.
אימוני התנגדות פרוגרסיביים (PRT), הכוללים ביצוע התכווצויות שרירים כנגד עומסים חיצוניים גדולים יותר ויותר, יכולים להגדיל את מסת השריר ואת כוחם אצל אנשים בריאים ובאוכלוסיות מטופלים. יש צורך בכלי שיקום מדויקים כדי לבחון את הבטיחות והיעילות של PRT כדי לשמור ו/או לשחזר מסת שריר וחוזק במחקרים פרה-קליניים על מודלים של בעלי חיים קטנים וגדולים. ניתן להשתמש במתודולוגיית PRT ובהתקן המתוארים במאמר זה כדי לבצע אימוני התנגדות מותאמים למינון (DART). מכשיר ה-DART יכול לשמש כדינמומטר עצמאי כדי להעריך באופן אובייקטיבי את מומנט ההתכווצות הקונצנטרי שנוצר על ידי דורסיפלקסורי הקרסול בעכברים או שניתן להוסיף אותו למערכת דינמומטריה איזוקינטית קיימת. ניתן לייצר את התקן ה- DART עם מדפסת תלת-ממד סטנדרטית המבוססת על ההוראות וקבצי הדפסה תלת-ממדית בקוד פתוח המסופקים בעבודה זו. המאמר מתאר גם את זרימת העבודה של מחקר להשוואת נזק שרירי הנגרם על ידי התכווצות הנגרמת על ידי התקף יחיד של DART לנזק לשרירים שנגרם על ידי התקף דומה של התכווצויות איזומטריות (ISOM) במודל עכבר של ניוון שרירים מסוג 2B/R2 (עכברי BLAJ). הנתונים של שמונה עכברי BLAJ (ארבעה בעלי חיים לכל מצב) מצביעים על כך שפחות מ-10% מהשריר הקדמי של הטיביאליס (TA) ניזוק מהתקף יחיד של DART או ISOM, כאשר DART היה פחות מזיק מ-ISOM.
פעילות גופנית מעניקה יתרונות בריאותיים רבים לשרירי השלד (נבדקו ב-Vina et al.1). באופן ספציפי, אימוני התנגדות פרוגרסיביים (PRT), הכוללים ביצוע התכווצויות שרירים כנגד עומסים חיצוניים גדולים יותר ויותר (למשל, משקולות, משקולות, מעגלי משקל גלגלות כבלים), ידועים כמסייעים בהגדלת מסת השריר והכוח הן אצל אנשים בריאים והן אצל אוכלוסיות מטופלים (נסקרו בפרסומים קודמים 2,3 ). PRT מבוסס על עקרון עומס היתר, הקובע כי כאשר השריר מתכווץ כנגד עומסים חיצוניים גדולים יותר ויותר, הוא מסתגל על ידי הגדלת שטח החתך הפיזיולוגי שלו, כמו גם כושר ייצור כוח4. דגמים קיימים של PRT במכרסמים כוללים טיפוס בסולם עם התנגדות המופעלת על הזנב, התכווצות משותפת של שרירי אגוניסט כנגד התנגדות של אנטגוניסטים, ריצה עם רתמה משוקללת, תרגיל סקוואט המעורר על ידי התחשמלות, והתנגדות לריצת גלגלים 5,6,7,8,9,10 (נסקרה בפרסומים קודמים 11,12 ). עם זאת, אין כיום כלי מחקר לביצוע PRT ממוקד שרירים ומותאם מינון מדויק בעכברים הדומים מאוד לשיטות ולמכשירים של PRT המשמשים במחקר קליני בבני אדםובפרקטיקה 12,13. זה מגביל את יכולתם של חוקרים לחקור את הבטיחות והיעילות של PRT במינון מדויק במחקרים בסיסיים ופרה-קליניים בעכברים.
כדי להתגבר על מחסום זה, מתודולוגיית PRT ומכשיר מפותחים במחקר זה בהתבסס על עיצובי מעגלי כבל-גלגלת-משקל המשמשים בציוד אימון התנגדות באולמות התעמלות מודרניים14,15,16. שיטה זו של PRT מכונה אימון התנגדות מותאם מינון (DART), והמכשיר נקרא התקן DART. בנוסף לפונקציונליות שלו ככלי אימון שיקום מדויק, מכשיר ה- DART יכול לשמש גם כמכשיר עצמאי להערכה אובייקטיבית של מומנט ההתכווצות הקונצנטרי המרבי שיכול להיווצר על ידי השריר הקדמי של טיביאליס (TA) בעכבר, בדומה לאופן שבו מקסימום החזרה האחת (1RM, העומס המרבי שניתן להרים בהצלחה / להזיז / ללחוץ / לכרוע רק פעם אחת תוך שמירה על צורה טובה) מוערך בבני אדם17, 18. ניתן גם להצמיד את מכשיר ה-DART לדינמומטר איזוקינטי שנבנה בהתאמה אישית או מסחרית כדי למדוד את שיא הכוח הטטני האיזומטרי המיוצר על ידי שריר ה-TA בעכבר (דומה להתכווצות רצונית מקסימלית [MVC] בבני אדם) ולאחר מכן לבצע PRT מותאם מינון עם התנגדות המבוססת על כוח הטטני המרבי (למשל, 50% מכוח השיא).
מאמר זה מתאר את בנייתו של התקן DART ומסביר כיצד ניתן להצמיד אותו לדינמומטר שנבנה בהתאמה אישית, אשר תואר בפרסומים קודמים 19,20,21,22, כדי להעריך מומנט התכווצות ולבצע DART. המחקר מתאר גם כיצד נעשה שימוש במכשיר DART כדי להשוות נזק לשרירים הנגרם כתוצאה מפעילות גופנית שנגרם על ידי התקף יחיד של DART (4 סטים של 10 התכווצויות מוטות צנטריות עם 50% 1RM) לנזק שנגרם על ידי התקף דומה של התכווצויות איזומטריות (4 קבוצות של 10 התכווצויות איזומטריות) במודל עכבר של ניוון שרירים מסוג 2B (LGMD2B, או LGMDR2)23,24. במודל העכבר שנחקר חסר חלבון בשם דיספרלין, הממלא תפקיד חשוב בהגנה על שרירי השלד מפני פגיעה בשרירים לאחר התכווצויות אקסצנטריות מזיקות 22,25,26,27,28,29,30 . כמו כן, הוכח בעכברים זכרים חסרי דיספרלין כי פעילות גופנית כפויה מוטה צנטרית אינה מזיקה כמו פעילות גופנית כפויה מוטה באופן אקסצנטרי, וכי חשיפה מוקדמת לאימונים מוטים באופן קונצנטרי מציעה הגנה מפני פציעה מפני התקף נוסף של התכווצויות מוטות אקסצנטריות22. מכיוון שהמחקר הנוכחי נערך כדי לבחון את ההיתכנות של מתודולוגיית ה-DART והמכשיר הנוכחיים בביצוע אימוני התנגדות מותאמי מינון ומוטה קונצנטרית, עכברים זכרים עם מחסור בדיספרלין נבחרו לחקירה כדי להשוות נתונים חדשים ממכשיר ה-DART לנתונים קודמים. במחקרים עתידיים, נקבות עכברי BLAJ ייכללו כדי לחקור את השפעת המין כמשתנה ביולוגי ביחס לתגובה ל-DART. עכברים שהיו בני ~ 1.5 נחקרו מכיוון שכבר יש להם שינויים דיסטרופיים בקבוצות שרירים רבות, ולכן מודל למצב הפתופיזיולוגי שבו השרירים עשויים להיות בחולים שכבר יש להם חולשת שרירים ובזבוז והם מחפשים טיפול שיקומי כדי לשמור על מסת שריר וכוח26.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הניסויים המתוארים במאמר זה אושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים (IACUC) באוניברסיטת ויין סטייט, דטרויט, מישיגן, ארה"ב, בהתאם למדריך לטיפול ושימוש בחיות מעבדה (1996, פורסם על ידי National Academy Press, 2101 Constitution Ave. NW, וושינגטון הבירה 20055, ארה"ב). ב6. עכברי A-Dysfprmd/GeneJ (עכברי BLAJ, זכרים, בני ~1.5 שנים) מדגם LGMD2B/R2 שימשו למחקר הנוכחי. העכברים התקבלו ממקור מסחרי (ראו טבלת חומרים).
1. תכנון לימודים
2. ייצור של התקן DART
3. הכנת עכברים ל-DART או ISOM
4. הדרכת DART או ISOM
5. טיפול פוסט-פרוצדורלי בעכברים
6. איסוף רקמות
7. מחקרים היסטולוגיים על רקמת שריר
8. ניתוחים סטטיסטיים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
עכברים זכרים של BLAJ, שהיו בני ~ 1.5 שנים, נחקרו. עכברי BLAJ מדגימים את מחלת השרירים האנושית, LGMD2B/R2. עכברים אלה רגישים במיוחד לפגיעה מאוחרת בשרירים כתוצאה מהתקף יחיד של התכווצויות שרירים אקסצנטריות22,29. עכברי BLAJ נבחרו, אם כן, למחקרים אלה כדי ללמוד אם ניתן לבצע DART באופן שאינו מזיק על ידי התאמה מדויקת של ההתנגדות שכנגדה שריר ה- TA צריך לעבוד באופן מוטה קונצנטרי. אם יימצא כי DART אינו פוגע בעכברי BLAJ, סביר להניח שהוא יהיה שימושי כצורה של אימון התנגדות לא מ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מאמר זה מציג הוראות שלב אחר שלב כיצד לבנות מכשיר לביצוע סוג של אימון שיקום מדויק הנקרא אימון התנגדות מותאם מינון (DART). העבודה מתארת גם את היישום של מכשיר ה-DART ואת המתודולוגיה במחקר אימון להשוואת נזק לשרירים 3 ימים לאחר התקף יחיד של DART (קבוצת DART) עם נזק 3 ימים לאחר התקף דומה של אימון איזומטרי (קבוצת ISOM).
השלבים הקריטיים בפרוטוקול הם בנייה נכונה של מכשיר DART 34,35, השלבים המדויקים הכרוכים בביצוע אימוני DART או ISOM, קציר ושימור בהקפאה נכונים של רקמת שריר, חיתוך נכון של רקמת שריר עם קר...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין אינטרסים כלכליים מתחרים.
מחקר זה מומן על ידי מענקים מקרן Jain Inc., R03HD091648 מ- NICHD, מענק פיילוט מ- AR3T תחת NIH P2CHD086843, פרס FRAP מ- EACPHS באוניברסיטת ויין סטייט, חבילת סטארט-אפ של הפקולטה מאוניברסיטת ויין סטייט, וקבלן משנה מ- 1R01AR079884-01 (פיטר ל. ג'ונס PI) ל- JAR. מחקר זה מומן גם על ידי מענק מחקר של האגודה האמריקאית לפיזיותרפיה - מישיגן (APTA-MI) ל-JMB, MEP ו-JAR. המחברים מודים לד"ר רנוקה רושה (פרופסור חבר, אוניברסיטת מזרח מישיגן, מישיגן) על כך שקראה את כתב היד באופן ביקורתי וסיפקה משוב. המחברים מודים למר אנסלם ד. מוטה על ייעוץ בנושא הדפסה בתלת-ממד. המחברים מודים למטופלים עם דיספרלינופתיות ששיתפו את סיפוריהם באתר האינטרנט של קרן ג'יין ב-https://www.jain-foundation.org/patient-physician-resources/patient-stories, ובמיוחד את חוויותיהם מפעילות גופנית.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| AnMiao Star 608 מיסב כדורי קרמי | Anmiao Star (N / A) | AMS127 | דיוק גבוה, מיסב גלגל חיכוך נמוך. אם היצרן והדגם אינם זמינים מסחרית, גרסה חלופית של מיסב גלגל 608 בעל חיכוך נמוך, קוטר קדח 8 מ"מ, קוטר חיצוני של 22 מ"מ, עם כדורי קרמיקה סיליקון ניטריד בבית נירוסטה 420 אמור להספיק. חיכוך עודף במיסב הגלגל ישפיע לרעה על הביצועים של מכשיר ה-DART ויגביר את ההתנגדות הכוללת להתכווצויות שרירים. |
| Axio Scope.A1 מיקרוסקופ | קרל זייס (פיבודי, MA) | מוצר #Axio היקף.A1 | מיקרוסקופ אור ופלואורסצנטי |
| B6. A-Dysfprmd/GeneJ (הידוע גם בעכברי BLAJ) | מעבדת ג'קסון (בר הרבור, מיין). מושבה מיוחדת המתוחזקת על ידי קרן ג'יין בע"מ עבור משתפי פעולה החוקרים דיספרלין. | מלאי #012767 | עכברים חסרי דיספרלין המדגימים ניוון שרירים מסוג 2B/R2. |
| אלקטרודה דו קוטבית, דרך העור, גירוי חשמלי עצבי-שרירי (NMES) | מכשיר הרווארד, הוליסטון, MA | BS4 50– 6824 | אלקטרודה ל-NMES. אם אלקטרודה זו אינה זמינה מסחרית, אנא צור קשר עם המחבר המתאים לקבלת חלופות. |
| צלחת צביעה קופלין | ThermoFisher (וולת'ם, מסצ'וסטס) | מס' קטלוגי S17495 | צלחת/צנצנת מכתים להמטוקסילין ואאוזין (H& ה) צביעה של קטעים |
| Cura 4.4.1. Software | Ultimaker, אוטרכט, הולנד | Ultimaker Cura 4.4.1. | תוכנת חיתוך להמרת קבצי סטריאוליתוגרפיה לקבצי G-CODE |
| כרית חימום ג'ל איזותרמית Deltaphase | Braintree Scientific (Braintree, MA) | פריט #39DP | כרית חימום למתן תמיכה תרמית לבעלי חיים בזמן הרדמה |
| Eosin Y | Millipore Sigma (ברלינגטון, MA) | HT110132-1L | כתם ציטופלזמי ורוד |
| גורילה סופר גלו | הגורילה גלו (סינסינטי, אוהיו) | גורילה סופר גלו מיקרו מדויק | ציאנואקרילט דבק לחיבור רכיבי PLA |
| תמיסת המטוקסילין, זימים מס' 3 | Millipore Sigma (ברלינגטון, MA) | GHS332-1L | כתם כחול כהה לגרעינים |
| HM525NX קריוסטט | ThermoFisher (וולת'אם, MA) | קטלוג #HM525NX | קריוסטט להכנת חלקים קפואים של |
| מגבוני מעבדת שרירים. קימברלי-קלארק Professional Kimtech Science Kimwipes מגבי משימות עדינים, 1 שכבות | ThermoFisher (וולת'אם, MA) | מס' קטלוג 06-666. יצרן #34120 | מגבוני מעבדה לניקוי שמן מינרלי מרקמת השריר לפני הקפאת הצמד ולמטרות אחרות. |
| Labview 2014 | National Instruments, אוסטין, טקסס, ארה"ב | Labview 2014 | תוכנה לתוכניות/שגרות כתובות בהתאמה אישית המפעילות את הדינמומטר ומפעילות את ממריץ NMES. |
| חנקן נוזלי HDPE Dewar צלוחיות | ThermoFisher (וולת'אם, MA) | S34074B. Thermo Scientific 41502000 / EMD | בקבוק להחזקת חנקן נוזלי להקפאת שריר או רקמות אחרות |
| קרם הסרת שיער קסם | Softsheen Carson (ניו יורק, ניו יורק) N | / A | קרם הסרת שיער ללא כתער קליפ |
| תנין מתכת | JINSHANGTOPK (עסק מבוסס אינטרנט) | 24 יחידות 51 מ"מ קליפ תנין מתכת מהדקי קפיץ מהדק | קפיץ להחזיק סיכת שוק |
| שקופיות מיקרוסקופ | גלובוס סיינטיפיק (מאווה, ניו ג'רזי) | 1354W. שקופיות זכוכית לבנה יהלום שקופיות | מיקרוסקופ טעונות |
| שמן מינרלי | ThermoFisher (וולת'אם, MA) | BP26291 | שמן מינרלי להגנה על רקמת השריר לפני הקפאת הצמד |
| נימה מדפסת תלת מימד פרימיום מונופרייס PLA | מונופרייס (ראנצ'ו קוקמונגה, קליפורניה) | #11778 | נימה מדפסת תלת מימד פרימיום PLA 1.75 מ"מ 1 ק"ג / סליל, אפור. זהו החומר המשמש להדפסת תלת מימד של רכיבי מכשיר. |
| מדפסת תלת מימד מונופרייס Select Mini V2 | מונופרייס (ראנצ'ו קוקמונגה, קליפורניה) | מימד Mini V2 | לייצור בעזרת מחשב של רכיבי המכשיר. |
| NIH Image Software | National Instritues of Health (NIH, Bethesda, MD) | NIH Image for Windows | תוכנת עיבוד וניתוח תמונה המשמשת לכימות אזור הנזק לשרירים. תמונת NIH ידועה גם בשם תמונה J. |
| Photoshop CS4 | Adobe (סן חוזה, קליפורניה) | Creative Suite (CS4). גרסת 64 סיביות עבור Windows | תוכנת עיבוד וניתוח תמונה המשמשת ליצירת תמונות אריחים/מחוררים של חתך שריר שלם מתמונות של שדות חופפים אינדיבידואליים |
| יחידת בידוד גירוי PSIU6 | Grass Instruments (West Warwick, RI) | יחידת | בידוד PSIU6יחידת בידוד ל-NMES. סטימולטורים, כגון דגם 4100 מבית A-M מגיעים עם יחידת בידוד גירוי מובנית |
| Roboz 4-0 משי חומר תפר קלוע שחור | Roboz Surgical (Gaithersburg, MD) | Roboz Surgical SUT152 | לחיבור לוחית הרגל של מכשיר DART ללוחית הרגל של דינמומטר או התנגדות לאימוני התנגדות |
| S48 ממריץ דופק מרובע | מכשירי דשא (ווסט וורוויק, רוד איילנד) | S48 ממריץ | סטימולטור חשמלי מעבדתי ל-NMES. אם ממריץ זה אינו זמין מסחרית, ממריץ מבודד בהספק גבוה מדגם 4100 ממערכות A-M יכול להוות חלופה. אנא צרו קשר עם המחבר השותף ג'ונס למידע נוסף. |
| סקוט" s מגיב כחול | Ricca Chemical Company (ארלינגטון, טקסס) | 6697-32 | תמיסת Bluing המעצימה את הצביעה הגרעינית של המטוקסילין |
| SigmaStat גרסה 3.5 | תוכנת Systat (סן חוזה, קליפורניה) | SigmaStat גרסה 3.5 | חבילת תוכנה סטטיסטית לניתוחים סטטיסטיים |
| וופורייזר איזופלורן שולחני | VetEquip (ליברמור, קליפורניה) | פריט #901801 | מערכת |
| הרדמה שולחנית בשאיפהמשחת עזרה ראשונה אנטיביוטית משולשת | מוצרי בריאות גלובליים (עסק מבוסס יום רביעי) | משחת עזרה ראשונה אנטיביוטית משולשת גלובוס, 1 אונקיה (2 אריזות) משחה אנטיביוטית לעזרה ראשונה | משחה אנטיביוטית המיושמת על סיכת השוקה כחלק מהטיפול שלאחר ההליך |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.