Name: マウスにおける膝伸張筋機能のインビボ測定 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-03-04T14:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 29 s
Description: 学ぶマウスの膝伸張筋機能の非侵襲的インビボ測定法。電気刺激による等尺性最大強直トルク測定で、筋骨格系疾患や損傷の前臨床モデルにおける縦断的評価と機能的エンドポイントの提供に有用です。

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ロサリオ・マロトの技術支援に感謝します。本論文で報告された研究は、国立衛生研究所の国立関節炎・筋骨格・皮膚疾患研究所が、賞番号R01 AR072061(CSF)の下で支援しました。コンテンツは著者の責任であり、必ずしも国立衛生研究所の公式見解を表すものではありません。

すべての実験手順は、ケンタッキー大学の制度的動物の世話と使用委員会によって承認されました。
1. 機器のセットアップ
<ol><li>メーカー仕様ごとに機械が接続されていることを確認します。</li>
	<li>まだ設置されていない場合は、300D-305C-FPモーターを膝延長装置付きの809C動物プラットフォームに取り付けます。</li>
	<li>ウォーターポンプを37°Cに切り、プラットフォームの加熱を開始します。</li>
	<li>コンピュータがまだオンでない場合は、コンピュータの電源を入れ、その後にハイパワーバイフェーズ刺激装置と2チャンネルデュアルモードレバーシステムをオンにします。</li>
	<li>最大充填ラインに気化器にイオブルランを注ぎます。</li>
</ol>2. ソフトウェアのセットアップ
<ol><li>ソフトウェアを開きます (詳細は 、資料の表に記載)。</li>
	<li>インスタント刺激機能をライブデータモニタと組み合わせて使用してプローブの配置を最適化するには(手順4)、[ 実験の準備 ]、[ インスタントスティムの設定 ](図1)を選択します。 パルス周波数 (Hz)を125、 パルス幅 (ms)を0.2、 パルス数 を1、 トレイン周波数 (Hz)を0.5、 実行時間 (s)を120に設定します。</li>
	<li>[ ファイル] を 選択し、 ライブ データ モニタを開きます。</li>
	<li>twitch(ステップ5)およびトルク周波数(ステップ6)実験を行うために、適切なツイッチおよび膝の延長トルク周波数実験を含む、以前にプログラムされた研究を選択します(ステップ5とステップ6で後述)。<ol>
<li>適切な実験用マウスまたは 新しい動物を追加 を選択し、トルクデータと一緒に保存する対応するマウス情報を入力します。</li>
		<li>次の実験または前の実験を選択して、twitch プロトコルからトルク周波数シーケンスに移行します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. マウスの設定
<ol><li>麻酔室にマウスを入れます。</li>
	<li>酸素タンクバルブを放出し、酸素流量を1 L/minに2.5%のイオブルランで設定します。</li>
	<li>完全に無意識になるまで、蓋をしっかりと閉じた状態で、マウスがチャンバーに残っていることを確認します。足指のピンチで不在の足の反射によって意識の完全な喪失を確認する。</li>
	<li>麻酔マウスを、2.5%のイオブルランで1 L/minの酸素流量で加熱されたプラットフォーム上の頭をノセコンに置いて、上の位置に麻酔を入れます。</li>
	<li>右後肢から髪を剃る電気バリカンを使用します。アルコール拭きと小さな真空で剃った領域から髪を取り除きます。後肢とプラットフォームから離れて髪をきれいに取り除きます。</li>
	<li>上肢をしっかりと締め付け、後部を膝に固定する(図2)。 メモ:膝の動きの範囲が妨げられていないことを確認してください。</li>
	<li>下肢を膝伸張装置に入れ、前脛目が調節可能なプラスチック片に軽く触れます( フォースインチャンネル の読み取り値は0〜-1.0 mN*mの間で読み取る必要があります)。マウスの下肢の大きさに応じて、手術用テープを調節可能なプラスチック片の下部に巻き付けて脚をしっかりと休ませることができる。 注: カスタムで製作されたプラスチック片の詳細な画像と寸法を 補足図 1に示します。</li>
	<li>プラットフォーム上でノブを調整して、膝が60°に曲がっていることを確認します。</li>
	<li>マウスの胴体の上に軽くテープを置き、膝の伸張を最大限に抑える補正の動きを防ぎます。</li>
</ol>4. 電極配置
<ol><li>電極を、四頭筋/膝伸筋の真上の膝に2〜4mm近位に置く(図2)。電極は約1〜2mm離れている必要があります。</li>
	<li>電極の最適な配置を決定するには、ライブデータモニタを使用してインスタント刺激機能を利用します。膝の延長を確認するために、反復ぴくぴくのアンペレージ/電流を50 mAに設定します(膝の伸張器は負のツイッチ曲線を生成します)。インスタント刺激中にプローブを調整して、ライブデータモニタウィンドウで測定した最大の膝延長ツイッチトルクを達成します。 注: 図3 は、膝の延長を確認する、 代表的なインスタント刺激 出力を示しています。 補足ビデオ1 と 補足ビデオ2 は、リアルタイムおよびスローモーション膝の伸縮器を、運動アームを所定の位置に置かずに示し、膝の延長を視覚的に確認することができます。</li>
	<li>インスタント刺激で繰り返しぴくぴくしている間に、人差し指で膝の屈筋を触診して、アンタゴニストの筋肉の活性化を確認しません。膝の伸張器を最大限に刺激するためには、マウスの体組成や大腿神経および膝伸筋の運動点の正確な位置のわずかな解剖学的な違いによって、プローブの再配置が必要な場合があります。 注:筋肉運動ポイントは、神経の運動枝が筋肉腹に入る場所であり、電気伝導性に対する抵抗が最も少ないポイントであり、その後、電気刺激14、15に対する最高の応答性を持つポイントです。電気刺激を用いた臨床応用において、この点は、ペン電極でスキャンして、筋肉のけいれんが起こる筋肉の上の位置を、最も低い注入電流14,15で見つけることによって同定される。筋肉運動点の同定は、最適な神経筋電気刺激15を促進するために不可欠である。ヒト臨床試験では、筋肉筋14の遠位半分で四頭筋筋の筋肉運動ポイントが同定されている。マウスで最適な膝伸張刺激を達成するために、この技術は、一般的に膝拡張器の遠位半分に見られる最も近い筋肉運動ポイントの位置にインスタント刺激と電極配置を使用して再現された。電極配置には、最大トルクをもたらす(比較的表面的なものから深いまで)ある程度のばらつきがあり、瞬時刺激機能は最適な電極配置を促進します。</li>
</ol>5. 最適電流の決定
<ol><li>最適なプローブ配置が決定されたら、一連の進行性のツイッチを実行して、トルク周波数実験に使用する最適なアンパージ/電流を決定し、最大のツイッチトルク出力を達成するために最も低い電流を決定することを目標としています。現在の設定を 50 mA から開始し、[ 実験を実行 ] を選択して 1 つのトゥイッチを生成します。[ 結果を分析] を選択して、トルク出力を表示します。[ 最大力 ]の下に表示されるツイッチトルクを、ベースラインを減算して記録します。 注: フォース チャネル を反転して、測定値を負のトルクから正のトルクに変換するオプションを選択します。</li>
	<li>電流を60~70mAに上げ、けいれん実験を繰り返します。[ 最大力 ]の下に表示されるツイッチトルクを、ベースラインを減算して記録します。</li>
	<li>この方法で一連のけいれん実験を続けます(各進行で約10〜20 mAを増加させる)、ツイッチトルクが増加しなくなるまで(プラトーまたは減少し始める) 。twitch シリーズの例を 表 1に示します。</li>
	<li>最高のツイッチトルクが達成された最低電流を記録します。この電流は、今後の力周波数実験中に使用され、一定のままです。 図4 は代表的なピークのツイッチを示す。</li>
</ol>6. ピーク等角体のテタニクトルクを決定するトルク周波数実験
<ol><li>ソフトウェア( 資料表を参照)で、膝の拡張を確実に行うための事前にプログラムされたトルク周波数実験を選択し、次の設定を行います。刺激期間:0.35 s、周波数シーケンス:10 Hz、40 Hz、120 Hz、150 Hz、180 Hz、200 Hz、パルス/収縮間の休憩期間:120 s 注: サンプリング レートは 10,000 Hz です(デフォルト設定)。</li>
	<li>
実験を実行し、 結果を分析し、各周波数で、ベースラインを減算して[最大力]の下に表示されるトルクを手動で記録します(膝の伸長収縮が負のトルクを生じるので、力チャネルが反転していることを確認してください)。ピークアイソメトリックテタニックトルクとして最高の最大力値に注意してください。表 2 および 図5 に示すトルク周波数データの例は、120Hzで達成されたピーク等角体テタニックトルク出力の代表破傷風曲線を示す。</li>
</ol>7. 実験終了
<ol><li>トルク周波数実験が完了したら、フォローアップのツイッチを実行し、同じ電流で最初のピークツイッチと比較して、損傷/疲労を評価します。 注:傷害および疾患のいくつかのモデルでは、骨格筋の脂肪性の増加が期待され、実験的なセットアップまたはマウスの問題を構成していません。</li>
	<li>すべてのトルク測定が完了したら、電極プローブを静かに取り外し、膝のクランプを解除します。</li>
	<li>イオブルランをオフにし、鼻コーンからマウスを取り外します。</li>
	<li>マウスを、ウォーミングパッドの上に置かれた適切なケージに戻します。マウスが回復し、意識を取り戻すように監視します。 注:マウスは2〜3分以内に意識し、移動する必要があります。</li>
</ol>8. データ分析
<ol><li>実験後に解析ソフトウェアからデータを抽出します(「 材料表」を参照)。<ol>
<li>分析ソフトウェアを開きます。</li>
		<li>[ソフトウェアから データを取得 ]を選択します。</li>
		<li>実験を実行した日付と適切なマウス コードを選択します。</li>
		<li>目的の周波数を選択します(すべてのツイッチ実験とトルク周波数実験の各周波数が一覧表示されます)。</li>
		<li>[筋肉解析]を選択します。</li>
		<li>[ベースライン補正を使用] がオンになっていることを確認します。 注: ベースライントルクは、ソフトウェアによって、絶対最大トルク値からサンプリングおよび減算された最初の 100 ポイントの平均として計算されます。</li>
		<li>[ 最大値] の下に表示されているトルク値を記録します。 注: ここに示すデータはフィルタ処理されません。ただし、必要に応じて、ソフトウェアでフィルタを選択できます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>または、ステップ6.2で前述したように、結果の解析ウィンドウを使用して、各トルク周波数点/収縮時に、最大力下に表示されるトルク出力をリアルタイムで手動で記録します。<ol>
<li>ベースラインが減算され、強制チャネルが反転されていることを確認します。</li>
		<li>体重正規化計算(グラム単位のトルク/体重)と関心のあるグラフ化と統計分析のためのスプレッドシートにデータを入力します。統計ソフトウェアは、トルク-周波数曲線のグラフ化と曲線下面積の計算を目的として使用されました。 注: トルクデータは mN.m(ミリニュートンメートル)で測定されます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>破傷風曲線を生成するには、解析ソフトウェアから各周波数から完全なデータをエクスポートします。<ol>
<li>上記の手順 8.1.1 ~ 8.1.4 を繰り返します。</li>
		<li>[ データのエクスポート ]を選択します。</li>
		<li>[ 未加工のフィルターデータ] を 選択し、選択した場所に保存します。MATLAB は、エクスポートされたテキストファイルから破傷風曲線を生成したり、さらに解析を行ったりするために使用できます。 メモ:テキストファイルから破傷風曲線を生成するMATLABコードは、要求に応じて利用可能です。</li>
	</ol>
</li>
</ol>9. デュアルモードレバーシステムキャリブレーション
<ol><li>最初の使用前にシステムを較正して正確で信頼性の高いデータを確保し、データ収集ソフトウェアと既知の重みを使用して定期的にキャリブレーションを繰り返します。<ol>
<li>データ収集ソフトウェアを開きます。</li>
		<li>[設定] タブ をクリックし、[ チャネルセットアップ] を選択します。</li>
		<li>[マイインスツルメンツ] の下に表示されている[305C-FP]を選択します。</li>
		<li>[ 選択したキャリブレーション] をクリックして 、[キャリブレーションエディタ] ウィンドウを開きます。</li>
		<li>長さを校正するには、負と正の両方の電圧(例えば、-3、-2、-1、0、1、2、3 V)を含む一連のテスト電圧を入力します。<ol>
<li>最初の行の [設定 ] をクリックします。</li>
			<li>[ 読み取り] をクリックします。</li>
			<li>レバーアームの正確な長さをミリメートル単位で測定し、対応するボックスに入力します。</li>
			<li>次の電圧に対して繰り返します。</li>
			<li>すべての電圧を記録した後、[ 計算係数 ](mm/ボルト単位で記録)をクリックします。</li>
		</ol>
</li>
		<li>で力を較正するために、線形進行において増加する一連の既知の重みを利用する。<ol>
<li>レバーアームをベンチトップに平行にして、端に吊り下げて重みが垂れるように、ベンチまたはテーブルの端に置くようにモーターを調整します。</li>
			<li>ゴムバンドを使用してレバーアームから最初の重量を掛けます。[ 適用力]で、ゴムバンドの質量を考慮したグラムで既知の重量を入力します。</li>
			<li>[ 読み取り ] を選択します。</li>
			<li>最低 3 つの既知の重みについて繰り返します。</li>
			<li>[ 計算係数]を選択します。</li>
			<li>計算を検証するには、[計算をプロット]を選択して、キャリブレーション データとカーブフィット をプロットします。</li>
		</ol>
</li>
		<li>力を調整するには、キャリブレーション電圧(最大10ボルト)を入力します。<ol>
<li>キャリブレーション電圧の横にある[設定]をクリックします。</li>
			<li>各電圧ラインに対して繰り返します。</li>
			<li>フォースアウトが変化しなくなり、モーターアームが動き始めるまで、指でレバーアームに静かに圧力をかけます。</li>
			<li>この位置を維持します。[ 読み取り ] を選択します。</li>
			<li>各電圧ラインに対して繰り返します。</li>
			<li>[ 計算係数]を選択します。</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Brightwell, C. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Moderate-intensity+aerobic+exercise+improves+skeletal+muscle+quality+in+older+adults%5BTitle%5D)+AND+%22Translational+Sports+Medicine%22%5BJournal%5D)">Moderate-intensity aerobic exercise improves skeletal muscle quality in older adults.</a> Translational Sports Medicine. 2 (3), 109-119 (2019).</li>
<li>Moro, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Muscle+protein+anabolic+resistance+to+essential+amino+acids+does+not+occur+in+healthy+older+adults+before+or+after+resistance+exercise+training%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nutrition%22%5BJournal%5D)">Muscle protein anabolic resistance to essential amino acids does not occur in healthy older adults before or after resistance exercise training.</a> Journal of Nutrition. 148 (6), 900-909 (2018).</li>
<li>Angelozzi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rate+of+force+development+as+an+adjunctive+outcome+measure+for+return-to-sport+decisions+after+anterior+cruciate+ligament+reconstruction%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Orthopedic+Sports+Physical+Therapy%22%5BJournal%5D)">Rate of force development as an adjunctive outcome measure for return-to-sport decisions after anterior cruciate ligament reconstruction.</a> Journal of Orthopedic Sports Physical Therapy. 42 (9), 772-780 (2012).</li>
<li>Kalyani, R. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quadriceps+strength%2C+quadriceps+power%2C+and+gait+speed+in+older+U.S.+adults+with+diabetes+mellitus%3A+results+from+the+National+Health+and+Nutrition+Examination+Survey%2C+1999-2002%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+American+Geriatric+Society%22%5BJournal%5D)">Quadriceps strength, quadriceps power, and gait speed in older U.S. adults with diabetes mellitus: results from the National Health and Nutrition Examination Survey, 1999-2002.</a> Journal of American Geriatric Society. 61 (5), 769-775 (2013).</li>
<li>Culvenor, A. G., Ruhdorfer, A., Juhl, C., Eckstein, F., Øiestad, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Knee+extensor+strength+and+risk+of+structural%2C+symptomatic%2C+and+functional+decline+in+knee+osteoarthritis%3A+A+systematic+review+and+meta-analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Arthritis+Care+Res+%28Hoboken%29%22%5BJournal%5D)">Knee extensor strength and risk of structural, symptomatic, and functional decline in knee osteoarthritis: A systematic review and meta-analysis.</a> Arthritis Care Res (Hoboken). 69 (5), 649-658 (2017).</li>
<li>Abramowitz, M. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Skeletal+muscle+fibrosis+is+associated+with+decreased+muscle+inflammation+and+weakness+in+patients+with+chronic+kidney+disease%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Physiology+and+Renal+Physiology%22%5BJournal%5D)">Skeletal muscle fibrosis is associated with decreased muscle inflammation and weakness in patients with chronic kidney disease.</a> American Journal of Physiology and Renal Physiology. 315 (6), 1658-1669 (2018).</li>
<li>Arentson-Lantz, E. J., English, K. L., Paddon-Jones, D., Fry, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fourteen+days+of+bed+rest+induces+a+decline+in+satellite+cell+content+and+robust+atrophy+of+skeletal+muscle+fibers+in+middle-aged+adults%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physiology%22%5BJournal%5D)">Fourteen days of bed rest induces a decline in satellite cell content and robust atrophy of skeletal muscle fibers in middle-aged adults.</a> Journal of Applied Physiology. 120 (1985), 965-975 (2016).</li>
<li>Pratt, S. J. P., Lovering, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+stepwise+procedure+to+test+contractility+and+susceptibility+to+injury+for+the+rodent+quadriceps+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biological+Methods%22%5BJournal%5D)">A stepwise procedure to test contractility and susceptibility to injury for the rodent quadriceps muscle.</a> Journal of Biological Methods. 1 (2), (2014).</li>
<li>Kamekura, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Osteoarthritis+development+in+novel+experimental+mouse+models+induced+by+knee+joint+instability%5BTitle%5D)+AND+%22Osteoarthritis+Cartilage%22%5BJournal%5D)">Osteoarthritis development in novel experimental mouse models induced by knee joint instability.</a> Osteoarthritis Cartilage. 13 (7), 632-641 (2005).</li>
<li>Kwok, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Histopathological+analyses+of+murine+menisci%3A+implications+for+joint+aging+and+osteoarthritis%5BTitle%5D)+AND+%22Osteoarthritis+Cartilage%22%5BJournal%5D)">Histopathological analyses of murine menisci: implications for joint aging and osteoarthritis.</a> Osteoarthritis Cartilage. 24 (4), 709-718 (2016).</li>
<li>Glasson, S. S., Blanchet, T. J., Morris, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+surgical+destabilization+of+the+medial+meniscus+%28DMM%29+model+of+osteoarthritis+in+the+129%2FSvEv+mouse%5BTitle%5D)+AND+%22Osteoarthritis+Cartilage%22%5BJournal%5D)">The surgical destabilization of the medial meniscus (DMM) model of osteoarthritis in the 129/SvEv mouse.</a> Osteoarthritis Cartilage. 15 (9), 1061-1069 (2007).</li>
<li>Christiansen, B. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Musculoskeletal+changes+following+non-invasive+knee+injury+using+a+novel+mouse+model+of+post-traumatic+osteoarthritis%5BTitle%5D)+AND+%22Osteoarthritis+Cartilage%22%5BJournal%5D)">Musculoskeletal changes following non-invasive knee injury using a novel mouse model of post-traumatic osteoarthritis.</a> Osteoarthritis Cartilage. 20 (7), 773-782 (2012).</li>
<li>Wurtzel, C. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pharmacological+inhibition+of+myostatin+protects+against+skeletal+muscle+atrophy+and+weakness+after+anterior+cruciate+ligament+tear%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Orthopedic+Research%22%5BJournal%5D)">Pharmacological inhibition of myostatin protects against skeletal muscle atrophy and weakness after anterior cruciate ligament tear.</a> Journal of Orthopedic Research. 35 (11), 2499-2505 (2017).</li>
<li>Botter, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atlas+of+the+muscle+motor+points+for+the+lower+limb%3A+implications+for+electrical+stimulation+procedures+and+electrode+positioning%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Applied+Physiology%22%5BJournal%5D)">Atlas of the muscle motor points for the lower limb: implications for electrical stimulation procedures and electrode positioning.</a> European Journal of Applied Physiology. 111 (10), 2461-2471 (2011).</li>
<li>Gobbo, M., Maffiuletti, N. A., Orizio, C., Minetto, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Muscle+moter+point+identification+is+essential+for+optimizing+neuromuscular+electrical+stimulation+use%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroengineering+and+Rehabililitation%22%5BJournal%5D)">Muscle moter point identification is essential for optimizing neuromuscular electrical stimulation use.</a> Journal of Neuroengineering and Rehabililitation. 11, 17(2014).</li>
<li>Neelakantan, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Small+molecule+nicotinamide+N-methyltransferase+inhibitor+activates+senescent+muscle+stem+cells+and+improves+regenerative+capacity+of+aged+skeletal+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Biochemical+Pharmacology%22%5BJournal%5D)">Small molecule nicotinamide N-methyltransferase inhibitor activates senescent muscle stem cells and improves regenerative capacity of aged skeletal muscle.</a> Biochemical Pharmacology. 163, 481-492 (2019).</li>
<li>Kline, P. W., Morgan, K. D., Johnson, D. L., Ireland, M. L., Noehren, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impaired+quadriceps+rate+of+torque+development+and+knee+mechanics+after+anterior+cruciate+ligament+reconstruction+with+patellar+tendon+autograft%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Sports+Medicine%22%5BJournal%5D)">Impaired quadriceps rate of torque development and knee mechanics after anterior cruciate ligament reconstruction with patellar tendon autograft.</a> American Journal of Sports Medicine. 43 (10), 2553-2558 (2015).</li>
<li>Hiemstra, L. A., Webber, S., MacDonald, P. B., Kriellaars, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Knee+strength+deficits+after+hamstring+tendon+and+patellar+tendon+anterior+cruciate+ligament+reconstruction%5BTitle%5D)+AND+%22Medicine+and+Science+in+Sports+and+Exercise%22%5BJournal%5D)">Knee strength deficits after hamstring tendon and patellar tendon anterior cruciate ligament reconstruction.</a> Medicine and Science in Sports and Exercise. 32 (8), 1472-1479 (2000).</li>
<li>Park, K. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ex+vivo+assessment+of+contractility%2C+fatigability+and+alternans+in+isolated+skeletal+muscles%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Ex vivo assessment of contractility, fatigability and alternans in isolated skeletal muscles.</a> Journal of Visualized Experiments. (69), e4198(2012).</li>
<li>MacIntosh, B. R., Esau, S. P., Holash, R. J., Fletcher, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Procedures+for+rat+in+situ+skeletal+muscle+contractile+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Procedures for rat in situ skeletal muscle contractile properties.</a> Journal of Visualized Experiments. (56), e3167(2011).</li>
<li>Chiu, C. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-invasive+muscle+contraction+assay+to+study+rodent+models+of+sarcopenia%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Musculoskeletal+Disorder%22%5BJournal%5D)">Non-invasive muscle contraction assay to study rodent models of sarcopenia.</a> BMC Musculoskeletal Disorder. 12, 246(2011).</li>
<li>Mintz, E. L., Passipieri, J. A., Lovell, D. Y., Christ, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applications+of+in+vivo+functional+testing+of+the+rat+tibialis+anterior+for+evaluating+tissue+engineered+skeletal+muscle+repair%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Applications of in vivo functional testing of the rat tibialis anterior for evaluating tissue engineered skeletal muscle repair.</a> Journal of Visualized Experiments. (116), e54487(2016).</li>
<li>Gerlinger-Romero, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-invasive+assessment+of+dorsiflexor+muscle+function+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Non-invasive assessment of dorsiflexor muscle function in mice.</a> Journal of Visualized Experiments. (143), e58696(2019).</li>
<li>Davis, C. C., Ellis, T. J., Amesur, A. K., Hewett, T. E., Di Stasi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improvements+in+knee+extension+strength+are+associated+with+improvements+in+self-reported+hip+function+following+arthroscopy+for+femoroacetabular+impingement+syndrome%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Sports+Physical+Therapy%22%5BJournal%5D)">Improvements in knee extension strength are associated with improvements in self-reported hip function following arthroscopy for femoroacetabular impingement syndrome.</a> International Journal of Sports Physical Therapy. 11 (7), 1065-1075 (2016).</li>
<li>Omori, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quadriceps+muscle+strength+and+its+relationship+to+radiographic+knee+osteoarthritis+in+Japanese+elderly%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Orthopedic+Science%22%5BJournal%5D)">Quadriceps muscle strength and its relationship to radiographic knee osteoarthritis in Japanese elderly.</a> Journal of Orthopedic Science. 18 (4), 536-542 (2013).</li>
<li>Wilk, K. E., Romaniello, W. T., Soscia, S. M., Arrigo, C. A., Andrews, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+relationship+between+subjective+knee+scores%2C+isokinetic+testing%2C+and+functional+testing+in+the+ACL-reconstructed+knee%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Orthopedic+Sports+and+Physical+Therapy%22%5BJournal%5D)">The relationship between subjective knee scores, isokinetic testing, and functional testing in the ACL-reconstructed knee.</a> Journal of Orthopedic Sports and Physical Therapy. 20 (2), 60-73 (1994).</li>
<li>Bobowik, P., Wiszomirska, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diagnostic+dependence+of+muscle+strength+measurements+and+the+risk+of+falls+in+the+elderly%5BTitle%5D)+AND+%22Internation+Journal+of+Rehabilitation+Research%22%5BJournal%5D)">Diagnostic dependence of muscle strength measurements and the risk of falls in the elderly.</a> Internation Journal of Rehabilitation Research. 43 (4), 330-336 (2020).</li>
</ol>

マシュー・ボルコフスキは、調査結果の恩恵を受ける可能性のあるオーロラ・サイエンティフィック社に採用されており、同社のエグゼクティブでもあります。

げっ歯類モデルにおける筋機能の測定と分析は、運動、傷害、疾患および治療治療で観察される組織学的および分子骨格筋適応に関する翻訳的かつ有意義な推論を行うために不可欠である。我々は、市販の機器を使用してマウスで膝伸筋の最大強度を確実かつ繰り返し評価する方法を実証し、前脛管で下肢を保持する調節可能なプラスチック片が複製可能な唯一のカスタム捏造部分である。
一般的な機能評価ツールは、気流疲労、ロタロッド性能試験、転位クリングテスト、グリップ強度テストなど、同じマウス内の物理的性能を繰り返し評価するために広く使用されてきました。しかし、有益ながら、これらの評価は、これらの物理的なパフォーマンス対策に関連する神経筋機能の尋問を難読化することができる心肺および行動成分を含む。さらに、持久力、協調、およびバランスの要素は、様々なレベルにこれらの機能評価の多くで存在し、筋力に対する明確な解釈を制限する。げっ歯類の筋肉の力を産生する能力は、インビトロ、その場、または生体内で測定することができる。各アプローチには、相対的な利点と制限があります。具体的には、インビトロ評価により、筋肉は完全に単離され、灌流またはインナーブ19からの影響がないように動物の体から取り除かれる。これは、収縮能力を確認するために十分に制御された環境をもたらすが、テスト中に酸素と栄養素の受動的な拡散に依存して研究されている筋肉のサイズを制限します。.その場での検査では、筋肉の内挿と血液供給を維持するが、インビトロ試験20と同様に、単数形の末端評価に限定される。最後に、生体内試験は、筋肉を電気的に刺激するために運動神経の近くに挿入された経皮電極を用いて、そのネイティブ環境に残っている筋肉で最も侵襲性が低い。in vivo アプローチの強みは、時間 21、22、23の経緯度テストの可能性です。
ピーク筋収縮性のインビボ評価は、マウスの正常な解剖学および生理学がそのまま残り、介入前後または寿命を通して同じマウス上で方法を繰り返し行うことができるので、最適に最大強度を測定する。具体的には、マウスにおける膝伸張強度の生体内測定は、最大膝の延長トルクが一般的に測定され、様々な機能的および健康結果に相関を持つヒトにおける金標準強度試験24、25、26、27と考えられるように、ヒト研究に対する最大の翻訳関連性を有するマウス強度評価である.また、膝伸筋病理は、老化と同様に、無数の傷害および疾患1、2、4、5、6と共に観察されるが、これらの状態がマウスにおける膝伸筋強度に及ぼす影響を長い間評価することは容易に達成できなかった。
この方法は、膝の伸長ピークトルクを縦方向に決定するユーティリティを提供しますが、プロトコルの特定の制限を考慮する必要があります。40 Hz~120 Hzの低い周波数はトルク周波数プロトコルから除外され、損傷や病気を伴うトルク周波数曲線の左右のシフトを検出する能力が制限される可能性があります。しかし、このトルク周波数プロトコルを用いて、ACL傷害モデルにおける、及びC56BL/6野生型マウスと上流生理学的筋肉量のトランスジェニックマウスモデルとの間で、テタニックトルクのピークへの変化を検出することができた(図8)。我々は、筋肉収縮が電極をわずかに動かす可能性があるため、手や類似の装置を助けて電極を固定することが有益である可能性があることに注意してください。我々は、進行性の収縮を有する電極の明白な変位に注意しなかった。しかし、電極のわずかな動きの可能性は排除できず、筋肉刺激に影響を与える可能性があります。さらに、筋肉内筋電図(EMG)は、刺激プロトコルと組み合わせて行われませんでした。しかし、EMG測定の包含は、必要に応じて、目的の実験モデルに適して可能であり得る。
整形外科の損傷および疾患のマウスモデルにおける膝伸筋強度の評価は、臨床強度測定に有意な翻訳関連性を有する前臨床研究を促進する。当社のプロトコルは、任意の実験室にアクセス可能な市販の機器を有するマウスの最大膝伸筋強度の正確かつ繰り返し評価を可能にします。

骨格筋は、運動、栄養、怪我、病気、老化、および使用の無駄などの無数の刺激に応答して質量と構造に代償性の変化を伴う非常に適応性の高い組織です。ヒトにおける骨格筋適応を調査する多くの研究では、金標準強度評価がヒト被験者で容易に反復可能なため、骨格筋の大きさと機能への影響の両方を測定する方法が採用されています。
具体的には、膝の伸張器および屈筋の強さは臨床研究で最も評価される。膝伸筋強度の変化は、老化、運動、整形外科傷害、変形性膝関節症、慢性疾患、および1、2、3、4、5、6、7のヒト研究において広く報告されている。しかし、機械化げっ歯類研究における膝伸筋(四頭筋)強度を繰り返し非侵襲的に分析する方法は比較的限られている。ラットの筋肉収縮性を生体内四頭筋で判定する方法を、以前に開発した8;しかし、非商用機器の大規模な建設が必要です。膝の傷害/変形性関節症に続く筋骨格の結果を研究するために開発されたげっ歯類モデルの広さを考えると9、10、11、12、13は、四頭筋強度の非侵襲的評価の必要性が存在する。
さらに、骨格筋適応を支える分子メカニズムを調査するげっ歯類研究は、ラットと比較してマウスにおける薬物の低体重ベースの薬物の服用に関連する経済的費用の減少に伴う多くの薬理学的介入研究と同様に、遺伝子組み換えの単純さのためにマウスモデルを利用することが多い。マイナーチェンジを伴う市販の機器を使用して、同じマウスでのインビボ膝伸張機能を時間をかけて繰り返し測定する非侵襲的な方法を報告し、異なる実験室間での再現性を促進し、人間の強度結果とのより直接的な比較を提供する。

<table><tbody><tr><td>1300A:3-in-1全動物システム-マウスオー</td><td>ロラサイエンティフィックインコーポレイテッド</td><td>300D-305C-FP:カスタム膝伸展装置付きデュアルモードモーター、605A:ダイナミックマッスルデータ取得および分析システム、701C:電気刺激装置、809C:in-situマウス装置</td><td></td></tr><tr><td>6100ダイナミックマッスルコントロールLabBookソフトウェア</td><td>オーロラサイエンティフィックインコーポレイテッド</td><td>DMC v6.000</td><td></td></tr><tr><td>611Aダイナミック筋肉分析</td><td>オーロラサイエンティフィックインコーポレイテッド</td><td>DMA v5.501</td><td></td></tr><tr><td>BravMini バリカン</td><td>ウォールクリッパーコーポレーション</td><td>ASIN: B00IN24ILE</td><td></td></tr><tr><td>Eye Lube</td><td>Optixcare</td><td>商品番号: 142422</td><td></td></tr><tr><td>イソフルラン</td><td>コベトラス</td><td>NDC: 11695-6777-2</td><td></td></tr><tr><td>V-1 卓上実験動物麻酔システム</td><td>VetEquip 吸入麻酔システム</td><td>商品番号: 901806</td><td></td></tr><tr><td>Prism 8</td><td>GraphPad Software, LLC</td><td>Version 8.3.0 (328)</td><td></td></tr></tbody></table>

マウスにおける膝伸張筋機能のインビボ測定

In vivo Measurement of Knee Extensor Muscle Function in Mice

無数の条件と刺激に応答して骨格筋の可塑性は、負と陽性の両方の同時機能的適応を仲介する。クリニックと研究室では、最大筋力はヒトで縦方向に広く測定され、膝伸筋筋が最も報告された機能的な結果である。膝伸筋複合体の病理は老化、整形外科傷害、疾患、および使用の使用において十分に文書化されている。膝の伸張強度は、機能的能力と傷害リスクに密接に関連しており、膝の伸筋強度の信頼性の高い測定の重要性を強調しています。前臨床げっ歯類研究における膝伸筋強度の反復可能な、生体内評価は、変形性関節症または膝の損傷を探求する研究のための貴重な機能的エンドポイントを提供する。我々は、時間の間にマウスの膝伸張器の等角ピークテタニックトルクを繰り返し測定するためのin vivoおよび非侵襲的なプロトコルを報告する。我々は、同様の結果を生み出す複数のマウスで反復評価を伴う膝伸筋強度を測定するために、この新しい方法を用いて一貫性を実証する。

トルク周波数曲線は、比較的低いトルクの複数の孤立した等角線のツイッチを生成するために低い周波数を利用し、ますます高い周波数を経て進行し、ピークテタニックトルクが得られる等角体破傷風収縮のためのぴくひびの融合をもたらす。膝延長ピークテタニックトルクのための提示されたプロトコルは、力周波数曲線が3つの孤立したツイッチを引き出す10 Hzで開始する。ツイッチの部分的な融合は40Hzで起こり、120~180Hzの間でピークテタニックトルクに達する(図5)。
図6は、雌C57BL/6マウスからの代表的な膝伸張トルク周波数曲線を示す。3つの別々のマウスをベースラインで試験し、実験を2週間後に各マウスで繰り返し、再現性を評価する比較を行った。トルク-周波数曲線は、生のトルク値(図6A)と、マウスの体重に正規化された生のトルク値(図6B)で示されています。繰り返し観察すると、実験の間に2週間の休息期間を持つ3匹のマウスすべてで同等の結果が示される。体重のわずかな変動が機能出力に影響を与える可能性があり、生トルクだけでは考慮されないので、体重正規化されたトルクデータは、生のトルクに加えて考慮する必要があります。さらに、体重正規化されたトルクデータは、様々なサイズのマウスの比較を容易にする。トルクは、以前に示したように、筋肉のぬれた重量または筋繊維の断面領域に正規化することができます。
図7A は、4つの別々のC57BL/6マウスに対する完全なトルク周波数実験(10Hz、40Hz、120 Hz、150 Hz、180 Hz、200Hz)の体重正規化等角トルクデータを使用して曲線下の領域を示し、同じマウス内で繰り返し実験を行った場合の5.6%から8.8%の間の同様の総トルク出力と変動係数を強調しています。データは、120~200 Hzの破傷風等角体収縮の最大トルク値である、ピークテタニックトルク(図7B)として最も単純に報告されます。テタニクトルク出力のピークは、6~8ヶ月齢の雌のC57BL/6マウス(図7B)に匹敵し、同じマウス内で縦方向評価を行い、4.8%から8.7%の変動係数を有する。ピークテタニックトルクは、人間の研究におけるゴールドスタンダード強度評価に最も匹敵する:最大等角体トケ。
さらに、膝伸筋ピークテタニックトルクプロトコルは、複数のマウスモデルにおける強度の違いを検出するのに有用なツールである。図8は、非負傷、健康な6ヶ月のC57BL/6メスマウス(黒線)における膝伸筋強度と、ミオスタチン/GDF8がノックアウトされる超生理学的肥大のトランスジェニックマウスモデル(青線)の間の明らかなコントラストを示しています。また、前十字靭帯(ACL-T)(赤線)の外科的横断術の7日後にC57BL/6マウスからの破傷風ピーク曲線を示し、損傷後のピークトルクの低下は、損傷していないマウスの繰り返し検査で観察された変動係数をはるかに超えています。人間データ17,18と同時に,ACL-Tで強度が著しく低下する。すべてのマウスは雌と同じような年齢(6-8ヶ月)である。
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>ツイッチ実験</td>
			<td>アンペレージ/電流(mA)</td>
			<td>トルク (mN•m)</td>
		</tr>
<tr>
<td>1</td>
			<td>50</td>
			<td>1.279</td>
		</tr>
<tr>
<td>2</td>
			<td>70</td>
			<td>1.341</td>
		</tr>
<tr>
<td>3</td>
			<td>90</td>
			<td>1.36</td>
		</tr>
<tr>
<td>4</td>
			<td>110</td>
			<td>1.362</td>
		</tr>
<tr>
<td>5</td>
			<td>*130</td>
			<td>1.449</td>
		</tr>
<tr>
<td>6</td>
			<td>150</td>
			<td>1.436</td>
		</tr>
<tr>
<td>7</td>
			<td>140</td>
			<td>1.333</td>
		</tr>
</tbody></table>表1:ツイッチシリーズの例 * 最適アンペレージ/電流を示します。
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>周波数(Hz)</td>
			<td>トルク(mN).m)</td>
		</tr>
<tr>
<td>10</td>
			<td>1.385</td>
		</tr>
<tr>
<td>40</td>
			<td>1.869</td>
		</tr>
<tr>
<td>120</td>
			<td>*18.765</td>
		</tr>
<tr>
<td>150</td>
			<td>18.375</td>
		</tr>
<tr>
<td>180</td>
			<td>17.97</td>
		</tr>
<tr>
<td>200</td>
			<td>17.548</td>
		</tr>
</tbody></table>表2:トルク周波数曲線データの例 *は、ピークテタニックトルクを示します。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62211/62211fig01.jpg"> 図1: データ収集ソフトウェアのセットアップ ライブデータモニタを使用したデータ収集ソフトウェアのセットアップの図。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62211/62211fig01large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62211/62211fig2v2.jpg"> 図2:マウスのセットアップと電極の配置(A-B)加熱されたプラットフォーム上の鼻コーンを介して麻酔を受けるマウスのスピーン位置。上肢はしっかりとクランプされ、膝関節での無制限の動きを可能にするために後部を膝に固定する。モータアームは、膝が約60°に曲がるように調整されます。大腿神経運動点は針電極によって刺激され、膝の伸張器の収縮を活性化する。マウスの設定は、サイドビュー(A)とオーバーヘッドビュー(B)から表示されます。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62211/62211fig2v2large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62211/62211fig03.jpg"> 図3:アイソメトリック膝伸展を達成するための最適電極配置の決定 インスタント刺激機能を使用して50 mAで刺激し、ライブデータモニタで見た反復陰性のツイッチの表現。赤い矢印は、最初の3つの膝延長のツイッチを示します。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62211/62211fig03large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62211/62211fig04.jpg"> 図4: 最適アンペレージを決定する代表的なけいれん 最も高いtwitch等角トルクを引き出す最も低いアンペレージは、徐々に増加したアンペレージを伴う反復的なツイッチ実験によって力頻度実験のために決定されなければならない。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62211/62211fig04large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62211/62211fig05.jpg"> 図5:同一マウスのトルク周波数実験全体でのテタニックトルク曲線の代表(A)10 Hzで生成される下方比アイソメトリックテタニックトルク(B)40Hzでの下方比等角関数テタニックトルク(C)120Hzでのピーク等角関数テタニックトルク出力(D)150Hzでの等角テタニックトルク(E)180Hzでの等角テタニックトルク( <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62211/62211fig05large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62211/62211fig06.jpg"> 図6: 代表的なトルク周波数曲線データ (A-B)3つの別々のマウスにおける2つの異なるタイムポイント(第1週および第3週)におけるトルク周波数曲線は、生のピークトルク(A)および生のピークトルクを体重に正規化した(B)として提示する。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62211/62211fig06large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62211/62211fig07.jpg"> 図7:曲線下の代表領域(AUC)およびテタニックピークトルクデータ)4つの別々のマウスに対するAUCは、体重に正規化された生トルクとして提示した。(B)同じ4匹のマウスに対するテタニックのピークトルクを、体重に正規化した生ピークテタニックトルクとして提示する。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62211/62211fig07large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62211/62211fig08.jpg"> 図8:複数マウスモデルにおける膝伸張器のテタニックトルクのピーク 代表ピークトルク破傷風曲線は、あからさまな肥大トランスジェニックマウスモデル(GDF8 KO)、損傷していない健康なC57BL/6マウス(マウス2)、および前十字靭帯四面(ACL-T)の7日後にC57BL/6マウスを有する。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62211/62211fig08large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
補助 図1: カスタム製造プラスチックの寸法 赤でインセットは深さの次元を示します。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62211/Supplementary%20Figure%201.pdf" target="_blank">このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a>
補足ビデオ1:リアルタイム膝伸張器は、モーターアームなし。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62211/Supplementary%20video%201.mov" target="_blank">こちらをクリックして、このビデオをダウンロードしてください。</a>
補足ビデオ2:運動アームのないスローモーション膝伸張筋。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62211/Supplementary%20video%202.mov" target="_blank">こちらをクリックして、このビデオをダウンロードしてください。</a>

加齢、病気、傷害、およびリハビリテーションに対する機能的適応を理解するためには、膝伸筋の最大強度の定量化が不可欠である。生体内膝伸張等角値ピークテタニクトルクを繰り返し測定する新しい方法を紹介する。

Skeletal muscle plasticity in response to countless conditions and stimuli mediates concurrent functional adaptation, both negative and positive. In the ...

膝伸筋強度は、臨床研究で評価される一般的な機能的転帰である。しかしながら、膝伸筋を繰り返し評価する方法、特に四頭筋の強度は、げっ歯類研究では比較的限定的であった。この非侵襲的なプロトコルは、マウスにおける膝伸張器の等角ピークテタニックトルクを測定するために使用することができ、そして長手方向に繰り返すことができる。我々の方法は、傷害後または変形性関節症患者における回復を改善するための前臨床モデルの開発を支援する。膝の怪我や変形性関節症に続く筋骨格系の結果を研究するために開発されたげっ歯類モデルの広さを考えると、四頭筋強度の非侵襲的評価が必要です。視覚的なデモンストレーションは、膝の伸張器を最大限に刺激するために電極を最適に配置する方法を示すため、データの完全性にとって重要です。実験を開始する前に、すべての機械がメーカーの仕様に従って接続されていることを確認してください。デュアルロードの筋レバーモーターを動物のプラットフォームに取り付け、水ポンプを摂氏37度でオンにし、コンピュータ、ハイパワーバイフェーズ刺激装置、2チャンネルデュアルモードレバーシステムをオンにし、イソフルランを最大充填ラインに加えます。プローブの配置を最適化するには、計測器ソフトウェアで[実験を準備し、インスタント スティムを設定する]を選択し、[パルス周波数]を 125 ヘルツ、パルス幅を 0.2 メートル/秒、パルス数を 1、トレイン周波数を 0.5 ヘルツ、および [実行時間] を 120 秒に設定します。次に、[ファイル] を選択し、ライブ データ モニターを開きます。ツイッチとトルク周波数の実験を行うために、適切なツイッチと膝の延長トルク周波数実験を含む、以前のプログラムスタディを選択します。適切な実験用マウスまたは新しい動物の追加を選択し、トルクデータと一緒に保存される対応するマウス情報を提供します。次に、次の実験または前の実験を選択して、twitch プロトコルから力の周波数シーケンスに移行します。麻酔後、ペダル反射に対する応答の欠如による沈着を確認し、頭と鼻コーンを備えた加熱されたプラットフォーム上のスペイン位置にマウスを置きます。右後肢から髪を剃るために電気バリカンを使用してください。マウスとプラットフォームから髪をクリーニングした後、膝の後部の後肢をしっかりとクランプします。クランプ後、下肢を膝伸張装置に入れ、調整可能なプラスチック片に軽く触れ、調整可能なプラスチック片の下部に外科テープを巻き付けて脚を装置に固定し、膝が60度の角度で曲がるまでプラットフォーム上のノブを調整します。 最大膝延長で補償の動きを防ぐために、マウスの胴体の上にテープを置きます。電極を膝の真上に2~4ミリメートル近く近く置き、膝伸筋を約1~2ミリメートル離します。最適な電極配置を決定するには、ソフトウェアで[インスタント刺激とライブデータモニタ]を選択し、繰り返しツイッチの電流を50ミアンペアに設定して、負のツイッチ曲線で示される延長を確認します。最大の膝延長のツイッチトルクを達成するために、ライブデータモニターウィンドウで応答を確認しながら、プローブを調整します。瞬間的な刺激で繰り返しけいれんを送りながら、マウスの膝の屈筋を人差し指で触診して、アンタゴニストの筋肉の活性化がないことを確認します。最大膝伸筋刺激のために、必要に応じてプローブを再配置します。最適なプローブ配置が決定されたら、電流を 50 ミリアンペアに設定し、[実験を実行] を選択して 1 回のツイッチを生成します。[結果を解析]を選択してトルク出力を表示し、[最大力]の下に表示されるツイッチトルクを基準線を減算して記録します。実験を繰り返して、けいれんトルクがプラトーまたは減少し始めるまで実証されています。電流を10~20ミリアンペアに増加させ、各実験のツイッチトルクを記録します。最高のツイッチトルクが達成される最低電流を記録します。この電流は、力周波数実験に使用されます。ピークアイソメトリックテタニックトルク効果を決定するには、ニーエクステンションのプログラム前トルク周波数実験を選択し、刺激期間を0.35秒、周波数シーケンスを10、40、120、150、180、および200ヘルツとパルスと収縮の間の残りの期間を120秒に設定します。次に、[実験の実行と結果の解析] をクリックし、各周波数でトルクを手動で記録し、膝の伸筋収縮が負のトルクを生成する際にフォース チャネルが反転していることを確認します。ピークアイソメトリックテタニックトルクとして最高の最大力値に注意してください。トルク周波数実験の最後に、フォローアップのツイッチを実行し、同じ電流で最初のピークツイッチとフォローアップツイッチを比較して、損傷や疲労を評価します。すべてのトルク測定が取得されたら、電極プローブとクランプを膝からそっと取り出し、マウスをヒートパッドの回復ケージに入れ、完全な再計算まで監視します。この代表的な分析では、10ヘルツの初期電流刺激で3つの孤立したけいれんが導入されました。40ヘルツで部分的なツイッチ融合が観察され、テタニックトルク出力のピークは120〜180ヘルツで達成された。本実験では、3匹のマウスについて、時間ゼロで、最初の評価から2週間後に膝の延長トルク周波数曲線を得た。観察されたように、マウス体重に正規化された生トルク値と生トルク値は、分析の再現性を確認する両方の時点で統計的に類似していた。4つの別々のマウスに対する完全なトルク周波数実験のための体重正規化等角トルクデータを用いた曲線解析の下でこの領域に示すように、同じ動物との反復分析の後に同様の総トルクが得られた。また、テタニックトルク出力のピークは、各動物の中で最小限の変動性を示しました。膝の伸張器ピークテタニックトルクプロトコルは、複数のマウスモデルの強度の違いを検出するための有用なツールです。例えば、この分析では、膝伸筋強度と非負傷型野生型マウスと超生理学的肥大のトランスジェニックマウスモデルとの間に明らかなコントラストが観察される。また、前十字靭帯の外科的切除の7日後に野生型動物ではピークトルクが50%近く低下した。最適な電極配置は、有意義で再現性のある結果を達成するために不可欠です。膝伸筋疲労は、繰り返されるサブマキシム収縮を含む身体機能の重要な指標であり、将来の評価は、前臨床モデルでこの方法にさらなる翻訳関連性を追加します。筋肉適応のメカニズムを調査する研究は、しばしば遺伝子組換えの簡便さによるマウスモデルを利用する。この技術は、これらの前臨床モデルにおける生体内膝伸張機能を繰り返し測定するための非侵襲的な方法を提供する。

in-vivo-measurement-of-knee-extensor-muscle-function-in-mice

Research

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神経筋疾患のマウスモデルにおいて呼吸筋活動および換気の繰り返し測定

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生体内で運動ニューロンの変性症のマウスモデルの前肢からの複合筋活動電位の電気生理学的測定

齧歯動物の骨格筋収縮機能の測定は、治療的介入の有効性と同様、病気の進行を追跡するために使用できる便利なツールです。私たちはここで同じマウスで時間をかけて繰り返すことができる内がえし筋の非侵襲的体内評価について説明します。...

マウスで内がえし筋機能の非侵襲的評価

筋肉グルコース取り込みの無傷の調節は、全身グルコース恒常性を維持するために重要である。このプロトコルは、全身のグルコース代謝に対する様々な生理学的介入の影響を描写する際に、単離およびインキュベートされた成熟骨格筋におけるインスリンおよび収縮刺激グルコース取り込みの評価を提示する。...

マウスから単離およびインキュベートされた成熟骨格筋におけるインスリンおよび収縮刺激グルコース取り込みの測定

本プロトコールは、麻酔ブタにおける一般的な腓骨神経の電気刺激を介して得られたin...

インビボ ブタからの後肢背筋アイソメトリックトルクの測定

このプロトコルでは、マウスの膝の痛覚過敏を測定する方法が説明されています。急性膝痛のマウスモデルと変形性関節症(OA)のモデルで例を示しています。...

Pressure Application Measurementを用いたマウスの膝痛覚過敏の評価

学ぶマウスの膝伸張筋機能の非侵襲的インビボ測定法。電気刺激による等尺性最大強直トルク測定で、筋骨格系疾患や損傷の前臨床モデルにおける縦断的評価と機能的エンドポイントの提供に有用です。

マウスにおける膝伸張筋機能のインビボ測定

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