This work was supported in part by a Davis Heart and Lung Research Institute Trifit Award, as well as by the Intramural Research Program of the NIH National Institute on Aging.

이 프로토콜은 승인 및 인체 실험에 ​​대한 오하이오 주립 대학의 임상 시험 심사위원회의 가이드 라인을 준수합니다. MR 장비를 포함하는 모든 절차가 MR 안전 (59)의 가장 높은 표준을 준수 적절하게 훈련받은 사람이 수행하는 것이 매우 중요합니다. 1. 재료 및 준비 <ol><li> 필요한 모든 자료 전에 실험 (그림 2)를 사용할 수 있는지 확인합니다. </li><li> 보어에 가까운 시험 테이블의 끝에있는 테이블 코일 커넥터에 31 P 코일 플러그. MR이 시험 테이블의 머리 근처에 큰 삼각형 폼 쿠션을 배치 있지만 직접 31 P 코일에. 주제 편안함를 들어, MR 시험 테이블, 구멍에서 먼의 다른 쪽 끝에서 머리 베개를 놓습니다. </li></ol> 2. 주제의 위치 (그림 3a) <ol><li> 부정사, 발을 거짓말을 주제 지시MR이 테이블에 첫 번째. 부분적으로 굴곡 위치에 다리를지지하는 무릎 아래 발포 쿠션 놓는다. </li><li> 따라서 시험하에 대퇴부 근육에 최적 B0 균일 성을 확보 가능한 자석 등각에 가깝게 왼쪽 허벅지 중앙하기 위해 테이블 ​​(피사체의 우측)의 우측에 가까운 피사체를 배치. 귀 플러그 및 / 또는 헤드폰 주제를 제공합니다. </li><li> 슬개골과 대퇴골 사이의 대략 중간 지점에서 왼쪽 대퇴사 두근의 31 P의 RF 코일을 놓고 끈을 사용하여 다리에 고정합니다. 광근 lateralis 위에 다리의 측면 부분을 통해 코일을 배치합니다. </li><li> 다리에 코일을 고정하는 데 사용되는 동일한 스트랩 대퇴부의 내측 측면에 베이비 오일을 확보. 이 스캔 파악을 용이하게한다. </li><li> 코일 아래 무릎 위에 배치 스트랩과 함께 피사체의 다리를 바인딩합니다. 추가 STRA과 MR 테이블에 환자의 다리를 고정추신, 무릎 하나는 무릎과 발목 사이에 하나의 중간. </li><li> 코일의 중심의 윤곽이 센터링 랜드 마크를 사용하여 자석 등각으로 테이블을 이동하도록, 레이저 광 가이드를 사용한다. </li></ol> 3. 운동 프로토콜 <ol><li> 운동 프로토콜은 세 단계로 구성 주제에 설명 : 초기, 초기 단계; 짧고 강렬한 운동 단계; 및 복구 단계. </li><li> 가만히 누워 및 모션 아티팩트를 최소화하기 위해 분광법 취득의 기준 및 복구 단계에서 자신의 다리 근육을 휴식을 취할 수있는 주제를 지시한다. </li><li> 운동의 시작을 나타내는 주제에 카운트 다운을 제공합니다. 이 때, 피사체가 스트랩의 저항에 대해 가능한 빨리 같은 강제적 무릎 확장 / 굴곡을 개시하고있다. 참고 : 대퇴사 두근 근육이 중지 지시가있을 때까지, 위, 아래, 왼쪽 종아리를 이동하는 데 사용됩니다. </li><li> 30 % 하락 후 운동을 종료PCR 반응의 피크 높이이다. <ol><li> 인수 뷰어 창에서 PCR 피크 높이를 관찰하고, 또한 운동 순서가 완료되면 그것을 볼 수 있습니다. 주 : 일반 지침은 PCR 피크 높이의 대략 30 % 감소가 PCR 피크의 높이의 50 % 인 파이 피크에 대응하는 점이다. PCR 붕괴 시험에서의 수행 단계에서 30 % 감소를 달성하기 위해 충분히 빠르게 발생하지 않으면 어렵거나 빠른 운동하면서 차고 피사체 바랍니다. 주 : 운동 중단은 PCR 피크 높이와 운동 지속 기간을 모니터링함으로써 결정된다. 이는 다른 환자의 운동의 약간 다른 기간을에서 발생할 수 있습니다 및 분석에 설명 될 수있다. </li></ol></li></ol> 4. 스캔 프로토콜 <ol><li> 적절한 자기 위치를 확인하고 31 P 코일의 위치를 식별하기 위해 트라이 평면 로컬 라이저를 획득. 참고 : 로컬 라이저 순서가 자동으로 시작되고 인도어에서 센터레이저 광 가이드를 사용 ated 위치 (2.9 단계) </li><li> 두 번째 트라이 평면 로컬 라이저를 획득. <ol><li> 첫 번째 트라이 - 비행기 로컬 라이저 이미지에 슬라이스 뷰를 엽니 다. 참고 :이 프로세스는 서로 다른 소프트웨어와 하드웨어 시스템 다를 수 있습니다. </li><li> 센터와 왼쪽 버튼으로 클릭하고 슬라이스 그룹에 길게 슬라이스 방향을 돌립니다. 슬라이스 그룹을 돌립니다. 조각의 최종 방향이 베이비 오일의 위치와 일치하는지 확인합니다. </li><li> 시퀀스 루틴 창에서 축 및 시상 영상 (도 3b)의 전체 다리를 덮도록 조각의 수를 증가시킨다. </li></ol></li><li> 31 P 분광법 서열 <ol><li> 다음 지역화되지 않은 펄스 획득 시퀀스 매개 변수를 사용하여 TR : 1,000 밀리 초; TE : 0.34 밀리 초; 스펙트럼 폭 : 2,000 Hz에서; 플립 각도 : 90도; 획득 한 데이터 포인트 : 1,024; 한 스펙트럼 매 6 초 시간 해상도 얻어진 평균 4. </li></ol></li><li> 31 P 끼움 보X 배치 : <ol><li> 마우스를 사용하여, 화면 상단의보기 창에 두 번째 triplane의 로컬 라이저 이미지를 드래그합니다. 프로토콜 창에 분광 순서를 드래그하고 두 번 클릭하여 엽니 다. </li><li> 심 복셀을 (수평 라인 검은 사각형을 선택)을 시각화하는 위치 도구 모음을 사용합니다. 이 옵션을 선택하면, 로컬 라이저 이미지에 녹색 상자를 관찰합니다. 주 :이 심 복셀이다. </li><li> 왼쪽 클릭하여 복셀를 이동하고 중앙의 복셀을 들고. 크기를 변경하고 왼쪽 버튼을 클릭하여 복셀의 방향을 회전 상자의 모서리에있는 복셀을 들고입니다. 직접 코일 아래 B0 필드 균질성을 보장 및 대퇴사 두근의 평면에 평행하도록 심 창을 배치. 주 :이 직접 코일의 중심 아래의 조직의 볼륨 코일 아래에 민감한 영역 내의 적절한 shimming을 보장하는 것이다. </li><li> sensitiv를 식별 트라이 로컬 라이저 평면 화상을 사용하여전자 코일의 영역은 대퇴사 두근 근육 내에서이 지역을 포함하는 심 상자를 조정합니다. 주 : 끼움 박스는 데이터 수집 복셀 (도 3c) 내의 B0 균일 성을 확보하기 위하여 표면 코일의 진정한 범위보다 클 수있다. </li><li> 31 P 테스트 취득 : <ol><li> 인수 뷰어 창을 열고 획득 도구 모음에서 헤드 아이콘을 선택합니다. 이것은 실시간 분광 취득 볼 수있게된다. </li><li> 31P 심 복셀의 배치 후, 프로토콜 창 상단의 &quot;실행&quot;버튼을 클릭하여 하나의 스펙트럼을 얻기 위해 순서를 실행합니다. </li><li> B0의 shimming의 품질을 검사합니다. 인수 창에서 결과 스펙트럼을 관찰한다. 0 ppm의 중심으로 눈에 잘 띄는 PCR 피크와 유의 잡음 (그림 4a, 왼쪽)을 관찰한다. 참고 : 문제 해결 : 스펙트럼 잡음이 나타나면, 심 상자가 근육 내에 배치되어 있는지 확인합니다. 광고단지 크기와 끼움 박스의 위치는 신호 대 잡음비를 향상시킬 수있다. 필요에 따라 테스트 인수를 반복합니다. </li><li> ( &quot;응용 프로그램&quot;→ &quot;분광학을&quot;)는 PCR 피크 높이를 참조 분광 도구의 스펙트럼을 열기 위해. 환자의 폴더 (폴더 트리 아이콘)을 열고 적절한 검사를 선택하고 스펙트럼을로드 할 두 번 클릭합니다. </li></ol></li></ol></li><li> 사전 운동 T1 이미지 : <ol><li> 코일의 중심에 단일 슬라이스 축 T1 강조 영상을 얻습니다. </li></ol></li><li> 31 P 사전 운동 인수 : <ol><li> 왼쪽 버튼으로 클릭하고 프로토콜 창에서 시퀀스를 드래그하여 (최고 스펙트럼 품질을 생산) 단계 4.4에서 시퀀스를 복사합니다. 이후의 모든 측정이 시퀀스를 사용합니다. </li><li> 피사체가 정지 상태에서 순서 루틴 창에서 열 측정을 수집하기 위해 1에서 10까지 선택 실행에서 측정의 수를 증가. </li></ol></li><li> 31 &lt;/ SUP&gt; P 운동 인수 : 참고 :이 분석을 위해 중요 할 것이다으로, 시작과 끝 운동 시간의주의를 기록합니다. <ol><li> 나머지 : 이전 검사에서 심 설정을 적용하고 20 측정을 취득하는 순서를 설정합니다. 카운트 다운 후 발로 시작 피사체를 지시한다. 2 측정을 위해 나머지에 남아 제목을 지시한다. </li><li> 운동 ~ 30 초 동안 무릎 확장 운동 (또는 PCR 피크 진폭의 30 % 감소를 달성하는데 필요한 시간)을 수행하는 피사체를 묻는다. 피사체가 충분한 PCR 고갈을 달성 한 후, 휴식을 요청합니다. </li></ol></li><li> (31) P 운동 후 인수 : <ol><li> 나머지 추가 (20) 측정을 획득. 후 운동 인수 (오른쪽,도 4a) 일시 중지 또는 shimming없이 운동 순서 다음 즉시 시작되었는지 확인합니다. 참고 : 두 개의 별도의 인수로이 회복 기간의 세분은 내가 분석을 허용운동을 반복해야 할 경우 작업자가 전체 복구 기간의 취득을 방지 할 수 있도록 상기 제 20의 동적 스펙트럼의 획득 동안 20 nitial 동적 스펙트럼. </li></ol></li><li> 운동 품질을 보장 ​​: <ol><li> 시작과 운동의 끝에서 PCR 피크 높이를 비교합니다. 고품질 운동 세션은 PCR 농도의 ~ 30 %의 감소를 초래한다. </li><li> PCR을 피크 높이가 나머지의 시작과 회복의 끝에서 동일한 것을 확인한다 (일반적으로 &lt;10 %의 차이는 바람직하다). 이 금액은 취득시 필드 동질성의 무시할 손실이 있다는 것을 보장합니다. 참고 : PCR 고장이 부족, 또는 필드 균질성의 손실이 된 경우, 다음 (피로하지 않도록주의하면서) 시험의 행사 / 복구 부분을 반복하면, 코일과 스트랩이 단단히 연결되어 있는지 확인하고 확장 운동 및 / 또는 지속 기간은 더 격렬한 운동을 장려 (그림 4B). 아니E는 : 단계 6 및 11에 따라 추가의 품질 관리 단계에서 얻어진 이미지의 비교 따라서 최소한의 운동이 크게 수집 된 데이터에 영향을 미칠 수있는 프로토콜 동안 발생한 것을 보장 때문에 연습 허벅지 및 코일 중 하나의 변위를 시각화 . </li></ol></li><li> 운동 후 T1 촬상 후, 동일한 획득 파라미터를 이용 T1 촬상 (단계 45) 축 전 운동을 반복한다. <ol><li> PCR 충분히 공핍뿐만 아니라, 운동 근육 증을 유발하지 않았다는 것을 확인하기 위해 최종 운동의 pH를 측정한다. </li><li> 파이 및 PCR (ΔP I)의 화학적 변화를 측정하고, 다음 식 (60)를 사용하여이를 수행 의 pH = 6.77 + 로그 [(ΔP 내가 -3.29) / (전 5.68 - ΔP)] 주 : pH가보다 큰 6.8 (61)를 유지해야합니다. PCR을 고장이 충분하지만, pH가 너무 낮 으면, 단 대한 운동 시합 반복시간 및 / 또는 감소 된 강도 ER. </li></ol></li><li> 데이터 저장 : <ol><li> DICOM 파일로 모든 인수 스펙트럼을 저장하고 JMRUI를 사용하여 처리를 내보낼 수 있습니다. </li><li> 스캐너를 사용하는 경우, &quot;탐색기&quot;창에서 모든 분광 인수를 선택합니다. </li><li> 에서 &quot;응용 프로그램&quot;, &quot;DICOM 도구&quot;→ &quot;수출 MR 분광학을&quot;를 선택하고 C에 DICOM (* .dcm) 파일을 저장 : / 사용자 / MEDCOM / 온도 / CDROFFLINE (도구가 자동으로 위치를 선택합니다). </li><li> 에서 &quot;전송&quot;, &quot;오프라인으로 내보내기&quot;를 선택합니다. 원하는 위치에 저장합니다. </li></ol></li></ol> 5. 데이터 처리 및 분석 (62) <ol><li> 자유롭게 사용할 수 JMRUI 소프트웨어 (; http://www.jmrui.eu/ 버전 5.2)과 MR 스펙트럼을 분석합니다. </li><li> Apodize 및 위상 모두 취득한 시점 (도 5)에 걸쳐 균일 성을 보장하기 위해 스펙트럼을 이동. PCR을 피크 중심 될스펙트럼에서 t 0 ppm으로. </li><li> 각 스펙트럼을 취득 PCR에서 피크의 진폭을 정량화 내장 Amares의 알고리즘을 사용한다. 피크 진폭은 특정 시점에서 표면 코일의 구분 영역 내의 PCR의 농도를 나타낸다. </li><li> 계산 소프트웨어에서 획득 시간의 함수로서 PCR 농도를 플롯. 사용 내장 계산 소프트웨어 곡선 맞춤 도구, 다음 식 (52), (63)의 PCR 회복 기간 데이터를 적합 : <img alt="식 (1)" src="/files/ftp_upload/54977/54977eq1.jpg" /></li><li> (기준 PCR의 값을 기록 <img alt="식 (2)" src="/files/ftp_upload/54977/54977eq2.jpg" /> ) 최저 PCR ( <img alt="식 (3)" src="/files/ftp_upload/54977/54977eq3.jpg" /> ) 및 회복 시간 ( <img alt="식 (4)" src="/files/ftp_upload/54977/54977eq4.jpg" /> . </li><li> 적절한 조건이 exer 동안을 충족하는지 확인PCR을 고갈 기준선 PCR 및 PCR 간의 낮은 비율 차이를 계산함으로써 CISE 세션. 50 % 고갈 - 이상적인 운동 세션 20 초래한다. 주 : 커브 피팅의 품질은 R 값이 0.75보다 큰 것으로 확인함으로써 확보 할 수있다. 이 R 값은 자동 피팅 소프트웨어에 의해 계산된다. </li></ol>

The authors have nothing to disclose.

이 논문은 골격근의 미토콘드리아 기능의 직렬 및 비 침습적 생체 측정을 준다 (31)하여 PMR 시험을위한 표준 프로토콜을 설명합니다. 대사 증후군의 증가 부담과 그 결과 이환율과 사망률을 대상으로 연구의 폭을 고려할 때이 프로토콜은 상당한 매력을 보유하고있다. 이렇게하여 PMR 31 프로토콜 스캐너 최소의 시간을 필요로 시판 MRS 시설 어떤 중심 과목 광범위한 대사 조사에 혼입 될 수있다. 프로토콜 내에서 중요한 단계 MR 시험에 앞서 Contraindications-, 잠재적 인 금기에 대한 주제를 선별하는 것이 중요하다. O없이 (1) 동측 무릎이나 허리 임플란트 : 전형적인 MR 배제 기준에 더하여, 다음이 프로토콜을 구현하기 전에 고려되어야유물, 낮은 사지 (예를 들어, 말초 동맥 질환), 3) 무능력 저항 대퇴사 두근 연장 운동을 수행하기 위해 혈액의 흐름 또는 산소 공급을 제한 2) 조건, 4) 무능력에 대한 부정사 거짓말을 피하기 위해 F MR 호환성) 약 30 분. 피사체의 대퇴사 두근에 대하여 상기 테이블에 환자의 허벅지의 이동과 31 P 코일의 이동 reduction- 동 잡음을 최소화한다. 코일이 확실하게 피사체의 다리와 저항 스트랩 안전하게 시험 테이블에 고정되는 것을 고정되어 있는지 확인합니다. 피사체의 발 뒤꿈치는 더 이상 5 이상 상승하지 않도록하여이 문제를 테스트합니다. 시험 테이블에서 발로시와 운동시 코일의 어떤 회전이 없다는 것을. 취득 운동은 피사체가에 운동을해야 품질 -PCR을 적어도 30 %의 고갈을 chieve. 이 프로토콜을 위해, 우리는 비 외래 환자에 대한 외래 환자에 대한 운동의 30 초 60의이 목표를 달성하는 것으로 확인되었습니다. 우리는 비 외래 환자가 차기 당 더 적은 힘을 발휘하기 때문에 충분한 고갈에 대한 더 긴 간격을 요구하는 것을 관찰했다. 분석 - 여기에 설명 된 방법은 주관성을 최소화하고 자동화를 최대화하기 위해 프레임 워크를 제공한다. 스펙트럼 분석을위한 사용자 입력 파라미터들의 선택은 재현성을 보장하기 위해 조심해야한다. 수정 및 문제 해결 스펙트럼에 잡음이 나타나면 Spectrum-의 품질, 심 상자가 근육 내에 배치되어 있는지 확인합니다. 신호 대 잡음비를 개선하기 위해 심 상자의 크기와 위치를 조정한다. 필요에 따라 테스트 인수를 반복합니다. ...로서Exercise-의 lity 부족 PCR 고갈의 초기 운동 결과를 경우 문제를 해결하는 데 사용할 수있는 몇 가지 수정 사항이 있습니다 : 1) 끈이 강화 될 수 있고, 저항을 증가시키기는; 2) 피사체 노력이 증가하는 빠른 킥 지시 할 수있다; 3) 운동 지속 기간을 증가시킬 수있다. 그러나 과도한 운동은 변경된 pH가 발생할 수 있으며, OXPHOS 복구 동역학 (61)을 억제 할 수있는, 산증으로 이어질 수 있습니다. 이 3 분의 최대 운동 시간을 제한함으로써 방지 될 수있다. 기술의 한계 근육 생검 분석은 미토콘드리아 콘텐츠 및 크기뿐만 아니라 미토콘드리아 ATP 합성의 최대 속도와 같은 특정 미토콘드리아 특성의 측정을 허용한다. 그러나, 31을 사용하여 PMR 생체 측정 디 이들의 집합체를 나타내고 있음에 유의해야RECT 대책 등 근육 산소화 된 혈액의 미세 혈관 공급 같은 여분 미토콘드리아 요인 외에도있다. 따라서, 감소 된 산소 공급 장치 또는 기타 요인에 미세 혈관의 상태 질문 인 상황에서는 미토콘드리아 상태의 명백한 표시를 제공하지 않을 것이다. 오히려 OXPHOS 및 미세 혈관 문제의 조합을 반영 할 수있다 근육의 최대 산화 ATP 합성의 생체 상태를 나타냅니다. 이 연구에서 설명 된 운동하여 PMR (31) 프로토콜의 제한은 작업 출력 표준화의 부족이다. 표준화의 결여는 이에 필요한 장치 및이 프로토콜의 구현을 단순화한다. 그러나, 이러한 강도 및 피로도 및 대사 조치의 관계와 같은 다른 파라미터의 정량적 평가를 허용하지 희생 온다. 결과적으로, 분발 다양한 수준은 PCR에 영향을 미칠 수있는기본 미토콘드리아 결함의 정도를 넘어 복구 시간. 하나는 충분한 PCR 고갈을 확보함으로써 이러한 효과를 최소화하고 상기 조정 가능 레지스턴스 및 측정 작업 출력을 갖는 MR 호환 ergometers를 사용하여 작업 출력을 표준화 할 수있다. 기존 또는 대체 방법에 대하여 기술의 중요성 표준 대사 운동 시험에 비해 직접 골격근에서 미토콘드리아 기능을 정량화하는 능력은 31하여 PMR 기술의 주요 장점이다. 침략 근육 생검하지만 직렬 평가를 요구 조사를위한 덜 매력적인하게 교환 리스크, 단 섬유 (66)의 측정을 제공한다. 근 적외 분광기 (67)에 기초한 접근은 특히 지방이 적은 등의 5 mm의 NIRS s의 감쇠 비만 환자에서, 침투 깊이가 제한 될 수있다20 % (68)에 의해 ignal. 또한,이 기술은 근육과 MR 기반 기술에 의해 제공되는 다른 시스템의 다차원 평가에 적합하지 않는다. 또한, 근육 지학 정량화 침습적 생체 검사 방법과는 달리,이 무침 습 및 비파괴 측정 대상 모집단 및 치료 개입의 평가는 유익하게 그대로 근육 대사 상태의 측정을 반복 허용한다. 미래의 응용 프로그램 이 31하여 PMR 기술을 습득 한 후 응용 가능성 특정 미토콘드리아 결함 또는 대사 장애의 다양한 질환 중 임의의 평가를 포함한다. 불량한 박출량 환자에서 현재 기술은 손상된 기능 용량을 식별 할 수 있지만, 장애 발생되는 레벨 (예를 들어, 골격근, 심장 또는 폐)을 설정할 수 없다. 그것은 특히 것맞춤형 치료를 용이하게하기 위해 특정 주제 용량 감소의 근본 원인을 식별하는 수단 대사 심폐 분석법으로하여 PMR (31)을 결합하여 통합 된 프로토콜을 개발하는 것은 흥미. 우리는 미토콘드리아 기능의 생체 마커의 사용으로 도움이 될 중요한 표적으로 한 치료 및 개입의 상세한 예제를 가지고있다. 표준화 (31)하여 PMR 운동 프로토콜은 하나가 위의 설명과 같이, 모두 기본 및 개입 연구에서 골격 근육의 미토콘드리아 용량의 생체 마커에 중요한의 더 광범위한 사용을위한 중요한 단계입니다.

이 연구의 목적은 비 침습적 능력의 넓은 범위를 갖는 개인의 생체 골격근 미토콘드리아 기능의 측정 재현 방법을 간략하게 설명한다. 비정상적인 미토콘드리아 손상은 같은 프리드리히 운동 실조와 같은 희귀 질환에 대한 노화, 당뇨병과 같은 일반적인 조건에서 대사 증후군과 유전 질환의 넓은 범위의 특징이다. 대사 증후군과 미토콘드리아 기능 장애 대사 증후군은 미토콘드리아의 기능을 방해 골격근 OXPHOS 우울 및 골격근 1, 2에서 이소성 지질 저장을 초래할 것으로 나타났다. 대사 및 에너지 항상성 조절과 같은 중요한 소기관은 미토콘드리아 비만 3, 4의 병태 생리 인슐린 저항성 5에 관련되는 </sup&gt; 유형 2 당뇨병 (T2DM) 6, 7, 당뇨병 관련 미세 8, 9, 10, 11 및 대 혈관 합병증 (12, 13), 비 알코올성 지방 간 질환 (NAFLD) 14, 15, 16, 그 중에서도 O 2 산화 환원 효소의 활동 5 : 저항은 미토콘드리아 트리 카르 복실 산 (TCA) 유동 비율, ATP 합성 속도 및 시트 레이트 합성 효소와 NADH 감소를 포함하여 골격근의 미토콘드리아 활동에 큰 변화, 특징 .Insulin. 한 가설은 이러한 변화가 현저 비만 및 다른 비만 R 동안 증강 된 근육의 유리 지방산 (FFA)의 대사 산물의 축적에 기인 할 수있다의기 양양 질환 2, 17. 상승 된 유리 지방산 및 지질 중간체 근육 노출 지질 산화 경로의 유전자의 발현뿐만 아니라, TCA 사이클 및 전자 수송 체인 (ETC) 18을 감소시킬 수있다. 지질 과부하의 설정에서 미토콘드리아 골격 근육 OXPHOS 용량의 감소는 정량적 (미토콘드리아의 내용과 생합성)의 감소를 동반 골격근의 미토콘드리아 (20) (19)과 질적 기능입니다. 유리 지방산으로 골격근과 근육 세포를 노출 심한 인슐린 저항성을 초래하고, 근육의 증가 FFA 섭취는 인간과 설치류 (21) 모두에서 인슐린 저항성과 연관되어 있습니다. 지질 중간체 세라마이드 및 디아 실 글리세롤 (DAG)이 직접 이러한 단백질 키나제 C와 같은 PROT 키나제의 활성을 변화시킴으로써 인슐린 신호 전달 경로를 억제하는 것으로 나타났다EIN 키나제 B (21). 따라서, 지질 유도 된 분자 골격 근육 인슐린 내성 및 2 형 당뇨병의 개발에 중요한 역할을 보인다. 미토콘드리아 용량의 변화가 원인 또는 인슐린 저항 (22)의 결과인지 그러나 불분명. 프리드리히의 운동 실조증과 미토콘드리아 기능 장애 감소 OXPHOS는 유전 적 결함이 발생할 수 있습니다. 프리드리히 운동 실조증 (FA), 유전성 실조증의 가장 일반적인 형태는 인트라 미토콘드리아 철 축적 활성 산소 종 생산을 초래 frataxin의 돌연변이에 의한 유전 질환 (FXN) 유전자, 그리고 산화 적 인산화 (23)의 비정상 24, 25, 26. 이 중요한 발견이 표적으로 한 치료의 개발을 주도하고있다, whicH의 목적은 서브 세포 수준에서 미토콘드리아의 기능을 향상시킬 수있다. 이러한 이해에도 불구하고, 생체의 제한으로 개발, FA 임상 연구를위한 재생 가능한 바이오 마커가 있었다. 사실, FA에서 표적 치료의 효과적인 평가에 중요한 장벽은 미토콘드리아 기능의 변화를 추적 할 수 없다는 것이다. 현재 기능적 수단, 예를 들면, 심 박출량 감소 식별 할 수있다; 그러나, 그들은 부전이 발생하는 레벨 (도 1)을 결정하는 능력이있다. 식별 프리드리히의 운동 장애 질병의 진행을 평가할 수있다 미토콘드리아 기능의 신뢰성 마커의 개발 표적 요법 관련 기계적인 영향을 측정하는 것이 중요하다. 장애인 OXPHOS과 심장 부전 비정상적인 미토콘드리아 기능 취득 또는 유전자 역시 CARDI의 발생과 진행에 기여할 수교류 장애. 압력 과부하 및 심부전의 조건 하에서, FFA의 주요 에너지 기판 선호 스위치 포도당. 이것은 감소 ETC 활성 및 산화 적 인산화 (27)와 관련된다. 심장 부전의 미토콘드리아 생체 에너지의 병태 생리학은 미토콘드리아 결함의 주요 근원에 따라 상이 할 수있다. 당뇨병 결국 감소 된 기판의 유연성, 에너지 효율 및 이완기 부전 28, 29 리드 등을 손상 생합성 및 지방산 대사와 같은 심근 미토콘드리아 이상, 대사 증후군 결과. FA에서, 다른 한편으로는, 심근 세포 (30) (31)에 상당한 철 미토콘드리아 축적에 frataxin 결핍 결과. 철 축적 펜톤 반응 32 &lt;통해 자유 라디칼의 제조에 이르게/ SUP&gt; 및 자유 라디칼에 의한 심근 손상의 가능성이 높아집니다. 내부 미토콘드리아 철 축적은 또한 산화 적 스트레스에 대한 증가 된 감도와 산화 환원 용량 (30), (31)와 관련된다. frataxin 결핍에 의한 철 축적과 이후의 비정상적인 미토콘드리아 기능은, 따라서 FA 33, 34에서 관찰 된 손상된 심장 에너지 론과 심근 병증을 담당 할 수있다. 이 골격근의 미토콘드리아의 감소 산화 용량이 운동 불내성을 평행 및 심부전 (HF) (35)의 대사 능력을 감소 참고하는 것도 재미있다. 골격근 OXPHOS 용량의 측정은, 본원에서 설명 된 바와 같이, 쉽게 구현 가능하고 견고; HF에서 골격 근육 OXPHOS의 중요성과 함께, 이러한 기능은 듣고 포괄적 인 연구에에게 매력적인 바이오 마커을t 질환 36. 장애인 OXPHOS 및 첨부 심장 부전은 신진 대사 및 미토콘드리아 질병의 하찮은 측면이 아니다. 당뇨병 및 대사 질환 환자는 심혈관 발병의 위험이 높은 심근 경색 (MI) 37, 38, 39, 40, 41 초과 후 사망률을 가지고; FA 대상자의 절반 이상이 심근 병증, 심장 부정맥이나 심부전 (42)의 많은 다이를 가지고있다. 따라서, 감소 OXPHOS 정량화는 조기 발견 및 심장 기능 부전의 치료를 허용하지 수 있지만, 또한 이들 질환의 주요 임상 부담을 경감 할 수있다. 직접 OXPHOS 용량을 증가시키기 위해 표적 요법은 환자의 치료를 개선하기 위해 유망 영역이다 갔지THER 대사 장애의 원인은 유전 적 또는 취득된다. 현재, 신규 개발 중 하나 이상이 미토콘드리아 기능 (43)을 완화 또는 FA의 미친 생체 에너지 특성을 향상시킬 수있는 기본 유전자 결함을 보정 44 약물 타겟. 획득 된 미토콘드리아 장애의 경우, 신체 활동 증가 함수 45, 46, 47 미토콘드리아을 향상시킬 수있다. 미토콘드리아 기능의 비 침습적 인 바이오 마커로서 포스 31 자기 공명 분광법 에 관계없이 테스트 치료,은 골격 근육 생물 에너지 학의 생체 내 평가에 통합은 특히 심한 운동 불내성 또는 기존의 메타 보를 받아야하는 무능력과 과목, 대상 개입의 영향을 평가하는 중요한 도구입니다LIC 테스트. 인 (31하여 PMR) 전신 세포 내의 다양한 고 에너지 기판에 위치한 내인성 핵 조정 자기 공명 분광법을 포함하여, 다양한 접근 방법을 사용하여 미토콘드리아 산화 능력을 정량화하기 위해 사용 된 인 자석 운동 복구 프로토콜 근육 자극은 48 프로토콜. 운동 복구 프로토콜을 조절하고 버스트 형 저항 및 준 정적 운동을 허용 스트랩과 패드의 간단한 구성으로 작업 부하를 측정하는 MRI 호환 ergometers에서 복잡성에 이르기까지 장치의 종류에 의존한다. 이러한 프로토콜 중 하나의 주 목표 중 하나는 아데노신 삼인산 (ATP)에 대한 수요가 초기 크레아틴 키나아제 반응 (49)을 통해 포스 포의 효소 분해 (PCR)을 통해 충족되는 에너지 불균형을 생성하는 것이다. 운동이 정지되면, ATP 생산의 비율은 산화 포 의해 지배인산화와와 미토콘드리아 (50)의 생체 내 능력의 최대치를 나타냅니다. 또한, 운동 후 회복기 OXPHOS은 일차 반응 속도 (51)에 의해 설명 될 수있다. PCR의 운동 후 회복 따라서 산화 ATP 합성을위한 더 큰 용량을 나타내는 τ PCR의 값이 작은 지수 시간 상수 (τ PCR)의 피팅에 의해 정량화 할 수있다. 상당한 노력이 31 대 생체하여 PMR OXPHOS와의 직접적인 측정을 확인하고이 기술을 52, 53, 54, 55의 잠재적 임상 적용 가능성을 보여주기 위해 이루어졌다. 특히, 본 연구에 기재된 프로토콜은 임상 적으로 이용 가능한 스캐너 상에 구현 될 수 있고, 광범위하게 비 침습적 바이오 마커 O로 검증되었습니다F 미토콘드리아 기능 56. 그러나, 신경 근육 장애 또는 이동성의 변화 심각도와 개인에게 응용 프로그램에 최적화 된 운동 (31)하여 PMR 프로토콜은 물론 57 확립되어 있지 않다. 잘 정의 된, 광범위하게 적용 운동 프로토콜 31하여 PMR 기술은 미토콘드리아 기능 이상과 근본적인 질환의 평가에 특히 유용 할 것이다. 이전의 여러 연구 대상으로 미토콘드리아 기능을 정량화하는 비 침습 기술의 응용 프로그램을 살펴 보았다. 예를 들어,이 기술은 제 2 형 당뇨병 (36)을 대상으로 장애인 OXPHOS을 보여 주었다. 로디는 등. 제 FA 피험자로하여 PMR 기술의 가능성을 시험 1) FA의 근본적인 유전 적 결함이 골격근 OXPHOS를 손상시키는 것으로, 2)는 GAA 트리플렛의 개수는 반복 골격근 O 반비례XPHOS 33. 최근 Nachbauer 외. 7 과목과의 FA 약물 시험에서 보조 결과 조치로 사용하여 PMR. PCR 복구 시간은 로디의 이전 작업을 재확인하고 FA에서 벗어난 frataxin 식의 효과를하여 PMR 기술 (58)을 이용하여 검출 할 미토콘드리아 용량의 감소가 발생할 수 있음을 나타냅니다 컨트롤에 비해 과목에서 상당히 이상했다. 신뢰할 수있는 방법은 적절하게 가능하고 비용 효율적인 방식과 재현성 생체 골격근 기능의 정의는 미토콘드리아 기능에 영향을주는 질환의 범위에 따라 결과 개선에 중요하다. 이 작품은 31하여 PMR을 사용하여 골격근의 생체 내 최대 산화 용량을 얻기위한 강력한 절차를 설명합니다. 인 - 자석 운동 프로토콜은 물론 물리적 functiona 넓은 범위에 걸쳐 개인 용납리터의 능력과는 저렴하고 널리 사용 가능한 장비를 사용하여 간단한 주제 설정을 제공한다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="883">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:331px;">1.5 T MR Scanner</td>
			<td style="width:165px;">Siemens</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:251px;">manufacturer will not affect results</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:331px;">10 cm 31P transmit-receive coil, 1.5T compatible</td>
			<td style="width:165px;">PulseTeq</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>manufacturer will not affect results</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:331px;">3 fl oz Baby Oil</td>
			<td style="width:165px;">Johnson &#38; Johnson</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>manufacturer will not affect results</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:331px;">Foam triangle cushion (Knee)</td>
			<td style="width:165px;">Siemens</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>manufacturer will not affect results</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:331px;">(3) plastic buckle resistive straps; table to table</td>
			<td style="width:165px;">Siemens</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>manufacturer will not affect results</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:331px;">(1) plastic buckle resistive strap; self-connecting</td>
			<td style="width:165px;">Siemens</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

phosphorus-31 magnetic resonance spectroscopy: a tool for measuring in vivo mitochondrial oxidative phosphorylation capacity in human skeletal muscle

Skeletal muscle mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) capacity, which is critically important in health and disease, can be measured in vivo and noninvasively in humans via phosphorus-31 magnetic resonance spectroscopy (31PMRS). However, the approach has not been widely adopted in translational and clinical research, with variations in methodology and limited guidance from the literature. Increased optimization, standardization, and dissemination of methods for in vivo 31PMRS would facilitate the development of targeted therapies to improve OXPHOS capacity and could ultimately favorably impact cardiovascular health. 31PMRS produces a noninvasive, in vivo measure of OXPHOS capacity in human skeletal muscle, as opposed to alternative measures obtained from explanted and potentially altered mitochondria via muscle biopsy. It relies upon only modest additional instrumentation beyond what is already in place on magnetic resonance scanners available for clinical and translational research at most institutions. In this work, we outline a method to measure in vivo skeletal muscle OXPHOS. The technique is demonstrated using a 1.5 Tesla whole-body MR scanner equipped with the suitable hardware and software for 31PMRS, and we explain a simple and robust protocol for in-magnet resistive exercise to rapidly fatigue the quadriceps muscle. Reproducibility and feasibility are demonstrated in volunteers as well as subjects over a wide range of functional capacities.

재현성 연구 식스 자원 봉사자 (4 남자와 두 여자, 평균 연령 : 24.5 ± 6.2 세)없이 자기보고 심장, 대사, 또는 미토콘드리아 질환은 기술 평가 1 주일 이내에 2 개의 다른 일에 대한 설명 (31)하여 PMR 운동 및 이미징 기술의 세션을 시행 재현성 (도 6a). 일반 자원 봉사자에 수행 된 연구는 미토콘드리아 기능의 정량화에 31하여 PMR 연구의 재현성을 확인합니다. PCR 회복 시간의 온화한 - 알트 분석 1.03 4.83 sec의 평균 차이 표준 편차 4.66 (도 6b)의 변형 예의 간 실험 계수를 보여준다. 프로토콜의 단계 4에 기재된 방법 절에 설명 취득하거나 분석 프로토콜에 대한 변경은, 양질의 데이터를 취득 할 필요가 없었다. 이 입술ULTS이 작품에 설명 된 수집 및 분석 기술의 재현성을 보여줍니다. 프리드리히의 운동 실조증과 비 외래 참가자의 기술 평가 네 명 (2 남성과 2 여성, 평균 연령 : 35) FA와 비 외래 인구의 타당성을 평가하기 위해이 작품에 설명 된 31하여 PMR 운동 및 이미징 기술의 단일 세션을 시행 하였다. 이러한 주제는 단계 5.6에 나타낸 복구 파라미터에 맞게 PCR 충분히 고갈을 얻기위한 자석의 운동을 수행 할 수 있었다. 그러나, 이상 운동 시간 (60-90 초)을 충분히 PCR 수준을 소모해야했습니다. 또한이 질환의 특징 인 근육 조절의 점진적인 손실에 의해 야기 된 진동 맞는 주위에서 (도 7)을 기록 하였다. 이 s의ubjects, 우리가 원하지 않는 운동을 제한하기 위해, 세 개의 스트랩을 제공 무릎과 발목 사이의 두 개의 추가 저항 스트랩을 사용했다. 이러한 결과는 비 외래 환자의 PCR 회복 시간을 얻기 위해 수집 및 분석 방법의 타당성을 증명한다. 그러나, 양질의 데이터를 획득하기 위해 필요한 변형은 추가적인 평가 표준화 연구가 필요한 것을 나타낸다. 타당성 조사 심장 재활 및 이차 예방 (CRSP)의 프로그램이라고없이 자기보고 심장 혈관 질환 나인 자원 봉사자 15 과목은 지역 기관 검토위원회 (IRB) -approved를 대상으로 하였다. 우리는 심장 혈관 건강 및 대사 증후군의 중증도 지표 일부 임상 값을 얻을. 좌심실 구혈률은 CRSP 과목 (56 10 %)에 보존되었다. 석사CRSP를 시작하기 전에 측정 ximum 심장 혈관 노력의 능력, (3.05 0.6 0.8 3.4 대 대사 당량의 대사 증후군, P = 0.4)와 당뇨병이없는 환자에서 유사했다. CRSP을 시작하기 이전에, 등록 된 각 주제 64 이전 설명이 일에 기재된하여 PMR (31)의 운동 및 이미징 기술 및 근육 내 지방 정량 영상을 시행 하였다. PCR 회복 시정 (32.1 7.4 초, P 대 41.9 1.4 = 0.05) 이상이고, 근육 내 지방 비율 컨트롤 (2.54 0.6 %, p &lt;0.001 대 8.7 2.9) 대 CRSP 피험자 높았다. 근육 내 지방의 비율과 당뇨병 (p = 0.4)없이 CRSP 과목에서 유사하고, PCR 회복의 시간 상수는 당뇨병 환자에서 더 긴 경향 당뇨병이없는 사람과 동향에 대한 제어 (P = 0.03에 대 그룹에서). 예비 추적 데이터는 상당히 악화 개선을 제안당뇨병 환자에서 대사 증후군 후 CRSP이없는 사람에 비해 (델타 = 1.0 0.8 대 4.0 2.4, P = 0.06; 그림 8). 이러한 결과와 공지의 대사성 질환이없는 환자와 골격근 OXPHOS 차이를 정량화하기 위해 본 기술의 가능성을 입증한다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54977/54977fig1.jpg" /> 그림 1. 미토콘드리아, 골격근 및 심폐 시스템. 미토콘드리아, 골격근, 심 박출량, 환기, 기능적 능력 사이의 관계의 표현이 도시되어있다. 밀 라니 등 (65)에서 재현. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/54977/54977fig2.jpg" /> 2. 재료 그림. 필요한 재료는 1) 삼각형 쿠션 포함 <str옹&gt; 2) 10 cm (31) P-조정 송수신 표면 코일, 3) 테이블에 테이블이 연결 저항 스트랩, 4) 자체 연결 저항 스트랩 및 베이비 오일 5) 작은 병. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54977/54977fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/54977/54977fig3.jpg" /> 그림 3. 위치. A) 주제는 부정사, 발 - 첫 번째 위치에 몇 군데 있습니다. 31 P 코일 대퇴사 왼쪽에 배치된다. 저항 스트랩 무릎의 상하에 배치 된 테이블에 부착된다. 하나의 스트랩이 함께 무릎 위에 두 다리를 결합하는 데 사용됩니다. B) 슬라이스의 위치는 제 위치 파악을 위해 도시된다. 조각은 삶을 중심으로되어 있습니다아기 오일 병의 기, 그리고 조각은 전체 대퇴사 두근을 커버합니다. C) 31하여 PMR에 대한 심 상자의 위치가 표시됩니다. 이 볼륨 직접 사두근의 코일 아래에 배치하고, 코일 표면의 영역 내에 충분한 신호 적절한 shimming을 보장 깊이를 덮는다. <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/54977/54977fig4.jpg" /> 4. 데이터 수집 그림. A) 휴식 대표 (31) P 취득이 표시됩니다. PCR 반응은 넓은 단일 피크이고, 최소의 잡음 (왼쪽)이있다. 두 개의 큰 봉우리, 파이 및 PCR (오른쪽)의 프로토콜 결과의 운동 부분 중 일반적인 인수. 운동이 진행 될수록 파이 및 PCR 피크가 각각 증가 및 감소된다. B) 나머지 운동 후 PCR의 피크 높이를 비교 적어도 ~ 30 % 감소를 공개한다. 이 C<html> alculation는 운동 연구의 성공적인 완료를 보장하기 위해 스캐너 콘솔에서 수행되어야한다. <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/54977/54977fig5.jpg" /> 그림 5. 분석. 대표적인 스펙트럼의 위상 보정 및 아포 디제이 도시된다. A) 미 대별 피크와 피크 가려 노이즈의 존재를 나타내는 원시 스펙트럼. B) 0 번째를 나타내는 스펙트럼 - 1 일 - 오더 위상 보정. 중심 주파수에있는 PCR 피크를 쉽게 식별 할 수 있지만, 다른 대사 물질 피크가 여전히 어둡게된다. C) 소음 감소 및 3 ATP 피크의 더 나은 시각화 및 PDE와 파이 피크 결과 로렌 시안 라인 모양 아포 디제이 후 스펙트럼. 이 스펙트럼은 Amares의 도구로 피크 정량 준비가되어 있습니다.<html> 파일 / ftp_upload / 54977 / 54977fig5large.jpg &quot;대상 =&quot;_ 빈 &quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 6" src="/files/ftp_upload/54977/54977fig6.jpg" /> 건강 주제 6. 31하여 PMR 그림. A)이 그림은 빠른 준 정적 무릎 확장 운동과의 고갈 후 크레아틴 인산 (PCR) 농도의 회복을 보여줍니다. 라인은 상수 τ은 도시 된 복구 시간과, 단계 5.6에 기재된 회복 지수 함수의 착용감을 나타내고; 이 시정 미토콘드리아 산화 함수의 노포 바이오 마커이다. B) 31하여 PMR 기술 재현성 온화한 - 알트 분석 시험의 PCR 회복 시간 1.03 4.83 초 평균 차이 표준 편차를 보여준다; 변동 계수는 4.66이다.https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54977/54977fig6large.jpg &quot;대상 =&quot;_ 빈 &quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 7" src="/files/ftp_upload/54977/54977fig7.jpg" /> 비 외래 주제 7. 31하여 PMR 그림. 비 외래 환자의 31하여 PMR 시험에서 대표 PCR 회복 곡선을 나타낸다. 64 %의 PCR 고갈이 운동 프로토콜을 달성했다합니다. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54977/54977fig7large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 8" src="/files/ftp_upload/54977/54977fig8.jpg" /> CRSP 과목 8. 31하여 PMR 그림. PCR의 RECOV의 비교ERY 시간은 순차적으로 가난한 미토콘드리아 산화 제어 능력, 비 당뇨병 및 당뇨병 환자를 보여줍니다. 오차 막대는 표준 편차를 나타낸다.

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Phosphorus-31 Magnetic Resonance Spectroscopy: A Tool for Measuring In Vivo Mitochondrial Oxidative Phosphorylation Capacity in Human Skeletal Muscle

This work demonstrates the feasibility of an in vivo phosphorus-31 magnetic resonance spectroscopy (31PMRS) technique to quantify mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) capacity in human skeletal muscle.

인-31 자기 공명 분광학 : 측정을위한 도구<em&gt; 생체</em인간의 골격 근육에&gt; 미토콘드리아 산화 적 인산화 능력

Skeletal muscle mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) capacity, which is critically important in health and disease, can be measured in vivo ...

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Medicine

Phosphorus-31 Magnetic Resonance Spectroscopy: A Tool for Measuring In Vivo Mitochondrial Oxidative Phosphorylation Capacity in Human Skeletal Muscle

11.6K 조회수.  The Ohio State University. This work demonstrates the feasibility of an in vivo phosphorus-31 magnetic resonance spectroscopy (31PMRS) technique to quantify mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) capacity in human skeletal muscle. 

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In Vivo Canine Muscle Function Assay

We describe a minimally-invasive and reproducible method to measure canine pelvic limb muscle strength and muscle response to repeated eccentric 
contractions. The pelvic limb of an anesthetized dog is immobilized in a stereotactic frame to align the tibia at a right angle to the femur. Adhesive wrap affixes the 
paw to a pedal mounted on the shaft of a servomotor to measure torque. Percutaneous nerve stimulation activates pelvic limb muscles of the paw to either push (extend) or 
pull (flex) against the pedal to generate isometric torque. Percutaneous tibial nerve stimulation activates tibiotarsal extensor muscles. Repeated eccentric (lengthening) 
contractions are induced in the tibiotarsal flexor muscles by percutaneous peroneal nerve stimulation. The eccentric protocol consists of an initial isometric contraction 
followed by a forced stretch imposed by the servomotor. The rotation effectively lengthens the muscle while it contracts, e.g., an eccentric contraction. During 
stimulation flexor muscles are subjected to an 800 msec isometric and 200 msec eccentric contraction. This procedure is repeated every 5 sec. To avoid fatigue, 4 min rest 
follows every 10 contractions with a total of 30 contractions performed.

In Vivo Canine Muscle Function Assay

We describe a minimally-invasive and painless method to measure canine hindlimb muscle strength and muscle response to repeated eccentric contractions.

VIVO 개 근육 기능 분석에

We describe a minimally-invasive and reproducible method to measure canine pelvic limb muscle strength and muscle response to repeated eccentric 
...

연구

의학

Skeletal Muscle Gender Dimorphism from Proteomics

Gross contraction in skeletal muscle is primarily determined by a relatively small number of contractile proteins, however this tissue is also remarkably adaptable to environmental factors1 such as hypertrophy by resistance exercise and atrophy by disuse. It thereby exhibits remodeling and adaptations to stressors (heat, ischemia, heavy metals, etc.)2,3. Damage can occur to muscle by a muscle exerting force while lengthening, the so-called eccentric contraction4. The contractile proteins can be damaged in such exertions and need to be repaired, degraded and/or resynthesized; these functions are not part of the contractile proteins, but of other much less abundant proteins in the cell. To determine what subset of proteins is involved in the amelioration of this type of damage, a global proteome must be established prior to exercise5 and then followed subsequent to the exercise to determine the differential protein expression and thereby highlight candidate proteins in the adaptations to damage and its repair. Furthermore, most studies of skeletal muscle have been conducted on the male of the species and hence may not be representative of female muscle. 
In this article we present a method for extracting proteins reproducibly from male and female muscles, and separating them by two-dimensional gel electrophoresis followed by high resolution digital imaging6. This provides a protocol for spots (and subsequently identified proteins) that show a statistically significant (p &lt; 0.05) two-fold increase or decrease, appear or disappear from the control state. These are then excised, digested with trypsin and separated by high-pressure liquid chromatography coupled to a mass spectrometer (LC/MS) for protein identification (LC/MS/MS)5. This methodology (Figure 1) can be used on many tissues with little to no modification (liver, brain, heart etc.).

A straight-forward set of methods to isolate and determine the identity of the most abundant proteins expressed in skeletal muscle. About 800 spots are discerned on a two-dimensional gel from 10 mg muscle; this allows for the determination of gender-specific protein expression. These methods will give equivalent results in most tissues.

Proteomics에서 골격근 성별 동종 이형

Gross contraction in skeletal muscle is primarily determined by a relatively small number of contractile proteins, however this tissue is also remarkably ...

Multi-modal Imaging of Angiogenesis in a Nude Rat Model of Breast Cancer Bone Metastasis Using Magnetic Resonance Imaging, Volumetric Computed Tomography and Ultrasound

Angiogenesis is an essential feature of cancer growth and metastasis formation. In bone metastasis, angiogenic factors are pivotal for tumor cell proliferation in the bone marrow cavity as well as for interaction of tumor and bone cells resulting in local bone destruction. Our aim was to develop a model of experimental bone metastasis that allows in vivo assessment of angiogenesis in skeletal lesions using non-invasive imaging techniques.
For this purpose, we injected 105 MDA-MB-231 human breast cancer cells into the superficial epigastric artery, which precludes the growth of metastases in body areas other than the respective hind leg1. Following 25-30 days after tumor cell inoculation, site-specific bone metastases develop, restricted to the distal femur, proximal tibia and proximal fibula1. Morphological and functional aspects of angiogenesis can be investigated longitudinally in bone metastases using magnetic resonance imaging (MRI), volumetric computed tomography (VCT) and ultrasound (US).
MRI displays morphologic information on the soft tissue part of bone metastases that is initially confined to the bone marrow cavity and subsequently exceeds cortical bone while progressing. Using dynamic contrast-enhanced MRI (DCE-MRI) functional data including regional blood volume, perfusion and vessel permeability can be obtained and quantified2-4. Bone destruction is captured in high resolution using morphological VCT imaging. Complementary to MRI findings, osteolytic lesions can be located adjacent to sites of intramedullary tumor growth. After contrast agent application, VCT angiography reveals the macrovessel architecture in bone metastases in high resolution, and DCE-VCT enables insight in the microcirculation of these lesions5,6. US is applicable to assess morphological and functional features from skeletal lesions due to local osteolysis of cortical bone. Using B-mode and Doppler techniques, structure and perfusion of the soft tissue metastases can be evaluated, respectively. DCE-US allows for real-time imaging of vascularization in bone metastases after injection of microbubbles7.
In conclusion, in a model of site-specific breast cancer bone metastases multi-modal imaging techniques including MRI, VCT and US offer complementary information on morphology and functional parameters of angiogenesis in these skeletal lesions.

In the pathogenesis of bone metastasis, angiogenesis is a crucial process and therefore represents a target for imaging and therapy. Here, we present a rat model of site-specific breast cancer bone metastasis and describe strategies to non-invasively image angiogenesis in vivo using magnetic resonance imaging, volumetric computed tomography and ultrasound.

자기 공명 영상, 체적 계산의 Tomography 및 초음파를 이용한 유방암의 뼈 전이의 누드 쥐 모델에서 Angiogenesis의 멀티 모달 이미징

Angiogenesis is an essential feature of cancer growth and metastasis formation. In bone metastasis, angiogenic factors are pivotal for tumor cell ...

Tibial Nerve Transection - A Standardized Model for Denervation-induced Skeletal Muscle Atrophy in Mice

The tibial nerve transection model is a well-tolerated, validated, and reproducible model of denervation-induced skeletal muscle atrophy in rodents. Although originally developed and used extensively in the rat due to its larger size, the tibial nerve in mice is big enough that it can be easily manipulated with either crush or transection, leaving the peroneal and sural nerve branches of the sciatic nerve intact and thereby preserving their target muscles. Thus, this model offers the advantages of inducing less morbidity and impediment of ambulation than the sciatic nerve transection model and also allows investigators to study the physiologic, cellular and molecular biologic mechanisms regulating the process of muscle atrophy in genetically engineered mice. The tibial nerve supplies the gastrocnemius, soleus and plantaris muscles, so its transection permits the study of denervated skeletal muscle composed of fast twitch type II fibers and/or slow twitch type I fibers. Here we demonstrate the tibial nerve transection model in the C57Black6 mouse. We assess the atrophy of the gastrocnemius muscle, as a representative muscle, at 1, 2, and 4 weeks post-denervation by measuring muscle weights and fiber type specific cross-sectional area on paraffin-embedded histologic sections immunostained for fast twitch myosin.

The tibial nerve transection model is a well-tolerated, validated, and reproducible model of skeletal muscle atrophy. The model surgical protocol is described and demonstrated in C57Black6 mice. &#160;

경골 신경 절개 - 마우스의 탈 신경에 의한 골격근의 위축에 대한 표준 모델

The tibial nerve transection model is a well-tolerated, validated, and reproducible model of denervation-induced skeletal muscle atrophy in rodents. ...

Human Skeletal Muscle Biopsy Procedures Using the Modified Bergstr&#246;m Technique

The percutaneous biopsy technique enables researchers and clinicians to collect skeletal muscle tissue samples. The technique is safe and highly effective. This video describes the percutaneous biopsy technique using a modified Bergstr&#246;m needle to obtain skeletal muscle tissue samples from the vastus lateralis of human subjects. The Bergstr&#246;m needle consists of an outer cannula with a small opening (&#8216;window&#8217;) at the side of the tip and an inner trocar with a cutting blade at the distal end. Under local anesthesia and aseptic conditions, the needle is advanced into the skeletal muscle through an incision in the skin, subcutaneous tissue, and fascia. Next, suction is applied to the inner trocar, the outer trocar is pulled back, skeletal muscle tissue is drawn into the window of the outer cannula by the suction, and the inner trocar is rapidly closed, thus cutting or clipping the skeletal muscle tissue sample. The needle is rotated 90&#176;&#160;and another cut is made. This process may be repeated three more times. This multiple cutting technique typically produces a sample of 100-200 mg or more in healthy subjects and can be done immediately before, during, and after a bout of exercise or other intervention. Following post-biopsy dressing of the incision site, subjects typically resume their activities of daily living right away and can fully participate in vigorous physical activity within 48-72 hr. Subjects should avoid heavy resistance exercise for 48 hr to reduce the risk of herniation of the muscle through the incision in the fascia.

The purpose of this video is to present the modified Bergstr&#246;m skeletal muscle biopsy technique on human subjects.

수정 된 버그 스트롬 기술을 이용하여 인간의 골격 근육 생검 절차

The percutaneous biopsy technique enables researchers and clinicians to collect skeletal muscle tissue samples. The technique is safe and highly ...

Quantitative Magnetic Resonance Imaging of Skeletal Muscle Disease

Quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) describes the development and use of MRI to quantify physical, chemical, and/or biological properties of living systems. Neuromuscular diseases often exhibit a temporally varying, spatially heterogeneous, and multi-faceted pathology. The goal of this protocol is to characterize this pathology using qMRI methods. The MRI acquisition protocol begins with localizer images (used to locate the position of the body and tissue of interest within the MRI system), quality control measurements of relevant magnetic field distributions, and structural imaging for general anatomical characterization. The qMRI portion of the protocol includes measurements of the longitudinal and transverse relaxation time constants (T1 and T2, respectively). Also acquired are diffusion-tensor MRI data, in which water diffusivity is measured and used to infer pathological processes such as edema. Quantitative magnetization transfer imaging is used to characterize the relative tissue content of macromolecular and free water protons. Lastly, fat-water MRI methods are used to characterize fibro-adipose tissue replacement of muscle. In addition to describing the data acquisition and analysis procedures, this paper also discusses the potential problems associated with these methods, the analysis and interpretation of the data, MRI safety, and strategies for artifact reduction and protocol optimization.

Neuromuscular diseases often exhibit a temporally varying, spatially heterogeneous, and multi-faceted pathology. The goal of this protocol is to characterize this pathology using non-invasive magnetic resonance imaging methods.

골격근 질환의 정량적 자기 공명 영상

Quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) describes the development and use of MRI to quantify physical, chemical, and/or biological properties of ...

Human Vastus Lateralis Skeletal Muscle Biopsy Using the Weil-Blakesley Conchotome

Percutaneous muscle biopsy using the Weil-Blakesley conchotome is well established in both clinical and research practice. It is a safe, effective and well tolerated technique. The Weil-Blakesley conchotome has a sharp biting tip with a 4 - 6 mm wide hollow. It is inserted through a 5 - 10 mm skin incision and can be maneuvered for controlled tissue penetration. The tip is opened and closed within the tissue and then rotated through 90 -180&#176; to cut the muscle. The amount of muscle obtained following repeated sampling can vary from 20 mg to 290 mg which can be processed for both histology and molecular studies. The wound needs to be kept dry and vigorous physical activity kept to a minimum for approximately 72 hr although normal levels of activity can restart immediately following the procedure. This procedure is safe and effective when close attention is paid to the selection of subjects, full asepsis and post procedure care. &#160;Both right and left vastus lateralis are suitable for biopsy dependent on participant preference.

Human Vastus Lateralis Skeletal Muscle Biopsy Using the Weil-Blakesley Conchotome

This video demonstrates the technique of percutaneous muscle biopsy of the human vastus lateralis using the Weil-Blakesley conchotome.

사람의<em&gt; 광근의 Lateralis</em&gt; 웨일 - Blakesley Conchotome를 사용하여 골격 근육 생검

Percutaneous muscle biopsy using the Weil-Blakesley conchotome is well established in both clinical and research practice. It is a safe, effective and ...

Depletion of Mouse Cells from Human Tumor Xenografts Significantly Improves Downstream Analysis of Target Cells

The use of in vitro cell line models for cancer research has been a useful tool. However, it has been shown that these models fail to reliably mimic patient tumors in different assays1. Human tumor xenografts represent the gold standard with respect to tumor biology, drug discovery, and metastasis research 2-4. Tumor xenografts can be derived from different types of material like tumor cell lines, tumor tissue from primary patient tumors4 or serially transplanted tumors. When propagated in vivo, xenografted tissue is infiltrated and vascularized by cells of mouse origin. Multiple factors such as the tumor entity, the origin of xenografted material, growth rate and region of transplantation influence the composition and the amount of mouse cells present in tumor xenografts. However, even when these factors are kept constant, the degree of mouse cell contamination is highly variable.
Contaminating mouse cells significantly impair downstream analyses of human tumor xenografts. As mouse fibroblasts show high plating efficacies and proliferation rates, they tend to overgrow cultures of human tumor cells, especially slowly proliferating subpopulations. Mouse cell derived DNA, mRNA, and protein components can bias downstream gene expression analysis, next-generation sequencing, as well as proteome analysis 5. To overcome these limitations, we have developed a fast and easy method to isolate untouched human tumor cells from xenografted tumor tissue. This procedure is based on the comprehensive depletion of cells of mouse origin by combining automated tissue dissociation with the benchtop tissue dissociator and magnetic cell sorting. Here, we demonstrate that human target cells can be can be obtained with purities higher than 96% within less than 20 min independent of the tumor type.

Human tumor xenografts are vascularized and infiltrated by cells of mouse origin during the growth phase in vivo. To circumvent the bias caused by these contaminating cells during downstream analysis, we developed a method allowing for comprehensive depletion of all mouse cells by magnetic cell sorting.

인간 종양 이종 이식에서 마우스 세포의 고갈은 크게 대상 세포의 다운 스트림 분석을 향상

The use of in vitro cell line models for cancer research has been a useful tool. However, it has been shown that these models fail to reliably mimic ...

In Vivo Tracking of Edema Development and Microvascular Pathology in a Model of Experimental Cerebral Malaria Using Magnetic Resonance Imaging

Cerebral malaria is a sign of severe malarial disease and is often a harbinger of death. While aggressive management can be life-saving, the detection of cerebral malaria can be difficult. We present an experimental mouse model of cerebral malaria that shares multiple features of the human disease, including edema and microvascular pathology. Using magnetic resonance imaging (MRI), we can detect and track the blood-brain barrier disruption, edema development, and subsequent brain swelling. We describe multiple MRI techniques that can visualize these pertinent pathological changes. Thus, we show that MRI represents a valuable tool to visualize and track pathological changes, such as edema, brain swelling, and microvascular pathology, in vivo.

In Vivo Tracking of Edema Development and Microvascular Pathology in a Model of Experimental Cerebral Malaria Using Magnetic Resonance Imaging

We describe a mouse model of experimental cerebral malaria and show how inflammatory and microvascular pathology can be tracked in vivo using magnetic resonance imaging.

자기 공명 영상을 이용한 실험용 뇌 말라리아 모델에서의 부종 발달 및 미세 혈관 병리학 적 추적

Cerebral malaria is a sign of severe malarial disease and is often a harbinger of death. While aggressive management can be life-saving, the detection of ...

Cardiac Magnetic Resonance Imaging at 7 Tesla

CMR at an ultra-high field (magnetic field strength B0&#160;&#8805; 7 Tesla) benefits from the signal-to-noise ratio (SNR) advantage inherent at higher magnetic field strengths and potentially provides improved signal contrast and spatial resolution. While promising results have been achieved, ultra-high field CMR is challenging due to energy deposition constraints and physical phenomena such as transmission field non-uniformities and magnetic field inhomogeneities. In addition, the magneto-hydrodynamic effect renders the synchronization of the data acquisition with the cardiac motion difficult. The challenges are currently addressed by explorations into novel magnetic resonance technology. If all impediments can be overcome, ultra-high field CMR may generate new opportunities for functional CMR, myocardial tissue characterization, microstructure imaging or metabolic imaging. Recognizing this potential, we show that multi-channel radio frequency (RF) coil technology tailored for CMR at 7 Tesla together with higher order B0 shimming and a backup signal for cardiac triggering facilitates high fidelity functional CMR. With the proposed setup, cardiac chamber quantification can be accomplished in examination times similar to those achieved at lower field strengths. To share this experience and to support the dissemination of this expertise, this work describes our setup and protocol tailored for functional CMR at 7 Tesla.

The sensitivity gain inherent to ultrahigh field magnetic resonance holds promise for high spatial resolution imaging of the heart. Here, we describe a protocol customized for functional cardiovascular magnetic resonance (CMR) at 7 Tesla using an advanced multi-channel radio-frequency coil, magnetic field shimming and a triggering concept.

CMR at an ultra-high field (magnetic field strength B0&#160;&#8805; 7 Tesla) benefits from the signal-to-noise ratio (SNR) advantage inherent at higher ...