Method Article
Une In vivo de blessure est décrite. La méthode tire parti de la position sous-cutanée du nerf fibulaire. Velocity, le calendrier de l'activation des muscles, et l'arc de mouvement sont tous pré-déterminée et synchronisée à l'aide de logiciels commerciaux. Changements après la lésion sont surveillés In vivo En utilisant l'IRM / spectroscopie.
Souches musculaires sont l'une des plaintes les plus fréquemment traitées par les médecins. Une blessure musculaire est généralement diagnostiquée par les antécédents du patient et l'examen physique seul, cependant la présentation clinique peut varier considérablement en fonction de l'étendue de la blessure, tolérance à la douleur du patient, etc Chez les patients avec une lésion musculaire ou une maladie musculaire, l'évaluation des dommages musculaires est généralement limités à des signes cliniques, comme la tendresse, la force, l'amplitude du mouvement, et plus récemment, des études d'imagerie. Les marqueurs biologiques, tels que les taux sériques de créatine kinase, sont généralement élevée avec une lésion musculaire, mais leurs niveaux ne sont pas toujours en corrélation avec la perte de production de force. Cela est vrai même des résultats histologiques à partir d'animaux, qui fournissent une «mesure directe" de dégâts, mais ne tiennent pas compte de tous la perte de fonction. Certains ont soutenu que la mesure la plus complète de la santé globale du muscle de la force contractile. Parce blessure musculaire est un événement aléatoire qui se produit sous une variété de conditions biomécaniques, il est difficile à étudier. Ici, nous décrivons un modèle animal in vivo pour mesurer le couple et de produire une blessure musculaire fiable. Nous décrivons également notre modèle pour la mesure de la force d'un muscle isolé in situ. Par ailleurs, nous décrivons notre procédure de petit animal par IRM.
1. Dans le modèle in vivo et des blessures de mesure de couple isométrique.
2. Dans la mesure in situ de la tension musculaire tout entier.
3. In vivo par IRM et / ou spectroscopie des muscles squelettiques des rongeurs.
Toutes les IRM et SRM est effectuée sur un Bruker Biospin (Boston, MA) 7,0 Tesla système équipé d'un insert de 12 cm de gradient (660 mT / m au maximum du gradient, 4570 T / m / s vitesse de balayage maximale) fonctionnant Paravision 5.0 du logiciel.
4. La récolte et le stockage des muscles.
AT sont récoltés après la fin des expériences, pesé, snap congelés dans l'azote liquide, puis stockés à -80 ° C. Ceci peut être effectué à tout moment après les expériences in vivo. Les muscles sont récoltées immédiatement après la expérimentations in situ, comme il s'agit d'une procédure terminale. Pour le détail des études morphologiques, l'animal est fixé avec du paraformaldéhyde 4% par perfusion à travers le ventricule gauche.
5. Les résultats représentatifs.
La figure 3 montre des données représentatives d'un rat dans l'appareil en vivo L'appareil in vivo est utilisée pour obtenir un couple maximal généré par les muscles fléchisseur;. Il est aussi utilisé pour induire des blessures à ces mêmes muscles. En raison de la relation longueur-tension des muscles, le couple maximal isométrique se produit généralement lorsque la cheville est positionnée à environ 20 ° de flexion plantaire (avec le pied placé orthogonale au tibia considérée comme 0 °). Après maximale de couple isométrique est obtenue, le pied peut alors être placé dans n'importe quelle position pour commencer le protocole blessure. La figure 3 représente un protocole blessures de 30 répétitions avec un arc de mouvement de 0 ° - 70 °. Notez la baisse constante de couple généré par la phase isométrique (flèche pleine) et la phase de prolongation (flèche ouverte) lors de la contraction induite par le protocole blessure. Le couple est enregistrée dans les unités de NMM, mais la valeur absolue dépend de la taille de l'animal et son état (par exemple, le muscle blessé, muscle fatigué, ou musculaires manquait une certaine protéine due à la recombinaison homologue).
La figure 4 montre des données représentatives d'un rat dans l'appareil en place. Notre situ dans des appareils ne comportent pas des contractions allongement, mais plutôt nous permet d'isoler, d'aligner correctement, et de mesurer la tension maximale produite par un muscle individuel à une longueur connue. La figure 4 montre la perte progressive de la force qui survient lors d'un essai de fatigue dans un muscle tibial antérieur d'un rat. Dans cet exemple particulier, les contractions titanesques ont été effectuées une fois par seconde pendant 5 minutes. La tension (force) est généralement enregistrée en newtons (ou grammes), mais comme un couple, la valeur absolue dépend de la taille et l'état de l'animal. Parce que le poids du muscle est obtenue immédiatement après cette procédure, la force ne peut être normalisée (appelée "force spécifique») pour l'aire transversale de muscle.
La figure 5 montre les données représentatives de l'imagerie in vivo de souris, telles que la cartographie paramétrique pondérées en T1 et T2 (A), tractographie 3D à partir de Diffusion Tensor Imaging (B), 1 H spectroscopie (C), et 31 spectroscopie P. Des détails sont fournis dans la légende de la figure.
Figure 1: dans l'appareil vivo .* Pour produire la blessure, le tibia est stabilisé et le pied attaché à une plaque de moteur. Le dorsifléchisseurs cheville sont stimulés par l'intermédiaire du nerf fibulaire tandis que le platine forces du pied en flexion plantaire (flèche en pointillés).
* Lovering & De Deyne, biomécanique J 2005, utilisé avec permission.
Figure 2: Dans le dispositif in situ Le capteur est monté sur un micromanipulateur pour que le TA pourrait être ajusté à la longueur au repos et alignés correctement dans le X, Y et Z. Le tendon distal du TA est attaché à la cellule de charge et de tics simples sont induits à des longueurs musculaires différents afin de déterminer L 0. Une contraction tétanique maximale est obtenue pour déterminer l'activation maximale contractiles (P 0). Maximale de tension tétanique peuvent être effectuées à plusieurs reprises et exprimé en pourcentage de P 0, fournissant un indice de fatigue à un moment souhaité.
782/2782fig3.jpg "alt =" Figure 3 "/>
Figure 3: les données de couple à partir des enregistrements appareil vivo traces Représentant du couple de l'allongement des contractions chez le rat. Dans cet exemple particulier, les muscles ont été stimulées pendant 200 millisecondes pour induire une contraction isométrique maximale (flèche pleine) avant allongement (flèche ouverte) par la platine sur un arc de 70 ° de mouvement à une vitesse angulaire de 900 ° / s.
Figure 4: les données de tension à partir de données in situ représentant un appareil montrant la baisse de la tension maximale isométrique tétaniques pendant la stimulation répétée du muscle tibial antérieur (TA) chez un rat. Dans cet exemple, le TA a été isolé, ajustée à la longueur optimale (L 0), puis stimulées par une contraction de 200 ms tétaniques une fois par seconde pendant 5 minutes.
Figure 5: l'imagerie in vivo A: Les images montrent transversale (axiale) des sections de la cartographie paramétrique pondérées en T1 et T2 du muscle tibial antérieur (TA). La boîte rouge pointillée entoure le TA de montrer augmenté augmenté T2 dans la blessés (côté gauche) versus indemne (côté droit) B:.. Représentant tractographie 3D à partir de Diffusion Tensor Imaging (DTI) C: Le spectre 1 H d'un TA de souris montre plusieurs résonances lipidique détectable; différenciation entre intramyocellulaires (IMCL) et extramyocellular lipides (CELV) pics est obtenue en utilisant cette méthode D: Le P 31 MR spectre de la TA chez le rat montre phosphocréatine (PCr), le phosphate inorganique (Pi), et les trois. résonances (α, β, γ) de l'adénosine 5'-triphosphate (ATP).
«Une atteinte musculaire» a été défini et mesuré de plusieurs façons. Les dégâts structurels est évidente dans les résultats histologiques 6,9, mais un problème avec la plupart des marqueurs biologiques utilisés pour évaluer les blessures musculaires, y compris ceux utilisés dans les études animales, c'est qu'ils ne sont généralement pas en corrélation avec la perte de la force. Une atteinte musculaire est souvent définie dans le contexte de l'analyse utilisée pour l'examiner et aucune conclusion ne peut rendre compte de l'évolution de la contractilité après une blessure. Depuis pleine fonction contractile peut persister malgré la présence de marqueurs blessure, perte de force peut être la mesure la plus valable des blessures 3, et probablement la plus pertinente.
Il est difficile d'étudier les blessures musculaires chez l'homme, que l'incidence est un événement aléatoire qui est difficile à prévoir et la présentation clinique est très variable. Par conséquent la plupart des données concernant les blessures musculaires ont été vérifiés à partir d'études sur les animaux, ce qui permet de contrôler de nombreuses variables et la possibilité d'étudier les mécanismes de blessure et de récupération. L'appareil des blessures in vivo que nous avons décrite fournit une méthode pour évaluer la fonction contractile du muscle, sans dissection, et donc sans la nécessité d'euthanasier l'animal à l'étude. Notre modèle de blessure conçu sur mesure (brevet en instance) est basé sur les mêmes principes utilisés par d'autres pour établir la contraction induite par des blessures chez les animaux 5,12,15,24. Malgré la disponibilité des modèles sur le marché, il ya peu d'instruction au-delà l'utilisation du matériel. Notre modèle a des spécifications en termes de l'amplitude du mouvement et de vitesse angulaire qui sont avantageuses 17, mais notre objectif principal est de partager les méthodes, nous avons essayé de décrire les procédures de bout en bout pour la production d'une blessure. Avantages du modèle in vivo sont que le muscle, l'anatomie et la biomécanique ne sont pas modifiées et que la procédure n'est pas terminal. Nous utilisons le même emplacement dans le tibia pour toutes les mesures de couple, en suivant les procédures sanitaires et à l'aide d'une aiguille stérile pour chaque mesure. La jambe peut être stabilisée sans l'utilisation d'une broche transosseus, mais nous avons trouvé la broche d'être supérieurs en termes de fiabilité et d'éliminer les mouvements parasites pendant les contractions allongement.
L'appareil utilisé pour les mesures in vivo couple a plusieurs autres avantages. Elle n'implique aucune dissection, il n'ya donc pas besoin d'euthanasier l'animal à l'étude. Le résultat est que l'on peut mesurer la contractilité dans le même animal au cours du temps, et / ou avec l'imagerie in vivo, comme l'IRM. D'autres avantages sont que l'anatomie normale n'est pas altérée, le nerf n'est pas contournée pour la stimulation (comme pour les préparations in vitro), et le muscle reste dans son environnement normal, donc les effets de l'inflammation, des hormones ou d'autres facteurs peuvent être étudiés. Parce qu'il nécessite l'utilisation de moins d'animaux, dont les muscles sont soumis à moins de manipulations (par exemple, la dissection avant le dosage de la fonction), nous préférons utiliser les mesures de couple dès que possible. Le bras de levier du TA de souris est connue 4 et le muscle peut être pesée lorsque l'animal est sacrifié. Il ya quelques limitations cependant, par rapport à isoler le muscle. Par exemple, il est difficile de connaître la longueur exacte des changements qui se produisent lors des contractions allongement, et la masse musculaire ne peut être mesuré jusqu'à ce qu'elle soit récoltée (même si elle peut être estimée en fonction du volume mesuré par IRM) 8.
Pour déterminer la «force spécifique" (force par unité de section transversale) d'un muscle individuel, que le muscle a besoin d'être isolés et positionnés correctement, ce qui évite aussi la transmission de la force des muscles à proximité 10. La situ dans un appareil a été conçu à cet effet. Il offre une alternative pour mesurer la contractilité d'un seul muscle avec une longueur connue et de masse. Cependant, cette méthode a trop limites. Bien que le dispositif en place permet un contrôle plus expérimentale pour mesurer la force d'un muscle individuel, le compromis est que l'expérience devient moins physiologiques. Dans les mesures in situ nécessitent une force de libération chirurgicale du muscle TA, qui peuvent modifier l'anatomie et affectent transmission de force. L'expérience est aussi terminal, de sorte que le muscle ne peut pas être contrôlée dans le temps.
Diffusion Tensor Imaging (DTI) est potentiellement un marqueur sensible et encore plus tôt pour les dommages musculaires que la norme IRM pondérées en T2. Les variables obtenues avec le DTI, au moins dans d'autres tissus comme le cerveau (1), montrent une réponse forte et rapide des dommages, alors que le signal T2 peut prendre une période prolongée de changer. DTI est basée sur la mesure de la diffusion apparente de l'eau dans les tissus. La technique de la DTI a été comparé à la section longitudinale réelles du TA chez le rat et il a été montré que les directions locales DTI représentent réellement les directions des fibres musculaires chez le rat TA musculaires 19.
MRS fournit des informations sur la composition chimique des muscles de manière non invasive 12. Selon le noyau observé, MRS permet l'observation des phosphates à haute énergie (31 P MRS) ou de lipides (1 H MRS). 31 P MRS est un outil idéal pour l'enquête sur le métabolisme musculaire, car elle est non invasive et peut être facilement appliquée à des études in vivo du muscle squelettique. Des approches alternatives à l'dosage biochimique des métabolites dans les muscles in situ, comme la biopsie, peut donner une surestimation significative de la réduction apparente de Pi et PCR 1. Un modèle animal offre l'avantage évident d'utiliser une blessure contrôlée et la comparaison des changements MRS vivo aux résultats de la biochimie, la morphologie et la fonction du tissu. Les changements dans le métabolisme du phosphate à haute énergie sont rencontrés dans les maladies conduisant à la dégénérescence musculaire, 2,20. PH intracellulaire, ainsi que les ratios d'intensité du signal MR Pi / PCr (inorganique phosphate [Pi] pour phosphocréatine [PCR]), et PDE / PCr (phosphodiester [PDE] à la PCR), peuvent fournir de précieuses informations concernant le stade et la gravité des dégénérescence musculaire.
Les auteurs tiennent à remercier le Dr Robert Bloch pour sa généreuse donation du laboratoire de l'espace et les installations et le Dr Rao Gullapalli et Da Shi dans le noyau pour l'imagerie translationnelle au Maryland (C-TRIM) et le Centre de recherche en résonance magnétique (MRRC) pour le soutien technique. Ce travail a été soutenu par des subventions pour RML des National Institutes of Health (K01AR053235 et 1R01AR059179) et de la Muscular Dystrophy Association (# 4278), et par une subvention au JAR de la Fondation Jain.
(Tout le matériel est le même pour les souris et les rats à l'exception du platine)
Demande d’autorisation pour utiliser le texte ou les figures de cet article JoVE
Demande d’autorisationThis article has been published
Video Coming Soon