Måling af gnaver skeletmuskulatur kontraktile funktion er et nyttigt værktøj, der kan bruges til at spore sygdomsprogression samt effekten af terapeutisk intervention. Her beskriver vi de non-invasiv, i vivo vurdering af dorsiflexor muskler, der kan blive gentaget over tid i samme mus.
Vurdering af skeletmuskulatur kontraktile funktion er en vigtig måling for både kliniske og forskningsmæssige formål. Mange forhold kan have en negativ indflydelse skeletmuskulatur. Dette kan resultere i et tab af muskelmasse (atrofi) og/eller tab af muskel kvalitet (nedsat kraft pr. enhed af muskel masse), som begge er fremherskende i kronisk sygdom, muskel-specifik sygdom, immobilisering og aldring (sarcopenia). Skeletmuskulatur funktion i dyrene kan blive evalueret af en række forskellige tests. Alle tests har begrænsninger vedrører den fysiologiske test miljø, og udvælgelsen af en specifik test ofte afhænger af arten af eksperimenterne. Her, beskriver vi en in vivo, ikke-invasiv teknik der involverer et nyttigt og let vurdering af force frekvens-kurve (FFC) i mus, der kan udføres på den samme dyr over tid. Dette tillader overvågning af sygdomsprogression og/eller effekt af en potentiel terapeutisk behandling.
Skeletmuskulatur er en vigtig metaboliske væv, der består af ca. 40% af den samlede kropsvægt. Det spiller en afgørende rolle i kontrollen af energi metabolisme og homøostase1. Skeletmuskulatur masse vedligeholdes af en fin balance mellem satserne for protein syntese og nedbrydning af1. Adskillige sygdomstilstande påvirker disse processer i skeletmuskulatur, fører til et nettotab i muskelmasse (atrofi). Disse omfatter, men er ikke begrænset til, kræft, AIDS, aldring, fastende, og lemmer immobilisering2,3. I den aldrende befolkning, tab af styrke er forbundet med tab af muskel masse og er en prædiktor for all-sag dødelighed4. I denne sammenhæng giver vurdering af muskelfunktion en vigtig foranstaltning, når bestemmelse af effektiviteten af terapeutiske strategier til at bekæmpe og/eller forhindre skeletmuskulatur spild og tab af funktion.
Forskere har brugt mange forskellige tilgange og dyremodeller til at forstå de molekylære veje af muskel atrofi5,6 og konsekvenserne af disse mekanismer på muskel kontraktile funktion2,3 ,7. Derfor er korrelerede ændringer på det molekylære niveau til forskelle i muskelfunktion afgørende i forståelsen, hvordan molekylære niveau ændringer kan påvirke muskel funktionalitet.
Skeletmuskulatur funktion, især i små gnavere, udføres typisk ved hjælp af tre velbeskrevne procedurer8,9 at påvise svækket kraft produktion og/eller overvåge sygdomsprogression. (1) ex vivo; hvor musklen fjernes fra dyret og inkuberes i en ringetone bad løsning at vurdere den muskelfunktion ved hjælp af feltet stimulation10. (2) In situ; hvor den proksimale udlæg i musklen forbliver i dyret og distale senen er forbundet med en krafttransducer, tillader muskelfunktion skal udføres af direkte nerve stimulation11. (3) In vivo; hvor elektroder er placeret subkutant for at opnå nerve-fremkaldte muskel kraft produktion9,12. Mens disse tre procedurer bruges til forskellige formål, besidder de enkelte, fordele og ulemper. Det er derfor vigtigt at vælge en passende metode baseret på formålet med undersøgelsen. Den største begrænsning med ex vivo eksperimenter er fjernelse af muskel fra dens normale miljø og brugen af feltet stimulation. Metoden in situ vedligeholder en normal blodforsyning og bruger stimulering gennem nerve, men normale Anatomi er ændret og karakteren af forsøget er terminal; således, dette gør opfølgende muskel funktion målinger umuligt. Metoden in vivo beskrevet her tættest efterligner normale fysiologi, anatomi er uforstyrret, den neuromuskulære bundt forbliver intakt, og eksperimentet er ikke terminal, så opfølgende foranstaltninger inden for samme dyr over tid8.
Her, beskriver vi en in vivo-procedure, der tillader flere målinger af muskelfunktion i samme dyr over tid. Denne procedure indebærer vurdering af musklerne i den forreste crural rum — herunder tibialis anterior(TA), extensor digitorum longus (EDL) og extensor hallicus longus (EHL) muskler, ansvarlig for dorsiflexion — i en non-invasiv procedure af fibular (også kendt som peroneal) nervestimulation. TA leverer de fleste af gældende for ankel dorsiflexion13, med kun minimale bidrag af EDL og EHL denne kontrol bevægelse af tæer. Denne ikke-terminal protokollen sikrer bevarelsen af nerve og blod levering. Dette giver mulighed for undersøgelse af sygdom evolution og behandling effekt over tid i den mest fysiologiske miljø i øjeblikket tilgængelig i en dyremodel.
Måling af maksimal muskel kontraktile funktion i nøjagtige og repeterbare er afgørende for den progressive bedømmelse af genetiske, metaboliske og muskel betingelser17. På samme måde, i vivo kontraktile muskelfunktion giver mulighed for vurdering af nye behandlinger og lægemidler til invaliderende muskel betingelser. Vi demonstrere heri måling af kraft produktionen af dorsiflexor musklerne i musen lavere hindlimb gennem en in vivo procedure.
Kommercielle apparater er effektive og hjælpsomme i at udføre denne non-invasiv procedure. Denne test giver vigtige fordele relateret til vurdering af kontraktile muskelfunktion samtidig bevare en native fysiologiske miljø, hvor blodet levering og innervation forbliver intakt. På den anden side er dens ulemper relateret til normalisering af kraft pr. enhed af tværsnitsareal af muskel (specifikke force), som kun kan konstateres i en isoleret muskel, der er høstet efter eksperimenter. Men den non-invasiv test tillader flere målinger af kontraktile funktion af fleksor musklerne i samme dyr over tid, hvilket resulterer i reducerede antallet af forsøgsdyr stilles, især hvis målet er at vurdere relative ændringer ( ændringer i absolut kraft over tid).
Der er vigtige skridt, der skal overvejes under denne procedure for at opnå konsistente data over timepoints. Først bør man forsøge at standardisere dyr placering så vidt muligt. Andet er under indstillingen op det vigtigt at være i overensstemmelse med elektrode placering således at optimal stimulation kan nås via stimulation af peroneal nerve. Placering af elektroderne skal være på den laterale side af (i dette tilfælde højre) ben, tæt til hovedet af fibula og andre længere nede den laterale side af benet (figur 2). Baseret på dette, er custom-made elektroderne designet som sådan at både kan være placeret på samme position hver gang. Dog kan tilstrækkelig stimulation også opnås ved hjælp af elektrode nålene leveres med de kommercielle apparater. For det tredje er det afgørende at opnå negative toppe under opsætningen af spændingen ved at dreje med uret transduceren tilsluttet fodpladen. Korrekt positionering af musen ben elektroder med maksimal spænding setup har vist sig for at være en teknik, der kan udføres på den samme mus over tid.
Evnen til at vurdere og spore muskelfunktion på forskellige timepoints på de samme dyr er en vigtig vurdering at karakterisere forskellige muskel sygdomme samt deres progression. Desuden, denne måling af muskel dorsiflexion i mus kan være et redskab til at vurdere effektiviteten af potentielle behandlinger i en native fysiologiske miljø, med minimum metabolisk stress12. Således, det giver en teknik i vurderingen af muskel sygdom, dens progression og potentiel behandling.
The authors have nothing to disclose.
Finansiering fra dette projekt var fra skolen af motion og ernæring videnskaber, Deakin University. Forfatterne vil gerne takke Mr. Andrew Howarth for hans omfattende arbejde i at optimere elektroder enhed.
1300A: 3-in-1 Whole Animal System – Mouse | Aurora Scientific Inc. | 305C-LR: Dual-Mode Footplate; 605A: Dynamic Muscle Data Acquisition And Analysis System; 701C: Electrical Stimulator and 809C: in-situ Mouse Apparatus | Complete muscle function system |
Conductive gel | Livingstone | ECGEL250 | conductive gel used in the mice |
Eye ointment | Alcon | Poly Visc | pharmaceutic product (ophthalmic use) |
nonsteroidal anti-inflammatory drug (NSAID) | Ilium | Metacam | veterinary medicine (injectable 5mg/ml) |
Isoflurane | Zoetis | Isoflo | veterinary inhalation Anaesthetic |