四肢肌肉收缩和被动的机械性能的变化是重要的肌肉疾病的生物标志物。这手稿描述生理检测,以测量这些特性在小鼠趾长伸肌和胫骨前的肌肉。
身体运动主要是由骨骼肌的机械功能。骨骼肌是由众多的护套肌肉结缔组织的肌纤维束。每个肌纤维包含许多的肌原纤维,沿其长度的肌纤维纵向运行。肌原纤维,是肌肉的收缩装置的,它们是由被称为肌节的反复收缩单位。一个肌节单元包含的Z盘和肌联蛋白的蛋白质的肌动蛋白和肌球蛋白丝间隔。骨骼肌的机械功能是由肌肉的收缩和被动特性定义。收缩性能进行了表征肌肉收缩,肌肉松弛产生的力量和时间的过程中产生的力的大小。影响肌肉收缩(如肌动蛋白和肌球蛋白丝,钙稳态的,ATP / ADP比值等之间的相互作用)的任何因素,影响收缩properties。被动的属性是指弹性和粘性性能(刚度和粘度)的肌肉在收缩的情况下。确定这些属性是由细胞外和细胞内的结构部件(如titin的)和结缔组织(主要由胶原)1-2。收缩和被动性的肌肉功能是不可分割的两个方面。例如,是通过屈肘的肌肉收缩的前室的上臂和在后室的上臂的肌肉被动伸展。为了真正地了解肌肉功能,收缩和被动性质进行研究。
肌肉的收缩和/或被动的力学性能,经常会损害在肌肉疾病。一个很好的例子是杜氏肌营养不良症(DMD),严重的肌肉萎缩疾病引起的抗肌萎缩蛋白的不足3。抗肌萎缩蛋白是一种细胞骨架蛋白A在稳定肌细胞膜(肌膜),肌肉收缩时的4。在的情况下,肌营养不良蛋白,肌膜损坏力的传递过程中产生的剪切力。此的膜撕裂启动连锁反应,导致肌肉细胞的死亡和损失的收缩机械。作为结果,减少肌肉力量和死肌纤维所取代的纤维化组织5。这以后的变化会增加肌肉僵硬6。这些变化的精确测量提供了重要的指导作用,以评估疾病进展,并确定新基因/细胞/药物干预的治疗效果。在这里,我们提出了两种方法来评估趾长伸肌(EDL)的肌肉和胫骨前肌(TA)肌肉的收缩性能的收缩和被动的机械性能。
在这个协议中,我们已经说明了生理实验测量EDL肌肉的收缩性能的TA肌肉的收缩和被动属性。肌肉生理学研究的一个主要问题是目标肌肉的氧合。对于大的肌肉(如的TA肌肉), 在原位方法是优选的,因为氧的扩散从林格氏缓冲液可能不会达到在一个中心的肌肉在体外测定。 在原位的方法并没有扰乱正常血液供给和缺氧-相关的人工的效果是可以避免的。的EDL肌肉的生理学研究中最常用的肌肉之一。可以实现在体外系统足够的氧的整个肌肉,因为小规模的肌肉。另外, 在体外系统中,提供了一个封闭的环境,来操纵的离子的浓度(的Ca 2 +,Na +和K +)和化学CALS(ATP和葡萄糖)是必要的以获得最佳的肌肉力产生。这提供了一个很好的机会来研究这些变量的影响力生产。
四肢肌肉的收缩和被动性质的准确测量是研究骨骼肌功能的关键。这些属性的变化特点通常被认为是各种肌肉疾病的标志。这些参数的变化也很重要的指标,以确定是否一个实验性的治疗是有效的或不。
The authors have nothing to disclose.
这项工作是支持国家机构的健康(AR-49419,DD),肌肉萎缩症协会(DD),美国国立卫生研究院,培训津贴T90DK70105(CH)的补助。
Material | Manufacturer | Specifications and comments | |
Tissue-organ bath | Radnoti LLC, CA, USA | Water-jacket tissue bath (Cat #158351-LL), Oxygen disperser tube (Cat #160192), Luer valve (Cat#120722) | |
Circulating water bath | Fisher Scientific, Waltham, MA, USA | ||
Gas mix | Airgas National, Charlotte, NC, USA | 95% O2 and 5% CO2 | |
In vitro muscle function assay apparatus | Aurora Scientific, Aurora, ON, Canada | The system consists of a stimulator (Model# 701A), a dual-mode lever system (Model#300C or 305C), a signal interface (Model # 604B) and a test apparatus (Model# 800A) to vertically mount tissue organ bath | |
In vitro muscle function assay software | Dynamic muscle control (DMC) software and dynamic muscle control data analysis (DMA) software | ||
Mouse anesthesia cocktail mixed in 0.9% NaCl | Refer to the institutional guidelines | Ketamine (25 mg/ml), xylazine (2.5 mg/ml) and acepromazine (0.5 mg/ml). Throughout the surgical procedure, a supplement of 10 % of the initial dose may be needed to keep animal under anesthesia. | |
Sylgard | World Precision Instrument | Cat#SYLG184 | |
A custom-made Plexiglas dissection board | In house designed | Refer to Figure 1 | |
Heating lamp | Tensor Lighting Company, Boston, MA, USA | 15 Watt lamp to keep the mouse warm during dissection | |
Ringer’s Buffer | Chemicals are purchased from Fisher Scientific, Waltham, MA, USA | Composition in mM: 1.2 NaH2PO4 (Cat#S369) , 1 MgSO4 (Cat# M63), 4.83 KCl (Cat# P217), 137 NaCl (Cat# 217), 24 NaHCO3 (Cat# S233), 2 CaCl2 (Cat #C79) and 10 glucose (Cat# D16). Dissolve chemicals individually and mix in the order listed above. Store at 4 °C. | |
Stereo dissecting microscope | Nikon, Melville, NY, USA | ||
Dissection tools | Fine Science Tools, Foster City, CA, USA | Coarse forceps, coarse scissors, fine forceps (Straight and 45 ° angle) | |
Braided silk suture #4-0 | SofSilk USSC Sutures, Norwalk, CT, USA | Cat # SP116 | |
A custom-made stainless steel hook | Small Parts, Inc. | 2” long S/S 304V (0.18” diameter) for force transducer 305C or 2.5” long S/S 304V (0.012” diameter) for transducer 300C (Cat# ASTM A313) | |
In situ muscle function assay system | Aurora Scientific, Aurora, ON, Canada | The system (809B, in situ mouse apparatus) consist of a stimulator (Model# 701B), a dual-mode lever system (Model# 305C), a signal interface (Model# 604A) and a thermo controlled footplate apparatus (Model# 809A) | |
In vitro muscle function assay software | Aurora Scientific, Aurora, ON, Canada | Dynamic muscle control (DMC) software and dynamic muscle control data analysis (DMA) software | |
A custom-made TA assay animal platform | In house designed | Refer to Figure 2 | |
A custom-made stainless steel hook | Small Parts, Inc. | Cat# ASTM A313 | 0.5” long S/S 304V (0.18” diameter) |
Custom-made 25G platinum electrodes | Chalgren Enterprises, Gilroy,CA | Solder two 0.016” thick platinum wires to two 24G electric wires |
Table 1. Materials and equipment.