Introduction
Målet med detta arbete är att beskriva en reproducerbar metod för att icke-invasivt mäta in vivo skelettmuskel mitokondriefunktion hos individer som har ett brett spektrum av förmågor. Avvikande mitokondriefunktion är ett kännetecken för ett brett spektrum av metabolt syndrom och genetiska sjukdomar, från vanliga tillstånd såsom åldrande och diabetes sällsynta sjukdomar såsom Friedreichs ataxi.
Metabola syndromet och mitokondriell dysfunktion
Metabola syndromet har visat sig störa mitokondriefunktion, tryck skelettmuskel OXPHOS, och leda till ektopisk fettansamling i skelettmuskel 1, 2. Som kritiska organ reglerar ämnesomsättning och energi homeostas är mitokondrier inblandade i patofysiologin av fetma 3, 4, insulinresistens 5 (T2DM) 6, 7, diabetesrelaterad mikro- 8, 9, 10, 11 och makrovaskulära komplikationer 12, 13, och alkoholfri fettlever (NAFLD) 14, 15, 16, bland andra .Insulin motstånd kännetecknas av stora förändringar i skelettmuskulaturen mitokondriell aktivitet, inklusive minskad mitokondriell trikarboxylsyra (TCA) flödeshastighet, ATP synteshastighet och citrat syntas och NADH: O 2 oxidoreduktas aktivitet 5. En hypotes är att dessa förändringar kan bero på ansamling av fria fettsyror (FFA) metaboliter i muskeln, som påtagligt förstärks under fetma och andra fetma-rupprymd sjukdomar 2, 17. Exponeringen av muskler för förhöjda ffas och lipid intermediärer kan minska uttrycket av gener i lipid oxidativ väg liksom TCA-cykeln och elektrontransportkedja (ETC) 18. Denna minskning av mitokondriell skelettmuskel OXPHOS kapacitet i fastställandet av en lipid överbelastning åtföljs av en nedgång i den kvantitativa (innehåll och biogenes av mitokondrier) 19 och kvalitativ funktion av skelettmuskulatur mitokondrier 20. Exponera skelettmuskler och myocyter till ffas leder till svår insulinresistens, och ökad FFA-upptag i muskel är associerad med insulinresistens hos både människor och gnagare 21. Lipiden intermediärer ceramid och diacylglycerol (DAG) har visat sig direkt hämma insulinsignaleringsvägen genom att förändra aktiviteten av kinaser, såsom proteinkinas C och protein kinas B 21. Därför lipid-härledda molekyler tycks spela en framträdande roll i utvecklingen av skelett motstånd muskel insulin och T2DM. Det är dock fortfarande oklart om förändringar i mitokondriernas kapacitet är en orsak eller en följd av insulinresistens 22.
Friedrichs ataxi och mitokondriell dysfunktion
Minskat OXPHOS kan också uppstå från genetiska defekter. Friedrichs ataxi (FA), den vanligaste formen av ärftlig ataxi, är en genetisk sjukdom som orsakas av en mutation i frataxin (FXN) genen, vilket resulterar i intra-mitokondrie järn ackumulering, reaktiva syreproduktion art, och avvikelser i oxidativ fosforylering 23, 24, 25, 26. Denna viktiga upptäckt har lett till utvecklingen av riktade terapier, which syfte att förbättra mitokondriefunktion vid undercellnivå. Trots denna insikt, har det varit begränsade utvecklingen av in vivo, reproducerbara biomarkörer för FA klinisk forskning. I själva verket är en kritisk barriär i effektiv utvärdering av riktade terapier i FA oförmåga att spåra ändringar i mitokondriefunktion. Aktuella funktionella åtgärder, till exempel, kan identifiera minskad hjärtminutvolym; emellertid, de är oförmögna att bestämma den nivå vid vilken dysfunktion inträffar (figur 1). Utvecklingen av en tillförlitlig markör för mitokondriefunktion som kan användas för att identifiera och utvärdera sjukdomsprogression i Friedrichs ataxi är avgörande för att bedöma relevanta mekanistiska inverkan av riktade terapier.
Nedsatt OXPHOS och hjärtdysfunktion
Avvikande mitokondriefunktion, antingen förvärvas eller genetiska, skulle kunna bidra till utveckling eller progression av koftaac dysfunktion. Enligt villkoren i övertryck och hjärtsvikt, de primära energisubstrat preferens växlar från FFA glukos. Detta är förenat med minskad ETC aktivitet och oxidativ fosforylering 27. Patofysiologi mitokondriella bioenergetik i hjärtdysfunktion kan vara olika beroende på den primära ursprung mitokondriell defekt. Diabetes och metabolt syndrom resulterar i mitokondriella avvikelser i hjärtmuskeln, såsom försämrad biogenes och fettsyrametabolism, vilket leder till minskad substrat flexibilitet, energieffektivitet, och så småningom, diastolisk dysfunktion 28, 29. I FA, å andra sidan, en frataxin brist resulterar i betydande mitokondriell järnackumulering i kardiomyocyter 30, 31. Järn ackumulering leder till produktion av fria radikaler via Fenton reaktion 32 </ Sup> och ökar risken för fri radikal-inducerad cardiomyocyte skada. Intra-mitokondrie järn ackumulering är också förknippat med en ökad känslighet för oxidativ stress och minskad oxidativ kapacitet 30, 31. Järn anhopning och efterföljande avvikande mitokondriefunktion, på grund av frataxin brist, därför kan vara ansvarig för nedsatt hjärt energin och kardiomyopati observerades i FA 33, 34. Det är också intressant att notera att den minskade oxidativ kapacitet i skelettmuskulaturen mitokondrier paralleller träningsintolerans och minskad metabolisk kapacitet i hjärtsvikt (HF) 35. Mätning av skelettmuskel OXPHOS kapacitet, som beskrivs häri, är lätt genomförbara och robusta; i kombination med betydelsen av skelettmuskulaturen OXPHOS i HF, dessa egenskaper gör det till en tilltalande biomarkör i omfattande studier av hörat sjukdom 36.
Nedsatt OXPHOS och åtföljande hjärtsvikt är inte en obetydlig del av metabola och mitokondriell sjukdom. Patienter med diabetes och metabola sjukdomar löper större risk att utveckla hjärt-kärlsjukdom och har överdödlighet efter hjärtinfarkt (MI) 37, 38, 39, 40, 41; över hälften av FA patienter har kardiomyopati, och många dör av hjärtarytmi eller hjärtsvikt 42. Därför kan kvantifiering av minskad OXPHOS inte bara att för tidig upptäckt och behandling av hjärtdysfunktion, men det kan också lindra en stor klinisk börda i dessa sjukdomar.
Riktade terapier för att direkt öka OXPHOS kapacitet är ett lovande område för att förbättra behandlingen av patienter, whether orsaken till metabola dysfunktion är genetisk eller förvärvad. För närvarande är utvecklingen av nya målinriktade läkemedel som antingen lindra onormal mitokondriefunktion 43 eller korrigera den primära genetiska defekten 44 kan förbättra rubbade bioenergetik karakteristisk för FA. I fallet med förvärvad mitokondriell dysfunktion, kan ökad fysisk aktivitet förbättrar mitokondriefunktion 45, 46, 47.
31 Fosfor magnetisk resonansspektroskopi som en icke-invasiv Biomarker av mitokondrie funktion
Oavsett den testade terapi, en integrerad in vivo bedömning av skelettmuskel bioenergetik är ett viktigt verktyg för att bedöma effekterna av riktade insatser, särskilt hos patienter med svår träningsintolerans eller oförmåga att genomgå konventionell metabolic testning. Magnetisk resonansspektroskopi inställd på fosfor (31 PMRS), en endogen kärna finns i olika hög energisubstrat i celler i hela kroppen, har använts för att kvantifiera mitokondrie oxidativ kapacitet med hjälp av olika metoder, bland annat i-magnet motion-återvinningsprotokoll och muskelstimuleringsprotokoll 48. Övningen-återhämtning protokoll förlitar sig på en mängd olika apparater varierar i komplexitet från MR-kompatibla ergometrar som reglerar och mäter arbetsbelastning enkla konfigurationer av remmar och kuddar som möjliggör burst-typ resistiv och kvasistatisk övning. Ett av de primära målen för någon av dessa protokoll är att producera en energi obalans som kravet på adenosintrifosfat (ATP) initialt tillgodoses genom den enzymatiska nedbrytningen av phosphocreatine (PCR) genom kreatinkinas reaktion 49. Vid upphörande av motion, är hastigheten för ATP-produktion domineras av oxidativ phosphorylation och representerar den maximala in vivo kapacitet mitokondrier 50. Vidare kan OXPHOS under eftertränings återhämtning att beskrivas av en första ordningens reaktionshastighet 51. Efter utöva återhämtning av PCR kan därför kvantifieras genom montering av en exponentiell tidskonstant (τ PCR), med mindre värden på τ PCr representerar större kapacitet för oxidativ ATP-syntes. Betydande ansträngningar har gjorts för att validera 31 PMRS mot ex vivo och mer direkta åtgärder OXPHOS och demonstrera potentiella kliniska användbarheten av denna teknik 52, 53, 54, 55.
Noterbart kan protokollet beskrivs i detta arbete genomförs på kliniskt tillgängliga skannrar, och det har i stor utsträckning godkänts som en icke-invasiv biomarkör of mitokondriefunktion 56. Men en övning 31 PMRS protokoll optimerad för användning till personer med olika svårighetsgrader av neuromuskulär försämring eller rörlighet har inte väletablerade 57. En väldefinierad, brett tillämplig övningsprotokoll och 31 PMRS teknik skulle vara särskilt användbar vid utvärdering av sjukdomar med grundläggande avvikelser i mitokondriefunktion.
Flera tidigare studier har undersökt tillämpningar av icke-invasiva metoder för att kvantifiera mitokondriefunktion hos patienter. Till exempel, har dessa tekniker visat nedsatt OXPHOS hos patienter med typ 2-diabetes 36. Lodi et al. först testat genomförbarheten av PMRS tekniker hos försökspersoner med FA och fann att 1) den grundläggande genetiska defekten i FA försämrar skelettmuskel OXPHOS och 2) antalet GAA triplett upprepar är omvänt proportionell mot skelettmuskulaturen OXPHOS 33. Mer nyligen, Nachbauer et al. begagnade PMRS som en sekundär resultatmått i en FA drogprov med 7 ämnen. PCr återhämtningstider var signifikant längre hos patienter jämfört med kontroller, bekräftar Lodi tidigare arbete och indikerar att effekterna av avvikande frataxin uttryck i FA kan leda till en nedgång i mitokondrie kapacitet som kan detekteras med hjälp av PMRS tekniker 58.
Tillförlitliga metoder för att adekvat definiera in vivo skelettmuskelfunktion i en realistisk, kostnadseffektiv och reproducerbart sätt är avgörande för att förbättra ämnes utfall i en rad sjukdomar som påverkar mitokondriell funktion.
Detta arbete beskriver ett stabilt förfarande för att erhålla in vivo maximal oxidativ kapacitet i skelettmuskulaturen med hjälp av 31 PMRS. Den in-magnet övningsprotokollet tolereras väl av individer som spänner över ett brett spektrum av fysiska och functional förmågor och ger en förenklad ämne inställning med billig och allmänt tillgänglig utrustning.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Detta protokoll har godkänts av och följer riktlinjerna i Ohio State University Institutional Review Board för försöksperson. Det är oerhört viktigt att alla förfaranden som rör MR utrustning utförs av tillräckligt utbildad personal som ansluter sig till de högsta normerna för MR-säkerhet 59.
1. Material och förberedelser
- Se till att alla nödvändiga material finns tillgängliga före experimentet (Figur 2).
- Anslut 31 P batteri i i-tabellen polens kontakt i slutet av undersökningsbritsen närmast hålet. Placera en stor triangel skumdyna nära huvudet av MR undersökningsbritsen, men inte direkt på 31 P polen. Placera ett huvud kudde vid den andra änden av MR undersökningsbritsen, längst bort från borrningen, för ämnes komfort.
2. Med förbehåll positionering (figur 3a)
- Instruera motivet att ligga liggande, fötterförst på MR bordet. Placera en skumdyna under knäna för att stödja benet i ett delvis böjt läge.
- Placera motivet nära den högra sidan av bordet (motivets höger) för att centrera vänstra låret så nära till magneten isocentret som möjligt, vilket garanterar optimal B0 homogenitet i lårmuskeln som undersöks. Ge ämnet med proppar och / eller hörlurar.
- Placera 31 P RF-spole till vänster quadriceps vid ungefär mittpunkten mellan knäskålen och lårbenshuvudet och fäst till benet med hjälp av remmar. Placera spolen över sidoparti av benet, ovanför vastus lateralis.
- Säkra babyolja till den mediala sidan av låret med samma remmar dras fast spolen för att benet. Detta underlättar scan lokalisering.
- Binda föremål ben tillsammans med en rem placeras under spolen och ovanför knät. Säkra föremål ben till MR bord med ytterligare straps, en ovanför knät och en halvvägs mellan knä och vrist.
- Använd laserljusledaren för att beskriva centrala spolen och flytta tabellen till magnet isocentret använder denna centre landmärke.
3. Motion Protocol
- Förklara för det ämne som utövandet protokoll består av tre faser: en initial, baslinje fas; en kort, intensiv träning fas; och en återhämtningsfas.
- Instruera ämnet ligga stilla och slappna av sina benmuskler under baslinjen och återhämtningsfaser spektroskopi förvärv i syfte att minimera rörelseartefakter.
- Tillhandahålla en nedräkning till ämnet som indikerar starten av motion. Vid det här laget, har ämnet initiera knästräckning / böjning så kraftfullt och så snabbt som möjligt mot motståndet av banden.
OBS: quadriceps muskler används för att flytta den vänstra underbenet uppåt och nedåt, tills instrueras att stanna. - Avsluta träning efter en 30% minskningi PCr topphöjd.
- Observera PCR topphöjd i förvärvsvisningsfönstret, och även visa det efter avslutad träningssekvensen.
OBS: En allmän riktlinje är att en ungefärlig 30% nedgång i PCr topphöjd motsvarar en Pi topp som är 50% av höjden av PCr topp. Om PCR utarmning inte sker tillräckligt snabbt för att uppnå en 30% minskning under träningsfas av examen, uppmuntra motivet att sparka hårdare eller snabbare när du tränar.
OBS: Upphörande av motion bestäms genom övervakning av PCr topphöjd och varaktigheten av motion. Detta kan resultera i något olika löptider motion i olika patienter och kan redovisas i analysen.
- Observera PCR topphöjd i förvärvsvisningsfönstret, och även visa det efter avslutad träningssekvensen.
4. Scan Protocol
- Skaffa en tri-plan localizer att verifiera ämne positionering och identifiera platsen för 31 P polen.
OBS! Localizer Sekvensen börjar automatiskt och centrerar på indiskapade position med hjälp av laserljusledaren (steg 2,9) - Förvärva en andra tri-planet localizer.
- Öppna skiva syn på de första tri-planet lokalisering i bilder.
OBS: Denna process kan vara olika för olika mjuk- och hårdvarusystem. - Center och rotera skiva orientering genom att vänsterklicka och hålla på skiva grupp. Rotera skiva gruppen. Säkerställa att den slutliga orienteringen av segment matchar med positionen för babyolja.
- I sekvensen rutin fönster, öka antalet skivor för att täcka hela benet i axiell och sagittala bilder (figur 3B).
- Öppna skiva syn på de första tri-planet lokalisering i bilder.
- 31 P-spektroskopi sekvens:
- Använd följande icke-lokaliserad puls förvärvar sekvens parametrar: TR: 1000 ms; TE: 0,34 ms; spektral bredd: 2000 Hz; flip-vinkel: 90 grader; förvärvade datapunkter: 1,024; 4 genomsnitt resulterar i en tidsupplösning på 1 spektrum var 6 sek.
- 31 P shim box placering:
- Med hjälp av en mus, dra andra triplane lokalisering i bilder i visningsfönstret längst upp på skärmen. Dra spektroskopi sekvens i protokollfönstret och dubbelklicka för att öppna.
- Använd läge verktygsfältet för att visualisera shim voxel (välj svart rektangel med horisontella linjer). När du har valt detta alternativ, observera en grön ruta på Localizer bilderna.
OBS: Detta är shim voxel. - Flytta voxel genom att vänsterklicka och hålla voxel i centrum. Ändra storlek och rotera orienteringen av voxel genom att vänsterklicka och hålla voxel i hörnet av rutan. Placera mellanlägget rutan för att säkerställa B0 fälthomogenitet direkt under spolen och parallellt med planet av quadriceps.
OBS: Detta är för att säkerställa korrekt mellanlägg i den känsliga regionen under spolen, vilken är den volym av vävnad direkt under centrum av spolen. - Använda tri-planet-lokalisering i bilderna för att identifiera den sensitive regionen hos spolen och justera shim rutan för att omfatta denna region inom quadricepsmuskeln.
OBS: Mellanlägget Lådan kan vara större än den verkliga täckningen av ytspolen för att säkerställa B0 homogenitet inom datainsamlings voxel (Figur 3c). - 31 P-test förvärv:
- Öppna förvärvsvisningsfönstret och välj ikonen huvudet i förvärvs verktygsfältet. Detta gör det möjligt för visning av spektroskopi förvärvet i realtid.
- Efter placering av 31P shim voxel, köra sekvensen för att erhålla en enda spektrum genom att klicka på knappen "Kör" på toppen av protokollet fönstret.
- Undersök kvaliteten på B0 mellanlägg. Observera den resulterande spektrum i förvärvsfönstret. Observera en framträdande PCr topp centrerad vid 0 ppm och ingen signifikant brus (figur 4a, vänster).
OBS: Felsökning: Om spektrumet verkar bullriga, att mellanlägget rutan placeras i muskeln. A.dbara storleken och positionen hos mellanlägget rutan för att förbättra signal-till-brus-förhållande. Upprepa testet förvärv som behövs. - För att se PCR topphöjd öppnar spektrumet i spektroskopi verktyg ( "Program" → "spectroscopy"). Öppna patientens mapp (mappträdet ikon), välj lämplig avsökning och dubbelklicka för att ladda spektrumet.
- Pre-övning T1 bild:
- Skaffa en enda skiva axiell T1-viktade bilden i mitten av en spole.
- 31 P pre-övning förvärv:
- Kopiera sekvensen från steg 4,4 (som producerade bäst spektral kvalitet) genom att vänsterklicka och dra sekvensen i protokollfönstret. Använd denna sekvens för alla efterföljande mätningar.
- I sekvensen rutin fönster, öka antalet mätningar från 1 till 10. Välj springa att förvärva 10 mätningar medan motivet är i vila.
- 31 </ Sup> P motion förvärv:
OBS: Se noga noterat start- och slut motion gånger, eftersom det kommer att vara viktigt för analys.- Resten: Applicera mellanlägget inställningar från föregående skanningen och ställ in sekvensen för att förvärva 20 mätningar. Instruera förutsättning att börja sparka efter en nedräkning. Instruera motivet förblir i vila för 2 mätningar.
- Övning: Be motivet att utföra knästräckning övning för ~ 30 sek (eller den tid som krävs för att uppnå en 30% minskning i PCr toppamplituden). Efter ämnet uppnår tillräcklig PCr utarmning, be dem att vila.
- 31 P efter träning förvärv:
- Förvärva ytterligare 20 mätningar vid vila. Se till att efter träning förvärv börjar omedelbart efter övningen sekvens utan paus eller mellanlägg (figur 4a, höger).
OBS: Fördelningen av denna återhämtningsperiod i två separata förvärv möjliggör analys av initial 20 dynamisk spektra vid förvärvet av den andra 20 dynamiska spektra, vilket gör att föraren att undvika förvärv av hela återhämtningsperioden om övningen behöver upprepas.
- Förvärva ytterligare 20 mätningar vid vila. Se till att efter träning förvärv börjar omedelbart efter övningen sekvens utan paus eller mellanlägg (figur 4a, höger).
- Säkerställa övning kvalitet:
- Jämföra PCr topphöjder i början och slutet av övningen. Högkvalitativa träningspass resulterar i en ~ 30% minskning av PCr koncentration.
- Verifiera att PCr topphöjden är densamma vid början av vila och vid slutet av återhämtningen (typiskt, <10% skillnad är önskvärd). Detta säkerställer att det var försumbar förlust av fält homogenitet under förvärv.
OBS: Om PCR uppdelning är otillräcklig, eller om det har skett en förlust av fält homogenitet, sedan upprepa övningen / återvinning del av provet (var noga med att undvika utmattning), se till att spolen och banden är ordentligt ansluten, och sträcker sig varaktigheten av motion och / eller uppmuntra till mer intensiv träning (figur 4b).
INTEE: En jämförelse av de bilder som erhållits i steg 6 och 11 medger en ytterligare kvalitetskontroll steg för att visualisera någon förskjutning av låret och spolen på grund av motion, vilket säkerställer att minimal rörelse inträffade under protokollet, vilket avsevärt skulle kunna påverka den förvärvade uppgifter .
- Efter eftertränings T1 avbildning upprepar före träning axial T1 imaging (steg 4,5) med samma förvärvsparametrar.
- Utöver tillräcklig utarmning av PCr, mäta slutet motion pH för att säkerställa att den utövar inte inducerade acidos av muskeln.
- Utför detta genom att mäta kemiska skiftet mellan Pi och PCR (AP I) och med hjälp av följande ekvation 60:
pH = 6,77 + log [(Ap i -3,29) / (5,68-AP i)]
OBS: pH bör förbli högre än 6,8 61. Om PCr uppdelning är tillräcklig men pH-värdet är för lågt, upprepa övningen skjutningen för en korter varaktighet och / eller med en minskad intensitet.
- Lagring av data:
- Spara alla förvärvade spektra som DICOM-filer och exportera dem för bearbetning med hjälp av JMRUI.
- Om du använder en skanner, markera alla spektroskopi förvärv inom "Navigator" fönstret.
- Under "Program" välj "DICOM Verktyg" → "Export MR spektroskopi" och spara DICOM (* .dcm) filer till C: / Användare / MedCom / temp / CDROFFLINE
(Verktyget väljer automatiskt denna plats). - Under "Transfer" väljer "Exportera till offline." Spara till önskad plats.
5. databehandling och analys 62
- Analysera MR spektra med fritt tillgängliga JMRUI programvara (version 5.2, http://www.jmrui.eu/).
- Apodize och fasförskjutning spektra att säkerställa enhetlighet över samtliga förvärvade tidpunkter (Figur 5). PCR topp centreras ent 0 ppm i spektra.
- Använd den inbyggda i Amares algoritm för att kvantifiera amplituden hos PCr toppen i varje förvärvad spektrum. Toppamplituden representerar koncentrationen av PCr inom det känsliga området av ytspolen vid denna särskilda tidpunkt.
- I beräkningsprogram, rita PCR koncentrationer som en funktion av förvärvstiden. Använda den inbyggda beräkningsprogram kurva-fit verktyg, passar PCR återhämtningsperioden data till följande ekvation 52, 63:
- Registrera värdena för baslinjen PCR (
), Den lägsta PCr ( 
), Och återhämtningstiden ( 
. - Se till att lämpliga villkor uppfylls under exercise session genom att beräkna PCr utarmning, den procentuella skillnaden mellan baslinjen PCr och den lägsta PCr. Ideal träningspass resulterar i en 20 - 50% utarmning.
OBS: Kvaliteten på kurvanpassningen kan säkerställas genom att verifiera att värdet på R 2 är större än 0,75. R 2-värden beräknas automatiskt av anpassningsprogrammet.
), Den lägsta PCr ( 
), Och återhämtningstiden ( 
. Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
reproducerbarhet Studie
Sex frivilliga (4 män och 2 kvinnor, medelålder: 24,5 ± 6,2 år) utan självrapporterade hjärta, metaboliska eller mitokondriell sjukdom genomgick sessioner av den beskrivna 31 PMRS motion och bildteknik på 2 olika dagar inom en vecka för att utvärdera teknik reproducerbarhet (figur 6a). De studier som gjorts på normala frivilliga bekräftar reproducerbarheten för 31 PMRS studie i kvantifieringen av mitokondriell funktion. En Bland-Altman analys av PCR återhämtningstid visar en genomsnittlig skillnad standardavvikelse av 1,03 4,83 sek och en mellan-prövningar variationskoefficient 4,66 (figur 6b). Inga ändringar av förvärv eller analysprotokoll som beskrivs i avsnittet metoder som krävs för att få fram data av god kvalitet, som beskrivs i steg 4 i protokollet. dessa resÜLTS visar reproducerbarhet av förvärv och analystekniker som beskrivs i detta arbete.
Teknik Utvärdering Icke-ambulatorisk Deltagare med Friedrich Reichs ataxi
Fyra deltagare (2 män och 2 kvinnor, medelålder: 35) genomgick en enda session av 31 PMRS motion och bildteknik som beskrivs i detta arbete för att utvärdera genomförbarheten i en icke-ambulatorisk befolkning med FA. Dessa ämnen var i stånd att utföra i magneten övningar för att erhålla tillräcklig utarmning av PCR för att passa återställnings parametrar som visas i steg 5,6. Men längre tränings gånger - var (60 90 sek) som krävs för att tillräckligt bryter PCR nivåer. Dessutom oscillationer runt passform som orsakades av den progressiva förlusten av muskelkontroll, som är karaktäristisk för denna sjukdom, noterades (fig 7). För dessa subjects använde vi ytterligare två resistiva band mellan knän och vrister, vilket ger totalt tre band, för att begränsa oönskade rörelser. Dessa resultat visar genomförbarheten av insamling och analys teknik för att få PCr återhämtningstider i icke-ambulatoriska patienter. Men de ändringar som krävs för att få fram data av god kvalitet visar att ytterligare utvärdering och standardisering studier behövs.
förstudie
Nio frivilliga utan självrapporterade hjärt-kärlsjukdom och 15 försökspersoner som avses ett program för hjärtrehabilitering och sekundärprevention (CRSP) inkluderades i en lokal Institutional Review Board (IRB) -godkänd studie. Vi fick några kliniska värden som indikatorer på kardiovaskulär hälsa och svårighetsgraden av det metabola syndromet. Den vänsterkammarejektionsfraktion bevarades i CRSP försökspersoner (56 10%). maximum hjärt ansträngning förmåga, mätt innan CRSP var likartad hos försökspersoner med och utan diabetes (3,05 0,6 jämfört med 3,4 0,8 metaboliska ekvivalenter MET, p = 0,4). Före start CRSP, varje inskrivna ämne genomgick 31 PMRS motion och bildteknik, som beskrivs i detta arbete, och intramuskulärt fett kvantifiering imaging, beskrivits tidigare 64. Tidskonstanten för PCr återhämtning var längre (41,9 1,4 mot 32,1 7,4 sek, p = 0,05), och den intramuskulära fettprocent var högre i CRSP ämnen jämfört med kontroller (8,7 2,9 jämfört med 2,54 0,6%, p <0,001). Procentandelen av intramuskulärt fett var liknande i CRSP försökspersoner med och utan diabetes (p = 0,4), och tidskonstanten för PCr återhämtning tenderade att vara längre hos försökspersoner med diabetes kontra hos dem utan diabetes och hos kontroller (p = 0,03 för de trender över grupper). Preliminära uppföljningsdata tyder på en betydligt sämre förbättringMETS post-CRSP hos patienter med diabetes, jämfört med de utan (delta = 1,0 0,8 kontra 4,0 2,4, p = 0,06; Figur 8). Dessa resultat visar möjligheten att denna teknik för att kvantifiera skillnaderna i skelettmuskulaturen OXPHOS mellan personer med och utan känd metabola sjukdomar.
Figur 1. Mitokondrier, skelettmuskel och Cardiopulmonary Systems.
En representation av kopplingen mellan mitokondrier, skelettmuskel, hjärtminutvolym, ventilation, och funktionsförmåga visas. Reproduceras från Milani et al 65.
Figur 2. Material.
De nödvändiga material innefattar 1) en triangel kudde,
Figur 3. positionering.
A) Ämnen avbildas i rygg, fötter-första läge. Den 31 P spole placeras på vänster quadriceps. Resistiva remmar är placerade ovanför och under knäet och fäst vid bordet. En enda rem används för att binda båda benen tillsammans ovanför knät. B) skiva placering visas för andra localizer. Notera att skivorna är centrerade vid locaning av barnet oljeflaskan och skivor täcker hela quadriceps. C) Mellanlägget box placering för 31 PMRS visas. Denna volym är placerad direkt under spolen i quadriceps och täcker ett djup som försäkrar tillräcklig signal och lämplig mellanlägg av det område av ytan spolen.
Figur 4. Data Acquisition.
A) En representant 31p förvärv i vila visas. PCR är den stora enda topp, och det finns minimalt brus (vänster). En typisk förvärv under övningen del av protokollet resulterar i två stora toppar, Pi och PCR (höger). Som övning fortskrider, kommer Pi och PCR-toppar öka och minska, respektive. B) Jämförelse av PCr topphöjd i vila och efter motion bör avslöja åtminstone en ~ 30% minskning. denna c alculation bör göras på skannern konsolen för att säkerställa ett framgångsrikt slutförande av övningen studien.
Figur 5. Analys.
Faskorrigeringen och apodization av ett representativt spektrum visas. A) En rå spektrum visar en un faser topp och närvaron av brus som döljer topparna. B) Ett spektrum visar 0: e - och en st förplikta faskorrigering. PCR topp belägen vid mittfrekvensen är lätt att identifiera, men andra metabolit toppar fortfarande skymd. C) Spektrumet efter apodization med en Lorentz linjeform, vilket resulterar i en minskning av buller och bättre visualisering av 3 ATP toppar och PDE och Pi topp. Detta spektrum är redo för topp kvantifiering med Amares verktyget. filer / ftp_upload / 54.977 / 54977fig5large.jpg "target =" _ blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6. 31 PMRS hos friska personer.
A) Denna siffra visar återvinning av phosphocreatine (PCR) koncentration efter utarmning med snabba kvasistatiska knästräckning motion. Linjen representerar passningen av den exponentiella återhämtningsfunktionen som beskrivs i steg 5,6, med återhämtningen tidskonstanten τ visas; denna tidskonstant är en väletablerad biomarkör av mitokondriell oxidativ funktion. B) Bland-Altman analysen av PMRS teknik reproducerbarhet 31 visar en genomsnittlig skillnad standardavvikelse av 1,03 4,83 sek för PCR återhämtningstid mellan försök; Variationskoefficienten är 4,66.http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54977/54977fig6large.jpg "target =" _ blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 7. 31 PMRS i icke-ambulatorisk ämnen.
Ett representativt PCr återhämtning kurva från 31 PMRS undersökning av en icke-ambulatorisk ämne visas. Notera att en PCr utarmning av 64% uppnåddes med denna övning protokoll. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 8. 31 PMRS i CRSP ämnen.
En jämförelse av PCr åter-som leveranstider visar sekventiellt sämre mitokondriell oxidativ kapacitet i kontroll, icke-diabetiker och diabetespatienter. Felstaplarna representerar standardavvikelsen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Detta dokument beskriver ett standardprotokoll för 31 PMRS undersökning som ger seriella och icke-invasiv in vivo mätning av skelettmuskel mitokondriefunktion. Protokollet har betydande överklagande när man överväger bredden av undersökningar inriktade på växande bördan av metabola syndromet och dess resulterande sjuklighet och dödlighet. Denna 31 PMRS protokollet kräver en minimal mängd av scanner tid och kan införlivas i omfattande metaboliska undersökningar hos patienter vid varje plats med kommersiellt tillgängliga MRS anläggningar.
Kritiska steg i protokollet
Contraindications- Före MR-undersökningar, är det viktigt att screena ämnen för potentiella kontraindikationer. Förutom typiska MR uteslutningskriterierna bör följande övervägas innan man kan genomföra detta protokoll: 1) ipsilateral knä- eller höftimplantat (oavsett of MR-kompatibilitet) för att undvika artefakter, 2) villkor som begränsar blodflödet eller syretillförsel till de nedre extremiteterna (t.ex. perifer artärsjukdom), 3) en oförmåga att utföra motstånds quadriceps förlängning motion, och 4) en oförmåga att ligga på rygg för cirka 30 min.
Rörelseartefakt par- rörelse 31p polen i förhållande till motivets quadriceps och rörelsen av patientens lår i förhållande till bordet bör minimeras. Se till att spolen är ordentligt fastsatt på patientens ben och att det motståndsbanden är ordentligt fastsatt i undersökningsbritsen. Testa detta genom att se till att en persons häl stiger något mer än 5 i. Utanför undersökningsbritsen under sparka och att det inte finns någon rotation av spolen under övningen.
Förvärv
Motion kvalitets- Ämnet bör utöva enchieve åtminstone en 30% utarmning i PCR. För detta protokoll, har vi bestämt att 30 s motion för rörliga motiv och 60 sekunder för icke-ambulatorisk ämnen uppnår detta mål. Vi har observerat att icke-ambulatorisk ämnen utövar mindre kraft per spark och kräver därför en längre intervall för tillräcklig utarmning.
Analys- De metoder som beskrivs här ger en ram för att minimera subjektivitet och maximera automatiseringen. Val av användaringångsparametrar för analys av spektra bör göras noggrant för att säkerställa reproducerbarhet.
Ändringar och felsökning
Kvaliteten på spektrum- Om spektrumet verkar bullriga, att mellanlägget rutan placeras i muskeln. Justera storlek och position för shim rutan för att förbättra signal-till-brus-förhållande. Upprepa testet förvärv som behövs.
quality av ansträngnings Om de inledande träningsresulterar i otillräcklig PCr utarmning, det finns flera modifieringar som kan användas för att felsöka: 1) banden kan dras åt, för att öka motståndet; 2) ämnet kan ges i uppdrag att sparka snabbare, vilket ökar ansträngning; eller 3) kan ökas varaktigheten av ihållande träning. Observera dock att över motion kan leda till förändrad pH och kan leda till acidos, som kan hämma OXPHOS återvinning kinetik 61. Detta kan undvikas genom att begränsa träningstiden till ett maximum av 3 min.
Begränsningar av tekniken
En muskelbiopsi analys möjliggör mätning av specifika mitokondriella egenskaper, såsom mitokondriell innehåll och storlek, liksom den mitokondriella maximal ATP synteshastigheten. Det är emellertid viktigt att notera att den in vivo mätning med 31 PMRS representerar ett aggregat av dessa direct åtgärder, förutom att extra-mitokondriska faktorer, såsom den mikrovaskulära leverans av syresatt blod till muskeln. Således, i situationer där status mikrovaskulaturen är i fråga på grund av minskad syretillförsel eller andra faktorer, det skulle inte ge en entydig indikator på mitokondriell status. Snarare skulle det indikera status in vivo av den maximala oxidativa ATP syntes av muskler, som kan återspegla en kombination av OXPHOS och mikrovaskulära frågor.
En begränsning av övningen 31 PMRS protokoll beskrivs i detta arbete är bristen på standardisering av arbetsprestationer. Denna brist på standardisering förenklar apparaten krävs, och därmed genomförandet av detta protokoll. Emellertid kommer det på bekostnad av inte tillåter kvantitativ utvärdering av andra parametrar, såsom styrka och uttröttbarhet, och deras förhållande till metabola åtgärder. Som ett resultat kunde olika nivåer av ansträngning påverka PCråterhämtningstid än svårighetsgraden av den underliggande mitokondriell defekt. Man kan minimera dessa effekter genom att säkerställa tillräcklig PCr utarmning och kan ytterligare standardisera arbetsprestationer med hjälp av MR-kompatibla ergometrar med justerbart motstånd och mätbara arbets utgångar.
Betydelsen av tekniken med avseende på befintliga eller alternativa metoder
Förmågan att direkt kvantifiera mitokondriefunktion i skelettmuskel är den största fördelen med den 31 PMRS tekniken i jämförelse med standard metabolisk motion testning. Invasiv muskelbiopsi ger mätningar i enskilda fibrer 66, men med åtföljande risker som gör det mindre tilltalande för undersökningar som kräver serie bedömning. Metoder baserade på nära infraröd spektroskopi 67 kan begränsas av penetrationsdjup, särskilt hos överviktiga patienter, där så lite som 5 mm fett dämpar NIRS signal med 20% 68. Vidare har tekniken inte lämpar sig för den flerdimensionella bedömningen av muskler och andra system som erbjuds genom MR-baserade tekniker. Dessutom, till skillnad invasiva biopsi metoder för kvantifiering muskel energetik, tillåter denna icke-invasiva och icke-förstörande mäta upprepat mått på den metaboliska status i intakt muskel, vilket gör det fördelaktigt för utvärderingen av ämnes populationer och terapeutiska ingrepp.
framtida tillämpningar
Potentiella tillämpningar efter behärska denna 31 PMRS teknik inkluderar utvärdering av sjukdomar med specifika mitokondriella defekter eller någon av ett brett spektrum av metabola sjukdomar. Hos patienter med dålig hjärtminutvolym, kan nuvarande tekniker identifiera nedsatt funktionsförmåga, men kan inte fastställa den nivå vid vilken dysfunktion inträffar (t.ex. skelettmuskulaturen, hjärta eller lungor). Det skulle vara särskiltintressant att utveckla integrerade protokoll som kombinerar 31 PMRS med metabola åtgärder och hjärt-analyser för att identifiera de bakomliggande orsakerna till ämnesspecifika minskad kapacitet för att underlätta personliga behandlingar.
Vi har detaljerade exempel på viktiga riktade terapier och interventioner som skulle dra nytta av användningen av in vivo markörer för mitokondriell funktion. En standardiserad 31 PMRS övningsprotokoll, såsom en detalj ovan, är ett viktigt steg för ökad användning av denna viktiga in vivo markör för skelettmuskulaturen mitokondriell kapacitet i både grundläggande och interventionsstudier.
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).
