Name: 인-31 자기 공명 분광학 : 측정을위한 도구 생체 미토콘드리아 산화 적 인산화 능력 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-01-19T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 40 s
Description: 학습하세요 인체 골격근 미토콘드리아 산화적 인산화 능력을 비침습적으로 측정하는 인-31 자기 공명 분광학 방법을. 이 표준화된 기술은 대사 장애 치료제 개발에 활용됩니다.

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이 연구는 Davis Heart and Lung Research Institute Trifit Award와 NIH National Institute on Aging의 Intramural Research Program의 일부 지원을 받았습니다.

이 프로토콜은 승인 및 인체 실험에 ​​대한 오하이오 주립 대학의 임상 시험 심사위원회의 가이드 라인을 준수합니다. MR 장비를 포함하는 모든 절차가 MR 안전 (59)의 가장 높은 표준을 준수 적절하게 훈련받은 사람이 수행하는 것이 매우 중요합니다. 1. 재료 및 준비 <ol><li> 필요한 모든 자료 전에 실험 (그림 2)를 사용할 수 있는지 확인합니다. </li><li> 보어에 가까운 시험 테이블의 끝에있는 테이블 코일 커넥터에 31 P 코일 플러그. MR이 시험 테이블의 머리 근처에 큰 삼각형 폼 쿠션을 배치 있지만 직접 31 P 코일에. 주제 편안함를 들어, MR 시험 테이블, 구멍에서 먼의 다른 쪽 끝에서 머리 베개를 놓습니다. </li></ol> 2. 주제의 위치 (그림 3a) <ol><li> 부정사, 발을 거짓말을 주제 지시MR이 테이블에 첫 번째. 부분적으로 굴곡 위치에 다리를지지하는 무릎 아래 발포 쿠션 놓는다. </li><li> 따라서 시험하에 대퇴부 근육에 최적 B0 균일 성을 확보 가능한 자석 등각에 가깝게 왼쪽 허벅지 중앙하기 위해 테이블 ​​(피사체의 우측)의 우측에 가까운 피사체를 배치. 귀 플러그 및 / 또는 헤드폰 주제를 제공합니다. </li><li> 슬개골과 대퇴골 사이의 대략 중간 지점에서 왼쪽 대퇴사 두근의 31 P의 RF 코일을 놓고 끈을 사용하여 다리에 고정합니다. 광근 lateralis 위에 다리의 측면 부분을 통해 코일을 배치합니다. </li><li> 다리에 코일을 고정하는 데 사용되는 동일한 스트랩 대퇴부의 내측 측면에 베이비 오일을 확보. 이 스캔 파악을 용이하게한다. </li><li> 코일 아래 무릎 위에 배치 스트랩과 함께 피사체의 다리를 바인딩합니다. 추가 STRA과 MR 테이블에 환자의 다리를 고정추신, 무릎 하나는 무릎과 발목 사이에 하나의 중간. </li><li> 코일의 중심의 윤곽이 센터링 랜드 마크를 사용하여 자석 등각으로 테이블을 이동하도록, 레이저 광 가이드를 사용한다. </li></ol> 3. 운동 프로토콜 <ol><li> 운동 프로토콜은 세 단계로 구성 주제에 설명 : 초기, 초기 단계; 짧고 강렬한 운동 단계; 및 복구 단계. </li><li> 가만히 누워 및 모션 아티팩트를 최소화하기 위해 분광법 취득의 기준 및 복구 단계에서 자신의 다리 근육을 휴식을 취할 수있는 주제를 지시한다. </li><li> 운동의 시작을 나타내는 주제에 카운트 다운을 제공합니다. 이 때, 피사체가 스트랩의 저항에 대해 가능한 빨리 같은 강제적 무릎 확장 / 굴곡을 개시하고있다. 참고 : 대퇴사 두근 근육이 중지 지시가있을 때까지, 위, 아래, 왼쪽 종아리를 이동하는 데 사용됩니다. </li><li> 30 % 하락 후 운동을 종료PCR 반응의 피크 높이이다. <ol><li> 인수 뷰어 창에서 PCR 피크 높이를 관찰하고, 또한 운동 순서가 완료되면 그것을 볼 수 있습니다. 주 : 일반 지침은 PCR 피크 높이의 대략 30 % 감소가 PCR 피크의 높이의 50 % 인 파이 피크에 대응하는 점이다. PCR 붕괴 시험에서의 수행 단계에서 30 % 감소를 달성하기 위해 충분히 빠르게 발생하지 않으면 어렵거나 빠른 운동하면서 차고 피사체 바랍니다. 주 : 운동 중단은 PCR 피크 높이와 운동 지속 기간을 모니터링함으로써 결정된다. 이는 다른 환자의 운동의 약간 다른 기간을에서 발생할 수 있습니다 및 분석에 설명 될 수있다. </li></ol></li></ol> 4. 스캔 프로토콜 <ol><li> 적절한 자기 위치를 확인하고 31 P 코일의 위치를 식별하기 위해 트라이 평면 로컬 라이저를 획득. 참고 : 로컬 라이저 순서가 자동으로 시작되고 인도어에서 센터레이저 광 가이드를 사용 ated 위치 (2.9 단계) </li><li> 두 번째 트라이 평면 로컬 라이저를 획득. <ol><li> 첫 번째 트라이 - 비행기 로컬 라이저 이미지에 슬라이스 뷰를 엽니 다. 참고 :이 프로세스는 서로 다른 소프트웨어와 하드웨어 시스템 다를 수 있습니다. </li><li> 센터와 왼쪽 버튼으로 클릭하고 슬라이스 그룹에 길게 슬라이스 방향을 돌립니다. 슬라이스 그룹을 돌립니다. 조각의 최종 방향이 베이비 오일의 위치와 일치하는지 확인합니다. </li><li> 시퀀스 루틴 창에서 축 및 시상 영상 (도 3b)의 전체 다리를 덮도록 조각의 수를 증가시킨다. </li></ol></li><li> 31 P 분광법 서열 <ol><li> 다음 지역화되지 않은 펄스 획득 시퀀스 매개 변수를 사용하여 TR : 1,000 밀리 초; TE : 0.34 밀리 초; 스펙트럼 폭 : 2,000 Hz에서; 플립 각도 : 90도; 획득 한 데이터 포인트 : 1,024; 한 스펙트럼 매 6 초 시간 해상도 얻어진 평균 4. </li></ol></li><li> 31 P 끼움 보X 배치 : <ol><li> 마우스를 사용하여, 화면 상단의보기 창에 두 번째 triplane의 로컬 라이저 이미지를 드래그합니다. 프로토콜 창에 분광 순서를 드래그하고 두 번 클릭하여 엽니 다. </li><li> 심 복셀을 (수평 라인 검은 사각형을 선택)을 시각화하는 위치 도구 모음을 사용합니다. 이 옵션을 선택하면, 로컬 라이저 이미지에 녹색 상자를 관찰합니다. 주 :이 심 복셀이다. </li><li> 왼쪽 클릭하여 복셀를 이동하고 중앙의 복셀을 들고. 크기를 변경하고 왼쪽 버튼을 클릭하여 복셀의 방향을 회전 상자의 모서리에있는 복셀을 들고입니다. 직접 코일 아래 B0 필드 균질성을 보장 및 대퇴사 두근의 평면에 평행하도록 심 창을 배치. 주 :이 직접 코일의 중심 아래의 조직의 볼륨 코일 아래에 민감한 영역 내의 적절한 shimming을 보장하는 것이다. </li><li> sensitiv를 식별 트라이 로컬 라이저 평면 화상을 사용하여전자 코일의 영역은 대퇴사 두근 근육 내에서이 지역을 포함하는 심 상자를 조정합니다. 주 : 끼움 박스는 데이터 수집 복셀 (도 3c) 내의 B0 균일 성을 확보하기 위하여 표면 코일의 진정한 범위보다 클 수있다. </li><li> 31 P 테스트 취득 : <ol><li> 인수 뷰어 창을 열고 획득 도구 모음에서 헤드 아이콘을 선택합니다. 이것은 실시간 분광 취득 볼 수있게된다. </li><li> 31P 심 복셀의 배치 후, 프로토콜 창 상단의 "실행"버튼을 클릭하여 하나의 스펙트럼을 얻기 위해 순서를 실행합니다. </li><li> B0의 shimming의 품질을 검사합니다. 인수 창에서 결과 스펙트럼을 관찰한다. 0 ppm의 중심으로 눈에 잘 띄는 PCR 피크와 유의 잡음 (그림 4a, 왼쪽)을 관찰한다. 참고 : 문제 해결 : 스펙트럼 잡음이 나타나면, 심 상자가 근육 내에 배치되어 있는지 확인합니다. 광고단지 크기와 끼움 박스의 위치는 신호 대 잡음비를 향상시킬 수있다. 필요에 따라 테스트 인수를 반복합니다. </li><li> ( "응용 프로그램"→ "분광학을")는 PCR 피크 높이를 참조 분광 도구의 스펙트럼을 열기 위해. 환자의 폴더 (폴더 트리 아이콘)을 열고 적절한 검사를 선택하고 스펙트럼을로드 할 두 번 클릭합니다. </li></ol></li></ol></li><li> 사전 운동 T1 이미지 : <ol><li> 코일의 중심에 단일 슬라이스 축 T1 강조 영상을 얻습니다. </li></ol></li><li> 31 P 사전 운동 인수 : <ol><li> 왼쪽 버튼으로 클릭하고 프로토콜 창에서 시퀀스를 드래그하여 (최고 스펙트럼 품질을 생산) 단계 4.4에서 시퀀스를 복사합니다. 이후의 모든 측정이 시퀀스를 사용합니다. </li><li> 피사체가 정지 상태에서 순서 루틴 창에서 열 측정을 수집하기 위해 1에서 10까지 선택 실행에서 측정의 수를 증가. </li></ol></li><li> 31 &lt;/ SUP&gt; P 운동 인수 : 참고 :이 분석을 위해 중요 할 것이다으로, 시작과 끝 운동 시간의주의를 기록합니다. <ol><li> 나머지 : 이전 검사에서 심 설정을 적용하고 20 측정을 취득하는 순서를 설정합니다. 카운트 다운 후 발로 시작 피사체를 지시한다. 2 측정을 위해 나머지에 남아 제목을 지시한다. </li><li> 운동 ~ 30 초 동안 무릎 확장 운동 (또는 PCR 피크 진폭의 30 % 감소를 달성하는데 필요한 시간)을 수행하는 피사체를 묻는다. 피사체가 충분한 PCR 고갈을 달성 한 후, 휴식을 요청합니다. </li></ol></li><li> (31) P 운동 후 인수 : <ol><li> 나머지 추가 (20) 측정을 획득. 후 운동 인수 (오른쪽,도 4a) 일시 중지 또는 shimming없이 운동 순서 다음 즉시 시작되었는지 확인합니다. 참고 : 두 개의 별도의 인수로이 회복 기간의 세분은 내가 분석을 허용운동을 반복해야 할 경우 작업자가 전체 복구 기간의 취득을 방지 할 수 있도록 상기 제 20의 동적 스펙트럼의 획득 동안 20 nitial 동적 스펙트럼. </li></ol></li><li> 운동 품질을 보장 ​​: <ol><li> 시작과 운동의 끝에서 PCR 피크 높이를 비교합니다. 고품질 운동 세션은 PCR 농도의 ~ 30 %의 감소를 초래한다. </li><li> PCR을 피크 높이가 나머지의 시작과 회복의 끝에서 동일한 것을 확인한다 (일반적으로 &lt;10 %의 차이는 바람직하다). 이 금액은 취득시 필드 동질성의 무시할 손실이 있다는 것을 보장합니다. 참고 : PCR 고장이 부족, 또는 필드 균질성의 손실이 된 경우, 다음 (피로하지 않도록주의하면서) 시험의 행사 / 복구 부분을 반복하면, 코일과 스트랩이 단단히 연결되어 있는지 확인하고 확장 운동 및 / 또는 지속 기간은 더 격렬한 운동을 장려 (그림 4B). 아니E는 : 단계 6 및 11에 따라 추가의 품질 관리 단계에서 얻어진 이미지의 비교 따라서 최소한의 운동이 크게 수집 된 데이터에 영향을 미칠 수있는 프로토콜 동안 발생한 것을 보장 때문에 연습 허벅지 및 코일 중 하나의 변위를 시각화 . </li></ol></li><li> 운동 후 T1 촬상 후, 동일한 획득 파라미터를 이용 T1 촬상 (단계 45) 축 전 운동을 반복한다. <ol><li> PCR 충분히 공핍뿐만 아니라, 운동 근육 증을 유발하지 않았다는 것을 확인하기 위해 최종 운동의 pH를 측정한다. </li><li> 파이 및 PCR (ΔP I)의 화학적 변화를 측정하고, 다음 식 (60)를 사용하여이를 수행 의 pH = 6.77 + 로그 [(ΔP 내가 -3.29) / (전 5.68 - ΔP)] 주 : pH가보다 큰 6.8 (61)를 유지해야합니다. PCR을 고장이 충분하지만, pH가 너무 낮 으면, 단 대한 운동 시합 반복시간 및 / 또는 감소 된 강도 ER. </li></ol></li><li> 데이터 저장 : <ol><li> DICOM 파일로 모든 인수 스펙트럼을 저장하고 JMRUI를 사용하여 처리를 내보낼 수 있습니다. </li><li> 스캐너를 사용하는 경우, "탐색기"창에서 모든 분광 인수를 선택합니다. </li><li> 에서 "응용 프로그램", "DICOM 도구"→ "수출 MR 분광학을"를 선택하고 C에 DICOM (* .dcm) 파일을 저장 : / 사용자 / MEDCOM / 온도 / CDROFFLINE (도구가 자동으로 위치를 선택합니다). </li><li> 에서 "전송", "오프라인으로 내보내기"를 선택합니다. 원하는 위치에 저장합니다. </li></ol></li></ol> 5. 데이터 처리 및 분석 (62) <ol><li> 자유롭게 사용할 수 JMRUI 소프트웨어 (; http://www.jmrui.eu/ 버전 5.2)과 MR 스펙트럼을 분석합니다. </li><li> Apodize 및 위상 모두 취득한 시점 (도 5)에 걸쳐 균일 성을 보장하기 위해 스펙트럼을 이동. PCR을 피크 중심 될스펙트럼에서 t 0 ppm으로. </li><li> 각 스펙트럼을 취득 PCR에서 피크의 진폭을 정량화 내장 Amares의 알고리즘을 사용한다. 피크 진폭은 특정 시점에서 표면 코일의 구분 영역 내의 PCR의 농도를 나타낸다. </li><li> 계산 소프트웨어에서 획득 시간의 함수로서 PCR 농도를 플롯. 사용 내장 계산 소프트웨어 곡선 맞춤 도구, 다음 식 (52), (63)의 PCR 회복 기간 데이터를 적합 : <img alt="식 (1)" src="/files/ftp_upload/54977/54977eq1.jpg"></li><li> (기준 PCR의 값을 기록 <img alt="식 (2)" src="/files/ftp_upload/54977/54977eq2.jpg"> ) 최저 PCR ( <img alt="식 (3)" src="/files/ftp_upload/54977/54977eq3.jpg"> ) 및 회복 시간 ( <img alt="식 (4)" src="/files/ftp_upload/54977/54977eq4.jpg"> . </li><li> 적절한 조건이 exer 동안을 충족하는지 확인PCR을 고갈 기준선 PCR 및 PCR 간의 낮은 비율 차이를 계산함으로써 CISE 세션. 50 % 고갈 - 이상적인 운동 세션 20 초래한다. 주 : 커브 피팅의 품질은 R 값이 0.75보다 큰 것으로 확인함으로써 확보 할 수있다. 이 R 값은 자동 피팅 소프트웨어에 의해 계산된다. </li></ol>

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이 논문은 골격근의 미토콘드리아 기능의 직렬 및 비 침습적 생체 측정을 준다 (31)하여 PMR 시험을위한 표준 프로토콜을 설명합니다. 대사 증후군의 증가 부담과 그 결과 이환율과 사망률을 대상으로 연구의 폭을 고려할 때이 프로토콜은 상당한 매력을 보유하고있다. 이렇게하여 PMR 31 프로토콜 스캐너 최소의 시간을 필요로 시판 MRS 시설 어떤 중심 과목 광범위한 대사 조사에 혼입 될 수있다. 프로토콜 내에서 중요한 단계 MR 시험에 앞서 Contraindications-, 잠재적 인 금기에 대한 주제를 선별하는 것이 중요하다. O없이 (1) 동측 무릎이나 허리 임플란트 : 전형적인 MR 배제 기준에 더하여, 다음이 프로토콜을 구현하기 전에 고려되어야유물, 낮은 사지 (예를 들어, 말초 동맥 질...

이 연구의 목적은 비 침습적 능력의 넓은 범위를 갖는 개인의 생체 골격근 미토콘드리아 기능의 측정 재현 방법을 간략하게 설명한다. 비정상적인 미토콘드리아 손상은 같은 프리드리히 운동 실조와 같은 희귀 질환에 대한 노화, 당뇨병과 같은 일반적인 조건에서 대사 증후군과 유전 질환의 넓은 범위의 특징이다. 대사 증후군과 미토콘드리아 기능 장애 대사 증후군은 미토콘드리아의 기능을 방해 골격근 OXPHOS 우울 및 골격근 1, 2에서 이소성 지질 저장을 초래할 것으로 나타났다. 대사 및 에너지 항상성 조절과 같은 중요한 소기관은 미토콘드리아 비만 3, 4의 병태 생리 인슐린 저항성 5에 관련되는 </sup&gt; 유형 2 당뇨병 (T2DM) 6, 7, 당뇨병 관련 미세 8, 9, 10, 11 및 대 혈관 합병증 (12, 13), 비 알코올성 지방 간 질환 (NAFLD) 14, 15, 16, 그 중에서도 O 2 산화 환원 효소의 활동 5 : 저항은 미토콘드리아 트리 카르 복실 산 (TCA) 유동 비율, ATP 합성 속도 및 시트 레이트 합성 효소와 NADH 감소를 포함하여 골격근의 미토콘드리아 활동에 큰 변화, 특징 .Insulin. 한 가설은 이러한 변화가 현저 비만 및 다른 비만 R 동안 증강 된 근육의 유리 지방산 (FFA)의 대사 산물의 축적에 기인 할 수있다의기 양양 질환 2, 17. 상승 된 유리 지방산 및 지질 중간체 근육 노출 지질 산화 경로의 유전자의 발현뿐만 아니라, TCA 사이클 및 전자 수송 체인 (ETC) 18을 감소시킬 수있다. 지질 과부하의 설정에서 미토콘드리아 골격 근육 OXPHOS 용량의 감소는 정량적 (미토콘드리아의 내용과 생합성)의 감소를 동반 골격근의 미토콘드리아 (20) (19)과 질적 기능입니다. 유리 지방산으로 골격근과 근육 세포를 노출 심한 인슐린 저항성을 초래하고, 근육의 증가 FFA 섭취는 인간과 설치류 (21) 모두에서 인슐린 저항성과 연관되어 있습니다. 지질 중간체 세라마이드 및 디아 실 글리세롤 (DAG)이 직접 이러한 단백질 키나제 C와 같은 PROT 키나제의 활성을 변화시킴으로써 인슐린 신호 전달 경로를 억제하는 것으로 나타났다EIN 키나제 B (21). 따라서, 지질 유도 된 분자 골격 근육 인슐린 내성 및 2 형 당뇨병의 개발에 중요한 역할을 보인다. 미토콘드리아 용량의 변화가 원인 또는 인슐린 저항 (22)의 결과인지 그러나 불분명. 프리드리히의 운동 실조증과 미토콘드리아 기능 장애 감소 OXPHOS는 유전 적 결함이 발생할 수 있습니다. 프리드리히 운동 실조증 (FA), 유전성 실조증의 가장 일반적인 형태는 인트라 미토콘드리아 철 축적 활성 산소 종 생산을 초래 frataxin의 돌연변이에 의한 유전 질환 (FXN) 유전자, 그리고 산화 적 인산화 (23)의 비정상 24, 25, 26. 이 중요한 발견이 표적으로 한 치료의 개발을 주도하고있다, whicH의 목적은 서브 세포 수준에서 미토콘드리아의 기능을 향상시킬 수있다. 이러한 이해에도 불구하고, 생체의 제한으로 개발, FA 임상 연구를위한 재생 가능한 바이오 마커가 있었다. 사실, FA에서 표적 치료의 효과적인 평가에 중요한 장벽은 미토콘드리아 기능의 변화를 추적 할 수 없다는 것이다. 현재 기능적 수단, 예를 들면, 심 박출량 감소 식별 할 수있다; 그러나, 그들은 부전이 발생하는 레벨 (도 1)을 결정하는 능력이있다. 식별 프리드리히의 운동 장애 질병의 진행을 평가할 수있다 미토콘드리아 기능의 신뢰성 마커의 개발 표적 요법 관련 기계적인 영향을 측정하는 것이 중요하다. 장애인 OXPHOS과 심장 부전 비정상적인 미토콘드리아 기능 취득 또는 유전자 역시 CARDI의 발생과 진행에 기여할 수교류 장애. 압력 과부하 및 심부전의 조건 하에서, FFA의 주요 에너지 기판 선호 스위치 포도당. 이것은 감소 ETC 활성 및 산화 적 인산화 (27)와 관련된다. 심장 부전의 미토콘드리아 생체 에너지의 병태 생리학은 미토콘드리아 결함의 주요 근원에 따라 상이 할 수있다. 당뇨병 결국 감소 된 기판의 유연성, 에너지 효율 및 이완기 부전 28, 29 리드 등을 손상 생합성 및 지방산 대사와 같은 심근 미토콘드리아 이상, 대사 증후군 결과. FA에서, 다른 한편으로는, 심근 세포 (30) (31)에 상당한 철 미토콘드리아 축적에 frataxin 결핍 결과. 철 축적 펜톤 반응 32 &lt;통해 자유 라디칼의 제조에 이르게/ SUP&gt; 및 자유 라디칼에 의한 심근 손상의 가능성이 높아집니다. 내부 미토콘드리아 철 축적은 또한 산화 적 스트레스에 대한 증가 된 감도와 산화 환원 용량 (30), (31)와 관련된다. frataxin 결핍에 의한 철 축적과 이후의 비정상적인 미토콘드리아 기능은, 따라서 FA 33, 34에서 관찰 된 손상된 심장 에너지 론과 심근 병증을 담당 할 수있다. 이 골격근의 미토콘드리아의 감소 산화 용량이 운동 불내성을 평행 및 심부전 (HF) (35)의 대사 능력을 감소 참고하는 것도 재미있다. 골격근 OXPHOS 용량의 측정은, 본원에서 설명 된 바와 같이, 쉽게 구현 가능하고 견고; HF에서 골격 근육 OXPHOS의 중요성과 함께, 이러한 기능은 듣고 포괄적 인 연구에에게 매력적인 바이오 마커을t 질환 36. 장애인 OXPHOS 및 첨부 심장 부전은 신진 대사 및 미토콘드리아 질병의 하찮은 측면이 아니다. 당뇨병 및 대사 질환 환자는 심혈관 발병의 위험이 높은 심근 경색 (MI) 37, 38, 39, 40, 41 초과 후 사망률을 가지고; FA 대상자의 절반 이상이 심근 병증, 심장 부정맥이나 심부전 (42)의 많은 다이를 가지고있다. 따라서, 감소 OXPHOS 정량화는 조기 발견 및 심장 기능 부전의 치료를 허용하지 수 있지만, 또한 이들 질환의 주요 임상 부담을 경감 할 수있다. 직접 OXPHOS 용량을 증가시키기 위해 표적 요법은 환자의 치료를 개선하기 위해 유망 영역이다 갔지THER 대사 장애의 원인은 유전 적 또는 취득된다. 현재, 신규 개발 중 하나 이상이 미토콘드리아 기능 (43)을 완화 또는 FA의 미친 생체 에너지 특성을 향상시킬 수있는 기본 유전자 결함을 보정 44 약물 타겟. 획득 된 미토콘드리아 장애의 경우, 신체 활동 증가 함수 45, 46, 47 미토콘드리아을 향상시킬 수있다. 미토콘드리아 기능의 비 침습적 인 바이오 마커로서 포스 31 자기 공명 분광법 에 관계없이 테스트 치료,은 골격 근육 생물 에너지 학의 생체 내 평가에 통합은 특히 심한 운동 불내성 또는 기존의 메타 보를 받아야하는 무능력과 과목, 대상 개입의 영향을 평가하는 중요한 도구입니다LIC 테스트. 인 (31하여 PMR) 전신 세포 내의 다양한 고 에너지 기판에 위치한 내인성 핵 조정 자기 공명 분광법을 포함하여, 다양한 접근 방법을 사용하여 미토콘드리아 산화 능력을 정량화하기 위해 사용 된 인 자석 운동 복구 프로토콜 근육 자극은 48 프로토콜. 운동 복구 프로토콜을 조절하고 버스트 형 저항 및 준 정적 운동을 허용 스트랩과 패드의 간단한 구성으로 작업 부하를 측정하는 MRI 호환 ergometers에서 복잡성에 이르기까지 장치의 종류에 의존한다. 이러한 프로토콜 중 하나의 주 목표 중 하나는 아데노신 삼인산 (ATP)에 대한 수요가 초기 크레아틴 키나아제 반응 (49)을 통해 포스 포의 효소 분해 (PCR)을 통해 충족되는 에너지 불균형을 생성하는 것이다. 운동이 정지되면, ATP 생산의 비율은 산화 포 의해 지배인산화와와 미토콘드리아 (50)의 생체 내 능력의 최대치를 나타냅니다. 또한, 운동 후 회복기 OXPHOS은 일차 반응 속도 (51)에 의해 설명 될 수있다. PCR의 운동 후 회복 따라서 산화 ATP 합성을위한 더 큰 용량을 나타내는 τ PCR의 값이 작은 지수 시간 상수 (τ PCR)의 피팅에 의해 정량화 할 수있다. 상당한 노력이 31 대 생체하여 PMR OXPHOS와의 직접적인 측정을 확인하고이 기술을 52, 53, 54, 55의 잠재적 임상 적용 가능성을 보여주기 위해 이루어졌다. 특히, 본 연구에 기재된 프로토콜은 임상 적으로 이용 가능한 스캐너 상에 구현 될 수 있고, 광범위하게 비 침습적 바이오 마커 O로 검증되었습니다F 미토콘드리아 기능 56. 그러나, 신경 근육 장애 또는 이동성의 변화 심각도와 개인에게 응용 프로그램에 최적화 된 운동 (31)하여 PMR 프로토콜은 물론 57 확립되어 있지 않다. 잘 정의 된, 광범위하게 적용 운동 프로토콜 31하여 PMR 기술은 미토콘드리아 기능 이상과 근본적인 질환의 평가에 특히 유용 할 것이다. 이전의 여러 연구 대상으로 미토콘드리아 기능을 정량화하는 비 침습 기술의 응용 프로그램을 살펴 보았다. 예를 들어,이 기술은 제 2 형 당뇨병 (36)을 대상으로 장애인 OXPHOS을 보여 주었다. 로디는 등. 제 FA 피험자로하여 PMR 기술의 가능성을 시험 1) FA의 근본적인 유전 적 결함이 골격근 OXPHOS를 손상시키는 것으로, 2)는 GAA 트리플렛의 개수는 반복 골격근 O 반비례XPHOS 33. 최근 Nachbauer 외. 7 과목과의 FA 약물 시험에서 보조 결과 조치로 사용하여 PMR. PCR 복구 시간은 로디의 이전 작업을 재확인하고 FA에서 벗어난 frataxin 식의 효과를하여 PMR 기술 (58)을 이용하여 검출 할 미토콘드리아 용량의 감소가 발생할 수 있음을 나타냅니다 컨트롤에 비해 과목에서 상당히 이상했다. 신뢰할 수있는 방법은 적절하게 가능하고 비용 효율적인 방식과 재현성 생체 골격근 기능의 정의는 미토콘드리아 기능에 영향을주는 질환의 범위에 따라 결과 개선에 중요하다. 이 작품은 31하여 PMR을 사용하여 골격근의 생체 내 최대 산화 용량을 얻기위한 강력한 절차를 설명합니다. 인 - 자석 운동 프로토콜은 물론 물리적 functiona 넓은 범위에 걸쳐 개인 용납리터의 능력과는 저렴하고 널리 사용 가능한 장비를 사용하여 간단한 주제 설정을 제공한다.

<table><tbody><tr><td>1.5 T MR 스캐너</td><td>Siemens</td><td></td><td>제조업체는 결과에 영향을 미치지 않습니다</td></tr><tr><td>10 cm 31P 송수신 코일, 1.5T 호환</td><td>PulseTeq</td><td></td><td>제조업체는 결과에 영향을 미치지 않습니다</td></tr><tr><td>3 fl oz 베이비 오일</td><td>Johnson & </td><td></td> Johnson <td>제조업체는 결과에 영향을 미치지 않습니다</td></tr><tr><td>폼 삼각형 쿠션 (무릎)</td><td>Siemens</td><td></td><td>제조업체는 결과에 영향을 미치지 않습니다</td></tr> <tr><td>(3) 플라스틱 버클 저항 스트랩; 테이블 간</td><td>Siemens</td><td></td><td>제조업체는 결과에 영향을 미치지 않습니다</td></tr> <tr><td>(1) 플라스틱 버클 저항 스트랩; 자체 연결</td><td>Siemens</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

인-31 자기 공명 분광학 : 측정을위한 도구 생체 미토콘드리아 산화 적 인산화 능력

Phosphorus-31 Magnetic Resonance Spectroscopy: A Tool for Measuring In Vivo Mitochondrial Oxidative Phosphorylation Capacity in Human Skeletal Muscle

건강과 질병에 매우 중요한 골격근 미토콘드리아 산화 인산화(OXPHOS) 능력(OXPHOS)은 jove_content'이며, phosphorus-31 자기공명분광법(31PMRS)을 통해 인간에서 생체 내 및 비침습적으로 측정할 수 있습니다. 그러나 이 접근법은 중개 및 임상 연구에서 널리 채택되지 않았으며, 방법론의 다양성과 문헌의 지침이 제한적이었습니다. in vivo 31PMRS에 대한 방법의 최적화, 표준화 및 보급 증가는 OXPHOS 용량을 개선하기 위한 표적 치료법의 개발을 촉진하고 궁극적으로 심혈관 건강에 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 31분PMRS는 근육 생검을 통해 이식되고 잠재적으로 변형된 미토콘드리아에서 얻은 대체 측정과 달리 인간 골격근의 OXPHOS 용량에 대한 비침습적 생체 내 측정을 생성합니다. 대부분의 기관에서 임상 및 중개 연구에 사용할 수 있는 자기 공명 스캐너에 이미 설치되어 있는 것 이상의 약간의 추가 기기에만 의존합니다. 이 연구에서는 생체 내 골격근 OXPHOS를 측정하는 방법을 간략하게 설명합니다. 이 기술은 31PMRS에 적합한 하드웨어와 소프트웨어가 장착된 1.5 Tesla 전신 MR 스캐너를 사용하여 시연되며, 대퇴사두근을 빠르게 피로하게 하기 위한 자석 내 저항 운동을 위한 간단하고 강력한 프로토콜을 설명합니다. 재현성과 타당성은 지원자뿐만 아니라 광범위한 기능적 능력에 대한 피험자에서 입증됩니다.

재현성 연구 식스 자원 봉사자 (4 남자와 두 여자, 평균 연령 : 24.5 ± 6.2 세)없이 자기보고 심장, 대사, 또는 미토콘드리아 질환은 기술 평가 1 주일 이내에 2 개의 다른 일에 대한 설명 (31)하여 PMR 운동 및 이미징 기술의 세션을 시행 재현성 (도 6a). 일반 자원 봉사자에 수행 된 연구는 미토콘드리아 기능의 정량화에 31하여 PMR 연구의 재현성을 확인합니다. PCR 회복 시간의 온화한 - 알트 분석 1.03 4.83 sec의 평균 차이 표준 편차 4.66 (도 6b)의 변형 예의 간 실험 계수를 보여준다. 프로토콜의 단계 4에 기재된 방법 절에 설명 취득하거나 분석 프로토콜에 대한 변경은, 양질의 데이터를...

이 연구는 인간 골격근에서 미토콘드리아 산화 인산화(OXPHOS) 능력을 정량화하기 위한 생체 내 인-31 자기 공명 분광법(31PMRS) 기술의 실현 가능성을 보여줍니다.

Skeletal muscle mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) capacity, which is critically important in health and disease, can be measured in vivo ...

이 In Vivo 자기 공명 기술 및 운동 프로토콜의 전반적인 목표는 미토콘드리아 산화 인산화 용량의 비침습적 측정을 위한 강력하고 표준화된 방법을 확립하는 것입니다. 골격근 미토콘드리아 산화 인산화 용량은 In Vivo 인 31 자기 공명 분광법으로 비침습적으로 측정할 수 있습니다. 이 표준화된 기술은 산화적 인산화 능력을 개선하기 위한 표적 치료법의 개발을 촉진할 것입니다.이 기술의 주요 장점은 비침습적이어서 연속 조사가 가능하고 광범위한 기능적 능력에 걸쳐 있는 개인이 잘 견디는 것입니다. 일반적으로 이 방법을 처음 접하는 개인은 장비 설정 및 피험자 위치 지정이 기술적으로 집약적이고 좋은 결과를 얻기 위해 결정적으로 중요하기 때문에 어려움을 겪을 것입니다. 영상을 촬영하기 전에 먼저 피험자로부터 서면 및 정보에 입각한 동의를 얻고 MRI 안전성을 철저히 검사합니다.그런 다음 실험을 설정합니다. 이 프로토콜은 Siemens Avanto 1.5 Tesla 시스템을 사용하여 시연됩니다. 먼저 인 31 코일을 보어에 가장 가까운 테이블 코일 커넥터에 연결하여 이미징 준비를 시작합니다.그런 다음 스캐너 검사 테이블의 다른 쪽 끝 근처에 큰 삼각형 폼 쿠션을 놓되 코일에 직접 놓지 마십시오. 또한 구멍에서 가장 먼 MR 검사대에 머리 베개를 놓고 피험자에게 MR 테이블에 발을 먼저 올려놓고 누운 자세로 눕도록 지시합니다. 무릎 아래에 폼 쿠션을 놓아 부분적으로 구부린 자세로 다리를 지지합니다.최적의 B0 균질성을 보장하기 위해 왼쪽 허벅지가 자석 등심원에 최대한 가깝게 중앙에 위치하도록 피사체를 테이블의 오른쪽에 가깝게 배치해야 합니다. 그런 다음 청력 보호를 위해 피험자에게 귀마개 또는 헤드폰을 제공하십시오. 피험자의 왼쪽 대퇴사두근에 있는 인 31 코일을 슬개골두와 대퇴골두 사이의 대략 중간 지점에 배치합니다.그런 다음 스트랩을 사용하여 다리에 고정합니다. 코일은 다리의 측면 부분, 광대 측면 위에 있어야 합니다. 코일을 다리에 고정하는 데 사용된 것과 동일한 끈으로 베이비 오일 병을 허벅지 내측에 고정한 다음 코일 아래와 무릎 위에 놓인 끈으로 피험자의 다리를 묶습니다.피험자의 다리를 MR 테이블에 고정하는데, 하나는 무릎 위에, 다른 하나는 무릎과 발목 중간에 추가로 묶는다. 피험자가 스트랩이 충분한 저항을 제공하는지 확인하기 위해 등척성 운동을 연습하도록 합니다. 그런 다음 피사체가 편안해지면 레이저 광 가이드를 사용하여 코일의 중심을 표시하고 센터링 랜드마크를 사용하여 테이블을 자석 등심원으로 이동합니다.분광학 획득의 기준선 단계에서는 피험자에게 가만히 누워 다리 근육을 이완시켜 모션 아티팩트를 최소화하도록 지시합니다. 먼저 트라이플레인 로컬라이저를 구입하여 위치를 확인하고 코일의 위치를 식별합니다. 또한 두 번째 지역화 도구를 가져오되 첫 번째 트라이플레인 지역화 도구에서 조각 보기를 엽니다.다음으로, 여기에서 볼 수 있듯이 비국소화 펄스 획득 시퀀스 파라미터를 사용하여 인 31 분광학 시퀀스를 설정합니다. 슬라이스 그룹을 마우스 왼쪽 버튼으로 클릭하고 유지하여 슬라이스 방향을 가운데로 잡고 회전한 다음 슬라이스의 최종 방향을 오일 병의 위치와 일치시킵니다. 이제 두 번째 삼중 평면 로컬라이저를 보기 창으로 드래그하여 심 박스를 배치한 다음 분광학 시퀀스를 프로토콜 창으로 드래그하고 두 번 클릭하여 엽니다.위치 도구 모음을 사용하여 로컬라이저 이미지에 표시될 심 복셀을 시각화합니다. 복셀은 마우스 왼쪽 버튼을 클릭하고 상자 중앙에 있는 상태로 이동하여 이동할 수 있으며, 마우스 왼쪽 버튼을 클릭하고 상자 모서리에 있는 상태로 유지하여 크기와 회전을 변경할 수 있습니다. 심 박스를 코일 바로 아래에 놓고 대퇴사두근의 평면과 평행하게 배치하여 B0 자기장 균질성을 보장합니다.로컬라이저 이미지를 사용하여 코일의 민감한 영역을 식별하고 근육 내의 이 영역을 포함하도록 심 상자를 조정합니다. 수집 뷰어 창을 열고 도구 모음에서 헤드 아이콘을 선택하여 분광학 수집을 실시간으로 볼 수 있도록 한 다음 시퀀스를 실행하여 단일 테스트 스펙트럼을 얻습니다. 다음으로, 결과로 생성되는 스펙트럼을 관찰하고 B0 shimming의 품질을 검토합니다.큰 잡음 없이 0ppm을 중심으로 하는 눈에 띄는 포스포크레아틴 피크를 찾으십시오. 스펙트럼에 잡음이 있는 것 같으면 심 박스의 위치를 조정하고 다시 획득합니다. 최상의 스펙트럼 품질로 테스트 분광학 시퀀스를 복사하고 모든 후속 측정에 사용합니다.측정 횟수를 1에서 10으로 늘린 다음, 피사체가 쉬고 있는 동안 수집합니다. 다음으로, 운동 획득을 위해 이전 스캔의 심 설정을 적용하고 20개의 측정값을 획득하도록 시퀀스를 설정합니다. 피험자에게 먼저 두 번의 측정을 위해 가만히 있으라고 지시한 다음, 피험자에게 운동을 시작할 때를 알려주는 카운트다운을 제공합니다.이 시점에서, 피험자는 약 30초 동안 스트랩의 저항에 맞서 가능한 한 강력하고 빠르게 무릎 신전 굴곡을 시작해야 한다. PCR 최고 높이가 30% 감소하는 것이 관찰된 후, 피험자에게 운동을 종료하고 휴식을 취하도록 지시합니다. 그런 다음 일시 중지나 시밍 없이 즉시 20개의 추가 운동 후 측정값을 획득합니다.획득이 완료된 후에는 운동 시작과 끝에서 포스포크레아틴 최고 높이를 비교하여 운동의 질을 확인합니다. 이 그래프는 포스포크레아틴 농도가 급속 준정적 무릎 확장 운동으로 고갈된 후 회복된 것을 보여줍니다. 선은 지수 회복 함수의 적합도를 나타냅니다.포스포크레아틴 회복 시간에 대한 Bland-Altman 분석은 평균 차이와 표준 편차가 1.03 플러스 마이너스 4.83초이고 시행 간 변동 계수는 4.66임을 보여줍니다. 여기에 표시된 것은 보행이 불가능한 피험자의 검사에서 나온 대표적인 포스포크레아틴 회복 곡선입니다. 이 운동 프로토콜로 64%의 포스포크레아틴 고갈이 달성되었습니다.마지막으로, 포스포크레아틴 회복 시간에 대한 이러한 비교는 대조군, 비당뇨병 환자 및 당뇨병이 있는 피험자에서 미토콘드리아 산화 능력이 순차적으로 더 낮다는 것을 보여줍니다. 이 기술을 마스터하면 제대로 수행하면 20분 이내에 완료할 수 있습니다. 이 절차를 시도하는 동안 운동 전에 스펙트럼에 충분한 신호가 있는지 확인하고 운동으로 인해 포스포크레아틴이 최소 30% 이상 고갈되는지 확인하는 것이 중요합니다.이 절차에 따라 근육량과 지방 함량을 계산하기 위해 지방 근육 정량화 이미징과 같은 다른 방법을 수행할 수 있습니다. 이는 전반적인 골격근 기능에도 중요합니다.이 기술은 Friedreich의 운동 실조증을 포함한 많은 질병을 조사하는 데 사용할 수 있으며, 이를 통해 연구원들은 미토콘드리아 산화 능력에서 질병 중증도의 유전적 마커를 연관시킬 수 있었습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 In Vivo 인 31 자기 공명 분광법, 스캔 및 운동 프로토콜을 수행하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 자기공명스캐너(MRS)를 사용하려면 엄격한 안전 조치가 필요하며 모든 MR 실험은 적절하게 훈련된 인력에 의해 수행되어야 한다는 점을 잊지 마십시오.

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의학

함께 Langendorff 모드 절연 심장...

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인-31 자기 공명 분광학 : 측정을위한 도구 생체 미토콘드리아 산화 적 인산화 능력

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