Name: dosage-adjusted resistance training in mice with a reduced risk of muscle damage
Uploaded: 2022-08-31T14:20:00
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这项研究由Jain基金会的赠款，NICHD的R03HD091648，NIH P2CHD086843下的AR3T的试点资助，韦恩州立大学EACPHS的FRAP奖，韦恩州立大学的教师启动包，以及1R01AR079884-01（Peter L. Jones PI）到JAR的分包合同。这项研究还得到了美国物理治疗协会 - 密歇根州（APTA-MI）对JMB，MEP和JAR的研究资助。作者感谢Renuka Roche博士（密歇根州东密歇根大学副教授）批判性地阅读手稿并提供反馈。作者感谢Anselm D. Motha先生对3D打印的建议。作者感谢那些在 https://www.jain-foundation.org/patient-physician-resources/patient-stories 耆那教基金会网站上分享他们的故事的疾病患者，特别是他们的运动经历。

本文中描述的实验由美国密歇根州底特律韦恩州立大学的机构动物护理和使用委员会 （IACUC） 根据实验动物护理和使用指南（1996 年，由美国国家学院出版社出版，2101 Constitution Ave. NW，华盛顿特区 20055，美国）批准。B6.本研究使用模型LGMD2B / R2的A-Dysfprmd / GeneJ小鼠（又名BLAJ小鼠，雄性，~1.5岁）。小鼠是从商业来源获得的（见 材料表）。
1. 研?...

本文提供了有关如何构建设备以执行一种称为剂量调整阻力训练 （DART） 的精确康复训练的分步说明。这项工作还描述了DART设备和方法在训练研究中的应用，以比较单次DART后3天的肌肉损伤（DART组）与可比较的等距训练后3天的损伤（ISOM组）。
协议中的关键步骤是DART设备34，35的正确构建，执行DART或ISOM训练所涉及的精确步骤，肌肉组织的?...

运动对骨骼肌具有许多健康益处（在Vina等人1中进行了评论）。具体来说，渐进式阻力训练（PRT）涉及对逐渐增加的外部负荷（例如杠铃，哑铃，电缆滑轮重量电路）进行肌肉收缩，已知有助于增加健康个体和患者群体的肌肉质量和力量（在以前的出版物2，3中进行了综述。).PRT基于过载原理，该原理指出，当肌肉对逐渐增大的外部负荷收缩时，它通过增加其生理横截面积以及产生力的能力来适应4。啮齿动物PRT的现有模型包括爬梯，对尾部施加阻力，激动剂肌肉共同收缩对抗拮抗剂的阻力，使用加重安全带跑步，由电击引起的蹲下运动，以及抵抗轮子奔跑5，6，7，8，9，10（在以前的出版物中回顾11，12).然而，目前还没有研究工具可以在小鼠中进行精确的肌肉靶向，剂量调整的PRT，这与人类临床研究和实践中使用的PRT方法和设备非常相似12，13。这限制了研究人员在小鼠的基础和临床前研究中研究精确剂量PRT的安全性和有效性的能力。
为了克服这一障碍，本研究基于现代体育馆阻力训练设备中使用的电缆滑轮重量电路设计，开发了一种PRT方法和设备14，15，16。这种PRT方法称为剂量调整阻力训练（DART），该设备称为DART设备。除了作为精密康复训练工具的功能外，DART设备还可以用作独立仪器，客观地评估小鼠胫骨前（TA）肌肉可以产生的最大同心收缩扭矩，类似于在人类中评估一次重复最大值（1RM，在保持良好状态的同时可以成功抬起/移动/按压/蹲一次的最大负荷）17，18.DART装置还可以与定制或商用等速测功机结合使用，以测量小鼠TA肌肉产生的峰值等距手足搐年力（与人类的最大自主收缩[MVC]相当），然后执行剂量调整PRT，阻力基于峰值强伤风力（例如，峰值力的50%）。
本文介绍了DART设备的构造，并解释了如何将其与先前出版物19，20，21，22中描述的定制测功机相结合，以评估收缩扭矩并执行DART。该研究还描述了如何使用DART装置来比较由单次DART（4组10次同心偏向收缩，50%1RM）引起的运动引起的肌肉损伤与在2B型肢带肌营养不良症小鼠模型中由相当的等长收缩（4组10次等长收缩）引起的损伤。 或LGMDR2）23，24。所研究的小鼠模型缺乏一种称为dysferlin的蛋白质，该蛋白质在保护骨骼肌免受损伤性离心收缩后延迟性肌肉损伤方面起着重要作用22，25，26，27，28，29，30.在地狱吼缺陷的雄性小鼠中也证明，同心偏向的强制运动不像偏心的强迫运动那样具有破坏性，并且先前暴露于同心偏向训练可以防止随后一阵偏心收缩的伤害22。由于进行本研究是为了测试目前的DART方法和设备在执行剂量调整，同心偏置阻力训练中的可行性，因此选择雄性地狱缺陷小鼠进行调查，以将DART设备的新数据与以前的数据进行比较。在未来的研究中，将包括雌性BLAJ小鼠，以研究性别作为与DART反应相关的生物变量的影响。对~1.5岁的小鼠进行了研究，因为它们已经在许多肌肉群中发生了营养不良变化，因此，模拟了已经有肌肉无力和消瘦并正在寻求康复护理以维持肌肉质量和力量的患者的病理生理状态26。

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	<tbody>
		<tr>
			<td>AnMiao Star 608 Ceramic Ball Bearing</td>
			<td>Anmiao Star (N/A)</td>
			<td>AMS127</td>
			<td>High precision, low friction wheel bearing.&#160; If make and model is not commercially available, an alternative version of a 608 low-friction wheel bearing, 8 mm bore diameter,&#160; 22 mm outside diameter, with silicon nitride ceramic balls in 420 stainless steel housing should suffice.&#160; Excess friction in the wheel bearing will adversely impact performance of the DART device and will increase overall resistance to muscle contractions.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Axio Scope.A1 microscope</td>
			<td>Carl Zeiss (Peabody, MA)</td>
			<td>Product #Axio Scope.A1</td>
			<td>Light and fluorescence microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B6.A-Dysfprmd/GeneJ (a.k.a. BLAJ mice)</td>
			<td>The Jackson Laboratory (Bar Harbor, ME).&#160; Special colony maintained by The Jain Foundation Inc. for collaborators who study dysferlin.</td>
			<td>Stock #012767</td>
			<td>Dysferlin deficient mice that model human limb girdle muscular dystrophy type 2B/R2.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bipolar, transcutaneous, neuromuscular electrical stimulation (NMES) electrode</td>
			<td>Harvard Apparatus, Holliston, MA</td>
			<td>BS4 50&#8211;6824</td>
			<td>Electrode for NMES.&#160; If this electrode is not commercially available, please contact corresponding author for alternatives.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coplin Staining Dish</td>
			<td>ThermoFisher (Waltham, MA)</td>
			<td>Catalog No. S17495</td>
			<td>Staining dish/jar for hematoxylin and eosin (H&#38;E) staining of sections</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cura 4.4.1. Software</td>
			<td>Ultimaker, Utrecht, Netherlands</td>
			<td>Ultimaker Cura 4.4.1.</td>
			<td>Slicing software to convert stereolithography files into G-CODE files</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deltaphase isothermal gel heating pad</td>
			<td>Braintree Scientific (Braintree, MA)</td>
			<td>Item #39DP</td>
			<td>Heating pad to provide thermal support to animals while under anesthesia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eosin Y</td>
			<td>Millipore Sigma (Burlington, MA)</td>
			<td>HT110132-1L</td>
			<td>Pink cytoplasmic stain</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gorilla Super Glue</td>
			<td>The Gorilla Glue Company (Cincinnati, OH)</td>
			<td>Gorilla Super Glue Micro Precise</td>
			<td>Cyanoacrylate adhesive to bond PLA components</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hematoxylin solution, Gill No.3</td>
			<td>Millipore Sigma (Burlington, MA)</td>
			<td>GHS332-1L</td>
			<td>Dark blue stain for nuclei</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HM525NX cryostat</td>
			<td>ThermoFisher (Waltham, MA)</td>
			<td>Catalog #HM525NX</td>
			<td>Cryostat to make frozen sections of muscle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lab Wipes.&#160; Kimberly-Clark Professional Kimtech Science Kimwipes Delicate Task Wipers, 1-Ply</td>
			<td>ThermoFisher (Waltham, MA)</td>
			<td>Catalog No. 06-666.&#160; Manufacturer #34120</td>
			<td>Laboratory wipes to blot mineral oil from muscle tissue before snap freezing and for other purposes.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Labview 2014</td>
			<td>National Instruments, Austin, Texas, USA</td>
			<td>Labview 2014</td>
			<td>Software for custom-written programs/routines that operate the dynamometer and trigger the NMES stimulator.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Liquid nitrogen HDPE Dewar Flasks</td>
			<td>ThermoFisher (Waltham, MA)</td>
			<td>S34074B.&#160; Thermo Scientific 41502000/EMD</td>
			<td>Flask to hold liquid nitrogen for snap freezing muscle or other tissue</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magic depilatory cream</td>
			<td>Softsheen Carson (New York, NY)</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Razorless hair removal cream</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metal alligator clip</td>
			<td>JINSHANGTOPK (web-based business)</td>
			<td>24Pcs 51mm Metal Alligator Clip Spring Clamps</td>
			<td>Spring clamp to hold tibial pin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micrscope slides</td>
			<td>Globe Scientific (Mahwah, NJ)</td>
			<td>1354W. Diamond White Glass Slides</td>
			<td>Charged microscope slides</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mineral Oil</td>
			<td>ThermoFisher (Waltham, MA)</td>
			<td>BP26291</td>
			<td>Mineral oil to cryoprotect muscle tissue before snap freezing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Monoprice Premium 3D Printer Filament PLA</td>
			<td>Monoprice (Rancho Cucamonga, CA)</td>
			<td>#11778</td>
			<td>Premium 3D Printer Filament PLA 1.75mm 1 kg/spool, Gray.&#160; This is the material used to 3D print device components.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Monoprice Select Mini V2 3D printer</td>
			<td>Monoprice (Rancho Cucamonga, CA)</td>
			<td>Mini V2 3D</td>
			<td>3D printer for computer-aided fabrication of device components.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NIH Image software</td>
			<td>National Instritues of Health (NIH, Bethesda, MD)</td>
			<td>NIH Image for Windows</td>
			<td>Image processing and analysis software used to quantify area of muscle damage.&#160; NIH Image is also known as Image J.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photoshop CS4</td>
			<td>Adobe (San Jose, CA)</td>
			<td>Creative Suite (CS4). 64 bit version for Windows</td>
			<td>Image processing and analysis software used to generate tiled/stiched images of entire muscle cross-section from images of indvidual overlapping fields</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PSIU6 stimulation isolation unit</td>
			<td>Grass Instruments (West Warwick, RI)</td>
			<td>PSIU6 isolation unit</td>
			<td>Isolation unit for NMES.&#160; Stimulators, such as Model 4100 from A-M come with a built in stimulation isoloation unit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Roboz 4-0 silk black braided suture material</td>
			<td>Roboz Surgical (Gaithersburg, MD)</td>
			<td>Roboz Surgical SUT152</td>
			<td>Suture material to connect DART device footplate to dynamometer footplate or resistance for resistance training</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>S48 square pulse stimulator</td>
			<td>Grass Instruments (West Warwick, RI)</td>
			<td>S48 Stimulator</td>
			<td>Laboratory electrical stimulator for NMES .&#160; If this stimulator is not commercially available, Model 4100 Isolated High Power Stimulator from A-M systems could be an alternative.&#160; Please contact co-author Jones for more information.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scott&#8217;s bluing reagent</td>
			<td>Ricca Chemical Company (Arlington, TX)</td>
			<td>6697-32</td>
			<td>Bluing solution that intensifies hematoxylin nuclear staining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SigmaStat version 3.5</td>
			<td>Systat Software (San Jose, CA)</td>
			<td>SigmaStat version 3.5</td>
			<td>Statistical software package for statistical analyses</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tabletop isoflurane vaporizer</td>
			<td>VetEquip (Livermore, CA)</td>
			<td>Item #901801</td>
			<td>Inhaled tabletop anesthesia system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triple antibiotic first aid ointment</td>
			<td>Global Health Products (wed-based business)</td>
			<td>Globe Triple Antibiotic First Aid Ointment, 1 oz (2-Pack) First Aid Antibiotic Ointment</td>
			<td>Antibiotic ointment applied on tibial pin as part of post-procedural care</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

dosage-adjusted resistance training in mice with a reduced risk of muscle damage

渐进式阻力训练（PRT）涉及对逐渐增加的外部负荷进行肌肉收缩，可以增加健康个体和患者群体的肌肉质量和力量。在小型和大型动物模型的临床前研究中，需要精确的康复工具来测试PRT的安全性和有效性，以维持和/或恢复肌肉质量和力量。本文中描述的PRT方法和设备可用于执行剂量调整阻力训练（DART）。DART装置可用作独立的测功机，以客观评估小鼠踝背屈肌产生的同心收缩扭矩，也可以添加到预先存在的等速测力系统中。DART设备可以根据本作品中提供的说明和开源3D打印文件，使用标准3D打印机制造。本文还描述了一项研究的工作流程，该研究将单次DART引起的收缩引起的肌肉损伤与2B/R2型肢带肌营养不良症小鼠模型（BLAJ小鼠）中由相当的等长收缩（ISOM）引起的肌肉损伤进行比较。来自八只BLAJ小鼠（每种情况四只动物）的数据表明，单次DART或ISOM损伤的胫骨前肌（TA）不到10%，其中DART的损伤小于ISOM。

研究了年龄~1.5岁的BLAJ雄性小鼠。BLAJ小鼠模拟人类肌肉疾病LGMD2B / R2。这些小鼠特别容易受到单次离心肌肉收缩引起的延迟性肌肉损伤的影响22，29。因此，选择BLAJ小鼠进行这些研究，以了解DART是否可以通过精确调整TA肌肉必须以同心偏置方式工作的阻力来以非伤害方式进行。如果发现DART对BLAJ小鼠无害，那么它可能是一种无害的抵抗训练形式，可以单?...

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Dosage-Adjusted Resistance Training in Mice with a Reduced Risk of Muscle Damage

本协议描述了一种称为剂量调整阻力训练（DART）的独特技术，该技术可以纳入在小动物（例如小鼠）中进行的精确康复研究中。

降低肌肉损伤风险的小鼠剂量调整阻力训练

Progressive resistance training (PRT), which involves performing muscle contractions against progressively greater external loads, can increase muscle ...

该协议是首批使科学家能够在小鼠中进行剂量调整阻力训练的研究之一，类似于在人类中进行的方式。该技术的主要优点是它允许研究人员精确调整小鼠的胫骨前肌在阻力训练期间必须工作的阻力。此外，由于肌肉收缩偏向，因此收缩引起的肌肉损伤的可能性较低。我们的剂量调整阻力训练技术可以纳入小鼠的基础和临床前研究，以开发改善或维持各种疾病条件下肌肉质量和力量的干预措施。该方案最具挑战性的方面是精确刺激坐骨神经的腓骨分支，该神经支配胫骨前肌。为了减少不准确的电刺激，请调整电极位置和刺激幅度，直到测功机记录最大抽搐扭矩。首先，使用等温凝胶加热垫为鼠标提供热支持，并将加热灯放置在鼠标上方 1 米处。要为DART或ISOM准备皮肤，请通过涂抹脱毛膏去除左后肢的皮毛。2分钟后，用浸泡在蒸馏水中的湿巾清洁腿部，以去除皮肤上的皮毛和所有残留的乳霜。使用聚维酮碘擦洗液和70%乙醇对皮肤进行消毒，然后使用干净的棉签在眼睛和脱毛皮肤上涂抹保护剂以防止干燥。接下来，在胫骨上涂抹 5% 利多卡因乳膏以麻痹该区域。将 1/2 英寸 26 号无菌皮下注射针穿过胫骨近端最宽的部分。固定稳定针后，用无菌止血器握住针头并弯曲塑料部分直到其折断，然后将鼠标置于仰卧位。确保鼠标仍牢固地连接到鼻锥以保持麻醉。用一对无菌尖端镊子将胫骨别针送入金属鳄鱼夹中，使胫骨别针的末端由鳄鱼夹固定。移动鳄鱼夹的可调节臂，以确保鼠标的脚放在 DART 设备的踏板上。用实验室胶带将鼠标脚绑在 DART 设备脚板上。确保脚相对于小鼠胫骨的长轴呈 90 度角放置。将 18 号的 1.5=英寸长的皮下注射针穿过 DART 装置量角器上预先钻好的孔以创建跖屈止动块，然后将踏板放在足底屈止动块上。为了优化电极放置，请将双极、经皮和 NMES 电极放在小鼠膝关节的下外侧。使用实验室电刺激器施加 1 赫兹的单脉冲来刺激坐骨神经的腓骨分支。观察胫骨前部或 TA 腹部肌肉和肌腱，寻找电诱发抽搐收缩的证据。现在，将缝合线绑在测功机地板上，然后优化NMES刺激器输出的电压幅度，使NMES仅限于腓总神经和TA肌肉。要将刺激器设置为产生重复的脉冲序列，请将脉冲频率的刻度盘调整为 125 赫兹，将序列持续时间调整为 500 毫秒，将每秒列车数调整为 1。打开拨动开关以重复脉冲序列。设置刺激器以产生持续时间为 500 毫秒的脉冲序列，脉冲序列之间穿插 500 毫秒的休息。将跖屈止动块移动到量角器上的孔上，该孔对应于胫骨长轴上的 160 度。在DART中，为了使TA肌肉同心工作，通过悬挂合适的重量（例如5克）来施加阻力，并将非弹性丝线绑在DART设备踏板上。通过施加 1 次重复最大值的 50% 重量来调整阻力。确保足部至少拉过可用背屈活动范围的一半。进行单轮 DART 训练，包括 1 组 10 次重复同心收缩和两组之间的休息 2 分钟。对于ISOM训练，将鼠标的脚与胫骨的长轴成160度。通过将真丝缝合线粘在机器人测功机的踏板上来保持静态位置。进行单轮 ISOM 训练，包括 4 组 10 次重复等长收缩和两组之间的休息 2 分钟。作为小鼠的术后护理，采取预防措施以保持运动后肢的卫生并减少针头部位疼痛。在DART或ISOM训练3天后研究了TA肌肉的组织学变化。苏木精和伊红染色表明，DART组和ISOM组肌肉损伤程度较低，但ISOM组肌肉损伤略明显。重要的是要专门刺激胫骨前肌的收缩，并精确调整这些肌肉在剂量调整阻力训练期间必须工作的阻力。在此过程之后，研究人员将能够以对疲劳的易感性和反复肌肉收缩对阻力的损伤的形式评估运动耐力。该技术可以纳入各种基础和临床前研究应用，例如小鼠模型，肌肉萎缩症等神经肌肉疾病的研究和运动损伤的小鼠模型。

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Subcutaneous Administration of Muscarinic Antagonists and Triple-Immunostaining of the Levator Auris Longus Muscle in Mice

皮下给药的毒蕈碱受体拮抗剂和上睑提的Auris在小鼠体内长肌的三重免疫染色

Hind limb muscles of rodents, such as gastrocnemius and tibialis anterior, are frequently used for in vivo  pharmacological studies of the signals ...

科研

神经科学

An In Vitro Adult Mouse Muscle-nerve Preparation for Studying the Firing Properties of Muscle Afferents

An In Vitro Adult Mouse Muscle-nerve Preparation for Studying the Firing Properties of Muscle Afferents

一<em&gt;在体外</em&gt;成年小鼠肌肉，神经准备留学肌肉传入放电的放电特性

Muscle sensory neurons innervating muscle spindles and Golgi tendon organs encode length and force changes essential to proprioception. Additional ...

A Simple and Inexpensive Method for Determining Cold Sensitivity and Adaptation in Mice

测定冷灵敏度和适应小鼠一种简单廉价的方法

Cold hypersensitivity is a serious clinical problem, affecting a broad subset of patients and causing significant decreases in quality of life.  The cold ...

Extracellular Recording of Neuronal Activity Combined with Microiontophoretic Application of Neuroactive Substances in Awake Mice

神经元电活动外记录与神经活性物质在清醒小鼠微电泳应用相结合

Differences in the activity of neurotransmitters and neuromodulators, and consequently different neural responses, can be found between anesthetized and ...

Automated Gait Analysis in Mice with Chronic Constriction Injury

慢性压迫性损伤小鼠步态的自动分析

The von Frey test is a classical method that has been widely used to examine the sensory function of neuropathic pain animals. However, it has some ...

An Objective and Reproducible Test of Olfactory Learning and Discrimination in Mice

小鼠嗅觉学习和鉴别的客观和可重复性试验

Olfaction is the predominant sensory modality in mice and influences many important behaviors, including foraging, predator detection, mating, and ...

Intracerebroventricular Treatment with Resiniferatoxin and Pain Tests in Mice

小鼠用树脂叶毒素和疼痛测试进行脑血管内治疗

The transient receptor potential vanilloid type 1 (TRPV1), a thermosensitive cation channel, is known to trigger pain in the peripheral nerves. In ...

Optogenetics Identification of a Neuronal Type with a Glass Optrode in Awake Mice

光遗传学玻璃光纤化学传感在醒鼠中的神经型鉴定

It is a major concern in neuroscience how different types of neurons work in neural circuits. Recent advances in optogenetics have enabled the ...

Laminectomy and Spinal Cord Window Implantation in the Mouse

拉米内切手术和脊髓窗口植入小鼠

This protocol describes a method for spinal cord laminectomy and glass window implantation for in vivo imaging of the mouse spinal cord. An integrated ...

Activity-based Training on a Treadmill with Spinal Cord Injured Wistar Rats

脊髓损伤 wistar 大鼠跑步机的作业训练

Spinal cord injury (SCI) results in lasting deficits that include both mobility and a multitude of autonomic-related dysfunctions. Locomotor training (LT) ...