我们描述了一种方法来直接测量肌肉力量,肌肉力量,收缩动力学和离体骨骼肌疲劳性的<em在体外</em系统使用领域的刺激。有价值的信息,对Ca<sup> 2 +</sup>处理性和机械的肌肉收缩,可以使用不同的刺激协议获得。
这里所描述的方法来衡量的离体骨骼肌的收缩。参数,如肌肉力量,肌肉力量,收缩动力学,耐疲劳性,和恢复疲劳后,可以得到以评估具体方面的兴奋收缩偶联(ECC)的过程中,如兴奋性,收缩机械和Ca 2 +的处理能力。这种方法消除了神经和血液供应,并着重对离体骨骼肌本身。我们经常使用这种方法,虽然调制的Ca 2 +信号转导通路,从而改变骨骼肌的收缩特性,以确定遗传成分。在这里,我们描述了一种新发现的骨骼肌表型, 即 ,机械师交替,作为一个实施例的各种和丰富的方式获得的信息,可以使用在体外肌的收缩力测定。此法单细胞分析,遗传方法和生化组合斯特雷检测到ECC在骨骼肌的机制提供了重要的见解。
骨骼肌附加到骨头的骨架和中枢神经系统的控制下,产生收缩力。励磁收缩耦合(ECC)的是指转换的电刺激的机械响应的过程。 Ca 2 +信号是骨骼肌的收缩功能的一个必要组成部分。有效的Ca 2 +动员从肌质网(SR)是一个重要组成部分是用于ECC在肌肉细胞中1,2,和变化,细胞内Ca 2 +信号用在一个数量的肌肉疾病3-5相应的收缩功能障碍的基础。肌肉收缩的正确评估是必要的,免费的Ca 2 +影像和其他实验获得的见解骨骼肌功能,不只是在收缩,而且在动力学水平。力和速度也可以得到通知的重要属性肌肉力量的ECC过程中不同的生理和病理条件下的状态。
这肥沃的研究领域有非常丰富的历史超过两千年6和肌肉的收缩出现的许多理论。现代的肌肉可能在1674年至1682年开始研究用显微镜观察肌纤维的横条纹和肌原纤维中的列文虎克6。将近一个世纪之后,路易伽伐尼指出,青蛙肌肉收缩,大力的神经被触动时,用解剖刀在火花放电从一个遥远的电机7-9。收缩,也可以通过金属导体连接的腿部的肌肉的神经。复杂的电气信号转导机制的细 节所倡导的伽伐尼的最终制定的霍奇金,赫胥黎和Katz在其著名的公式10,11,成为电的基础。显着的观察结果凛蒙古包的影响外Ca 2 +的收缩的青蛙心脏和骨骼肌肉的12-15代表第一个重要步骤识别的Ca 2 +作为一个关键的调节肌肉的收缩16,17。从1980年到现在实现了一阵,发现在肌肉收缩领域,由于引进肌肉的收缩和疲劳的协议,在小鼠的骨骼肌18。琼斯和爱德华兹是第一个表明,低频率间歇性疲劳(有效减少运动引起的)19与变化的ECC机制,而不是收缩装置。的迟到1980年的和1990年代初,Kolkeck 等[20],Kolbeck提供和Nosek 21,和里德22使用膈肌从啮齿类动物模型,以研究茶碱,cortiosterone,和自由基的影响骨骼肌肉的收缩,而布鲁克斯和Faulkn呃就在快和慢肌的小鼠22的重复力和功率测量的测量报告。此外,Lannegren,Westerblad,羊肉,Westerblad的第一个直接链接与细胞内Ca 2 +调控的离体收缩,并开始质疑23日,24肌肉疲劳性酸中毒的作用。
我们的实验室有显着贡献自2000年初,对了解新基因的调节和调控作用在肌肉ECC重要的角色,在肌肉收缩,易疲劳,和老化,使用完整的小鼠肌肉收缩研究的结合,细胞内的Ca 2 +监控中完整肌肉和皮肤的纤维和分子遗传操作3-5,25-29。
在这里,我们详细介绍了实验协议,用于测量小鼠孤立的比目鱼肌和趾长伸肌收缩(EDL)的肌肉,这对应于一个多缓慢氧化(Ⅰ型和Ⅱa族的肌纤维)和大多快速glyocolytic肌(IIb型和IIx肌纤维)与不同的收缩性能。在这个协议中,完整的肌肉-肌腱配合物的分离和沐浴在ADI PowerLab系统Radnotti室系统,无论是纯的氧或氧的混合物(95%)和CO 2(5%)供给。从基层刺激所产生的电刺激收缩力和力传感器与ADI公司的PowerLab/400系统集成,允许自定义宏例程来控制数据的采集,收集,数字化和存储检测。这种设置可以测量肌肉力量,肌肉力量,以及力与频率的关系,肌肉疲劳,恢复肌肉疲劳,肌肉的收缩速度和整体动力学特性。此外,药物对肌肉收缩的影响,可以通过这些实验中监测。 </p>
这种方法的优点在于从骨骼肌肉去除神经和血管成分,可直接评估肌肉收缩的内在属性。此外, 体外收缩分析允许操纵周围的孤立的肌肉细胞外环境中,这使得能够使用,以定义其生理作用骨骼肌功能的药理操纵各种离子渗透通道和转运。
体外系统,使我们最近发现一个独特的alternan行为在某些突变的肌肉,这与改变细胞内Ca 2 +处理性能 。交替“被定义为波动突发事件的收缩力在下降阶段的疲劳的配置文件。在这些活动中收缩力暂时增加超过以前的水平力D姚小萍Yao Xiaoping疲劳的刺激,也许是因为无论较多的Ca 2 +的释放或收缩机械已成为更为敏感的Ca 2 + 30。环匹阿尼酸(CPA),肌浆内质网钙ATP酶(SERCA),咖啡因,激动剂的ryanodine通道(RyR的)的可逆阻断剂的治疗,和反复疲劳刺激都可以诱导机械交替4,表明交替有直接关系的EC耦合过程的调节。示范的方法,机械交替在设置在体外收缩,诱发并记录作为一个例子来展现多元化的实验参数,可以得到系统或类似的,根据个人的研究兴趣。
这种方法可能是肌肉生理学研究的兴趣。类似的设置也可用于从其他孤立的骨骼muscle-tendon/ligament的复合物解剖位置,以及用于单纤维和肌条。
测量的收缩力和疲劳骨骼肌功能的总体评价是非常重要的。此法的主要目的是确定在肌肉力量和疲劳性能,在某些病理条件下的变化,如肌肉减少症和肌肉疲劳,肌肉收缩力的药物/试剂测试效果。由于肌肉力量是密切相关的细胞内Ca 2 +释放,细胞外Ca 2 +进入和这两者之间的串扰,我们还可以收集信息,使用这种方法对Ca 2 +信号在骨骼肌中的地位。在这里,我们展示了一个…
The authors have nothing to disclose.
这项工作是由美国心脏协会SDG 10SDG2630086赵X,RO1-AR061385马静和GO资助RC2AR05896 Brotto M.
Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
2-APB | Tocris | 1224 | Blocker of a number of Ca2+ entry channels including SOC and TRP etc. |
SKF96365 | Sigma | SKF-96365 | Blocker of a number of Ca2+ entry channels including SOC and receptor-mediated Ca2+ entry etc. |
BTP-2 | Millipore | 203890-5MG | Relatively specific SOC blocker |
CPA | Sigma | C1530 | Reversible SERCA blocker |
caffeine | Sigma | C0750 | Fast action RyR agonist |
Radnoti Four Unit Tissue Organ Bath System | Radnoti | 159920 | |
Combination Tissue Support/Stimulating Electrode | Radnoti | 160151 | Vertical Zig Zag Type with tissue support |
Quad Bridge Amp | ADInstruments | FE224 | |
PowerLab/400 | ADInstruments | This product is no longer available. Choose other version of the data acquisition system. | |
Force Transducers (5 mg – 25 g) | ADInstruments | MLT0201/RAD | |
Chart v4.02 | ADInstruments | LabChart 7.3 is the latest version of Chart software. | |
S8800 Dual Pulse Digital Stimulator | GRASS TECHNOLOGIES | This product is no longer available. S88X Dual Output Square Pulse Stimulator is a newer stimulator. | |
RF Transformer Isolation Unit | GRASS TECHNOLOGIES | Model SIU5 | |