Name: measurement of maximum isometric force generated by permeabilized skeletal muscle fibers
Uploaded: 2015-06-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 30 s
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	<li>Mendias, C. L., Kayupov, E., Bradley, J. R., Brooks, S. V., Claflin, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Decreased+specific+force+and+power+production+of+muscle+fibers+from+myostatin-deficient+mice+are+associated+with+a+suppression+of+protein+degradation.">Decreased specific force and power production of muscle fibers from myostatin-deficient mice are associated with a suppression of protein degradation.</a> J Appl Physiol. 111 (1), 185-191 (2011).</li><li>Gumucio, J. P., Davis, M. E., Bradley, J. R., Stafford, P. L., Schiffman, C. J., Lynch, E. B., Claflin, D. R., Bedi, A., Mendias, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rotator+cuff+tear+reduces+muscle+fiber+specific+force+production+and+induces+macrophage+accumulation+and+autophagy.">Rotator cuff tear reduces muscle fiber specific force production and induces macrophage accumulation and autophagy.</a> J Orthop Res. 30 (12), 1963-1970 (2012).</li><li>Mendias, C. L., Roche, S. M., Harning, J. A., Davis, M. E., Lynch, E. B., Sibilsky Enselman, E. r., Jacobson, J. A., Claflin, D. R., Calve, S., Bedi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reduced+muscle+fiber+force+production+and+disrupted+myofibril+architecture+in+patients+with+chronic+rotator+cuff+tears.">Reduced muscle fiber force production and disrupted myofibril architecture in patients with chronic rotator cuff tears.</a> J Shoulder Elbow Surg. 1 (4), 111-119 (2015).</li><li>Moss, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sarcomere+length-tension+relations+of+frog+skinned+muscle+fibres+during+calcium+activation+at+short+lengths.">Sarcomere length-tension relations of frog skinned muscle fibres during calcium activation at short lengths.</a> J Physiol. 292, 177-192 (1979).</li><li>Chase, P. B., Kushmerick, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+pH+on+contraction+of+rabbit+fast+and+slow+skeletal+muscle+fibers.">Effects of pH on contraction of rabbit fast and slow skeletal muscle fibers.</a> Biophys J. 53, 935-946 (1988).</li><li>Moisescu, D. G., Thieleczek, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium+and+strontium+concentration+changes+within+skinned+muscle+preparations+following+a+change+in+the+external+bathing+solution.">Calcium and strontium concentration changes within skinned muscle preparations following a change in the external bathing solution.</a> J Physiol. 275, 241-262 (1978).</li><li>Walker, S. M., Schrodt, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=I+Segment+lengths+and+thin+filament+periods+in+skeletal+muscle+fibers+of+the+Rhesus+monkey+and+the+human.">I Segment lengths and thin filament periods in skeletal muscle fibers of the Rhesus monkey and the human.</a> Anat Rec. 178, 63-81 (1974).</li><li>Gollapudi, S. K., Lin, D. 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R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+high+and+low-velocity+resistance+training+on+the+contractile+properties+of+skeletal+muscle+fibers+from+young+and+older+humans.">Effects of high and low-velocity resistance training on the contractile properties of skeletal muscle fibers from young and older humans.</a> J Appl Physiol. 111, 1021-1030 (2011).</li><li>Lynch, G. S., Faulkner, J. A., Brooks, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Force+deficits+and+breakage+rates+after+single+lengthening+contractions+of+single+fast+fibers+from+unconditioned+and+conditioned+muscles+of+young+and+old+rats.">Force deficits and breakage rates after single lengthening contractions of single fast fibers from unconditioned and conditioned muscles of young and old rats.</a> Am J Physiol Cell Physiol. 295, C249-C256 (2008).</li><li>Frontera, W. R., Rodriguez Zayas, A., Rodriguez, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aging+of+human+muscle:+understanding+sarcopenia+at+the+single+muscle+cell+level.">Aging of human muscle: understanding sarcopenia at the single muscle cell level.</a> Phys Med Rehabil Clin N Am. 23, 201-207 (2012).</li><li>Malisoux, L., Francaux, M., Theisen, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+do+single-fiber+studies+tell+us+about+exercise+training.">What do single-fiber studies tell us about exercise training.</a> Med Sci Sports Exerc. 39 (7), 1051-1060 (2007).</li><li>Widrick, J. L., Stelzer, J. E., Shoepe, T. C., Garner, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+properties+of+human+muscle+fibers+after+short-term+resistance+exercise+training.">Functional properties of human muscle fibers after short-term resistance exercise training.</a> Am J Physiol Regulatory Integrative Comp Physiol. 238, 408-416 (2002).</li><li>Trappe, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+spaceflight,+simulated+spaceflight+and+countermeasures+on+single+muscle+fiber+physiology.">Effects of spaceflight, simulated spaceflight and countermeasures on single muscle fiber physiology.</a> J Gravit Physiol. 9 (1), 323-326 (2002).</li><li>Malisoux, L., Jamart, C., Delplace, K., Nielens, H., Francaux, M., Thiesen, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+long-term+muscle+paralysis+on+human+single+fiber+mechanics.">Effect of long-term muscle paralysis on human single fiber mechanics.</a> J Appl Physiol. 102, 340-449 (2006).</li><li>Krivickas, L. S., Walsh, R., Amato, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+muscle+fiber+contractile+properties+in+adults+with+muscular+dystrophy+treated+with+MYO-029.">Single muscle fiber contractile properties in adults with muscular dystrophy treated with MYO-029.</a> Muscle Nerve. 39, 3-9 (2009).</li><li>Russell, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activation+of+fast+skeletal+muscle+troponin+as+a+potential+therapeutic+approach+for+treating+neuromuscular+diseases.">Activation of fast skeletal muscle troponin as a potential therapeutic approach for treating neuromuscular diseases.</a> Nature Medicine. 18 (3), 352-356 (2012).</li><li>Krivickas, L. S., Yang, J. I., Kim, S. K., Frontera, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Skeletal+muscle+fiber+function+and+rate+of+disease+progression+in+amyotrophic+lateral+sclerosis.">Skeletal muscle fiber function and rate of disease progression in amyotrophic lateral sclerosis.</a> Muscle Nerve. 26, 636-643 (2002).</li><li>Mendias, C. L., Marcin, J. E., Calerdon, D. R., Faulkner, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contractile+properties+of+EDL+and+soleus+muscles+of+myostatin-deficient+mice.">Contractile properties of EDL and soleus muscles of myostatin-deficient mice.</a> J Appl Physiol. 101, 898-905 (2006).</li><li>Lynch, G. S., Rafael, J. A., Chamberlain, J. S., Faulkner, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contraction-induced+injury+to+single+permeabilized+muscle+fibers+from+mdx,+transgenic+mdx+and+control+mice.">Contraction-induced injury to single permeabilized muscle fibers from mdx, transgenic mdx and control mice.</a> Am J Physiol Cell Physiol. 279, 1290-1294 (2000).</li><li>Mizunoya, Q., Wakamatsu, J., Tatsumi, R., Ikeuchi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protocol+for+high-resolution+separation+of+rodent+myosin+heavy+chain+isoforms+in+a+mini-gel+electrophoresis+system.">Protocol for high-resolution separation of rodent myosin heavy chain isoforms in a mini-gel electrophoresis system.</a> Anal Biochem. 377, 111-113 (2008).</li><li>Hill, A. 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A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+velocity+of+unloaded+shortening+and+its+relation+to+sarcomere+length+and+isometric+force+in+vertebrate+muscle+fibres.">The velocity of unloaded shortening and its relation to sarcomere length and isometric force in vertebrate muscle fibres.</a> J Physiol. 291, 143-159 (1979).</li><li>Brenner, B., Eisenberg, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rate+of+force+generation+in+muscle:+Correlation+with+actomyosin+ATPase+activity+in+solution.">Rate of force generation in muscle: Correlation with actomyosin ATPase activity in solution.</a> PNAS. 83, 3542-3546 (1986).</li><li>Moss, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+calcium+on+the+maximum+velocity+of+shortening+in+skinned+skeletal+muscle+fibres+of+the+rabbit.">The effect of calcium on the maximum velocity of shortening in skinned skeletal muscle fibres of the rabbit.</a> J. Muscle Res. Cell Motil. 3, 295-311 (1982).</li><li>Pate, E., Wilson, G. J., Bhimani, M., Cooke, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temperature+dependence+of+the+inhibitory+effects+of+orthovanadate+on+shortening+velocity+in+fast+skeletal+muscle.">Temperature dependence of the inhibitory effects of orthovanadate on shortening velocity in fast skeletal muscle.</a> Biophys J. 66, 1554-1562 (1994).</li><li>Ashley, C. C., Moisescu, D. 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Dependence on magnesium adenosine triphosphate concentration.</a> J Gen Physiol. 63, 722-739 (1974).</li><li>Fabiato, A., Fabiato, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calculator+programs+for+computing+the+composition+of+the+solutions+containing+multiple+metals+and+ligands+used+for+experiments+in+skinned+skeletal+muscle+cells.">Calculator programs for computing the composition of the solutions containing multiple metals and ligands used for experiments in skinned skeletal muscle cells.</a> Journal de Physiologie (Paris). 75, 463-505 (1979).</li><li>Chase, P. B., Kushmerick, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+physiological+ADP+concentrations+on+contraction+of+single+skinned+fibers+from+rabbit+fast+and+slow+muscles).">Effect of physiological ADP concentrations on contraction of single skinned fibers from rabbit fast and slow muscles).</a> Am J Physiol. 268, C480-C489 (1995).</li><li>Godt, R. E., Maughan, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Swelling+of+skinned+muscle+fibers+of+the+frog.">Swelling of skinned muscle fibers of the frog.</a> Biophysical Journal. 19, 103-116 (1977).</li><li>Kawai, M., Wray, J. 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A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contractile+properties+of+mouse+single+muscle+fibers,+a+comparison+with+amphibian+muscle+fibers.">Contractile properties of mouse single muscle fibers, a comparison with amphibian muscle fibers.</a> J Exp Biol. 208, 1905-1913 (2005).</li><li>Phillips, S. K., Woledge, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparison+of+isometric+force,+maximum+power+and+isometric+heat+rate+as+a+function+of+sarcomere+length+in+mouse+skeletal+muscle.">A comparison of isometric force, maximum power and isometric heat rate as a function of sarcomere length in mouse skeletal muscle.</a> Pfl&#252;gers Archiv. 420, 578-583 (1992).</li><li>Stephenson, D. G., Williams, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+sarcomere+length+on+the+force-pCa+relation+in+fast+and+slow-twitch+skinned+muscle+fibres+from+the+rat.">Effects of sarcomere length on the force-pCa relation in fast and slow-twitch skinned muscle fibres from the rat.</a> J Physiol. 333, 637-653 (1982).</li></ol>

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투과성이 하나의 골격근 섬유의 수축 특성의 평가는 광범위한 맥락에서 근육 기능을 조사하기 위해 사용된다. 예를 들면 노화 (12)의 효과를 평가 한 연구, 10,13,14 운동, 우주 비행 15, 부상 2,3,16, 약물 치료 17, 18, ​​질병 (19)과 섬유의 구조와 기능에 유전자 조작 (20, 21)를 포함한다. 때문에 직접 자신의 고유 구성에 근원 섬유의 수축 성능을 평가하는 능력,이 기술은 존재하는 잠재적 교란 효과의 근원 섬유 기능의 부재에 대한 이해를 형성하기에서 매력적인 플랫폼을 제공 할 때 신경 근육 신호 전송 및 여기에 의한 칼슘 방출 연구 대상 시스템에 포함되어 있습니다. 또한, 단 섬유의 기능 시험은 이러한 것과 수축성 단백질 식별 결과를 보완하기 위해 사용될 수있다면역 조직 화학 또는 겔 전기 + 웨스턴 블롯 (22)를 통해 얻을. 골격근의 주요 기능 중 하나는 힘을 발생하는 것이다. 따라서 SF 오, 수축 시스템의 본질적인 힘 생성 능력의 측정, 근육 생리학에 중대한 관심사이다. SF 오의 신뢰성 평가는 섬유 CSA와 F 오 양의 정확한 측정이 필요합니다. 섬유이기 때문에 CSA를 추정 할 때, 일반적으로, 그 길이를 따라 단면적도 단면 원형 없으며, 유니폼, 큰주의를 기울여야합니다. 이를 위하여, 측정은 90 °로 분리 된 두 가지 관점에서, 각 위치에서, 섬유의 길이를 따라 여러 위치에서 실시하고있다. F 오 신뢰성 대책 칼슘 농도 t와 활성 용액을 이용하는, 두껍고 얇은 필라멘트의 오버랩을 최대화하기 근절 길이를 조정하는, 수동적 인 힘 차지 등 여러 세부 사항에주의를 필요최대 활성화 모자 결과, 원하는 실험 온도를 유지하고, 실험 하루 전에 섬유의 최적 보관 조건 (온도 및 시간)을 유지. 여기에 설명 된 단계는 최대 메트릭 힘을 평가하기위한 절차를 설명하는 반면, 골격근 섬유의 다른 중요한 기능적인 특성을 평가하기 위해 종종 바람직하다. 이것은 섬유의 기계적 조작을 추가로 포함하는 실험 프로토콜을 확장함으로써 달성 될 수있다. 예를 들어, 섬유는 상이한 부하에 대해 일련의 단축되는 속도의 측정 력 파워와 속도 파워 10,23,24 관계를 산출 할 수있는 힘의 속도 관계의 판정을 허용한다. 또한, 언로드 된 쇼트닝의 ​​속도는 슬랙 유도 단축 단계 및 measuri 일련인가 이루어져 &quot;슬랙 테스트&quot;(25)을 이용하여 결정될 수있다섬유에 의해 요구되는 시간은 ng를 슬랙을 제거한다. 자주보고 또 다른 운동 매개 변수는 K TR, 일시적으로 모두 분리 기계 섭동 다음 힘 재개발에 대한 속도 상수 (26) crossbridges입니다. 마지막으로, 칼슘 농도 및 활성 구동력 발생 ( &quot;힘 PCA 관계&quot;) 사이의 관계는 관심 18 종종이고 임계치 아래에서 수축을 활성화하기위한 레인 징 칼슘 농도 용액의 일련의 광 노출에 의해 결정될 수있다 그 충분한에 시스템은 최대 활성화 따라서 최대 힘 (F O를) 유도합니다. 언급 된 장비의 대부분이 단일 섬유 수축력을 평가하기위한 필요하지만, 다른 장비가 절대적으로 필요하지 않습니다. 길이 제어부는, 예를 들어, 섬유의 신속한 또는 정확한 연장 또는 단축이 필요한 실험 프로토콜에 필수적인하지만 (힘 레코드의 제로 힘 수준이 여전히 몇 가지 방법으로 확인해야하지만) 최대 아이소 메트릭 힘을 평가하는 절대적으로 필요하지 않습니다. 실험 챔버 내에 섬유를 배치 할 때, 단면 영역을 평가하는 동안 유용한 측으로부터 섬유의 관찰을 허용 프리즘은, 반드시 필요하지 않다. 또한, 다른 대안은 챔버 또는 급속 충전을 가능하게 단일 챔버의 수동식 시스템 고안 및 솔루션 비우는 포함한 사용될 수있는 다양한 실험 용액에 섬유를 노출하기위한 수단을 포함한다. 예컨대 15 ° C로서 서브 생리 실험 온도는 일반적으로 기계적 1,2,3,5,8,12,17,27 측정의 재현성을 향상시키기 위해 사용하는 동안 마지막으로, 다른 온도 23 유효 데이터를 생성 할 수있다 솔루션의 특성에 대한 온도 (칼슘 농도, 산도 등)의 영향으로 28 한 고려된다. </P&gt; 시험 용액의 조성물은 여기에 기재된 광 투과성이 기술의 가장 중요한 측면들이다. 용액 조성물에 관한 고려가 복잡하고이 문서의 범위를 벗어납니다. 프로토콜 섹션의 5 단계에서 설명하는 솔루션은 일정한 이온 강도, 양이온 성분 및 삼투압 6,29을 유지하면서 솔루션을 활성화로 미리 활성화로부터 전송시 투과성이 섬유의 빠른 활성화에 중점을두고 설계되었습니다. 용액 조성물에 다른 방법은 다른 연구 그룹에서 주목할만한 성공을 사용하고 일반적으로 공개 바인딩 상수 및 계산 도구 27,30,31 활용되어왔다. 다양한 활성화 용액에 칼슘 이온의 농도는 힘 - PCA 평가로서 준 최대 활성화와 관련된 연구에 중요하다. 이러한 것과 같은 섬유가 완전히 활성화되는 실험 들어 설명D 여기서, 활성 용액 중의 칼슘 농도는 통상적으로 그것의 정확한 지식은 덜 중요하게, 최대 힘을​​ 달성하기 위해 필요한 마진에 의해 편안하게 초과한다. 크레아틴 인산의 첨가는 달리 수축 활성과 연관 될 것이다 intramyofibrillar ATP와 ADP의 변동을 버퍼링 중요하다. 크레아틴 키나제가 ADP에 크레아틴 인산으로부터 포스페이트 전달을 촉진 할 필요가있다. 고온에서 작동 또는 빨리 섬유 (32)에 고속 단축 측정 포함한 높은 ATP 회전율, 결과 실험 조건 하에서, 크레아틴 키나제는 섬유에 결합 된 유지 내인성 크레아틴 키나아제를 보충 용액에 첨가되어야한다. 덜 까다로운 실험 조건 들어, ATP 재생 시스템 (27)은 덜 중요하다. 투과성이 단일 섬유 기술의 한계는 다음과 같습니다. 이러한 테스트에 의해 생성 된 데이터를 정의실험 장치에 부착 된 특정 근원 섬유 단위의 수축 특성. 따라서,이 세그먼트는 차례로, 근육 내의 섬유의 총 수의 작은 부분을 나타내는, 수득되는 다핵 섬유 전체의 단지 작은 부분을 캡처한다. 수사관들은 이렇게 조심스럽게 실험에서 도출 결론을 지원하는 데 필요한 샘플링을 고려해야한다. 또한, 섬유의 기능에 대한 운동 교육 개입의 영향을 평가하는 것은 평가 섬유가 실제로 훈련 기간 동안 모집 있다고 가정합니다. 프로토콜은 섬유의 천연 세포 내 환경을 모방하려고하지만, sarcolemma의 투과성으로 공정은 비특이적이고, 반드시 수용성 세포 성분 자유롭게 입욕 용액 내로 확산 할 수있다. 막 투과성의 또 다른 결과는 섬유 볼륨 (33)의 팽창에 의해 입증 삼투압 균형의 변화이다.섬유 팽윤 myofilament 시스템 34,35 감소 된 칼슘 민감성 결과 액틴과 미오신 필라멘트 사이의 거리를 증가 시키지만, 큰, 삼투 적으로 활성 인 화합물 (34)의 도입에 의해 역전 될 수있다. 고려하는 최종 제한 실험 장치에 섬유를 부착하는 데 사용되는 기술의 결과이다. 이것은 불변 기능적 결손 참석과, 부착 지점에서와 근처 필라멘트 시스템 내의 공간적 관계 왜곡 요구한다. 구체적으로는, 상기 광섬유와 연결 지점에 인접하는 영역의 기능적 손상되고 이에 의해 측정 시스템에 인공적 시리즈 탄성 기여한다. 요약하면, 우리는 시험관 내에서 화학적으로 투과성이 골격근 섬유의 힘 발생 능력을 평가하는 방법을 설명 하였다. 이 기사의 초점은 최대 아이소 메트릭 힘 generatin의 평가되었지만인간 골격근 섬유의 g 용량은, 실험 방법은 변성 및 종, 또는 다른 포유 동물의 범위에 걸쳐 운동 파라미터와의 관계를 결정하는 데 다양한 확장 될 수있다.

골격근의 주요 기능은 힘을 발생하는 것이다. 근력은 운동 신경 활동 전위, 신경근 전달, 근육 섬유 활동 전위, 세포 내 칼슘의 방출, 및 규정 및 수축성 단백질의 시스템의 활성화를 포함 이벤트 복잡한 시퀀스를 통해 생체 내에서 유도된다. 구동력 발생이 시퀀스의 최종 결과이기 때문에, 힘의 결핍은 개별 단계 중 하나 이상의 오류로 인해 발생할 수있다. 투과성이 섬유 제조의 중요한 속성은 근원 섬유 장치는 나머지와 관련된 유일한 규제 및 수축 기능을, 생체 내에서 구동력 발생에 필요한 단계의 대부분을 제거한다는 것이다. 조사는 칼슘과 에너지 (ATP)를 활성화의 전달에 대한 제어를 가정하고 그 나라의 공동의 고립 된 규제 및 수축 구조의 평가를 할 수있는 단순화 된 시스템과 보상nfiguration. 생체 내에서 관찰 근육 기능의 변화를 평가할 때 투과성이 골격근 섬유를 사용하여 힘 측정 따라서 가치가있다. 예를 들어, 우리는 미오 스타틴 결핍 마우스 (1)로부터 섬유의 힘 발생 능력을 특성화하는 만성 회전근 2,3- 다음 나타내 영구 근육 약화의 원인을 평가하기 위해이 기술을 사용했다. 현대 광 투과성이 방법론은 초기 연구 영향력 4,5- 추적 연구 그룹 번호로 현재 사용된다. 기술은 문헌에 기재되어있다하더라도, 그들은 아직 비디오 포맷으로 제시되어 있지 않다. 이 문서의 목적은 화학적으로 투과성이 골격근 샘플들로부터 단일 섬유의 최대 힘 발생 능력을 측정하기 위해 업데이트, 유효하고 신뢰성있는 방법을 설명하는 것이다. 이, 본 명세서에서 개별 섬유 세그먼트 (달성하기 ̶0; 섬유 &quot;)은 섬유의 사전 - 투과성이 번들로부터 추출하고 편안한 함유 용액 실험 챔버 내에 배치되어, 정의 기능 그중 10 &lt;㎚이다 칼슘 농도이다. 섬유이어서 강제 변환기에 일단과 길이 컨트롤러 타단에 부착되어있다. 최적 근절 길이로 유지 섬유, 그것은 최대 활성화하여 최대 메트릭 수축력을 유도하기에 충분한 칼슘 농도를 갖는 활성 용액에 전송된다. 포스 데이터 획득 및 저장 퍼스널 컴퓨터를 사용하여 분석한다.

<table><tbody><tr><td>Polystyrene culture test tube with cap</td><td>Fisher Scientific&amp;nbsp;</td><td>14-956-3D</td><td></td></tr><tr><td>0.5 ml screw cap microcentrifuge</td><td>Fisher Scientific&amp;nbsp;</td><td>02-681-334</td><td></td></tr><tr><td>0.5 ml microcentrifuge caps with o-ring</td><td>Fisher Scientific&amp;nbsp;</td><td>02-681-358</td><td></td></tr><tr><td>Microcentrifuge cryobox</td><td>Fisher Scientific&amp;nbsp;</td><td>5055-5005</td><td></td></tr><tr><td>pH meter</td><td>Mettler-Toledo</td><td>FE20</td><td></td></tr><tr><td>Petri dish</td><td>Fisher Scientific&amp;nbsp;</td><td>08-757-11YZ</td><td></td></tr><tr><td>Nonsterile-suture 10-0 monofilament</td><td>Ashaway Line Twine</td><td>S30002</td><td></td></tr><tr><td>Insect pins</td><td>Fine Science Tools</td><td>26002-10</td><td></td></tr><tr><td>Forceps - Dumont #5</td><td>Fine Science Tools</td><td>11251-20</td><td></td></tr><tr><td>Microdissecting scissors</td><td>Fine Science Tools</td><td>15000-08</td><td></td></tr><tr><td>Stereo microscope</td><td>Leica Microsystems</td><td>MZ8</td><td></td></tr><tr><td>Micrometer drives</td><td>Parker Hannifin</td><td>3936M</td><td></td></tr><tr><td>Thermometer</td><td>Physitemp</td><td>BAT-12</td><td></td></tr><tr><td>Water bath circulator&amp;nbsp;</td><td>Neslab Instruments</td><td>RTE-111</td><td></td></tr><tr><td>Temperature controller</td><td>Aplha Omega Instruments</td><td>Series 800</td><td></td></tr><tr><td>LabVIEW software</td><td>National Instruments</td><td>-</td><td></td></tr><tr><td>Computer</td><td>Varied</td><td>-</td><td></td></tr><tr><td>Chamber system</td><td>Aurora Scientific</td><td>802D</td><td></td></tr><tr><td>Length-controller</td><td>Aurora Scientific</td><td>312C</td><td></td></tr><tr><td>Force-transducer</td><td>Aurora Scientific</td><td>403A</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Reagents</td></tr><tr><td>K-proprionate</td><td>TCI America</td><td>P0510</td><td></td></tr><tr><td>Imadizole</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>I0125</td><td></td></tr><tr><td>MgCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;&amp;bull;6H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;0</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M2670</td><td></td></tr><tr><td>Brij 58</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P5884</td><td></td></tr><tr><td>EGTA (acid)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>E0396</td><td></td></tr><tr><td>Na&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;ATP&amp;bull;0.56H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A7699</td><td></td></tr><tr><td>Glycerol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G6279</td><td></td></tr><tr><td>HEPES (acid)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H7523</td><td></td></tr><tr><td>MgO</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>529699</td><td></td></tr><tr><td>HDTA (acid)</td><td>TCI America</td><td>D2019</td><td></td></tr><tr><td>CaCO&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>C4830</td><td></td></tr><tr><td>NaN&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S8032</td><td></td></tr><tr><td>KOH (1 N)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>35113</td><td></td></tr><tr><td>HCL (1 N)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>318949</td><td></td></tr><tr><td>Na&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;CrP&amp;bull;4H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P7936</td><td></td></tr><tr><td>pH 10 standard</td><td>Fisher Scientific</td><td>SB115</td><td></td></tr><tr><td>pH 7 standard</td><td>Fisher Scientific</td><td>SB107</td><td></td></tr></tbody></table>

measurement of maximum isometric force generated by permeabilized skeletal muscle fibers

Analysis of the contractile properties of chemically skinned, or permeabilized, skeletal muscle fibers offers a powerful means by which to assess muscle function at the level of the single muscle cell. Single muscle fiber studies are useful in both basic science and clinical studies. For basic studies, single muscle fiber contractility measurements allow investigation of fundamental mechanisms of force production, and analysis of muscle function in the context of genetic manipulations. Clinically, single muscle fiber studies provide useful insight into the impact of injury and disease on muscle function, and may be used to guide the understanding of muscular pathologies. In this video article we outline the steps required to prepare and isolate an individual skeletal muscle fiber segment, attach it to force-measuring apparatus, activate it to produce maximum isometric force, and estimate its cross-sectional area for the purpose of normalizing the force produced.

건강, 화학적으로 투과성이 단일 섬유 모양의 유니폼을 표시하고 높은 배율에서 볼 때 일관성있는 줄무늬의 간격이 있어야합니다. 집게를 조작 할 때 유연 또는 명백한 구조적 손상이 섬유는 폐기해야합니다. 단계 15 동안 촬영 고배율 디지털 이미지는 섬유의 중간 부분을 따라 5 쌍의 직경 측정을 위해 분석된다. 섬유 CSA는 타원형 단면을 가정하고도 7a에 도시 된 바와 같이 5 개인 CSA 측정 값을 평균 추정된다. 그림 7b는 또한 하나의보기에 섬유 치수가 다른 뷰 (즉, 교차에 쌍으로 크기에 비해 상당히 다를 수 있습니다 방법을 설명하는 역할을한다 절) 일반적으로, 라운드, 아니다. 인간 느리고 빠른 섬유 대표 힘 트레이스는 각각도 8a 및도 8b에 나타낸다. Voltag강제 변환기의 E 출력 테스트 동안 획득 및 데이터 획득 및 분석 소프트웨어 (LabVIEW를) 이용 (MN)를 강제로 변환된다. (9) 도면은 감산함으로써 계산된다 최대 활성 힘 (F에서 O)을 평가하기 위해 사용되는 방식을 도시 최적의 근절 길이의 섬유를 유지하기 위해 필요한 힘 편안한 상태에있는 동안 (수동 힘, F, P), 최대 섬유 활성화 중에 개발 된 큰 아이소 메트릭 힘 (총 힘, F T)에서. 제로의 힘에 대응 힘 변환기의 출력 이후이며, 일반적으로 상이한 입욕 챔버들 각각에 대해 서로 다른, 우리는 잠시에 제로 - 힘 레벨을 캡처 미리 활성화 및 솔루션을 활성화 모두 섬유를 늦추지 실험 기록. 섬유 CSA에 의해 최대 활동력 정상화 특정 포스 (SF 오)의 더 많은 정보 값을 생성하는 데 사용됩니다. 이 고려 섬유의 CSA 걸리기 때문에, SF 오 </sUB는&gt;함으로써 이종 섬유 사이의 크기의 비교를 허용하는 기능, 섬유의 수축에있어서의 내재적 힘 발생 능력의 척도를 제공한다. 이것은, 그러나, CSA 측정들이 다른 세포 내 구조가 차지하는 비율 대 수축에 의해 점유 된 필라멘트 섬유의 비율을 구별 할 수없는 것을 주목해야한다. 일반적인 건강의 특성, 마우스 및 Gumucio 등을위한 Claflin 등. 2011 인간 10, Mendias 등. 2011 1 성인 섬유. 쥐 2012 년 2 표 3에 자세히 설명되어 있습니다. 사용하여 생성 된 표 3에 제시되는 모든 데이터 이 문서에서 설명하는 기술. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="text-align:center"><tbody><tr><td rowspan="3" style="border:0px #fff solid"></td><td colspan="4"> 사람의 (광근 lateralis) </stronG&gt; </td><td> 쥐 (EDL) </td><td nowrap="nowrap"> 쥐 (하근) </td></tr><tr><td colspan="2"> 남성 </td><td colspan="2"> 여자 </td><td> 남성 </td><td> 남성 </td></tr><tr><td> 유형 1 </td><td> 유형 2A </td><td> 유형 1 </td><td> 유형 2A </td><td> (입력하지 않음) </td><td> (입력하지 않음) </td></tr><tr><td> CSA (μm의 2) </td><td> 4880-6900 </td><td> 5270-8380 </td><td> 3870-5470 </td><td> 4010-5610 </td><td> 1850-3080 </td><td> 5290-8010 </td></tr><tr><td> F 오 (MN) </td><td> 0.79-1.17 </td><td> 1.02-1.54 </td><td> 0.64-0.97 </td><td> 0.71-1.07 </td><td> 0.14-0.25 </td><td> 0.55-0.97 </td></tr><tr><td> SF 오 (kPa의) </td><td> 142-182 </td><td> 165-210 </td><td> 156-193 </td><td> 172-214 </td><td> 67-94 </td><td> 102-131 </td></tr><tr><td> N </td><td> 129 </td><td> (160) </td><td> 149 </td><td> (207) </td><td> (37) </td><td> (94) </td></tr></tbody></table> 인간의 광근에서 건강한 성인 섬유의 표 3. 일반적인 특성 10 lateralis, 마우스 신근 심지 longus 1 쥐 하근은 2 근육. 최적의 근절 길이는 모두 마우스에 대한 인간의 섬유 7,8 2.7 μm의 2.5 μm의 (36에서 설정 한 37)와 쥐의 섬유 (38). 실험 패 F 범위 (25 일, 75 번째 분위)는 1.39-1.73 mm, 1.17-1.53 ​​MM 각각 인간, 마우스 및 쥐에 대한 1.32-1.59 mm이다. 도시 된 범위는 25 번째와 75 번째 분위수를 나타내며 N 테스트 섬유의 수이다. 테스트 기간 동안 경험 한 가장 일반적인 문제는 힘 응 답 결과 봉합 루프 슬립을 포함도 10a에 도시 된 것과 같은 &quot;캐치&quot;, 그리고 갑자기 방향 또는 (휴식)에 반환하는 힘으로 응답하는 섬유의 일부 또는 전체 두께 눈물 E 제로 섬유는 여전히 해결책을 활성화에 몰입하는 동안 (그림 10B). 슬립, 눈물 또는 브레이크가 실험 기간 동안 발생하는 경우, 섬유는 폐기되어야하고, 섬유 실패 레코드를 유지하는 것이 또한 유익 할 수있다 (11) 비록 데이터는 제외. 발생할 수있는 또 다른 부정적 결과는 동안 미리 활성화 액 (도 10C)에서 섬유의 조기 활성화이다. 사전 활성화 용액에 활성화 부분 (즉, 칼슘 농도의 증가에 잘 의도 미리 활성화) 상당한 교차 오염을 잘 보여준다. 이때, 모든 화장실 흡입되어야하고, 탈 이온수로 잘 헹구고. 챔버 사이에 분할 표면을 건조도 recommen입니다이 분야에서 습기 나 결로 등 DED는 화장실 사이의 솔루션의 심지가 발생할 수 있습니다. 결정은 포함하거나 데이터가 궁극적으로 실험 초점에 따라 달라집니다 및 연구를 설계 할 때 따라서 고려되어야한다 제외합니다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/52695/52695fig1.jpg" /> 그림 1 : 봉합 루프 (10-0 모노 필라멘트 나일론 봉합사). <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/52695/52695fig2.jpg" /> 그림 2 :. 번들 해부 집게가 왼쪽 손에은 미세 절제 가위는 오른쪽에 있습니다. 레드 라인은 섬유의 길이 방향 축이 손목과 가위의 유리한 방향을 나타냅니다. <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/52695/52695fig3.jpg" /> 그림 3 : </stron표지 요소와 g는&gt; (A) 검사 장치. () 투명 바닥과 실험 챔버. (b) 길이 제어기. (C) 포스 트랜스 듀서. (d) 광원. (E) 디지털 디스플레이와 길이 컨트롤러 XYZ 마이크로 미터 거리에 있습니다. 디지털 디스플레이 (F) 스테이지 마이크로 미터 거리에 있습니다. (G) 포스 트랜스 듀서 XYZ 마이크로 미터 거리에 있습니다. 교정 레이저 회절 대상 스크린 (H) 플랫폼. (I) 제진 테이블. (나) 실험 챔버의 근접 촬영보기. 길이 제어기로부터 연장 (j) 스테인리스 부착면. 강제 변환기로부터 연장 (K) 스테인리스 부착면. (L) 사이드 뷰 프리즘. 열전 냉각 모듈 (M) 주택. 보고 챔버 테에 대한 (N) 열전대mperature. <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/52695/52695fig4.jpg" /> 그림 4 : 실험 챔버로 해부 접시에서 섬유를 전송하는 데 사용 100 μL 피펫 팁을 수정. <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/52695/52695fig5.jpg" /> 도 5 :. 실험 장치에 단 섬유를 실장 (A)를 제조 봉합 루프는 스테인레스 스틸의 표면에 부착 나사. (B) 섬유는 실험 챔버로 옮겼다. (C) 섬유가 제거 과량 봉합 봉합 루프들의 제 한쌍 스테인리스 부착 표면에 고정. (D) 제 봉합 루프의 맨 위에 나사 제자리에 묶어 봉합 루프의 두 번째 쌍. <img alt="그림 6"SRC = &quot;/ 파일 / ftp_upload / 52695 / 52695fig6.jpg&quot;/&gt; 도 6 : 근절 길이 보정 대상 화면에 레이저 간섭 패턴의 돌출부에 의해 평가된다 (a) 레이저 광원.. (b)의 거울. (c) 목표 화면. (D) 레이저 간섭 패턴. <img alt="도 7a" src="/files/ftp_upload/52695/52695fig7A.jpg" /><img alt="그림 7B" src="/files/ftp_upload/52695/52695fig7B.jpg" /> 그림 7 : 최적의 근절 길이의 섬유 단면적 (A) 결정 (2.7 μm의 = 인간). 타원형 단면 가정, CSA 다섯 섬유의 중앙부를 따라 위치와 다섯 개의 개별 측정의 평균의 각 섬유 CSA로보고 계산됩니다. 도 2a는 평면도 직경을 나타내고있다<html> 타원의 한 ​​축은,도 2b는 측면도 입자경을 나타내는 타원의 다른 축이다. (B) 모두 상단 및 측면도에서 찍은 다섯 대응하는 직경 측정의 각 섬유를 나타내는 대표적인 이미지. <img alt="그림 8" src="/files/ftp_upload/52695/52695fig8.jpg" /> 그림 8 : 건강한 인간 광근의 대표 힘의 흔적은 근육 섬유를 lateralis (1) 섬유 (CSA : 5710 μm의 2, F 오 : 0.89 Mn 및 SF 오 : 156 kPa의)를 입력합니다.. (: 9510 μm의 2, F 오 : 1.66 Mn 및 SF 오 : 174 kPa의 CSA) (B) (2A) 섬유를 입력합니다. 섬유 미오신 중쇄 타입 전기 영동 분리 및은 - 염색 기술 (22)의 사용을 통해 결정되었다. OAD / 52695 / 52695fig9.jpg &quot;/&gt; 그림 9 : 최대 활성 힘 (F 오)의 계산 사전 활성화 용액에 시작 길이 컨트롤러의 여유 유도 운동하는 동안 섬유 힘 응답 () 확장보기.. F P는 휴지 섬유와 2.7 ㎛의 근절 길이를 유지하는 데 필요한 힘이다. (b)는 길이 컨트롤러 여유 유도 운동의 확장 된보기. F P - 그 F 오 = F (T)를 참고. <img alt="그림 10" src="/files/ftp_upload/52695/52695fig10.jpg" /> 그림 10 : 힘의 상승하는 동안 힘 추적에 &quot;캐치&quot;에 의해 입증 (A) 봉합 루프 슬립. 확인 루프 섬유를 활성화하기 전에 안전으로 확인합니다. 활성화시 (B) 섬유 휴식. 봉합 루프 장소 중에 가난한 섬유 무결성 또는 공격적인 섬유 몸싸움으로 할 수 있음, 표준. 때문에 칼슘과 사전 활성화 챔버의 오염 (C) 조기 부분 섬유 활성화 2+.

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Measurement of Maximum Isometric Force Generated by Permeabilized Skeletal Muscle Fibers

화학적으로 피부 또는 투과성이 골격근 섬유의 수축 특성의 분석은 하나의 근육 세포의 수준에서 근육 기능을 평가함으로써 강력한 수단을 제공한다. 이 문서에서 우리는 준비하는 유효하고 신뢰할 수있는 기술 개요 및 테스트는 시험 관내에서 골격 근육 섬유를 투과성이.

투과성이 골격 근육 섬유에 의해 생성 된 최대 아이소 포스의 측정

Analysis of the contractile properties of chemically skinned, or permeabilized, skeletal muscle fibers offers a powerful means by which to assess muscle ...

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JoVE Journal

Bioengineering

25.3K 조회수.  University of Michigan Medical School.  화학적으로 피부 또는 투과성이 골격근 섬유의 수축 특성의 분석은 하나의 근육 세포의 수준에서 근육 기능을 평가함으로써 강력한 수단을 제공한다. 이 문서에서 우리는 준비하는 유효하고 신뢰할 수있는 기술 개요 및 테스트는 시험 관내에서 골격 근육 섬유를 투과성이. 

비디오: Measurement of Maximum Isometric Force Generated by Permeabilized Skeletal Muscle Fibers

Myo-mechanical Analysis of Isolated Skeletal Muscle

To assess the in vivo effects of therapeutic interventions for the treatment of muscle disease 1,2,3, quantitative methods are needed that measure force generation and fatigability in treated muscle. We describe a detailed approach to evaluating myo-mechanical properties in freshly explanted hindlimb muscle from the mouse. We describe the atraumatic harvest of mouse extensor digitorum longus muscle, mounting the muscle in a muscle strip myograph (Model 820MS; Danish Myo Technology), and the measurement of maximal twitch and tetanic tension, contraction time, and half-relaxation time, using a square pulse stimulator (Model S48; Grass Technologies). Using these measurements, we demonstrate the calculation of specific twitch and tetanic tension normalized to muscle cross-sectional area, the twitch-to-tetanic tension ratio, the force-frequency relationship curve and the low frequency fatigue curve 4. This analysis provides a method for quantitative comparison between therapeutic interventions in mouse models of muscle disease 1,2,3,5, as well as comparison of the effects of genetic modification on muscle function 6,7,8,9.

To assess the in vivo effects of therapeutic interventions for muscle disease, methods are needed to quantitate force generation and fatigability in treated muscle. We detail an approach to evaluating myo-mechanical properties in explanted mouse hindlimb muscle. This analysis provides a robust approach to quantitating the effects of genetic modification on muscle function, as well as comparison of therapies in mouse models of muscle disease.

절연 골격근의 묘 - 기계 분석

To assess the in vivo effects of therapeutic interventions for the treatment of muscle disease 1,2,3, quantitative methods are needed that measure force ...

연구

의학

Applications of In Vivo Functional Testing of the Rat Tibialis Anterior for Evaluating Tissue Engineered Skeletal Muscle Repair

Despite the regenerative capacity of skeletal muscle, permanent functional and/or cosmetic deficits (e.g., volumetric muscle loss (VML) resulting from traumatic injury, disease and various congenital, genetic and acquired conditions are quite common. Tissue engineering and regenerative medicine technologies have enormous potential to provide a therapeutic solution. However, utilization of biologically relevant animal models in combination with longitudinal assessments of pertinent functional measures are critical to the development of improved regenerative therapeutics for treatment of VML-like injuries. In that regard, a commercial muscle lever system can be used to measure length, tension, force and velocity parameters in skeletal muscle. We used this system, in conjunction with a high power, bi-phase stimulator, to measure in vivo force production in response to activation of the anterior crural compartment of the rat hindlimb. We have previously used this equipment to assess the functional impact of VML injury on the tibialis anterior (TA) muscle, as well as the extent of functional recovery following treatment of the injured TA muscle with our tissue engineered muscle repair (TEMR) technology. For such studies, the left foot of an anaesthetized rat is securely anchored to a footplate linked to a servomotor, and the common peroneal nerve is stimulated by two percutaneous needle electrodes to elicit muscle contraction and dorsiflexion of the foot. The peroneal nerve stimulation-induced muscle contraction is measured over a range of stimulation frequencies (1-200 Hz), to ensure an eventual plateau in force production that allows for an accurate determination of peak tetanic force. In addition to evaluation of the extent of VML injury as well as the degree of functional recovery following treatment, this methodology can be easily applied to study diverse aspects of muscle physiology and pathophysiology. Such an approach should assist with the more rational development of improved therapeutics for muscle repair and regeneration.

Applications of In Vivo Functional Testing of the Rat Tibialis Anterior for Evaluating Tissue Engineered Skeletal Muscle Repair

We describe an in vivo protocol to measure dorsiflexion of the foot following stimulation of the peroneal nerve and contraction of the anterior crural compartment of the rat hindlimb. Such measurements are an indispensable translational tool for evaluating skeletal muscle pathology and tissue engineering approaches to muscle repair and regeneration.

의 응용 프로그램<em&gt; 생체</em&gt; 조직 평가를위한 쥐 앞정 전방의 기능 테스트는 골격근 수리 엔지니어링

Despite the regenerative capacity of skeletal muscle, permanent functional and/or cosmetic deficits (e.g., volumetric muscle loss (VML) resulting from ...

생체공학

Measuring Neuromuscular Junction Functionality

Neuromuscular junction (NMJ) functionality plays a pivotal role when studying diseases in which the communication between motor neuron and muscle is impaired, such as aging and amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Here we describe an experimental protocol that can be used to measure NMJ functionality by combining two types of electrical stimulation: direct muscle membrane stimulation and the stimulation through the nerve. The comparison of the muscle response to these two different stimulations can help to define, at the functional level, potential alterations in the NMJ that lead to functional decline in muscle.
Ex vivo preparations are suited to well-controlled studies. Here we describe an intensive protocol to measure several parameters of muscle and NMJ functionality for the soleus-sciatic nerve preparation and for the diaphragm-phrenic nerve preparation. The protocol lasts approximately 60 min and is conducted uninterruptedly by means of a custom-made software that measures the twitch kinetics properties, the force-frequency relationship for both muscle and nerve stimulations, and two parameters specific to NMJ functionality, i.e. neurotransmission failure and intratetanic fatigue. This methodology was used to detect damages in soleus and diaphragm muscle-nerve preparations by using SOD1G93A transgenic mouse, an experimental model of ALS that ubiquitously overexpresses the mutant antioxidant enzyme superoxide dismutase 1 (SOD1).

A functional assessment of the neuromuscular junction (NMJ) can provide essential information on the communication between muscle and nerve. Here we describe a protocol to comprehensively evaluate both the NMJ and muscle functionality using two different muscle-nerve preparations, i.e. soleus-sciatic and diaphragm-phrenic.

Neuromuscular junction (NMJ) functionality plays a pivotal role when studying diseases in which the communication between motor neuron and muscle is ...

신경과학

Procedures for Rat in situ Skeletal Muscle Contractile Properties

There are many circumstances where it is desirable to obtain the contractile response of skeletal muscle under physiological circumstances: normal circulation, intact whole muscle, at body temperature. This includes the study of contractile responses like posttetanic potentiation, staircase and fatigue. Furthermore, the consequences of disease, disuse, injury, training and drug treatment can be of interest. This video demonstrates appropriate procedures to set up and use this valuable muscle preparation.
To set up this preparation, the animal must be anesthetized, and the medial gastrocnemius muscle is surgically isolated, with the origin intact. Care must be taken to maintain the blood and nerve supplies. A long section of the sciatic nerve is cleared of connective tissue, and severed proximally. All branches of the distal stump that do not innervate the medial gastrocnemius muscle are severed. The distal nerve stump is inserted into a cuff lined with stainless steel stimulating wires. The calcaneus is severed, leaving a small piece of bone still attached to the Achilles tendon. Sonometric crystals and/or electrodes for electromyography can be inserted. Immobilization by metal probes in the femur and tibia prevents movement of the muscle origin. The Achilles tendon is attached to the force transducer and the loosened skin is pulled up at the sides to form a container that is filled with warmed paraffin oil. The oil distributes heat evenly and minimizes evaporative heat loss. A heat lamp is directed on the muscle, and the muscle and rat are allowed to warm up to 37&deg;C. While it is warming, maximal voltage and optimal length can be determined. These are important initial conditions for any experiment on intact whole muscle. The experiment may include determination of standard contractile properties, like the force-frequency relationship, force-length relationship, and force-velocity relationship.
With care in surgical isolation, immobilization of the origin of the muscle and alignment of the muscle-tendon unit with the force transducer, and proper data analysis, high quality measurements can be obtained with this muscle preparation.

Procedures for Rat in situ Skeletal Muscle Contractile Properties

This video demonstrates the surgical preparation and procedures needed to study the contractile responses of the rat medial gastrocnemius muscle preparation in situ. This preparation allows measurement of skeletal muscle contractile properties under physiological conditions. The animal is anesthetized and the muscle is separated from surrounding tissue at its distal end. The Achilles tendon is attached to a force transducer, allowing measurement of the muscle&#x2019;s contractile response at 37 degrees C with an intact circulation.

쥐 절차<em&gt; 현장에서</em&gt; 골격근 수축 등록

There are many circumstances where it is desirable to obtain the contractile response of skeletal muscle under physiological circumstances: normal ...

생물학

Ex Vivo Assessment of Contractility, Fatigability and Alternans in Isolated Skeletal Muscles

Described here is a method to measure contractility of isolated skeletal muscles. Parameters such as muscle force, muscle power, contractile kinetics, fatigability, and recovery after fatigue can be obtained to assess specific aspects of the excitation-contraction coupling (ECC) process such as excitability, contractile machinery and Ca2+ handling ability. This method removes the nerve and blood supply and focuses on the isolated skeletal muscle itself. We routinely use this method to identify genetic components that alter the contractile property of skeletal muscle though modulating Ca2+ signaling pathways. Here, we describe a newly identified skeletal muscle phenotype, i.e., mechanic alternans, as an example of the various and rich information that can be obtained using the in vitro muscle contractility assay. Combination of this assay with single cell assays, genetic approaches and biochemistry assays can provide important insights into the mechanisms of ECC in skeletal muscle.

Ex Vivo Assessment of Contractility, Fatigability and Alternans in Isolated Skeletal Muscles

We describe a method to directly measure muscle force, muscle power, contractile kinetics and fatigability of isolated skeletal muscles in an in vitro system using field stimulation. Valuable information on Ca2+ handling properties and contractile machinery of the muscle can be obtained using different stimulating protocols.

절연 골격근의 수축성, Fatigability 및 Alternans의 예 VIVO 평가

 
Described here is a method to measure contractility of isolated skeletal muscles. Parameters such as muscle force, muscle power, contractile kinetics, ...

Isometric and Eccentric Force Generation Assessment of Skeletal Muscles Isolated from Murine Models of Muscular Dystrophies

Critical to the evaluation of potential therapeutics for muscular disease are sensitive and reproducible physiological assessments of muscle function. Because many pre-clinical trials rely on mouse models for these diseases, isolated muscle function has become one of the standards for Go/NoGo decisions in moving drug candidates forward into patients. We will demonstrate the preparation of the extensor digitorum longus (EDL) and diaphragm muscles for functional testing, which are the predominant muscles utilized for these studies. The EDL muscle geometry is ideal for isolated muscle preparations, with two easily accessible tendons, and a small size that can be supported by superfusion in a bath. The diaphragm exhibits profound progressive pathology in dystrophic animals, and can serve as a platform for evaluating many potential therapies countering fibrosis, and promoting myofiber stability. Protocols for routine testing, including isometric and eccentric contractions, will be shown. Isometric force provides assessment of strength, and eccentric contractions help to evaluate sarcolemma stability, which is disrupted in many types of muscular dystrophies. Comparisons of the expected results between muscles from wildtype and dystrophic muscles will also be provided. These measures can complement morphological and biochemical measurements of tissue homeostasis, as well as whole animal assessments of muscle function.

Muscle function measurements contribute to the evaluation of potential therapeutics for muscle pathology, as well as to the determination of mechanisms underlying physiology of this tissue. We will demonstrate the preparation of the extensor digitorum longus and diaphragm muscles for functional testing. Protocols for isometric and eccentric contractions will be shown, as well as differences in results between dystrophic muscles, representing a pathological state, and wildtype muscles.

골격 근육의 Isometric 나기도하고 강제로 생성 평가는 절연 근육질 Dystrophies의 손쥐 모델에서

Critical to the evaluation of potential  therapeutics for muscular disease are sensitive and reproducible physiological  assessments of muscle function. ...

Maximum Isometric Tetanic Force Measurement of the Tibialis Anterior Muscle in the Rat

Traumatic nerve injuries result in substantial functional loss and segmental nerve defects often necessitate the use of autologous interposition nerve grafts. Due to their limited availability and associated donor side morbidity, many studies in the field of nerve regeneration focus on alternative techniques to bridge a segmental nerve gap. In order to investigate the outcomes of surgical or pharmacological experimental treatment options, the rat sciatic nerve model is often used as a bioassay. There are a variety of outcome measurements used in rat models to determine the extent of nerve regeneration. The maximum output force of the target muscle remains the most relevant outcome for clinical translation of experimental therapies. Isometric force measurement of tetanic muscle contraction has previously been described as a reproducible and valid technique for evaluating motor recovery after nerve injury or repair in both rat and rabbit models. In this video, we will provide a step-by-step instruction of this invaluable procedure for assessment of functional recovery of the tibialis anterior muscle in a rat sciatic nerve defect model using optimized parameters. We will describe the necessary pre-surgical preparations in addition to the surgical approach and dissection of the common peroneal nerve and tibialis anterior muscle tendon. The isometric tetanic force measurement technique will be detailed. Determining the optimal muscle length and stimulus pulse frequency is explained and measuring the maximum tetanic muscle contraction is demonstrated.

Evaluation of motor recovery remains the benchmark outcome measure in experimental peripheral nerve studies. The isometric tetanic force measurement of the tibialis anterior muscle in the rat is an invaluable tool to assess functional outcomes after reconstruction of sciatic nerve defects. The methods and nuances are detailed in this article.

쥐의 티비아리스 전방 근육의 최대 동면 성 파타닉 힘 측정

Traumatic nerve injuries result in substantial functional loss and segmental nerve defects often necessitate the use of autologous interposition nerve ...

In Vitro Assessment of Cardiac Function Using Skinned Cardiomyocytes

In this article, we describe the steps required to isolate a single permeabilized (&#34;skinned&#34;) cardiomyocyte and attach it to a force-measuring apparatus and a motor to perform functional studies. These studies will allow measurement of cardiomyocyte stiffness (passive force) and its activation with different calcium (Ca2+)-containing solutions to determine, amongst others: maximum force development, myofilament Ca2+-sensitivity (pCa50), cooperativity (nHill) and the rate of force redevelopment (ktr). This method also enables determination of the effects of drugs acting directly on myofilaments and of the expression of exogenous recombinant proteins on both active and passive properties of cardiomyocytes. Clinically, skinned cardiomyocyte studies highlight the pathophysiology of many myocardial diseases and allow in vitro assessment of the impact of therapeutic interventions targeting the myofilaments. Altogether, this technique enables the clarification of cardiac pathophysiology by investigating correlations between in vitro and in vivo parameters in animal models and human tissue obtained during open heart or transplant surgery.

This protocol aims to describe step-by-step the technique of extraction and assessment of cardiac function using skinned cardiomyocytes. This methodology allows measurement and acutemodulation of myofilament function using small frozen biopsies that can be collected from different cardiac locations, from mice to men.

피부 심근세포를 이용한 심장 기능의 체외 평가

In this article, we describe the steps required to isolate a single permeabilized (&#34;skinned&#34;) cardiomyocyte and attach it to a force-measuring ...

Isolating Myofibrils from Skeletal Muscle Biopsies and Determining Contractile Function with a Nano-Newton Resolution Force Transducer

Striated muscle cells are indispensable for the activity of humans and animals. Single muscle fibers are comprised of myofibrils, which consist of serially linked sarcomeres, the smallest contractile units in muscle. Sarcomeric dysfunction contributes to muscle weakness in patients with mutations in genes encoding for sarcomeric proteins. The study of myofibril mechanics allows for the assessment of actin-myosin interactions without potential confounding effects of damaged, adjacent myofibrils when measuring the contractility of single muscle fibers. Ultrastructural damage and misalignment of myofibrils might contribute to impaired contractility. If structural damage is present in the myofibrils, they likely break during the isolation procedure or during the experiment. Furthermore, studies in myofibrils provide the assessment of actin-myosin interactions in the presence of the geometrical constraints of the sarcomeres. For instance, measurements in myofibrils can elucidate whether myofibrillar dysfunction is the primary effect of a mutation in a sarcomeric protein. In addition, perfusion with calcium solutions or compounds is almost instant due to the small diameter of the myofibril. This makes myofibrils eminently suitable to measure the rates of activation and relaxation during force production. The protocol described in this paper employs an optical force probe based on the principle of a Fabry-P&#233;rot interferometer capable of measuring forces in the nano-Newton range, coupled to a piezo length motor and a fast-step perfusion system. This setup enables the study of myofibril mechanics with high resolution force measurements.

Presented here is a protocol to assess the contractile properties of striated muscle myofibrils with nano-Newton resolution. The protocol employs a setup with an interferometry-based, optical force probe. This setup generates data with a high signal-to-noise ratio and enables the assessment of the contractile kinetics of myofibrils.

골격 근육 생검에서 Myofibrils를 분리하고 나노 뉴턴 해상도 포스 트랜스듀서로 수축 기능을 결정합니다.

Striated muscle cells are indispensable for the activity of humans and animals. Single muscle fibers are comprised of myofibrils, which consist of ...

In Vivo Measurement of Hindlimb Dorsiflexor Isometric Torque from Pig

Reliable assessment of skeletal muscle strength is arguably the most important outcome measure in neuromuscular and musculoskeletal disease and injury studies, particularly when evaluating regenerative therapies&#39; efficacy. Additionally, a critical aspect of translating many regenerative therapies is the demonstration of scalability and effectiveness in a large animal model. Various physiological preparations have been established to evaluate intrinsic muscle function properties in basic science studies, primarily in small animal models. The practices may be categorized as: in vitro (isolated fibers, fiber bundles, or whole muscle), in situ (muscle with intact vascularization and innervation but distal tendon attached to a force transducer), and in vivo (structures of the muscle or muscle unit remain intact). There are strengths and weaknesses to each of these preparations; however, a clear advantage of in vivo strength testing is the ability to perform repeated measurements in the same animal. Herein, the materials and methods to reliably assess isometric torque produced by the hindlimb dorsiflexor muscles in vivo in response to standard peroneal electrical stimulation in anesthetized pigs are presented.

In Vivo Measurement of Hindlimb Dorsiflexor Isometric Torque from Pig

The present protocol describes concise experimental details on the evaluation and interpretation of in vivo torque data obtained via electrical stimulation of the common peroneal nerve in anesthetized pigs.

생체 내 돼지의 Hindlimb Dorsiflexor 등각 토크 측정

Reliable assessment of skeletal muscle strength is arguably the most important outcome measure in neuromuscular and musculoskeletal disease and injury ...

투과성이 골격 근육 섬유에 의해 생성 된 최대 아이소 포스의 측정

요약

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