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.

Bu protokol tarafından onaylanan ve insan denekler araştırma için Ohio State Üniversitesi Kurumsal Değerlendirme Kurulu kuralları izler. MR cihazları ile ilgili tüm işlemler MR güvenliği 59 yüksek standartlarına bağlı kalarak yeterince eğitimli personel tarafından yerine getirilmesini önem taşımaktadır. 1. Malzemeler ve Hazırlama <ol><li> Gerekli tüm malzemeler deney öncesinde (Şekil 2) mevcuttur olduğundan emin olun. </li><li> Delik yakın sınav tablonun sonuna içi masaya bobin konektörüne 31 P bobin takın. MR sınav masanın başının yakınında büyük bir üçgen köpük yastık yerleştirin, ancak doğrudan 31 P bobin üzerinde. konu konfor için, MR sınav tablodan, deliğin en uzak diğer ucundaki bir kafa yastık yerleştirin. </li></ol> 2. Konu Konumlandırma (Şekil 3a) <ol><li> sırtüstü, ayak yalan konuyu talimatMR masaya ilk. kısmen fleksiyon pozisyonunda bacak desteklemek için dizlerinizin altına bir yastık köpük yerleştirin. </li><li> böylece inceleme altındaki uyluk kas optimal B0 homojenlik sağlamak, mümkün olduğunca mıknatıs İzomerkez olarak yakından sol uyluk ortalamak için tablo (deneğin sağ) sağ tarafına yakın konuyu yerleştirin. Kulak fişlerini ve / veya kulaklık ile konuyu sağlamak. </li><li> Patella ve femur başı arasında yaklaşık orta noktasında sol quadriceps 31 P RF bobini yerleştirin ve askıları kullanarak bacak sabitleyin. vastus lateralis üzerinde, bacağın yan kısmı üzerinde bobin yerleştirin. </li><li> bacak bobini sabitlemek için kullanılan aynı kayışları ile uyluk medial bebek yağı sabitleyin. Bu tarama lokalizasyonu kolaylaştırır. </li><li> bobin altında ve diz üstü yerleştirilen bir kayış ile birlikte deneğin bacaklarını bağlayın. Ek stra MR masaya kişinin bacakları Güvenlips, diz üstü bir ve diz ve ayak bileği arasında bir yarıda. </li><li> bobin merkezi tasvir ve bu merkezleme dönüm kullanarak mıknatıs İzomerkez tablo taşımak için lazer ışık kılavuzu kullanın. </li></ol> 3. Egzersiz Protokolü <ol><li> egzersiz protokolü üç aşamadan oluşmaktadır konuya açıklar: ilk, başlangıç ​​aşaması; Kısa, yoğun egzersiz faz; ve bir kurtarma aşaması. </li><li> hala yalan ve hareket eserler en aza indirmek için spektroskopisi edinimi temel ve kurtarma aşamalarında bacak kasları gevşer konuyu söyleyin. </li><li> egzersiz başlangıcını gösteren konuya geri sayım sağlamak. Bu noktada, söz konusu kayışlar direnişine karşı mümkün olduğu kadar çabuk olarak zorla diz uzatma / fleksiyon başlatmak ve var. NOT: kuadriseps kasları durdurmak için talimat gelene kadar, yukarı ve aşağı sol alt bacak taşımak için kullanılır. </li><li> % 30 düşüşten sonra egzersiz sonlandırPCr pik yüksekliği. <ol><li> edinim görüntüleyici penceresinde PCr pik yüksekliği gözlemlemek ve aynı zamanda egzersiz dizisinin tamamlanmasından sonra görüntülemek. NOT: Genel kural olarak PCr pik yüksekliği yaklaşık% 30 düşüş PCr tepe yüksekliğinin% 50&#39;si olan bir Pi zirveye karşılık olmasıdır. PCr tükenmesi sınav egzersiz aşamasında% 30 düşüş elde etmek için yeterince hızlı meydana değilse, sert veya daha hızlı egzersiz yaparken tekme konuyu teşvik ediyoruz. NOT: egzersiz Bırakma PCr pik yüksekliği ve egzersiz süresini izleyerek belirlenir. Bu, farklı hastalarda egzersiz biraz farklı sürelerde neden olabilir ve analiz açıklanabilir. </li></ol></li></ol> 4. Tarama Protokolü <ol><li> Uygun konu konumlandırma doğrulamak ve 31 P bobin yerini belirlemek için bir tri-düzlem yerelleştiricisinin edinin. NOT: yerelleştiricisinin dizisi otomatik olarak başlar ve Hindu de merkezleriLazer ışığı kılavuzunu kullanarak ated pozisyonu (2.9 adım) </li><li> İkinci bir tri-düzlem yerelleştiricisinin edinin. <ol><li> İlk üç düzlem yerelleştiricisinin görüntülerde dilim görünümünü açın. NOT: Bu işlem, farklı yazılım ve donanım sistemleri için farklı olabilir. </li><li> Merkez ve sol tıklayarak ve dilim grubuna tutarak dilim yönünü döndürmek. dilim grubu döndürün. dilimleri nihai oryantasyon bebe yağı konumu ile aynı olduğundan emin olun. </li><li> Dizisi rutin penceresinde, aksiyel ve sagital kesitler (Şekil 3b) &#39;de tüm bacak kapsayacak şekilde dilim sayısını artırmak. </li></ol></li><li> 31P spektroskopisi sekansı <ol><li> Aşağıdaki olmayan lokalize darbe acquire dizisi parametreleri kullanın: TR: 1,000 msn; TE: 0.34 ms; spektral genişliği: 2,000 Hz; Kapak açısı: 90 derece; Elde edilen veriler puanları: 1024; 1 yelpazenin her 6 sn bir zaman çözünürlüğü ile sonuçlanan 4 ortalamalar. </li></ol></li><li> 31 P şim box yerleştirme: <ol><li> Fare kullanma, ekranın üst kısmında izleme penceresi içine ikinci triplane yerelleştiricisinin görüntüleri sürükleyin. protokol penceresine spektroskopi dizisini sürükleyin ve açmak için çift tıklatın. </li><li> şim voksel (yatay çizgiler siyah dikdörtgen seçin) görselleştirmek için pozisyon araç çubuğunu kullanın. Bu seçeneği seçtikten sonra, yerelleştirici görüntülerde yeşil bir kutu gözlemlemek. NOT: Bu şim voksel olduğunu. </li><li> Sol tıklayarak voksel taşımak ve merkezi voksel tutan. boyutunu değiştirin ve sol tıklayarak vokselin yönünü döndürmek ve kutunun köşesinde voksel tutarak. doğrudan sondanın altında B0 alanı homojenliği sağlamak ve kuadriseps düzlemine paralel şekilde takoz kutusunun üzerine yerleştirin. Not: Bu, doğrudan bobinin merkezinin altında doku hacmi bobininin altından hassas bölge içinde uygun layneri sağlamaktır. </li><li> Hassas tanımlamak için üç düzlem yerelleştiricisinin görüntüleri kullanınE bobin bölge ve kuadriseps kas içinde bu bölgeyi kapsayacak şekilde şim kutusu ayarlayın. NOT: şim kutusu veri toplama voksel (Şekil 3c) içinde B0 homojenliği sağlamak için yüzey bobin gerçek kapsama daha büyük olabilir. </li><li> 31 P testi edinimi: <ol><li> iktisap görüntüleyici penceresini açın ve satın alma araç çubuğunda kafa simgesini seçin. Bu gerçek zamanlı olarak spektroskopi edinimi görüntülemek için izin verecektir. </li><li> 31P şim vokselin yerleştirilmesinden sonra, protokol penceresinin üst kısmında &quot;run&quot; düğmesine tıklayarak bir tek spektrum elde etmek için sırasını çalıştırın. </li><li> B0 layneri kalitesini inceleyin. alıcı penceresi elde spektrumu dikkate alınmalıdır. 0 ppm merkezli tanınmış bir PCr tepe ve anlamlı gürültü (Şekil 4a, sol) dikkat edin. NOT: Sorun Giderme: spektrumlu gürültülü belirirse, şim kutusu kas içine yerleştirilir emin olun. ilansadece boyut ve dolgu kutusunun konumu sinyal-gürültü oranını artırmak için. gerektiği gibi deney satın tekrarlayın. </li><li> ( &quot;Uygulamalar&quot; → &quot;Spektroskopisi&quot;), PCr pik yüksekliği bkz spektroskopi aracında spektrum açmak için. Hastanın klasör (klasör ağacı simgesi) açın, uygun tarama seçin ve spektrum yüklemek için çift tıklatın. </li></ol></li></ol></li><li> Egzersiz öncesi T1, görüntünün: <ol><li> bir bobin merkezinde bir tek dilim aksiyal T1-ağırlıklı görüntü elde. </li></ol></li><li> 31 P egzersiz öncesi edinim: <ol><li> sol tıklayarak ve protokol penceresinde sırasını sürükleyerek (en spektral kalite üretilen) aşama 4,4 dizisini kopyalayın. Tüm takip eden ölçümler için bu sıra kullanın. </li><li> konu dururken dizisi rutin penceresinde, 10 ölçüm elde etmek için 1 10. Select çalışmadan elde ölçümlerin sayısını artırmak. </li></ol></li><li> 31 &lt;/ Sup&gt; P Egzersiz edinimi: NOT: Bu analiz için önemli olacak gibi, başlangıç ​​ve bitiş egzersiz kez dikkatlice not edin. <ol><li> Dinlenme: Bir önceki tarama takoz ayarları uygula ve 20 ölçümleri elde etmek için sırasını ayarlayın. Bir geri sayım sonra tekme başlamak için konuyu söyleyin. 2 ölçümler için dinlenme kalmasını konu söyleyin. </li><li> Egzersiz: ~ 30 saniye boyunca diz uzatma egzersiz (ya da PCr tepe genlik% 30 azalma elde etmek için gerekli zamanı) gerçekleştirmek için konuyu isteyin. konu yeterli PCr tükenmesi elde sonra, dinlenmek için isteyin. </li></ol></li><li> 31 P egzersiz sonrası satın almalar: <ol><li> istirahatte ek 20 ölçüm kazanır. Egzersiz sonrası satın almalar (sağ, Şekil 4a) duraklama veya shimming olmadan, egzersiz dizisi hemen ardından başlayacak emin olun. NOT: İki ayrı satın almalar içine bu iyileşme dönemi bölünmesi i analiz edilmesini sağlarEgzersiz tekrar edilmesi gerekiyorsa operatör tam iyileşme döneminin satın önlemek için izin ikinci 20 dinamik spektrumları alımı sırasında nitial 20 dinamik spektrumları. </li></ol></li><li> Egzersiz kalitesini garanti: <ol><li> Başlangıçta ve egzersiz sonunda PCr pik yükseklikleri karşılaştırın. Yüksek kaliteli egzersiz oturumları PCr konsantrasyonunda ~% 30 azalma ile sonuçlanır. </li><li> PCr tepe yükseklik dinlenme başlangıcında ve geri sonunda aynı olduğundan emin olun (tipik olarak &lt;% 10 bir fark isteniyorsa). Bu satın alma sırasında alan homojenliği önemsiz kaybı olduğunu garanti eder. NOT: PCr arıza yetersiz veya alan homojenlik kaybı olmuşsa, o zaman (yorgunluğu önlemek için özen) sınav egzersiz / kurtarma bölümünü tekrarlamak durumunda, bobin ve kayışlar düzgün bir şekilde takılı olduğundan emin olun ve genişletmek egzersiz ve / veya süresinin, kuvvetli egzersiz teşvik (Şekil 4b). DEĞİLE: adımlarda 6 ve 11 izinlerinin bir ek kalite kontrol adımı elde edilen görüntülerin karşılaştırılması ve böylece çok az hareket önemli ölçüde elde edilen verileri etkileyebilecek protokolü sırasında meydana sağlanması nedeniyle egzersize uyluk ve bobinin her deplasman görselleştirmek için . </li></ol></li><li> egzersiz sonrası T1 görüntüleme ardından, aynı satın alma parametreleri kullanarak T1 görüntüleme (adım 4.5) eksenel ön egzersizi tekrarlayın. <ol><li> PCr yeterli tükenmesi ek olarak, egzersiz kas asidoz uyarmadı sağlamak için son egzersiz pH ölçer. </li><li> Pi ve PCR (Ap i) arasındaki kimyasal kayması ve aşağıdaki denklemi 60 kullanarak bu gerçekleştirin: pH = 6.77 + log [(Ap i -3,29) / (i 5.68-Ap)] NOT: pH fazla 6.8 61 kalmalıdır. PCr dökümü yeterlidir ancak pH değeri çok düşük ise, kısa bir egzersiz butik tekrarsüresi ve / veya azalan yoğunlukta ER. </li></ol></li><li> Verileri Kaydetme: <ol><li> DICOM dosyaları gibi tüm kazanılmış spektrumları kaydetmek ve JMRUI kullanarak işleme için onları ihracat. </li><li> Bir tarayıcı kullanıyorsanız, &quot;Navigator&quot; penceresindeki tüm spektroskopi satın almalar seçin. </li><li> Altında &quot;Uygulamalar&quot;, &quot;Dicom Araçlar&quot; → &quot;İhracat MR spektroskopi,&quot; seçin ve C DICOM (* .dcm) dosyalarını kaydetmek: / Kullanıcı / MedCom / temp / CDROFFLINE (Araç otomatik olarak bu konuma seçer). </li><li> Altında &quot;Transferi&quot;, &quot;Çevrimdışı Aktar&#39;ı&quot; i seçin. istediğiniz konuma kaydedin. </li></ol></li></ol> 5. Veri İşleme ve Analizi 62 <ol><li> özgürce edinilebilen JMRUI yazılımı (; http://www.jmrui.eu/ sürüm 5.2) ile MR spektrumları analiz edin. </li><li> Apodize ve faz edinilmiş tüm zaman noktalarında (Şekil 5) üzerinden bütünlüğü sağlamak için spektrumları kaydırır. PCr zirve merkezli olacak birspektrumlarında, t, 0 ppm. </li><li> Her edinilen spektrumda PCr tepe genliği ölçmek için yerleşik Amares algoritması kullanın. tepe genliği o zaman noktasında yüzey bobin hassas bölge içinde PCr konsantrasyonunu temsil eder. </li><li> Bilgisayar yazılımı, alıcı, zamanın bir fonksiyonu PCR konsantrasyonları çizilir. Kullanılarak dahili hesaplama yazılım eğri-fit araç, aşağıdaki denklem 52, 63 PCr iyileşme dönemi verilerine uyacak: <img alt="denklem 1" src="/files/ftp_upload/54977/54977eq1.jpg" /></li><li> (Taban PCr değerlerini kaydedin <img alt="denklem 2" src="/files/ftp_upload/54977/54977eq2.jpg" /> ), Düşük PCR ( <img alt="denklem 3" src="/files/ftp_upload/54977/54977eq3.jpg" /> ), Ve iyileşme süresi ( <img alt="denklem 4" src="/files/ftp_upload/54977/54977eq4.jpg" /> . </li><li> Uygun koşullar Exer sırasında tanıştığım emin olunPCr tükenmesi, bazal PCR ve en PCr arasındaki yüzde farkı hesaplayarak verirlerse oturumu. % 50 tükenmesi - İdeal egzersiz seansları 20 sonuçlanır. Not: Eğri oturtma kalitesi R2 değeri 0,75 den büyük olduğu doğrulayarak sağlanabilir. R2 değerleri otomatik uydurma yazılımı tarafından hesaplanır. </li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Bu kağıt iskelet kası mitokondriyal fonksiyon seri ve non-invaziv in vivo ölçüm tanıyor 31 PMRS muayene için standart bir protokol açıklar. Metabolik sendromun giderek artan yükü ve sonuçta ortaya çıkan morbidite ve mortalite hedefleyen araştırmaların genişliği göz önüne alındığında protokol önemli itiraz tutar. Bu 31 PMRS protokol tarayıcı en az zaman gerektirir ve ticari olarak mevcut MRS tesisleri ile herhangi bir merkezde konularda kapsamlı metabolik soruşturma içine dahil edilebilir. Protokol çerçevesinde kritik adımlar MR incelemesinde öncesinde Contraindications-, potansiyel kontrendikasyonlar için konuyu ekrana önemlidir. o ne olursa olsun (1) ipsilateral diz veya kalça implantları: Tipik MR dışlama kriterlerine ek olarak, aşağıda bu protokol uygulamadan önce düşünülmelidireserler, alt ekstremitelerde (örneğin, periferik arter hastalığı), 3) bir yetersizlik rezistif kuadriseps uzatma egzersiz yapmak kan akışını veya oksijen sunumunu kısıtlamak 2) koşullar, ve 4) bir yetersizlik için sırtüstü yatmak önlemek için f MR uyumluluğu) yaklaşık 30 dakika. Öznenin kuadriseps göre ve tabloya deneğin uyluk nisbetle hareket 31P bobin hareketi Azaltma hareket artefaktı en aza indirilmelidir. bobin güvenli deneğin ayağına ve rezistif kayışları güvenli sınav masaya bağlanır o tutturulmuş olduğundan emin olun. Kişinin topuk fazla 5 den yükselir sağlayarak bu sınayın. Sınav masadan tekme sırasında ve egzersiz sırasında bobin hiçbir rotasyon olduğunu. edinme Egzersiz konu a egzersiz gerektiğini kalitesindePCR&#39;de, en az% 30 azalmasını Chieve. Bu protokol için, olmayan ayaktan denekler için ayakta konularda egzersiz 30 ler ve 60 ler bu hedefe ulaştığı tespit ettik. Biz olmayan ayaktan konular tekme başına daha az kuvvet uygularlar ve bu nedenle yeterli tükenmesi için daha uzun bir aralık gerektiren olduğunu gözlemledim. Analizi-burada açıklanan yöntemler öznelliği en aza indirmek ve otomasyon maksimize etmek için bir çerçeve sunmaktadır. spektrumlarının analizi için kullanıcı giriş parametrelerinin seçimi yeniden üretilebilirlik sağlamak için dikkatli bir şekilde yapılmalıdır. Değişiklikler ve Sorun Giderme Spektrum gürültülü belirirse spektrumuna kalitesi, şim kutusu kas içine yerleştirilir emin olun. Sinyal-gürültü oranını artırmak için dolgu kutusunun boyutunu ve konumunu ayarlayın. gerektiği gibi deney satın tekrarlayın. sıfatıylaEgzersizini ve vasıflı yetersiz PCr tükenmesi ilk egzersiz sonuçları ise, gidermek için kullanılabilecek çeşitli değişiklikler vardır: 1) kayışlar sıkılır olabilir, direnci artırmak için; 2) Konu efor artar, hızlı tekme talimat olabilir; ya da 3) temin egzersiz süresi arttırılabilir. Ancak, aşırı egzersiz değişmiş pH neden olabilir ve OXPHOS kurtarma kinetiği 61 önleyebildiği, asidoz neden olabilir unutmayın. Bu 3 dakika maksimum egzersiz süresi sınırlayarak önlenebilir. Tekniğin Sınırlamalar Bir kas biyopsisi analiz, mitokondriyal içeriğine ve boyutu, aynı zamanda mitokondriyal fazla ATP sentezi oranı gibi belirli mitokondriyal özelliklere ölçülmesini mümkün kılar. Bununla birlikte, 31 PMRS kullanılarak in vivo ölçümü, bu di bir bütünü temsil etmektedir dikkat etmek önemlidirrect önlemler, örneğin kas oksijenli kan mikrovasküler kaynağı olarak ekstra mitokondriyal faktörlere ek olarak. Dolayısıyla, azalmış oksijen kaynağı veya diğer faktörler mikrovasküler durum söz konusu olduğu durumlarda, bu mitokondriyal durumu kesin bir göstergesi sağlamak olmaz. Aksine, bu OXPHOS ve mikrovasküler konulardan bazıları kombinasyonunu yansıtabilir kas maksimum oksidatif ATP sentezi, in vivo durumunu işaret eder. Bu çalışmada ayrıntılı egzersiz 31 PMRS protokolünün bir sınırlama çalışması çıktı standardizasyon eksikliğidir. standardizasyon eksikliği dolayısıyla gerekli aparat ve bu protokolün uygulanması kolaylaştırır. Bununla birlikte, bu kuvvet ve kolay yorulma ve metabolik önlemlere ilişkisi gibi diğer parametreler, kantitatif bir değerlendirme izin verilmemesi pahasına gelir. Sonuç olarak, efor değişen seviyeleri PCR etkileyebilirAltta yatan mitokondriyal defekt şiddeti ötesinde iyileşme süresi. Bir yeterli PCr tükenmesi sağlayarak bu etkileri en aza indirebilirsiniz ve daha fazla ayarlanabilir direnç ve ölçülebilir iş çıkışları ile MR-uyumlu ergometrelerimizi kullanarak iş çıkışı standart haline getirebilirler. Mevcut ya da Alternatif Yöntemler Göre Tekniği Önemi Standart metabolik egzersiz testi ile karşılaştırıldığında doğrudan iskelet kasında mitokondriyal fonksiyonunu ölçmek yeteneği 31 PMRS tekniğin en önemli avantajlarından biridir. Invaziv kas biyopsisi olsa seri değerlendirme gerektiren araştırmalar için daha az çekici hale risklere, tek liflerin 66 ölçüm tanıyor. Yakın kızılötesi spektroskopi 67 temelli yaklaşımlar, özellikle yağ az 5 mm NIRS s zayıflatan obez hastalarda, penetrasyon derinliği ile sınırlı olabilir% 20 68 ile ignal. Ayrıca, teknik kas ve MR tabanlı teknikler ile tanınan diğer sistemlerin çok boyutlu değerlendirilmesine imkan vermemektedir. Ayrıca, kas enerjikliğin ölçülmesi için invaziv biyopsi yöntemlerin aksine, bu non-invaziv ve non-yıkıcı tedbir konu nüfus ve tedavi edici girişimlerin değerlendirilmesi için avantajlı hale bozulmamış kas metabolik durumunun önlemler tekrarlanan izin verir. gelecek Uygulamaları Bu 31 PMRS tekniği mastering sonra potansiyel uygulamaları belirli mitokondriyal kusur veya metabolik bozuklukların geniş bir yelpazede herhangi biriyle hastalıkların değerlendirilmesini içerir. Fakir kardiyak output hastalarında, mevcut teknikler bozulmuş fonksiyonel kapasiteyi belirleyebilir ama disfonksiyon meydana geldiği seviyeyi (örneğin, iskelet kası, kalp ya da akciğer) kuramıyor. Özellikle olurkişiselleştirilmiş tedavilere kolaylaştırmak amacıyla konuya özel düşük kapasite kök nedenlerini belirlemek için metabolik önlemler ve kardiyopulmoner deneyleri ile 31 PMRS birleştiren entegre protokolleri geliştirmek için ilginç. Biz mitokondriyal fonksiyon in vivo belirteçleri kullanımından fayda sağlayacaktır önemli hedefe yönelik tedaviler ve müdahalelerin ayrıntılı örnekler var. Bir standart 31 PMRS egzersiz protokolü, bir yukarıda ayrıntılı gibi, hem temel hem de müdahale çalışmalarında iskelet kası mitokondriyal kapasite in vivo marker bu önemli daha yaygın kullanımı için önemli bir adımdır.

Bu çalışmanın amacı, invaziv olmayan yetenekleri geniş sahip bireylerde in vivo iskelet kası, mitokondriyal işlevi ölçen tekrarlanabilir bir yöntem özetlemektedir etmektir. Anormal mitokondriyal bozukluk örneğin Friedreich ataksi gibi nadir bozukluklar yaşlanma ve diyabet gibi genel koşulları metabolik sendromlar ve genetik hastalıkların geniş bir yelpazede bir işaretidir olduğunu. Metabolik Sendrom ve Mitokondriyal disfonksiyon Metabolik sendrom, mitokondriyal fonksiyonu kesintiye uğratan iskelet kası OXPHOS basılması ve iskelet kası, 1, 2 ektopik yağ depolanması yol gösterilmiştir. Metabolik ve enerji homeostazının düzenlenmesinde de önemli organeller, mitokondri, obezite, 3, 4 patofizyolojisi, insülin direnci 5 implike edilmiştir </sup&gt;, Tip 2 Diabetes Mellitus (T2DM) 6, 7, diyabet ile ilgili mikro 8, 9, 10, 11 ve makrovasküler komplikasyonlar 12, 13, ve non-alkolik yağlı karaciğer hastalığı (NAYKH) 14, 15, 16, diğerleri arasında O 2 oksidoredüktaz aktivitesinin 5: direnç mitokondriyal trikarboksilik asit (TCA) akı oranı, ATP sentezi oranı ve sitrat sentaz ve NADH azalması da dahil olmak üzere iskelet kası mitokondrial aktivite derin değişiklikleri ile karakterizedir .Insulin. Bir hipotez bu değişiklikler belirgin obezite ve diğer obezite-r sırasında artar vardır kasta serbest yağ asidi (FFA) metabolitlerin birikimi, bağlı olabilir kimutlu hastalıkları 2, 17. Yükseltilmiş FFAs ve lipid ara kasın maruz lipit oksidatif yolunun gen ekspresyonunu ve TCA döngüsü ve elektron taşıma zinciri (VB) 18 azaltabilir. Bir lipid aşırı ortamında mitokondriyal iskelet kası OXPHOS kapasitesindeki bu azalma nicel (mitokondri içeriği ve biyogenezi) bir azalma eşlik iskelet kası mitokondri 20 19 ve niteliksel fonksiyonudur. FFAs iskelet kas ve miyositlerin maruz ciddi insülin direncine yol açar, ve kas artmış FFA alımı, insan ve kemirgen 21 hem de insülin direnci ile ilişkilidir. lipid ara seramid ve diasilgliserol (DAG) ile doğrudan, protein kinaz C ve prot olarak kinazlann aktivitesini değiştirerek insülin sinyal yolu inhibe ettiği gösterilmiştirein kinaz B 21. Bu nedenle, lipit-türevi moleküller, iskelet kası, insülin direnci ve tip 2 diyabetes mellitusu gelişiminde önemli bir rol oynuyor gibi görünmektedir. Mitokondriyal kapasite değişikliklerinin nedeni ya da insülin direnci 22 bir sonucudur olup olmadığını Bununla birlikte, belirsizliğini koruyor. Friedrich&#39;in Ataksi ve Mitokondriyal disfonksiyon Azalmış OXPHOS genetik kusurları ortaya çıkabilir. Friedrich&#39;in ataksi (FA), kalıtsal ataksi en yaygın biçimi, içi mitokondriyal demir birikimi, reaktif oksijen türleri üretimiyle sonuçlanan frataksin bir mutasyon nedeniyle genetik bir bozukluk (FXN) geni, ve oksidatif fosforilasyon 23 anormallikler, 24, 25, 26. Bu önemli keşif, hedeflenen tedavilerin geliştirilmesine yol açmıştır, yüklenebileceğinih amacı alt hücresel düzeyde mitokondriyal fonksiyonunu geliştirmek. Bu anlayışa rağmen, in vivo sınırlı gelişme, FA, klinik araştırmalar için tekrarlanabilir biyobelirteçler olmuştur. Aslında, FA hedeflenen tedavilerin etkili değerlendirmede kritik bir bariyer mitokondriyal fonksiyon değişiklikleri izlemek için yetersizliğidir. Güncel fonksiyonel önlemler, örneğin, kardiyak output azalmış tanımlamak olabilir; Ancak, bu işlev bozukluğu meydana geldiği seviyeyi (Şekil 1) belirleme, Ulus. belirlemek ve Friedrich&#39;in ataksi hastalığın ilerlemesini değerlendirmek için kullanılabilecek mitokondriyal fonksiyon güvenilir bir belirteç geliştirilmesi hedeflenmiş tedavilerin ilgili mekanik etkisini ölçmek için çok önemlidir. Bozulmuş OXPHOS ve Kardiyak Disfonksiyon Anormal mitokondriyal fonksiyon, kazanılmış ya da genetik ya Cardi gelişimi ya da ilerlemesine katkıda bulunabilirAC disfonksiyon. basınç yükü ve kalp yetersizliği koşulları altında, FFA birincil enerji substrat tercihi anahtarları glikoz. Bu azalma ETC aktivitesi ve oksidatif fosforilasyon 27 ile ilişkilidir. kardiyak disfonksiyon mitokondriyal Biyoenerjetiğin patofizyoloji mitokondriyal defekti birincil kökenli bağlı olarak farklı olabilir. Diyabet ve sonunda azaltılmış malzeme esnekliği, enerji verimliliği ve diyastolik disfonksiyon 28, 29 yol gibi engelli biogenez ve yağ asidi metabolizması gibi myokardda mitokondrial anormallikler, metabolik sendrom sonuçları. FA, diğer taraftan, kardiyomiyositler 30, 31 belirgin mitokondriyal demir birikiminin bir frataksin eksikliği ile sonuçlanır. Demir birikimi Fenton reaksiyonunda 32 &lt;yoluyla serbest radikallerin üretimine yol açar/ Sup&gt; ve serbest radikal kaynaklı kardiyomyosit hasarı olasılığını artırır. Intra-mitokondriyal demir birikimi de oksidatif strese karşı artmış duyarlılık ve azalmış oksidatif kapasitesi 30, 31 ile ilişkilidir. Frataksin eksikliğine bağlı demir birikimi ve sonraki anormal mitokondriyal fonksiyonu, bu nedenle FA 33, 34 gözlenen bozulmuş kardiyak enerjilerine ve kardiyomiyopati sorumlu olabilir. Iskelet kas mitokondri azalmış oksidatif kapasite egzersiz intoleransı paralel ve kalp yetersizliği (KY) 35 metabolik kapasitesi azalır dikkat etmek de ilginçtir. iskelet kası OXPHOS kapasitesinin ölçülmesi, bu tarifnamede ayrıntılı olarak, hali hazırda uygulanabilir ve sağlam olduğu; HF iskelet kası OXPHOS önemi ile birleştiğinde, bu özellikler duymak kapsamlı çalışmalarda ona bir çekici biyobelirteç yapmakt hastalığı 36. Bozulmuş OXPHOS ve beraberindeki kalp fonksiyon bozukluğu metabolik ve mitokondriyal hastalığı önemsiz bir yönü değildir. Diyabet ve metabolik hastalığı olanlar, kardiyovasküler hastalığa yakalanma yüksek risk altındadır ve miyokard infarktüsü (Mİ) 37, 38, 39, 40, 41 sonra aşırı mortaliteye sahip; FA deneklerin yarısından fazlası kardiyomiyopati ve kalp aritmisi ya da kalp yetmezliği 42 birçok kalıp var. Bu nedenle, düşük OXPHOS ölçümü sadece erken teşhis ve kardiyak disfonksiyon tedavisi için izin veremezdi, ama aynı zamanda bu hastalıklarda önemli bir klinik yükünü hafifletmek olabilir. doğrudan OXPHOS kapasitesini artırmak için hedefe yönelik tedaviler konuların tedavisini geliştirmek için umut verici bir alan, whe olduğunuTher metabolik disfonksiyon nedeni genetik veya edinsel olduğunu. Şu anda, romanın gelişimi ya anormal mitokondriyal fonksiyonu 43 hafifletmek veya FA dengesiz biyoenerjetik özelliği artırabilir birincil genetik defekt 44 düzeltmek ilaçlar hedef aldı. Alınan mitokondriyal disfonksiyon durumunda, fiziksel aktivitede artış fonksiyonu 45, 46, 47, mitokondriyal artırabilir. Mitokondriyal Fonksiyon bir Non-invaziv belirteç olarak 31 Fosforlu Manyetik Rezonans Spektroskopisi Ne olursa olsun test tedavinin, bir iskelet kas Biyoenerjetiğin in vivo değerlendirilmesi entegre özellikle ciddi egzersiz intoleransı ya da geleneksel metabo geçmesi yetersizlik olan hastalarda, hedeflenen müdahalelerin etkisini değerlendirmek için çok önemli bir araçtırlic testi. Fosfor (31 PMRS), vücutta hücreleri içinde çeşitli yüksek enerjili yüzeylerde bulunan endojen çekirdeğine ayarlanmış manyetik rezonans spektroskopi, dahil olmak üzere çeşitli yaklaşımlar kullanılarak, mitokondriyal oksidatif kapasitesini ölçmek için kullanıldı in-mıknatıs egzersiz geri protokolleri ve kas stimülasyonu 48 protokolleri. Egzersiz-kurtarma protokolleri düzenleyen ve patlama tipi dirençli ve yarı-statik egzersiz için izin askıları ve pedler basit yapılandırmaları iş yükünü ölçmek MR-uyumlu ergometreler gelen karmaşıklığı değişen aparatın çeşitli güvenmek. Bu protokollerin herhangi birinin temel amaçlarından biri adenozin trifosfat (ATP) için talep başlangıçta kreatinin kinaz reaksiyonu 49 ile fosfokreatinin enzimatik parçalanması (PCR) ile karşılanmaktadır olduğu için bir enerji dengesizliğini üretmektir. egzersiz kesilmesinden sonra, ATP üretimi oranı oksitleyici pho hakimdirsphorylation ve mitokondri 50 in vivo kapasitesi en temsil eder. Ayrıca, egzersiz sonrası toparlanma döneminde OXPHOS birinci dereceden oranı reaksiyonu 51 ile tarif edilebilir. PCr egzersiz sonrası geri nedenle oksidatif ATP sentezi için daha büyük kapasiteleri temsil τ PCr daha küçük değerli bir üstel bir zaman sabiti (τ PCR), montaj ile ölçülebilir. Önemli çabalar 31, ex vivo karşı PMRS ve OXPHOS daha doğrudan bir ölçümü doğrulamak ve bu teknik 52, 53, 54, 55 potansiyel klinik uygulanabilirliğini göstermek için yapılmıştır. Özellikle, bu işin içinde açıklanan protokol klinik mevcut tarayıcılarda uygulanabilir ve yaygın bir noninvaziv biyobelirteç o kadar onaylanmıştırf mitokondriyal fonksiyon 56. Ancak, nöromüsküler bozukluğu ya da hareketlilik değişen ağırlıktaki olan bireylere uygulama için optimize bir egzersiz 31 PMRS protokolü de 57 kurulmamıştır. İyi tanımlanmış, genel olarak uygulanamaz egzersiz protokolü ve 31 PMRS teknik, mitokondriyal işlevi temel anormalliklerle hastalıkların değerlendirilmesinde özellikle yararlı olabilecektir. Birkaç önceki çalışmalarda konularda mitokondriyal fonksiyonunu ölçmek için non-invazif tekniklerin uygulamalarını incelemiş bulunuyoruz. Örneğin, bu teknikler, tip 2 diyabetli 36 olan kişilerde bozulmuş OXPHOS göstermiştir. Lodi ve diğ. İlk FA kişilerde PMRS tekniklerinin uygulanabilirliğini test edilmiş ve 1) FA genetik bir kusur, iskelet kası OXPHOS bozar bulundu ve 2) ve GAA sayısı tekrar iskelet kası O ile ters orantılıdırXPHOS 33. Daha yakın zamanda, Nachbauer ve ark. 7 konularla FA ilaç deneme ikincil sonuç ölçütü olarak kullanılan PMRS. PCr kurtarma süreleri Lodi daha önceki çalışmaları yinelendi ve FA anormal frataksin ifade etkileri PMRS teknikleri 58 kullanılarak saptanabilen mitokondriyal kapasitesinde düşüşe sebep olduğunu belirten, kontrollere göre kişilerde anlamlı derecede daha uzun idi. Güvenilir yöntemler yeterli uygulanabilir, maliyet-etkin ve tekrarlanabilir bir şekilde in vivo iskelet kası fonksiyonu tanımlamak için mitokondriyal fonksiyonunu etkileyen hastalıkların bir dizi konu sonuçlarının iyileştirilmesi için kritik öneme sahiptir. Bu eser 31 PMRS kullanarak iskelet kası in vivo maksimum oksidatif kapasitesi elde etmek için sağlam bir prosedür özetliyor. bölgesindeki mıknatıs egzersiz protokolü de fiziksel ve fonksiyonellik geniş bir yelpazede uzanan kişiler tarafından iyi tolere edilirl yetenekleri ve ucuz ve yaygın kullanılabilir ekipmanı kullanılarak basitleştirilmiş bir konu kurulumu tanıyor.

<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.

Tekrarlanabilirlik Çalışması Altı gönüllü (4 erkek ve 2 kadın; ortalama yaş: 24.5 ± 6.2 yıl) hiçbir kendinden bildirilen kalp, metabolik veya mitokondriyal hastalığı olan tekniği değerlendirmek için 1 hafta içinde 2 farklı günlerde açıklanan 31 PMRS egzersiz ve görüntüleme tekniğinin oturumları yapıldı tekrarlanabilirliği (Şekil 6A). Normal gönüllülerde yapılan çalışmalar mitokondriyal fonksiyon ölçümü 31 PMRS çalışmanın tekrarlanabilirlik doğrulamaktadır. PCr iyileşme süresi mülayim Altman analizi 1.03 4.83 saniyelik bir ortalama fark, standart sapma ve 4.66 (şekil 6b) bir farklılaşma ile denemeler katsayısı gösterir. protokol aşama 4&#39;te tarif edildiği gibi, yöntemler bölümünde tarif edilen toplama ve analiz protokolü herhangi bir değişiklik, iyi kaliteli bir veri elde etmek için gerekli oldu. bu reska bul etmez Bu çalışmada tarif toplama ve analiz teknikleri tekrarlanabilirlik göstermektedir. Friedrich&#39;in Ataksi ile Non-ayaktan Katılımcılar Teknik Değerlendirme Dört katılımcı (2 erkek ve 2 kadın; ortalama yaş: 35) FA olmayan bir ayaktan nüfus içindeki fizibilite değerlendirmek için bu çalışmada açıklanan 31 PMRS egzersiz ve görüntüleme tekniğinin tek seans uygulandı. Bu konular adım 5.6 gösterilen kurtarma parametrelerini uyacak şekilde PCr yeterli tükenmesi elde etmek için in-mıknatıs egzersizleri yapabilen idi. Ancak, daha uzun egzersiz süreleri (60-90 sn) yeterince PCr düzeylerini tüketmek istendi. Buna ek olarak, bu hastalığın özelliği olan kas kontrolü, progresif zarara neden olduğunu uyum yaklaşık salınımlar, (Şekil 7) tespit edildi. Bu s&#39;denubjects, biz istenmeyen hareketi sınırlamak için, üç askıları toplam veren, diz ve ayak bilekleri arasında iki ek direnç bantları kullanılır. Bu sonuçlar olmayan ayaktan kişilerde PCr kurtarma sürelerini elde etmek için toplama ve analiz tekniği uygulanabilirliğini göstermek. Ancak, iyi kalitede veri elde etmek için gerekli modifikasyonlar ileri tetkik ve standardizasyon çalışmaları gerekli olduğunu göstermektedir. Fizibilite çalışması kardiyak rehabilitasyon ve ikincil önleme (CRSP) bir programa atıfta hiçbir kendinden bildirilen kardiyovasküler hastalığı olan Dokuz gönüllü ve 15 denek yerel kurumsal inceleme kurulu (KİK) onaylı çalışma alındı. Biz kalp ve damar sağlığı ve metabolik sendrom şiddeti göstergesi olarak bazı klinik değerleri elde edilmiştir. sol ventrikül ejeksiyon fraksiyonu CRSP konular (56% 10) korunmuştur. anneCRSP başlamadan önce ölçülen ximum kardiyovasküler efor yeteneği, (3.05 0.6 0.8 3.4 karşı metabolik eşdeğer METs, p = 0.4) ve diyabeti olmayan kişilerde benzerdir. CRSP başlamadan önce, her kayıt olan konu, daha önce 64 tarif edilen bu çalışmada açıklanan 31 PMRS egzersiz ve görüntüleme tekniği, ve kas içi yağ ölçümü görüntüleme, uygulandı. PCr iyileşme süresi sabit (32.1 7.4 sn, s karşı 41.9 1.4 = 0.05) daha uzundu, ve kas içi yağ yüzdesi kontrollere (2.54% 0.6, p &lt;0.001 karşı 8.7 2.9) karşı CRSP kişilerde daha yüksektir. kas içi yağ yüzdesi ile diyabet (p = 0.4) olmadan CRSP konularda benzer ve PCr kurtarma zaman sabiti diyabetli kişilerde daha uzun olma eğilimi diyabet olmayanlarda ve eğilimleri kontrollere (p = 0.03 versus gruplar arasında). Ön takip verileri oldukça kötü bir gelişme önermekDiyabetli kişilerde MET sonrası CRSP olmayanlara göre (delta = 1.0 0.8 karşı 4.0 2.4, p = 0.06; Şekil 8). Bu sonuçlar ile bilinen metabolik hastalığı olmayan olgular arasında iskelet kası OXPHOS farklılıkları ölçmek için bu tekniğin uygulanabilirliğini göstermek. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/54977/54977fig1.jpg" /> Şekil 1. Mitokondri, İskelet Kası ve Kardiyopulmoner Sistemleri. mitokondri, iskelet kası, kalp debisi, havalandırma ve fonksiyonel kapasite arasındaki bağlantının bir temsili gösterilmektedir. Milani ve arkadaşları 65 çoğaltılmıştır. <img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/54977/54977fig2.jpg" /> 2. Malzemeler Şekil. Gerekli malzemeler, 1) bir üçgen yastık dahil <strong&gt; 2) 10 cm&#39;lik 31 P-ayarlı iletim alma yüzey bobin, 3) tablo-masa bağlayan dirençli kayışlar, 4) kendi kendine bağlayan dirençli kayışı ve bebek yağı 5) küçük bir şişe. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54977/54977fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/54977/54977fig3.jpg" /> Şekil 3. Konumlama. A) Başlık sırtüstü, ayak-birinci konumda görüntülenmiş. 31 P bobin sol quadriceps yerleştirilir. Dirençli kayışlar diz üstünde ve altında ve tabloya bağlıdır. Tek bir kayış birlikte diz üstü iki bacağını bağlamak için kullanılır. B) dilim konumlandırma ikinci Localizer gösterilir. Dilimler loca merkezli olduğunu unutmayınbebe yağı şişe yon ve dilimler tüm kuadriseps kapsamaktadır. C) 31 PMRS için şim kutusu yerleştirme gösterilmektedir. Bu hacim, doğrudan kuadriseps bobin altına yerleştirilir ve yüzey bobin alanı içinde yeterli sinyal ve uygun shimming sigortalanır bir derinlik kapsar. <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/54977/54977fig4.jpg" /> 4. Veri Toplama Şekil. A) istirahatte bir temsilci 31 P edinimi gösterilmiştir. PCr büyük tek zirve olan ve en az gürültü (solda) vardır. iki büyük zirveleri, Pi ve PCR (sağda) protokol sonuçlarının egzersiz bölümü sırasında tipik bir kazanım. Egzersiz ilerledikçe, Pi ve PCr dorukları sırasıyla artırmak ve azalacaktır. B) dinlenme ve sonrası egzersiz PCr tepe yüksekliğinin karşılaştırılması, en azından bir ~% 30 azalma ortaya koymalıdır. bu c<html> alculation egzersiz çalışmanın başarılı bir şekilde tamamlanmasını sağlamak amacıyla tarayıcı konsoldan yapılmalıdır. <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/54977/54977fig5.jpg" /> Şekil 5. analizi. temsili bir spektrum faz düzeltme ve apodizasyonlu gösterilmiştir. A) un-aşamalı zirve ve doruklarına gizler gürültü varlığını gösteren ham spektrum. B) 0 th gösteren spektrum - ve 1. mertebeden faz düzeltme. merkez frekansında bulunan PCr zirve kolayca tanımlanabilir, ancak diğer metabolit zirveleri hala gizlenmiş. C) gürültü azaltma ve 3 ATP zirveleri daha iyi görselleştirme ve PDE ve Pi zirve ile sonuçlanan bir Lorentz çizgi şekli ile apodizasyonlu sonra spektrum. Bu spektrum Amares aracıyla pik ölçümü için hazır hale gelir.<html> dosyaları / ftp_upload / 54977 / 54977fig5large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. <img alt="Şekil 6," src="/files/ftp_upload/54977/54977fig6.jpg" /> Sağlıklı Bireylerde 6. 31 PMRS rakam. A) Bu rakam hızlı yarı-statik diz uzatma egzersiz ile tükenmesi sonrasında phosphocreatine (PCR) konsantrasyon kurtarma göstermektedir. hat sabit τ gösterilen iyileşme süresi ile adım 5.6 açıklanan üstel kurtarma işlevinin uygun temsil eder; Bu zaman sabiti mitokondriyal oksidatif fonksiyonunun köklü bir biyomarkerdir. B) 31 PMRS tekniği tekrarlanabilirliği Bland-Altman analizi çalışmalar arasındaki PCr iyileşme süresi 1.03 4.83 sn ortalama fark standart sapma gösterir; varyasyon katsayısı 4.66 olduğunu.https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54977/54977fig6large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. <img alt="Şekil 7," src="/files/ftp_upload/54977/54977fig7.jpg" /> Sigara ayaktan Konular 7. 31 PMRS rakam. Olmayan bir ayaktan konu 31 PMRS sınavından bir temsilci PCr kurtarma eğrisi gösterilmiştir. % 64 PCr azalması bu egzersiz protokolü ile elde edilmiştir unutmayın. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54977/54977fig7large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 8," src="/files/ftp_upload/54977/54977fig8.jpg" /> CRSP Konular 8. 31 PMRS Şekil. PCr fraksiyonu karşılaştırılmasıery süreleri sırayla yoksul mitokondriyal oksidatif kontrolünde kapasitesi, non-diyabetik ve diyabetik konuları göstermektedir. Hata çubukları, standart sapmayı temsil ederler.

Watch this Scientific Journal Video about Phosphorus-31 Magnetic Resonance Spectroscopy: A Tool for Measuring In Vivo Mitochondrial Oxidative Phosphorylation Capacity in Human Skeletal Muscle at JoVE.

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.

Fosfor-31 Manyetik Rezonans Spektroskopisi: Ölçme için Aracı<em&gt; İn Vivo</emİnsan İskelet Kası içinde&gt; Mitokondriyal Oksidatif Fosforilasyon Kapasitesi

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

phosphorus-31-magnetic-resonance-spectroscopy-tool-for-measuring-vivo

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 Görüntüleme.  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. 

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

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 Köpek Kas Fonksiyon Testi

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

Tıp

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.

İskelet Kası Cinsiyet Proteomik Dimorfizm

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.

Manyetik Rezonans Görüntüleme, Volumetrik Bilgisayarlı Tomografi ve Ultrason Kullanımı Meme Kanseri Kemik metastazı bir Nude Rat Model Angiogenezis Multi-modal Görüntüleme

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;

Tibial Sinir transeksiyonu - Farelerde denervasyon bağlı İskelet Kas Atrofi için bir Standart Model

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.

Modifiye Bergström Tekniği İnsan İskelet Kası Biyopsi Prosedürleri

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.

İskelet Kası Hastalığının kantitatif Manyetik Rezonans Görüntüleme

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.

İnsan<em&gt; Vastus lateralis</em&gt; Weil-Blakesley Conchotome kullanılması İskelet Kası Biyopsi

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.

İnsan Tümör ksenogratflarının gelen Fare Hücrelerinin tükenmesi Anlamlı Hedef Hücre Alt Analizi geliştirir

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.

Manyetik Rezonans Görüntüleme Kullanarak Deneysel Serebral Sıtma Bir Modelinde Ödem Gelişimi ve Mikrovasküler Patolojinin İn Vivo Takibi

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.

7 Tesla, kardiyak manyetik rezonans görüntüleme

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 ...