Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Biology
Click here for the English version

Biology

Innsamling av skjelettmuskulaturbiopsier fra Superior Compartment of Human Musculus Tibialis Anterior for mekanisk evaluering

Published: September 27, 2020 doi: 10.3791/61598
Automatic Translation
1,4, 1,2, 3
1Faculty of Sport Science, Human Movement Science, Ruhr University Bochum, 2School of Human Movement and Nutrition Sciences, The University of Queensland, 3Faculty of Sport Science, Sports Medicine and Sports Nutrition, Ruhr University Bochum, 4Institute of Physiology II, University of Muenster

Summary

Denne tekniske rapporten beskriver en variant av den modifiserte Bergström-teknikken for biopsien til musculus tibialis fremre som begrenser fiberskader.

Abstract

De mekaniske egenskapene til å pådra skjelettfibre er avgjørende indikatorer på generell muskelhelse, funksjon og ytelse. Menneskelige skjelettmuskulaturbiopsier samles ofte for disse bestrebelsene. Imidlertid er relativt få tekniske beskrivelser av biopsiprosedyrer, utenfor den vanlige musculus vastus lateralis, tilgjengelig. Selv om biopsiteknikkene ofte justeres for å imøtekomme egenskapene til hver muskel under studier, deler få tekniske rapporter disse endringene i større samfunn. Dermed er muskelvev fra menneskelige deltakere ofte bortkastet som operatøren gjenoppfinner hjulet. Utvide tilgjengelig materiale på biopsier fra en rekke muskler kan redusere hendelsen av mislykkede biopsier. Denne tekniske rapporten beskriver en variant av den modifiserte Bergström-teknikken på musculus tibialis fremre som begrenser fiberskader og gir fiberlengder som er tilstrekkelige for mekanisk evaluering. Operasjonen er en poliklinisk prosedyre som kan fullføres om en time. Gjenopprettingsperioden for denne prosedyren er umiddelbar for lett aktivitet (det vil si turgåing), opptil tre dager for gjenopptakelse av normal fysisk aktivitet, og omtrent en uke for sårbehandling. Det ekstraherte vevet kan brukes til mekaniske krafteksperimenter, og her presenterer vi representative aktiveringsdata. Denne protokollen er egnet for de fleste innsamlingsformål, potensielt tilpasningsdyktig til andre skjelettmuskler, og kan forbedres ved endringer i innsamlingsnålen.

Introduction

Studien av menneskelig muskelfysiologi for kliniske eller forskningsformål krever ofte muskelbiopsier. For eksempel er en stor utfordring i menneskelig muskelfysiologi og biomekanikk å skille mellom og forstå de ulike tilpasningene av muskelytelse til trening. Ytelsestilpasninger inkluderer ikke bare strukturelle tilpasninger (f.eks. endringer i kontraktile proteiner, muskelarkitektur), men inkluderer også nevraletilpasninger 1, som er svært vanskelig, om ikke umulig, å vurdere separat når du tester intakt in situ menneskelige muskler. Fiber-nivå eksperimenter fjerne disse høyere rekkefølge komponenter og tillate en mer direkte evaluering av muskel sammentrekning og kan samles via biopsi teknikker. Muskelbiopsier har blitt samlet siden minst 18682. I dag er den dominerende teknikken for å samle muskelbiopsier den modifiserte Bergström-teknikken3,4,5 , selv om andreteknikkerer tilgjengelige, inkludert bruk av en Weil-Blakesley conchotome6 eller den såkalte finnålen7,8. Alle disse teknikkene bruker spesielle nål-lignende instrumenter som er utformet for å passere inn i muskel og kutte et stykke vev. Spesielt bruker den modifiserte Bergström teknikken en stor modifisert nål (5 mm nålstørrelse her; Figur 1) som har et vindu nær nålespissen og en mindre intern trocar som beveger seg opp og ned nålen, kutte muskelen når du passerer over nål vinduet. Innenfor denne hellige trocar er en ramrod som beveger seg opp og ned i akselen på trocar og skyver biopsien mot nålevinduet. For å trekke muskelen inn i nålevinduet, er en sugeslange festet, noe som suger luft ut av nålen og trekker muskelen inn i nålevinduet via negativt trykk.

Muskelbiopsier er ofte ervervet for å studere endringer i proteininnhold, genuttrykk eller morfologi forårsaket av sykdom eller som svar på et treningsprogram1,,9,,10,,11. En annen kritisk bruk for muskelbiopsier er mekaniske eksperimenter som måling av fiber kontraktil kraft, muskelfiber stivhet, og historieavhengige muskelegenskaper12,13,14,15,16. Enkeltfiber- eller fiberbuntmekanikk måles ved å feste fibre mellom en lengdemotor og krafttransduser på spesialiserte rigger som styrer fiberlengden samtidig som den måler kraft. Ved å permeabilisere (flå) fibre, blir sarcolemmamembranen gjennomtrengelig for kjemikalier i badeløsningen, noe som åpner for aktiveringskontroll ved varierende kalsiumkonsentrasjon. Videre kan effekten av kontraktile egenskaper på kjemikalier / legemidler / andre proteiner enkelt evalueres ved å legge til det aktuelle reagenset til badeløsningen. Men mens denne teknikken er svært brukt i andre dyremodeller, merkbart færre studier utført mekaniske tester på skinned fibre fra menneskelige muskel biopsier17,18,19. En grunn er at biopsi verktøy og protokoller er utformet for å fjerne så mye muskelvev som mulig med mindre hensyn til nivået av strukturell skade påført under vev utvinning. Faktisk foreslår en nylig biopsiprotokoll å drive biopsinålen inn i muskelen og samle 2-4 biter av muskel3. Selve prosessen gjør liten skade på DNA eller proteinmateriale, men ødelegger ofte fiber og sarkomeriske strukturer på en slik måte at aktiveringen av muskelfibre blir ustabil eller umulig. Videre er den relative lengden på fibrene i biopsien vanligvis kort (<2 mm) og ikke lett håndteres for mekanisk testing. For mekanisk testing er ideelle fibre lange (3-5 mm) og ikke strukturelt skadet.

Mer avanserte vevsekstraksjonsteknikker kan brukes til å begrense fiberskade. For eksempel benytteten gruppe 20 seg av tidligere planlagte "åpne operasjoner" av underarmer (f.eks. reparasjon av beinbrudd), hvor musklene var fullt eksponert og en kirurg var i stand til å visualisere muskelstrukturen og nøye dissekere relativt store og strukturelt uskadede prøver av muskelvev (15 mm x 5mm x 5 mm). Denne "åpne biopsi" teknikken favoriseres når deltakerne gjennomgår en tidligere planlagt prosedyre, og begrenser derfor bassenget av potensielle deltakere, spesielt for friske voksne, hvor ingen operasjoner ellers ville finne sted. Dermed, mange biopsier utført for forskningsformål er gjort som en poliklinisk prosedyre og snittet området holdes så liten som mulig for å begrense infeksjon risiko, arrdannelse, og healing tid. Derfor samles de fleste biopsier blindt (det vil si at operatøren ikke kan se innsamlingsnålen når den passerer gjennom fasciaen inn i muskelen). Dette innebærer at kvaliteten på biopsien er nesten utelukkende basert på operatørens dyktighet og erfaring. Hver muskel har sine egne vanskeligheter når du samler vev, for eksempel risiko for å bryte nerver og blodkar, valg av en ideell samling dybde og plassering, og bestemmer seg for en passende kroppsposisjon for å holde muskelen så slakk som mulig. Dessverre er de fleste muskelspesifikke ferdigheter ikke skrevet ned, og derfor må hver lege "gjenoppfinne hjulet" når du utfører biopsier på muskler som er nye for dem. Denne mangelen på erfaring fører vanligvis til flere samlinger med lav kvalitet til legen identifiserer de beste praksisene for biopsier på den muskelen. Nybegynnere leger lærer ofte ferdigheten gjennom samtaler med sine mer erfarne kolleger, men relativt få informative og fagfellevurderte tekster eksisterer om saken, spesielt for muskler som ikke tradisjonelt brukes til biopsisamling. Hvis vi vurderer informasjonen ovenfor, sammen med vanskeligheten med å rekruttere menneskelige frivillige til biopsier, er det klart at mer undervisningsinformasjon er nødvendig som maksimerer sjansene for suksess for hver deltaker.

Dermed var formålet med dette papiret å presentere en muskelbiopsiteknikk som gir protokoller for vellykket samling av muskelbiopsier med lange, uskadede fiberfragmenter for mekaniske tester. Menneskelige muskelbiopsier utføres vanligvis på, og mesteparten av biopsitreningsmaterialet er på, musculus vastus lateralis. Dens relativt store muskelstørrelse og overfladiske plassering i forhold til huden gjør det mulig å samling av tilstrekkelig muskelvev, samtidig som pasientens ubehag og fysisktraumer 1,21. Det er imidlertid noen begrensninger for å bruke vastus lateralis for langsgående opplæringsstudier. For eksempel, under eksperimentelle protokoller som inkluderer et treningsprogram, må deltakerne avstå fra ekstra opplæring utenfor studien for en periode som ofte strekker seg over 2-6 måneder. For idrettsutøvere er dette ofte ikke mulig, da vastus lateralis vanligvis trenes under typiske øvelser (f.eks. knebøy, hopp), eller brukes vanligvis til sporten (f.eks. løping, sykling). Disse separate treningserfaringene vekk fra studiens mål kan forårsake muskeltilpasninger som endrer muskelmekanikk, arkitektur og fysiologi på en slik måte at det er vanskelig eller umulig å vite den sanne effekten av studiens eksperimentelle protokoll om muskelegenskaper. For disse typer studier, det ville være ideelt å velge et mål muskel som ofte ikke er fokus for trening regimenter. Den muskulus tibialis fremre (TA) er et ideelt mål muskel som tilfredsstiller kravene ovenfor. I tillegg kan opplæringstiltak målrettes mot TA ved hjelp av kontrollerbare tilnærminger, for eksempel ved bruk av dynamometer. Det er nesten ingen treningsmateriale knyttet til en TA muskelbiopsi. Derfor utviklet vi en modifisert protokoll for å samle relativt uskadede muskelbiopsier fra TA.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

MERK: Nedenfor skisserer vi en protokoll for å høste mekanisk uskadede fibre fra TA av frivillige som ble registrert i en egen pågående studie. Denne protokollen ligner på den som er beskrevet av Shanely et al.3, som har beskrevet den modifiserte Bergström teknikken i vastus lateralis. Informasjonen som presenteres her har blitt raffinert av vår forskningsgruppe, men er kanskje ikke ideell for alle laboratoriegrupper eller organisasjonsoppsett. Vi gir bare retningslinjer, og sterkt foreslår at laboratorier nye til biopsi samling konsultere erfarne laboratoriegrupper før du prøver noen menneskelige studier.

Alle studier utført i denne artikkelen ble godkjent av etikkkomiteen ved Fakultet for idrettsvitenskap ved Ruhr Universitet Bochum. Deltakerne ga gratis skriftlig informert samtykke før de deltok i studien.

1. Eksperimentell forberedelse

  1. Vurder ekskluderingskriterier mens du tar deltakerens detaljerte medisinske historie under deltakerkonsultasjonen (se nedenfor).
    1. Utelukke deltakere hvis de led en skade på målmuskelen i løpet av 6 uker frem til biopsi. Sørg for at deltakerne er generelt friske, klar over ingen muskel- eller koagulasjonsforstyrrelser, og er for tiden ikke på medisiner som forårsaker blodfortynnende (f.eks aspirin).
      MERK: Her valgte vi deltakere som var moderat aktive og instruerte dem til å avstå fra intensive eller uvante benøvelser minst 3 dager før biopsien. Men for andre forskningsspørsmål kan disse kriteriene endres.
  2. Hold deg til sterilisering og aseptiske teknikker, som regulert av tysk lov og vanlig praksis og overvåket avteamlegen 22,23. Denne prosedyren kan ofte utføres som en "nattbord" prosedyre eller i en poliklinisk kirurgisk suite. Kontakt det lokale tilsynsorganet for veiledning.
  3. Komponer biopsiteamet. Vi foreslår at biopsiteamet inkluderer 4 personer. En lege (eller utdannet person i biopsi samling), en medisinsk assistent arbeider med legen, en assistent som overvåker og samhandler med deltakeren, og en assistent som håndterer muskelbiopsi umiddelbart etter utvinning. Med disse tallene kan rask pasientbehandling administreres hvis en medisinsk nødsituasjon oppstår under prosedyren. Hvis det er komfortabelt med prosedyren, kan teamet bare være laget av to personer: legen og medisinsk assistent, som sammen ville ta på seg pasientbehandling og vevsbehandling samtidig.
  4. Be deltakeren møte med prosjektlederen/legen for å gjennomgå, diskutere og signere brukersamtykkeskjemaet. Ta en detaljert medisinsk historie (allergier, skader eller operasjoner til underdelen og TA) og utelukke deltakeren hvis de oppfyller noen av utelukkelseskriteriene. Grundig diskutere utvinning og snitt hygiene.
    1. Forklar for deltakeren at de vil være såre, men i stand til å gå rundt umiddelbart etter prosedyren; å gå ned bakker eller trapper er ofte ubehagelig de første 48 timene, med full aktivitet som vanligvis kommer tilbake etter 72 timer. Til slutt, forklar at for å begrense infeksjon og mekaniske slitasje, bør snittstedet forbli bandasjert i minst 1 uke og holdes rent.

2. Visualiser fremre Tibialis med B-modus Ultralyd

  1. Be deltakeren legge seg ned i en komfortabel liggende stilling og slappe av beinmuskulaturen så mye som mulig. Bruk en skreddersydd enhet (se nedenfor) eller få assistenten til å holde ankelen i en litt dorsiflexed posisjon for å etterligne det som vil bli gjort under biopsien.
    MERK: Det er viktig at deltakeren har en avslappet TA slik at den replikerer muskelegenskapene under prosedyren. Under eksamen, be deltakeren om å kontrakt og slappe av muskelen slik at endringene i muskelarkitektur kan noteres.
  2. Bruk en ultralydsonde til å visualisere de overfladiske og dype rommene i TA, for å kartlegge muskelarkitekturen og bestemme dybden av innsetting og nålvinkel for angrep (figur 2A-B). Angi landemerker på huden.
    1. Gi spesiell oppmerksomhet til valg av et målområde som unngår store årer, arterier eller nerver.
    2. Vurdere tverrsnittet av muskelen, med mål om å identifisere den sentrale aponeurosis i TA muskelmage (ca 1/3 av benet, distal til kneet, og 2 cm lateral av tibial crest) (Figur 2B). Registrer plasseringen og dybden av den sentrale aponeurosis (vanligvis 1,5-3 cm) slik at forsiktighet kan tas for å ikke kjøre samlingen (Bergström) nål forbi dette punktet.
    3. Plasser ultralydsonden i proksimal-distal orientering over målplasseringen og visualiser fascicle pennation og muskeltykkelse (figur 2A). Bruk denne informasjonen til å lykkes med å kjøre (blindt) innsamlingsnålen inn i muskelmagen. Lagre bilder av målområdet i begge flyene for fremtidig referanse under kirurgisk prosedyre.
  3. Med denne informasjonen, lage en plan for nål bevegelse mot målområdet.
    1. Plan for å gjøre snittet 1-3 cm distal fra målet biopsi området. Etter at nålen er passert inn i muskelen, roterer nålen til en ~ 45% vinkel til huden langs den lange aksen av lemmen, og deretter drevet proksimalt mot biopsiområdet. Denne strategien begrenser sjansen for å kjøre nålen inn i den sentrale aponeurosen, hvis nålen skyves for hardt. Videre kan nålen kjøres distalt eller proksimalt, avhengig av håndshendthet av nåleoperatøren.

3. Biopsi prosedyre

  1. Be deltakeren legge liggende på operasjonsbordet og slappe av beinmuskulaturen. Sørg for at deltakerens synslinje til biopsiområdet er blokkert av en gardin.
    1. Fjern passiv spenning fra muskelmagen ved å plassere deltakerens lem i en enhet som fikser ankelen i en litt dorsiflexed posisjon (0-5° fra nøytral; Figur 3). Spør pasienten om de fortsatt kan slappe av i muskelen, da for mye dorsiflexion potensielt kan gjøre det vanskelig å slappe av.
      MERK: Vi har funnet ut at innsamling av biopsier fra en dorsiflexed fot, ikke mer enn 5 ° nøytral (det vil si sålen på foten vinkelrett på skaftet) produserer mer konsekvente og større biopsier enn mer plantar bøyd ankel vinkler. Enheten som holder ankelen dorsiflexed er en skreddersydd enhet. Imidlertid kan en rekke (billige) enheter fremstilles som fortsatt gir det ønskede resultatet.
  2. Barber, rengjør og desinfiser det valgte snittområdet, i henhold til standard praksis24.
    MERK: Deltakerens "rene" område er ca 20 cm proksimal-distal og 10 cm mediale-lateral av det foreslåtte snittstedet. Men alltid konsultere institusjonens og / eller nasjonale forskrifter (hvis noen) om dette emnet. Desinfeksjonsprotokollen inkluderer skrubbing av huden ren og deretter desinfisere fire ganger med liberal bruk av medisinsk-grade desinfeksjonsspray. Hvis deltakeren forlater tabellen av en eller annen grunn, må desinfeksjonsprotokollen startes på nytt.
  3. Administrer en suprafascial injeksjon på 1,5 cc 2% Xylocitin med adrenalin på biopsistedet, som fungerer som lokalbedøvelse og vasokonstriktor. Vent på den tildelte påvirke tiden på ~ 20-30 min.
    MERK: Disse stoffene er myotoxiske og må derfor aldri injiseres i muskelen, bare det subkutane vevet. Som en reaksjon på vasokondriksjonen kan injeksjonsstedet bli hvitt (på lysere hudtoner) eller grå (mørkere hudtoner).
  4. Bekreft legemiddeleffekten med hudplasser og milde pokes med en steril skalpell.
  5. På det tidligere merkede biopsistedet, gjør et 1 cm proksimalt distal snitt med en steril skalpell som skjærer gjennom huden og fascia, og utsetter muskelmagen. Pass på å kutte fascia fullt ut fordi nålen er sløv og vil ikke passere gjennom fascia.
  6. Skyv biopsinålen 0,5-1,0 cm inn i muskelen med en orientering vinkelrett på huden (figur 2C, 2E).
    MERK: Operatøren vil føle en endring i spenningen som trengs for å drive nålen gjennom de forskjellige vevstypene. Fettvevet er lett, fascia er den tøffeste, og muskelen er i mellom (men kan være variabel, basert på deltakeren).
  7. Orienter nålen til en posisjon på ~45° vinkel mot huden, langs den lange aksen på benet (figur 2D, 2F). Skyv nålen ytterligere 1-2 cm inn i muskelen til nålespissen er på målstedet i muskelen.
    MERK: Legen bør bruke de lagrede ultralydbildene for å ta hensyn til individuell variasjon av muskeldimensjoner. Fordi snittet er bare stort nok til å sette inn nålen, driver legen nålen blindt gjennom huden. Det er en "følelse" at biopsioperatøren får erfaring. En nybegynner må lære ferdighetene fra en utdannet biopsioperatør (mer om dette i diskusjonen).
  8. Fest 100 ml sprøyten og slangen til biopsinålen (figur 1G). Påfør suging på Bergström nålen ved å trekke stempelet på sprøyten med ca 15-20 ml for å produsere et negativt trykk i nålen og suge muskelvevet inn i nålevinduet. Deretter forbruker muskelen ved en rask push (e) av trokaren over nålvinduet.
    MERK: Før og under suging er det noen ganger nyttig å legge lett trykk på huden rett over nålevinduet for å presse muskelen inn i nålen.
  9. Fjern forsiktig nålen fra beinet, roter sakte. Det bør bare være lysmotstand mens du trekker ut nålen. Hvis det er mer motstand, kan dette indikere et delvis biopsikutt. Det skjer, returnere behovet til målplasseringen, og reattempt vev samling.
  10. Skyv det utskåret vevet mot nålevinduet ved hjelp av den indre ramroden.
  11. Fjern prøven forsiktig fra nålen.
    MERK: Senk nålen ned i oppsamlingsoppløsning (se fiberpreparatsdelen) løsner ofte biopsien fra nålen. I tillegg kan sprøyten brukes til å kjøre luft gjennom nålen og skyve ut prøven. Disse teknikkene fjerner behovet for å fysisk berøre biopsien med pinsett og reduserer muligheten for skade. Hvis verktøy, hender (hanske eller ikke) eller ikke-sterile løsninger kommer i kontakt med kanylen, kan ikke kan kan kan nålen brukes lenger under prosedyren. Dermed, hvis en annen umiddelbar biopsi er nødvendig, må en ny steril nål brukes. Dette skjer ofte, så det er en beste praksis å opprettholde flere sterile nåler i reserve.
  12. Identifiser vevet som muskel og ikke fett eller bindevev. Muskelvev er lett identifisert fra annet vev på grunn av sin dype røde farge (Figur 4A). Noen ganger er det oppsamlede vevet ikke muskel, men fett eller bindevev.
    1. Hvis en tilstrekkelig mengde muskelvev samles inn, fortsett protokollen. Hvis det ikke er nok muskler, prøv biopsien igjen.
    2. Hvis en annen biopsi er nødvendig, nøye overvåke deltakeren, som en andre nål push noen ganger gjør deltakeren mer ubehagelig enn den første.
  13. Vask muskelprøver umiddelbart i en samlingsløsning og gjør deg klar for enkeltfibereksperimenter (se muskelbiopsihåndtering og lagring).
    1. Få en erfaren assistent til å sjekke prøvekvaliteten (se nedenfor) og vurdere behovet for å utføre en ny biopsi. En egen assistent tar biopsien til behandling, mens resten av teamet fortsetter med deltakeren.
  14. Lukk snittstedet.
    1. Lukk snittsåret med steril Leukostrip tape. Bruk en eller flere stykker til å bli med kantene på snittet området ved å legge dem vinkelrett på den lange aksen av snittet, og deretter legge ytterligere strimler i et stjerneformet mønster for å beskytte mot flerveis lasting.
      MERK: Riktig håndtering av dette trinnet vil redusere arrdannelse. Suturering av såret kan gjøres, men er ikke nødvendig. Andre alternativer inkluderer sårlim.
    2. Plasser steril sårdressing (f.eks. Leucomed T plus) over snittstedet for å beskytte mot infeksjon.
    3. Pakk benet med sammenhengende elastiske bandasjer (f.eks. Unihaft) for å begrense innledende blødning og beskytte mot ekstern mekanisk påvirkning.
    4. Pakk benet med akrylastiske kompresjonsbandasjer for å forhindre blødning og beskytte de dypere bandasjene fra å bli løs eller ødelagt.

4. Post-biopsi omsorg

  1. Be deltakeren gå rundt umiddelbart etter inngrepet. Det vil være lokalisert ømhet. Be deltakeren om å gå så normalt som mulig.
  2. Be deltakeren om ikke å fjerne bandasjene eller la vann suge bandasjene. De må holdes på i minst: en dag for akrylastisk bandasje, tre dager for sammenhengende elastisk bandasje og syv dager for sårdressingen. Informer deltakeren om at de kan bli bedt om å bli bedt om nødvendig.
    1. Skreddersy post-biopsi omsorg for en deltaker til behovene til den enkelte. Få en utdannet assistent eller lege til å vurdere deltakeren og lage en passende post-biopsiomsorgsplan. For denne prosedyren foreslår vi at ytterligere in vivo nevromuskulær testing av TA er atskilt med minst en uke fra biopsien.

5. Muskel biopsi håndtering og lagring

  1. Etter vevsekstraksjon, legg umiddelbart vevet i et 5 ml hetteglass som inneholder rigorsamlingsløsning (i mM: Tris (50), KCl (2), NaCl (100), MgCl2 (2), EGTA (1), proteasehemmertablett (1), pH 7.0) og lett riste i 4-6 min for å vaske ut blod.
  2. Byr Rigor-løsningen mot frisk rigor, rist lett i 4-6 min, og oppbevar deretter ved 4 °C i 4-6 timer for å tillate utveksling av proteasehemmerlagringsløsning og blod.
  3. Exchange Rigor løsning for overnatting rigor (i mM: Tris (50), KCl (2), NaCl (100), MgCl2 (2), EGTA (1), protease inhibitor tablett (1), 50:50 glyserol, pH 7.0), og lagre på 4 ° C for 12-18 h.
  4. Byr påkjenning over natten i 50:50 collection rigor:glycerol og oppbevart ved -20 °C i opptil 3 måneder, eller ett år i en -80 °C fryser.
    MERK: Denne prosessen gjennomsyrer fibermembranen som gjør det mulig å manuelt tilsetning av kalsium i og ut av cellen. Denne prosessen tar tid og kan være forskjellig mellom ulike muskler og arter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Hele tidsforpliktelsen for en deltaker var omtrent en time (10 min konsultasjon, 10 min ultralyd, 20 min kirurgi forberedelse og bedøvelse administrasjon, 10 min kirurgi, og 10 min utvinning). Ofte, deltakerne ubevisst aktivert sin TA og trengte konsekvente påminnelser for å holde muskelen så avslappet som mulig. Når biopsi nålen var inne i muskelen, deltakerne vanligvis rapportert en unik "trykk" følelse i området rundt biopsi nålen, med sporadiske perioder med moderat til intens ubehag. En gang stoppet en deltakers tærne litt trangt under prosedyren, men stoppet umiddelbart etter at nålen ble fjernet. Biopsistørrelser var vanligvis ~50-100 mg (våt masse). Deltakernes reaksjoner på prosedyren var ofte uforutsigbare. Noen ganger forventet deltakeren å være upåvirket under prosedyren, men viste deretter tegn på besvimelse, mens andre var nervøse, men helt uberørt under prosedyren. Dermed fant vi det å være god praksis å holde deltakeren opptatt med en samtale eller la dem bruke mobiltelefonen, slik at deres fulle oppmerksomhet ikke var fokusert på den pågående prosedyren. Assistenten som snakket med deltakeren overvåket dem også for tegn på nød, smerte eller besvimelse. Noen ganger inneholdt en biopsi bare fett- eller bindevev (identifisert av en blek-hvit farge på vevet, figur 4A). I disse tilfellene ble en annen biopsi umiddelbart tatt (etter godkjenning ble gitt av deltakeren). Vanligvis vil en vellykket biopsi gi > 80% muskelvev (Figur 4A).

Post-op, de fleste deltakerne følte ubehag etter prosedyren som varte 3-5 dager. Deltakerne rapporterte at TA sårhet var lik det som ville forventes etter en dag med fotturer bratte bakker. Ingen mekanisk trykk bør settes på snittstedet i minst 5 dager, eller det kan gjenåpne. Deltakerne ble vanligvis igjen med et lite arr, men vi har ikke observert hevede eller på annen måte unormale endringer i huden. Også ingen deltakere utviklet infeksjoner.

Biopsiene ble gjennomsyret (det vil si flådd) i en glyserolløsning (1:1 blanding av glyserol: rigor løsning) i 6 uker og deretter forberedt for mekanisk testing på dagen for eksperimenter. Glyserolpermeabilisering av fibre gir mulighet for spredning av badeløsningen i fibrene, noe som gir forskeren aktiveringskontroll og gir også en vei for å utsette muskelen for legemidler eller andre kjemikalier. Videre fungerer glyserol som et antifrysingsmiddel, slik at muskelen kan plasseres i kalde temperaturer for langsiktig lagring, med begrenset skade. Det er imidlertid nødvendig med litt tid for å la glyserolen trenge inn i prøvene, og så i utgangspunktet lagring av biopsiprøver over natten ved 4 ° C (ideelt sett på en ristplate) er forsvarlig. Muskler kan bare lagres så lenge før deres funksjon er kompromittert. Den generelle veiledningen om saken er at musklene vil opprettholde sin funksjon i glyserolløsningen i minst 3 måneder i en -20 ° C fryser, eller ett år i en -80 ° C fryser.

Muskelprøver ble visualisert under et disseksjonsmikroskop. Noen muskelstykker var små eller skadet (figur 4B) og ble fjernet. Deretter ble grupper av fibre vurdert for eventuelle strukturelle skader (visuelt ødelagt eller knust fiber sarcolemma, figur 4C). Fra disse buntene ble mindre fiberbunter på 3-10 fibre dissekert bort og nøye plassert i det eksperimentelle kammeret til den mekaniske testriggen (figur 4D). Strukturelt brukbare fiberlengder var vanligvis 3-5 mm lange. Bergström-nålen hadde et oppsamlingsvindu på 7 mm, slik at biopsien bare maksimalt kunne gi ~7 mm lange fibre. Dermed var de strukturelt brukbare fibrene vi samlet nesten så lenge som mulig. Vanligvis forbereder vi 5-10 fiberbunt per 50 mg (samlet) vev. Fullstendige detaljer om disse prosedyrene finner du andresteder 14,15,25. For å demonstrere holdbarheten av fibrene, viser vi representative data om en enkel mekanisk protokoll ved hjelp av glykated TA fiber bunter (Figur 5). 40 fiberbunter fra biopsiene til 10 deltakere ble aktivert i aktiveringsløsning26 (høy [Ca2+], pCa < 4,2) ved 2,7 μm sarcomere lengde i 60 sekunder og steady-state aktiv stress ble målt som 100,71 ± 11 mN mm-2 (gjennomsnittlig ± SEM).

Figure 1
Figur 1: Bergström nålen. Bergström-nålen som brukes i denne studien består av nålen selv (A-F), sugeslange (G) og sprøyte (F). Bergström nålen består av en ytre nål (A) som har et vindu nær nålespissen, en mindre hul intern trocar(B) som beveger seg opp og ned nålen og kutter muskelen når den passerer over nålevinduet, og en stang (C) som beveger seg opp og ned trochanteren for å fjerne muskelen fra nålen. Disse bitene er atskilt med en skive (D) som gjør nålen lufttett, og en avstandsstykke (E) mellom stangen og trocar beskytter mot knusing av muskelbiopsien. Til slutt er en sugeslangeadapter festet. For å trekke muskelen inn i nålevinduet, er en sugeslange (G) festet til nåleadapteren og sprøyten. Dette suger luften ut av nålen og trekker muskelen inn i nålevinduet via negativt trykk, slik at prøvetaking. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 2
Figur 2: Ultralydavbildning og nåleplassering. TA består av overfladiske og dype rom som er definert av aponeuroser. TA er avbildet med ultralydsonden orientert i destalproksimale (A) og mediale-laterale (B) perspektiver slik at 3D-formen på TA kan gjenkjennes. Ideell nåldybde for innsamling er mellom de horisontale stiplede linjene. En tegneserie representasjon av nålen innsetting er vist i paneler C og D. Etter snittet er gjort, nålen er først plassert vinkelrett på muskelen og presset inn i muskelen til nål vinduet er i muskelen (C). Nålen reorienterte deretter til en ~ 45 ° vinkel langs den lange aksen av beinet, og presset inn i muskelen videre, og betaler forsiktig oppmerksomhet om at nålen ikke trenger inn i den dype aponeurosen (D). Levende bilder (E, F) under prosedyren er gitt i referanse til tegneserien (C, D). Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 3
Figur 3: Deltakerplassering. Deltakeren ligger i en liggende stilling på operasjonsbordet. Hodet kan heves for komfort. Den høyre foten er plassert i en tilpasset enhet som holder foten litt dorsiflexed, noe som reduserer muskelspenningen. En gardin er plassert foran deltakeren slik at de ikke kan se prosedyren. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 4
Figur 4: Representative bilder av muskelvev. (A) Umiddelbart etter biopsien vil muskelprøven være en mørkere rød enn andre vev, inkludert fettvev og bindevev (merket i panelet). (B)Disseksjon av prøver med skade/kort (topp) og levedyktige (under) fiberbunter. (C) Forstørrelse av en levedyktig fibergruppering for å inspisere overflaten for tegn på skade. (D) En 6-fiber bunt ble dissekert bort fra denne fiberbunten (bundet på endene med 6-0 sutur for enkel bevegelse og festet til det mekaniske apparatet. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 5
Figur 5: Representative kraftutganger av en fiberbunt forberedelse. For å demonstrere fiberens holdbarhet viser vi representative stressdata av en enkel mekanisk protokoll ved hjelp av glykosated TA fiberbunt (3 fibre). Totalt ble 40 fiberbunter fra biopsiene til 10 deltakere strukket fra slakk til 2,7 μm sarkomerlengde og holdt for å tillate stressavslapning. Deretter ble fibre aktivert i aktiveringsløsning26 (skyggelagt område; høy [Ca2+], pCa < 4,2) ved 2,7 μm sarkomerlengde i 60 sekunder og steady-state aktiv stress ble målt ved 100,71 ± 11 mN mm-2 (gjennomsnittlig SEM ± ). Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I denne rapporten beskrev vi en teknikk for biopsi av strukturelt uskadet muskelvev fra TA. Vi fant at denne prosedyren gir et akseptabelt innhold av brukbare muskelfibre (5-10 fiber bunt preparater per 50 mg samlet vev) for mekanisk testing. Videre hadde vi nok vev til oppfølgingsmekaniske, genetiske og proteomiske eksperimenter.

Det finnes flere metoder som vanligvis brukes for innsamling av muskelbiopsier3,,4,,6,,27,,28. Den såkalte åpne biopsi20 produserer de høyeste kvalitet fibre fordi en kirurg fullt ut eksponerer muskelen og dissekerer ut prøven. Selvfølgelig er åpen kirurgi ganske invasiv prosedyre og er ikke en passende prosedyre for å sende inn sunne deltakere til, uavhengig av forskningsspørsmålet, på grunn av den potensielle risikoen forbundet med åpne operasjoner. Den minst invasive biopsimetoden er den fine nålen biopsi29,30, som bruker en relativt mindre nål for å samle vev. Den fine nålen biopsier er nok til å gjennomføre eksperimenter på genetiske / kjemiske / protein komponenter av fibre30,31, men ofte fiberkvaliteten er svært dårlig, noe som gjør mekanisk testing vanskelig eller umulig. Bergström nål teknikk er et godt kompromiss mellom de to prosedyrene forklart ovenfor fordi operasjonen er mindre invasiv enn den åpne biopsi, men fortsatt samler muskelprøver som er større og (potensielt) mer strukturelt intakt enn fine nål biopsier. Tidligere rapporter om Bergström nål prosedyre3,5 er store ressurser for de som lærer teknikken, men bare presentere protokoller for vastus lateralis. Vår rapport viser teknikken for TA som fokuserer på innsamling av høye utbytter av strukturelt intakte fibre for mekanisk testing.

Så vidt vi vet er det ingen detaljerte publikasjoner om innsamling av TA biopsier. Likevel er standardpraksisen å legge deltakeren liggende og få dem til å slappe av så mye som mulig. Den avslappede foten i denne posisjonen er naturlig planlagt, som dermed forlenger TA og setter den i spenning. Vi finner at enhver muskelspenning gjør det vanskeligere å kjøre muskler inn i biopsinålen, selv med negativt trykk, og så spenning bør minimeres så mye som mulig. For å oppnå dette, var den enkle, men store modifikasjonen her å bruke en spesialbygd fotplate som opprettholdt ankelen i en litt dorsiflexed posisjon (0 - 5° fra nøytral), holde TA slakk og forbedre innsamling. Klinikere bør være forsiktige med å over-dorsiflex ankelen, da TA vil bli ukontrollert aktivert, økende spenning, noe som selvfølgelig er mot prosedyren i utgangspunktet. Deltakeren kan vanligvis føle denne muskelaktiveringen, så kommunikasjon er nøkkelen. Fra protokollene gir TA bare ~ 25% vev sammenlignet med de mer brukte vastus lateralis, ~ 100 mg og ~ 400 mg, henholdsvis. Dermed er det viktig å maksimere vevsamlingsstørrelsen samtidig som det vurderer om TA-vevsprøven vil være stor nok til ønsket forskningsprosjekt(e). Vi har funnet ut at å ta en ny prøve umiddelbart etter den første ikke forårsaker noen ekstra komplikasjoner eller helbredende tid for deltakerne.

Selv om protokollen gir noen veiledning mot andre muskelbiopsier, vil muskelvalget diktere riktig prosedyre. Dermed foreslår vi sterkt for andre forskere og klinikere å publisere, i sin helhet, deres biopsimetoder. Av erfaring identifiserer vi noen viktige faktorer til muskelvalg, utenfor forskningsspørsmålet. Først foreslår vi vurderer muskler som er overfladiske for huden og har store arterier / nerver som enten er dype eller lett unngåelige. For det andre, fordi deltakerne er våkne under prosedyren, er det viktig å vurdere om biopsiprosedyren vil være svært ubehagelig for pasienten, enten på grunn av pasientens opprinnelige posisjonering, eller på grunn av trykket av biopsinålen, som også presser på dypere muskler på en ubehagelig måte. Vi har hatt suksess med vastus lateralis og pectoralis. Andre potensielle alternativer er trapezius, latissimus dorsi og gastrocnemius (selv om det er svært vaskularisert og utsatt for blødning). Hamstringmusklene er mulige, men ubehagelige for pasienten, og vanskelig fordi de beveger seg sidealt når de samler biopsien.

Selv om Bergström nåler kan kjøpes fra produserer, noen laboratorier spesial-lage sine egne. Små, men smarte, justeringer av design kan øke utbyttet av lange og uskadede muskelfibre. For eksempel var oppsamlingsvinduet på nålen som brukes her 7 mm x 5 mm (lengde x bredde). Dette er hensiktsmessig å fange en kube av muskel. Men hvis målet er å samle lange og uskadede fibre (av samme volum), kan lengden økes, og bredden reduseres (det vil si 10 mm x 3,5 mm). Hvis nålen er orientert langs fascicle retning, så er det sannsynlig at denne nålen ville samle lengre fiber seksjoner.

Muskelbiopsier samles ofte trygt uten veiledning av et ultralydbilde, spesielt for større muskler som vastus lateralis. I denne situasjonen kan en riktig erfaren lege enkelt palpere muskelen for å finne det beste snittstedet. Men når legen er mindre erfaren med målmuskelen, eller ekstra forsiktighet er berettiget til å unngå store nerver eller blodkar, er ultralydet et flott og enkelt påført verktøy. Til slutt kan etter-op overvåking av biopsiområdet raskt oppnås ved hjelp av en ultralyd.

Pediatriske biopsier er absolutt mulig og vanligvis utført32,33,34. Det er imidlertid vanligvis gjort flere endringer i prosedyren. En mindre måler nål og bevisst sedasjon er ofte nødvendig, og prosedyren foregår i et sykehusmiljø. Generelt kan opplevelsen være traumatisk for et barn og forskningsgrupper som ønsker å inkludere sunne pediatriske deltakere, bør nøye veie dette mot de potensielle fordelene ved studien.

Fiberbunter eller ubrukt materiale kan overføres til andre eksperimenter før eller etter fibermekanikk. For eksempel kan teknikker som vurderer sarcomeric proteininnhold eller klassifisere isoformtype utføres35. Men for å begrense proteinforringelse og for å forbedre analysesuksessen, bør vevfrosset i flytende nitrogen enten etter original ekstraksjon, umiddelbart etter mekanisk evaluering, eller behandles umiddelbart for proteinanalyse. Fibre kan også tilberedes for immunohistochemistry eller andrebildeteknikker 36 som tillater vurdering av proteinposisjon i fiberen. I dette tilfellet kan fibre plasseres i en fikseringsløsning (f.eks. 4% paraformaldehyd/0,25% glutaraldehyd i fysiologisk buffer ved pH 7; ingen glutaraldehyd for immunohistochemistry) mens de fortsatt er på det mekaniske testapparatet, og bevarer de sarcomeriske strukturene i ønsket sarkomerlengde. Hvis mulig kan et lite stykke av den opprinnelige biopsien høstes, vaskes kraftig i innsamlingsløsning i 10 min og deretter plasseres i fikseringsmiddelløsning. Mange grupper foretrekker å umiddelbart fryse nyskåret prøver i isopentane, noe som begrenser dannelsen av skadelige iskrystaller, og forbedrer bildekvaliteten for visuelle vurderinger. Dette er faktisk gullstandarden for flash frysing; Vi ser imidlertid at iskrystallskadene fra nitrogenfrysing bare fokuserer på ekstra-myofibrilstrukturer. Vi har tilfredsstillende strukturell integritet av sarkomeriske komponenter i prøver også frosset i flytende nitrogen, og så vi tror at nitrogen er en mulighet, spesielt hvis det er lettere tilgjengelig, eller kirurgisk team / lokale kjemiske myndighet er ikke villig til å bruke isopentane. Et viktig og ofte urapportert problem med å forberede prøver for visning er at sarcomeres ofte er kontrahert / kort, med I-band-regionen i sarcomere kort eller uobserverbar. For å overvinne dette må forskeren manuelt strekke fiberprøvene (ved testapparatet eller for hånd ved hjelp av fine pinsett) før fiksering. Som en generell regel strekker vi oss til ~ 3,2 μm sarkomerlengde (målt via laserdiffraksjon), eller strekker seg til ~ 150% av slakk lengde, i en lav-kalsium fysiologisk avslappende løsning. Til slutt, hvis subsamples er ønsket for RNA uttrykksanalyse, påvirker metoden for flash-frysing ikke resultater, men prøver må fryses umiddelbart etter original ekstraksjon og plasseres i en -80 ° C fryser, da RNA er svært ustabil. Det er noen RNA-beskyttelse lagringsløsninger på markedet, men vi har funnet blandede resultater med deres bruk, og bare flash fryse ferske prøver.

For å maksimere mengden informasjon som samles inn under en studie, kan samtidig innsamling av andre data fullføres mens du utfører mekaniske tester. For eksempel kan studien av sarcomeric strukturer utføres under mekaniske tester ved hjelp av lavvinkel røntgenavbildning, som det gjøres hos andre dyr37,38. For genetiske eksperimenter må utskåret muskel umiddelbart behandles for dette formålet eller blits frosset fordi DNA/ RNA er relativt mindre stabile enn proteiner.

Noen begrensninger er allerede beskrevet ovenfor. Her diskuterer vi selve prosedyren. En stor begrensning for de fleste grupper er å ha et teammedlem som er riktig opplært i biopsisamling. Uavhengig av personens yrke (lege, medisinsk assistent, tekniker eller på annen måte), er denne prosedyren vanskelig fordi utprøver kjører nålen blindt og må stole på "føler"3,28 for å finne nålevinduet nøyaktig. Feil er ikke utholdelige fordi samtykkende menneskelige deltakere for biopsier er sparsomme, en biopsi er å foretrekke for mange, og feil kan føre til vaskulær eller nerveskade. Derfor bør eventuelle opplæringsmuligheter fullføres før en menneskelig biopsi utføres. For eksempel, for å få en "følelse" for å kjøre nålen, kan svinekjøtt med hud fortsatt festet kjøpes fra de fleste dagligvarebutikker og brukes som proxy for menneskelig hud og muskel. En annen verdifull opplevelse er å skygge en utdannet forskningsgruppe.

Vi vurderte deltakernes smerte/ubehag mer kvalitativt, avhengig av legens erfaring og samtaler med deltakeren for å vurdere oppfattet smerte. Vurderingen av smerte og ubehag etter biopsi kan imidlertid være mer kvantifisert og sammenlignbar på tvers av individer og studier gjennom bruk av validerte smerte-/ubehagsundersøkelser. Disse punktene har overraskende lite behandling i litteraturen. En nylig studie presenterte imidlertid en måte å kvantifisere deltakernes smerte /ubehag før, under og etter biopsier, ved å bruke veletablerte undersøkelser av smerte39. Vi merker oss at dette papiret brukte vastus lateralis som målmuskelen, og derfor er oppfølgingsstudier nødvendig for å sammenligne smertevurderinger mellom muskler.

Uavhengig av ekstraksjonsmetode kan ikke Bergström-teknikken redusere den totale lengden på fiberen i muskelen fordi fibrene er for lange (~ 6-8 cm i TA40, ~ 6,5-8 cm i vastus lateralis40). Derfor er det uunngåelig at for et langt stykke samlet fiber blir endene ødelagt av biopsiteknikken. Ofte er den brukbare sentrale delen av en fiber liten og så er det vanskelig å mekanisk teste. Selv om teknikken gir rimelig lange sentrale regioner (3-5 mm), må utprøver nøye sjekke kvaliteten på fiberbunter under disseksjon fordi bruk av skadede fibre vil endre passive eller aktive kraftutganger. Visuell observasjon av vellykkede biopsier vil vise en del av fibre som er uskadet fra biopsiprosedyren. Sett fra et tradisjonelt disseksjonslysmikroskop, vil overflaten av fibre se glatt ut, uten hull eller tårer (figur 4). Videre bør fibrene se sylindriske ut og har ingen flate områder. Selv om den ikke er synlig, vil muskelen i seg selv forringes over tid på grunn av naturlig forekommende proteaser som begynner å bryte ned muskelproteinene nesten umiddelbart etter ekstraksjon. Dermed er det viktig å legge proteasehemmere til alle løsninger som brukes med fibrene. Videre foreslår vi også ekstra vasker av biopsiene for å fjerne så mye blod som mulig.

Selv med forsiktig forberedelse kan fiberskade oppstå og føre til dårlige fiberaktiveringer. Det er mange grunner til fiberskade fordi fibre er svært følsomme for nesten alle deler av prosedyren. For eksempel, under biopsien, hvis trokaren ikke er skarp nok, kan den presse inn i muskelvevet under utvinningen i stedet for å kutte gjennom den, noe som kan strekke og ødelegge fibrene. Oppsamlingsløsningen må tilberedes på riktig måte fordi fibrene er følsomme for osmotiske endringer, pH og temperatur. Ved håndtering av fibrene må det tas stor forsiktighet for å begrense trykket helt på fibrene. I stedet bør pinsett brukes til å ta biopsien av bindevevet. Et annet alternativ er å bruke en størrelse 0-7 silkesutur for å pakke en ubrukelig ende av biopsien og deretter ta dette når du håndterer. Til slutt tjener glyserol to roller: den første er å holde muskelen fra frysing mens ved -20 ° C og den andre skal være et mildt vaskemiddel til fiberen. Det vil si at glyserol gjennomsyrer fiberen til eksterne løsninger, noe som åpner for tilstrømningen av kalsium (via en aktiveringsløsning). For de fleste muskler tar denne prosessen ~ 10 dager. Men avhengig av mengden kollageninnhold og størrelsen på prøven, kan dette ta opptil 6 uker. Fibre må gjennomsyres for at enhver høykalsiumaktivering skal oppstå under mekaniske eksperimenter. Fibre er generelt brukbare i minst 3 måneder. For å begrense fiberavfall foreslås en lengre permeabilisering ventetid (4-6 uker) for TA muskelfibre.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingenting å avsløre.

Acknowledgments

Vi takker Michaela Rau, Lea-Fedia Rissmann, Michael Marsh, Janina-Sophie Tennler, Kilian Kimmeskamp og Wolfgang Linke for å bistå med prosjektet. Midler til dette prosjektet ble gitt av MERCUR Foundation (ID: An-2016-0050) til DH.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
26 guage subcutaneous needle with 2 ml glass syringe B. Braun Melsungen AG
Carl-Braun-Straße 1
34212 Melsungen, Hessen
Germany
 		 4606027V Drug administration
5mm Berstöm needle homemade N/A Tissue collection. Similar to other Berstöm needles
Acrylastic BSN medical GmbH
22771 Hamburg		 269700 elastic compression bandage
Complete protease inhibitor cocktail Roche Diagnostics, Mannheim, Germany 11836145001 Protease inhibitor tabeletes added to all solutions that hold muscle tissue.
Cutasept PAUL HARTMANN AG
Paul-Hartmann-Straße 12
89522 Heidenheim
Germany		 9805630 Disenfectant spray for the skin
Leucomed T plus BSN medical GmbH
22771 Hamburg		 7238201 Transparent wound dressing with wound pad to seal the wound and protect against infection
Leukostrip Smith and Nephew medical Limitied 101 Hessle road,
Hull
Great Britain		 66002876 wound closure
Surgical disposable scalpels Aesculap AG
Am Aesculap-Platz
78532 Tuttlingen
Germany		 BA200 series Incision
Unihaft cohesive elastic bandage BSN medical GmbH
22771 Hamburg		 4589600 cohesive elastic bandage that protects against mechanical impact
Xylocitin 2% with Epinephrin Milbe GmbH
Münchner Straße 15
06796 Brehna
Germany		 N/A Controlled substance anesthesia, vasoconstriction

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Franchi, M., et al. Architectural, functional and molecular responses to concentric and eccentric loading in human skeletal muscle. Acta Physiologica. 210 (3), 642-654 (2014).
  2. Duchene, G. B. A. De la paralysie musculaire pseudo-hypertrophique, ou paralysie myo-sclérosique / par le Dr Duchenne (de Boulogne). Archives of General Internal Medicine. 11 (30), (1868).
  3. Shanely, R. A., et al. Human skeletal muscle biopsy procedures using the modified Bergström technique. Journal of Visualized Experiments. (91), e51812 (2014).
  4. Evans, W. J., Phinney, S. D., Young, V. R. Suction applied to a muscle biopsy maximizes sample size. Medicine and Science in Sports and Exercise. 14 (1), 101-102 (1982).
  5. Bergstrom, J. Percutaneous needle biopsy of skeletal muscle in physiological and clinical research. Scandinavian Journal of Clinical and Laboratory Investigation. 35 (7), 609-616 (1975).
  6. Baczynska, A. M., et al. Human Vastus Lateralis Skeletal Muscle Biopsy Using the Weil-Blakesley Conchotome. Journal of Visualized Experiments. (109), e53075 (2016).
  7. Pesta, D., Gnaiger, E. High-resolution respirometry: OXPHOS protocols for human cells and permeabilized fibers from small biopsies of human muscle. Methods in Molecular Biology. 810, 25-58 (2012).
  8. Buck, E., et al. High-resolution respirometry of fine-needle muscle biopsies in pre-manifest Huntington's disease expansion mutation carriers shows normal mitochondrial respiratory function. Plos One. 12 (4), 01175248 (2017).
  9. Murgia, M., et al. Single Muscle Fiber Proteomics Reveals Fiber-Type-Specific Features of Human Muscle Aging. Cell Reports. 19 (11), 2396-2409 (2017).
  10. Friedmann-Bette, B., et al. Effects of strength training with eccentric overload on muscle adaptation in male athletes. European Journal of Applied Physiology. 108 (4), 821-836 (2010).
  11. McPhee, J. S., et al. The contributions of fibre atrophy, fibre loss, in situ specific force and voluntary activation to weakness in sarcopenia. The Journals of Gerontology. Series A, Biological Sciences and Medical Sciences. 73 (10), 1287-1294 (2018).
  12. Nocella, M., Cecchi, G., Bagni, M. A., Colombini, B. Force enhancement after stretch in mammalian muscle fiber: no evidence of cross-bridge involvement. American Journal of Physiology. Cell Physiology. 307 (12), 1123-1129 (2014).
  13. Patel, J. R., McDonald, K. S., Wolff, M. R., Moss, R. L. Ca2+ binding to troponin C in skinned skeletal muscle fibers assessed with caged Ca2+ and a Ca2+ fluorophore. Invariance of Ca2+ binding as a function of sarcomere length. The Journal of Biological Chemistry. 272 (9), 6018-6027 (1997).
  14. Hessel, A. L., Joumaa, V., Eck, S., Herzog, W., Nishikawa, K. C. Optimal length, calcium sensitivity and twitch characteristics of skeletal muscles from mdm mice with a deletion in N2A titin. The Journal of Experimental Biology. 222, Pt 12 (2019).
  15. Joumaa, V., Herzog, W. Calcium sensitivity of residual force enhancement in rabbit skinned fibers. American Journal of Physiology. Cell Physiology. 307 (4), 395-401 (2014).
  16. Joumaa, V., Rassier, D. E., Leonard, T. R., Herzog, W. The origin of passive force enhancement in skeletal muscle. American Journal of Physiology. Cell Physiology. 294 (1), 74-78 (2008).
  17. Hilber, K., Galler, S. Mechanical properties and myosin heavy chain isoform composition of skinned skeletal muscle fibres from a human biopsy sample. Pflugers Archiv: European Journal of Physiology. 434 (5), 551-558 (1997).
  18. Miller, M. S., et al. Chronic heart failure decreases cross-bridge kinetics in single skeletal muscle fibres from humans. The Journal of Physiology. 588, Pt 20 4039-4053 (2010).
  19. Pinnell, R. A. M., et al. Residual force enhancement and force depression in human single muscle fibres. Journal of Biomechanics. 91, 164-169 (2019).
  20. Einarsson, F., Runesson, E., Fridén, J. Passive mechanical features of single fibers from human muscle biopsies--effects of storage. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 3, 22 (2008).
  21. Flann, K. L., LaStayo, P. C., McClain, D. A., Hazel, M., Lindstedt, S. L. Muscle damage and muscle remodeling: no pain, no gain. The Journal of Experimental Biology. 214, Pt 4 674-679 (2011).
  22. Commission for Hospital Hygiene and Infection Prevention (KRINKO), Federal Institute for Drugs and Medical Devices (BfArM). Anforderungen an die Hygiene bei der Aufbereitung von Medizinprodukten [Hygiene requirements for the reprocessing of medical devices]. Bundesgesundheitsblatt, Gesundheitsforschung, Gesundheitsschutz. 55 (10), 1244-1310 (2012).
  23. Koch-Institut, R. Ergänzung zur Empfehlung Anforderungen an die Hygiene bei der Aufbereitung von Medizinprodukten. RKI-Bib1. , Robert Koch-Institut. (2018).
  24. Rutala, W. A., Weber, D. J. Disinfection and sterilization in healthcare facilities. Practical Healthcare Epidemiology. , 58-81 (2018).
  25. Rassier, D. E., MacIntosh, B. R. Sarcomere length-dependence of activity-dependent twitch potentiation in mouse skeletal muscle. BMC Physiology. 2, 19 (2002).
  26. Mounier, Y., Holy, X., Stevens, L. Compared properties of the contractile system of skinned slow and fast rat muscle fibres. Pflugers Archiv: European Journal of Physiology. 415 (2), 136-141 (1989).
  27. Henriksson, K. G. Semi-open muscle biopsy technique. A simple outpatient procedure. Acta Neurologica Scandinavica. 59 (6), 317-323 (1979).
  28. Dietrichson, P., et al. Conchotome and needle percutaneous biopsy of skeletal muscle. Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. 50 (11), 1461-1467 (1987).
  29. Iachettini, S., et al. Tibialis anterior muscle needle biopsy and sensitive biomolecular methods: a useful tool in myotonic dystrophy type 1. European Journal of Histochemistry. 59 (4), 2562 (2015).
  30. Cotter, J. A., et al. Suction-modified needle biopsy technique for the human soleus muscle. Aviation, Space, and Environmental Medicine. 84 (10), 1066-1073 (2013).
  31. Edwards, R. H., Round, J. M., Jones, D. A. Needle biopsy of skeletal muscle: a review of 10 years experience. Muscle & Nerve. 6 (9), 676-683 (1983).
  32. Gibreel, W. O., et al. Safety and yield of muscle biopsy in pediatric patients in the modern era. Journal of Pediatric Surgery. 49 (9), 1429-1432 (2014).
  33. Cuisset, J. M., et al. Muscle biopsy in children: Usefulness in 2012. Revue Neurologique. 169 (8-9), 632-639 (2013).
  34. Nilipor, Y., et al. Evaluation of one hundred pediatric muscle biopsies during a 2-year period in mofid children and toos hospitals. Iranian Journal of Child Neurology. 7 (2), 17-21 (2013).
  35. Schiaffino, S., Reggiani, C. Fiber types in mammalian skeletal muscles. Physiological Reviews. 91 (4), 1447-1531 (2011).
  36. Wang, K., Wright, J. Architecture of the sarcomere matrix of skeletal muscle: immunoelectron microscopic evidence that suggests a set of parallel inextensible nebulin filaments anchored at the Z line. The Journal of Cell Biology. 107 (6), 2199-2212 (1988).
  37. Ma, W., Gong, H., Irving, T. Myosin head configurations in resting and contracting murine skeletal muscle. International Journal of Molecular Sciences. 19 (9), (2018).
  38. Ma, W., Gong, H., Kiss, B., Lee, E. J., Granzier, H., Irving, T. Thick-Filament Extensibility in Intact Skeletal Muscle. Biophysical Journal. 115 (8), 1580-1588 (2018).
  39. Bonafiglia, J. T., et al. A comparison of pain responses, hemodynamic reactivity and fibre type composition between Bergström and microbiopsy skeletal muscle biopsies. Current Research in Physiology. 3, 1-10 (2020).
  40. Wickiewicz, T. L., Roy, R. R., Powell, P. L., Edgerton, V. R. Muscle architecture of the human lower limb. Clinical Orthopaedics and Related Research. (179), 275-283 (1983).

Tags

Biologi Utgave 163 Tibialis fremre muskelbiopsi ultralyd menneskelig fibermekanikk biomekanikk modifisert Bergström teknikk
Innsamling av skjelettmuskulaturbiopsier fra Superior Compartment of Human Musculus Tibialis Anterior for mekanisk evaluering
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Hessel, A. L., Hahn, D., de… More

Hessel, A. L., Hahn, D., de Marées, M. Collection of Skeletal Muscle Biopsies from the Superior Compartment of Human Musculus Tibialis Anterior for Mechanical Evaluation. J. Vis. Exp. (163), e61598, doi:10.3791/61598 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter