Summary
Мы опишем минимально-инвазивных и безболезненный метод для измерения мышечной силы собачьего задних конечностей и мышц ответ на неоднократные эксцентричный сокращений.
Abstract
Мы опишем минимально-инвазивных и воспроизводимый метод для измерения собачьего тазовых силы мышц конечностей и мышц ответ на неоднократные эксцентричных сокращений. Тазовых конечностей из наркоза собака иммобилизованных в стереотаксической кадров для выравнивания голени под прямым углом к бедру. Клей обернуть аффиксов лапы на педаль установленный на валу серводвигателя для измерения крутящего момента. Чрескожная стимуляция нервов активизирует мышцы тазового лимба лапу либо толкать (расширять) или тянуть (Flex) против педаль для создания изометрических крутящего момента. Чрескожная большеберцового нервов активизирует tibiotarsal мышц разгибателей. Повторные эксцентричный (удлинение) схватки, индуцированной в tibiotarsal мышц сгибателей путем чрескожной стимуляции малоберцового нерва. Эксцентричный протокол состоит из начальной изометрическое сокращение следуют вынуждены растягивать введенные серводвигателя. Вращения эффективно удлиняет мышцы в то время как она сжимается, например, эксцентричный сокращения. При раздражении сгибателей подвергаются 800 мс изометрические и 200 мс эксцентричный сокращения. Эта процедура повторяется каждые 5 сек. Чтобы избежать усталости, 4 мин Остальное следует через каждые 10 сжатий с в общей сложности 30 сокращений выполнены.
Protocol
1. Установка для эксперимента
- Нагрузка динамическая мышечного контроля (DMC) программного обеспечения.
- Включите инструкции установки физиологии следующие производителя.
- Запуск DMC программное обеспечение:
Предполагается, что оборудование подключено к компьютеру, который работает DMC программного обеспечения, и что система калибровки. Программное обеспечение может быть пересмотрен, время от времени, поэтому, инструкции приведены ниже, имеющие отношение к текущей версии программного обеспечения, которые мы используем. Когда программа будет открыта, он уже запущен.
Пользователь может сначала писать протокол в DMC (например, для стимуляции при 50 Гц в течение 1,5 с для получения изометрической столбняка) и протокол могут быть сохранены для последующего использования. Мы используем два стандартных протоколов: (1) изометрической протокола сжатия (например, подергивание или столбняка) и (2) эксцентричный стретч-травмы протокола. Начнем с изометрической протокол сжатия для дергаться. Для оптимизации дергаться, на экране монитора выходы используется; крутящего момента во время дергаться можно наблюдать, как электроды будут перемещены. Когда максимальный ответ дергаться будет достигнуто, данные собираются путем возврата на главный экран (выберите Продолжить) и выбрав Бегин и Готово. Файлы сохраняются с Сохранить как всплывающее окно. С электродов поддерживаться в таком же положении, столбняка (50 Гц), затем собраны и сохранены. Когда все изометрических сокращений будут завершены, эксцентричный стретч-травмы протокол может быть загружена и и запущена. Поскольку Есть ряд сокращений, которая будет выполнена в этом протоколе (10 сокращений), на главном экране Выполнить Одна кнопка выбрана, чтобы выявить Запускать все статуса. Теперь, когда Начните выборе Запускать все протоколы всплывающее окно, которое запрашивает имя корневого файла и каталог, в который файлы должны быть сохранены. Затем начала протокола серии испытаний и урон выбраны так, чтобы инициировать эксцентричный протокола. Файлы автоматически сохраняются в выбранной директории.
2. Размещение животных в физиологии установки
- Уходу и использованию животных комитет (ACUC) руководящие принципы должны соблюдаться для всех процедур, связанных с животными.
- Обезболить собаку использованием ингаляционной анестезии (например, ИФ) в соответствии с утвержденным протоколом. Проверьте закрытием век, чтобы убедиться, что животное является глубоко под наркозом. CO 2, мониторинг, пульсоксиметрии и температуры необходимо внимательно следить в течение всей процедуры. Обычно мы используем пропофола для индукции следует севофлурана для ингаляционной анестезии.
- Бритье волос вокруг боковых задушить (колено), где стимулирующие электроды будут размещены (т.е. наружной стороны конечности, начиная с малоберцовой кости головы до 2-3 см дистальнее большого вертела.
- Позиция собаку на стол физиологии в спинной лежачее положение с тазовой конечности расположены так, что бедра и голени делают под прямым углом, а голени параллельны столешницы. Либо правой или левой конечности могут быть проверены.
- До присоединения собака лапу, чтобы заставить педаль, проверьте, чтобы убедиться, что к педали усилие ясно и безопасно повернуть. Следуйте включением процедура установки физиологии и активировать педали. Примечание: к педали усилие должно быть "жестким", когда пользователь пытается переместить его вручную.
- Аккуратно остальные лапу собаки в ножной педали; измерения и учета длины лап собаки от центра оси вращения к концу боковой цифры.
- Безопасные лапу в ножной педали использованием упругой самостоятельного присоединения пленкой.
3. Изометрические крутящий момент дергаться (tibiotarsal сгибание)
- После проверки безопасности, подключить стерильной экранированный монополярной 24 калибра стимулирующих электродов к аппарату стимул изоляции (ССО).
- Установить стимулятор для: непрерывный импульсный выход с частотой 1 Гц (1 импульс в секунду)
- Конфигурация программ: Загрузка изометрической протокола сжатия (на главном экране выберите Протокол нагрузки). Кнопка Выполнить Один должен быть виден рядом с Начните кнопку. Это гарантирует, протокол выполняется только один раз.
- С руками в перчатках, чистой кожи спиртом и ощупывать общего малоберцового нерва дистальнее только боковые проксимальных малоберцовой кости. С пальцем маркировки области нерва, аккуратно вставьте катод (черный) электрода под кожу и просто внешние по отношению к надкостнице. Электрод должен быть размещен параллельно поверхности кожи на глубину около 2 см, достаточно, чтобы предотвратить электрода от перемещения, когда рука снимается.
- Место анода (красный) электродов под кожу, параллельно и немного дистальнее катодом электрод. Оба электрода должны теперь быть внутри общего малоберцового нерва дистальнее только малоберцовой кости головы.
- Активировать стимуляциитор с частотой 1 Гц. Соблюдайте дергаться ответы на мониторе. Сделать небольшие корректировки в позиции электрода для получения крупных дергаться амплитуды возможно. Электрод должен быть полностью удален и заменен через три-четыре ½ см шагом параллельно голени найти крупнейших дергаться ответ. Это важнейший компонент процедуры и большой осторожностью следует принимать, чтобы найти крупнейших ответ.
- Запись дергаться ответы выхода из экрана монитора выходы (выберите Продолжить), затем выберите Бегин и урон для сбора данных. Сохраните файл с нужным именем файла в Сохранить как всплывающее окно. Выключите стимулятора.
4. Изометрические крутящий момент тетаническое (tibiotarsal сгибание)
- Не двигая электродов, изменение стимулятор настройки 50 Гц в течение 1,5 сек и включить функцию внешнего триггера. Это позволяет стимулятор быть активированы с помощью программного обеспечения.
- Программное обеспечение настройки: изометрической же протокол сжатия, используемых для сбора тетаническое ответ как для дергаться. Предполагая, стимулирующих электродов не были перемещены, Бегин и урон выбраны так, чтобы производить столбняка. В изометрической протокол для производства столбняка, стимулятор запускается программное обеспечение для поддержания правильного времени. Сохранить тетаническое ответ в Сохранить как всплывающее окно.
5. Эксцентричный протокола
- Не двигая электродов, изменение стимулятор настройки: 50 Гц в течение 1 сек (100 В), а также включить функцию внешнего триггера. Это позволяет стимулятор быть активированы с помощью программного обеспечения.
- Параметры программы: Загрузить эксцентричный протокол травмы стрейч, команда сервомотор повернуть 29 градусов (30 градусов максимум). Выберите Run All. Выберите Начать, введите имя корневого файла эксцентричной ряд файлов и папку, в которой они должны быть сохранены. Выберите Пуск протокола серии испытаний, а затем Готово, чтобы инициировать протокол.
- В этом протоколе стимулятор установлен быть вызвана программным обеспечением для поддержания правильного времени. Как ответ на каждый эксцентричных сокращений появляется на экране, он сохраняется автоматически.
- Четыре минуты периода отдыха следует за каждым из десяти эксцентричных сокращений.
- Сбор общей сложности 30 эксцентричный сокращений (три подхода по десять сокращений, каждый набор разделенных четыре минуты отдыха).
6. Изометрические крутящий момент дергаться (tibiotarsal расширение)
- Повторите дергаться протоколу выше, но место электродами перпендикулярно к коже и проксимальных к первоначальному размещению электродов для сгибания протокола. Большеберцового нерва стимулируется как курсы каудально и дистально в gastrocnemious животы мышцы. Парные стимулирования и ссылки электроды расположены глубоко внутри хвостовой мускулатуры и просто проксимальнее задушить. Приблизительный точки размещения вдоль линии, которая делит пополам 90o угол, образуемый задушить (колено). Потому что большеберцового нерва лежит глубже (и хвостового) для общего малоберцового нерва, электроды должны быть размещены в нескольких районах, чтобы выявить оптимальные потенциалы дергаться. Это важнейший компонент процедуры. Примечание: крутящий момент обводки для tibiotarsal дергаться и тетания появится перевернутая относительно tibiotarsal обводка сгибания.
7. Изометрические крутящий момент тетаническое (tibiotarsal расширение)
- Не двигая электродов, изменение стимулятор настройки 50 Гц в течение 1,5 сек и включить функцию внешнего триггера. Это позволяет стимулятор быть активированы с помощью программного обеспечения.
- Программное обеспечение для настройки: 50 Гц в течение 1,5 сек и включить функцию внешнего триггера. Это позволяет стимулятор быть активированы с помощью программного обеспечения.
- Программное обеспечение настройки: изометрической же протокол сокращение используется для столбняка, как и для дергаться. Предполагая, стимулирующих электродов не были перемещены, Бегин и урон выбраны так, чтобы производить столбняка.
- В изометрической протокол для производства столбняка, стимулятор запускается программное обеспечение для поддержания правильного времени. Сохранить тетаническое ответ в всплывающее окно Save File.
8. Анализ данных
- Динамический анализ мышц (DMA) программу (Аврора Scientific) используется для получения крутящего момента и временной информации, собранной из дергаться, столбняка и эксцентричных сокращений.
- Запуск программы DMA: программное обеспечение может быть пересмотрено время от времени, поэтому, инструкции приведены ниже, имеющие отношение к текущей версии программного обеспечения, которые мы используем. Когда программное обеспечение DMA открыта она еще не запущена. Чтобы активировать программу, выберите белую кнопку со стрелкой в верхнем левом углу. Программное обеспечение DMA имеет ряд функций, но для наших целей, всего в нескольких соответствующие функции будут описаны.
Загрузить файл для анализа? Перезагрузить последний файл данных или новый файл с данными всплывающем окне появляется, когда программа запускается DMA. Выберите New, а в следующем окне выберите Labview, а в следующем окне выберите нужную папку и файл, выберите Открыть. Выберите Удалить фильтр участок, чтобы удалить это окно. Введите фильтр частоты в Предельная частота коробки. Оптимальная частота фильтра должна быть определена на основе конкретных данных, которые будут оценены. В качестве примера, мы используем 30 Гц для наших изометрической ответов и 10 Гц для эксцентричного ответов. Выберите опцию Использовать отфильтрованные данные кнопки. В разделе Выбор данных Участок, выберите Фильтрованный сил. Используйте два бара слайдов в нижней части расширения отображения и перемещаться по файлу. - Twitch анализа (рис. 1): Предположим, файл загружается и выше действия будут завершены, установить позицию курсора: Есть 3 курсоров: (1) синий, (2) желтые и (3) белый. Для изометрической дергается и столбняка или других изометрических сокращений, синий устанавливается в точке, где крутящий момент возрастает с крутящим моментом отдыха; желтый находится где крутящий момент возвращается отдыха крутящего момента (т.е. после фазовой релаксации); белый помещается в Право желтый курсор (не требуется). Курсоры легко перемещать с помощью левой кнопки депрессии на мыши и перетащить выбранный курсор в нужное положение.
Выполнить анализ: Когда курсоры позиционируется, выберите ли мышцы анализа, то результаты. На анализируемой мышц Данные результаты всплывающем окне, число переменных отображаются такие как максимальная сила; Базовый группы; ½ времени релаксации и др. Данные представлены на момент ответа, который лежит между курсорами 1 (синий) и 2 (желтая ). Все эти переменные или конкретные переменные могут быть записаны в файл данных, однако этот процесс не описан в настоящем документе. Если данные журнала не настроен, данные должны быть записаны от руки. Выберите закрыть окно, чтобы вернуться к главному экрану. Выберите Выйти, чтобы закрыть программу DMA, а затем выберите белую стрелку, чтобы начать анализ нового файла. - Тетания анализ (рис 2): те же шаги, как описано выше для дергаться.
- Эксцентричный анализа (рис. 3): эксцентричный анализ требует больше шагов для настройки и использует все три курсоров. Если эксцентричный ответ отрицательный крутящий момент (то есть, крутящий момент обводка появиться в нисходящем направлении), она может быть обращена, введя -1 в Референс Арея (кв. см) коробка (крутящий момент значения не меняются) и выберите Не нормализации; Кнопка меняет указать данные были нормированы (в данном случае, перевернутый). Введите желаемое частотой среза (например, 10 Гц) и установите флажок Использовать нефильтрованное данные обратной кнопку, чтобы использовать отфильтрованные данные, в настоящее время отфильтрованных данных будет использоваться для анализа. Расположите синий курсор в то место, где изометрической крутящий момент начинает подниматься от отдыха крутящего момента; позиции желтый курсор в то место, где эксцентричный крутящий момент растянуть начинает подниматься из изометрической плато (см. рисунок ниже); позиции белый курсор, где крутящий момент возвращается отдыхая крутящего момента. Выберите Do мышц анализа, то результаты. На анализируемой мышц Данные результаты всплывающем окне, Вы можете выбрать данные между курсорами 1 (синий) и 2 (желтого цвета) для изометрической данных крутящий момент, или между курсорами 2 (желтый) и 3 (белый) для эксцентричного данных крутящего момента. Все эти переменные или конкретные переменные могут быть записаны в файл данных, однако этот процесс не описан в данном документе. Если данные журнала не настроен, данные должны быть записаны от руки. Выберите закрыть окно, чтобы вернуться к главному экрану. Выберите Выйти, чтобы закрыть программу DMA, а затем выберите белую стрелку, чтобы начать анализ нового файла.
9. Представитель Результаты
- Twitch крутящий момент: голени стимуляция нервов (1 Гц) активирован один из подергивания мышц разгибателей tibiotarsal (рис. 1). Обратите внимание, что Y-ось означает "сила"; крутящий момент (произведение силы и расстояния) рассчитывается путем пользователем. Мы измеряем длину лап (от оси вращения к концу боковой цифра). Эта длина дистанции (рычаг) используется для определения крутящего момента (Нм).
- Изометрические крутящий момент тетаническое (tibiotarsal расширение): большеберцового нерва tetanized tibiotarsal разгибателей (1,5 сек поезд 50 Гц импульсов). Мы использовали динамический мышечного контроля компьютерного программного обеспечения (DMC, Аврора Научные, Inc) для контроля сроков и стимуляции, чтобы захватить момент ответов (рис. 2).
- Эксцентричный протокол: эксцентричный сокращений были проведены в tibiotarsal сгибатели. Чрескожная малоберцового нерва СтимулЭйшен активированный начальной изометрического сокращения последуют совместные вращения вызывает удлинение активированного сгибателей (эксцентричный сокращения; рис. 3) 6.
Рисунок 1. Размещение синий (# 1), желтый (# 2) и белый (# 3) курсоры для анализа дергаться. Выстрел представитель экран программного обеспечения DMA показана для tibiotarsal дергаться расширение в 13 кг здоровых собак. Обратите внимание, что для последующего анализа выполняемых программ, данные экспортируются в электронные таблицы, и силы выхода (показано на рисунке, как Force (г) может быть преобразован в крутящий момент (Нм). Крутящий момент рассчитывается как произведение силы и рычага расстояние (в этом расстояние = Длина измеряется от оси вращения к боковой цифра лапу).
Рисунок 2. Размещение синий (# 1), желтый (# 2) и белый (# 3) курсоры для анализа столбняка. Представитель скриншот программного обеспечения DMA показана для tibiotarsal расширение тетания, то же животное, как показано на рис 1.
Рисунок 3. Размещение синий (# 1), желтый (# 2) и белый (# 3) курсоры для анализа эксцентричного стретч-травмы сокращения. Выстрел представитель экран программного обеспечения DMA показано для одного эксцентричного стретч-травмы сокращение в здоровой собаки 13 кг. Начальная плато (зеленая линия) иллюстрирует изометрической фазы сокращения. Изометрическая фаза сопровождается эксцентричным (стрейч) фазы, как показано на быстрый пик в зеленой линии. Повторные эксцентричных сокращений обычно приводит к постепенному снижению в изометрической крутящего момента.
Discussion
Этот протокол используется для оценки большого функции мышц животных в естественных условиях, чтобы анализировать, документировать и определить эффективность лечения вмешательства или документ биологических особенностей прогрессирования заболевания. 1-6 животных позиционирования, конечностей размещения и размещения электродов являются ключевыми переменными, которые значительно результатов воздействия. В предварительном исследовании, средняя альвеолярная концентрация (ПДК) значения для изофлуран существенно не влияет на силу измерений (Шулер RO, Кох H, Kornegay Ю.Н., неопубликованные данные, 1993). Аппаратные и программные имеются в продаже и методы хорошо известны. 7, 1,2,8,4,9-11,6,12 рекомендуется пользователям получить и использовать программное обеспечение и оборудование, описанное выше, когда после этого протокола.
Модификации: ограничения текущего серводвигателя включают массу тела около 23 кг, а лапы длиной 20см. Обратите внимание, что ограничения крутящего момента составляет ~ 8 Н-м для датчиков крутящего момента (модель 310LR) описаны здесь. Это значение может быть превышено на нормальные собаки в возрасте 6 месяцев и старше. Возможные изменения в текущий протокол включает обновления программного обеспечения и увеличить крутящий момент диапазона датчика. Аврора Научно производит устройство конечностей позиционирования для крупных животных, которые могут быть заменены стереотаксической кадров, используемых в текущем протоколе. Этот метод был успешно применен к другим моделям животных, в том числе не-человеческое приматов.
Disclosures
Производство видео-статья была организована научно Аврора, Inc
Acknowledgments
Национальные институты здоровья (NIH), Джошуа Frase Фонда мышечной дистрофии ассоциации (MDA).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Stimulating electrodes | Teca | 25mmx26G | Disposable sterile monopolar needle electrodes |
| Stimulator | Grass Technologies | S88X | |
| Stimulus isolation unit | Grass Technologies | SIU-C | |
| Muscle lever system | Aurora Scientific | 310C-LR | Footplate option |
| Signal interface | Aurora Scientific | Series 604A | |
| Dynamic Muscle Control & Analysis Software | Aurora Scientific | Aurora Scientific | |
| PC/Monitor | Aurora Scientific | Windows XP computer | |
| Limb position device | Aurora Scientific | NA | Can be substituted for stereotactic frame |
| Table | Northstar Customs, LLC | NA | Custom made table |
| Flexible wrap for paw attachment to pedal | Andover | PetFlex(5cmx2m) | May be reused a time or two |
References
- Childers, M. K., Okamura, C. S., Bogan, D. J., Bogan, J. R., Petroski, G. F., McDonald, K., Kornegay, J. N. Eccentric contraction injury in dystrophic canine muscle. Arch Phys Med Rehabil. 83, 1572-1578 (2002).
- Childers, M. K., Okamura, C. S., Bogan, D. J., Bogan, J. R., Sullivan, M. J., Kornegay, J. N. Myofiber injury and regeneration in a canine homologue of Duchenne muscular dystrophy. Am J Phys Med Rehabil. 80, 175-181 (2001).
- MK, C. hilders, JT, S. taley, JN, K. ornegay, KS, M. cD. onald Skinned single fibers from normal and dystrophin-deficient dogs incur comparable stretch-induced force deficits. Muscle Nerve. 31, 768-771 (2005).
- Kornegay, J. N., Bogan, D. J., Bogan, J. R., Childers, M. K., Cundiff, D. D., Petroski, G. F., Schueler, R. O. Contraction force generated by tarsal joint flexion and extension in dogs with golden retriever muscular dystrophy. J Neurol Sci. 166, 115-121 (1999).
- Liu, J. M., Okamura, C. S., Bogan, D. J., Bogan, J. R., Childers, M. K., Kornegay, J. N. Effects of prednisone in canine muscular dystrophy. Muscle Nerve. 30, 767-773 (2004).
- Tegeler, C. J., Grange, R. W., Bogan, D. J., Markert, C. D., Case, D., Kornegay, J. N., Childers, M. K. Eccentric contractions induce rapid isometric torque drop in dystrophin-deficient dogs. Muscle Nerve. 42, 130-132 (2010).
- Allen, D. G. Eccentric muscle damage: mechanisms of early reduction of force. Acta Physiol Scand. 171, 311-319 (2001).
- Friden, J., Lieber, R. L. Eccentric exercise-induced injuries to contractile and cytoskeletal muscle fibre components. Acta Physiol Scand. 171, 321-326 (2001).
- Merkies, I. S., Faber, C. G. Outcome measures in Duchenne muscular dystrophy: are we ready for the new therapeutic era? Neuromuscul Disord. 19, 447-447 (2009).
- Nagaraju, K., Willmann, R. Developing standard procedures for murine and canine efficacy studies of DMD therapeutics: report of two expert workshops on "Pre-clinical testing for Duchenne dystrophy". Neuromuscul Disord. 19, 502-506 (2009).
- Proske, U., Allen, T. J. Damage to skeletal muscle from eccentric exercise. Exerc Sport Sci Rev. 33, 98-104 (2005).
- Warren, G. L., Lowe, D. A., Armstrong, R. B. Measurement tools used in the study of eccentric contraction-induced injury. Sports Med. 27, 43-59 (1999).
