本文介绍了一种在人体受试者中安全、可靠地诱导并量化运动性骨骼肌损伤的方法。
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摘要
摘要
通过自愿进行的离心（拉长）收缩引发肌肉收缩性损伤，为研究人类肌肉的适应与恢复提供了一个极佳的模型。本文讨论了一种用于诱导股四头肌损伤的离心运动方案设计，该损伤表现为力量变化、肌肉酸痛以及血浆肌酸激酶水平升高。该方法简便、符合伦理且具有广泛适用性，因其在人类受试者中实施，避免了跨物种结果外推的问题。受试者以特定速度完成300次膝伸肌的最大离心收缩 在等速测力仪上以120°/秒的速度进行。通过运动后数天内相对非侵入性的等速和等长力量损失、肌肉酸痛以及血浆肌酸激酶水平的测量，可量化损伤程度。因此，该方法可应用于特定人群，以期揭示肌肉适应与再生的机制。
引言
该实验方案的总体目标是诱导产生运动性损伤 股四头肌 在人体受试者中利用自主拉长（离心）收缩来锻炼肌肉。
由收缩引起的骨骼肌损伤是运动后的常见后果，其特征表现为延迟性肌肉酸痛1、短暂性的肌力下降以及血液中肌肉特异性酶水平升高2。当受试者进行其不习惯的运动，尤其是涉及离心收缩的运动时，运动性肌肉损伤尤为明显3。运动性肌肉损伤通常为良性过程，酸痛症状会逐渐缓解，血清蛋白水平和肌力通常在损伤发生后的数天至数周内恢复至损伤前水平。在极端情况下，运动性肌肉损伤可导致一种危及生命的综合征，称为横纹肌溶解症。然而，在无其他叠加因素（包括热应激、脱水5、感染6或罕见的遗传易感性7）的情况下，健康个体的运动性肌肉损伤通常不足以引发临床意义上的横纹肌溶解症4。
由收缩引起的肌肉损伤通常比毒素诱导或冷冻诱导的损伤更轻微，后两种方法常用于啮齿类动物研究8,9。然而，由收缩引起的损伤为研究肌肉损伤反应提供了一种有用的方法，并具有显著优势。首先，该方法在人体受试者中应用时安全且符合伦理要求1-3。因此，数据可直接从人体受试者获得，无需进行跨物种结果的推导。此外，由于啮齿类动物损伤模型中的损伤程度远超对人体受试者实施损伤的伦理可接受范围，从....
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方案
以下操作程序符合杨百翰大学机构审查委员会（IRB）的标准。
1. 准备收缩实验方案
注意：以下实验方案的操作说明基于 Biodex Advantage 软件。若使用其他系统，软件操作与测力计的使用方法将有所不同。
- 等速肌力测试方案
- 要创建等速协议，请在计算机上打开测力计控制软件并选择 "实验方案" 标签，然后选择 "记录" 屏幕顶部工具栏上的标签。选择 "新方案" 从下拉列表中。
- 在 "研究类型" 盒中，选择 "测试" 选项
- 从下拉菜单中选择以下参数：在 "模式" 菜单选择等速。在下方 "关节" 菜单选择膝盖。在下方的 "模式" 菜单选择伸展/屈曲。为伸展和屈曲运动均选择向心收缩。选择 "重复" 在……之下 "结束" 下拉菜单
- 在 "单侧" 程序1设置为向远和向近收缩均以60°/秒的速度进行3次重复。操作方法为输入 "1" 进入 "# 设置" 领域与类型 "3" 在 "由 Reps 结束" 行。然后在两个框中均输入 60 "快速离开" 和 "速度朝向....
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结果
采用本文所述方法，对7名未经训练的年轻男性进行了基础肌肉酸痛、血清肌酸激酶活性以及力量（等长和等速）的测量。次日，受试者接受了上述肌肉损伤性离心收缩实验方案。为评估肌肉损伤程度，在运动后对力量、酸痛感及血清肌酸激酶活性进行了随访检测。力量测量分别在运动后即刻以及24、48、72和96小时进行；酸痛感测量在运动后24、48、72和96小时进行；血清肌酸激酶活性则在运动后48和120小时测定。这些数据采用单因素重复测量方差分析，并结合邓nett多重比较检验，将运动后各时间点的数值与运动前基线值进行比较。与运动前相比，等长收缩力和等速收缩力分别在运动后24小时和48小时内下降，并在此后恢复至接近运动前水平（图2）。运动后24、48和72小时，肌肉酸痛感显著升高（图3）。血清肌酸激酶活性在运动后48小时显著升高（图4）。图5展示了在造成肌肉损伤的运动后数日内一条典型的等长收缩力曲线。
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讨论
要获得本实验方案的预期结果，有几个步骤至关重要。首先，受试者必须充分熟悉收缩实验流程，尤其是力量测量部分。务必确保受试者清楚了解他们需要完成的任务，并在正式采集数据前给予其练习力量测试的机会。若受试者未能充分熟悉这些操作，可能在肌肉损伤诱导后的数天内表现出学习效应，这会成为一个混杂变量，导致力量测量结果无效。图5展示了一位可能未充分熟悉流程的受试者的数据。该受试者表现出力量逐渐增加的趋势，这可能是由于在实验过程中不断学习所致，尽管其接受了造成肌肉损伤的运动。其次，受试者人群的选择对该实验方案也可能至关重要。运动性肌肉损伤的程度在不同个体之间可能存在显著差异，这取决于多种因素，包括个体的训练状态。习惯于离心运动的个体所表现出的肌肉损伤程度通常远低于不习惯此类运动的个体。因此，在选择受试者人群时，这一点可能是重要的考虑因素。如果研究者希望观察到明显的肌肉损伤反应，则应选择不习惯离心运动的人群，以最有可能获得预期结果。最后，在多次测试过程中，受试者在测力计上的体位必须保持一致。研究人员应记录每位受试者在测力计上各个可调节部件的位置设置，并在每次随访测试时准确复现该体位。这将最大限度地减少因姿势差异引起的数据变.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 博德克斯动力计 | Biodex Medical Systems | 850-000 | 其他型号也可使用，且应产生相似结果 |
| 肌酸激酶检测试剂盒 | Sigma-Aldrich | MAK116 | |
| 血清分离真空采血管 | BD Bioscience | 367812 | |
| 带翼安全推钮式采血套装 | BD Bioscience | 367338 | |
| 冷冻保存管 | Sigma-Aldrich | V5007 | 我们使用 2 ml 的保存管来储存血清分装样品 |
参考文献
- Deyhle, M. R., et al. Skeletal Muscle Inflammation Following Repeated Bouts of Lengthening Contractions in Humans. Front. Physiol. 6, 424(2015).
- Hyldahl, R. D., et al. Extracellular m....
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