Introduction
Bu çalışmanın amacı, invaziv olmayan yetenekleri geniş sahip bireylerde in vivo iskelet kası, mitokondriyal işlevi ölçen tekrarlanabilir bir yöntem özetlemektedir etmektir. Anormal mitokondriyal bozukluk örneğin Friedreich ataksi gibi nadir bozukluklar yaşlanma ve diyabet gibi genel koşulları metabolik sendromlar ve genetik hastalıkların geniş bir yelpazede bir işaretidir olduğunu.
Metabolik Sendrom ve Mitokondriyal disfonksiyon
Metabolik sendrom, mitokondriyal fonksiyonu kesintiye uğratan iskelet kası OXPHOS basılması ve iskelet kası, 1, 2 ektopik yağ depolanması yol gösterilmiştir. Metabolik ve enerji homeostazının düzenlenmesinde de önemli organeller, mitokondri, obezite, 3, 4 patofizyolojisi, insülin direnci 5 implike edilmiştir (T2DM) 6, 7, diyabet ile ilgili mikro 8, 9, 10, 11 ve makrovasküler komplikasyonlar 12, 13, ve non-alkolik yağlı karaciğer hastalığı (NAYKH) 14, 15, 16, diğerleri arasında O 2 oksidoredüktaz aktivitesinin 5: direnç mitokondriyal trikarboksilik asit (TCA) akı oranı, ATP sentezi oranı ve sitrat sentaz ve NADH azalması da dahil olmak üzere iskelet kası mitokondrial aktivite derin değişiklikleri ile karakterizedir .Insulin. Bir hipotez bu değişiklikler belirgin obezite ve diğer obezite-r sırasında artar vardır kasta serbest yağ asidi (FFA) metabolitlerin birikimi, bağlı olabilir kimutlu hastalıkları 2, 17. Yükseltilmiş FFAs ve lipid ara kasın maruz lipit oksidatif yolunun gen ekspresyonunu ve TCA döngüsü ve elektron taşıma zinciri (VB) 18 azaltabilir. Bir lipid aşırı ortamında mitokondriyal iskelet kası OXPHOS kapasitesindeki bu azalma nicel (mitokondri içeriği ve biyogenezi) bir azalma eşlik iskelet kası mitokondri 20 19 ve niteliksel fonksiyonudur. FFAs iskelet kas ve miyositlerin maruz ciddi insülin direncine yol açar, ve kas artmış FFA alımı, insan ve kemirgen 21 hem de insülin direnci ile ilişkilidir. lipid ara seramid ve diasilgliserol (DAG) ile doğrudan, protein kinaz C ve prot olarak kinazlann aktivitesini değiştirerek insülin sinyal yolu inhibe ettiği gösterilmiştirein kinaz B 21. Bu nedenle, lipit-türevi moleküller, iskelet kası, insülin direnci ve tip 2 diyabetes mellitusu gelişiminde önemli bir rol oynuyor gibi görünmektedir. Mitokondriyal kapasite değişikliklerinin nedeni ya da insülin direnci 22 bir sonucudur olup olmadığını Bununla birlikte, belirsizliğini koruyor.
Friedrich'in Ataksi ve Mitokondriyal disfonksiyon
Azalmış OXPHOS genetik kusurları ortaya çıkabilir. Friedrich'in ataksi (FA), kalıtsal ataksi en yaygın biçimi, içi mitokondriyal demir birikimi, reaktif oksijen türleri üretimiyle sonuçlanan frataksin bir mutasyon nedeniyle genetik bir bozukluk (FXN) geni, ve oksidatif fosforilasyon 23 anormallikler, 24, 25, 26. Bu önemli keşif, hedeflenen tedavilerin geliştirilmesine yol açmıştır, yüklenebileceğinih amacı alt hücresel düzeyde mitokondriyal fonksiyonunu geliştirmek. Bu anlayışa rağmen, in vivo sınırlı gelişme, FA, klinik araştırmalar için tekrarlanabilir biyobelirteçler olmuştur. Aslında, FA hedeflenen tedavilerin etkili değerlendirmede kritik bir bariyer mitokondriyal fonksiyon değişiklikleri izlemek için yetersizliğidir. Güncel fonksiyonel önlemler, örneğin, kardiyak output azalmış tanımlamak olabilir; Ancak, bu işlev bozukluğu meydana geldiği seviyeyi (Şekil 1) belirleme, Ulus. belirlemek ve Friedrich'in ataksi hastalığın ilerlemesini değerlendirmek için kullanılabilecek mitokondriyal fonksiyon güvenilir bir belirteç geliştirilmesi hedeflenmiş tedavilerin ilgili mekanik etkisini ölçmek için çok önemlidir.
Bozulmuş OXPHOS ve Kardiyak Disfonksiyon
Anormal mitokondriyal fonksiyon, kazanılmış ya da genetik ya Cardi gelişimi ya da ilerlemesine katkıda bulunabilirAC disfonksiyon. basınç yükü ve kalp yetersizliği koşulları altında, FFA birincil enerji substrat tercihi anahtarları glikoz. Bu azalma ETC aktivitesi ve oksidatif fosforilasyon 27 ile ilişkilidir. kardiyak disfonksiyon mitokondriyal Biyoenerjetiğin patofizyoloji mitokondriyal defekti birincil kökenli bağlı olarak farklı olabilir. Diyabet ve sonunda azaltılmış malzeme esnekliği, enerji verimliliği ve diyastolik disfonksiyon 28, 29 yol gibi engelli biogenez ve yağ asidi metabolizması gibi myokardda mitokondrial anormallikler, metabolik sendrom sonuçları. FA, diğer taraftan, kardiyomiyositler 30, 31 belirgin mitokondriyal demir birikiminin bir frataksin eksikliği ile sonuçlanır. Demir birikimi Fenton reaksiyonunda 32 <yoluyla serbest radikallerin üretimine yol açar/ Sup> ve serbest radikal kaynaklı kardiyomyosit hasarı olasılığını artırır. Intra-mitokondriyal demir birikimi de oksidatif strese karşı artmış duyarlılık ve azalmış oksidatif kapasitesi 30, 31 ile ilişkilidir. Frataksin eksikliğine bağlı demir birikimi ve sonraki anormal mitokondriyal fonksiyonu, bu nedenle FA 33, 34 gözlenen bozulmuş kardiyak enerjilerine ve kardiyomiyopati sorumlu olabilir. Iskelet kas mitokondri azalmış oksidatif kapasite egzersiz intoleransı paralel ve kalp yetersizliği (KY) 35 metabolik kapasitesi azalır dikkat etmek de ilginçtir. iskelet kası OXPHOS kapasitesinin ölçülmesi, bu tarifnamede ayrıntılı olarak, hali hazırda uygulanabilir ve sağlam olduğu; HF iskelet kası OXPHOS önemi ile birleştiğinde, bu özellikler duymak kapsamlı çalışmalarda ona bir çekici biyobelirteç yapmakt hastalığı 36.
Bozulmuş OXPHOS ve beraberindeki kalp fonksiyon bozukluğu metabolik ve mitokondriyal hastalığı önemsiz bir yönü değildir. Diyabet ve metabolik hastalığı olanlar, kardiyovasküler hastalığa yakalanma yüksek risk altındadır ve miyokard infarktüsü (Mİ) 37, 38, 39, 40, 41 sonra aşırı mortaliteye sahip; FA deneklerin yarısından fazlası kardiyomiyopati ve kalp aritmisi ya da kalp yetmezliği 42 birçok kalıp var. Bu nedenle, düşük OXPHOS ölçümü sadece erken teşhis ve kardiyak disfonksiyon tedavisi için izin veremezdi, ama aynı zamanda bu hastalıklarda önemli bir klinik yükünü hafifletmek olabilir.
doğrudan OXPHOS kapasitesini artırmak için hedefe yönelik tedaviler konuların tedavisini geliştirmek için umut verici bir alan, whe olduğunuTher metabolik disfonksiyon nedeni genetik veya edinsel olduğunu. Şu anda, romanın gelişimi ya anormal mitokondriyal fonksiyonu 43 hafifletmek veya FA dengesiz biyoenerjetik özelliği artırabilir birincil genetik defekt 44 düzeltmek ilaçlar hedef aldı. Alınan mitokondriyal disfonksiyon durumunda, fiziksel aktivitede artış fonksiyonu 45, 46, 47, mitokondriyal artırabilir.
Mitokondriyal Fonksiyon bir Non-invaziv belirteç olarak 31 Fosforlu Manyetik Rezonans Spektroskopisi
Ne olursa olsun test tedavinin, bir iskelet kas Biyoenerjetiğin in vivo değerlendirilmesi entegre özellikle ciddi egzersiz intoleransı ya da geleneksel metabo geçmesi yetersizlik olan hastalarda, hedeflenen müdahalelerin etkisini değerlendirmek için çok önemli bir araçtırlic testi. Fosfor (31 PMRS), vücutta hücreleri içinde çeşitli yüksek enerjili yüzeylerde bulunan endojen çekirdeğine ayarlanmış manyetik rezonans spektroskopi, dahil olmak üzere çeşitli yaklaşımlar kullanılarak, mitokondriyal oksidatif kapasitesini ölçmek için kullanıldı in-mıknatıs egzersiz geri protokolleri ve kas stimülasyonu 48 protokolleri. Egzersiz-kurtarma protokolleri düzenleyen ve patlama tipi dirençli ve yarı-statik egzersiz için izin askıları ve pedler basit yapılandırmaları iş yükünü ölçmek MR-uyumlu ergometreler gelen karmaşıklığı değişen aparatın çeşitli güvenmek. Bu protokollerin herhangi birinin temel amaçlarından biri adenozin trifosfat (ATP) için talep başlangıçta kreatinin kinaz reaksiyonu 49 ile fosfokreatinin enzimatik parçalanması (PCR) ile karşılanmaktadır olduğu için bir enerji dengesizliğini üretmektir. egzersiz kesilmesinden sonra, ATP üretimi oranı oksitleyici pho hakimdirsphorylation ve mitokondri 50 in vivo kapasitesi en temsil eder. Ayrıca, egzersiz sonrası toparlanma döneminde OXPHOS birinci dereceden oranı reaksiyonu 51 ile tarif edilebilir. PCr egzersiz sonrası geri nedenle oksidatif ATP sentezi için daha büyük kapasiteleri temsil τ PCr daha küçük değerli bir üstel bir zaman sabiti (τ PCR), montaj ile ölçülebilir. Önemli çabalar 31, ex vivo karşı PMRS ve OXPHOS daha doğrudan bir ölçümü doğrulamak ve bu teknik 52, 53, 54, 55 potansiyel klinik uygulanabilirliğini göstermek için yapılmıştır.
Özellikle, bu işin içinde açıklanan protokol klinik mevcut tarayıcılarda uygulanabilir ve yaygın bir noninvaziv biyobelirteç o kadar onaylanmıştırf mitokondriyal fonksiyon 56. Ancak, nöromüsküler bozukluğu ya da hareketlilik değişen ağırlıktaki olan bireylere uygulama için optimize bir egzersiz 31 PMRS protokolü de 57 kurulmamıştır. İyi tanımlanmış, genel olarak uygulanamaz egzersiz protokolü ve 31 PMRS teknik, mitokondriyal işlevi temel anormalliklerle hastalıkların değerlendirilmesinde özellikle yararlı olabilecektir.
Birkaç önceki çalışmalarda konularda mitokondriyal fonksiyonunu ölçmek için non-invazif tekniklerin uygulamalarını incelemiş bulunuyoruz. Örneğin, bu teknikler, tip 2 diyabetli 36 olan kişilerde bozulmuş OXPHOS göstermiştir. Lodi ve diğ. İlk FA kişilerde PMRS tekniklerinin uygulanabilirliğini test edilmiş ve 1) FA genetik bir kusur, iskelet kası OXPHOS bozar bulundu ve 2) ve GAA sayısı tekrar iskelet kası O ile ters orantılıdırXPHOS 33. Daha yakın zamanda, Nachbauer ve ark. 7 konularla FA ilaç deneme ikincil sonuç ölçütü olarak kullanılan PMRS. PCr kurtarma süreleri Lodi daha önceki çalışmaları yinelendi ve FA anormal frataksin ifade etkileri PMRS teknikleri 58 kullanılarak saptanabilen mitokondriyal kapasitesinde düşüşe sebep olduğunu belirten, kontrollere göre kişilerde anlamlı derecede daha uzun idi.
Güvenilir yöntemler yeterli uygulanabilir, maliyet-etkin ve tekrarlanabilir bir şekilde in vivo iskelet kası fonksiyonu tanımlamak için mitokondriyal fonksiyonunu etkileyen hastalıkların bir dizi konu sonuçlarının iyileştirilmesi için kritik öneme sahiptir.
Bu eser 31 PMRS kullanarak iskelet kası in vivo maksimum oksidatif kapasitesi elde etmek için sağlam bir prosedür özetliyor. bölgesindeki mıknatıs egzersiz protokolü de fiziksel ve fonksiyonellik geniş bir yelpazede uzanan kişiler tarafından iyi tolere edilirl yetenekleri ve ucuz ve yaygın kullanılabilir ekipmanı kullanılarak basitleştirilmiş bir konu kurulumu tanıyor.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Bu protokol tarafından onaylanan ve insan denekler araştırma için Ohio State Üniversitesi Kurumsal Değerlendirme Kurulu kuralları izler. MR cihazları ile ilgili tüm işlemler MR güvenliği 59 yüksek standartlarına bağlı kalarak yeterince eğitimli personel tarafından yerine getirilmesini önem taşımaktadır.
1. Malzemeler ve Hazırlama
- Gerekli tüm malzemeler deney öncesinde (Şekil 2) mevcuttur olduğundan emin olun.
- Delik yakın sınav tablonun sonuna içi masaya bobin konektörüne 31 P bobin takın. MR sınav masanın başının yakınında büyük bir üçgen köpük yastık yerleştirin, ancak doğrudan 31 P bobin üzerinde. konu konfor için, MR sınav tablodan, deliğin en uzak diğer ucundaki bir kafa yastık yerleştirin.
2. Konu Konumlandırma (Şekil 3a)
- sırtüstü, ayak yalan konuyu talimatMR masaya ilk. kısmen fleksiyon pozisyonunda bacak desteklemek için dizlerinizin altına bir yastık köpük yerleştirin.
- böylece inceleme altındaki uyluk kas optimal B0 homojenlik sağlamak, mümkün olduğunca mıknatıs İzomerkez olarak yakından sol uyluk ortalamak için tablo (deneğin sağ) sağ tarafına yakın konuyu yerleştirin. Kulak fişlerini ve / veya kulaklık ile konuyu sağlamak.
- Patella ve femur başı arasında yaklaşık orta noktasında sol quadriceps 31 P RF bobini yerleştirin ve askıları kullanarak bacak sabitleyin. vastus lateralis üzerinde, bacağın yan kısmı üzerinde bobin yerleştirin.
- bacak bobini sabitlemek için kullanılan aynı kayışları ile uyluk medial bebek yağı sabitleyin. Bu tarama lokalizasyonu kolaylaştırır.
- bobin altında ve diz üstü yerleştirilen bir kayış ile birlikte deneğin bacaklarını bağlayın. Ek stra MR masaya kişinin bacakları Güvenlips, diz üstü bir ve diz ve ayak bileği arasında bir yarıda.
- bobin merkezi tasvir ve bu merkezleme dönüm kullanarak mıknatıs İzomerkez tablo taşımak için lazer ışık kılavuzu kullanın.
3. Egzersiz Protokolü
- egzersiz protokolü üç aşamadan oluşmaktadır konuya açıklar: ilk, başlangıç aşaması; Kısa, yoğun egzersiz faz; ve bir kurtarma aşaması.
- hala yalan ve hareket eserler en aza indirmek için spektroskopisi edinimi temel ve kurtarma aşamalarında bacak kasları gevşer konuyu söyleyin.
- egzersiz başlangıcını gösteren konuya geri sayım sağlamak. Bu noktada, söz konusu kayışlar direnişine karşı mümkün olduğu kadar çabuk olarak zorla diz uzatma / fleksiyon başlatmak ve var.
NOT: kuadriseps kasları durdurmak için talimat gelene kadar, yukarı ve aşağı sol alt bacak taşımak için kullanılır. - % 30 düşüşten sonra egzersiz sonlandırPCr pik yüksekliği.
- edinim görüntüleyici penceresinde PCr pik yüksekliği gözlemlemek ve aynı zamanda egzersiz dizisinin tamamlanmasından sonra görüntülemek.
NOT: Genel kural olarak PCr pik yüksekliği yaklaşık% 30 düşüş PCr tepe yüksekliğinin% 50'si olan bir Pi zirveye karşılık olmasıdır. PCr tükenmesi sınav egzersiz aşamasında% 30 düşüş elde etmek için yeterince hızlı meydana değilse, sert veya daha hızlı egzersiz yaparken tekme konuyu teşvik ediyoruz.
NOT: egzersiz Bırakma PCr pik yüksekliği ve egzersiz süresini izleyerek belirlenir. Bu, farklı hastalarda egzersiz biraz farklı sürelerde neden olabilir ve analiz açıklanabilir.
- edinim görüntüleyici penceresinde PCr pik yüksekliği gözlemlemek ve aynı zamanda egzersiz dizisinin tamamlanmasından sonra görüntülemek.
4. Tarama Protokolü
- Uygun konu konumlandırma doğrulamak ve 31 P bobin yerini belirlemek için bir tri-düzlem yerelleştiricisinin edinin.
NOT: yerelleştiricisinin dizisi otomatik olarak başlar ve Hindu de merkezleriLazer ışığı kılavuzunu kullanarak ated pozisyonu (2.9 adım) - İkinci bir tri-düzlem yerelleştiricisinin edinin.
- İlk üç düzlem yerelleştiricisinin görüntülerde dilim görünümünü açın.
NOT: Bu işlem, farklı yazılım ve donanım sistemleri için farklı olabilir. - Merkez ve sol tıklayarak ve dilim grubuna tutarak dilim yönünü döndürmek. dilim grubu döndürün. dilimleri nihai oryantasyon bebe yağı konumu ile aynı olduğundan emin olun.
- Dizisi rutin penceresinde, aksiyel ve sagital kesitler (Şekil 3b) 'de tüm bacak kapsayacak şekilde dilim sayısını artırmak.
- İlk üç düzlem yerelleştiricisinin görüntülerde dilim görünümünü açın.
- 31P spektroskopisi sekansı
- Aşağıdaki olmayan lokalize darbe acquire dizisi parametreleri kullanın: TR: 1,000 msn; TE: 0.34 ms; spektral genişliği: 2,000 Hz; Kapak açısı: 90 derece; Elde edilen veriler puanları: 1024; 1 yelpazenin her 6 sn bir zaman çözünürlüğü ile sonuçlanan 4 ortalamalar.
- 31 P şim box yerleştirme:
- Fare kullanma, ekranın üst kısmında izleme penceresi içine ikinci triplane yerelleştiricisinin görüntüleri sürükleyin. protokol penceresine spektroskopi dizisini sürükleyin ve açmak için çift tıklatın.
- şim voksel (yatay çizgiler siyah dikdörtgen seçin) görselleştirmek için pozisyon araç çubuğunu kullanın. Bu seçeneği seçtikten sonra, yerelleştirici görüntülerde yeşil bir kutu gözlemlemek.
NOT: Bu şim voksel olduğunu. - Sol tıklayarak voksel taşımak ve merkezi voksel tutan. boyutunu değiştirin ve sol tıklayarak vokselin yönünü döndürmek ve kutunun köşesinde voksel tutarak. doğrudan sondanın altında B0 alanı homojenliği sağlamak ve kuadriseps düzlemine paralel şekilde takoz kutusunun üzerine yerleştirin.
Not: Bu, doğrudan bobinin merkezinin altında doku hacmi bobininin altından hassas bölge içinde uygun layneri sağlamaktır. - Hassas tanımlamak için üç düzlem yerelleştiricisinin görüntüleri kullanınE bobin bölge ve kuadriseps kas içinde bu bölgeyi kapsayacak şekilde şim kutusu ayarlayın.
NOT: şim kutusu veri toplama voksel (Şekil 3c) içinde B0 homojenliği sağlamak için yüzey bobin gerçek kapsama daha büyük olabilir. - 31 P testi edinimi:
- iktisap görüntüleyici penceresini açın ve satın alma araç çubuğunda kafa simgesini seçin. Bu gerçek zamanlı olarak spektroskopi edinimi görüntülemek için izin verecektir.
- 31P şim vokselin yerleştirilmesinden sonra, protokol penceresinin üst kısmında "run" düğmesine tıklayarak bir tek spektrum elde etmek için sırasını çalıştırın.
- B0 layneri kalitesini inceleyin. alıcı penceresi elde spektrumu dikkate alınmalıdır. 0 ppm merkezli tanınmış bir PCr tepe ve anlamlı gürültü (Şekil 4a, sol) dikkat edin.
NOT: Sorun Giderme: spektrumlu gürültülü belirirse, şim kutusu kas içine yerleştirilir emin olun. ilansadece boyut ve dolgu kutusunun konumu sinyal-gürültü oranını artırmak için. gerektiği gibi deney satın tekrarlayın. - ( "Uygulamalar" → "Spektroskopisi"), PCr pik yüksekliği bkz spektroskopi aracında spektrum açmak için. Hastanın klasör (klasör ağacı simgesi) açın, uygun tarama seçin ve spektrum yüklemek için çift tıklatın.
- Egzersiz öncesi T1, görüntünün:
- bir bobin merkezinde bir tek dilim aksiyal T1-ağırlıklı görüntü elde.
- 31 P egzersiz öncesi edinim:
- sol tıklayarak ve protokol penceresinde sırasını sürükleyerek (en spektral kalite üretilen) aşama 4,4 dizisini kopyalayın. Tüm takip eden ölçümler için bu sıra kullanın.
- konu dururken dizisi rutin penceresinde, 10 ölçüm elde etmek için 1 10. Select çalışmadan elde ölçümlerin sayısını artırmak.
- 31 </ Sup> P Egzersiz edinimi:
NOT: Bu analiz için önemli olacak gibi, başlangıç ve bitiş egzersiz kez dikkatlice not edin.- Dinlenme: Bir önceki tarama takoz ayarları uygula ve 20 ölçümleri elde etmek için sırasını ayarlayın. Bir geri sayım sonra tekme başlamak için konuyu söyleyin. 2 ölçümler için dinlenme kalmasını konu söyleyin.
- Egzersiz: ~ 30 saniye boyunca diz uzatma egzersiz (ya da PCr tepe genlik% 30 azalma elde etmek için gerekli zamanı) gerçekleştirmek için konuyu isteyin. konu yeterli PCr tükenmesi elde sonra, dinlenmek için isteyin.
- 31 P egzersiz sonrası satın almalar:
- istirahatte ek 20 ölçüm kazanır. Egzersiz sonrası satın almalar (sağ, Şekil 4a) duraklama veya shimming olmadan, egzersiz dizisi hemen ardından başlayacak emin olun.
NOT: İki ayrı satın almalar içine bu iyileşme dönemi bölünmesi i analiz edilmesini sağlarEgzersiz tekrar edilmesi gerekiyorsa operatör tam iyileşme döneminin satın önlemek için izin ikinci 20 dinamik spektrumları alımı sırasında nitial 20 dinamik spektrumları.
- istirahatte ek 20 ölçüm kazanır. Egzersiz sonrası satın almalar (sağ, Şekil 4a) duraklama veya shimming olmadan, egzersiz dizisi hemen ardından başlayacak emin olun.
- Egzersiz kalitesini garanti:
- Başlangıçta ve egzersiz sonunda PCr pik yükseklikleri karşılaştırın. Yüksek kaliteli egzersiz oturumları PCr konsantrasyonunda ~% 30 azalma ile sonuçlanır.
- PCr tepe yükseklik dinlenme başlangıcında ve geri sonunda aynı olduğundan emin olun (tipik olarak <% 10 bir fark isteniyorsa). Bu satın alma sırasında alan homojenliği önemsiz kaybı olduğunu garanti eder.
NOT: PCr arıza yetersiz veya alan homojenlik kaybı olmuşsa, o zaman (yorgunluğu önlemek için özen) sınav egzersiz / kurtarma bölümünü tekrarlamak durumunda, bobin ve kayışlar düzgün bir şekilde takılı olduğundan emin olun ve genişletmek egzersiz ve / veya süresinin, kuvvetli egzersiz teşvik (Şekil 4b).
DEĞİLE: adımlarda 6 ve 11 izinlerinin bir ek kalite kontrol adımı elde edilen görüntülerin karşılaştırılması ve böylece çok az hareket önemli ölçüde elde edilen verileri etkileyebilecek protokolü sırasında meydana sağlanması nedeniyle egzersize uyluk ve bobinin her deplasman görselleştirmek için .
- egzersiz sonrası T1 görüntüleme ardından, aynı satın alma parametreleri kullanarak T1 görüntüleme (adım 4.5) eksenel ön egzersizi tekrarlayın.
- PCr yeterli tükenmesi ek olarak, egzersiz kas asidoz uyarmadı sağlamak için son egzersiz pH ölçer.
- Pi ve PCR (Ap i) arasındaki kimyasal kayması ve aşağıdaki denklemi 60 kullanarak bu gerçekleştirin:
pH = 6.77 + log [(Ap i -3,29) / (i 5.68-Ap)]
NOT: pH fazla 6.8 61 kalmalıdır. PCr dökümü yeterlidir ancak pH değeri çok düşük ise, kısa bir egzersiz butik tekrarsüresi ve / veya azalan yoğunlukta ER.
- Verileri Kaydetme:
- DICOM dosyaları gibi tüm kazanılmış spektrumları kaydetmek ve JMRUI kullanarak işleme için onları ihracat.
- Bir tarayıcı kullanıyorsanız, "Navigator" penceresindeki tüm spektroskopi satın almalar seçin.
- Altında "Uygulamalar", "Dicom Araçlar" → "İhracat MR spektroskopi," seçin ve C DICOM (* .dcm) dosyalarını kaydetmek: / Kullanıcı / MedCom / temp / CDROFFLINE
(Araç otomatik olarak bu konuma seçer). - Altında "Transferi", "Çevrimdışı Aktar'ı" i seçin. istediğiniz konuma kaydedin.
5. Veri İşleme ve Analizi 62
- özgürce edinilebilen JMRUI yazılımı (; http://www.jmrui.eu/ sürüm 5.2) ile MR spektrumları analiz edin.
- Apodize ve faz edinilmiş tüm zaman noktalarında (Şekil 5) üzerinden bütünlüğü sağlamak için spektrumları kaydırır. PCr zirve merkezli olacak birspektrumlarında, t, 0 ppm.
- Her edinilen spektrumda PCr tepe genliği ölçmek için yerleşik Amares algoritması kullanın. tepe genliği o zaman noktasında yüzey bobin hassas bölge içinde PCr konsantrasyonunu temsil eder.
- Bilgisayar yazılımı, alıcı, zamanın bir fonksiyonu PCR konsantrasyonları çizilir. Kullanılarak dahili hesaplama yazılım eğri-fit araç, aşağıdaki denklem 52, 63 PCr iyileşme dönemi verilerine uyacak:
- (Taban PCr değerlerini kaydedin
), Düşük PCR ( 
), Ve iyileşme süresi ( 
. - Uygun koşullar Exer sırasında tanıştığım emin olunPCr tükenmesi, bazal PCR ve en PCr arasındaki yüzde farkı hesaplayarak verirlerse oturumu. % 50 tükenmesi - İdeal egzersiz seansları 20 sonuçlanır.
Not: Eğri oturtma kalitesi R2 değeri 0,75 den büyük olduğu doğrulayarak sağlanabilir. R2 değerleri otomatik uydurma yazılımı tarafından hesaplanır.
), Düşük PCR ( 
), Ve iyileşme süresi ( 
. Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Tekrarlanabilirlik Çalışması
Altı gönüllü (4 erkek ve 2 kadın; ortalama yaş: 24.5 ± 6.2 yıl) hiçbir kendinden bildirilen kalp, metabolik veya mitokondriyal hastalığı olan tekniği değerlendirmek için 1 hafta içinde 2 farklı günlerde açıklanan 31 PMRS egzersiz ve görüntüleme tekniğinin oturumları yapıldı tekrarlanabilirliği (Şekil 6A). Normal gönüllülerde yapılan çalışmalar mitokondriyal fonksiyon ölçümü 31 PMRS çalışmanın tekrarlanabilirlik doğrulamaktadır. PCr iyileşme süresi mülayim Altman analizi 1.03 4.83 saniyelik bir ortalama fark, standart sapma ve 4.66 (şekil 6b) bir farklılaşma ile denemeler katsayısı gösterir. protokol aşama 4'te tarif edildiği gibi, yöntemler bölümünde tarif edilen toplama ve analiz protokolü herhangi bir değişiklik, iyi kaliteli bir veri elde etmek için gerekli oldu. bu reska bul etmez Bu çalışmada tarif toplama ve analiz teknikleri tekrarlanabilirlik göstermektedir.
Friedrich'in Ataksi ile Non-ayaktan Katılımcılar Teknik Değerlendirme
Dört katılımcı (2 erkek ve 2 kadın; ortalama yaş: 35) FA olmayan bir ayaktan nüfus içindeki fizibilite değerlendirmek için bu çalışmada açıklanan 31 PMRS egzersiz ve görüntüleme tekniğinin tek seans uygulandı. Bu konular adım 5.6 gösterilen kurtarma parametrelerini uyacak şekilde PCr yeterli tükenmesi elde etmek için in-mıknatıs egzersizleri yapabilen idi. Ancak, daha uzun egzersiz süreleri (60-90 sn) yeterince PCr düzeylerini tüketmek istendi. Buna ek olarak, bu hastalığın özelliği olan kas kontrolü, progresif zarara neden olduğunu uyum yaklaşık salınımlar, (Şekil 7) tespit edildi. Bu s'denubjects, biz istenmeyen hareketi sınırlamak için, üç askıları toplam veren, diz ve ayak bilekleri arasında iki ek direnç bantları kullanılır. Bu sonuçlar olmayan ayaktan kişilerde PCr kurtarma sürelerini elde etmek için toplama ve analiz tekniği uygulanabilirliğini göstermek. Ancak, iyi kalitede veri elde etmek için gerekli modifikasyonlar ileri tetkik ve standardizasyon çalışmaları gerekli olduğunu göstermektedir.
Fizibilite çalışması
kardiyak rehabilitasyon ve ikincil önleme (CRSP) bir programa atıfta hiçbir kendinden bildirilen kardiyovasküler hastalığı olan Dokuz gönüllü ve 15 denek yerel kurumsal inceleme kurulu (KİK) onaylı çalışma alındı. Biz kalp ve damar sağlığı ve metabolik sendrom şiddeti göstergesi olarak bazı klinik değerleri elde edilmiştir. sol ventrikül ejeksiyon fraksiyonu CRSP konular (56% 10) korunmuştur. anneCRSP başlamadan önce ölçülen ximum kardiyovasküler efor yeteneği, (3.05 0.6 0.8 3.4 karşı metabolik eşdeğer METs, p = 0.4) ve diyabeti olmayan kişilerde benzerdir. CRSP başlamadan önce, her kayıt olan konu, daha önce 64 tarif edilen bu çalışmada açıklanan 31 PMRS egzersiz ve görüntüleme tekniği, ve kas içi yağ ölçümü görüntüleme, uygulandı. PCr iyileşme süresi sabit (32.1 7.4 sn, s karşı 41.9 1.4 = 0.05) daha uzundu, ve kas içi yağ yüzdesi kontrollere (2.54% 0.6, p <0.001 karşı 8.7 2.9) karşı CRSP kişilerde daha yüksektir. kas içi yağ yüzdesi ile diyabet (p = 0.4) olmadan CRSP konularda benzer ve PCr kurtarma zaman sabiti diyabetli kişilerde daha uzun olma eğilimi diyabet olmayanlarda ve eğilimleri kontrollere (p = 0.03 versus gruplar arasında). Ön takip verileri oldukça kötü bir gelişme önermekDiyabetli kişilerde MET sonrası CRSP olmayanlara göre (delta = 1.0 0.8 karşı 4.0 2.4, p = 0.06; Şekil 8). Bu sonuçlar ile bilinen metabolik hastalığı olmayan olgular arasında iskelet kası OXPHOS farklılıkları ölçmek için bu tekniğin uygulanabilirliğini göstermek.
Şekil 1. Mitokondri, İskelet Kası ve Kardiyopulmoner Sistemleri.
mitokondri, iskelet kası, kalp debisi, havalandırma ve fonksiyonel kapasite arasındaki bağlantının bir temsili gösterilmektedir. Milani ve arkadaşları 65 çoğaltılmıştır.
2. Malzemeler Şekil.
Gerekli malzemeler, 1) bir üçgen yastık dahil
Şekil 3. Konumlama.
A) Başlık sırtüstü, ayak-birinci konumda görüntülenmiş. 31 P bobin sol quadriceps yerleştirilir. Dirençli kayışlar diz üstünde ve altında ve tabloya bağlıdır. Tek bir kayış birlikte diz üstü iki bacağını bağlamak için kullanılır. B) dilim konumlandırma ikinci Localizer gösterilir. Dilimler loca merkezli olduğunu unutmayınbebe yağı şişe yon ve dilimler tüm kuadriseps kapsamaktadır. C) 31 PMRS için şim kutusu yerleştirme gösterilmektedir. Bu hacim, doğrudan kuadriseps bobin altına yerleştirilir ve yüzey bobin alanı içinde yeterli sinyal ve uygun shimming sigortalanır bir derinlik kapsar.
4. Veri Toplama Şekil.
A) istirahatte bir temsilci 31 P edinimi gösterilmiştir. PCr büyük tek zirve olan ve en az gürültü (solda) vardır. iki büyük zirveleri, Pi ve PCR (sağda) protokol sonuçlarının egzersiz bölümü sırasında tipik bir kazanım. Egzersiz ilerledikçe, Pi ve PCr dorukları sırasıyla artırmak ve azalacaktır. B) dinlenme ve sonrası egzersiz PCr tepe yüksekliğinin karşılaştırılması, en azından bir ~% 30 azalma ortaya koymalıdır. bu c alculation egzersiz çalışmanın başarılı bir şekilde tamamlanmasını sağlamak amacıyla tarayıcı konsoldan yapılmalıdır.
Şekil 5. analizi.
temsili bir spektrum faz düzeltme ve apodizasyonlu gösterilmiştir. A) un-aşamalı zirve ve doruklarına gizler gürültü varlığını gösteren ham spektrum. B) 0 th gösteren spektrum - ve 1. mertebeden faz düzeltme. merkez frekansında bulunan PCr zirve kolayca tanımlanabilir, ancak diğer metabolit zirveleri hala gizlenmiş. C) gürültü azaltma ve 3 ATP zirveleri daha iyi görselleştirme ve PDE ve Pi zirve ile sonuçlanan bir Lorentz çizgi şekli ile apodizasyonlu sonra spektrum. Bu spektrum Amares aracıyla pik ölçümü için hazır hale gelir. dosyaları / ftp_upload / 54977 / 54977fig5large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Sağlıklı Bireylerde 6. 31 PMRS rakam.
A) Bu rakam hızlı yarı-statik diz uzatma egzersiz ile tükenmesi sonrasında phosphocreatine (PCR) konsantrasyon kurtarma göstermektedir. hat sabit τ gösterilen iyileşme süresi ile adım 5.6 açıklanan üstel kurtarma işlevinin uygun temsil eder; Bu zaman sabiti mitokondriyal oksidatif fonksiyonunun köklü bir biyomarkerdir. B) 31 PMRS tekniği tekrarlanabilirliği Bland-Altman analizi çalışmalar arasındaki PCr iyileşme süresi 1.03 4.83 sn ortalama fark standart sapma gösterir; varyasyon katsayısı 4.66 olduğunu.http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54977/54977fig6large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Sigara ayaktan Konular 7. 31 PMRS rakam.
Olmayan bir ayaktan konu 31 PMRS sınavından bir temsilci PCr kurtarma eğrisi gösterilmiştir. % 64 PCr azalması bu egzersiz protokolü ile elde edilmiştir unutmayın. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
CRSP Konular 8. 31 PMRS Şekil.
PCr fraksiyonu karşılaştırılmasıery süreleri sırayla yoksul mitokondriyal oksidatif kontrolünde kapasitesi, non-diyabetik ve diyabetik konuları göstermektedir. Hata çubukları, standart sapmayı temsil ederler.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu kağıt iskelet kası mitokondriyal fonksiyon seri ve non-invaziv in vivo ölçüm tanıyor 31 PMRS muayene için standart bir protokol açıklar. Metabolik sendromun giderek artan yükü ve sonuçta ortaya çıkan morbidite ve mortalite hedefleyen araştırmaların genişliği göz önüne alındığında protokol önemli itiraz tutar. Bu 31 PMRS protokol tarayıcı en az zaman gerektirir ve ticari olarak mevcut MRS tesisleri ile herhangi bir merkezde konularda kapsamlı metabolik soruşturma içine dahil edilebilir.
Protokol çerçevesinde kritik adımlar
MR incelemesinde öncesinde Contraindications-, potansiyel kontrendikasyonlar için konuyu ekrana önemlidir. o ne olursa olsun (1) ipsilateral diz veya kalça implantları: Tipik MR dışlama kriterlerine ek olarak, aşağıda bu protokol uygulamadan önce düşünülmelidireserler, alt ekstremitelerde (örneğin, periferik arter hastalığı), 3) bir yetersizlik rezistif kuadriseps uzatma egzersiz yapmak kan akışını veya oksijen sunumunu kısıtlamak 2) koşullar, ve 4) bir yetersizlik için sırtüstü yatmak önlemek için f MR uyumluluğu) yaklaşık 30 dakika.
Öznenin kuadriseps göre ve tabloya deneğin uyluk nisbetle hareket 31P bobin hareketi Azaltma hareket artefaktı en aza indirilmelidir. bobin güvenli deneğin ayağına ve rezistif kayışları güvenli sınav masaya bağlanır o tutturulmuş olduğundan emin olun. Kişinin topuk fazla 5 den yükselir sağlayarak bu sınayın. Sınav masadan tekme sırasında ve egzersiz sırasında bobin hiçbir rotasyon olduğunu.
edinme
Egzersiz konu a egzersiz gerektiğini kalitesindePCR'de, en az% 30 azalmasını Chieve. Bu protokol için, olmayan ayaktan denekler için ayakta konularda egzersiz 30 ler ve 60 ler bu hedefe ulaştığı tespit ettik. Biz olmayan ayaktan konular tekme başına daha az kuvvet uygularlar ve bu nedenle yeterli tükenmesi için daha uzun bir aralık gerektiren olduğunu gözlemledim.
Analizi-burada açıklanan yöntemler öznelliği en aza indirmek ve otomasyon maksimize etmek için bir çerçeve sunmaktadır. spektrumlarının analizi için kullanıcı giriş parametrelerinin seçimi yeniden üretilebilirlik sağlamak için dikkatli bir şekilde yapılmalıdır.
Değişiklikler ve Sorun Giderme
Spektrum gürültülü belirirse spektrumuna kalitesi, şim kutusu kas içine yerleştirilir emin olun. Sinyal-gürültü oranını artırmak için dolgu kutusunun boyutunu ve konumunu ayarlayın. gerektiği gibi deney satın tekrarlayın.
sıfatıylaEgzersizini ve vasıflı yetersiz PCr tükenmesi ilk egzersiz sonuçları ise, gidermek için kullanılabilecek çeşitli değişiklikler vardır: 1) kayışlar sıkılır olabilir, direnci artırmak için; 2) Konu efor artar, hızlı tekme talimat olabilir; ya da 3) temin egzersiz süresi arttırılabilir. Ancak, aşırı egzersiz değişmiş pH neden olabilir ve OXPHOS kurtarma kinetiği 61 önleyebildiği, asidoz neden olabilir unutmayın. Bu 3 dakika maksimum egzersiz süresi sınırlayarak önlenebilir.
Tekniğin Sınırlamalar
Bir kas biyopsisi analiz, mitokondriyal içeriğine ve boyutu, aynı zamanda mitokondriyal fazla ATP sentezi oranı gibi belirli mitokondriyal özelliklere ölçülmesini mümkün kılar. Bununla birlikte, 31 PMRS kullanılarak in vivo ölçümü, bu di bir bütünü temsil etmektedir dikkat etmek önemlidirrect önlemler, örneğin kas oksijenli kan mikrovasküler kaynağı olarak ekstra mitokondriyal faktörlere ek olarak. Dolayısıyla, azalmış oksijen kaynağı veya diğer faktörler mikrovasküler durum söz konusu olduğu durumlarda, bu mitokondriyal durumu kesin bir göstergesi sağlamak olmaz. Aksine, bu OXPHOS ve mikrovasküler konulardan bazıları kombinasyonunu yansıtabilir kas maksimum oksidatif ATP sentezi, in vivo durumunu işaret eder.
Bu çalışmada ayrıntılı egzersiz 31 PMRS protokolünün bir sınırlama çalışması çıktı standardizasyon eksikliğidir. standardizasyon eksikliği dolayısıyla gerekli aparat ve bu protokolün uygulanması kolaylaştırır. Bununla birlikte, bu kuvvet ve kolay yorulma ve metabolik önlemlere ilişkisi gibi diğer parametreler, kantitatif bir değerlendirme izin verilmemesi pahasına gelir. Sonuç olarak, efor değişen seviyeleri PCR etkileyebilirAltta yatan mitokondriyal defekt şiddeti ötesinde iyileşme süresi. Bir yeterli PCr tükenmesi sağlayarak bu etkileri en aza indirebilirsiniz ve daha fazla ayarlanabilir direnç ve ölçülebilir iş çıkışları ile MR-uyumlu ergometrelerimizi kullanarak iş çıkışı standart haline getirebilirler.
Mevcut ya da Alternatif Yöntemler Göre Tekniği Önemi
Standart metabolik egzersiz testi ile karşılaştırıldığında doğrudan iskelet kasında mitokondriyal fonksiyonunu ölçmek yeteneği 31 PMRS tekniğin en önemli avantajlarından biridir. Invaziv kas biyopsisi olsa seri değerlendirme gerektiren araştırmalar için daha az çekici hale risklere, tek liflerin 66 ölçüm tanıyor. Yakın kızılötesi spektroskopi 67 temelli yaklaşımlar, özellikle yağ az 5 mm NIRS s zayıflatan obez hastalarda, penetrasyon derinliği ile sınırlı olabilir% 20 68 ile ignal. Ayrıca, teknik kas ve MR tabanlı teknikler ile tanınan diğer sistemlerin çok boyutlu değerlendirilmesine imkan vermemektedir. Ayrıca, kas enerjikliğin ölçülmesi için invaziv biyopsi yöntemlerin aksine, bu non-invaziv ve non-yıkıcı tedbir konu nüfus ve tedavi edici girişimlerin değerlendirilmesi için avantajlı hale bozulmamış kas metabolik durumunun önlemler tekrarlanan izin verir.
gelecek Uygulamaları
Bu 31 PMRS tekniği mastering sonra potansiyel uygulamaları belirli mitokondriyal kusur veya metabolik bozuklukların geniş bir yelpazede herhangi biriyle hastalıkların değerlendirilmesini içerir. Fakir kardiyak output hastalarında, mevcut teknikler bozulmuş fonksiyonel kapasiteyi belirleyebilir ama disfonksiyon meydana geldiği seviyeyi (örneğin, iskelet kası, kalp ya da akciğer) kuramıyor. Özellikle olurkişiselleştirilmiş tedavilere kolaylaştırmak amacıyla konuya özel düşük kapasite kök nedenlerini belirlemek için metabolik önlemler ve kardiyopulmoner deneyleri ile 31 PMRS birleştiren entegre protokolleri geliştirmek için ilginç.
Biz mitokondriyal fonksiyon in vivo belirteçleri kullanımından fayda sağlayacaktır önemli hedefe yönelik tedaviler ve müdahalelerin ayrıntılı örnekler var. Bir standart 31 PMRS egzersiz protokolü, bir yukarıda ayrıntılı gibi, hem temel hem de müdahale çalışmalarında iskelet kası mitokondriyal kapasite in vivo marker bu önemli daha yaygın kullanımı için önemli bir adımdır.
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).
