Introduction
Het doel van dit werk is om een reproduceerbare methode om niet-invasief te meten in vivo skeletspier mitochondriale functie in natuurlijke personen die een breed scala aan mogelijkheden te schetsen. Afwijkende mitochondriale impairment is een kenmerk van een breed scala van metabool syndroom en genetische ziekten, van gemeenschappelijke voorwaarden, zoals de vergrijzing en diabetes om zeldzame aandoeningen zoals ataxie van Friedreich.
Metabool syndroom en mitochondriale dysfunctie
Metabool syndroom is aangetoond dat mitochondriale functies verstoren, drukt skeletspier OXPHOS en ectopische lipide opslag in skeletspier 1, 2. Zo kritisch organellen regeling van het metabolisme en energie homeostase, worden mitochondriën betrokken bij de pathofysiologie van obesitas 3, 4, 5 insulineresistentie (T2DM) 6, 7, diabetes gerelateerde micro- 8, 9, 10, 11 en macrovasculaire complicaties 12, 13, en non-alcoholische fatty leverziekte (NAFLD) 14, 15, 16, onder anderen .Insulin weerstand wordt gekenmerkt door ingrijpende veranderingen in de skeletspier mitochondriale activiteit, met inbegrip van verminderde mitochondriale tricarbonzuur (TCA) flux rate, ATP-synthese rate, en citraat synthase en NADH: O 2 oxidoreductase activiteit 5. Een hypothese is dat deze veranderingen kan worden veroorzaakt door de accumulatie van vrije vetzuren (FFA) metabolieten in de spier, die aanzienlijk zijn verhoogd bij obesitas en andere obesitas-ropgetogen ziekten 2, 17. De blootstelling van spier FFAs verhoogde lipide en tussenproducten kunnen de expressie van genen in de lipide oxidatieve route en de TCA cyclus elektronen transportketen (ETC) 18 verlagen. Deze vermindering van mitochondriale skeletspier OXPHOS capaciteit in de setting van een lipide overbelasting gaat gepaard met een daling van de kwantitatieve (inhoud en biogenese van mitochondria) 19 en kwalitatieve functie van skeletspieren mitochondriën 20. Blootstellen skeletspier en myocyten aan FFA leidt tot ernstige insulineresistentie en verhoogde FFA-opname in spieren geassocieerd met insulineresistentie bij zowel mensen als knaagdieren 21. De lipide ceramide tussenproducten en diacylglycerol (DAG) is aangetoond dat de insuline-signaleringsroute remt rechtstreeks door het veranderen van de activiteit van kinasen, zoals proteïne kinase C en protein kinase B 21. Daarom lipide afgeleide moleculen lijken een belangrijke rol in de ontwikkeling van skeletspieren insulineresistentie en T2DM spelen. Het blijft echter onduidelijk of veranderingen in het mitochondriaal capaciteit zijn een oorzaak of een gevolg van insulineresistentie 22.
Friedrich Ataxie en mitochondriale dysfunctie
Verminderde OXPHOS kan ook het gevolg zijn van genetische defecten. Friedrich's ataxie (FA), de meest voorkomende vorm van erfelijke ataxie, een erfelijke aandoening veroorzaakt door een mutatie in het frataxin (FXN) gen, wat resulteert in intra-mitochondriale ijzeraccumulatie, productie van reactieve zuurstof en afwijkingen van oxidatieve fosforylering 23, 24, 25, 26. Deze belangrijke ontdekking heeft geleid tot de ontwikkeling van doelgerichte therapie, which doel om de mitochondriale functie in het sub-cellulair niveau te verbeteren. Ondanks dit inzicht is er beperkte ontwikkeling van de in vivo, reproduceerbare biomarkers voor FA klinisch onderzoek geweest. In feite een kritische barrière in de effectieve evaluatie van gerichte therapieën in FA is het onvermogen om veranderingen in mitochondriale functie volgen. Huidige functionele maatregelen bijvoorbeeld kunnen identificeren verminderde cardiale output; ze zijn echter niet in staat de bepaling van de hoogte waar de disfunctie optreedt (figuur 1). De ontwikkeling van een betrouwbare merker van mitochondriale functie die kan worden gebruikt voor het identificeren en evalueren ziekteprogressie in ataxie Friedrich cruciaal is voor de desbetreffende mechanistische effect van gerichte therapieën meten.
Verminderde OXPHOS en Cardiac Dysfunction
Afwijkende mitochondriale functie, ofwel verworven of genetische, kunnen bijdragen tot de ontwikkeling of progressie van Cardiac disfunctie. Onder de voorwaarden van de druk overbelasting en hartfalen, de primaire energie substraat voorkeur schakelt van FFA in glucose. Dit gaat gepaard met een verminderde activiteit ETC en oxidatieve fosforylering 27. De pathofysiologie van mitochondriale bio-energetica in cardiale dysfunctie kunnen verschillen, afhankelijk van de primaire oorsprong van het mitochondriale defect. Diabetes en het metabool syndroom leidt tot mitochondriale afwijkingen in de hartspier, zoals verminderde biogenese en vetzuur metabolisme, wat leidt tot een verminderde substraat flexibiliteit, energie-efficiëntie, en uiteindelijk, diastolische dysfunctie 28, 29. In FA, daarentegen, een frataxin deficiëntie resulteert in significante mitochondriale ijzer accumulatie in cardiomyocyten 30, 31. Ijzer accumulatie leidt tot de productie van vrije radicalen via de Fenton reactie 32 </ Sup> en verhoogt de kans van vrije radicalen geïnduceerde cardiomyocyt schade. Intra-mitochondriale ijzeraccumulatie wordt ook geassocieerd met een verhoogde gevoeligheid voor oxidatieve stress en een verminderde oxidatieve capaciteit 30, 31. Ijzerstapeling en de daaropvolgende afwijkende mitochondriale functie, als gevolg van frataxin tekort, kan daarom verantwoordelijk voor de verminderde cardiale energetica en cardiomyopathie waargenomen in FA 33, 34. Het is ook interessant om op te merken dat de verminderde oxidatieve capaciteit in de skeletspier mitochondria loopt parallel met de uitoefening intolerantie en verminderde metabole capaciteit bij hartfalen (HF) 35. Meting van skeletspieren OXPHOS capaciteit, zoals hierin beschreven, gemakkelijk uitvoerbaar en robuust; in combinatie met de betekenis van de skeletspier OXPHOS in HF, deze functies maken het een aantrekkelijke biomarker in uitgebreide studies van horent ziekte 36.
Verminderde OXPHOS en de bijbehorende cardiale disfunctie is niet een onbelangrijk aspect van metabole en mitochondriale ziekte. Patiënten met diabetes en metabole ziekten zijn op een hoger risico op het ontwikkelen van hart- en vaatziekten en hebben oversterfte na een myocardinfarct (MI) 37, 38, 39, 40, 41; meer dan de helft van de FA onderwerpen hebben cardiomyopathie, en velen sterven van hartritmestoornissen of hartfalen 42. Daarom kwantificering van verminderde OXPHOS kan niet alleen zorgen voor vroege opsporing en behandeling van cardiale dysfunctie, maar het kan ook vermijden kan een belangrijke klinische last bij deze ziekten.
Therapieën gericht OXPHOS capaciteit gaat plaatsvinden is een veelbelovend gebied voor de behandeling van patiënten verbeteren, whether de oorzaak van metabole stoornissen is genetische of verworven. Momenteel is de ontwikkeling van nieuwe gerichte geneesmiddelen die ofwel abnormale mitochondriale functie 43 verlichten of verbeteren van de primaire genetische defect 44 kan de bio-energetica gestoorde kenmerkend FA verbeteren. Bij verkregen mitochondriale dysfunctie kan verhoogde fysieke activiteit verbeteren mitochondriale functie 45, 46, 47.
31 Fosfor Magnetische Resonantie Spectroscopie als een niet-invasieve Biomarker van mitochondriale functie
Ongeacht het geteste therapie, een geïntegreerd in vivo bepaling van skeletspier bioenergetica is een belangrijk hulpmiddel om het effect van gerichte interventies te beoordelen, vooral bij patiënten met ernstige inspanningsintolerantie of het onvermogen van conventionele metabo ondergaanlic testen. Resonantiespectroscopie afgestemd op fosfor (31 PMRS), een endogene kern in diverse energierijke substraten in cellen in het lichaam, is gebruikt om mitochondriale oxidatieve capaciteit gekwantificeerd met verschillende methoden, met inbegrip van magneet oefening terminaal protocollen spierstimulatie protocollen 48. De uitoefening terminaal protocollen berusten op verschillende inrichting variërend in complexiteit van MRI-compatibele ergometers die regelen en meten werkdruk eenvoudige configuraties van riemen en pads waardoor burst-type ohmse en quasi-statische oefening. Een van de belangrijkste doelen van elke van deze protocollen is een energiebalans waarvoor de vraag naar adenosinetrifosfaat (ATP) aanvankelijk door de enzymatische afbraak van creatinefosfaat (PCR) wordt bereikt met creatine kinase reactiemengsel 49 te produceren. Na stopzetting van de oefening, is de snelheid van de ATP productie wordt gedomineerd door oxidatieve phosphorylation en is de maximale in vivo capaciteit van de mitochondriën 50. Bovendien kunnen OXPHOS tijdens de hersteltijd na het sporten worden beschreven door een eerste-orde snelheid reactie 51. De post-oefening herstel van de PCR kan derhalve worden gekwantificeerd door het aanbrengen van een exponentiële tijdconstante (τ PCR), met kleinere waarden van τ PCR vertegenwoordigen grotere capaciteit voor oxidatieve ATP synthese. Aanzienlijke inspanningen zijn gedaan om 31 DVS tegen ex vivo en meer directe metingen van OXPHOS valideren en demonstreren de mogelijke klinische toepasbaarheid van deze techniek 52, 53, 54, 55.
Met name kan de in dit werk beschreven protocol worden uitgevoerd op klinisch beschikbare scanners, en is op grote schaal gevalideerd als biomarker noninvasive of mitochondriale functie 56. Echter, een oefening 31 DVS protocol geoptimaliseerd voor toepassing op mensen met wisselende ernst van neuromusculaire stoornis of de mobiliteit is niet goed vastgesteld 57. Een goed gedefinieerde, breed toepasbare inspanningsprotocol en 31 DVS techniek zou bijzonder nuttig zijn bij de evaluatie van ziekten met afwijkingen in fundamentele mitochondriale functie.
Verschillende eerdere studies hebben de toepassingen van niet-invasieve technieken onderzocht om de mitochondriale functie te kwantificeren bij patiënten. Zo hebben deze technieken getoond verminderde OXPHOS bij patiënten met type 2 diabetes 36. Lodi et al. Eerst de haalbaarheid van DVS technieken getest bij patiënten met FA en vonden dat 1) de fundamentele genetisch defect in FA schaadt skeletspier OXPHOS en 2) het aantal GAA triplet herhaling omgekeerd evenredig skeletspier OXphos 33. Recenter Nachbauer et al. gebruikte PMRS als secundaire uitkomstmaat in een FA drug proef met 7 vakken. PCR hersteltijd significant langer bij patiënten in vergelijking met controles, versterkend eerdere werk Lodi en waaruit blijkt dat de effecten van afwijkende frataxin meningsuiting in FA kan resulteren in een daling van de mitochondriale capaciteit die kan worden opgespoord met behulp van DVS technieken 58.
Betrouwbare methoden adequaat definiëren vivo skeletspierfunctie op een haalbare, kosteneffectieve en reproduceerbaar zijn cruciaal voor verbetering voorwerp resultaten bij een reeks van ziekten die mitochondriale functie beïnvloeden.
Dit werk schetst een deugdelijke procedure voor het verkrijgen van in vivo maximale oxidatieve capaciteit van de skeletspieren met behulp van 31 DVS. De in-magneet oefening protocol wordt goed verdragen door mensen verspreid over een breed scala aan fysieke en functionaliteitenl vaardigheden en biedt een vereenvoudigde onderwerp setup met behulp van goedkope en alom beschikbare apparatuur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Dit protocol wordt goedgekeurd door en volgt de richtlijnen van de Ohio State University Institutional Review Board voor menselijke proefpersonen onderzoek. Het is van cruciaal belang dat alle procedures met betrekking tot MR-apparatuur worden uitgevoerd door adequaat opgeleid personeel vast te houden aan de hoogste normen van veiligheid MR 59.
1. Materialen en Voorbereiding
- Dat alle benodigde materialen zijn voor de proef (figuur 2).
- Steek de 31P spoel in de in-tafel spoel connector aan het eind van het examen tabel die het dichtst bij de boring. Zet een grote driehoek foam kussen in de buurt van het hoofd van de MR examen tafel, maar niet rechtstreeks op de 31P spoel. Plaats een hoofdkussen aan het andere uiteinde van de MR onderzoekstafel, het verst van het asgat onderworpen comfort.
2. Onverminderd Positioning (figuur 3a)
- Instrueer het onderwerp liggende, voeten liggeneerst op de MR tafel. Plaats een schuimkussen onder de knieën om het been in een gedeeltelijk gebogen stand ondersteunen.
- Plaats het onderwerp nabij de rechterzijde van de tabel (rechts van de proefpersoon) om de linkerdij zo dicht centrum tot de magneet isocentrum mogelijk, waardoor optimale B0 homogeniteit in de dijspier onderzocht. Voorzie het onderwerp met oordopjes en / of hoofdtelefoon.
- Plaats de 31 P RF spoel op de linker quadriceps op ongeveer het middelpunt tussen de knieschijf en de femurkop, en zet het been met behulp van riemen. Plaats de spoel via lateraal gedeelte van het been, boven de vastus lateralis.
- Bevestig de babyolie aan de mediale zijde van de dij met dezelfde banden gebruikt om de spiraal te bevestigen aan het been. Dit vergemakkelijkt scan lokalisatie.
- Binden benen van de patiënt samen met een riem onder de spoel en boven de knie geplaatst. Beveilig de benen van de patiënt aan de MR tafel met extra straps, een boven de knie en een halverwege tussen knie en enkel.
- Gebruik het laserlicht naar het midden van de spoel af te bakenen en verplaats de tafel om de magneet isocentrum met behulp van deze centrering mijlpaal.
3. Oefening Protocol
- Leg aan het onderwerp dat de uitoefening protocol bestaat uit drie fasen: een eerste, basislijn fase; een korte, intensieve training fase; en een fase van herstel.
- Instrueer het onderwerp stil te liggen en te ontspannen hun beenspieren tijdens de baseline en herstel fasen van de spectroscopie overname om bewegingsartefacten te minimaliseren.
- Zorg voor een aftellen naar het onderwerp met vermelding van het begin van de oefening. Op dit punt hebben het onderwerp in te leiden knie-extensie / flexie zo krachtig en zo snel mogelijk tegen de weerstand van de banden.
OPMERKING: De quadriceps spieren worden gebruikt om de linker onderbeen op en neer bewegen, totdat de opdracht om te stoppen. - Beëindigen oefening na een daling van 30%in de piekhoogte PCR.
- Let op De PCR piekhoogte in het venster overname viewer, en ook zien het na afloop van de oefening reeks.
OPMERKING: Een algemene richtlijn is dat een ongeveer 30% daling van PCR piekhoogte overeenkomt met een Pi piek die 50% van de hoogte van de PCR piek. Als er PCR uitputting niet snel genoeg om een daling van 30% tijdens de oefening fase van het examen te bereiken zich voordoet, aan te moedigen het onderwerp harder of sneller tijdens het sporten te schoppen.
LET OP: Beëindiging van de oefening wordt bepaald door het monitoren van de PCR piekhoogte en de duur van de oefening. Dit kan resulteren in enigszins verschillende looptijden van oefening in verschillende patiënten en kunnen worden opgenomen in de analyse.
- Let op De PCR piekhoogte in het venster overname viewer, en ook zien het na afloop van de oefening reeks.
4. Scan Protocol
- Acquire een tri-plane localizer de juiste positionering te verifiëren onderwerp voor de plaats van de 31 P spoel.
LET OP: De localizer reeks begint automatisch en centra op het indicated positie met behulp van het laserlicht gids (stap 2.9) - Schaf een tweede tri-plane localizer.
- Open de slice uitzicht op de eerste tri-plane plaatsbepalende beelden.
OPMERKING: Dit proces kan verschillend zijn voor verschillende software en hardware systemen. - Center en draai de slice oriëntatie door met de linkermuisknop te klikken en vasthouden aan de slice-groep. Draai de slice-groep. Zorg ervoor dat de uiteindelijke oriëntatie van plakjes overeenkomt met de positie van de baby-olie.
- In de reeks routine venster, verhogen het aantal segmenten voor het hele been in de axiale en sagittale beelden (figuur 3b) omvatten.
- Open de slice uitzicht op de eerste tri-plane plaatsbepalende beelden.
- 31P spectroscopie volgorde:
- Gebruik de volgende niet-gelokaliseerde pulse-verwerven reeks parameters: TR: 1000 msec; TE: 0,34 msec; spectrale breedte: 2000 Hz; flip hoek: 90 graden; verkregen gegevens punten: 1024; 4 gemiddelden resulteert in een tijdsresolutie van 1 spectrum elke 6 sec.
- 31 P shim box plaatsing:
- Met behulp van een muis, sleept u de tweede triplane plaatsbepalende beelden in het weergavevenster aan de bovenkant van het scherm. Sleep de spectroscopie sequentie in het venster protocol en dubbelklik om te openen.
- Gebruik de positie werkbalk om de shim voxel (selecteer de zwarte rechthoek met horizontale lijnen) te visualiseren. Na het selecteren van deze optie, zich aan een groene doos op de plaatsbepalende beelden.
LET OP: Dit is de shim voxel. - Verplaats de voxel door met de linkermuisknop te klikken en vasthouden van de voxel in het centrum. Verander de grootte en draai de oriëntatie van de voxel door met de linkermuisknop te klikken en het vasthouden van de voxel op de hoek van de doos. Plaats het vulstuk box teneinde direct onder de spoel te waarborgen B0 veldhomogeniteit en evenwijdig aan het vlak van de quadriceps.
Opmerking: Zo kan er voldoende vulplaten in het gevoelige gebied zorgen onder de spoel, wat het volume weefsel direct onder het midden van de spoel. - Gebruik de tri-plane localizer beelden naar de sensitiv identificerene gebied van de spoel en stel het vulstuk box dit gebied in de quadriceps omvatten.
OPMERKING: De vulstuk box kan groter zijn dan de werkelijke bereik van de oppervlaktespoel zijn om B0 homogeniteit binnen het data acquisitie voxel (figuur 3c) waarborgen. - 31 P-test overname:
- Open het venster overname viewer en selecteer het pictogram hoofd in de overname werkbalk. Dit zal zorgen voor het bekijken van de spectroscopie overname in real time.
- Na plaatsing van de 31P shim voxel, voert u de volgorde om een spectrum te verkrijgen door te klikken op de "run" knop aan de bovenkant van het venster protocol.
- Onderzoek de kwaliteit van de B0 shimming. Observeer de resulterende spectrum in het venster overname. Let op een prominente PCR piek gecentreerd op 0 ppm en geen significante ruis (figuur 4a, links).
LET OP: Problemen oplossen: Als het spectrum lijkt luidruchtig, ervoor te zorgen dat het vulstuk doos wordt geplaatst in de spier. Advertentiealleen de grootte en positie van het vulstuk in om de signaal-ruisverhouding te verbeteren. Herhaal de test overname als dat nodig is. - Om de piekhoogte PCr zien ( "Applications" → "Spectroscopy") opent het spectrum in het spectroscopie tool. Open de map van de patiënt (mapstructuur icoon), selecteert u de juiste scan en dubbelklik om het spectrum te laden.
- image Pre-oefening T1:
- Verkrijgen van een opname van één plak axiale T1 nadruk op het midden van een spoel.
- 31 P pre-oefening overname:
- Kopieer de sequentie uit stap 4.4 door met de linkermuisknop te klikken en de volgorde te slepen in het venster protocol (die de beste spectrale kwaliteit geproduceerd). Gebruik deze reeks voor alle volgende metingen.
- In de reeks routine venster, verhoging van het aantal metingen van 1 tot 10. Selecteer gerend naar 10 metingen te verwerven, terwijl het onderwerp in rust.
- 31 </ Sup> P oefening overname:
OPMERKING: Maak goede nota van het begin en einde oefening tijden, omdat dit belangrijk voor de analyse zal zijn.- Rest: Breng de shim instellingen van de vorige scan en stel de volgorde om 20 metingen te verwerven. Instrueer het onderwerp te beginnen schoppen na een countdown. Instrueer het onderwerp in rust te blijven voor 2 metingen.
- Oefening: de proefpersoon wordt gevraagd de knie-extensie oefening voor ~ 30 seconden (of de tijd vereist om een 30% afname in de piekamplitude PCR bereiken) voeren. Na het onderwerp bereikt voldoende PCr uitputting, vraag hen om te rusten.
- 31P post-exercise overnames:
- Verwerven een extra 20 metingen in rust. Zorg ervoor dat de post-oefening overnames te beginnen onmiddellijk na de oefening reeks, zonder pauze of vulplaten (figuur 4a, rechts).
OPMERKING: De onderverdeling van deze herstelperiode in twee afzonderlijke acquisities maakt de analyse van de initial 20 dynamische spectra tijdens de acquisitie van de tweede 20 dynamische spectra, zodat de operator de verwerving van het volledige herstelperiode vermijden als de oefening moet worden herhaald.
- Verwerven een extra 20 metingen in rust. Zorg ervoor dat de post-oefening overnames te beginnen onmiddellijk na de oefening reeks, zonder pauze of vulplaten (figuur 4a, rechts).
- Zorgen oefening kwaliteit:
- Vergelijk de PCR piekhoogten aan het begin en het einde van de oefening. Hoogwaardige trainingssessies tot een ~ 30% afname van de PCR concentratie.
- Controleer of de piekhoogte PCR gelijk aan het begin van rust en aan het einde van herstel (typisch <10% verschil gewenst). Dit zorgt ervoor dat er was verwaarloosbaar verlies van het veld homogeniteit tijdens de acquisitie.
LET OP: Als de PCR afbraak onvoldoende is, of als er een verlies van het veld homogeniteit is, herhaal de oefening / herstel gedeelte van het examen (zorg om vermoeidheid te voorkomen), ervoor te zorgen dat de spoel en riemen stevig bevestigd zijn, en uit te breiden de duur van de oefening en / of aan te moedigen meer krachtige oefening (Figuur 4b).
NIETE: Een vergelijking van de verkregen beelden in stappen 6 en 11 toe dat een extra kwaliteitscontrole stap om verplaatsing van de dij en spoel visualiseren door de oefening, waardoor die minimale beweging zich tijdens het protocol, dat de verkregen gegevens aanmerkelijk kunnen beïnvloeden .
- Naar aanleiding van post-oefening T1 imaging, herhaal dan de pre-oefening axiale T1 imaging (stap 4.5) met behulp van dezelfde acquisitie parameters.
- Naast voldoende uitputting van PCR meet het einde oefening pH zodat de uitoefening niet acidose van de spier induceerde.
- Voer deze door meting van de chemische verschuiving tussen Pi en PCR (AP i) en met behulp van de volgende vergelijking 60:
pH = 6,77 + log [(AP i -3,29) / (5,68-AP i)]
NB: De pH-waarde moet groter zijn dan 6,8 61 blijven. Als de PCR verdeling is voldoende, maar de pH-waarde te laag is, herhaal de oefening Bout voor een korteer duur en / of met een verminderde intensiteit.
- Gegevens opslaan:
- Sla alle verworven spectra als DICOM-bestanden en te exporteren voor verwerking met behulp van JMRUI.
- Als met behulp van een scanner, selecteert u alle spectroscopie acquisities in het venster "Navigator".
- Onder "Applications", selecteer "Dicom Tools" → "Export MR Spectroscopy," en sla de DICOM (* .dcm) bestanden naar C: / User / MedCom / temp / CDROFFLINE
(Het gereedschap kiest automatisch deze locatie). - Onder "Transfer," select "Exporteren naar Offline." Opslaan op de gewenste locatie.
5. Data Processing and Analysis 62
- Analyseer de MR spectra met vrij verkrijgbare JMRUI software (versie 5.2; http://www.jmrui.eu/).
- Apodize en fase verschuiving van de spectra om de uniformiteit te garanderen over alle verworven tijdstippen (figuur 5). De PCR-piek wordt gecentreerd eent 0 ppm in de spectra.
- Gebruik de ingebouwde AMARES algoritme om de amplitude van de piek PCr kwantificeren Iedere afgenomen spectrum. De piekamplitude vertegenwoordigt de concentratie van PCr in het gevoelige gebied van de oppervlaktespoel op dat tijdstip.
- In de rekenkundige software plot de PCR concentraties als functie van de acquisitietijd. Met behulp van de ingebouwde rekensoftware curve-fit tool, passen de PCR herstelperiode gegevens naar de volgende vergelijking 52, 63:
- Noteer de waarden van de basislijn PCR (
), De laagste PCR ( 
), En de hersteltijd ( 
. - Zorg ervoor dat de juiste voorwaarden wordt voldaan tijdens de oefeprecieze sessie door berekening van de PCr uitputting, het procentuele verschil tussen de basislijn PCR en de laagste PCR. Ideaal trainingssessies resulteren in een 20 - 50% uitputting.
OPMERKING: De kwaliteit van de curve fitting kan worden verzekerd door te controleren dat de R 2-waarde groter dan 0,75. R2 waarden worden automatisch berekend door de fitting software.
), De laagste PCR ( 
), En de hersteltijd ( 
. Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
reproduceerbaarheid Study
Zes vrijwilligers (4 mannen en 2 vrouwen, gemiddelde leeftijd: 24,5 ± 6,2 jaar) zonder zelf-gerapporteerde hart, metabole of mitochondriale ziekte ondergingen zittingen van de beschreven 31 DVS lichaamsbeweging en beeldvormende techniek op 2 verschillende dagen binnen 1 week om techniek te evalueren reproduceerbaarheid (figuur 6a). De onderzoeken uitgevoerd op gezonde vrijwilligers bevestigen de reproduceerbaarheid van de 31 studie DVS de kwantificering van mitochondriale functie. Een Bland-Altman-analyse van PCR hersteltijd vertoont een gemiddeld verschil standaardafwijking van 1,03 4,83 sec en een tussen-proeven variatiecoëfficiënt van 4,66 (figuur 6b). Geen wijzigingen aan de verwerving of analyse protocol in het hoofdstuk beschreven methoden nodig waren om een goede kwaliteit te verkrijgen, zoals beschreven in stap 4 van het protocol. deze resULT's tonen de reproduceerbaarheid van de overname en analysetechnieken in dit werk beschreven.
Techniek Evaluatie in Non-ambulante Deelnemers met ataxie van Friedrich
Vier deelnemers (2 mannen en 2 vrouwen, gemiddelde leeftijd: 35) onderging een enkele sessie van de 31 DVS oefening en beeldvormende techniek in dit werk beschreven om de haalbaarheid in een niet-ambulante bevolking FA te evalueren. Deze onderwerpen waren in staat zijn de in-magneet oefeningen voor verkrijgen van voldoende depletie van PCR voor het herstel parameters weergegeven in stap 5,6 passen. Echter, langere trainingsduur (60-90 sec) waren nodig om de PCR niveaus voldoende afbreken. Bovendien oscillaties rond de pasvorm die werden veroorzaakt door het progressief verlies van spiercontrole, die kenmerkend is voor deze ziekte, werden waargenomen (Figuur 7). Voor deze subjects, gebruikten we twee extra resistieve banden tussen de knieën en enkels, dus in totaal drie banden, om ongewenste beweging te beperken. Deze resultaten tonen aan de haalbaarheid van de overname en de analysetechniek aan PCR hersteltijden te verkrijgen in niet-ambulante patiënten. Echter, de aanpassingen die nodig zijn om kwalitatief goede gegevens te verkrijgen aan te geven dat een verdere evaluatie en standaardisatie studies nodig zijn.
haalbaarheidsstudie
Negen vrijwilligers zonder zelf-gerapporteerde hart- en vaatziekten en 15 onderwerpen verwezen naar een programma van cardiale revalidatie en secundaire preventie (CRSP) werden ingeschreven in een lokale Institutional Review Board (IRB) -gekeurd studie. We verkregen sommige klinische waarden als indicatoren van cardiovasculaire gezondheid en de ernst van het metabool syndroom. De linker ventrikel ejectiefractie werd bewaard in CRSP proefpersonen (56 10%). de maximum cardiovasculaire inspanning capaciteit, gemeten vóór het begin van CRSP, was vergelijkbaar bij patiënten met en zonder diabetes (3,05 versus 0,6 3,4 0,8 met-waarde METs, p = 0,4). Voorafgaand aan het starten CRSP, elk ingeschreven onder onderging de 31 DVS oefening en beeldvormende techniek, in dit werk beschreven, en het intramusculair vet kwantificering beeldvorming, eerder 64 beschreven. De tijdconstante van PCR herstel was hoger (41,9 versus 32,1 1,4 7,4 sec, p = 0,05), en intramusculaire vetpercentage hoger bij CRSP patiënten versus controles (8,7 versus 2,9 2,54 0,6%, p <0,001). Het percentage intramusculair vet was vergelijkbaar bij CRSP personen met of zonder diabetes (p = 0,4) en de tijdconstante van PCR herstel neiging om langer bij personen met diabetes vergeleken bij proefpersonen zonder diabetes en controles (p = 0,03 voor de trends over groepen). Voorlopige follow-up gegevens wijzen op een aanzienlijk slechter verbeteringMETs na CRSP bij personen met diabetes vergeleken met personen zonder (delta = 1,0 0,8 4,0 versus 2,4, p = 0,06; Figuur 8). Deze resultaten demonstreren de haalbaarheid van deze techniek om verschillen in skeletspier OXPHOS tussen patiënten met en zonder bekende stofwisselingsziekte kwantificeren.
Figuur 1. Mitochondriën, skeletspier en cardiopulmonale Systems.
Een weergave van het verband tussen mitochondria, skeletspier, hartminuutvolume, ventilatie en functionele capaciteit weergegeven. Overgenomen van Milani et al 65.
Figuur 2. Materials.
De benodigde materialen omvatten 1) een driehoek kussen,
Figuur 3. Plaatsing.
A) onderwerpen worden afgebeeld op de rug, voeten-eerste positie. De 31P spoel wordt geplaatst op het linker quadriceps. Resistieve banden zijn boven en onder de knie geplaatst en bevestigd aan de tafel. Een enkele band wordt gebruikt om beide benen samen boven de knie binden. B) De plak positionering wordt de tweede plaatsbepalende. Merk op dat de schijfjes worden gecentreerd op de locatie van de baby-olie fles, en plakken de gehele quadriceps. C) De shim box plaatsing voor 31 DVS wordt getoond. Dit volume wordt direct onder de spoel in de quadriceps geplaatst en die een diepte die voldoende signaal en geschikte vulplaten verzekert in het gebied van de oppervlaktespoel.
Figuur 4. Data Acquisition.
A) Een representatieve 31 P verwerving in ruststand weergegeven. De PCR is de grote enkele piek, en er is minimale ruis (links). Een typische acquisitie tijdens de oefening deel van het protocol resulteert in twee grote pieken, Pi en PCR (rechts). Als oefening vordert, zal de Pi en PCR pieken te verhogen en te verlagen, respectievelijk. B) Vergelijking van de PCR piekhoogte in rust en na de oefening moet ten minste ~ 30% afname onthullen. deze c EREKENING moet worden gedaan op de scanner console met het oog op de succesvolle afronding van de oefening onderzoek te waarborgen.
Figuur 5. Analyse.
De fasecorrectie en apodisatie van een representatieve spectrum weergegeven. A) Een ruwe spectrum dat een niet-gefaseerde piek en de aanwezigheid van ruis dat de pieken verduistert. B) Een spectrum toont 0 th - en 1-ste orde fasecorrectie. De PCR-piek ligt in het centrum frequentie is gemakkelijk te herkennen, maar ook andere metaboliet pieken worden steeds verduisterd. C) Het spectrum na apodisatie een Lorentz line vorm, waardoor de geluidsoverlast en betere visualisatie van de 3 ATP pieken en de PDE en Pi piek. Dit spectrum is klaar voor de piek kwantificering met de AMARES tool. bestanden / ftp_upload / 54977 / 54977fig5large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 6. 31 DVS bij gezonde proefpersonen.
A) Deze figuur toont het herstel van de phosphocreatine (PCR) concentratie na de uitputting met een snelle quasi-statische extensie van de knie oefening. De lijn stelt de pasvorm van de exponentiële herstelfunctie beschreven in stap 5,6, de terugwinning tijdconstante τ getoond; Deze tijdconstante is een gevestigde biomarker mitochondriale oxidatieve functie. B) De Bland-Altman analyse van de 31 DVS techniek reproduceerbaarheid toont een gemiddeld verschil standaarddeviatie van 1.03 4.83 sec voor de PCR hersteltijd tussen proeven; de coëfficiënt van variatie is 4,66.http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54977/54977fig6large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 7. 31 DVS in Non-ambulante onderwerpen.
Een representatieve PCR herstelcurve van 31 DVS onderzoek van een niet-ambulant is afgebeeld. Merk op dat een PCR depletie van 64% werd bereikt met dit testprotocol. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 8. 31 DVS in CRSP onderwerpen.
Een vergelijking van PCr RECOVery tijden toont achtereenvolgens armere mitochondriale oxidatieve capaciteit in controle, niet-diabetische en diabetische patiënten. De foutbalken geven de standaardafwijking.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Dit artikel beschrijft een standaardprotocol voor 31 DVS onderzoek dat seriële en invasieve in vivo meting van skeletspieren mitochondriale functie verschaft. Het protocol houdt grote aantrekkingskracht bij het overwegen van de breedte van onderzoeken gericht op de groeiende last van metabool syndroom en de resulterende morbiditeit en mortaliteit. Deze 31 PMRS protocol vereist een minimale hoeveelheid scanner tijd en in uitgebreide metabole onderzoeken kunnen worden opgenomen in vakken op elk centrum met in de handel verkrijgbare MRS faciliteiten.
Kritische stappen in het protocol
Contraindications- Voorafgaand aan de MRI-onderzoeken, is het cruciaal om onderwerpen te onderzoeken op mogelijke contra-indicaties. Naast de typische MR uitsluitingscriteria, moet het volgende worden overwogen voordat de uitvoering van dit protocol: 1) ipsilaterale knie of heup implantaten (ongeacht of MR compatibiliteit) artefacten, 2) de voorwaarden die bloedstroom of zuurstof levering aan de onderste ledematen (bijvoorbeeld, perifere arteriële ziekte), 3) een onvermogen om resistieve quadriceps extensie oefening beperken, en 4) een onvermogen te liggen rug te voorkomen ongeveer 30 min.
Bewegingsartefacten reductie- De beweging van de spoel 31 P ten opzichte quadriceps het onderwerp en de beweging van het onderwerp bovenbeen ten opzichte van de tafel moet worden geminimaliseerd. Zorg ervoor dat de spoel goed is bevestigd aan het been van de patiënt en dat de resistieve banden stevig vastzitten aan het examen tafel. Test door te zorgen dat de hiel van het subject stijgt niet meer dan 5 in. Van de onderzoekstafel tijdens schoppen en dat er geen rotatie van de spoel tijdens de oefening.
acquisitie
Oefening kwaliteit- Het onderwerp moet uitoefenen om eenChieve ten minste een 30% afname in de PCR. Voor dit protocol, hebben we vastgesteld dat 30 s van de oefening voor ambulante patiënten en 60 s voor niet-ambulante patiënten bereikt dit doel. We hebben waargenomen dat niet-ambulante patiënten uit te oefenen minder kracht per trap en vereisen daarom een langere interval voldoende uitputting.
Analyse- De hier beschreven methoden bieden een kader om de subjectiviteit te minimaliseren en maximaliseren van de automatisering. Selectie van de gebruiker invoerparameters voor de analyse van de spectra zorgvuldig worden gedaan om reproduceerbaarheid te waarborgen.
Wijzigingen en problemen oplossen
Kwaliteit van spectrum- Als het spectrum lijkt luidruchtig, ervoor te zorgen dat het vulstuk doos wordt geplaatst in de spier. Pas de grootte en positie van het vulstuk in om de signaal-ruisverhouding te verbeteren. Herhaal de test overname als dat nodig is.
Quabaarheid van oefen- Als de eerste oefeningsresultaten onvoldoende PCr depletie er verschillende modificaties die kunnen worden gebruikt om problemen: 1) de banden kan worden vastgezet, om weerstand te verhogen; 2) het onderwerp kan worden geïnstrueerd om sneller te schoppen, die inspanning toeneemt; of 3) de duur van aanhoudende oefening kan worden verhoogd. Merk echter op dat over-oefening kan leiden tot een veranderde pH en kan leiden tot acidose, die de OXPHOS herstel kinetiek 61 kan remmen. Dit kan worden vermeden door de trainingstijd beperkt tot maximaal 3 minuten.
Beperkingen van de Techniek
Een spierbiopsie analyse maakt de meting van specifieke mitochondriale eigenschappen, zoals mitochondriale inhoud en grootte, evenals de maximale mitochondriale ATP synthesesnelheid. Het is echter belangrijk op te merken dat de in vivo meting met DVS 31 vertegenwoordigt een samenstel van deze direct maatregelen, naast extra mitochondriale factoren, zoals de microvasculaire toevoer van geoxygeneerd bloed naar de spier. Voor de gevallen waarin de status van de microvasculatuur is betrokken door verminderde zuurstoftoevoer of andere factoren, zou geen eenduidige indicatie van mitochondriale toestand. Veeleer zou de in vivo toestand van de maximale oxidatieve ATP synthese van spier, die een combinatie van OXPHOS en microvasculaire problemen kunnen geven duiden.
Een beperking van de uitoefening 31 DVS protocol beschreven in dit werk is het gebrek aan standaardisatie van het geleverde werk. Dit gebrek aan standaardisatie vereenvoudigt de benodigde apparatuur, en daarmee de uitvoering van dit protocol. Echter, dit gaan ten koste van niet toelaten de kwantitatieve evaluatie van andere parameters, zoals sterkte en vermoeidheid, en hun relatie tot metabole maatregelen. Hierdoor kunnen verschillende niveaus van inspanning beïnvloeden de PCrhersteltijd na de ernst van de onderliggende mitochondriale defect. Men kan deze effecten door te zorgen voor voldoende PCR uitputting te minimaliseren en kan het geleverde werk verder te standaardiseren met behulp van MR-compatibel ergometers met instelbare weerstand en meetbare werk uitgangen.
Betekenis van de techniek met betrekking tot bestaande of alternatieve methoden
De mogelijkheid om mitochondriale functie direct kwantificeren skeletspier is het belangrijkste voordeel van de 31 techniek DVS vergelijking met de gebruikelijke metabolische inspanningstest. Invasieve spierbiopsie biedt metingen in enkele vezels 66, maar met daarmee gepaard gaande risico's die het minder aantrekkelijk voor de onderzoeken die seriële beoordeling te maken. Benaderingen op basis van nabije infrarood spectroscopie 67 kan worden beperkt door indringdiepte, vooral bij patiënten met obesitas, waarbij slechts 5 mm vet verzwakt het NIRS signal met 20% 68. Verder is de techniek leent zich niet voor het multidimensionale evaluatie van spieren en andere systemen geboden door MR-gebaseerde technieken. Bovendien, in tegenstelling tot invasieve biopsie werkwijzen voor het kwantificeren energiehuishouding van de spier Dit niet-invasieve en niet-destructief meten toestaat herhaalde meting van de metabole status intacte spieren, waardoor het voordeel voor de evaluatie van subject populaties en therapeutische interventies.
toekomstige toepassingen
Mogelijke toepassingen na beheersen van deze 31 DVS techniek omvatten de evaluatie van ziekten met specifieke mitochondriale gebreken of een breed scala van metabole aandoeningen. Bij patiënten met een cardiac output, kunnen de huidige technieken verminderde functionele capaciteit te identificeren, maar kan het niveau waarop de disfunctie optreedt (bijvoorbeeld, de skeletspier, hart, longen) tot stand brengen. Het zou bijzonder zijninteressant om geïntegreerde protocollen die 31 DVS combineren met metabole maatregelen en cardiopulmonale assays om de oorzaken van vakspecifieke verminderde capaciteit te identificeren met het oog op gepersonaliseerde behandelingen te vergemakkelijken.
We hebben gedetailleerde voorbeelden van belangrijke gerichte therapieën en interventies die zouden profiteren van het gebruik van in vivo markers van mitochondriale functie. Een gestandaardiseerde 31 DVS oefening protocol, zoals die hierboven beschreven, is een belangrijke stap voor meer algemeen gebruik van deze belangrijke in vivo marker van de skeletspieren mitochondriale capaciteit in zowel basis- als interventiestudies.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 1.5 T MR Scanner | Siemens | manufacturer will not affect results | |
| 10 cm 31P transmit-receive coil, 1.5T compatible | PulseTeq | manufacturer will not affect results | |
| 3 fl oz Baby Oil | Johnson & Johnson | manufacturer will not affect results | |
| Foam triangle cushion (Knee) | Siemens | manufacturer will not affect results | |
| (3) plastic buckle resistive straps; table to table | Siemens | manufacturer will not affect results | |
| (1) plastic buckle resistive strap; self-connecting | Siemens |
References
- Eckel, R. H., Alberti, K. G., Grundy, S. M., Zimmet, P. Z. The metabolic syndrome. Lancet. 375 (9710), 181-183 (2010).
- Shulman, G. I. Ectopic fat in insulin resistance, dyslipidemia, and cardiometabolic disease. N Engl J Med. 371 (12), 1131-1141 (2014).
- Holmstrom, M. H., Iglesias-Gutierrez, E., Zierath, J. R., Garcia-Roves, P. M. Tissue-specific control of mitochondrial respiration in obesity-related insulin resistance and diabetes. Am J Physiol Endocrinol Metab. 302 (6), 731-739 (2012).
- Jheng, H. F., et al. Mitochondrial fission contributes to mitochondrial dysfunction and insulin resistance in skeletal muscle. Mol Cell Biol. 32 (2), 309-319 (2012).
- Petersen, K. F., et al. Mitochondrial dysfunction in the elderly: possible role in insulin resistance. Science. 300 (5622), 1140-1142 (2003).
- Kelley, D. E., He, J., Menshikova, E. V., Ritov, V. B. Dysfunction of mitochondria in human skeletal muscle in type 2 diabetes. Diabetes. 51 (10), 2944-2950 (2002).
- Liu, R., et al. Impaired mitochondrial dynamics and bioenergetics in diabetic skeletal muscle. PLoS One. 9 (3), 92810 (2014).
- Ha, H., Hwang, I. A., Park, J. H., Lee, H. B. Role of reactive oxygen species in the pathogenesis of diabetic nephropathy. Diabetes Res Clin Pract. 82, Suppl 1 42-45 (2008).
- Akude, E., et al. Diminished superoxide generation is associated with respiratory chain dysfunction and changes in the mitochondrial proteome of sensory neurons from diabetic rats. Diabetes. 60 (1), 288-297 (2011).
- Fernyhough, P. Mitochondrial dysfunction in diabetic neuropathy: a series of unfortunate metabolic events. Curr Diab Rep. 15 (11), 89 (2015).
- Chen, M., Wang, W., Ma, J., Ye, P., Wang, K. High glucose induces mitochondrial dysfunction and apoptosis in human retinal pigment epithelium cells via promoting SOCS1 and Fas/FasL signaling. Cytokine. 78, 94-102 (2016).
- Blake, R., Trounce, I. A. Mitochondrial dysfunction and complications associated with diabetes. Biochim Biophys Acta. 1840 (4), 1404-1412 (2014).
- Rains, J. L., Jain, S. K. Oxidative stress, insulin signaling, and diabetes. Free Radic Biol Med. 50 (5), 567-575 (2011).
- Serviddio, G., et al. Mitochondrial involvement in non-alcoholic steatohepatitis. Mol Aspects Med. 29 (1-2), 22-35 (2008).
- Perez-Carreras, M., et al. Defective hepatic mitochondrial respiratory chain in patients with nonalcoholic steatohepatitis. Hepatology. 38 (4), 999-1007 (2003).
- Garcia-Ruiz, I., et al. Mitochondrial complex I subunits are decreased in murine nonalcoholic fatty liver disease: implication of peroxynitrite. J Proteome Res. 9 (5), 2450-2459 (2010).
- Patti, M. E., Corvera, S. The role of mitochondria in the pathogenesis of type 2 diabetes. Endocr Rev. 31 (3), 364-395 (2010).
- Muoio, D. M., Newgard, C. B.
- Bonnard, C., et al. Mitochondrial dysfunction results from oxidative stress in the skeletal muscle of diet-induced insulin-resistant mice. J Clin Invest. 118 (2), 789-800 (2008).
- Jheng, H. F., Huang, S. H., Kuo, H. M., Hughes, M. W., Tsai, Y. S. Molecular insight and pharmacological approaches targeting mitochondrial dynamics in skeletal muscle during obesity. Ann N Y Acad Sci. 1350, 82-94 (2015).
- Coen, P. M., Goodpaster, B. H. Role of intramyocelluar lipids in human health. Trends Endocrinol Metab. 23 (8), 391-398 (2012).
- Montgomery, M. K., Turner, N. Mitochondrial dysfunction and insulin resistance: an update. Endocr Connect. 4 (1), 1-15 (2015).
- Martelli, A., Puccio, H. Dysregulation of cellular iron metabolism in Friedreich ataxia: from primary iron-sulfur cluster deficit to mitochondrial iron accumulation. Front Pharmacol. 5, 130 (2014).
- Campuzano, V., et al. Frataxin is reduced in Friedreich ataxia patients and is associated with mitochondrial membranes. Hum Mol Genet. 6 (11), 1771-1780 (1997).
- Calabrese, V., et al. Oxidative stress, mitochondrial dysfunction and cellular stress response in Friedreich's ataxia. J Neurol Sci. 233 (1-2), 145-162 (2005).
- Ristow, M., et al. Frataxin activates mitochondrial energy conversion and oxidative phosphorylation. Proc Natl Acad Sci U S A. 97 (22), 12239-12243 (2000).
- Ardehali, H., et al. Targeting myocardial substrate metabolism in heart failure: potential for new therapies. Eur J Heart Fail. 14 (2), 120-129 (2012).
- Ren, J., Pulakat, L., Whaley-Connell, A., Sowers, J. R. Mitochondrial biogenesis in the metabolic syndrome and cardiovascular disease. J Mol Med (Berl). 88 (10), 993-1001 (2010).
- Marin-Garcia, J., Goldenthal, M. J. Understanding the impact of mitochondrial defects in cardiovascular disease: a review. J Card Fail. 8 (5), 347-361 (2002).
- Babcock, M., et al. Regulation of mitochondrial iron accumulation by Yfh1p, a putative homolog of frataxin. Science. 276 (5319), 1709-1712 (1997).
- Foury, F., Cazzalini, O. Deletion of the yeast homologue of the human gene associated with Friedreich's ataxia elicits iron accumulation in mitochondria. FEBS Lett. 411 (2-3), 373-377 (1997).
- Wardman, P., Candeias, L. P.
- Lodi, R., et al. Cardiac energetics are abnormal in Friedreich ataxia patients in the absence of cardiac dysfunction and hypertrophy: an in vivo 31P magnetic resonance spectroscopy study. Cardiovasc Res. 52 (1), 111-119 (2001).
- Raman, S. V., et al. Impaired myocardial perfusion reserve and fibrosis in Friedreich ataxia: a mitochondrial cardiomyopathy with metabolic syndrome. Eur Heart J. 32 (5), 561-567 (2011).
- Kitzman, D. W., et al. Skeletal muscle abnormalities and exercise intolerance in older patients with heart failure and preserved ejection fraction. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 306 (9), 1364-1370 (2014).
- Scheuermann-Freestone, M., et al. Abnormal cardiac and skeletal muscle energy metabolism in patients with type 2 diabetes. Circulation. 107 (24), 3040-3046 (2003).
- Allcock, D. M., Sowers, J. R. Best strategies for hypertension management in type 2 diabetes and obesity. Curr Diab Rep. 10 (2), 139-144 (2010).
- Katzmarzyk, P. T., Church, T. S., Janssen, I., Ross, R., Blair, S. N. Metabolic syndrome, obesity, and mortality: impact of cardiorespiratory fitness. Diabetes Care. 28 (2), 391-397 (2005).
- Wang, J., et al. The metabolic syndrome predicts cardiovascular mortality: a 13-year follow-up study in elderly non-diabetic Finns. Eur Heart J. 28 (7), 857-864 (2007).
- Zambon, S., et al. Metabolic syndrome and all-cause and cardiovascular mortality in an Italian elderly population: the Progetto Veneto Anziani (Pro.V.A) Study. Diabetes Care. 32 (1), 153-159 (2009).
- Malik, S., et al. Impact of the metabolic syndrome on mortality from coronary heart disease, cardiovascular disease, and all causes in United States adults. Circulation. 110 (10), 1245-1250 (2004).
- Ropper, A. H., Samuels, M. A. Adams and Victor's Principles of Neurology. 9 edn. , The McGraw-Hill Companies,Inc. (2009).
- Abeti, R., et al. Targeting lipid peroxidation and mitochondrial imbalance in Friedreich's ataxia. Pharmacol Res. 99, 344-350 (2015).
- Li, Y., et al. Excision of Expanded GAA Repeats Alleviates the Molecular Phenotype of Friedreich's Ataxia. Mol Ther. 23 (6), 1055-1065 (2015).
- Toledo, F. G., Goodpaster, B. H. The role of weight loss and exercise in correcting skeletal muscle mitochondrial abnormalities in obesity, diabetes and aging. Mol Cell Endocrinol. 379 (1-2), 30-34 (2013).
- Oldridge, N. B., Guyatt, G. H., Fischer, M. E., Rimm, A. A. Cardiac rehabilitation after myocardial infarction. Combined experience of randomized clinical trials. JAMA. 260 (7), 945-950 (1988).
- O'Connor, G. T., et al. An overview of randomized trials of rehabilitation with exercise after myocardial infarction. Circulation. 80 (2), 234-244 (1989).
- Ryan, T. E., Brizendine, J. T., McCully, K. K. A comparison of exercise type and intensity on the noninvasive assessment of skeletal muscle mitochondrial function using near-infrared spectroscopy. J Appl Physiol (1985). 114 (2), 230-237 (2013).
- Wallimann, T. Bioenergetics. Dissecting the role of creatine kinase. Curr Biol. 4 (1), 42-46 (1994).
- Forbes, S. C., Paganini, A. T., Slade, J. M., Towse, T. F., Meyer, R. A. Phosphocreatine recovery kinetics following low- and high-intensity exercise in human triceps surae and rat posterior hindlimb muscles. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 296 (1), 161-170 (2009).
- Korzeniewski, B., Rossiter, H. B. Each-step activation of oxidative phosphorylation is necessary to explain muscle metabolic kinetic responses to exercise and recovery in humans. J Physiol. 593 (24), 5255-5268 (2015).
- Meyer, R. A. A linear model of muscle respiration explains monoexponential phosphocreatine changes. Am J Physiol. 254 (4), Pt 1 548-553 (1988).
- McCully, K. K., Fielding, R. A., Evans, W. J., Leigh, J. S., Posner, J. D. Relationships between in vivo and in vitro measurements of metabolism in young and old human calf muscles. J Appl Physiol (1985). 75 (2), 813-819 (1993).
- Layec, G., Haseler, L. J., Richardson, R. S. Reduced muscle oxidative capacity is independent of O2 availability in elderly people. Age (Dordr). 35 (4), 1183-1192 (2013).
- Larson-Meyer, D. E., Newcomer, B. R., Hunter, G. R., Hetherington, H. P., Weinsier, R. L. 31P MRS measurement of mitochondrial function in skeletal muscle: reliability, force-level sensitivity and relation to whole body maximal oxygen uptake. NMR Biomed. 13 (1), 14-27 (2000).
- Kemp, G. J., Ahmad, R. E., Nicolay, K., Prompers, J. J. Quantification of skeletal muscle mitochondrial function by 31P magnetic resonance spectroscopy techniques: a quantitative review. Acta Physiol (Oxf). 213 (1), 107-144 (2015).
- Lynch, D. R., et al. Near infrared muscle spectroscopy in patients with Friedreich's ataxia. Muscle Nerve. 25 (5), 664-673 (2002).
- Nachbauer, W., et al. Bioenergetics of the calf muscle in Friedreich ataxia patients measured by 31P-MRS before and after treatment with recombinant human erythropoietin. PLoS One. 8 (7), 69229 (2013).
- Kanal, E., et al. ACR guidance document on MR safe practices: 2013. J Magn Reson Imaging. 37 (3), 501-530 (2013).
- Petroff, O. A., Ogino, T., Alger, J. R. High-resolution proton magnetic resonance spectroscopy of rabbit brain: regional metabolite levels and postmortem changes. J Neurochem. 51 (1), 163-171 (1988).
- Jubrias, S. A., Crowther, G. J., Shankland, E. G., Gronka, R. K., Conley, K. E. Acidosis inhibits oxidative phosphorylation in contracting human skeletal muscle in vivo. J Physiol. 553 (2), 589-599 (2003).
- Layec, G., et al. Reproducibility assessment of metabolic variables characterizing muscle energetics in vivo: A 31P-MRS study. Magn Reson Med. 62 (4), 840-854 (2009).
- Iotti, S., Lodi, R., Frassineti, C., Zaniol, P., Barbiroli, B. In vivo assessment of mitochondrial functionality in human gastrocnemius muscle by 31P MRS. The role of pH in the evaluation of phosphocreatine and inorganic phosphate recoveries from exercise. NMR Biomed. 6 (4), 248-253 (1993).
- Wren, T. A., Bluml, S., Tseng-Ong, L., Gilsanz, V. Three-point technique of fat quantification of muscle tissue as a marker of disease progression in Duchenne muscular dystrophy: preliminary study. AJR Am J Roentgenol. 190 (1), 8-12 (2008).
- Milani, R. V., Lavie, C. J., Mehra, M. R., Ventura, H. O. Understanding the basics of cardiopulmonary exercise testing. Mayo Clin Proc. 81 (12), 1603-1611 (2006).
- Wust, R. C., van der Laarse, W. J., Rossiter, H. B. On-off asymmetries in oxygen consumption kinetics of single Xenopus laevis skeletal muscle fibres suggest higher-order control. J Physiol. 591 (3), 731-744 (2013).
- Ryan, T. E., Brophy, P., Lin, C. T., Hickner, R. C., Neufer, P. D. Assessment of in vivo skeletal muscle mitochondrial respiratory capacity in humans by near-infrared spectroscopy: a comparison with in situ measurements. J Physiol. 592 (15), 3231-3241 (2014).
- Hamaoka, T., McCully, K. K., Niwayama, M., Chance, B. The use of muscle near-infrared spectroscopy in sport, health and medical sciences: recent developments. Philos Trans A Math Phys Eng Sci. 369, 4591-4604 (2011).
