マウスにおける膝伸張筋機能のインビボ測定

膝伸筋強度は、臨床研究で評価される一般的な機能的転帰である。しかしながら、膝伸筋を繰り返し評価する方法、特に四頭筋の強度は、げっ歯類研究では比較的限定的であった。この非侵襲的なプロトコルは、マウスにおける膝伸張器の等角ピークテタニックトルクを測定するために使用することができ、そして長手方向に繰り返すことができる。

我々の方法は、傷害後または変形性関節症患者における回復を改善するための前臨床モデルの開発を支援する。膝の怪我や変形性関節症に続く筋骨格系の結果を研究するために開発されたげっ歯類モデルの広さを考えると、四頭筋強度の非侵襲的評価が必要です。視覚的なデモンストレーションは、膝の伸張器を最大限に刺激するために電極を最適に配置する方法を示すため、データの完全性にとって重要です。

実験を開始する前に、すべての機械がメーカーの仕様に従って接続されていることを確認してください。デュアルロードの筋レバーモーターを動物のプラットフォームに取り付け、水ポンプを摂氏37度でオンにし、コンピュータ、ハイパワーバイフェーズ刺激装置、2チャンネルデュアルモードレバーシステムをオンにし、イソフルランを最大充填ラインに加えます。プローブの配置を最適化するには、計測器ソフトウェアで[実験を準備し、インスタント スティムを設定する]を選択し、[パルス周波数]を 125 ヘルツ、パルス幅を 0.2 メートル/秒、パルス数を 1、トレイン周波数を 0.5 ヘルツ、および [実行時間] を 120 秒に設定します。

次に、[ファイル] を選択し、ライブ データ モニターを開きます。ツイッチとトルク周波数の実験を行うために、適切なツイッチと膝の延長トルク周波数実験を含む、以前のプログラムスタディを選択します。適切な実験用マウスまたは新しい動物の追加を選択し、トルクデータと一緒に保存される対応するマウス情報を提供します。

次に、次の実験または前の実験を選択して、twitch プロトコルから力の周波数シーケンスに移行します。麻酔後、ペダル反射に対する応答の欠如による沈着を確認し、頭と鼻コーンを備えた加熱されたプラットフォーム上のスペイン位置にマウスを置きます。右後肢から髪を剃るために電気バリカンを使用してください。

マウスとプラットフォームから髪をクリーニングした後、膝の後部の後肢をしっかりとクランプします。クランプ後、下肢を膝伸張装置に入れ、調整可能なプラスチック片に軽く触れ、調整可能なプラスチック片の下部に外科テープを巻き付けて脚を装置に固定し、膝が60度の角度で曲がるまでプラットフォーム上のノブを調整します。 最大膝延長で補償の動きを防ぐために、マウスの胴体の上にテープを置きます。電極を膝の真上に2~4ミリメートル近く近く置き、膝伸筋を約1~2ミリメートル離します。

最適な電極配置を決定するには、ソフトウェアで[インスタント刺激とライブデータモニタ]を選択し、繰り返しツイッチの電流を50ミアンペアに設定して、負のツイッチ曲線で示される延長を確認します。最大の膝延長のツイッチトルクを達成するために、ライブデータモニターウィンドウで応答を確認しながら、プローブを調整します。瞬間的な刺激で繰り返しけいれんを送りながら、マウスの膝の屈筋を人差し指で触診して、アンタゴニストの筋肉の活性化がないことを確認します。

最大膝伸筋刺激のために、必要に応じてプローブを再配置します。最適なプローブ配置が決定されたら、電流を 50 ミリアンペアに設定し、[実験を実行] を選択して 1 回のツイッチを生成します。[結果を解析]を選択してトルク出力を表示し、[最大力]の下に表示されるツイッチトルクを基準線を減算して記録します。

実験を繰り返して、けいれんトルクがプラトーまたは減少し始めるまで実証されています。電流を10~20ミリアンペアに増加させ、各実験のツイッチトルクを記録します。最高のツイッチトルクが達成される最低電流を記録します。

この電流は、力周波数実験に使用されます。ピークアイソメトリックテタニックトルク効果を決定するには、ニーエクステンションのプログラム前トルク周波数実験を選択し、刺激期間を0.35秒、周波数シーケンスを10、40、120、150、180、および200ヘルツとパルスと収縮の間の残りの期間を120秒に設定します。次に、[実験の実行と結果の解析] をクリックし、各周波数でトルクを手動で記録し、膝の伸筋収縮が負のトルクを生成する際にフォース チャネルが反転していることを確認します。

ピークアイソメトリックテタニックトルクとして最高の最大力値に注意してください。トルク周波数実験の最後に、フォローアップのツイッチを実行し、同じ電流で最初のピークツイッチとフォローアップツイッチを比較して、損傷や疲労を評価します。すべてのトルク測定が取得されたら、電極プローブとクランプを膝からそっと取り出し、マウスをヒートパッドの回復ケージに入れ、完全な再計算まで監視します。

この代表的な分析では、10ヘルツの初期電流刺激で3つの孤立したけいれんが導入されました。40ヘルツで部分的なツイッチ融合が観察され、テタニックトルク出力のピークは120〜180ヘルツで達成された。本実験では、3匹のマウスについて、時間ゼロで、最初の評価から2週間後に膝の延長トルク周波数曲線を得た。

観察されたように、マウス体重に正規化された生トルク値と生トルク値は、分析の再現性を確認する両方の時点で統計的に類似していた。4つの別々のマウスに対する完全なトルク周波数実験のための体重正規化等角トルクデータを用いた曲線解析の下でこの領域に示すように、同じ動物との反復分析の後に同様の総トルクが得られた。また、テタニックトルク出力のピークは、各動物の中で最小限の変動性を示しました。

膝の伸張器ピークテタニックトルクプロトコルは、複数のマウスモデルの強度の違いを検出するための有用なツールです。例えば、この分析では、膝伸筋強度と非負傷型野生型マウスと超生理学的肥大のトランスジェニックマウスモデルとの間に明らかなコントラストが観察される。また、前十字靭帯の外科的切除の7日後に野生型動物ではピークトルクが50%近く低下した。

最適な電極配置は、有意義で再現性のある結果を達成するために不可欠です。膝伸筋疲労は、繰り返されるサブマキシム収縮を含む身体機能の重要な指標であり、将来の評価は、前臨床モデルでこの方法にさらなる翻訳関連性を追加します。筋肉適応のメカニズムを調査する研究は、しばしば遺伝子組換えの簡便さによるマウスモデルを利用する。

この技術は、これらの前臨床モデルにおける生体内膝伸張機能を繰り返し測定するための非侵襲的な方法を提供する。