Introduction
Målet med dette arbeidet er å skissere en reproduserbar metode for å invasivt måle in vivo skjelettmuskulatur mitokondrienes funksjon hos personer som innehar et bredt spekter av evner. Avvikende mitokondriefunksjon er et kjennetegn på et bredt spekter av metabolske syndromer og genetiske sykdommer, fra vanlige forhold som aldring og diabetes til sjeldne lidelser som Friedreichs ataksi.
Metabolsk syndrom og mitokondriell dysfunksjon
Metabolsk syndrom har vist seg å forstyrre mitokondriefunksjon, trykk skjelettmuskel OXPHOS, og føre til ektopisk lipid lagring i skjelettmuskel 1, 2. Som kritiske organeller som regulerer metabolske og energihomeostase, blir mitokondrier implisert i patofysiologien til fedme 3, 4, 5 insulinresistens (diabetes mellitus type 2) 6, 7, diabetes-relaterte mikro- 8, 9, 10, 11 og makrovaskulære komplikasjoner 12, 13, og ikke-alkoholisk fettleversykdom (NAFLD) 14, 15, 16, bl.a. .Insulin motstand er preget av dyptgripende endringer i skjelettmuskulatur mitokondrienes aktivitet, inkludert redusert mitokondrie trikaboksylsyre (TCA) fluks rate, ATP syntese rate, og citratsyntaseaktivitet og NADH: O 2 oksidoreduktase aktivitet fem. En hypotese er at disse endringer kan skyldes opphopning av frie fettsyrer (FFA) metabolitter i muskelen som er markert øket i løpet av fedme og andre fedme-ropprømt sykdommer 2, 17. Eksponering av muskelen til forhøyede FFA og lipid-mellomprodukter kan redusere ekspresjonen av gener i lipid oksidative reaksjonsveien, så vel som den TCA syklus og elektrontransportkjeden (ETC) 18. Denne reduksjonen i mitokondrie skjelettmuskulatur OXPHOS kapasitet i innstillingen av en lipid overbelastning er ledsaget av en nedgang i den kvantitative (innhold og biogenesis av mitokondrier) 19 og kvalitativ funksjon av skjelettmuskulatur mitokondrier 20. Eksponere skjelettmuskulatur og myocytter til FFA'er fører til alvorlige insulinresistens og økt FFA opptak i muskelen er assosiert med insulinresistens hos både mennesker og gnagere 21. Den lipid mellomprodukter ceramid og diacylglycerol (DAG), har blitt vist å direkte inhibere insulinsignalveien ved å endre aktiviteten av kinaser, for eksempel proteinkinase C og protein kinase B 21. Derfor lipid-avledede molekyler ser ut til å spille en viktig rolle i utviklingen av skjelettmuskulatur insulinresistens og diabetes mellitus type 2. Imidlertid er det fortsatt uklart om endringer i mitokondrie kapasitet er en årsak eller en konsekvens av insulinresistens 22.
Friedrich ataksi og mitokondriell dysfunksjon
Redusert OXPHOS kan også oppstå fra genetiske defekter. Friedrichs ataksi (FA), den mest vanlige formen for arvelig ataksi, er en genetisk lidelse forårsaket av en mutasjon i frataxin (FXN) genet, som resulterer i intra-mitokondriell jernakkumulering, reaktive oksygenarter produksjon, og forandringer av oksidativ fosforylering 23, 24, 25, 26. Denne viktige oppdagelsen har ført til utviklingen av målrettet terapi, hh formål å forbedre mitokondriefunksjon på sub-cellenivå. Til tross for denne forståelsen, har det vært begrenset utvikling av in vivo, reproduserbare biomarkører for FA klinisk forskning. Faktisk er en kritisk barriere i effektiv evaluering av målrettet terapi i FA manglende evne til å spore endringer i mitokondrienes funksjon. Nåværende funksjonelle tiltak, for eksempel kan identifisere nedsatt minuttvolum; men de er ikke i stand til å bestemme nivået ved hvilket dysfunksjon oppstår (figur 1). Utviklingen av en pålitelig markør for mitokondriell funksjon som kan brukes til å identifisere og evaluere sykdomsprogresjon i Friedrichs ataksi er avgjørende for å måle den aktuelle mekanistiske virkningen av målrettede terapier.
Nedsatt OXPHOS og hjertefunksjon
Avvikende mitokondriefunksjon, enten ervervet eller genetisk, kan bidra til utvikling eller progresjon av cardiac dysfunksjon. Under betingelsene for trykk overbelastning og hjertesvikt, til den primære energi substrat innstillingsbryter fra FFA glukose. Dette er forbundet med redusert ETC aktivitet og oksidativ fosforylering 27. Patofysiologien av mitokondrie bioenergi i hjertefunksjon kan være forskjellig avhengig av den primære opprinnelsen til mitokondrie defekt. Diabetes og metabolske syndrom resultater i mitokondrie forandringer i hjertemuskelen, slik som svekket biogenesis og fettsyremetabolisme, noe som fører til redusert substrat fleksibilitet, energieffektivitet, og til slutt, diastolisk dysfunksjon 28, 29. I FA, på den annen side, en frataxin mangel resulterer i betydelig mitokondriell jern-akkumulering i kardiomyocytter 30, 31. Jern opphopning fører til produksjon av frie radikaler via Fenton reaksjonen 32 </ Sup> og øker sjansen for fri radikal-indusert kardiomyocytt skade. Intra-mitokondriell jernakkumulering er også forbundet med en økt følsomhet for oksidativt stress og en redusert oksidativ kapasitet 30, 31. Iron akkumulering og påfølgende avvikende mitokondriefunksjon, på grunn av frataxin mangel, kan derfor være ansvarlig for nedsatt hjerte energetikk og kardiomyopati observert i FA 33, 34. Det er også interessant å merke seg at den reduserte oksidative kapasiteten i skjelettmuskel mitokondriene paralleller øvelsen intoleranse og redusert metabolsk kapasitet i hjertesvikt (HF) 35. Måling av skjelettmuskulatur OXPHOS kapasitet, som beskrevet her, er lett gjennomførbar og robust; kombinert med betydningen av skjelettmuskulatur OXPHOS i HF, disse funksjonene gjør det til et attraktivt biomarkør i omfattende studier av høret sykdom 36.
Nedsatt OXPHOS og den tilhørende hjertefunksjon er ikke en ubetydelig del av metabolske og mitokondrie sykdom. Individer med diabetes og metabolsk sykdom er på et høyere risiko for å utvikle hjerte- og karsykdommer og har overdødelighet etter hjerteinfarkt (MI) 37, 38, 39, 40, 41; over halvparten av FA fag har kardiomyopati, og mange dør av hjertearytmi eller hjertesvikt 42. Derfor kvantifisering av redusert OXPHOS kan ikke bare tillate for tidlig oppdagelse og behandling av hjerteproblemer, men det kan også lindre en stor klinisk byrde på disse sykdommene.
Målrettet terapi for å direkte øke OXPHOS kapasitet er et lovende område for å forbedre behandlingen av fag, whether årsaken til metabolsk dysfunksjon er genetisk eller ervervet. Foreløpig utviklingen av romanen målrettede medikamenter som enten lindre unormal mitokondriefunksjon 43 eller korrigere den primære genetiske defekten 44 kan forbedre sinnsforvirret bioenergi karakteristisk for FA. I tilfelle av ervervet mitokondriell dysfunksjon, kan øket fysisk aktivitet forbedre mitokondriefunksjon 45, 46, 47.
31 Fosfor Magnetic Resonance spektroskopi som en ikke-invasiv Biomarker av mitokondriefunksjon
Uavhengig av testet terapi, en integrert in vivo vurdering av skjelettmuskel bioenergi er et viktig verktøy for å vurdere effekten av målrettede tiltak, særlig hos personer med alvorlig mosjon intoleranse eller manglende evne til å gjennomgå vanlig metabolic testing. Magnetisk resonans spektroskopi innstilt til fosfor (31 PMRS), et endogent kjerne funnet i ulike høy-energi underlag i celler i hele kroppen, har blitt brukt til å kvantifisere mitokondriell oksidativ kapasitet ved hjelp av en rekke tilnærminger, inkludert in-magnet øvelse-utvinning protokoller og muskelstimulering protokoller 48. Øvelsen-utvinning protokoller stole på en rekke apparater som varierer i kompleksitet fra MR-kompatible ergometer som regulerer og måler arbeidsmengden til enkle konfigurasjoner av stropper og pads som åpner for burst-type resistive og kvasi-statisk trening. Ett av de primære mål i en hvilken som helst av disse protokollene er å frembringe en energiubalanse for hvilke behovet for adenosin trifosfat (ATP) til å begynne med dekket gjennom enzymatisk nedbrytning av fosfokreatin (PCr) gjennom kreatinkinase reaksjons 49. Ved opphør av trening, er frekvensen av ATP produksjonen dominert av oksidativt phosphorylation og representerer den maksimale kapasitet in vivo av mitokondriene 50. Videre kan OXPHOS under etter øvelsen utvinning beskrives med en første-ordens hastighet reaksjon 51. Den etter øvelsen utvinning av PCR kan derfor kvantifiseres ved montering av en eksponensiell tidskonstant (τ PCR), med mindre verdier av τ PCr representerer større kapasitet for oksidativt ATP syntese. Betydelig innsats har blitt gjort for å validere 31 PMRS mot ex vivo og mer direkte tiltak av OXPHOS og demonstrere potensialet klinisk anvendelse av denne teknikken 52, 53, 54, 55.
Spesielt, kan protokollen som er beskrevet i dette arbeidet implementeres på klinisk tilgjengelige skannere, og det har vært mye validert som en ikke-invasiv biomarkør of mitokondrienes funksjon 56. Men en øvelse 31 PMRS protokoll optimalisert for søknad til personer med varierende alvorlighetsgrad av nevromuskulær svekkelse eller mobilitet har ikke blitt godt etablert 57. En veldefinert, bredt anvendelig-mosjonsprotokoll og 31 PMRS teknikk ville være spesielt nyttig ved evalueringen av sykdommer med fundamentale unormalt i mitokondriefunksjonen.
Flere tidligere studier har utforsket anvendelser av ikke-invasive teknikker for å kvantifisere mitokondrienes funksjon i fag. For eksempel har disse teknikkene vist svekket OXPHOS hos personer med type 2 diabetes 36. Lodi et al. først ble muligheten av å PMRS teknikker hos individer med FA og fant at 1) den grunnleggende genetisk defekt i FA svekker skjelettmuskel OXPHOS og 2) antallet GAA lett gjentar er omvendt proporsjonal med skjelettmuskel OXPHOS 33. I den senere tid Nachbauer et al. brukte PMRS som et sekundært effektmål i en FA narkotika studie med 7 fag. PCR utvinning ganger var signifikant lenger i fag sammenlignet med kontroller, bekrefter Lodi tidligere arbeider, og indikerer at effekten av avvikende frataxin uttrykk i FA kan resultere i en nedgang i mitokondrie kapasitet som kan påvises ved hjelp av PMRS teknikker 58.
Pålitelige metoder for å definere tilstrekkelig in vivo skjelettmuskelfunksjon i et gjennomførbart, kostnadseffektiv, og reproduserbar måte er avgjørende for å forbedre lagt resultater i en rekke sykdommer som påvirker mitokondriefunksjonen.
Dette arbeidet skisserer en robust prosedyre for å få in vivo maksimal oksidativ kapasitet på skjelettmuskulatur ved hjelp av 31 PMRS. Den in-magnet øvelsen protokollen er godt tolerert av personer som spenner over et bredt spekter av fysiske og funksjonellel evner og gir en forenklet emne oppsett ved hjelp av billig og allment tilgjengelig utstyr.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Denne protokollen er godkjent av og følger retningslinjene fra Ohio State University Institutional Review Board for mennesker forskning. Det er kritisk viktig at alle prosedyrer som involverer MR utstyr utføres av tilstrekkelig opplært personell følger de høyeste standarder for MR sikkerhet 59.
1. Materialer og klargjøring
- Sørg for at alle nødvendige materialer er tilgjengelige før forsøket (figur 2).
- Plugg 31 P spiral inn i in-tabellen spole kontakten på slutten av eksamen bordet nærmest boringen. Plasser en stor trekant skum pute nær hodet av MR eksamen bordet, men ikke direkte på 31 P coil. Plassere et hode pute i den andre enden av MR eksamen bordet, lengst fra boringen, for emne komfort.
2. Med forbehold Posisjonering (figur 3a)
- Be lagt ligge liggende, føtterførste på MR bordet. Plasser et skum pute under knærne for å støtte beinet i en delvis bøyd stilling.
- Plasser gjenstand nær den høyre side av bordet (subjektets høyre) for å sentrere den venstre lår så tett til magneten isomidtpunktet som mulig, og dermed sikre en optimal B0 homogenitet i lårmuskelen som undersøkes. Gi emnet med øreplugger og / eller hodetelefoner.
- Plasser 31 P RF spolen på venstre quadriceps til ca. midtpunktet mellom patella og lårbenshodet, og fest til beinet ved hjelp av stropper. Plasser spolen over den laterale delen av benet, over vastus lateralis.
- Feste babyolje til den mediale aspektet av låret med de samme bånd som brukes for å feste spolen til benet. Dette forenkler skanning lokalisering.
- Bind fagets bena sammen med en stropp plassert under spolen og over kneet. Sikre fagets bena til MR bordet med ekstra straps, den ene over kneet og en midt mellom kneet og ankelen.
- Bruk laserlys guide å avgrense sentrum av spolen og flytte bordet til magneten isomidtpunktet bruke denne sentre landemerke.
3. Trening Protocol
- Forklar emnet som øvelsen protokollen består av tre faser: en innledende, baseline fase; en kort, intens trening fase; og en restitusjonsfasen.
- Be lagt ligge stille og slappe av sine beinmuskulaturen blir baseline og utvinning faser av spektroskopi oppkjøpet for å redusere bevegelsesartefakter.
- Gi en nedtelling til faget som indikerer starten av øvelsen. På dette punktet, har emnet initiere kne forlengelse / fleksjon så kraftig og så raskt som mulig mot motstanden av stroppene.
MERK: quadriceps muskler brukes til å flytte den venstre leggen opp og ned, før du blir bedt om å stoppe. - Avslutte trening etter en 30% nedgangi PCR-topphøyde.
- Observer PCr topphøyde i visningsvinduet oppkjøpet, og også vise det ved gjennomføring av øvelsen sekvens.
MERK: En generell retningslinje er at en omtrentlig 30% nedgang i PCr topphøyde svarer til en Pi topp som er 50% av høyden av PCR-peak. Hvis PCr uttømming ikke skjer raskt nok til å oppnå en 30% nedgang i løpet av treningsfase av eksamen, oppfordrer faget å sparke hardere eller raskere mens du trener.
MERK: Bortfall av utøvelse bestemmes ved å overvåke PCr topphøyde og varighet av øvelsen. Dette kan resultere i litt ulike varigheter for trening i ulike pasienter og kan tas hensyn til i analysen.
- Observer PCr topphøyde i visningsvinduet oppkjøpet, og også vise det ved gjennomføring av øvelsen sekvens.
4. Scan Protocol
- Erverve en tri-fly localizer å verifisere riktig emne posisjonering og identifisere plasseringen av 31 P coil.
MERK: localizer sekvens begynner automatisk og sentre på indiskrerte posisjon ved hjelp av laserlys guide (trinn 2.9) - Anskaffe en andre tri-fly localizer.
- Åpne skive syn på de første tri-plane kurs- bilder.
MERK: Denne prosessen kan være forskjellig for ulike software og hardware systemer. - Center og rotere stykke orientering ved å venstreklikke og holde på skive gruppen. Roter skive gruppen. Sikre at det endelige orientering av skiver samsvarer med posisjonen til babyolje.
- I sekvensen rutinen vinduet øke antall skiver for å dekke hele benet i de aksiale og sagittal-bilder (Figur 3b).
- Åpne skive syn på de første tri-plane kurs- bilder.
- 31 P-spektroskopi sekvens:
- Bruk følgende ikke-lokaliserte puls-erverve sekvensparametre: TR: 1000 ms; TE: 0,34 ms; spektral bredde: 2000 Hz; flip vinkel: 90 grader; ervervet datapunkter: 1024; 4 gjennomsnitt som resulterer i en tidsoppløsning på en spektrum hver seks sek.
- 31 P mellomlegg box plassering:
- Ved hjelp av musen, drar den andre triplane kurs- bilder inn i visningsvinduet på toppen av skjermen. Dra spektroskopi sekvens i protokollen vinduet og dobbeltklikk for å åpne.
- Bruk posisjon verktøylinjen for å visualisere mellomlegg voxel (velg den svarte firkanten med horisontale linjer). Når du har valgt dette alternativet, observere en grønn boks på loka bildene.
MERK: Dette er den mellomlegg voxel. - Flytt voxel ved å venstreklikke og holde voxel i sentrum. Endre størrelsen og rotere retningen av voxel ved å venstreklikke og holde voxel på hjørnet av sekstenmeteren. Plasser mellomlegg boksen for derved å sikre B0-feltet homogenitet direkte under spolen og parallelt med planet av quadriceps.
MERK: Dette er for å sikre korrekt trimming innenfor det følsomme område under spolen, som er volumet av vevet direkte under midten av spolen. - Bruk tri-plane kurs- bilder for å identifisere sensitive-regionen i spolen og justere mellomlegg boksen til å omfatte denne regionen i quadriceps muskel.
MERK: mellomlegg Boksen kan være større enn den egentlige dekning av overflaten spolen, for å sikre homogeniteten B0 inne i datainnsamlingsvolumelement (figur 3c). - Test oppkjøpet 31 P:
- Åpne visningsvinduet oppkjøp og velg hodet ikonet i oppkjøpet verktøylinjen. Dette vil gi rom for visning av spektroskopi oppkjøpet i sanntid.
- Etter plassering av 31P mellomlegg voxel, kjører sekvensen for å oppnå en enkel spektrum ved å klikke på "Kjør" -knappen øverst i protokollen vinduet.
- Undersøke kvaliteten på B0 shimsingen. Observere den resulterende spekteret i oppkjøpet vinduet. Observere en fremtredende PCr topp sentrert ved 0 ppm og ingen betydelige støy (figur 4a, venstre).
MERK: Feilsøking: Hvis spekteret vises bråkete, sørge for at mellomlegget merket plasseres innenfor muskel. Adbare størrelsen og posisjonen til avstandsstykket boksen for å forbedre signal-til-støy-forhold. Gjenta testen oppkjøpet etter behov. - For å se PCr topphøyde, åpner spektrum i spektroskopi verktøy ( "Programmer" → "spektroskopi"). Åpne pasientens mappe (mappetre ikon), velger du riktig skanning, og dobbeltklikk for å laste spekteret.
- Pre-øvelse T1 bilde:
- Få tak i en enkelt-slice aksial T1-vektet bilde i midten av en spole.
- 31 P pre-trening oppkjøpet:
- Kopier sekvens fra trinn 4.4 (som produserte den beste spektral kvalitet) ved å venstreklikke og dra sekvensen i protokollen vinduet. Bruk denne sekvensen for alle etterfølgende målinger.
- I sekvensen rutine vinduet, øke antall målinger fra 1 til 10. Velg kjøre for å kjøpe 10 målinger mens motivet er i ro.
- 31 </ Sup> P trening oppkjøpet:
MERK: Kontroller nøye merke til start- og slutttreningstider, da dette vil være viktig for analyse.- Rest: Bruk mellomlegg innstillingene fra forrige skanning og angi hvilken rekkefølge å erverve 20 målinger. Instruere underlagt begynne å sparke etter en nedtelling. Be lagt forbli i ro i 2 målinger.
- Exercise: Be gjenstand for å utføre kneet forlengelse øvelse for ~ 30 sek (eller den tid som kreves for å oppnå en 30% reduksjon i PCr topp amplitude). Etter emnet oppnår tilstrekkelig PCr utarming, be dem om å hvile.
- 31 P etter øvelsen oppkjøp:
- Erverve ytterligere 20 målinger i ro. Pass på at post-øvelsen oppkjøp begynne umiddelbart etter øvelsen sekvens, uten pause eller mellomlegg (figur 4a, høyre).
MERK: inndeling av denne restitusjonsperioden i to separate kjøp tillater analyse av den initial 20 dynamisk spektra ved kjøp av den andre 20 dynamiske spekteret, slik at føreren kan unngå kjøp av hele utvinning perioden hvis treningen må gjentas.
- Erverve ytterligere 20 målinger i ro. Pass på at post-øvelsen oppkjøp begynne umiddelbart etter øvelsen sekvens, uten pause eller mellomlegg (figur 4a, høyre).
- Sikre øvelse kvalitet:
- Sammenligne PCR topphøyder på begynnelsen og slutten av øvelsen. Høy kvalitet treningsøkter resultere i en ~ 30% reduksjon i PCR konsentrasjon.
- Kontroller at PCr topphøyden er den samme ved begynnelsen av hvile og ved slutten av gjenvinning (typisk <10% forskjell er ønsket). Dette sikrer at det var ubetydelig tap av feltet homogenitet under oppkjøpet.
MERK: Hvis PCr sammenbrudd er utilstrekkelig, eller hvis det har vært et tap på feltet homogenitet, deretter gjenta øvelsen / recovery del av eksamen (ta vare for å unngå tretthet), påse at spolen og stroppene er godt festet, og utvide varigheten av trening og / eller oppmuntre til mer kraftig mosjon (figur 4b).
IKKEE: En sammenligning av bildene innhentet i trinn 6 og 11 tillater en ytterligere kvalitetskontroll trinn for å visualisere en hvilken som helst forskyvning av låret og spolen skyldes det øvelse, og dermed sikre at minimal bevegelse skjedde under protokollen, som kan i betydelig grad påvirke de innsamlede data .
- Etter etter trening T1 bildebehandling, gjenta pre-trening aksiale T1 imaging (trinn 4.5) med de samme innhentingsparametre.
- I tillegg til tilstrekkelig utarming av PCR, måle utgangen utøvelse pH-verdien for å sikre at utøvelsen ikke induserer acidose av muskelen.
- Utføre dette ved å måle den kjemiske forskyvning mellom Pi og PCr (AP i) og ved hjelp av følgende ligning 60:
pH = 6,77 + log [(AP jeg -3,29) / (5,68-AP i)]
MERK: pH bør være større enn 6,8 61. Dersom PCr sammenbrudd er tilstrekkelig, men pH-verdien er for lav, gjenta øvelsen anfall etter en korter varigheten og / eller med en redusert intensitet.
- Lagre data:
- Lagre alle ervervet spektra som DICOM-filer og eksportere dem for behandling ved hjelp JMRUI.
- Hvis du bruker en skanner, velger du alle spektroskopi oppkjøp i "Navigator" -vinduet.
- Under "Applications", velg "DICOM Verktøy" → "Export MR spektroskopi," og lagre DICOM (* .dcm) filer til C: / Bruker / Medcom / temp / CDROFFLINE
(Verktøyet automatisk velger denne plasseringen). - Under "Transfer", velg "Eksporter til Offline." Lagre til ønsket plassering.
5. Data Processing og analyse 62
- Analyser MR spektra med fritt tilgjengelig JMRUI programvare (versjon 5.2, http://www.jmrui.eu/).
- Apodize og fase forskyve spektrene for å sikre ensartethet i løpet av alle anskaffet tidspunkter (figur 5). PCR toppen vil være sentrert ent 0 ppm i spektrene.
- Bruk den innebygde Amares algoritme for å kvantifisere amplituden av PCr toppen i hver ervervet spektrum. Toppamplituden representerer konsentrasjonen av PCr innenfor det følsomme område av overflaten spolen på det aktuelle tidspunkt.
- I beregningsprogramvare, plotte PCR konsentrasjoner som funksjon av oppkjøpet tid. Ved hjelp av den innebygde beregningsprogramvare kurvetilpasning verktøy, passe PCR utvinning perioden data til følgende ligning 52, 63:
- Registrere verdier for grunnlinjen PCr (
), Den laveste PCr ( 
), Og restitusjonstid ( 
. - Sørg for at de riktige betingelsene er oppfylt i løpet av exercise sesjon ved å beregne PCr utarming, den prosentvise forskjellen mellom baseline PCR og den laveste PCR. Ideell treningsøkter resultere i en 20 - 50% uttømming.
MERK: Kvaliteten på kurvetilpasning kan sikres ved å verifisere at R2 verdien er større enn 0,75. R2-verdiene blir automatisk beregnet ved hjelp av passende programvare.
), Den laveste PCr ( 
), Og restitusjonstid ( 
. Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
reproduserbarhetsstudie
Seks frivillige (4 menn og 2 kvinner, gjennomsnittsalder: 24,5 ± 6,2 år) med ingen selvrapportert hjerte, metabolske, eller mitokondriell sykdom gikk økter av den beskrevne 31 PMRS trening og avbildningsteknikk på 2 ulike dager i løpet av en uke til å vurdere teknikk reproduserbarhet (figur 6a). Funksjonene som utføres på normale frivillige studier bekrefter reproduserbarheten av 31 PMRS studien i kvantifisering av mitokondriell funksjon. A Bland-Altman analyse av PCR-utvinning tid demonstrerer en gjennomsnittlig forskjell standardavvik på 1,03 4,83 sek og en mellom-forsøk variasjonskoeffisienten av 4,66 (figur 6b). Ingen endringer i anskaffelse eller analyse protokoll beskrevet i metodedelen var nødvendig for å oppnå god datakvalitet, som beskrevet i trinn 4 av protokollen. disse results demonstrere reproduserbarheten av oppkjøpet og analyseteknikker som er beskrevet i dette arbeidet.
Teknikk Evaluering i Non-ambulerende Deltakere med Friedrichs Ataxia
Fire deltakere (2 menn og 2 kvinner, gjennomsnittsalder: 35) gjennomgikk en enkelt sesjon i 31 PMRS mosjon og avbildningsteknikk som er beskrevet i dette arbeidet for å evaluere sin mulighetsstudie i et ikke-ambulerende befolkningen med FA. Disse fagene var i stand til å utføre i-magnet øvelser for å oppnå tilstrekkelig tømming av PCR for å passe utvinning parametere vist i trinn 5.6. Men lengre treningstider - ble (60 90 sek) som kreves for å tilstrekkelig utarme PCR nivåer. I tillegg svingninger rundt den passform som ble forårsaket av den progressive tap av muskelkontroll, noe som er karakteristisk for denne sykdommen, ble observert (figur 7). For disse subjects, brukte vi to ekstra motstandsbånd mellom knær og ankler, noe som gir totalt tre stropper, for å begrense uønsket bevegelse. Disse resultatene viser muligheten for innsamling og analyse teknikk for å oppnå PCR utvinning ganger i ikke-oppegående fag. Imidlertid modifikasjoner som kreves for å oppnå god kvalitet på data indikerer at ytterligere evaluerings og standardisering studier er nødvendig.
Feasibility Study
Ni frivillige uten selvrapportert kardiovaskulær sykdom og 15 pasienter henvist til et program for hjerte rehabilitering og sekundærforebygging (CRSP) ble tatt med i en lokal Institutional Review Board (IRB) -godkjent studien. Vi fikk noen kliniske verdier som indikatorer på kardiovaskulær helse og alvorlighetsgraden av metabolsk syndrom. Den venstre ventrikkel ejeksjonsfraksjon ble bevart i CRSP pasienter (56 10%). det maximum kardiovaskulære treningen evne, målt før CRSP, var lik hos personer med og uten diabetes (3,05 0,6 versus 3,4 0,8 metabolske ekvivalenter METs, p = 0,4). Før du starter CRSP, hver registrerte emne gjennomgikk 31 PMRS mosjon og avbildningsteknikk som er beskrevet i dette arbeidet, og den intramuskulært fett kvantifisering bildebehandling, beskrevet tidligere 64. Tidskonstanten av PCr-gjenvinning var lengre (41,9 1,4 versus 32,1 7,4 sek, p = 0,05), og den intramuskulært fett prosenten var høyere hos CRSP fag versus kontroller (8,7 versus 2,9 2,54 0,6%, p <0,001). Prosentandelen av intramuskulært fett var lik i CRSP fag med og uten diabetes (p = 0,4), og tidskonstanten av PCr utvinning tendens til å bli lengre i individer med diabetes versus hos individer med diabetes og i kontrollgruppen (p = 0,03 for utviklingen på tvers av grupper). Foreløpige oppfølgingsdata antyder en vesentlig dårligere forbedringMETs post-CRSP hos personer med diabetes sammenlignet med dem uten (delta = 1,0 0,8 versus 4,0 2,4, p = 0,06; figur 8). Disse resultatene demonstrerer gjennomførbarheten av denne teknikken for å kvantifisere forskjeller i skjelettmuskulatur OXPHOS mellom fag med og uten kjente metabolske sykdommer.
Figur 1. Mitokondrier, Skeletal Muscle, og sirkulatorisk Systems.
En representasjon av koblingen mellom mitokondriene, skjelettmuskulatur, blodsirkulasjon, ventilasjon og funksjonsevne er vist. Gjengitt fra Milani et al 65.
Figur 2. Materialer.
De nødvendige materialene omfatter 1) en trekant pute,
Figur 3. Lokalisering.
A) Fag er avbildet i en liggende, føttene først stilling. Den 31 P spolen er plassert på venstre quadriceps. Resistive stroppene er plassert over og under kneet, og er festet til bordet. En enkelt stropp blir brukt til å binde begge bena sammen over kneet. B) Stykket posisjonering vises for andre localizer. Merk at skivene er sentrert på locasjon av barnet oljeflasken, og skiver dekke hele quadriceps. C) Den mellomlegg boksen plassering for 31 PMRS vises. Dette volumet er plassert direkte under spolen i quadriceps og dekker en dybde som sikrer tilstrekkelig signal og hensiktsmessig mellomlegg innenfor området av overflaten spolen.
Figur 4. Data Acquisition.
A) En representant 31 P oppkjøp i ro blir vist. PCR er den store enkel topp, og det er minimalt med støy (til venstre). En typisk anskaffelse under treningen parti av protokoll medfører to store topper, Pi og PCr (til høyre). Som øvelsen utvikler seg, vil de Pi og PCR topper øke og redusere hhv. B) Sammenligning av PCR topphøyde i hvile og etter trening bør avsløre minst en ~ 30% reduksjon. dette c alculation bør gjøres på skanneren konsollen for å sikre en vellykket gjennomføring av øvelsen studien.
Figur 5. Analyse.
Den fasekorreksjon og apodization av et representativt spektrum er vist. A) En rå spekteret viser en un-faset topp og tilstedeværelsen av støy som tilslører toppene. B) Et spektrum viser 0 th - og en st -Bestill fase korreksjon. PCR topp beliggenhet ved senterfrekvensen er lett identifiserbar, men andre metabolitt topper fortsatt uklart. C) Spekteret etter apodization med en Lorentzian linjeform, noe som resulterer i en reduksjon i støy og bedre visualisering av de 3 ATP toppene og PDE og Pi topp. Dette spektrum er klar for topp kvantifisering med Amares verktøyet. filer / ftp_upload / 54977 / 54977fig5large.jpg "target =" _ blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 6. 31 PMRS hos friske personer.
A) Denne figuren viser utvinning av) konsentrasjonen fosfokreatin (PCr etter dets tømming med hurtig kvasistatisk kne forlengelse øvelse. Linjen representerer tilpasning av den eksponentielle utvinning funksjon er beskrevet i trinn 5.6, med utvinning tidskonstanten τ vist; denne gangen konstant er et veletablert biomarkør mitokondriell oksidativ funksjon. B) Bland-Altman analyse av 31 PMRS teknikk reproduserbarhet viser en gjennomsnittlig forskjell standardavvik på 1,03 4,83 sek for PCR utvinning tid mellom studiene; variasjonskoeffisienten er 4,66.http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54977/54977fig6large.jpg "target =" _ blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 7. 31 PMRS i Non-ambulerende fag.
En representant PCr utvinning kurve fra 31 PMRS undersøkelse av et ikke-ambulerende emnet vises. Legg merke til at en PCr uttømming av 64% ble oppnådd med denne øvelsen protokollen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 8. 31 PMRS i CRSP fag.
En sammenligning av PCr recoveri ganger demonstrerer sekvensielt fattigere mitokondriell oksidativ kapasitet i kontroll, ikke-diabetiker, og diabetikere. Feilstolpene representerer standardavvik.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Dette notatet beskriver en standardprotokoll for 31 PMRS eksamen som gir serie og ikke-invasiv måling av skjelettmuskulatur mitokondrienes funksjon in vivo. Protokollen inneholder betydelig appell når de vurderer bredden i undersøkelser rettet mot den voksende byrden av metabolsk syndrom og dets resulterende sykelighet og dødelighet. Denne 31 PMRS protokollen krever en minimal mengde skanner tid, og kan bli innlemmet i omfattende metabolske undersøkelser hos individer som helst senter med kommersielt tilgjengelige MRS anlegg.
Kritiske trinn i protokollen
Contraindications- Før MR undersøkelser, er det avgjørende å screene fag for potensielle kontraindikasjoner. I tillegg til typiske MR eksklusjonskriteriene, bør følgende vurderes før gjennomføring av denne protokollen: 1) ipsilaterale kne eller hofte implantater (uansett of MR kompatibilitet) for å unngå artefakter, 2) vilkår som begrenser blodstrømmen eller oksygentilførsel til underekstremitetene (f.eks perifer karsykdom), 3) en manglende evne til å utføre resistive quadriceps forlengelse trening, og 4) en manglende evne til å ligge liggende for ca. 30 min.
Bevegelsesartefakt reduction- Bevegelsen av 31 P kveil med hensyn til fagets quadriceps og bevegelsen av faget lår i forhold til bordet bør minimaliseres. Påse at spolen er forsvarlig festet til faget ben, og at det de resistive troppene er forsvarlig festet til eksamen bordet. Test dette ved å sikre at subjektets hæl stiger ikke mer enn 5 i. Av eksamenen bordet under sparker og at det ikke er noen rotasjon av spolen under øvelsen.
Oppkjøp
Øvelse kvalitets Faget skal utøve enchieve minst en 30% reduksjon i den PCr. For denne protokollen, har vi fastslått at 30 s trening for ambulerende fag og 60 s for ikke-oppegående individer oppnår dette målet. Vi har observert at ikke-oppegående fagene utøve mindre kraft per skudd og krever derfor en lengre intervall for tilstrekkelig tømming.
Analyse-Metodene som beskrives her gir et rammeverk for å minimere subjektivitet og maksimere automatisering. Valg av brukerinngangsparametre for analyse av spektrene skal foretas med forsiktighet for å sikre reproduserbarhet.
Modifikasjoner og feilsøking
Kvaliteten på spektrum Hvis spekteret vises bråkete, sørge for at mellomlegget merket plasseres innenfor muskel. Juster størrelsen og plasseringen av avstandsstykket boksen for å forbedre signal-til-støy-forhold. Gjenta testen oppkjøpet etter behov.
quaheten av Mosjons- Hvis de første trening fører til utilstrekkelig PCr uttømming, er det flere endringer som kan brukes til å feilsøke: 1) stroppene kan strammes, for å øke motstand; 2) faget kan bli bedt om å sparke raskere, noe som øker anstrengelse; eller 3) varigheten av vedvarende utøvelse kan økes. Vær imidlertid oppmerksom på at over-trening kan føre til endrede pH og kan føre til acidose, som kan hemme OXPHOS utvinning kinetikk 61. Dette kan unngås ved å begrense treningstid til et maksimum på 3 min.
Begrensninger av teknikken
En muskel biopsi analyse tillater måling av spesifikke mitokondrielle egenskaper, for eksempel mitokondrie innhold og størrelse, samt det mitokondrielle maksimale ATP-syntesehastighet. Det er imidlertid viktig å merke seg at in vivo-måling ved bruk av 31 PMRS representerer et aggregat av disse direct tiltak, i tillegg til ekstra-mitokondrie faktorer, slik som den mikrovaskulær tilførsel av oksygenert blod til muskelen. Således i situasjoner hvor status for mikrovaskulaturen er aktuelle på grunn av redusert oksygentilførselen eller andre faktorer, vil det ikke gi en entydig indikasjon på mitokondrie status. Snarere ville det indikere status in vivo av den maksimale oksidative ATP syntese av muskel, noe som kan gjenspeile en kombinasjon av OXPHOS og mikrovaskulære problemer.
En begrensning av øvelsen 31 PMRS protokollen beskrevet i dette arbeidet er mangelen på standardisering av arbeidet utgang. Denne mangelen på standardisering forenkler apparatet som kreves, og dermed gjennomføringen av denne protokollen. Imidlertid kommer det på bekostning av ikke tillater kvantitativ evaluering av andre parametre, slik som styrke og utmattelse, og deres forhold til metabolske tiltak. Som et resultat, kunne varierende grad av anstrengelse påvirke PCrbehandlingstid utover alvorlighetsgraden av den underliggende mitokondrie defekten. Man kan redusere disse effektene ved å sikre tilstrekkelig PCr uttømming og kan ytterligere standardisere arbeidet utgang ved hjelp av MR-kompatible ergometer med justerbar motstand og målbare arbeids utganger.
Betydningen av Technique For eksisterende eller alternative metoder
Evnen til å kvantifisere direkte mitokondriefunksjon i skjelettmuskel er den viktigste fordel av 31 PMRS teknikk når sammenlignet med standard metabolsk utøvelse testing. Invasive muskelbiopsi gir målinger i enkeltfibre 66, men med tilhørende risiko som gjør det mindre attraktivt for undersøkelser som krever serie vurdering. Tilnærminger basert på nær-infrarød spektroskopi 67 kan være begrenset av inntrengningsdybde, spesielt hos overvektige pasienter, hvor så lite som 5 mm av fett demper NIRS signal med 20% 68. Videre gjør den teknikk som ikke egner seg til det flerdimensjonale vurderingen av muskler og andre systemer som gis av MR-baserte teknikker. I tillegg, i motsetning til invasive biopsi metoder for å kvantifisere muskel energetics, tillater denne ikke-invasive og ikke-destruktive måle gjentatte målinger av metabolske status i intakte muskler, noe som gjør det fordelaktig for evaluering av fag populasjoner og terapeutiske intervensjoner.
fremtidige Applications
Potensielle bruksområder etter å mestre dette 31 PMRS teknikken inkluderer evaluering av sykdommer med konkrete mitokondrielle defekter eller noen av et bredt spekter av metabolske forstyrrelser. Hos pasienter med dårlig blodsirkulasjon, kan dagens teknikker identifisere nedsatt funksjonsevne, men kan ikke fastslå det nivå ved hvilket den dysfunksjon oppstår (for eksempel, skjelettmuskel, hjerte, lunger). Det ville være særliginteressant å utvikle integrerte protokoller som kombinerer 31 PMRS med metabolske tiltak og hjerte-analyser for å identifisere de underliggende årsakene til fagspesifikk redusert kapasitet for å tilrettelegge for personlig terapi.
Vi har detaljerte eksempler på viktige målrettet terapi og tiltak som vil dra nytte av bruk av in vivo markører for mitokondrienes funksjon. En standardisert 31 PMRS øvelsen protokollen, slik som den er beskrevet ovenfor, er et viktig skritt for mer utbredt bruk av denne viktige in vivo markør av skjelettmuskulatur mitokondrie kapasitet i både grunnleggende og intervensjonsstudier.
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).
