방법 논문

유도와 인간의 운동시 골격근 손상의 평가

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⸱

DOI:

10.3791/54859

⸱

2016년 12월 11일

 ,  , 
1Exercise Sciences, Brigham Young University

* These authors contributed equally

이 논문에서

요약

이 기사는 인간 피험자에서 운동성 골격근 손상을 유도하고 정량화하는 안전하고 신뢰할 수 있는 방법을 설명합니다.

초록

자발적 편심 (연장) 수축을 통해 수축에 의한 근육 손상은 인간의 근육 적응과 회복을 공부를위한 훌륭한 모델을 제공합니다. 여기에서 우리는 강도, 통증, 혈장 크레아틴 키나아제 수준의 변화에 ​​의해 표시된 대퇴사 두근 근육에 손상을 유도하는 편심 운동 프로토콜의 설계에 대해 설명합니다. 이 피험자의 수행 결과의 종간 번역을 제거되기 때문에,이 방법은 간단 윤리적 널리 적용 할 수있다. 과목의 속도로 무릎 신근 근육의 300 최대 편심 수축을 수행 120 ° / 등속 동력계에 초. 손상 정도는 운동 다음 며칠 동안 강도의 손실, 통증 및 플라즈마 크레아틴 키나아제 레벨 비교적 비 침습적 등속 및 메트릭 측정을 이용하여 측정 가능하다. 따라서, 그 애플리케이션은 근육 메커니즘을 식별하기위한 시도에 관한 특정 집단 수적응 및 재생.

서론

이 절차의 전반적인 목표는 인간 피험자의 자발적 연장(편심) 수축을 사용하여 대퇴사두근에 대한 운동 손상을 유도하는 것입니다.

수축으로 인한 골격근 손상은 지연성 근육통1, 일시적인 근력 손실, 혈액 내 근육 특이적 효소 증가2로 특징지어지는 운동의 흔한 결과입니다. 운동성 근육 손상은 피험자가 익숙하지 않은 운동 후에 가장 두드러지며, 특히 편심성 수축이 관련되어 있을 때 두드러진다3. 운동성 근육 손상은 일반적으로 양성입니다. 통증이 가라앉고 혈청 단백질과 강도는 일반적으로 손상을 입힌 후 며칠에서 몇 주 이내에 손상 이전 수준으로 돌아갑니다. 극단적인 경우, 과도한 근육 손상은 횡문근융해증으로 알려진 생명을 위협하는 증후군으로 이어질 수 있습니다. 그러나, 운동적인 근육 손상은 일반적으로 열 스트레스, 탈수5, 감염6 또는 희귀 유전적 소인7을 포함한 복합 요인이 없는 경우건강한 사람에게 임상적 횡문근융해증을 일으키기에는 충분하지않다4.

수축으로 인한 근육 손상은 일반적으로 설치류 연구에서 자주 사용되는 방법인 독소 유발 또는 동결 유발 손상보다 덜 심각합니다8,9. 그러나 수축으로 인한 부상은 근육 손상 반응을 연구하는 데 유용한 방법을 제공하며 주목할 만한 이점을 제공합니다. 첫째, 이는 인간 피험자1-3에게 사용하기에 안전하고 윤리적인 방법이다. 따라서 인간 피험자로부터 직접 데이터를 얻을 수 있으므로 결과의 종간 번역이 필요하지 않습니다. 더욱이, 설치류 부상 모델에서 볼 수 있는 부상의 심각성이 인간 피험자에게 유도할 수 있는 윤리적인 손상 수준을 초과한다는 점을 감안할 때 설치류 연구에서 얻은 데이터를 번역하는 것은 매우 어렵습니다. 둘째, 수축으로 인한 손상은 일반적으로 경험되며 자연스러운 운동 과정입니다. 따라서 이 손상 유도 모드는 운동, 운동에 대한 적응 및 명백한 근육 손상의 맥락에서 근육 손상을 연구하는 데 유용합니다. 여기에서는 인간의 수축 연장을 사용하여 골격근 손상을 유도하고 평가하는 안전하고 신뢰할 수 있는 방법을 설명합니다.

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프로토콜

다음 절차는 브리검 영 대학 기관 검토위원회 (IRB)의 기준에 따라 있습니다.

1. 수축 프로토콜을 준비

참고 : 다음 프로토콜 지침은 Biodex의 장점 소프트웨어를 기반으로합니다. 소프트웨어를 탐색하고 서로 다른 시스템을 사용하는 경우 동력계를 운영하는 것은 다른 것입니다.

  1. 등속 강도 시험 프로토콜
    1. 컴퓨터의 등속 프로토콜, 개방 동력계 제어 소프트웨어를 확인하고 "프로토콜"탭을 선택한 후 화면 상단의 툴바에서 "기록"탭을 선택합니다. 드롭 다운 목록에서 "새 프로토콜"을 선택합니다.
    2. 은 "학습 유형"상자에서 "테스트"옵션을 선택합니다.
    3. 드롭 다운 메뉴에서 다음 매개 변수를 선택하십시오 "모드"메뉴를 선택 등속 성에서. 은 "공동"메뉴를 선택 무릎 아래. 아래의 &#(34) 패턴 ". 메뉴 선택 확장 / 굴곡 모두 확장과 굴곡 운동에 대한 동심 수축을 선택을 선택합니다."담당자를 "에서"드롭 다운 메뉴 "으로 종료합니다.
    4. 원정과 수축을 향해 모두 60 °가 / sec의 속도로 3 반복 "일방적"탭 프로그램 1 세트. 이렇게하려면 "# 세트"필드에 "1"을 입력하고 "끝 담당자으로"행의 "3"을 입력합니다. 그런 다음 행은 "멀리 속도"와 "향해 속도"모두 60을 입력합니다.
    5. (0 ° = 전체 확장, 135 ° 방향으로 약 10 멀리 ° 및 110 °로 운동 제한의 90 해부학 적 기준점으로 ° 및 설정 범위를 사용 = 전체 굴곡) 이렇게 .TO, 화면의 왼쪽에있는 "ROM 설정"버튼을 선택한다. (컴퓨터 화면에 제공되는 레버 아암 각도 표시기를 사용하여 표시됨) 90 바닥에 평행하도록 레버 아암 보정. 그 다음 해부 재로 90 °를 사용하여ference 포인트는 (0 ° = 전체 확장, 135 ° = 전체 굴곡)으로 약 10 ° 거리 110 °에 운동 제한의 범위를 설정합니다.
      참고 : 고정 굴곡 변형 또는 다른 제한 피험자 작업을 특히 선호 여기에 주어진 관절 각 설정은, 그러나이 설정은 경우에 따라 수정해야합니다.
    6. 화면의 왼쪽 하단에있는 "설명"필드에 프로토콜 이름을 지정하고 상단 메뉴 표시 줄에서 저장 버튼을 선택합니다.
  2. 아이소 메트릭 강도 시험 프로토콜
    1. 단계를 반복 1.1.1 등각 투영 프로토콜을 시작합니다.
    2. 은 "학습 유형"상자에서 "테스트"옵션을 선택합니다.
    3. 드롭 다운 메뉴에서 다음 매개 변수를 선택하십시오 "모드"메뉴에서 "메트릭"을 선택합니다. 은 "공동"메뉴에서 "무릎"을 선택합니다. 은 "패턴"메뉴에서 "확장 / 굴곡"을 선택합니다. 은 "Contractio에서N 방향. "에서" "를 선택 메뉴"으로 종료 담당자 "멀리"메뉴 선택 ".
    4. 프로그램 70 °의 공동 각도로 5 초마다 지속 3 아이소 메트릭 수축의 1 세트와 테스트. 은 "일방적"탭의 "위치"필드에이 입력 "1"을 수행합니다. 은 "종료 담당자에 의해"행에 위치 # 1 열, 유형 "3"에서. "각도"로 표시된 행에 "70"을 선택합니다.
    5. 해부학 적 기준점 70 °에 거리 제한이 90 °를 선택합니다.
    6. 화면의 왼쪽 하단에있는 "설명"필드에 프로토콜 이름을 지정하고 상단 메뉴 표시 줄에서 저장 버튼을 선택합니다.
  3. 편심 운동 프로토콜에 손상을 입히는 근육
    1. 컴퓨터의 편심 운동 프로토콜, 오픈 동력계 제어 소프트웨어를 확인하고 "프로토콜"탭을 선택합니다. 그런 다음 화면의 상단에있는 도구 모음에서 "기록"탭을 선택합니다. 이제 새 프로토콜 및 "클릭# 34; 드롭 다운 목록에서.
    2. 은 "학습 유형"상자에서 "운동"옵션을 선택합니다.
    3. 드롭 다운 메뉴에서 다음 매개 변수를 선택하십시오 "모드"메뉴에서 "등속 성"을 선택합니다. 은 "공동"메뉴에서 "무릎"을 선택합니다. 은 "패턴"메뉴에서 "확장 / 굴곡"을 선택합니다. 은 "수축"메뉴에서 "콘 / ECC"를 선택합니다.
    4. 은 "일방적"탭, 프로그램 세트 사이에 60 초 휴식에 대한 180 ° / 거리 초 120 ° / 초의 속도로 10 회 반복 10 세트에서.
      1. 은 "# 세트"필드에 "10"을 입력합니다.
      2. 첫 번째 열에서 표시된 행의 유형 "10", "담당자가 종료"(1 #을 표시). 그런 다음 "멀리 속도"로 표시된 다음 행의 "180"을 입력합니다. "향해 속도"로 표시된 다음 행에 "120". 600 "토크"로 표시된 행, 유형 (200)에서의의 예상 강도에 따라변동될.
      3. # 10를 통해 세트 # 2 단계를 반복 1.3.4.2.
      4. 필드 "초에서 휴식 시간"를 입력합니다 (60).
    5. 은 "해부학 참조"필드에 90을 입력합니다.
    6. (0 ° = 전체 확장, 135 ° = 전체 굴곡)을 향해 "ROM 설정"화면의 왼쪽에있는 버튼을 40 멀리 ° 및 110 °에 운동 제한의 설정 범위를 선택합니다. 이러한 설정은 피사체 동력계의 암에 대해 저항성을 제공해야되는 운동 범위를 제공한다. 안전 예방 조치로, 동력계는 피사체의 움직임이 지정된 범위 내에서 저항을 제공 중지 된 경우 이동이 중지됩니다.
      1. 운동 범위를 설정하는 화면의 왼쪽에있는 "설정 ROM"버튼을 선택한다. (컴퓨터 화면에 제공되는 레버 아암 각도 표시기를 사용하여 표시됨) 90 바닥에 평행하도록 레버 아암 보정. 그 후 해부 기준점 90을 사용이야등으로 40 떨어져 ° 및 110 °에 운동 제한의 범위 (0 ° = 전체 확장, 135 ° = 전체 굴곡).
        참고 :이 관절 각 설정은 일반적인 건강한 주제에 대한 제안입니다. 이들은 한 개인에서 다른 능력에 맞게 수정해야합니다.
    7. "설명"필드에 프로토콜의 이름을 지정하고 상단 도구 모음에서 "저장"버튼을 선택합니다.

2. 기준 측정

  1. 통증 측정
    1. 페이지에 걸쳐 가로 100mm 라인을 그려 시각적 아날로그 규모를 확인합니다.
    2. 라인의 왼쪽에서 '아니오 통증 "을 표시하지 않고 라인의 우측에"극단적 인 통증 "(도 1)를 나타낸다. 이 방법은 일반적으로 지연 발병 근육통 1,10,11을 평가하는 데 사용됩니다.
    3. 이 몸무게 라오을 수행 할 대상을 지시합니다. 팔을 개최 straigh에 모두 스쿼트를 수행떨어져 어깨와 발을 어깨 너비의 전면에서 마에. 상부 다리가 시작 위치로 돌아 가기 전에 바닥과 평행 할 때 적절한 깊이에 도달.
    4. 그 또는 그녀가 시각적 아날로그 규모의 해당 지점에 수직 라인을 그리기에 의해 스쿼트 동안 근육을 대퇴 사두근에 느끼는 통증의 강도를 나타 내기 위해 주제를 물어보십시오.
    5. 피사체의 표시로 시각적 아날로그 규모의 무 통증 끝에서 밀리미터의 거리를 측정하여 통증의 피사체의 수준을 정량화.
  2. 혈청 크레아틴 키나제
    주의 : 혈액을 취급하기 전에 보호 장갑을 착용하고 즉시 병원이나 대학 정책에 따라 같은 날카로운 물건 용기에 사용 후 바늘 폐기하십시오.
    1. 혈액 (12)의 5 ~ 6 ml의를 얻기 위해 공복 상태에서 피사체의 팔의 전주 지역에서 혈액을 철회 표준화 된 정맥 절개의 절차를 따르십시오.
    2. 원심 분리기3시 15 분 15 XG에 혈액 샘플 혈액 세포에서 혈청을 분리 C를 °.
    3. 전송 피펫을 사용하여, 주제와 시간 시점에 적절하게 표시된 microcentrifuge 관에 혈청 샘플을 전송합니다.
    4. 나중에 사용하기 위해 -80 ° C에서 샘플을 저장합니다.
    5. 제조사의 프로토콜에 따라 상업적으로 이용 가능한 키트를 사용하여 크레아틴 키나제 활성을 위해 혈청 시료를 분석. 대안 적으로, 혈청 샘플을 분석을 위해 로컬 의료 진단 실험실로 이송 될 수있다.
  3. 제목 준비
    1. 피사체의 방문에 48 시간 전에, 격렬한 또는 익숙 운동, 비 스테로이드 성 항 염증 약물과 알코올을 피하도록 지시합니다.
    2. 피사체가 도착하면, 체중, 신장, 성별, 설치하기 전에 다리 지배력 정보를 수집합니다. 다리 지배력은이 공을 걷어 선택할 것이다 다리 피사체를 요청하여 결정될 수있다.
    3. subjec이t 강도 시험을 수행하기 전에 자전거 에르고 미터에서 10 분 동안 150 W로 50 워밍업.
    4. 워밍업 후 동력계의 의자에 앉아 주제를 부탁드립니다. 주제에 맞게 좌석과 축 암의 기울기, 높이, 깊이, 각도 조절 및 회전을 조정합니다. 참고로 측면 대퇴 외과를 사용하고 동력계 축 암의 그것과 무릎의 회전축을 맞 춥니 다. 이 내측 복사뼈에 바로 인접되도록 축 팔 길이를 조정하고 끈으로 고정합니다. 주제는 운동의 전체 범위로 편안 플렉스 발바닥 할 수 있어야한다.
    5. 핀칭 또는 불편없이 무릎 관절의 최대 굴곡을 허용하도록 상기 시트의 전방 에지와 다리의 후면 사이에 충분한 공간 (25mm)를 떠난다.
    6. 어깨, 허리, 발목과 허벅지 스트랩과 주제 안정. 무릎의 신전을 분리 및 보조 근육 참여를 피하기 위해, 피사체 안전하게 안정되는 것이 필수적이다.
    7. 피사체가 수행이3-5 연습 확장 수축 프로토콜을 시작하기 전에 존재하고, 필요에 따라 조정할 수있다 / 굴곡 무릎의 기동, 동작의 모니터 범위와 불편의 흔적.
    8. 이제 동력계의 조절 가능한 구성 요소가 제대로 주제에 장착되어, 다음 방문에 반복 설정을위한 좌석 위치 설정 및 샤프트 팔 위치를 기록한다.
      참고 : 피사체가 안전하고 편안하게하는 것이 중요합니다. 동력계는 비상시 피사체 및 운영자 모두에게 비상 정지 버튼이 장착되어있다.
  4. 힘 측정
    1. 피사체가 정상적으로 좌석 배향되고 아이소 강도 시험 프로토콜이로드 된 후, 테스트를 수행하는 방법에 따라 지시.
      1. 그 또는 그녀가 정지 남아있을 것입니다 레버 암에 대한 계약을 체결한다 주제를 이야기한다. 5 초 EAC를 지속 3 수축을하고 컴퓨터 화면의 지시에 따라 대상에게시간.
      2. 각 수축을위한 최대한의 노력을 유지하기 위해 제목을 알려주세요. 수축시 호흡 제목을 알려주세요. 시험 중에 가슴을 가로 질러 팔을 교차 주제를 요청합니다.
      3. 등각 투영 프로토콜을 시작하고 피사체가 준 최대의 노력으로 시험을 연습 할 수 있습니다. 이 연습 시험은 시험의 주제를했습니다뿐만 아니라 테스트 특정 워밍업을 제공 할 것입니다. 대상은 시험 2 내지 3 회 실시 할 수 있습니다.
    2. 피사체가 준비되면, 시험을 시작하고 구두로 각각 수축 최대 힘을 ​​제공하기 위해 피사체를 격려한다.
    3. 기록 토크, 전원 및 작동합니다. 이 소프트웨어는 또한 분산의 계수 계산 (성능의 재현성을 기반으로 테스트 유효성의 통계적 표현을 낮은 값은 높은 재현성을 나타낸다). 변동 계수가 15 %를 초과하는 경우, 시험을 반복한다. 4 회에 테스트를 반복합니다. 피사체 O를 계수를 생성 할 수없는 경우F 분산 4 시도 후 15 % 미만에서는 분산 값의 낮은 계수를 산출 세트로부터의 데이터를 사용한다.
    4. 주제를 나머지 두 ~ 3 분 정도 기다린 다음, 등속 강도 데이터를 얻기 위해 등속 프로토콜을로드합니다.
    5. 피사체가 좌석에 고정 된 후, 등속 성 테스트를 수행하는 방법에 대한 지시.
      1. 그들은 일정한 속도로 이동합니다 레버 암에 대한 세 확장과 굴곡 수축을하고있을 것입니다 주제를 이야기한다. 목표는 각각의 수축 운동의 전체 범위에 걸쳐 같은 강제 가능한 계약을 체결하는 제목을 말한다.
      2. 그들은 운동 범위의 끝에 도달 할 때 레버 암이 중단됩니다 그들에게 말해. 시험 중에 가슴을 가로 질러 팔을 교차 주제를 요청합니다. 수축하는 동안 자신의 숨을하지 않는 주제를 상기시킨다
        참고 : 수축의 굴곡 구성 요소에서 수집 된 데이터는 연구원, 흔들림 감지 관심을하지 않을 수 있지만굴곡 및 확장을 모두 연습을 위해 최대한의 노력을 제공 ECTS는 확장 기동 중에 더 힘 일관성을 얻을하는 경향이있다.
    6. 테스트를 시작하고 구두로 최대한의 노력을 제공하기 위해 주제를 바랍니다.
    7. 기록 토크, 전원 및 작동합니다. 이 소프트웨어는 또한 분산의 계수 계산 (성능의 재현성을 기반으로 테스트 유효성의 통계적 표현을 낮은 값은 높은 재현성을 나타낸다). 변동 계수가 15 %를 초과하는 경우, 시험을 반복한다.
      1. 4 회에 테스트를 반복합니다. 주제 4, 시도 후 15 % 미만의 변동 계수를 생성 분산 값의 낮은 계수를 산출 세트로부터 데이터를 사용할 수없는 경우.

3. 손상 유도

  1. 제 2의 기준선 측정 후 3 일 하나는의 손상을 유도 부분에 대한 실험실에 따라 반환을실험 계획안
  2. 150 W. 50시 10 분 사이클 에르고 미터에 주제 워밍업이
  3. 난기 오리엔트 단계 2.3.7 기록 조정 설정을 사용 동력계에서 피사체를 고정하면, 편심 운동 프로토콜 손상 근육로드 적절히 운동을 수행하는 방법에 대한 제목을 지시.
    1. 그들은 서로 수축 축 아암의 이동을 개시하기 위해 레버 아암에 대해 수축 될 것이다 말한다. 샤프트 팔이 고정 된 속도로 그들을 향해 이동함에 따라, 자신의 목표로 강제로 가능한 한 반대 수축이라는 주제를 이야기한다.
    2. 피사체가 시트의 양쪽에있는 보호구를 파악 할 수있다.
    3. 수축시 호흡 할 수있는 대상에게; 편심 단계에서 숨을 내쉬고.
  4. 피사체가 준비되면, 화면의 시작 버튼을 누름으로써 수축의 제 1 세트를 시작한다.
  5. 구두 최대 EF를 유지하기 위해 피사체를 장려각 수축 요새.
  6. 세트 사이에 1 분 휴식 시간으로 10 회 반복 10 세트를 통해 피사체를 안내 화면의 지시를 따릅니다.
  7. 완료 10 세트는 프로토콜을 반복하기 전에 대상 1 나머지 분 5을 허용하면.
    참고 :이 사용 된 동력계와 소프트웨어에 따라 달라질 수 있지만 편심 프로토콜에서 사용할 세트의 최대 수는 10입니다. 나머지는 필요한 경우 작업자가 프로토콜을 다시로드 할 시간을 제공합니다.
  8. 300 주로 편심 수축의 총 과정을 두 번 더 반복합니다.

4. 근육 손상 평가

  1. 등속 즉시 손상 운동 후와 후 24, 48, 72, 96 시간에서 2.4에 설명 된대로 아이소 메트릭 강도 시험을 모두 반복합니다.
  2. 24, 48, 72 부 2.1에 설명 된 통증 측정을 반복 운동 손상 후 96 시간. 각각에 대한 새로운 시각 아날로그 척도를 사용하십시오피사체가 이전 응답을 볼 수 있도록 평가.
  3. 운동 손상 후 48 및 120 시간에 크레아틴 키나아제 분석 부품 2.2에 기재된 채혈을 반복하거나, 실험 프로토콜에 의해 지시 된 시점에서.
  4. x 축상의 시간에 대한 그래프의 y 축상의 크레아틴 키나아제, 통증 강도 데이터를 플롯.
  5. 이러한 변수 손상 및 수리를 나타내는에서 벗어나 운동 다음 시대에 기본 값으로 반환하는 방법을 각각 관찰한다.

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결과

여기에 제시된 방법, 기준 통증, 혈청 크레아틴 키나아제 활성과 힘을 사용하여 (아이소 메트릭 및 등속) 측정은 7 훈련받지 않은 젊은 남성에서 촬영되었다. 다음 날, 주제는 상기 편심 수축 프로토콜을 손상 근육을 시행 하였다. , 근육 손상의 지표를 제공 만들어진 강도, 통증 및 혈청 크레아틴 키나아제 활성의 평가를 수행하십시오. 강도 운동 후뿐만 아니라, 24, 48, 72, 및 96 시간 후 즉시 측정된다. 통증은, 24 ~ 48, 72, 운동 후 96 시간을 측정 하였다. 혈청 크레아틴 키나아제 운동 다음 48 및 120 시간에서 측정 하였다. 이러한 데이터는 운동 전 값으로 운동 후 값을 비교하는 던넷 다중 비교 시험과 분산의 단방향 반복 측정 분석을 사용하여 분석 하였다. 운동 전, 아이소 메트릭 및 등속 력에 비해 각각 24 및 48 시간의 운동 후 밖으로 감소 하였다 (그림 2) 그 후 유사한하기 위해 사전 운동 ...

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토론

몇 가지 단계는이 프로토콜의 원하는 결과를 얻기에 중요하다. 첫째, 대상은 적절하게 수축 프로토콜, 특히 힘 측정에 익숙해야합니다. 피사체가 그들이 할 그들에게 데이터 수집하기 전에 강도 시험을 연습 할 수있는 기회를 제공 할 것으로 예상된다 정확히 이해하고 있는지 확인하십시오. 적절하게이 절차에 익숙하지 않는 주제는 손상을 유도 다음 일 학습 곡선을 표시 할 수 있습니다. 이것은 잘못된 강도 측정을 렌더링 교란 변수가 될 수있다. 그림 5는 제대로 익숙하지 않은 수있는 개인으로부터 데이터를 보여줍니다. 이 주제는 손상 운동에도 불구하고 실험 과정 동안 학습 아마도 의한 강도 증가 하였다. 둘째, 대상 인구의 선택은 또한이 프로토콜에 중요 할 수있다. 운동시 근육 손상은 많은 F에 따라 대상에 따라 크게 달라질 수 있습니다개인의 훈련 상태를 포함하는 배우. 편심 운동에 익숙한 사람들은 익숙 개인에 비해 훨씬 적은 피해를 표시합니다. 대상 인구를 선택할 때 중요한 고려 사항이 될 수있다. 연구원은 ...

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공개 사항

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감사의 글

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
Biodex 다이나모미터Biodex Medical Systems850-000다른 모델도 사용할 수 있으며 유사한 결과를 내야 합니다
크레아틴 키나아제 키트Sigma-Aldrich MAK116
혈청 진공 청소기BD Bioscience367812
날개 달린 안전 푸시 버튼 혈액 채취 세트BD Bioscience367338
극저온 바이알Sigma-AldrichV5007우리는 2  혈청 분취액을 보관하기 위한 ml 바이알
.

참고문헌

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