שינויים בנכסים והתכווצות שרירי גפיים מכאניים פסיביים הם סמנים חשובים למחל שרירים. כתב יד זה מתאר מבחנים פיסיולוגיים למדידת נכסים אלה בlongus העכברי extensor digitorum ושרירים קדמיים tibialis.
תנועות גוף ניתנות בעיקר על ידי תפקוד מכאני של שריר השלד. שרירי שלד מורכבים מצרורות רבות של myofibers המכוסים ברקמות חיבור תוך שרירית. כל myofiber מכיל הרבה myofibrils הפועל longitudinally לאורך myofiber. Myofibrils הם מנגנון ההתכווצות של שריר והם מורכבים מיחידות חוזרות המכונות התכווצות sarcomeres. יחידת sarcomere מכילה סיבית יקטין ומיוזין שהם מרווחים על ידי דיסקי Z וחלבון titin. תפקוד מכאני של שריר השלד מוגדר על ידי מאפייני התכווצות ופסיביים של שרירים. מאפייני ההתכווצות משמשים כדי לאפיין את כמות הכח שנוצרה במהלך התכווצות שרירים, שעת יצירת כוח והזמן של הרפיית שרירים. כל גורם המשפיע על התכווצות שרירים (כגון אינטראקציה בין סיבי מיוזין, הומאוסטזיס של סידן, יחס ATP / ADP, וכו 'ותקטין) משפיע על נכס כויץrties. המאפיינים הפסיביים מתייחסים לתכונות האלסטיות וצמיגות (נוקשות וצמיגות) של השריר בהעדר ההתכווצות. נכסים אלו נקבעים על ידי תאיים והרכיבים המבניים התאיים (כגון titin) ורקמות חיבור (בעיקר קולגן) 1-2. מאפייני ההתכווצות ופסיביים הם שני היבטים בלתי נפרדים מתפקוד שרירים. לדוגמה, כיפוף מרפק מושג על ידי התכווצות של שרירים בתא הקדמי של הזרוע העליונה ומתיחה פסיבית של שרירים בתא האחורי של הזרוע העליונה. כדי להבין באמת תפקוד שרירים, שני מאפייני ההתכווצות פסיביים וצריכים ללמוד.
התכונות המכאניות ההתכווצות ו / או פסיביות של שרירים לעתים קרובות נפגעים במחל שרירים. דוגמה טובה היא ניוון שרירים דושנו (DMD), שרירים חמורים מבזבזים את המחלה הנגרמת על ידי המחסור בדיסטרופין 3. הדיסטרופין הוא prote cytoskeletalשבמייצב את קרום תא השריר (sarcolemma) במהלך 4 התכווצות שרירים. בהעדר דיסטרופין, sarcolemma ניזוק על ידי כוח הגזירה שנוצר במהלך העברת כוח. קרום זה קורע יוזם תגובת שרשרת שמובילה למוות ואובדן של מכונות התכווצות תאי שריר. כתוצאה מכך, כוח השרירים מצטמצם וmyofibers המת מוחלפים על ידי רקמות fibrotic 5. שינוי זה מגדיל מאוחר נוקשות שרירים 6. מדידה מדויקת של שינויים אלה מספקת מדריך חשוב להעריך את התקדמות מחלה ולקבוע את היעילות טיפולית של גן הרומן / תא / התערבויות תרופתיות. כאן, אנו מציגים שתי שיטות להערכה של שתי התכונות מכאניות וההתכווצות פסיביות של longus extensor digitorum (אדי) שריר ואת מאפייני ההתכווצות של שריר tibialis הקדמי (ת"א).
בפרוטוקול זה, יש לנו מאויר מבחנים פיסיולוגיים למדידת שריר edl ואת מאפייני ההתכווצות של שריר ת"א את מאפייני התכווצות ופסיביים. דאגה עיקרית בלימודי פיזיולוגיה של שרירים היא החמצון של שריר המטרה. לשרירים גדולים (כגון שרירי ת"א), בגישה באתרו עדיף מכיוון דיפוזיה חמצן מהמאגר של רינגר לא יכולה להגיע למרכז של השריר בבדיקת מבחנה. בגישת אתרו לא מפריע לאספקת דם נורמלית והיפוקסיה הקשורים השפעות מלאכותיות הם נמנעו. שרירי האד הוא אחד מהשרירים הנפוצים ביותר במחקר פיזיולוגיה. חמצון נאות של כל השרירים יכול להיות מושג במערכת במבחנה בגלל הגודל הקטן של השרירים. יתר על כן, במערכת המבחנה מספקת סביבה סגורה כדי לתפעל את הריכוזים של יונים (Ca 2 +, Na + ו K +) וחמיםרישיונות CAL (ATP וגלוקוז) הנדרשים לייצור כוח שריר אופטימלי. זה מציע הזדמנות מצוינת לבחון את ההשפעה של משתנים אלו על ייצור כוח.
מדידה מדויקת של תכונות התכווצות ופסיביות של שרירי הגפה היא קריטית כדי ללמוד לתפקד שריר שלד. שינויים אופייניים של נכסים אלה נחשבים לעתים קרובות כסימני ההיכר של מחלות שרירים שונות. שינויים בפרמטרים אלה הם גם מדדים חשובים כדי לקבוע אם טיפול ניסיוני הוא יעיל או לא.
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכה על ידי מענקים מהמכון הלאומי לבריאות (AR-49419, DD), ניוון שרירים אגודים (DD), והכשרת NIH מענק T90DK70105 (CH).
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.