Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Dosisjusteret modstandstræning hos mus med reduceret risiko for muskelskader

Published: August 31, 2022 doi: 10.3791/64000
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 1
1Physical Therapy Program, Department of Health Care Sciences, Eugene Applebaum College of Pharmacy and Health Sciences, Wayne State University, 2Department of Pharmacology, University of Nevada, Reno School of Medicine

Summary

Den nuværende protokol beskriver en unik teknik kaldet doseringsjusteret modstandstræning (DART), som kan indarbejdes i præcisionsrehabiliteringsundersøgelser udført på små dyr, såsom mus.

Abstract

Progressiv modstandstræning (PRT), som involverer udførelse af muskelsammentrækninger mod gradvist større ydre belastninger, kan øge muskelmasse og styrke hos raske individer og i patientpopulationer. Der er behov for præcisionsrehabiliteringsværktøjer til at teste sikkerheden og effektiviteten af PRT for at opretholde og / eller genoprette muskelmasse og styrke i prækliniske undersøgelser af små og store dyremodeller. PRT-metoden og -enheden, der er beskrevet i denne artikel, kan bruges til at udføre dosisjusteret modstandstræning (DART). DART-enheden kan bruges som et selvstændigt dynamometer til objektivt at vurdere det koncentriske kontraktile drejningsmoment, der genereres af ankeldorsiflexorerne hos mus eller kan føjes til et allerede eksisterende isokinetisk dynamometrisystem. DART-enheden kan fremstilles med en standard 3D-printer baseret på instruktionerne og open source 3D-printfiler, der leveres i dette arbejde. Artiklen beskriver også arbejdsgangen for en undersøgelse for at sammenligne sammentrækningsinduceret muskelskade forårsaget af et enkelt anfald af DART med muskelskader forårsaget af et sammenligneligt anfald af isometriske sammentrækninger (ISOM) i en musemodel af lemmer-bælte muskeldystrofi type 2B / R2 (BLAJ mus). Dataene fra otte BLAJ-mus (fire dyr for hver tilstand) tyder på, at mindre end 10% af tibialis anterior (TA) musklen blev beskadiget fra et enkelt anfald af DART eller ISOM, hvor DART var mindre skadelig end ISOM.

Introduction

Motion giver mange sundhedsmæssige fordele for skeletmuskulaturen (gennemgået i Vina et al.1). Specifikt er progressiv modstandstræning (PRT), som involverer udførelse af muskelsammentrækninger mod gradvist større eksterne belastninger (f.eks. Vægtstænger, håndvægte, kabel-remskive-vægtkredsløb), kendt for at hjælpe med at øge muskelmasse og styrke hos både raske individer og patientpopulationer (gennemgået i tidligere publikationer 2,3 ). PRT er baseret på overbelastningsprincippet, som siger, at når musklen trækker sig sammen mod gradvist større ydre belastninger, tilpasser den sig ved at øge sit fysiologiske tværsnitsareal samt kraftproducerende kapacitet4. Eksisterende modeller af PRT hos gnavere omfatter stigeklatring med modstand påført halen, co-sammentrækning af agonistmuskler mod modstand fra antagonister, løb med en vægtet sele, en squatting-øvelse fremkaldt af et elektrisk stød og modstået hjulløb 5,6,7,8,9,10 (gennemgået i tidligere publikationer 11,12 ). Der er dog i øjeblikket ingen forskningsværktøjer til at udføre præcist muskelmålrettet, doseringsjusteret PRT hos mus, der ligner de PRT-metoder og enheder, der anvendes i human klinisk forskning og praksis12,13. Dette begrænser investigatorernes evne til at studere sikkerheden og effektiviteten af præcist doseret PRT i grundlæggende og prækliniske undersøgelser på mus.

For at overvinde denne barriere udvikles en PRT-metode og enhed i denne undersøgelse baseret på kabel-remskive-vægtkredsløbsdesign, der anvendes i modstandstræningsudstyr i moderne gymnasier14,15,16. Denne metode til PRT kaldes doseringsjusteret modstandstræning (DART), og enheden kaldes DART-enheden. Ud over dets funktionalitet som et præcisionsrehabiliteringstræningsværktøj kan DART-enheden også bruges som et selvstændigt instrument til objektivt at vurdere det maksimale koncentriske kontraktile drejningsmoment, der kan genereres af tibialis anterior (TA) muskel i en mus, svarende til hvordan maksimum for en gentagelse (1RM, den maksimale belastning, der med succes kan løftes / flyttes / presses / squattes kun én gang, mens den opretholder god form) vurderes hos mennesker17, 18. DART-enheden kan også kombineres med et specialbygget eller kommercielt isokinetisk dynamometer til at måle den maksimale isometriske tetaniske kraft produceret af TA-musklen i en mus (sammenlignelig med maksimal frivillig sammentrækning [MVC] hos mennesker) og derefter udføre dosisjusteret PRT med en modstand, der er baseret på den maksimale tetaniske kraft (f.eks. 50% af topkraften).

Denne artikel beskriver konstruktionen af DART-enheden og forklarer, hvordan den kan kombineres med et specialbygget dynamometer, som er beskrevet i tidligere publikationer 19,20,21,22, for at vurdere kontraktilt drejningsmoment og udføre DART. Undersøgelsen beskriver også, hvordan DART-enheden blev brugt til at sammenligne træningsinduceret muskelskade forårsaget af et enkelt anfald af DART (4 sæt af 10 koncentrisk forspændte sammentrækninger med 50% 1RM) med skader forårsaget af et sammenligneligt anfald af isometriske sammentrækninger (4 sæt af 10 isometriske sammentrækninger) i en musemodel af lembælte muskeldystrofi type 2B (LGMD2B, eller LGMDR2)23,24. Musemodellen, der blev undersøgt, mangler et protein kaldet dysferlin, som spiller en vigtig rolle i beskyttelsen af skeletmuskulaturen mod forsinket muskelskade efter skadelige excentriske sammentrækninger 22,25,26,27,28,29,30 . Det er også blevet påvist hos dysferlin-mangelfulde hanmus, at koncentrisk forudindtaget tvungen træning ikke er så skadelig som excentrisk forudindtaget tvungen træning, og at tidligere eksponering for koncentrisk forudindtaget træning giver beskyttelse mod skade fra et efterfølgende anfald af excentrisk partiske sammentrækninger22. Da den nuværende undersøgelse blev udført for at teste gennemførligheden af den nuværende DART-metode og enhed til udførelse af dosisjusteret, koncentrisk forudindtaget modstandstræning, blev hanmus med dysferlinmangel valgt til undersøgelsen for at sammenligne nye data fra DART-enheden med tidligere data. I fremtidige studier vil hunmus med BLAJ blive inddraget for at undersøge effekten af køn som biologisk variabel i forhold til responsen på DART. Mus, der var ~ 1,5 år gamle, blev undersøgt, da de allerede har dystrofiske ændringer i mange muskelgrupper og derfor modellerer den patofysiologiske tilstand, hvor muskler kan være hos patienter, der allerede har muskelsvaghed og spild og søger rehabiliterende pleje for at opretholde muskelmasse og styrke26.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Forsøgene beskrevet i denne artikel blev godkendt af Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) ved Wayne State University, Detroit, Michigan, USA, i overensstemmelse med Guide for the Care and Use of Laboratory Animals (1996, udgivet af National Academy Press, 2101 Constitution Ave. NW, Washington, DC 20055, USA). B6. A-Dysfprmd/GeneJ mus (alias BLAJ mus, hanner, ~1,5 år gamle) den model LGMD2B/R2 blev brugt til denne undersøgelse. Musene blev hentet fra en kommerciel kilde (se Materialetabel).

1. Undersøgelsens udformning

  1. Vælg musestamme(r), der er relevante for forskningsspørgsmålene – f.eks. undersøgelse B6. A-Dysfprmd/GeneJ mus (BLAJ mus), hvis man forsøger at besvare spørgsmålet om, hvorvidt koncentrisk biased DART inducerer udbredt muskelskade hos mus, der modellerer LGMD2B/R2.
  2. Tildel mus til studiegrupper baseret på undersøgelsesdesignet - f.eks. tilfældigt tildele mus til en dosisjusteret modstandstræningsgruppe (DART) eller til en isometrisk træningsgruppe (ISOM), og forsøg at afbalancere grupperne bedst muligt baseret på matchning efter kuld og / eller alder (f.eks. Tabel 1).

2. Fremstilling af DART-enheden

  1. Design DART-enhedens komponenter med passende computerstøttet (CAD) software (figur 1) ved at følge nedenstående trin.
    1. Designhus til lavfriktionshjulleje (se Materialetabel, baseret på pudebloklejedesign) med en indbygget vinkelmåler (til brug som goniometer til måling af ankelledsvinkler).
    2. Design et tårn til hjullejehus plus en vinkelmåler.
    3. Design en fodplade til placering af musens fod. Design en aksel til at forbinde fodpladen med hjullejet.
  2. Fremstil DART-enhedens komponenter med en passende 3D-printer (figur 1).
    1. Gem de designs, der er oprettet med CAD-software som stereolitografi (. STL-udvidelse) filer.
      BEMÆRK: Den . STL-filer (supplerende kodningsfiler 1-4) kan bruges og ændres ved at give kredit til den tilsvarende forfatter af denne artikel og citere denne artikel.
    2. Åbn . STL-filer med passende udskæringssoftware (se Materialetabel).
      BEMÆRK: Udskæringssoftware konverterer en virtuel 3D-model til en stak skiver, som kan udskrives sekventielt af en 3D-printer for at generere et 3D-objekt.
    3. Med udskæringssoftware skal du generere G-CODE computerstøttet fremstilling (CAM, . GCODE-udvidelsesfiler), som er specifikke for den 3D-printer og filament, der skal bruges.
    4. Følg 3D-printermanualen (se Materialetabel) for at udskrive DART-enhedskomponenter med . GCODE-filer.
    5. Vælg et passende 3D-printerfilament, såsom polymælkesyre (PLA) 1,75 mm 1 kg/spole, Grå (se Materialetabel).
  3. Saml DART-enheden ved at følge nedenstående trin.
    1. Indsæt et 608 lavfriktionshjulleje (8 mm borediameter, 22 mm udvendig diameter, såsom et med siliciumnitrid keramiske kugler, der er anbragt i 420 rustfrit stål, se Materialetabel) i hjullejehuset (figur 1).
    2. Indsæt akslen i hjullejets boring (figur 1).
    3. Indsæt fodpladen på akslen med lim (se Materialetabel), der er egnet til at binde PLA (figur 1).
    4. Placer hjullejehuset over hjullejehusets tårn, og fastgør hele enheden til en akrylbase med skruebeslag (figur 1).
      BEMÆRK: Der er ingen specifikke størrelseskrav til akrylbasen - den skal bare være stor nok til at rumme dyret og DART-enheden og lille nok til at passe på en arbejdsflade. Akrylbasen, der anvendes til denne undersøgelse, er ca. 30 cm bred, 45 cm lang og 0,5 cm tyk.

3. Forberedelse af mus til DART eller ISOM

  1. Placer hver mus under generel anæstesi med inhaleret isofluran leveret gennem et passende anæstesisystem (se Materialetabel, 2% -5% for induktion; 1% -4% for vedligeholdelse; til effekt) for at reducere stress og smerte.
    1. Inducer anæstesi i induktionskammeret i anæstesisystemet (2% -5% isofluran).
    2. Overfør musen til en næsekegle for at opretholde anæstesi, mens du udfører procedurer på dyret (1% -4% isofluran). Bekræft anæstesi effektivitet baseret på manglen på bagben tilbagetrækning til en tå klemme fra et par pincet.
    3. Sørg for termisk støtte - f.eks. med en isotermisk gelvarmepude og en varmelampe placeret ~ 1 m over musen. Kontroller med et termometer for at sikre, at temperaturen på og omkring akrylbasen holdes på ~38 °C, så musen ikke overophedes.
  2. Forbered huden over musens venstre tibialis anterior (TA) muskel og over hele de forreste og laterale aspekter af venstre bagben til DART eller ISOM.
    1. Fjern musens pels med en hårfjerningscreme (hårfjerningscreme, se Materialetabel). Påfør hårfjerningscreme og lad den virke i ~2 min.
    2. Rengør benet med klude gennemblødt i destilleret vand for at fjerne pels og al resterende creme fra huden. Hårfjerningscremer kan irritere og/eller beskadige huden, hvis de efterlades på musens hud i lange perioder og derfor fjernes helt.
    3. Efter pelsfjernelse desinficeres huden med en godkendt skrubbemetode, f.eks. med en povidon-jodskrubningsopløsning og 70 % ethanol.
  3. Påfør et beskyttende middel (f.eks. petrolatum) over øjnene og depileret hud med en ren vatpind for at beskytte øjnene og depileret hud mod tørring.
  4. Placer en stabiliserende stift gennem tibial metafyse.
    1. Påfør 5% lidokaincreme over skinnebenet for at bedøve området.
    2. Før en 26 G, halv tomme, steril, hypodermisk nål gennem den bredeste del af den proksimale del af tibialbenet (dvs. tibial metafyse, også kendt som tibialhovedet). Når den stabiliserende stift er sikret, skal du fjerne plastdelen af den hypodermiske nål ved at holde nålen med en steril hæmostat og bøje plastdelen, indtil den går i stykker.
  5. Placer musen til DART- eller IMOM-træning.
    1. Læg musen i liggende stilling. Sørg for, at musen stadig er sikkert forbundet til næsekeglen for at opretholde anæstesi.
    2. Med en lille pincet med steril spids føres tibialstiften ind i en metalalligatorclips (se Materialetabel), således at enderne af tibialstiften holdes af alligatorklemmen. Flyt alligatorklemmens justerbare arm for at sikre, at musens fod er placeret på DART-enhedens fodplade.
    3. Spænd musens fod fast på DART-enhedens fodplade med klæbende laboratorietape.
    4. Placer musens fod i en vinkel på 90° i forhold til den lange akse på musens skinneben. Hvis den placeres korrekt, vil fodpladen være vinkelret på akrylbunden (dvs. gulvet eller hvad der betragtes som det vandrette plan).
    5. Hvil fodpladen på det plantarflexionstop, der er skabt ved at placere en 18 G, 1,5 i lang kanyle gennem de forborede huller på DART-enhedens vinkelmåler (figur 1).

4. DART- eller ISOM-træning

  1. Optimer elektrodeplaceringen ved at placere en bipolar, transkutan, neuromuskulær elektrisk stimulering (NMES, se Materialetabel) elektrode på det inferolaterale aspekt af musens knæled (figur 1B).
    1. Med enkeltimpulser (1 Hz) fra en laboratorieelektrisk stimulator (se Materialetabel) stimuleres den fibulære gren af iskiasnerven, som giver motorisk innervering til ankeldorsiflexormusklerne (figur 1B).
    2. Da tibialis anterior (TA) musklen tegner sig for over 90% af den samlede kontraktile kraft produceret af ankel dorsiflexor musklerne31, observere TA muskel mave og sener for tegn på elektrisk fremkaldte trækveer.
      BEMÆRK: En lille benet fremtrædende plads, der svarer til fibulabenet, kan hjælpe med elektrodeplacering, hvis testeren kan mærke det gennem elektroden. Dette kræver en vis øvelse og læring fra testerens side for at få en fornemmelse af optimal elektrodeplacering.
    3. Flyt plantarflexionstoppet til hullet på vinkelmåleren, der svarer til 20° plantarflexion fra den position, hvor foden er ortogonal (90°) til skinnebenet – dette er den position, hvor maksimalt kontraktilt drejningsmoment fra TA-musklen typisk observeres baseret på tidligere rapporter21. Dette skal muligvis tilpasses af brugeren baseret på faktorer, der er specifikke for de mus, der undersøges.
    4. Visualiser trækmoment med et musedynamometer ved at forbinde DART-enhedens fodplade med dynamometerfodpladen - f.eks. forbinde DART-enhedens fodplade til en specialbygget robotdynamometerfodplade med en ikke-elastisk silkesutur (svarende til figur 1A) og spænd suturen til dynamometerfodpladen (se Materialetabel).
      BEMÆRK: Fodpladen har huller indbygget i 3D-printdesignet. Ved at placere suturen gennem det par huller, der er i anden række fra tåenden af fodpladen, sættes suturen til ~ 20 mm fra aksen dorsiflexion / plantarflexion (figur 1A, B). Dynamometeret er beskrevet i tidligere rapporter 19,20,21,22.
  2. Optimer spændingsudgangen fra NMES-stimulatoren.
    1. Efter optimering af elektrodeplaceringen skal du optimere amplituden af spændingsudgangen fra den elektriske stimulator - dette er nødvendigt for at begrænse NMES til den fælles fibulære nerve og TA-muskel og reducere risikoen for at fremkalde sammentrækninger i plantarflexorerne.
      BEMÆRK: Hvis der fremkaldes sammentrækninger, kan de visualiseres gennem momentudgangen fra dynamometeret og også ses i tæernes plantarflexing.
  3. Indstil NMES-stimulatoren til DART- eller IMOM-træning.
    BEMÆRK: Følgende indstillinger skal muligvis tilpasses af brugeren baseret på faktorer, der er specifikke for de mus, der undersøges, og formålet med undersøgelserne.
    1. Indstil stimulatoren til at producere gentagne pulstog, der er 125 Hz i frekvens - denne frekvens producerer maksimale smeltede tetaniske sammentrækninger uden overløb af NMES i andre muskelgrupper i BLAJ-mus21. Udfør dette ved at justere drejeknapperne for pulsfrekvens (125 Hz), togvarighed (500 ms) og tog pr. sekund (1 tog / s) og tænde vippekontakten for gentagne pulstog.
    2. Indstil stimulator til at producere pulstog, der er 500 ms i varighed blandet med 500 ms hvile mellem pulstog.
    3. Flyt plantarflexionstoppet til hullet på vinkelmåleren, der svarer til 160° til skinnebenets længdeakse (70° plantarflexion fra fodortogonal til skinnebenet). Dette er den position, som BLAR-musens fod kan flyttes passivt til uden bløddelsmodstand21.
    4. For DART skal du anvende en passende modstand, som TA-musklen skal arbejde koncentreret mod - f.eks. 5 g som vist i figur 1A, B; se kalibreringskurven mellem vægt og drejningsmoment i supplerende fil 1.
    5. Påfør modstand ved at hænge vægten med en ikke-elastisk silkesutur, der er bundet til DART-enhedens fodplade (figur 1A, B).
    6. Juster modstanden - dvs. anvend ~ 50% af maksimumet på en gentagelse (1RM) (f.eks. 5 g, hvis musen kan løfte en maksimal vægt på 10 g med en enkelt sammentrækning), som trækker foden gennem mindst halvdelen af det tilgængelige aktive dorsiflexionområde.
    7. Udfør passende DART-træning i mus, der er tildelt DART-gruppen - udfør f.eks. en enkelt omgang DART-træning, som involverer fire sæt med 10 gentagelser af koncentriske sammentrækninger med 2 minutters hvile mellem sæt, svarende til progressive modstandstræningsprogrammer, der anvendes til mennesker32 (se supplerende video 1).
    8. Udfør passende ISOM-træning i mus, der er tildelt ISOM-gruppen - udfør f.eks. en enkelt omgang ISOM-træning, som involverer fire sæt med 10 gentagelser af isometriske sammentrækninger med 2 minutters hvile mellem sæt, svarende til DART (se supplerende video 2).
    9. Til ISOM-træning skal du placere musens fod 160° i forhold til skinnebenets lange akse (70° plantarflexion fra fodortogonal til skinnebenet) og opretholde denne statiske position ved at tape silkesuturen fast på robotdynamometerets fodplade.
      BEMÆRK: Da suturen ikke kan glide, kan DART-enhedens fodplade ikke bevæge sig ind i dorsiflexion, hvilket begrænser dorsiflexorerne til at trække sig isometrisk sammen.

5. Post-proceduremæssig pleje af mus

  1. Tag forholdsregler for at opretholde korrekt hygiejne af den udøvede bagben og reducere smerter på nålestedet.
    1. Efter DART- eller IMOM-træningen skal du belægge den synlige del af tibialstiften med tredobbelt antibiotisk salve (400 U / g bacitracin, 3,5 mg / g neomycin og 5000 U / g polymixin-B, se Materialetabel) og derefter trække stiften forsigtigt fra den mediale side af skinnebenet. Skyl huden over laterallåret og overbenet med povidon-jod og sterilt vand. Påfør 5% lidokaincreme over skinnebenet for at kontrollere smerter på nålestedet.
  2. Lad musene komme sig efter anæstesi.
    1. Fjern musen fra næsekeglen og lad den komme sig efter anæstesi i et genopretningsbur, der er fri for strøelse. Giv termisk støtte til musen, mens den kommer sig efter anæstesi, f.eks. med en isotermisk gelvarmepude.
  3. Returner musen til sit oprindelige bur, efter at den er helt kommet sig efter anæstesi. Derefter returneres buret til dyreanlægget, hvor undersøgelsesmus er anbragt, indtil opfølgende forsøg udføres. Overvåg musene dagligt.

6. Indsamling af væv

  1. Høst musens TA-muskel i sin helhed og snapfrysning til kryopræservering ved at følge nedenstående trin.
    1. Baseret på forskningsspørgsmålene, på et passende tidspunkt efter træning (f.eks. 3 dage efter DART eller ISOM), aflives musene i henhold til godkendte protokoller.
      BEMÆRK: I denne undersøgelse blev mus aflivet ved cervikal dislokation under generel anæstesi (inhaleret isofluran, 2% -5% til effekt). Bilateral thoracotomi sikrede døden.
    2. Dissekere musens bagben for at fjerne den udøvede TA-muskel (venstre) og uudnyttede TA-muskel (højre). Vej de høstede muskler. Dypp derefter hver muskel i mineralolie til kryobeskyttelse og læg musklen på en ren laboratorieserviet for at blotte den overskydende olie21.
  2. Placer musklen på et stykke aluminiumsfolie. Hold kanten af folien med en lang hæmostat og nedsænk hurtigt folien og musklen i flydende nitrogen indeholdt i en passende plastbeholder for at snappe fryse musklen.
    1. Efter ca. 2 minutters nedsænkning i flydende nitrogen overføres den frosne muskel til mærkede kryogene hætteglas. Opbevar hætteglassene i en -80 °C fryser, indtil det er nødvendigt for yderligere undersøgelser.

7. Histologiske undersøgelser af muskelvæv

  1. Forbered kryostatafsnit af TA-muskel, der er 5 μm i tykkelse. Saml kryostatsektioner på ladede mikroskopdias. Fastgør sektionerne med acetone, der holdes kold ved -30 °C, og lad sektionerne lufttørre.
  2. Plet muskelvævssektionerne med hæmatoxylin efterfulgt af eosin (H&E-farvning, se Materialetabel).
    1. Nedsænk sektionerne i 5 minutter i hæmatoxylin (mørkeblå nuklear plet) i en glasfarvningskrukke. Fjern overskydende hæmatoxylin ved at skylle sektionerne med ledningsvand, indtil der ikke ses yderligere bluing af vand.
    2. Nedsænk sektionerne i 5 minutter i bluingsharpagens i en glasbeholder. Aspirer overskydende bluingsharpagens fra sektionerne med en glassugepipette.
    3. Nedsænk sektionerne i 5 minutter i eosin (lyserød cytoplasmisk plet) i en glasfarvningskrukke. Fjern overskydende eosin ved at dyppe sektionerne hurtigt og gentagne gange (~ 10 gange) i 95% ethanol i en glasfarvningskrukke.
    4. Lad sektionerne lufttørre og fortsæt med at visualisere under et lysmikroskop.
  3. Forbered flisebelagte billeder i høj opløsning af hele TA-muskeltværsnit gennem mikroskopbilleddannelse.
    BEMÆRK: Brugeren skal muligvis tilpasse de billedbehandlings- og billedanalysetrin, der følger, baseret på deres mikroskop og billedoptagelses- og analysesoftware.
    1. Tag digitale billeder med 10x objektivlinsen i et lysmikroskop og et digitalt kamera monteret på mikroskopet.
    2. Tag omkring 15-20 billeder, der bevæger sig langs tværsnittet af hver muskel på en gitterlignende måde, således at hvert nyt billede overlapper ~ 25% med det forrige billede.
      BEMÆRK: Denne proces hjælper med at tage et sæt billeder, der kan flisebelægges digitalt (også kendt som billedsyning) for at skabe et sammensat billede i høj opløsning af hele TA-muskeltværsnittet (figur 2).
    3. Gem digitale billeder i . TIFF-format.
    4. Åbn digitale billeder med passende billedbehandlings- og analysesoftware (se Materialetabel).
    5. Flise eller sy individuelle billeder ind i et sammensat billede af hele TA-musklen gennem følgende trin: Når alle de individuelle overlappende billeder af hver TA-muskel er åbne i software, skal du klikke på File > Select Automate > Select Photomerge > Select Collage > Select Add Open Files > Click OK.
    6. Når et nyt flisebelagt/syet billede af TA-musklen er forberedt og vist, skal du gemme billedet i . TIFF-format til yderligere analyser.
  4. Kvantificer muskelskader ved visuel analyse i de flisebelagte billeder af hele TA-musklen med passende billedanalysesoftware.
    1. I billedanalysesoftwaren skal du vælge funktionen Måling i menuen Analysér for at skitsere og måle arealet af hele TA-muskeltværsnittet (figur 2).
    2. I billedanalysesoftwaren skal du vælge funktionen Måling i menuen Analysér for at skitsere og måle de områder af hver TA-muskel, der er beskadiget - dvs. områder, der viser cytoplasmatisk forstyrrelse af muskelfibre, fraværende muskelfibre og inflammatorisk celleinfiltration22 (figur 2).
    3. Summen af det samlede skadesareal udtrykkes i procent af hele TA-muskeltværsnitsarealet (figur 2, tabel 2).

8. Statistiske analyser

  1. Organiser data som vist i tabel 1-3 , og udfør ikke-parrede T-test (hvis test af normalitet og homogene varianser er bestået)33 eller Mann-Whitney Rank Sum-test (hvis test af normalitet og homogene varianser ikke er bestået)21 med passende software (se Materialetabel).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

BAJ-hanmus, som var ~1,5 år gamle, blev undersøgt. BLAJ mus model den menneskelige muskelsygdom, LGMD2B / R2. Disse mus er særligt modtagelige for forsinket muskelskade fra et enkelt anfald af excentriske muskelsammentrækninger22,29. BLA-mus blev derfor valgt til disse undersøgelser for at lære, om DART kunne udføres på en ikke-skadelig måde ved præcist at justere den modstand, som TA-musklen skal arbejde imod på en koncentrisk forudindtaget måde. Hvis det blev konstateret, at DART ikke var skadelig for BLAJ-mus, ville det sandsynligvis være nyttigt som en form for ikke-skadelig modstandstræning, som kunne anvendes alene eller som et supplement til regenerativ medicin, genetiske, farmakologiske og andre interventioner.

BAJ-musenes alder og vægt var tæt afstemt mellem DART- og ISOM-grupperne (tabel 1). På dag 3 (~ 72 timer), efter en enkelt træningskamp, havde den udøvede TA-muskel lave niveauer af skade i både DART- og IMOM-grupperne (<10% beskadiget område) - dette er i modsætning til tidligere undersøgelser21,22 af BAJ-musenes respons på excentriske muskelsammentrækninger, hvor ~ 40% beskadigede fibre er blevet rapporteret på dag 3 (figur 2, Tabel 2). Da området med muskelskader blev sammenlignet mellem trænede TA-muskler fra DART- og IMOM-grupperne, blev det konstateret, at DART-gruppen havde lavere niveauer af muskelskader end ISOM-gruppen (figur 2, tabel 2). Det maksimale tetaniske drejningsmoment, der blev registreret på dag 0 (baseline) og dag 3, var ikke statistisk forskelligt mellem DART- og ISOM-grupperne (tabel 3).

Figure 1
Figur 1: Fremstilling af DART-enheden og anvendelse af den i en træningsundersøgelse . (A, B) DART-enheden er baseret på et kabel-remskive-vægt kredsløbsdesign, som er fælles for modstandstræningsudstyr, der er designet til mennesker. (A) DART-enheden med et dyr under et DART-træningspas. (B) Fodpladen bevæger sig ind i dorsiflexion under en koncentrisk sammentrækning af TA-musklen (buet grøn pil, højre). Den koncentriske sammentrækning får 5 g modstanden til at bevæge sig lodret mod tyngdekraften (lodret grøn pil, venstre). Muskelkontraktioner blev fremkaldt med elektrisk stimulering påført gennem en transkutan bipolar elektrode. (C) Forskellige komponenter i DART-enheden blev designet med stereolitografisoftware til at generere . STL-filer, som kunne åbnes med udskæringssoftware. Med udskæringssoftware blev G-CODE-filer genereret specifikt for den anvendte 3D-printer og filament. De 3D-printede komponenter i DART-enheden omfattede (C) hus til et 608 lavfriktionshjulleje, (D) et tårn til hjullejehuset, (E) en fodplade og (F) en aksel til at forbinde fodpladen med hjullejet. De 3D-printede komponenter blev kombineret og monteret på en akrylbund med lim- og skruebeslag som beskrevet i teksten og vist i (A). Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 2
Figur 2: Histologisk undersøgelse. Histologiske ændringer i TA-musklen på dag 3 (A) post-DART eller (B) post-ISOM. Kryosektioner, der var 5 μm i tykkelse, blev farvet med hæmatoxylin og eosin. Flere overlappende digitale billeder blev taget og fusioneret sammen med billedbehandlingssoftware for at generere flisebelagte billeder i høj opløsning af hele TA-muskeltværsnittet. De kvalitative histologiske data viste, at omfanget af muskelskader var lavt i både DART- og ISOM-grupper, men muskelskader var lidt mere tydelige i ISOM-gruppen. De gule pile peger på nogle af de beskadigede områder i TA muskeltværsnit. Klik her for at se en større version af denne figur.

Tabel 1: Musens alder og kropsvægt. BLAJ-musene, der blev undersøgt, blev nøje matchet i alder og kropsvægt uden signifikant forskel mellem DART- og ISOM-grupperne. Klik her for at downloade denne tabel.

Tabel 2: Kvantitativ analyse af TA muskelskader. Omfanget af muskelskader blev udtrykt som en procentdel af det samlede areal af TA-muskeltværsnittet og analyseret ved en T-test. Både DART- og ISOM-træning resulterede i et lavt niveau af muskelskader på dag 3 sammenlignet med tidligere undersøgelser, der involverede et lignende anfald af excentriske sammentrækninger i BLAJ-mus. Selvom omfanget af muskelskader var lille i både DART- og ISOM-grupperne, var omfanget af skader statistisk lavere i DART-gruppen. Klik her for at downloade denne tabel.

Tabel 3: Kontraktile momentdata. Kontraktilt drejningsmoment produceret af dorsiflexormusklerne blev undersøgt med et robotdynamometer forbundet til DART-enheden. Der var ingen signifikant forskel mellem DART- og ISOM-grupperne i maksimalt baseline tetanisk drejningsmoment målt på træningsdagen (A, dag 0) eller 3 dage efter træning (B, dag 3). På trods af manglen på histologiske beviser for udbredt muskelskade var et enkelt anfald af DART og ISOM forbundet med et kontraktilt momentunderskud (~ 40%) på dag 3. Klik her for at downloade denne tabel.

Supplerende video 1: DART-træning i mus. Klik her for at downloade denne video.

Supplerende video 2: IMOM-træning i mus. Klik her for at downloade denne video.

Supplerende fil 1: Kalibreringsdata for vægt til drejningsmoment, kurve og opsætning. Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende kodningsfiler 1-4: Design til DART-enhedskomponenterne. Klik her for at downloade denne fil.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Denne artikel præsenterer trinvise instruktioner om, hvordan man konstruerer en enhed til at udføre en type præcisionsrehabiliteringstræning kaldet doseringsjusteret modstandstræning (DART). Arbejdet beskriver også anvendelsen af DART-enheden og metoden i en træningsundersøgelse til at sammenligne muskelskader 3 dage efter en enkelt omgang DART (DART-gruppe) med skade 3 dage efter en sammenlignelig omgang isometrisk træning (ISOM-gruppe).

De kritiske trin i protokollen er den korrekte konstruktion af DART-enheden 34,35, de præcise trin, der er involveret i udførelse af DART- eller IMOM-træning, korrekt høst og kryopræservering af muskelvæv, korrekt sektionering af muskelvæv med en kryostat og korrekt farvning af muskeltværsnit med hæmatoxylin og eosin 22,36 . For at konstruere DART-enheden skal delene specifikt fremstilles med de nøjagtige dimensioner og optimale materialeegenskaber. Hvis dimensionerne er unøjagtige for hjullejehuset, passer hjullejet af 608-typen ikke tæt ind i hjullejehuset. Hvis dimensionerne på musefodpladen og akslen ikke er nøjagtige, kan det påvirke hjullejets evne til at bevæge sig sammen med musens fod negativt. Hvis DART-enhedens dele er fremstillet med et uegnet materiale og/eller 3D-printerindstillinger, kan DART-enhedens dele mangle tilstrækkelig mekanisk styrke, hvilket kan føre til bøjning og/eller brud på forskellige komponenter34.

Ændringer af denne protokol kan være nødvendige baseret på de specifikke forskningsspørgsmål, som efterforskere ønsker at besvare. Den nuværende protokol er specifik for design og implementering af DART-enheden i en undersøgelse, der forsøgte at besvare spørgsmålet om, hvorvidt et enkelt anfald af DART forårsager omfattende skade på TA-musklen hos dysferlin-mangelfulde mus, som vi rapporterede tidligere med et lignende anfald af excentriske sammentrækninger22. Da andre har antydet, at træning bestående af isometriske sammentrækninger kan være ikke-skadelig og derfor egnet til mennesker med visse muskelsygdomme, sammenlignede vi omfanget af muskelskader forårsaget af DART med et sammenligneligt anfald af isometriske sammentrækninger (ISOM)37,38. I denne undersøgelse fandt vi, at både DART og ISOM inducerer minimal muskelskade, hvor DART viser lidt, men signifikant lavere niveauer af skade end ISOM.

I forhold til fejlfinding er det mest udfordrende aspekt af protokollen netop at stimulere den fibulære gren af iskiasnerven, hvilket giver motorisk innervering til TA-musklen. Denne teknik er særlig udfordrende, fordi testeren holder en transkutan elektrode og placerer den manuelt på et præcist sted, der er ringere og lateralt i forhold til musens knæled20,39. Testeren skal øve sig og lære at lokalisere dette sted på musens bagben ved at føle for en let benet fremtrædende plads svarende til hovedet på musens fibulære knogle40. For at bekræfte, at der opnås optimal elektrisk stimulering af den fibulære gren af iskiasnerven, således at der opnås maksimale sammentrækninger fra TA-musklen, er det bedst, at der anvendes et pålideligt dynamometersystem20,21,22,41. Desuden kan transkutane eller subkutane elektroder stabiliseret af en klemme også overvejes for pålidelig og reproducerbar placering af elektroder for at minimere brugerinduceret variabilitet og fejl 20,41,42,43.

Hovedbegrænsningen af protokollen er, at den er specielt designet til at studere effekten af DART på TA-musklen hos mus. Med metoder, der er udviklet til at udføre dynamometriske vurderinger og tvungen træning på quadriceps femoris muskelgruppe hos gnavere, kan DART-enheden let tilpasses quadriceps femoris muskelgruppe42,43. Anvendelse af DART-enheden på andre muskelgrupper kan være mere udfordrende; kabel-remskive-vægt kredsløbsdesign, som er blevet brugt i DART-enheden, kan dog indarbejdes i enheder, der er egnede til andre muskelgrupper. En anden begrænsning er, at protokollen udføres under generel anæstesi, hvilket gør øvelsen tvungen og ikke frivillig; Dette adskiller sig fra de fleste modstandstræningsparadigmer udviklet til mennesker12,21.

Betydningen af DART-enheden og metoden i forhold til eksisterende eller alternative metoder er, at doseringen til styrketræning kan justeres præcist, og øvelsen kan målrettes præcist til en bestemt muskelgruppe12. Præcisionsrehabilitering er en ny strategisk prioritet for USA's National Institutes of Health, og da DART gør det muligt at udføre præcisionsmodstandstræning i mus, egner DART sig godt til grundlæggende og prækliniske undersøgelser af præcisionsfysisk rehabilitering44,45.

Betydningen og den potentielle anvendelse af den nuværende metode til udførelse af dosisjusteret modstandstræning er, at den gør det muligt at udføre modstandstræningsstudier på mus på måder, der kan sammenlignes med humane test- og træningsprotokoller, der anvendes i klinisk rehabiliteringsforskning og praksis. For eksempel, ligesom maksimum for en gentagelse (1RM, den maksimale belastning, der med succes kan løftes / flyttes / presses / squattes kun én gang, mens de opretholder god form) bruges til mennesker til at justere størrelsen af modstand til træningskampe17,18, kan den maksimale belastning, som TA-musklen med succes kan løfte, bruges til at indstille modstanden til træning i mus med DART-enheden. Ud over at justere modstanden baseret på et dyrs kapacitet er den yderligere fordel, at sammentrækningerne er koncentrisk partiske, hvilket hjælper med at reducere sammentrækningsinduceret muskelskade22. De repræsentative resultater tyder på, at et anfald af DART er endnu mindre skadeligt end et sammenligneligt anfald af isometriske sammentrækninger (ISOM-gruppe). DART's ikke-skadelige karakter gør det hensigtsmæssigt til træningsstudier, hvor skadelige sammentrækninger bedst undgås - f.eks. træningsstudier i mus, der modellerer muskeldystrofier og træningsstudier designet til gradvist at genindlæse muskler efter eksperimentelle kirurgiske procedurer på muskler og / eller sener 22,46,47.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingen konkurrerende økonomiske interesser.

Acknowledgments

Denne undersøgelse blev finansieret af tilskud fra Jain Foundation Inc., R03HD091648 fra NICHD, et pilottilskud fra AR3T under NIH P2CHD086843, en FRAP-pris fra EACPHS ved Wayne State University, en fakultetsstartpakke fra Wayne State University og en underentreprise fra 1R01AR079884-01 (Peter L. Jones PI) til JAR. Denne undersøgelse blev også finansieret af en American Physical Therapy Association - Michigan (APTA-MI) forskningsbevilling til JMB, MEP og JAR. Forfatterne anerkender Dr. Renuka Roche (lektor, Eastern Michigan University, MI) for kritisk at læse manuskriptet og give feedback. Forfatterne anerkender Mr. Anselm D. Motha for råd om 3D-udskrivning. Forfatterne takker patienterne med dysferlinopatier, der har delt deres historier på Jain Foundation-webstedet på https://www.jain-foundation.org/patient-physician-resources/patient-stories, især deres erfaringer med motion.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
AnMiao Star 608 Ceramic Ball Bearing Anmiao Star (N/A) AMS127 High precision, low friction wheel bearing.  If make and model is not commercially available, an alternative version of a 608 low-friction wheel bearing, 8 mm bore diameter,  22 mm outside diameter, with silicon nitride ceramic balls in 420 stainless steel housing should suffice.  Excess friction in the wheel bearing will adversely impact performance of the DART device and will increase overall resistance to muscle contractions.
Axio Scope.A1 microscope Carl Zeiss (Peabody, MA) Product #Axio Scope.A1 Light and fluorescence microscope
B6.A-Dysfprmd/GeneJ (a.k.a. BLAJ mice) The Jackson Laboratory (Bar Harbor, ME).  Special colony maintained by The Jain Foundation Inc. for collaborators who study dysferlin. Stock #012767 Dysferlin deficient mice that model human limb girdle muscular dystrophy type 2B/R2.
Bipolar, transcutaneous, neuromuscular electrical stimulation (NMES) electrode Harvard Apparatus, Holliston, MA BS4 50–6824 Electrode for NMES.  If this electrode is not commercially available, please contact corresponding author for alternatives.
Coplin Staining Dish ThermoFisher (Waltham, MA) Catalog No. S17495 Staining dish/jar for hematoxylin and eosin (H&E) staining of sections
Cura 4.4.1. Software Ultimaker, Utrecht, Netherlands Ultimaker Cura 4.4.1. Slicing software to convert stereolithography files into G-CODE files
Deltaphase isothermal gel heating pad Braintree Scientific (Braintree, MA) Item #39DP Heating pad to provide thermal support to animals while under anesthesia
Eosin Y Millipore Sigma (Burlington, MA) HT110132-1L Pink cytoplasmic stain
Gorilla Super Glue The Gorilla Glue Company (Cincinnati, OH) Gorilla Super Glue Micro Precise Cyanoacrylate adhesive to bond PLA components
Hematoxylin solution, Gill No.3 Millipore Sigma (Burlington, MA) GHS332-1L Dark blue stain for nuclei
HM525NX cryostat ThermoFisher (Waltham, MA) Catalog #HM525NX Cryostat to make frozen sections of muscle
Lab Wipes.  Kimberly-Clark Professional Kimtech Science Kimwipes Delicate Task Wipers, 1-Ply ThermoFisher (Waltham, MA) Catalog No. 06-666.  Manufacturer #34120 Laboratory wipes to blot mineral oil from muscle tissue before snap freezing and for other purposes.
Labview 2014 National Instruments, Austin, Texas, USA Labview 2014 Software for custom-written programs/routines that operate the dynamometer and trigger the NMES stimulator.
Liquid nitrogen HDPE Dewar Flasks ThermoFisher (Waltham, MA) S34074B.  Thermo Scientific 41502000/EMD Flask to hold liquid nitrogen for snap freezing muscle or other tissue
Magic depilatory cream Softsheen Carson (New York, NY) N/A Razorless hair removal cream
Metal alligator clip JINSHANGTOPK (web-based business) 24Pcs 51mm Metal Alligator Clip Spring Clamps Spring clamp to hold tibial pin
Micrscope slides Globe Scientific (Mahwah, NJ) 1354W. Diamond White Glass Slides Charged microscope slides
Mineral Oil ThermoFisher (Waltham, MA) BP26291 Mineral oil to cryoprotect muscle tissue before snap freezing
Monoprice Premium 3D Printer Filament PLA Monoprice (Rancho Cucamonga, CA) #11778 Premium 3D Printer Filament PLA 1.75mm 1 kg/spool, Gray.  This is the material used to 3D print device components.
Monoprice Select Mini V2 3D printer Monoprice (Rancho Cucamonga, CA) Mini V2 3D 3D printer for computer-aided fabrication of device components.
NIH Image software National Instritues of Health (NIH, Bethesda, MD) NIH Image for Windows Image processing and analysis software used to quantify area of muscle damage.  NIH Image is also known as Image J.
Photoshop CS4 Adobe (San Jose, CA) Creative Suite (CS4). 64 bit version for Windows Image processing and analysis software used to generate tiled/stiched images of entire muscle cross-section from images of indvidual overlapping fields
PSIU6 stimulation isolation unit Grass Instruments (West Warwick, RI) PSIU6 isolation unit Isolation unit for NMES.  Stimulators, such as Model 4100 from A-M come with a built in stimulation isoloation unit
Roboz 4-0 silk black braided suture material Roboz Surgical (Gaithersburg, MD) Roboz Surgical SUT152 Suture material to connect DART device footplate to dynamometer footplate or resistance for resistance training
S48 square pulse stimulator Grass Instruments (West Warwick, RI) S48 Stimulator Laboratory electrical stimulator for NMES .  If this stimulator is not commercially available, Model 4100 Isolated High Power Stimulator from A-M systems could be an alternative.  Please contact co-author Jones for more information.
Scott’s bluing reagent Ricca Chemical Company (Arlington, TX) 6697-32 Bluing solution that intensifies hematoxylin nuclear staining
SigmaStat version 3.5 Systat Software (San Jose, CA) SigmaStat version 3.5 Statistical software package for statistical analyses
Tabletop isoflurane vaporizer VetEquip (Livermore, CA) Item #901801 Inhaled tabletop anesthesia system
Triple antibiotic first aid ointment Global Health Products (wed-based business) Globe Triple Antibiotic First Aid Ointment, 1 oz (2-Pack) First Aid Antibiotic Ointment Antibiotic ointment applied on tibial pin as part of post-procedural care

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Vina, J., Sanchis-Gomar, F., Martinez-Bello, V., Gomez-Cabrera, M. C. Exercise acts as a drug; The pharmacological benefits of exercise. British Journal of Pharmacology. 167 (1), 1-12 (2012).
  2. Murton, A. J., Greenhaff, P. L. Resistance exercise and the mechanisms of muscle mass regulation in humans: Acute effects on muscle protein turnover and the gaps in our understanding of chronic resistance exercise training adaptation. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 45 (10), 2209-2214 (2013).
  3. Pepin, M. E., Roche, J. A., Malek, M. H. Strength Training for Special Populations. Conditioning for Strength and Human Performance. Chandler, T. J., Brown, L. E. , Routledge. Oxfordshire, UK. Chapter 20 547-570 (2019).
  4. Helland, C., et al. Training strategies to improve muscle power: Is Olympic-style weightlifting relevant. Medicine and Science in Sports and Exercise. 49 (4), 736-745 (2017).
  5. Souza, M. K., et al. l-Arginine supplementation blunts resistance exercise improvement in rats with chronic kidney disease. Life Sciences. 232, 116604 (2019).
  6. Schmoll, M., et al. SpillOver stimulation: A novel hypertrophy model using co-contraction of the plantar-flexors to load the tibial anterior muscle in rats. PloS One. 13 (11), 0207886 (2018).
  7. Adams, G. R., Haddad, F., Bodell, P. W., Tran, P. D., Baldwin, K. M. Combined isometric, concentric, and eccentric resistance exercise prevents unloading-induced muscle atrophy in rats. Journal of Applied Physiology. 103 (5), 1644-1654 (2007).
  8. Guedes, J. M., et al. Muscular resistance, hypertrophy and strength training equally reduce adiposity, inflammation and insulin resistance in mice with diet-induced obesity. Einstein. 18, (2019).
  9. Zhu, W. G., et al. Weight pulling: A novel mouse model of human progressive resistance exercise. Cells. 10 (9), 2459 (2021).
  10. Call, J. A., McKeehen, J. N., Novotny, S. A., Lowe, D. A. Progressive resistance voluntary wheel running in the mdx mouse. Muscle & Nerve. 42 (6), 871-880 (2010).
  11. Strickland, J. C., Smith, M. A. Animal models of resistance exercise and their application to neuroscience research. Journal of Neuroscience Methods. 273, 191-200 (2016).
  12. Greising, S. M., Basten, A. M., Schifino, A. G., Call, J. A. Considerations for Small Animal Physical Rehabilitation. Regenerative Rehabilitation: From Basic Science to the Clinic. Greising, S. M., Call, J. A. , Springer International Publishing. New York, NY. 39-59 (2022).
  13. Roche, J. A. Regenerative Rehabilitation for Nonlethal Muscular Dystrophies. Regenerative Rehabilitation: From Basic Science to the Clinic. Greising, S. M., Call, J. A. , Springer International Publishing. New York, NY. 61-84 (2022).
  14. Schott, N., Johnen, B., Holfelder, B. Effects of free weights and machine training on muscular strength in high-functioning older adults. Experimental Gerontology. 122, 15-24 (2019).
  15. Naples, R. Dr. Gustav Zander's Victorian-Era Exercise Machines Made the Bowflex Look Like Child's Play. , Smithsonian. Washington, D.C. Available from: https://www.smithsonianmag.com/smithsonian-institution/gustav-zander-victorian-era-exercise-machines-bowflex-180957758/ (2016).
  16. Hansson, N., Ottosson, A. Nobel prize for physical therapy? Rise, fall, and revival of medico-mechanical institutes. Physical Therapy. 95 (8), 1184-1194 (2015).
  17. ACSM. American College of Sports Medicine position stand. Progression models in resistance training for healthy adults. Medicine and Science in Sports and Exercise. 41 (3), 687-708 (2009).
  18. Suchomel, T. J., Nimphius, S., Bellon, C. R., Hornsby, W. G., Stone, M. H. Training for muscular strength: Methods for monitoring and adjusting training intensity. Sports Medicine. 51 (10), 2051-2066 (2021).
  19. Bloch, R. J., et al. Small-Animal Unit for Muscle Injury, Muscle Testing and Muscle Training in Vivo. US Patent. , CA2745550A1 patents.google.com/patent/CA2745550A1/en (2012).
  20. Lovering, R. M., Roche, J. A., Goodall, M. H., Clark, B. B., McMillan, A. An in vivo rodent model of contraction-induced injury and non-invasive monitoring of recovery. Journal of Visualized Experiments. (51), e2782 (2011).
  21. Begam, M., et al. Diltiazem improves contractile properties of skeletal muscle in dysferlin-deficient BLAJ mice, but does not reduce contraction-induced muscle damage. Physiological Reports. 6 (11), 13727 (2018).
  22. Begam, M., et al. The effects of concentric and eccentric training in murine models of dysferlin-associated muscular dystrophy. Muscle and Nerve. 62 (3), 393-403 (2020).
  23. Straub, V., Murphy, A., Udd, B. 229th ENMC international workshop: Limb girdle muscular dystrophies - Nomenclature and reformed classification Naarden, the Netherlands. Neuromuscular Disorders. 28 (8), 702-710 (2018).
  24. Kniffin, C. L. DYSFERLIN. , OMIM. Available from: https://www.omim.org/entry/603009 (2021).
  25. Millay, D. P., et al. Genetic manipulation of dysferlin expression in skeletal muscle: Novel insights into muscular dystrophy. American Journal of Pathology. 175 (5), 1817-1823 (2009).
  26. Nagy, N., et al. Hip region muscular dystrophy and emergence of motor deficits in dysferlin-deficient Bla/J mice. Physiological Reports. 5 (6), 13173 (2017).
  27. Roche, J. A., Lovering, R. M., Bloch, R. J. Impaired recovery of dysferlin-null skeletal muscle after contraction-induced injury in vivo. Neuroreport. 19 (16), 1579-1584 (2008).
  28. Roche, J. A., et al. Extensive mononuclear infiltration and myogenesis characterize recovery of dysferlin-null skeletal muscle from contraction-induced injuries. American Journal of Physiology: Cell Physiology. 298 (2), 298-312 (2010).
  29. Roche, J. A., Ru, L. W., Bloch, R. J. Distinct effects of contraction-induced injury in vivo on four different murine models of dysferlinopathy. Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2012, 134031 (2012).
  30. Roche, J. A., et al. Myofiber damage precedes macrophage infiltration after in vivo injury in dysferlin-deficient A/J mouse skeletal muscle. American Journal of Pathology. 185 (6), 1686-1698 (2015).
  31. Ingalls, C. P., Warren, G. L., Zhang, J. Z., Hamilton, S. L., Armstrong, R. B. Dihydropyridine and ryanodine receptor binding after eccentric contractions in mouse skeletal muscle. Journal of Applied Physiology. 96 (5), 1619-1625 (2004).
  32. Dutton, M. Orthopaedics for the Physical Therapist Assistant. , Jones & Bartlett Publishers. Burlington, MA. 238 (2011).
  33. Begam, M., Abro, V. M., Mueller, A. L., Roche, J. A. Sodium 4-phenylbutyrate reduces myofiber damage in a mouse model of Duchenne muscular dystrophy. Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism. Physiologie Appliquée, Nutrition et Métabolisme. 41 (10), 1108-1111 (2016).
  34. Tully, J. J., Meloni, G. N. A scientist's guide to buying a 3D printer: How to choose the right printer for your laboratory. Analytical Chemistry. 92 (22), 14853-14860 (2020).
  35. Schwiening, C. 3D printing primer for physiologists. Physiology News. (101), (2015).
  36. Begam, M., Roche, J. A. Damaged muscle fibers might masquerade as hybrid fibers - A cautionary note on immunophenotyping mouse muscle with mouse monoclonal antibodies. European Journal of Histochemistry. 62 (3), 2896 (2018).
  37. Lott, D. J., et al. Safety, feasibility, and efficacy of strengthening exercise in Duchenne muscular dystrophy. Muscle & Nerve. 63 (3), 320-326 (2021).
  38. Lindsay, A., Larson, A. A., Verma, M., Ervasti, J. M., Lowe, D. A. Isometric resistance training increases strength and alters histopathology of dystrophin-deficient mouse skeletal muscle. Journal of Applied Physiology. 126 (2), 363-375 (2019).
  39. Dalkin, W., Taetzsch, T., Valdez, G. The fibular nerve Injury method: A reliable assay to identify and test factors that repair neuromuscular junctions. Journal of Visualized Experiments. (114), e54186 (2016).
  40. Amend, S. R., Valkenburg, K. C., Pienta, K. J. Murine hind limb long bone dissection and bone marrow isolation. Journal of Visualized Experiments. (110), e53936 (2016).
  41. Gerlinger-Romero, F., et al. Non-invasive assessment of dorsiflexor muscle function in mice. Journal of Visualized Experiments. (143), e58696 (2019).
  42. Brightwell, C. R., et al. In vivo measurement of knee extensor muscle function in mice. Journal of Visualized Experiments. (169), e62211 (2021).
  43. Pratt, S. J. P., Lawlor, M. W., Shah, S. B., Lovering, R. M. An in vivo rodent model of contraction-induced injury in the quadriceps muscle. Injury. 43 (6), 788-793 (2012).
  44. Shields, R. K. Precision rehabilitation: How lifelong healthy behaviors modulate biology, determine health, and affect populations. Physical Therapy. 102 (1), 248 (2022).
  45. Medical Rehabilitation Research Resource Network (MR3N). Precision Rehabilitation - Inaugural Scientific Retreat. , Available from: https://ncmrr.org/education-training/archived-presentations/precision-rehab-archive (2021).
  46. Roche, J. A., et al. Minimally invasive muscle embedding generates donor-cell-derived muscle fibers that express desmin and dystrophin. Military Medicine. 185, 423-429 (2020).
  47. Roche, J. A., et al. Minimally invasive muscle embedding (MIME), facilitates the development of functional muscle fibers of human cadaveric origin, in host mice. The FASEB Journal. 33, 602 (2019).

Tags

Neurovidenskab udgave 186 Skeletmuskulatur modstandstræning regenerativ rehabilitering præcisionsrehabilitering muskelskade dysferlin muskeldystrofi
Dosisjusteret modstandstræning hos mus med reduceret risiko for muskelskader
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Begam, M., Narayan, N., Mankowski,… More

Begam, M., Narayan, N., Mankowski, D., Camaj, R., Murphy, N., Roseni, K., Pepin, M. E., Blackmer, J. M., Jones, T. I., Roche, J. A. Dosage-Adjusted Resistance Training in Mice with a Reduced Risk of Muscle Damage. J. Vis. Exp. (186), e64000, doi:10.3791/64000 (2022).

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