Yöntem makalesi

Sabit Yük (İzotonik) ve Sabit Hız (İzokinetik) Tork-Hız-Güç Profillerinin Oluşturulması Sıçan Plantar Fleksörleri için İn vivo

1.3K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/68858

⸱

3 Ekim 2025

 ,  ,  ,  , 
1Neuromechanical Performance Research Lab, Department of Human Health and Nutritional Sciences, College of Biological Sciences, University of Guelph, 2Aurora Scientific Inc.

* These authors contributed equally

Bu makalede

Özet

Burada, transkutanöz kas stimülasyonu kullanarak sıçan plantar fleksörlerinde in vivo tork-açısal hız-güç ilişkisini invazif olmayan bir şekilde ölçmek için yeni bir protokol sunuyoruz. Bu kurulum, günlük hareketlerin sabit yük doğasını daha iyi temsil etmek için izotonik kas kasılmalarının bir kuvvet dönüştürücü/uzunluk kontrol sistemi üzerinde basit bir şekilde test edilmesini sağlar.

Özet

Kasın tork-hız-güç ilişkisini anlamak, sağlık ve hastalık üzerinde etkileri olan dinamik kas performansını değerlendirmek için kritik öneme sahiptir. İnsanlarda dinamometri çalışmaları bu ilişkiyi değerlendirmek için izokinetik (sabit hız) veya izotonik (sabit yük) kasılmaları kullanırken, kemirgen modelleri, ticari olarak temin edilebilen sistemlerde izotonik yük kelepçesi deneyleri yürütmenin karmaşıklığı nedeniyle neredeyse yalnızca izokinetik kasılmalara dayanmıştır. İzotonik kasılmalar, laboratuvar dışında meydana gelen hareketlerin sabit yük koşullarıyla daha iyi uyum sağlar. Burada, sıçan plantar fleksörleri için in vivo izotonik tork-açısal hız-güç ilişkisini değerlendirmek için yeni ve minimal invaziv bir transkutanöz elektriksel stimülasyon protokolü ve adım adım bir iş akışı sunuyoruz. İzotonik ve izokinetik tork-açısal hız-güç eğrileri 10 Sprague-Dawley sıçanında karşılaştırıldı. İzotonik kasılmalar, ortalama tork kullanan izokinetik kasılmalara kıyasla daha yüksek bir maksimum kısalma hızı (Vmaks) ve tepe gücü verdi. Bununla birlikte, izokinetik tepe gücü, tork-açısal hız eğrisinin eğriliğindeki bir azalma nedeniyle izokinetik kasılmalardan tepe torku ölçerken izotonik tepe gücüyle daha iyi eşleşti. Ayrıca, tepe gücündeki tork ve hız, hangi protokol tipinin kullanıldığına bağlı olarak farklılık gösteriyordu. Tüm veri kümeleri Hill'in denklemine güçlü bir şekilde uyuyor (R2 > 0.98), ancak izotonik veriler, muhtemelen sabit yük kasılmalarının daha değişken doğası nedeniyle 'en zayıf' uyumlara sahipti. Bu bulgulara dayanarak, özellikle Vmax veya tepe gücünü değerlendirmeyi hedefliyorsanız, mümkün olduğunda izotonik kasılmaların kullanılması önerilir. Bunun yerine izokinetik testlerin kullanılması gerekiyorsa, sınırlamaları anlamak ve sabit yük kasılmalarına çevrilebilirliği en üst düzeye çıkarmak için burada değerli bir kılavuz sağlanmıştır.

Giriş

Kas performansının egzersiz, olgunlaşma, yaşlanma veya hastalıkla nasıl değiştiğine dair temel araştırma, genellikle izometrik (yani sırasıyla sabit kas uzunluğu veya eklem açısı) kasılmalar sırasında yalnızca kuvvet veya tork üretim değerlendirmelerini içerir. Bununla birlikte, 1930'larda AV Hill'in öncü çalışmasından bu yana1, kas performansı üzerine yapılan deneyler, kuvvet, hız ve bunların ürünü olan güç 2,3,4,5,6,7,8 arasındaki ilişkiyi değerlendiren dinamik koşulları içerecek şekilde yavaş yavaş genişledi . Kısalma hızı arttıkça, kuvvet üreten aktin-miyozin çapraz köprüleri oluşturma olasılığı azalır ve kuvvet-hız eğrisi 1,2'nin ters hiperbolik şekli oluşturulur. Böylece güç, bir kasın dinamik performansının genel bir temsilini sağlar ve maksimum güce9 ulaşmada submaksimal kuvvet ile submaksimal hız arasındaki dengeyi gösterir. Özellikle insanlar üzerinde yapılan çalışmalar, izokinetik 10 (sabit açısal hız) veya izotonik11,12,13,14,15,16 kullanılarak tork-hız-güç ilişkisinin değerlendirilmesine izin veren tüm vücut dinamometrisini (örneğin, HUMAC veya Biodex) kullanmaya kadar ilerlemiştir (sabit yük) hareketleri. Bu iki hareket türünden izotonik kasılmalar, laboratuvar dışında meydana gelen hareketlerin sabit yük koşullarıyla daha iyi uyum sağlar ve ilgili kaslara bir yük taşıma zorluğu getirirken, dinamometrenin kuvvet ileten kaldıraç kolu yalnızca sabit bir açısal hızda hareket edebildiğinden izokinetik kasılmalar daha doğal değildir 12,16,17, 18.

Son yirmi yılda, kemirgenlerde kas performansını değerlendirmek için küçük dinamometre sistemlerinde de önemli ilerlemeler görülmüştür 19,20,21,22,23,24. Kemirgen modelleri, tip 2 diyabet25, obezite26, kanser kaşeksisi27, sarkopeni19,28, spastik serebral palsi29,30, Duchenne kas distrofisi31, desminopati32 dahil olmak üzere kası olumsuz etkileyen hastalıkların klinik öncesi araştırılması için neredeyse sonsuz olanaklara izin verirve daha fazlası. Canlı hayvanlar kullanılarak tekrarlanan, uzunlamasına kas performansı ölçümleri, anestezi altında periferik sinir veya perkütan kas elektrik stimülasyonu kullanılarak mümkün hale gelmiştir33,34. Ne yazık ki, bu kasılmaların elektriksel olarak uyarılması gerektiğinden, tork-hız-güç ilişkisini oluşturmak için izotonik kasılmalardan (daha incelikli bir yaklaşım gerektiren) ziyade izokinetiğin basit ve kontrollü doğasına daha elverişli olmuşlardır. Ayrıca, periferik sinir manşonlarının implante edilmesi veya bir iğne elektrodu aracılığıyla doğrudan kas stimülasyonu, cerrahi veya kalıcı elektrotların deriden dikkatli bir şekilde yerleştirilmesini gerektiren invaziv prosedürlerdir ve bu nedenle tekrarlanan kullanım, aynı hayvan üzerinde tekrarlanan test seansları arasında sonuçları karıştırabilecek yan etkiler veya tutarsızlıklar için riskler sunar.

Burada, bir kuvvet dönüştürücü/uzunluk kontrol sistemi üzerinde tutarlı ve minimal invaziv bir transkutanöz (yani deri dışında) kas stimülasyonu prosedürü kullanılarak sıçanlarda in vivo tork-açısal hız-güç ilişkisini değerlendirmek için yeni bir kurulum sunulmaktadır. Ek olarak, bu çalışma, her iki prosedürün nüanslarına dayanan teknik/metodolojik önerilerle, bu teknikten oluşturulan izotonik ve izokinetik tork-hız-güç eğrileri arasında bir karşılaştırma sağlar.

Protokol

Tüm protokoller Guelph Üniversitesi Hayvan Bakım Komitesi (AUP #4905) tarafından onaylandı ve Kanada Hayvan Bakımı Konseyi'nin yönergelerini takip etti.

NOT: Malzeme Tablosunda listelenen malzemeler, elektrot tutucu kurulumunun oluşturulması, sıçanın kuvvet dönüştürücü/uzunluk kontrol sistemi içinde konumlandırılması ve tork, konum ve açısal hız verilerinin toplanması için gereklidir.

1. Hayvanlar

  1. 10 dişi Sprague Dawley sıçanı[] elde edin (yaş: 11 hafta; vücut kütlesi: 228 ± 21 g).
  2. Sıçanları 23 °C'de iki veya üçlü gruplar halinde barındırın ve Teklad global %18 proteinli kemirgen diyetine ve oda sıcaklığında suya ad libitum erişim sağlayın.

2. Özel yapım elektrot tutucu

  1. Transkutanöz stimülasyon için özel yapım elektrot tutucuyu, öncelikle yapım talimatları Ek Dosya 1'de sunulan, ticari olarak temin edilebilen yapı parçalarından oluşturun.
  2. Elektrot tutucu parçasını Ek Dosya 1'e eklenmiş STL dosyası ile özel olarak tasarlayın ve 3D yazdırın.
    NOT: Bu elektrot tutucu parça, 1-1/2" çelik galvanizli pürüzsüz bitirme çivilerini tutmak için takılan delikler içerir. Çivilerin bu deliklerdeki konumunun, test edilen bireysel sıçanın boyutuna/konumuna göre ayarlanması amaçlanmıştır. Bu çivilere lehimlenmiş, plantar fleksörlerin transkutanöz uyarılmasını sağlamak için Yüksek Güçlü, İki Fazlı Stimülatöre bağlanan katot ve anot telleridir.

3. İlk in vivo mekanik test kurulumu

  1. İn vivo sistemi açma
    1. Isı pompasını açın ve 37 °C'ye ayarlayın.
    2. Bilgisayarı açın. DMCv5.5 yazılımını açın.
    3. Stimülatör kutusunda, büyük Güç açma anahtarına ve daha küçük olan Açık çıkış anahtarına hafifçe vurun.
    4. Çift Modlu Kol Sistemi için Açık güç anahtarını açın.
    5. Yazılımda Protokol'e tıklayın. 500°'lik bir ayak bileği açısında (yani yazılım için varsayılan nötr açı) 100 ms 0.1 Hz kasılma (darbe genişliği 90 ms) sağlayan bir protokol yükleyin.
      NOT: Bir protokolün nasıl tasarlanacağına ilişkin adımlar bu çalışmanın kapsamı dışındadır ve belirli bir sistemin kullanım kılavuzlarından erişilebilir.
    6. Ofset Kuvvetini 350 mN×m olarak ayarlayın (bu sistem tarafından kaydedilebilecek maksimum tork; bir sıçanın bu değeri aşması olası değildir 28,35,36,37,38), ardından protokolü yükleyin.
    7. Sistemdeki anahtarı Çalıştır'a itin. Ayak pedalının (Şekil 1'de etiketlenmiştir) yerine kilitlendiğinden emin olun.
  2. Fareyi hazırlamak
    1. Sıçanı, ilgili araştırma kurumunda39 standart çalışma prosedürlerini kullanarak izofluran yoluyla uyuşturun (örneğin, burada, Guelph Üniversitesi'nin kemirgen anestezi eğitiminden alınan kılavuzlar kullanılmış, izofluran %4'e ve oksijen akış hızı ilk indüksiyon için 2,5 L/dk'ya ayarlanmıştır ve izofluran% 1,5-2'ye ve oksijen akış hızı bakım için 1,5 L/dk'ya düşürülmüştür). Sıçanı ağzı/burnu ısıtılmış bir platform üzerinde bir ağız konisi içinde olacak şekilde konumlandırın (Şekil 1). Standart çalışma prosedürlerine39 atıfta bulunarak, tutarlı ve güvenli anestezi derinliği sağlamak için sıçanın solunumunu ve nabzını izleyin.
    2. Gözlerin kurumasını önlemek için gözlerin üzerine göz merhemi sürün.
    3. Elektrikli tıraş makinesi kullanarak sol bacağınızdaki tüyleri tamamen tıraş edin.
    4. Piyasada bulunan bir tüy dökücü kremi pamuklu çubuk (örn. Q-ucu) kullanarak tüm bacağa yayın. 3 dakika bekleyin, ardından kremi gerektiği kadar pamuklu çubukla kazıyın. Bacağınızı mümkün olduğunca çıplak tutmayı hedefleyin.
      NOT: Bu adım gereklidir çünkü saç, elektriksel stimülasyon sağlamaya çalışırken elektrotlar, iletken jel ve cilt arasındaki teması bozacaktır.
    5. Pamuk toplarını damıtılmış suyla ıslatarak ve bacağın üzerine silerek bacağınızı tamamen temizleyin.
    6. Bacağını bir kağıt havluyla kurulayın.
  3. Sıçanın konumlandırılması
    1. Ayağı yerine sabitlemek için ayağın ve ayak pedalının etrafına cerrahi bant sarın. Mümkün olduğunca sıkı olması gerekiyor. Özellikle topuğun ayak pedalının altındaki yuvaya sabitlendiğinden emin olun. Dizin uzatıldığından emin olmak için ayak pedalını gerektiği gibi yaklaştırmak veya uzaklaştırmak için ayar düğmesini 3 ( Şekil 1'de etiketlenmiştir) kullanın.
    2. NOT: Burada dizin gerçek tam ekstansiyonunu elde etmek zordur, bu nedenle diz tam olarak uzatılmamışsa endişelenmeyin.
    3. Alt bacağı yerine sabitlemek için orta proksimal tibiaya doğru iterek kelepçeyi kurun (görsel bir tasvir için Şekil 1'ebakın). Ayak pedalını cl ile aynı hizada olacak şekilde konumlandırmak için ayar düğmeleri 1 ve 2'yi ( Şekil 1'de etiketlenmiştir) kullanın.amp.
  4. Elektrot yerleştirme
    1. Cımbız kullanarak, iletken jeli her iki elektrotun yanı sıra sıçanın bacağının arka tarafına da yayın.
    2. Elektrotları Şekil 1'de gösterildiği gibi konumlandırın ve elektrotlar ile bacak arasında jel olduğundan emin olun. Distal elektrot gastrokneminin hemen distaline giderken, proksimal elektrot gastrokneminin proksimal ucuna, diz eklemiyle buluştuğu yere gider. Alt bacağın arka tarafındaki gastrokneminin 'çıkıntısını' palpe ederek bu yerleri bulun.
    3. Stimülasyonlar sırasında tutarlı temas sağlamak için elektrotları yerine kaldırmak için dişliyi ( Şekil 1'de etiketlenmiştir) çevirin. Çok fazla yukarı itmeyin, aksi takdirde ayak pedalına istenmeyen pasif tork uygular. Stimülasyon sırasında yerinde kalmasını sağlamak için elektrotları tutan aksta ( Şekil 1'de etiketlenmiştir) sadece hafif bir bükülme olması gerekir.
  5. Otomatik kaydetmeyi etkinleştirme
    1. DMCv5.5 yazılımına geri dönün. En üstte, Kurulum'u ve ardından Otomatik Kaydetme Klasörü'nü tıklayın.
    2. Veri dosyalarını kaydetmek için seçilen klasöre gidin ve ardından Geçerli Klasör'e tıklayın.
    3. Otomatik Kaydetme Tabanı kutusuna bir temel ad (örneğin, farenin kimlik kodu) yazın, ardından Otomatik Kaydetmeyi Etkinleştir'i tıklayın. Tüm veri dosyaları artık bu otomatik kaydetme temel adıyla seçilen klasöre kaydedilecektir. Çalıştırılan protokole bağlı olarak temel ada eklemeyi unutmayın (örneğin, 70° ayak bileği açısında 100 Hz'lik bir kasılma için "C1Black-70deg"; bir dosya adı olarak bu, seçilen Otomatik Kaydetme klasöründe "C1Black-70deg.ddf" olarak görünecektir).

4. 100 Hz stimülasyon için akım optimizasyonu

  1. 90°'de 100 Hz protokolü, adım 3.1.5'ten itibaren zaten yüklenmiştir. Stimülatörü 20 mA'ya ayarlayın. Bu çok düşük bir stimülasyon seviyesi olacak ve araştırmacıya, çok fazla kas yorgunluğuna neden olmadan elektrot/jel yerleşiminde herhangi bir ayarlama yapması gerekip gerekmediğini (örneğin, tork izi düzensiz görünüyorsa veya bacak kelepçeden kayarsa) bildirecektir 28,35,36,37,38.
  2. Protokolü çalıştırmak için Testi başlat'a tıklayın. Kasılan kaslar görünür olmalıdır. Protokol çalıştırıldıktan sonra, ne kadar tork üretildiğini kontrol etmek için Analiz'e tıklayın ve Taban çizgisi düzeltme kutusuna tıklandığından emin olun.
  3. 2 dakika dinlenmeye izin verdikten sonra 30 mA'ya yükseltin ve protokolü tekrar çalıştırın. Ne kadar tork üretildiğini kontrol etmek için Analiz'e tıklayın ve Taban çizgisi düzeltme kutusuna tıklandığından emin olun (bu kutu, aktif tork ölçümü elde etmek için pasif torkun toplam torktan çıkarılmasını sağlar).
    NOT: Bu Taban Çizgisi düzeltme aracını kullanmak yalnızca bu kurulumda 90°'lik bir ayak bileğinde çalışır. Diğer tüm açılarda, aktif torku hesaplamak için adım 5.1'de açıklanan yöntem kullanılmalıdır. Genç sağlıklı sıçanlarda burada 2 dakika dinlenme önerilirken, yaşlanma veya hastalık modellerinde bu dinlenme süresinin daha uzun (örneğin 3-5 dakika) olması gerekebilir.
  4. Yukarıdaki adımı 40 mA için tekrarlayın. Tork 30 mA'ya kıyasla azalmışsa, 30 mA en uygun uyarandır. 40 mA tork daha büyükse, 50 mA'ya yükseltin ve 2 dakika dinlendikten sonra tekrar uyarın. Tork düştüyse, 40 mA optimum uyaran akımıydı.
  5. Optimum uyaran bulunana kadar bu işlemi tekrarlayın (yani, stimülasyon akımını daha da artırdıktan sonra tork üretiminde artık bir artış görmemek). Genellikle optimum uyaran akımı 40 mA veya 50 mA'dır.

5. Tork-hız-güç ilişkisi için izotonik kasılmalar

  1. 70° ayak bileği açısında (yani, bu kaldıraç sisteminin gideceği en dorsifleksiyon açısı) 500 ms 100 Hz izometrik kasılmayı indükleyecek bir Protokol oluşturun (protokol dosyası Ek Dosya 2'de mevcuttur). Bu protokolü çalıştırın . Bu kasılma sırasında üretilen maksimum aktif torku (yani, toplam tork eksi stimülasyondan önceki temel pasif tork) kaydedin. İzotonik protokollerdeki yük kelepçelerini belirlemek için bu değeri kullanın.
  2. Protokol ekranında, ayak bileğini dorsifleksiyon pozisyonuna getirmek için bir protokol oluşturun, ardından nötr pozisyona dönmeden önce 500 ms boyunca uyarın (Şekil 2; .dpf protokol dosyası Ek Dosya 2'de verilmiştir).
  3. Adım 10'de kaydedilen 20°'de maksimum aktif torkun %30, %40, %50, %60, %70, %70, %80 ve %5.1'ine karşılık gelen izotonik yükleri hesaplayın. Temel pasif torku da yük kelepçesine geri eklediğinizden emin olun ( Şekil 2'deki örneğe bakın). Bu yük kelepçelerini aşağıda açıklanan adımları kullanarak rastgele bir sırayla çalıştırın.
  4. DMCv5.5 yazılımında, Ofset Kuvveti kutusuna (şu anda adım 3.1.6'dan itibaren 350 olarak ayarlanmıştır), çalıştırılacak ilk yük kelepçesine karşılık gelen hesaplanan tork değerini (yani yukarıdaki adım 5.3'te hesaplanan değerlerin) girin. Şimdi, adım 5.2'de oluşturulan izotonik protokolü yükleyin ve bu yeni Ofset Kuvveti uygulanacaktır. Bu submaksimal ofset kuvveti ayarlandığında, plantar fleksörler tarafından üretilen tork bu değere ulaştığında kısalma meydana gelecek ve bu değerde sabit kalacaktır (Şekil 2).
  5. Protokolü çalıştırmak için Testi Başlat'a tıklayın. İzotonik bir kasılma meydana gelecektir.
  6. Sekiz izotonik kasılmanın tümü (%10-80) gerçekleştirilene kadar her izotonik yük kelepçesi arasında 2 dakika dinlenme ile yukarıdaki iki adımı tekrarlayın.

6. Tork-hız-güç ilişkisi için izokinetik kasılmalar

  1. Ofset Kuvveti'ni 350 mN×m olarak ayarlayın, eğer zaten orada değilse.
  2. 50, 100, 200, 300, 400, 600, 800 ve 1000°/s kısaltma hızlarına karşılık gelen sekiz izokinetik kısaltma protokolü oluşturun (protokol dosyaları Ek Dosya 2'de mevcuttur). Bu protokollerde, önce ayak bileğini pasif olarak 70°'ye (yani bu sistemde mevcut olan en dorsifleks açıya) hareket ettirin, ardından kısalmanın başlangıcında 100 Hz stimülasyonu ayarlayın ve ayak bileği 120°'ye (yani bu sistemde mevcut olan en plantarfleks açı) hareket ettikçe devam edin (Şekil 3). Stimülasyon sona erdikten sonra, ayak bileğini sistemin varsayılan nötr açısı olan 90°'ye dönecek şekilde ayarlayın.
  3. Bu izokinetik testlerin her birini, her test arasında 2 dakika dinlenerek rastgele bir sırayla çalıştırın.

7. İzotonik ve izokinetik test dosyalarının analizi

  1. İzotonik test analizi
    1. İzotonik testler sabit bir yük kullandığından, kısaltma sırasında açısal hızı kaydedin. Bu testlerden açısal hızı analiz etmek için veri dosyasını açın. İzotonik kısalmanın ne zaman gerçekleştiğini temsil eden konum izlemesinin bir kısmını yakınlaştırın . Kas Analizi'ni tıklatın.
    2. Kısaltma sırasında ortalama eğimi hesaplamak için Konum sütununa bakın ve hesaplamayı yapın: Ortalama açısal hız = (Minimum konum - maksimum konum)/Toplam süre. "Minimum konum"un, başlangıç eklem konumu olan en dorsifleksiyon açısını temsil ettiğine dikkat edin.
  2. İzokinetik test analizi
    1. İzokinetik testler sabit bir hız kullandığından, kısaltma sırasında üretilen torku kaydedin.
      NOT: Bu çalışma, bu protokollerden tork kaydetmenin iki farklı yöntemini göstermektedir: kısaltma sırasında ortalama tork ve kısaltma sırasında tepe torku. Her birinin avantajları ve dezavantajları Temsili Sonuçlarda sunulmaktadır.
    2. Veri dosyasını açın. Ortalama torku kaydetmek için, kısaltma aşaması sırasında tork izini yakınlaştırın . Kas Analizi penceresini açmak için tıklayın. Tork sütununda verilen değerlerden ortalama torku şu şekilde kaydedin: Ortalama tork = Entegrasyon/Toplam süre.
    3. Aynı Kas Analizi penceresinden, maksimum tork kutusunda belirtilen değer olarak tepe torkunu kaydedin.

8. Tork ve açısal hız verilerinin eğriye uydurulması

  1. Bir elektronik tabloda, her sıçan için izotonik veriler ve izokinetik veriler için ayrı bir sayfa oluşturun. Her sayfada verileri iki sütun halinde düzenleyin: kuvvet ve hız. Bu verilere 70°/s hıza karşılık gelen 0°'deki maksimum torku ekleyin. Her sayfayı sırasıyla izotonik veya izokinetik verilere karşılık gelen [Sıçan adı] ve ardından [ISOT] veya [ISOK] olarak etiketleyin (örneğin, "C1BLACK ISOT" veya "C1BLACK AVG ISOK", burada C1BLACK sıçanın adıdır; daha fazla örnek için Şekil 4'e bakın).
    NOT: Bu adlandırma kuralları, bir sonraki adımda kullanılan Python kodu için gereklidir. Bu özel adlandırma kuralları yalnızca bu elektronik tablo dosyasında gereklidir.
  2. Ek Dosya 3'te sağlanan kodla ilgili ek yönergeleri kullanarak özel Python Kodunu çalıştırmak için Ek Dosya 3'teki bağlantıyı izleyin. Kod çalıştırıldıktan sonra, araştırmacıdan adım 8.1'de yapılan her bir sıçanın izotonik ve izokinetik verileri için ayrı sayfaları içeren elektronik tabloyu seçmesini isteyen bir pencere açılacaktır. Adım 8.1 ve Şekil 4'teki açıklamaya göre doğru şekilde düzenlenirse, bu kod her veri kümesi için uygun bir tork-hız-güç eğrisini gösteren bir pencere görüntüleyecektir (Şekil 4'teki örnekler). Bu kodda, tüm veriler aşağıdaki denklem1'e uyarlanmıştır:
    figure-protocol-1
    Fmax , 100°'de maksimum 70 Hz izometrik torktur, F ve V sırasıyla izotonik yük kelepçesinin torkunu ve açısal hızı temsil eder ve a ve b , sırasıyla tork (N•m) ve hız (°/s) birimleriyle Hill'in termodinamik sabitlerini temsil eder.
    NOT: Kod, her bir kuvvet ve hız verisi kümesini seçtikten sonra, takılan her eğri için aşağıdaki verileri içeren yeni bir Excel dosyası üretecektir: maksimum kısalma hızı (Vmaks), Fmaks, a ve b katsayıları, tork-hız eğrisinin eğriliği (a / Fmaks), tepe gücü, tepe gücüne karşılık gelen tork değeri, tepe gücüne karşılık gelen açısal hız değeri ve toplanan verilerin denkleme ne kadar iyi uyduğunu temsil edenR2 değeri (Şekil 4).

9. İzotonik ve izokinetik tork-hız-güç profillerinin karşılaştırılması

  1. Test sırası ile ilgili önyargı riskini ortadan kaldırmak için, 1) önce izotonik testleri çalıştırmak ve önce izokinetik testleri çalıştırmak arasında geçiş yapın; ve 2) her bir izotonik (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 ve %80 maksimum torklu yük kelepçeleri) ve izokinetik (50, 100, 200, 300, 400, 600, 800 ve 1000°/s açısal hızlar) kasılmalar. İn-vivo sıçan plantar fleksörleri23 üzerinde yapılan önceki çalışmalara uygun olarak izokinetik açısal hız aralığını seçin.
  2. Aşağıdaki değişkenler için burada kullanılan üç yöntemden (izotonik, kısaltma sırasında ortalama tork ile izokinetik ve kısaltma sırasında tepe tork ile izokinetik) üretilen tork-hız-güç eğrileri arasındaki benzerlikleri ve farklılıkları değerlendirmek için iki yönlü tekrarlanan ölçümler ANOVA kullanın: Vmaks, a ve b katsayıları, eğrilik, tepe gücü, tepe gücünde tork, tepe gücünde açısal hız, ve R2. Tüm ikili karşılaştırmalara bir Bonferroni düzeltmesi uygulayın. Alfa düzeyini α = 0,05 olarak ayarlayın.

Sonuçlar

Şekil 5A, ham veri noktalarından üretilen tork-hız ilişkilerini gösterir ve Şekil 5B, Hill'in denklem1'ine uyan bu verileri tork-güç eğrileriyle birlikte çizmek için ortalama Fmax ve a ve b katsayılarını kullanır. Tüm yöntemler (izotonik, ortalama tork kullanan izokinetik, tepe torku kullanan izokinetik), açısal kısalma hızının artan torkla hiperbolik olarak azalması ve bunun tersi ve hem tork hem de hızın maksimum altı seviyelerinde üretilen tepe gücü ile tork-hız ilişkisinin beklenen şeklini gösterir.

Şekil 6, tork ve açısal hız verilerinin eğri uydurmasından elde edilen verileri göstermektedir. İzotonik testlerden elde edilen eğri, her iki izokinetik eğriden daha büyük bir Vmax'ı öngörür (P = 0.002 her ikisine kıyasla; Şekil 6A). İzotonik eğri ayrıca ortalama tork kullanılarak izokinetik eğriden daha büyük bir tepe gücü verdi (P = 0.006), ancak bu tutarsızlık bunun yerine izokinetik testlerden elde edilen tepe torku kullanılarak aşıldı ve izotonik eğriden farklı olmayan bir tepe gücü elde edildi (P = 1.00) (Şekil 6B). İzokinetik eğride tepe torku kullanılarak tepe gücündeki bu artış, aynı Vmax'ı (P = 1.00) korumasına rağmen, ortalama tork (P < 0.001) (Şekil 6G) (Şekil 6A) kullanımına kıyasla tork-hız eğrisinin eğriliğini azaltarak matematiksel olarak gerçekleştirildi. İzokinetik testlerden elde edilen tepe torkunun kullanılmasından kaynaklanan eğrilikteki bu azalma, izotonik eğriye kıyasla tepe güçte torkun fazla tahmin edilmesine neden oldu (P < 0.001), oysa ortalama tork kullanan izokinetik eğri, izotonik eğriden tepe güçte torkla daha iyi eşleşti (P = 1.00) (Şekil 6C). Bununla birlikte, ortalama torku kullanan izokinetik eğri, izotonik eğriye kıyasla tepe güçte hızı hafife aldı (P < 0.001) (Şekil 6D). İzokinetik eğri için tepe torkunun kullanılması, tepe gücündeki hızı izotonik eğrininkine yaklaştırdı, ancak yine de hafif bir eksik tahminle (P = 0.043) (Şekil 6D). Son olarak, tüm veri kümeleri Hill denklemine (tümü R2 > 0.98) güçlü bir şekilde uçarken, izotonik eğri diğer ikisinden biraz daha zayıf bir uyumdu (P = 0.015-0.029). Toplu olarak, bu bulgular, gerçek dünyadaki hareketlere daha iyi benzeyen sabit yük dinamik kasılmalarının, tork-hız-güç ilişkisini değerlendirmede daha yaygın olarak kullanılan sabit hızlı dinamik kasılmalara kıyasla nasıl farklı sonuçlar verdiğini göstermektedir.

Tüm bireysel veriler şu adreste kamuya açıktır: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.29099018.v2

figure-results-1
Şekil 1: Plantar fleksör mekanik fonksiyonunun in vivo testi için sıçanın nasıl kurulduğunun tasviri. Sıçan, izofluran anestezik altında ısıtılmış bir platform üzerine yerleştirilir. Ayak, topuk sabitlenerek ayak pedalına sıkıca bantlanır ve alt bacağı yerine sabitlemek için kaval kemiğine bir kelepçe itilir. Ayar düğmeleri 1, 2 ve 3, bacağın diz uzatılmış pozisyonda en uygun şekilde konumlandırılmasına ve ayak pedalının ekseni ile anatomik hizalanmasına yardımcı olur. İletken jel, plantar fleksör kas grubunun proksimal ve distal bölgelerine yayılır. Elektrot tutucu, transkutanöz stimülasyon için elektrotları yerinde sabitler. Özel elektrot tutma cihazındaki dişli, elektrotları plantar fleksör kasların üzerindeki cilde doğru itti. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-2
Şekil 2: 70° ayak bileği açısında 100 Hz izometrik stimülasyon için örnek ham tork, konum ve stimülasyon izleri, daha sonra tepe torkunun %10 ila %80'ine ayarlanmış yüklerle izotonik kasılmalarda tepe torku belirlemek için kullanıldı. %30 izotonik kasılma için izotonik yükün hesaplanması ve ayarlanmasına ilişkin bir örnek dahildir. Yük kelepçesini ("Ofset Kuvveti") ayarlarken, hesaplanan yükün en yüksek 100 Hz aktif torkun (yani, toplam tork eksi temel pasif tork) bir yüzdesini temsil ettiğini, ancak sistem toplam tork ile aktif tork arasında ayrım yapamadığı için temel pasif torkun tekrar eklendiğini unutmayın. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-3
Şekil 3: Kısaltma sırasında tepe ve ortalama torkun ölçüldüğü izokinetik kasılmaların örnek ham tork ve konum izleri. Sunulan testler 50, 100, 200, 300, 400, 600, 800 ve 1000°/s hızlarındadır (konum izleme panellerinde belirtilmiştir). "Stimülasyon" okumasındaki kesikli dikey çizgiler, elektriksel stimülasyonun başlangıcını ve bitişini gösterir (veri okumalarının bu fotoğraflarında gerçek stimülasyon görünmez). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-4
Şekil 4: Tork (burada "kuvvet" olarak etiketlenmiştir) ve hız verilerinin eğriye uyması için gerekli adımların tasviri. Her bir tork ve hız verisi setini [Sıçan adı] [ISOK veya ISOT] (ISOT = izotonik, ISOK = izokinetik) olarak etiketlenmiş kendi sayfasında düzenledikten sonra, kod çalıştırılır. Bir Excel dosyasının seçilmesini isteyen bir pencere açılacaktır. Tüm etiketli sayfaları içeren dosyayı seçtikten sonra, her eğri teker teker görünecek ve girilen verilerde herhangi bir hata olmadığından emin olmak için görsel olarak incelenmelerine olanak tanıyacaktır. Her eğri, maksimum kısalma hızını (Vmaks), ölçülen verilerden girilecek maksimum tork değerini (Fmaks), eğrinin a ve b katsayılarını, tork-hız eğrisinin eğriliğini (a / Fmaks), tepe gücünü, tepe gücüne karşılık gelen tork değerini ("Opt Force"), tepe gücüne karşılık gelen açısal hız değerini ("Opt Vel"), ve toplanan verilerin denkleme ne kadar iyi uyduğunu temsil eden R2 değeri. Her eğriye tıkladıktan sonra, az önce tıklanan her eğri için eğri uydurmadan üretilen tüm verileri içeren bir Excel dosyası otomatik olarak oluşturulacaktır. Kapatmadan önce bu dosyayı kaydetmeyi unutmayın. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-5
Şekil 5: Tork-açısal-hız-güç eğrileri. (A) İzotonik testler (yeşil), kısaltma sırasında ortalama tork kullanan izokinetik testler (mavi) ve kısaltma sırasında tepe torku kullanan izokinetik testler (turuncu) için ham verilerden oluşturulan tork-açısal hız eğrileri. (B) Bu verilerin Hill'in denklem1'ine uydurulmasıyla oluşturulan ortalama eğriler ve tork ve açısal hızın çarpılmasıyla oluşturulan tork-güç eğrileri. Panel A'daki veriler ortalama ± standart sapma olarak sunulmuştur. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-6
Şekil 6: Tork ve açısal hız verilerinin eğri uydurmasından elde edilen veriler. (A) Vmaks, (B) tepe gücü, (C) tepe gücünde tork, (D) tepe gücünde hız, (E) a katsayısı, (F) b katsayısı, (G) eğrilik ve (H) R2 izotonik testlerden (ISOT), ortalama tork (ISOK AVG) kullanan izokinetik testler ve tepe tork (ISOK PEAK) kullanan izokinetik testlerden oluşturulan eğriler arasında. *Anlamlı fark (P < 0.05). Veriler ortalama ± standart sapma olarak sunulmuştur. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Dosya 1: Elektrot tutucu yapım talimatları ve 3D baskı dosyaları (https://doi.org/10.6084/m9.figshare.28574951.v1)

Ek Dosya 2: Aurora Scientific'in 3'ü 1 arada sistemi için .dpf protokol dosyaları (https://doi.org/10.6084/m9.figshare.29099018.v2)

Ek Dosya 3: Eğri uydurma tork-açısal hız verileri için Python kodu (https://github.com/ahinks192/Torque-Velocity-Curve)

Tartışma

Bu çalışma, transkutanöz elektriksel stimülasyon kullanılarak sıçan plantar fleksör mekanik fonksiyonunun in vivo testi için yeni bir kurulum sergilemektedir. Spesifik olarak, bu çalışma, izokinetik kasılmalardan ziyade laboratuvar dışında meydana gelen sabit yük, hıza bağlı hareket koşullarıyla daha iyi uyum sağlayan izotonik kasılmalar kullanılarak tork-açısal hız-güç ilişkisinin nasıl değerlendirileceğini göstermektedir. Bununla birlikte, izokinetik tork-açısal hız-güç ilişkisinden elde edilen ölçümlerin, izotonik kasılmalardan elde edilen sonuçları taklit etmek için nasıl optimize edilebileceği de sunulmaktadır. Bu deney düzeneğinin tekrarlanabilir doğası nedeniyle, eklem düzeyinde dinamik performansın bu değerlendirmeleri, kemirgen modellerinde yaş, hastalık, immobilizasyon ve çeşitli egzersiz müdahalelerinin kas kasılma fonksiyonunu nasıl etkilediğine dair anlayışları büyük ölçüde geliştirme potansiyeline sahiptir. Gerçekten de, bu kurulum daha önce genç ve yaşlı sıçanlar arasında ve döküm ve eğitim müdahalelerinden önce ve sonra plantar fleksör mekanik fonksiyonunu karşılaştırmak için kullanılmıştır 35,36,37,38,28.

İzotonik protokolleri izokinetik protokollere göre kullanmanın önemli bir avantajı, izotonik protokollerin belirli bir sıçan için daha bireyselleştirilebilmesidir. İzotonik protokoller, maksimum tork üretim kapasitesinin belirlenmesiyle başlar, ardından yük kelepçeleri bu spesifik değere normalleştirilir (yani, izotonik eğri, Şekil 5A'da hem tork hem de hız eksenlerinde varyasyona sahiptir). İzokinetik protokollerle, Vmax önceden belirlenemez, bu nedenle, maksimum altı açısal hızların aralığını maksimum hız değerine normalleştirmek ve bunun yerine standartlaştırılmış bir açısal hız aralığı kullanmak mümkün değildir (yani, izokinetik eğri yalnızca tork ekseninde varyasyona sahiptir). Bu standartlaştırılmış aralık, doğası gereği daha yavaş bir hız üretim kapasitesine sahip olan (örneğin,16,40 yaşlı) sıçanlar için bir sorun haline gelebilir, çünkü testler tork-açısal hız eğrilerinin yalnızca daha küçük bir aralığını yakalayacaktır ve standartlaştırılmış hızların bir kısmı potansiyel olarak Vmax'a yakın veya ötesine düşer. Bu nedenle izotonik kasılmalar, herhangi bir sağlık durumu için herhangi bir zamanda tork-açısal hız eğrisinin ve dolayısıyla güç üretiminin tam bir temsilini yakalamada daha iyi güven sağlar. Başka bir deyişle, yakın zamanda Thompson18 tarafından belirtildiği gibi, izokinetik testler tepe tork ve güç ölçümleri arasında hiçbir ayrım sağlamaz çünkü hızlar tüm katılımcılar arasında sınırlandırılırken, izotonik testler, yükleri belirli bir katılımcının maksimum tork kapasitesine göre bireyselleştirerek tork ve güç ölçümlerini ayırır ve tork ile hız arasındaki dengeyi daha iyi yakalar.

İzotonik kasılmaların daha iyi bireyselleştirilmesi yeteneği, izotonik kasılmalardan oluşturulan tork-hız-güç ilişkisinin neden izokinetik yöntemlerin herhangi birinden daha yüksek bir Vmax verdiğini açıklayabilir (Şekil 6A). Bu nedenle, bir çalışmanın birincil amacı Vmax'taki değişiklikleri değerlendirmekse (örneğin, bir eğitim müdahalesinden önce ve sonra karşılaştırıldığında), izokinetik kasılmalar bu değeri hafife alabileceğinden izotonik kasılmalar kullanılmalıdır. Bununla birlikte, bir çalışma bunun yerine tepe gücündeki değişiklikleri aydınlatmakla ilgileniyorsa, izokinetik kasılmalardan elde edilen güç değerleri, izokinetik kısalma sırasında tepe torku (ortalama torkun aksine) kaydederek izotonik kasılmalara benzer olabilir (Şekil 6B).

Pik güçte tork ve pik güçte hızın ölçülmesi, dinamik performans için tork üretimine mi yoksa hıza mı daha fazla güvenildiğini değerlendirmek için de değerli olabilir. Örneğin, bir hastalık tepe gücünde bir değişiklik göstermiyorsa, ancak tepe güçte torkta bir artış ve tepe güçte hızda bir azalma gösteriyorsa, bu hastalık hızı orantısız bir şekilde etkiler ve tork üretimi, güç çıkışını korumak için telafi eder. İzotonik kasılmalardan elde edilen değerlere benzer izokinetik kasılmalardan tepe güçte tork ve tepe güçte hız değerleri elde edilmeye çalışılıyorsa, bu çalışmada gösterilen her iki izokinetik yöntem de kullanılmalıdır. Tepe güçte tork için, izokinetik kasılmalardan ortalama torkun kaydedilmesi, izotonik tork-hız ilişkisinden elde edilenle yakından eşleşir (Şekil 6C). Tersine, tepe gücündeki hız için, izokinetik kasılmalardan tepe torkunun kaydedilmesi, izotonik tork-hız ilişkisinden elde edilenle daha yakından eşleşir, ancak yine de %15'lik bir eksik tahminle (Şekil 6D). Yakın tarihli bir yorum18 , bir kasın fonksiyonel yeteneklerini kapsamlı bir şekilde tanımlamayı amaçlıyorsa, hem izotonik hem de izokinetik testlerin kaydedilmesinin istenebileceğini, tepe gücünü değerlendirmek için önerilen izotonik testler ve kas kısalması sırasında tepe tork üretimini değerlendirmek için gerekli izokinetik testlerin istenebileceğini belirtti.

Bu çalışmada sergilenen deney düzeneği, kemirgenlerde in vivo mekanik performansı değerlendirmeye yönelik geleneksel yöntemlere (örneğin, kalıcı elektrotlar, periferik sinir manşetleri) kıyasla laboratuvar iş akışını iyileştirme avantajlarına da sahiptir. Özel elektrot tutucu, elektrotların yüksekliğinin hızlı bir şekilde ayarlanmasına ve elektrotlar arasındaki mesafenin ayarlanmasına izin verir (kırmızı elektrot tutucu parçasındaki delikler aracılığıyla; Şekil 1) herhangi bir sıçanın bacak uzunluğuna uyacak şekilde. Bu özellikler ayrıca, özellikle boylamsal eğitim çalışmaları için yararlı olan, ayrı test oturumları arasında aynı sıçan üzerindeki elektrot yerleşimini/konumunu eşleştirmeyi kolaylaştırır. Gerçekten de, bu kurulumda tipik bir direnç antrenmanı seansı (4 set 8-10 tekrar), sıçan başına ~15 dakika veya sürekli test 35,36,37 ile ~2,5 saatte 10 sıçan oranında tamamlanmıştır. Ek olarak, burada odak noktası olmasa da, mevcut araştırma grubu, fare plantar fleksörünün in vivo mekanik fonksiyonunun yanı sıra test edilmesi için daha küçük bir elektrot tutucu parça geliştirmiştir41.

Bu kurulumun metodolojik avantajlarına rağmen dikkat edilmesi gereken bazı sınırlamalar vardır. Burada 70° ila 110°'lik bir ayak bileği hareket aralığı kullandık çünkü bu, kullandığımız kuvvet dönüştürücü sisteminin sınırıdır ve önceki deneylerimiz 35,36,37,38,28'de belirtildiği gibi tork üretimini optimize etmek için daha uzatılmış bir bacak pozisyonu kullandık - ancak bu kurulum, bu pozisyonların değiştirilmesine izin verir (örneğin, bükülmüş diz pozisyonu, farklı ayak bileği hareket aralığı, farklı aktivasyon ayarları) belirli bir araştırmacının deneysel ihtiyaçlarına uyacak şekilde. Ayrıca, bu kurulumun, hareket sırasında in vivo kas fonksiyonunun dinamik, değişken uzunluklu davranış özelliğini tam olarak yakalamadığına da dikkat edilmelidir, çünkü ne yazık ki bu kontrollü tek eklemli deneylere uygulanamayan eklem açıları arasındaki geçişler sırasında yüklemede değişiklikler meydana gelebilir. Son olarak, mevcut protokol, hiperbolik şekilli bir eğri varsayan tork ve açısal hız verilerine uyması için Hill denklemini kullandı. Bu eğri şekli, tepe gücünü (maksimum altı kuvvet ve hız seviyelerinde meydana gelen) belirlemek için güvenilir olsa da, kuvvet-hız ilişkisinin 2,42 sıklıkla gözlemlenen çift-hiperbolik şekli nedeniyle Vmax'ı olduğundan fazla tahmin edebilir. Bu nedenle, bir araştırmacının amacı öncelikle burada sunulan deney düzeneğini kullanarak Vmax'ı değerlendirmekse, bu verilerin daha karmaşık bir çift hiperbolik eğriye deuyması önerilebilir 2,42.

Burada sunulan izotonik ve izokinetik tork-açısal hız-güç ilişkilerinin tümü güçlü (R2 > 0.98) Hill denklemine uyuyor (Şekil 6H). Bununla birlikte, izokinetik tork-açısal hız-güç ilişkileri için yukarıda belirtilen sınırlamalar göz önüne alındığında, özellikle tepe gücünü değerlendirmeyi hedefliyorsa, mümkün olduğunda izotonik testlerin kullanılması önerilir. Bunun yerine izokinetik testlerin kullanılması gerekiyorsa, bu makalenin bulguları, sınırlamaları anlamak ve sabit yük kasılmalarına çevrilebilirliği en üst düzeye çıkarmak için bir kılavuz olarak kullanılabilir.

Açıklamalar

Christopher Rand ve Matthew Borkowski, Aurora Scientific, Inc.'de çalışıyor.

Teşekkürler

Farelerimizin bakımındaki yardımları için İnsan Sağlığı ve Beslenme Bilimleri Hayvan Bakım Personeline teşekkür ederiz. Bu proje, Kanada Doğa Bilimleri ve Mühendislik Araştırma Konseyi (NSERC), RGPIN-2024-03782 hibe numarası ve Aurora Scientific inc. ile NSERC Alliance hibesi (ALLRP 603969-25) tarafından desteklenmiştir.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
1-1/2" çelik galvanizli pürüzsüz bitiş çivileri Hillman Group Canada ULC, Pickering, Ontario, Kanadahttps://shop.hillmangroup.ca/ccrz__ProductDetails?sku=461146&cclcl=en_USÖzel yapımı elektrot tutucu için (Ek Şekil 1'de verilen yapı talimatları)
Fareler için CihazAurora Scientific Inc. (Aurora, Ontario, Kanada)806D 
Tinkercad (açık kaynak yazılım) ve 3D baskıda tasarlanmış özel elektrot tutucu ekiAutodesk Tinkercad www.tinkercad.comÖzel yapımı elektrot tutucu için (Ek Şekil 1'de verilen yapı talimatları)
Yüksek güçlü, çift fazlı uyarıcıAurora Scientific Inc. (Aurora, Ontario, Kanada)701C
LEGO parçalarıBrickLink.comTüm LEGO ve reg için BrickLink.com kodları için Ek Şekil S1'e bakınız; ParçalarÖzel yapımı elektrot tutucu için (Ek Şekil 1'de verilen yapı talimatları)
Spectra 360 Elektrot JeliSpektrumlarhttps://www.orthocanada.com/en/spectra-electrode-gel?utm_term=&utm_campaign=Canada+EN+-+Search+-+OrthoCanada&utm_source=adwords&utm_medium=ppc&hsa_acc=1971735470&hsa_cam=136169080&hsa_grp=139530010212&hsa_ad=586754644289&hsa_src=g&hsa_tgt=dsa-19959388920&hsa_kw=&hsa_mt=&hsa_net=adwords&hsa_ver=3&gad_source=1&gad_campaignid=136169080&gbraid=0AAAAAD1V26BmzV4eR9tkH_8Truu4W7uu6&gclid=Cj0KCQjwnJfEBhCzARIsAIMtfKLpFSpoPZdXDBtyR8sRgHYCfYuELZFPs4g8U6r8t4_chBuz5KF0pBIaAoQ3EALw_wcB
Systane Gece Kayganlaştırıcı Göz MerhemiSystanehttps://www.amazon.ca/dp/B004RSQGWC?ref=nb_sb_ss_w_as-reorder_k0_1_12&=&crid=38CVEZ82H7F4&=&sprefix=eye+ointment
On dişi Sprague-Dawley sıçanıCharles River Laboratuvarları (Senneville, QC, Kanada)Gerilme kodu: 001
Transpore Cerrahi Bant3M (Milton, Ontario, Kanada)1527
Veet Pure Tüy Temizleme KremiVeethttps://www.walmart.ca/en/ip/Veet-Pure-Hair-Removal-Cream-Legs-Body-Sensitive-Skin-400-mL/10032637
Su Isıtıcısı/SirkülatörAurora Scientific Inc. (Aurora, Ontario, Kanada)827A 

Kaynaklar

  1. Hill, A. V., Sec, R. S. The heat of shortening and the dynamic constants of muscle. Proc R Soc Lond B Biol Sci. 126 (843), 136-195 (1938).
  2. Alcazar, J., Csapo, R., Ara, I., Alegre, L. M. On the shape of the force-velocity relationship in skeletal muscles: the linear, the hyperbolic, and the double-hyperbolic. Front Physiol. 10, 769(2019).
  3. Araújo, C. G. S., et al. Muscle power versus strength as a predictor of mortality in middle-aged and older men and women. Mayo Clin Proc. 100 (8), 1319-1331 (2025).
  4. Farris, D. J., Sawicki, G. S. Human medial gastrocnemius force-velocity behavior shifts with locomotion speed and gait. Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (3), 977-982 (2012).
  5. Clemente, C. J., Richards, C. Muscle function and hydrodynamics limit power and speed in swimming frogs. Nat Commun. 4, 2737(2013).
  6. Yeo, S. H., Monroy, J. A., Lappin, A. K., Nishikawa, K. C., Pai, D. K. Phenomenological models of the dynamics of muscle during isotonic shortening. J Biomech. 46 (14), 2419-2425 (2013).
  7. Lappin, A. K., Monroy, J. A., Pilarski, J. Q., Zepnewski, E. D., Pierotti, D. J., Nishikawa, K. C. Storage and recovery of elastic potential energy powers ballistic prey capture in toads. J Exp Biol. 209 (13), 2535-2553 (2006).
  8. Charles, J. P., Kissane, R. W. P., Askew, G. N. The impacts of muscle-specific force-velocity properties on predictions of mouse muscle function during locomotion. Front Bioeng Biotechnol. 12, 1436004(2024).
  9. Jinha, A., Herzog, W. Muscle power: a simple concept causing much confusion. J Sport Health Sci. 14, 101005(2025).
  10. Andersen, L. L., et al. Changes in the human muscle force-velocity relationship in response to resistance training and subsequent detraining. J Appl Physiol. 99 (1), 87-94 (2005).
  11. Hinks, A., et al. Power loss is attenuated following a second bout of high intensity eccentric contractions due to the repeated bout effect’s protection of rate of torque and velocity development. Appl Physiol Nutr Metab. 46 (5), 461-472 (2020).
  12. Dalton, B. H., Power, G. A., Paturel, J. R., Rice, C. L. Older men are more fatigable than young when matched for maximal power and knee extension angular velocity is unconstrained. Age. 37 (3), 49(2015).
  13. Power, G. A., Dalton, B. H., Rice, C. L., Vandervoort, A. A. Delayed recovery of velocity-dependent power loss following eccentric actions of the ankle dorsiflexors. J Appl Physiol. 109 (3), 669-676 (2010).
  14. Dalton, B. H., Allen, M. D., Power, G. A., Vandervoort, A. A., Rice, C. L. The effect of knee joint angle on plantar flexor power in young and old men. Exp Gerontol. 52, 70-76 (2014).
  15. Power, G. A., Dalton, B. H., Rice, C. L., Vandervoort, A. A. Peak power is reduced following lengthening contractions despite a maintenance of shortening velocity. Appl Physiol Nutr Metab. 38 (12), 1196-1205 (2013).
  16. McNeil, C. J., Rice, C. L. Fatigability is increased with age during velocity-dependent contractions of the dorsiflexors. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 62 (6), 624-629 (2007).
  17. Knight, K. L., Ingersoll, C. D., Bartholomew, J. Isotonic contractions might be more effective than isokinetic contractions in developing muscle strength. J Sport Rehabil. 10 (2), 124-131 (2001).
  18. Thompson, B. J. It’s time to re-evaluate the reporting of common measures from isokinetic dynamometers: isokinetic for torque, isotonic for power. Front Sports Act Living. 7, 1472712(2025).
  19. Leeuwenburgh, C., Gurley, C. M., Strotman, B. A., Dupont-Versteegden, E. E. Age-related differences in apoptosis with disuse atrophy in soleus muscle. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 288 (5), R1288-R1296 (2005).
  20. Padilla, C. J., et al. Profiling age-related muscle weakness and wasting: neuromuscular junction transmission as a driver of age-related physical decline. Geroscience. 43 (3), 1265-1281 (2021).
  21. Fuqua, J. D., et al. Impaired proteostatic mechanisms other than decreased protein synthesis limit old skeletal muscle recovery after disuse atrophy. J Cachexia Sarcopenia Muscle. 14 (5), 2076-2089 (2023).
  22. Ochi, E., Nakazato, K., Ishii, N. Effects of eccentric exercise on joint stiffness and muscle connectin (titin) isoform in the rat hindlimb. J Physiol Sci. 57 (1), 1-6 (2007).
  23. Warren, G. L., Stallone, J. L., Allen, M. R., Bloomfield, S. A. Functional recovery of the plantarflexor muscle group after hindlimb unloading in the rat. Eur J Appl Physiol. 93 (1-2), 130-138 (2004).
  24. Herzog, W., Leonard, T. R. Force enhancement following stretching of skeletal muscle: a new mechanism. J Exp Biol. 205 (Pt 9), 1275-1283 (2002).
  25. Lewis, M. T., Kasper, J. D., Bazil, J. N., Frisbee, J. C., Wiseman, R. W. Skeletal muscle energetics are compromised only during high-intensity contractions in the Goto-Kakizaki rat model of type 2 diabetes. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 317 (2), R356-R368 (2019).
  26. Hill, C., James, R., Cox, V., Tallis, J. Does dietary-induced obesity in old age impair the contractile performance of isolated mouse soleus, extensor digitorum longus and diaphragm skeletal muscles. Nutrients. 11 (3), 505(2019).
  27. Yuan, L., et al. The atypical β-blocker S-oxprenolol reduces cachexia and improves survival in a rat cancer cachexia model. J Cachexia Sarcopenia Muscle. 14 (1), 653-660 (2023).
  28. Hinks, A., Power, G. A. Age-related differences in the loss and recovery of serial sarcomere number following disuse atrophy in rats. Skeletal Muscle. 14 (1), 18(2024).
  29. Hulst, J. B., Minamoto, V. B., Lim, M. B., Bremner, S. N., Ward, S. R., Lieber, R. L. Systematic test of neurotoxin dose and volume on muscle function in a rat model. Muscle Nerve. 49 (5), 709-715 (2014).
  30. Wang, X., et al. Human neural stem cells transplanted during the sequelae phase alleviate motor deficits in a rat model of cerebral palsy. Cytotherapy. 26 (12), 1491-1504 (2024).
  31. Baltgalvis, K. A., Call, J. A., Cochrane, G. D., Laker, R. C., Yan, Z., Lowe, D. A. Exercise training improves plantar flexor muscle function in mdx mice. Med Sci Sports Exerc. 44 (9), 1671-1679 (2012).
  32. Sam, M., Shah, S., Fridén, J., Milner, D. J., Capetanaki, Y., Lieber, R. L. Desmin knockout muscles generate lower stress and are less vulnerable to injury compared with wild-type muscles. Am J Physiol Cell Physiol. 279 (4), C1116-C1122 (2000).
  33. Mintz, E. L., Passipieri, J. A., Lovell, D. Y., Christ, G. J. Applications of in vivo functional testing of the rat tibialis anterior for evaluating tissue engineered skeletal muscle repair. J Vis Exp. (116), e54487(2016).
  34. Song, H., Nakazato, K., Nakajima, H. Effect of increased excursion of the ankle on the severity of acute eccentric contraction-induced strain injury in the gastrocnemius: an in vivo rat study. Am J Sports Med. 32 (5), 1263-1269 (2004).
  35. Hinks, A., Patterson, M. A., Njai, B. S., Power, G. A. Age-related blunting of serial sarcomerogenesis and mechanical adaptations following 4 weeks of maximal eccentric resistance training. J Appl Physiol. 136 (5), 1209-1225 (2024).
  36. Hinks, A. A., Vlemmix, E., Power, G. A. Submaximal eccentric resistance training increases serial sarcomere number and improves dynamic muscle performance in old rats. Physiol Rep. 12 (19), e70036(2024).
  37. Hinks, A., Vlemmix, E., Power, G. A. Submaximal eccentric training during immobilization does not prevent serial sarcomere loss or impairments in mechanical function in old or young rats. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 80 (7), glaf082(2025).
  38. Vlemmix, E., Hinks, A., Power, G. A. Serial sarcomerogenesis does not contribute to the initial repeated bout effect in skeletal muscle. J Biomech. 187, 112767(2025).
  39. Oh, S. S., Narver, H. L. Mouse and rat anesthesia and analgesia. Curr Protoc. 4 (2), e995(2024).
  40. Paris, M. T., McNeil, C. J., Power, G. A., Rice, C. L., Dalton, B. H. Age-related performance fatigability: a comprehensive review of dynamic tasks. J Appl Physiol. 133 (4), 850-866 (2022).
  41. Hinks, A., et al. Time course changes in in vivo muscle mechanical function and Ca2+ regulation of force following experimentally induced gradual ovarian failure in mice. Exp Physiol. 109 (5), 711-728 (2024).
  42. Edman, K. A. Double-hyperbolic force-velocity relation in frog muscle fibres. J Physiol. 404 (1), 301-321 (1988).

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

zotonik Kas lmalarzokinetik Kas lmalarIn Vivo Kas TestiTransk tan z Elektrik Stim lasyonuKas G c De erlendirmesiY k Sabitleme ProtokolHill DenklemiKas Kontraktil Fonksiyonu

İlgili makaleler