VIVO 개 근육 기능 분석에

본 절차의 전반적인 목적은 비침습적 방법을 사용하여 살아있는 개의 뒷다리 근육의 기계적 특성을 측정하고 분석하는 것입니다. 이를 위해 먼저 생리학 실험 장치에 개를 적절하게 배치합니다. 절차의 두 번째 단계는 등척성 트위치 토크(isometric twitch torque)와 최대 경골-족근 굴곡 토크(Titanic tibial tarsal flexion torque)를 측정하고 기록하는 것입니다.

절차의 세 번째 단계는 편심성 수축을 수행하는 것입니다. 절차의 마지막 단계는 경골-족근 신전 시 등척성 경련, 토크 및 타이타닉 토크를 측정하고 기록하는 것입니다. 결과적으로, 비침습적 생리학적 방법을 통해 뒷다리 근력과 반복적인 편심성 수축에 대한 반응을 보여주는 결과를 얻을 수 있습니다.

종결 연구인 ex vivo 분리 근육 분석과 같은 기존 방법들과 비교했을 때 이 기술의 주요 장점은, 비침습적이고 내약성이 좋아 시간에 따라 반복적으로 시행할 수 있다는 점입니다. 이 방법은 수축 유발 손상이나 피로에 대한 근육의 반응과 같이 근육 생리학 분야의 핵심적인 질문들에 답하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 또한, 이 방법은 개나 다른 대형 포유류의 근육 기능을 측정하므로, 근이영양증의 진단이나 치료로 그 응용 범위를 확장할 수 있습니다.

이러한 대형 동물들은 임상 시험 및 환자 적용 전, 많은 새로운 치료법의 전임상 연구에서 필수적입니다. 이 방법은 반려견 모델에 대한 통찰을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 비인간 영장류와 같은 다른 동물 모델 시스템에도 적용 가능합니다. 일반적으로 이 방법에 익숙하지 않은 연구자는 자극 전극 배치에 필요한 세심한 주의와 토크 추적 결과(torque tracings)에 대해 예상되는 지식 부족으로 인해 어려움을 겪을 수 있습니다. 근육으로부터 최대 토크 반응을 이끌어내기 위해 요구되는 정밀함 때문에 전극 배치 단계를 익히기가 어렵으므로, 이 방법에 대한 시각적 시연이 매우 중요합니다.

연구 과정에서, Dynamic Muscle Control(DMC) 소프트웨어로 작성된 두 가지 프로토콜을 사용하여 자극 및 데이터 기록 파라미터를 정의합니다. 첫 번째 프로토콜인 등척성 수축(isometric contraction) 프로토콜은 단일 수축(twitch)과 강직성 수축(tetanus) 모두에 사용됩니다. 두 번째 프로토콜인 편심성 신장 손상(eccentric stretch injury) 프로토콜은 편심성 수축에 사용됩니다. 각 프로토콜에 사용된 자극기 설정과 소프트웨어 시퀀스는 여기 표시된 표에 제시되어 있으며, 단일 수축은 1 Hz 자극으로 유발합니다.

Titanic 및 편심성 수축은 50 hertz 자극으로 유도합니다. 편심성 수축의 경우, 수축하는 근육에 신전이 중첩됩니다. 이 실험에서는 비골 신경을 자극하여 굴곡근의 단일 수축, Titanic 또는 편심성 수축을 유도하고, 경골 신경을 자극하여 신근의 단일 수축 또는 Titanic 수축을 유도하는 등 여러 유형의 근육 수축을 유도하는 과정이 포함됩니다.

개에게 마취제를 투여한 후, 동물이 깊게 마취되었는지 확인하기 위해 눈깜빡임 반사를 체크합니다. 이산화 탄소 농도, 맥박 산소 포화도 및 체온을 면밀히 모니터링합니다. 시술 중에 자극 전극이 배치될 외측 슬관절 부위의 털을 삭모합니다.

다음으로, 개를 생리 실험대 위에 배치합니다. 배측 누운 자세에서 대퇴골과 경골이 직각을 이루고 경골이 테이블 상판과 평행하도록 골반 사지를 위치시킨 후, 포스 페달이 안전하게 회전하는지 확인합니다. 수동으로 움직였을 때 뻑뻑한 느낌이 들어야 합니다.

다음으로, 생리학 장비의 전원을 켜고 페달을 활성화합니다. 페달의 움직임은 컴퓨터로 제어되는 서보 모터에 의해 조절됩니다. 이제 개의 발을 풋 페달 위에 조심스럽게 올리고, 회전 중심축부터 외측 지절 끝까지의 개의 발 길이를 측정하여 기록합니다.

그 다음, 탄성 자가 접착 랩을 사용하여 개의 발을 풋 페달에 고정합니다. 페달 내의 트랜스듀서는 다리 근육 수축의 힘을 기록합니다. 차폐된 단극성 24 gauge 전극을 자극 절연 장치에 연결하여 자극 전극을 설치합니다.

장갑을 낀 손으로 개의 피부를 알코올로 소독하고, 비골 외측 근위부 바로 원위측에서 총비골신경을 촉진하여 손가락으로 신경 부위를 표시합니다. 검은색 음극 전극을 피부 아래에 조심스럽게 삽입하고, 골막 바로 외측의 피부 아래에 빨간색 양극 전극을 음극 전극과 평행하게 약간 원위측에 배치합니다. 두 전극 모두 비골두 바로 원위측의 총비골신경 내부에 위치해야 합니다. 다음으로, 자극기를 1 Hz로 활성화하고 모니터에서 경련 반응을 관찰합니다.

최대 근수축 진폭을 얻기 위해 필요에 따라 전극 위치를 미세하게 조정하십시오. 전극이 적절하게 배치되면, DMC 소프트웨어를 활성화하여 근수축 반응을 수집하십시오. 다음 단계는 전극을 움직이지 않은 상태에서 최대 수축(Titanic contraction)을 유도하는 것입니다.

표에 명시된 대로 자극기를 설정하여 titanic contraction을 유도하십시오. 그 후, 소프트웨어에서 등척성 수축 프로토콜을 활성화하여 근육의 등척성 titanic contraction을 생성합니다. 다음 실험인 편심성 신장 손상 프로토콜 또한 전극을 이동하지 않고 진행합니다.

자극기를 편심성 수축(eccentric contraction)으로 설정하고 자극을 시작합니다. 본 프로토콜에서는 신경을 50 hertz로 1초 동안 10회 자극합니다. 해당 1초 동안, 굴곡근은 처음 800 milliseconds 동안 등척성으로 수축하며, 이후 마지막 200 milliseconds 동안 근육이 신장됩니다.

10회의 편심성 수축 한 세트를 마친 후, 근육을 4분 동안 휴식시킵니다. 그 다음, 신근을 자극하기 위해 각 세트 사이에 4분의 휴식 시간을 두고 편심성 신장 손상 프로토콜을 두 번 더 반복합니다. 전극을 피부와 수직이 되게 삽입하고 굴곡 시 사용했던 기존 전극 배치 지점보다 근위쪽에 배치하여 경골신경으로 이동시킵니다. 대략적인 배치 지점은 무릎에 의해 형성된 90도 각도를 이등분하는 선을 따라 지정합니다.

경골 신경은 총비골 신경보다 더 깊은 곳에 위치하며 인접해 있습니다. 최적의 수축 전위를 유도하기 위해 전극을 필요에 따라 이동시키십시오. 전극이 적절히 배치되면, 전극을 움직이지 않은 상태에서 등척성 프로토콜을 사용하여 최대 수축을 유도하십시오.

titanic 수축에 지정된 대로 자극기 설정을 변경하십시오. 그런 다음 경골 tarsal 신근의 Titanic 수축을 활성화하고 기록하십시오. 근육 수축의 토크 및 시간 정보 분석에는 동적 근육 분석 또는 DMA 프로그램이 사용됩니다.

이 그림에서 1 Hz의 경골 신경 자극은 데이터 분석을 위해 경골 족근 신근의 단일 수축을 유도하였습니다. 세 개의 커서 위치는 다음과 같이 설정됩니다. 파란색 커서는 토크가 휴지기 토크에서 상승하기 시작하는 지점에 설정합니다. 노란색 커서는 토크가 휴지기 토크로 복귀하는 지점에 배치합니다.

이완 단계 이후에는 흰색 커서가 필요하지 않으므로 노란색 커서의 오른쪽에 배치합니다. 이 그림은 경골 신경에 50 hertz 펄스로 1.5초 동안 등척성 강직 토크 자극을 주었을 때 경골 tarsal 신근에서 강직 수축이 일어난 것을 보여줍니다. 데이터 분석을 위해 파란색과 노란색 커서를 배치합니다.

이 그림의 수축 분석과 관련하여, 경골 tarsal 굴근에서 편심성 수축을 유도하였습니다. 경피 회음신경 자극을 통해 800밀리초 동안 초기 등척성 수축을 활성화하였으며, 그 시점에 다리에 강제 신장을 가하였습니다. 데이터 분석을 위해, 파란색 커서를 등척성 토크가 휴지기 토크로부터 상승하기 시작하는 지점에 배치하였습니다.

노란색 커서를 등척성 고원(isometric plateau)에서 편심성 신장 토크(eccentric stretch torque)가 상승하기 시작하는 지점에 배치합니다. 흰색 커서는 토크가 휴지기 토크로 돌아오는 지점에 배치합니다. 이 기술을 숙달하면 적절히 수행했을 때 약 1시간 내에 완료할 수 있습니다. 이 절차를 시도하는 동안, 단계별 체크리스트가 포함된 출력된 프로토콜을 참조하며 절차를 따르는 것이 중요합니다.

근섬유 유형이나 트랜스유전자의 발현 여부와 같은 추가적인 질문에 답하기 위해 근육 생검과 같은 다른 방법을 수행할 수 있습니다. 이 기술은 근육 생리학 분야의 연구자들이 근이영양증이 있는 Canine의 운동 반응을 탐구할 수 있는 길을 열어주었습니다. 이 영상을 시청한 후에는 Canine에서 비침습적 근육 생리학 분석을 수행하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.