从人体胫骨前肌上部隔室采集骨骼肌活检样本以进行力学评估

摘要

本技术报告描述了一种改良的 Bergström 技术变体，用于胫骨前肌的活检，可限制肌纤维损伤。

摘要

收缩骨骼肌纤维的力学特性是评估整体肌肉健康、功能和表现的关键指标。通常需要采集人体骨骼肌活检样本以开展此类研究。然而，除常用的股外侧肌外，针对其他肌肉的活检操作技术描述相对较少。尽管活检技术常需根据所研究肌肉的特性进行调整，但很少有技术报告将这些调整向更广泛的研究社区分享。因此，在操作者反复摸索过程中，常导致人体受试者的肌肉组织被浪费。拓展多种肌肉的活检技术资料，有助于减少活检失败的发生。本技术报告介绍了一种改良的 Bergström 技术在胫骨前肌（musculus tibialis anterior）上的应用变体，该方法可最大限度减少肌纤维损伤，并获取足以用于力学评估的足够长度肌纤维。该手术为门诊手术，可在一小时内完成。术后恢复时间因活动类型而异：轻度活动（如步行）可立即恢复，正常体力活动恢复需最多三天，伤口护理约需一周。所获取的组织可用于机械力实验，本文展示了典型的激活数据。该方案适用于大多数样本采集目的，可能适用于其他骨骼肌，并可通过改进取样针具进一步优化。

引言

出于临床或研究目的对人体肌肉生理学进行研究时，通常需要进行肌肉活检。例如，人体肌肉生理学和生物力学领域的一个主要挑战是区分并理解肌肉功能对运动产生的各种适应性变化。这些功能适应不仅包括结构上的适应（例如，收缩蛋白和肌肉结构的变化），还包括神经适应¹，而在对完整的人体原位肌肉进行测试时，若非不可能，也极难单独评估这些神经适应。在肌纤维水平上开展实验可消除这些高阶因素的影响，从而更直接地评估肌肉收缩功能，而所需样本可通过活检技术获取。肌肉活检的采集历史至少可追溯至1868年²。如今，采集肌肉活检的主要技术是改良的Bergström法^3,4,5，尽管也存在其他技术，例如使用Weil-Blakesley骨凿钳⁶或所谓的细针活检法^7,8。所有这些技术均使用特制的针状器械，将其插入肌肉以切割并获取组织样本。具体而言，改良Bergström法采用一种改良的大号针具（此处针具尺寸为5 mm；图1），其针尖附近设有一个窗口，内部包含一根较小的可上下....

方案

注意：以下概述了一种从已参与另一项正在进行研究的志愿者胫骨前肌（TA）中获取机械性无损伤肌纤维的方案。该方案类似于Shanely等人³所描述的在股外侧肌中应用改良Bergström技术的方法。本文所提供的信息已由我们的研究团队优化，但可能并不适用于所有实验室或组织架构。我们仅提供指导性建议，并强烈建议初次开展活检采集的实验室在尝试任何人体试验前，先咨询具有经验的实验室团队。

本文开展的所有研究均经波鸿鲁尔大学体育科学学院伦理委员会批准。参与者在参加研究前均自愿签署书面知情同意书。

1. 实验准备

1. 在参与者咨询期间，通过详细询问其病史来评估排除标准（见下文）。
   1. 如果参与者在活检前6周内目标肌肉受过损伤，则应予以排除。确保参与者总体健康，无已知的肌肉或凝血功能障碍，并且当前未服用导致血液稀释的药物（例如阿司匹林）。
      注意：本研究中，我们选择中等活跃程度的参与者，并要求他们在活检前至少3天避免进行高强度或不习惯的下肢锻炼。然而，针对其他研究问题，这些标准可能有所不同。
2. 遵循德国法律和常规实践所规定的消毒与无菌技术，并由团队医生监督执行^22,23。该操作通....

结果

参与者全程耗时约一小时（10分钟咨询、10分钟超声检查、20分钟手术准备与麻醉给药、10分钟手术操作、10分钟恢复）。通常情况下，参与者会无意识地激活其腹直肌（TA），需持续提醒其尽可能保持肌肉放松。当活检针插入肌肉内时，参与者通常报告在活检针周围区域有独特的“压迫感”，偶尔会出现中度至重度不适。曾有一次，一名参与者在操作过程中脚趾出现轻微痉挛，但在拔出针头后立即缓解。活检组织大小通常为约50–100 mg（湿重）。参与者对操作的反应往往难以预测：有时参与者预期自己不会受到干扰，但过程中却出现晕厥征兆；而另一些人虽术前紧张，但在操作期间却完全未受影响。因此，我们认为让参与者通过交谈或使用手机分散注意力是一种良好的操作实践，以避免其注意力完全集中在正在进行的操作上。负责与参与者交谈的助手同时需密切观察其是否有痛苦、不适或晕厥的迹象。有时，活检样本中仅包含脂肪组织或结缔组织（通过组织呈淡白色判断）， 图 4A）。在这种情况下，会在参与者同意后立即进行第二次活检。通常，一次成功的活检将获得 >80% 肌肉组织图 4A).......

讨论

在本报告中，我们描述了一种从胫骨前肌（TA）获取结构完整肌肉组织的活检技术。我们发现，该方法能够获得足够数量的可用肌纤维（每50 mg收集的组织可制备5-10束肌纤维），适用于力学测试。此外，我们还获得了足量的组织，可用于后续的力学、遗传学和蛋白质组学实验。

通常有几种方法用于采集肌肉活检样本^3,4,6,27,28。所谓开放性活检²⁰可获得质量最高的肌纤维，因为外科医生会完全暴露肌肉并直接解剖取出样本。然而，开放性手术是一种侵入性较强的手术，由于存在与开放手术相关的潜在风险，无论研究问题如何，都不适合对健康受试者实施。侵入性最小的活检方法是细针活检^29,<.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
26 号皮下注射针头，配 2 ml 玻璃注射器	B. Braun Melsungen AG Carl-Braun-Straße 1 34212 Melsungen, Hessen Germany	4606027V	药物给药
5 mm Berstöm 针	自制	N/A	组织采集。与其他 Berstöm 针类似
Acrylastic	BSN medical GmbH 22771 Hamburg	269700	弹性压缩绷带
完全蛋白酶抑制剂混合物	Roche Diagnostics, Mannheim, Germany	11836145001	将蛋白酶抑制剂片剂加入所有保存肌肉组织的溶液中
Cutasept	PAUL HARTMANN AG Paul-Hartmann-Straße 12 89522 Heidenheim Germany	9805630	皮肤消毒喷雾剂
Leucomed T plus	BSN medical GmbH 22771 Hamburg	7238201	带伤口垫的透明敷料，用于封闭伤口并防止感染
Leukostrip	Smith and Nephew medical Limitied 101 Hessle road, Hull Great Britain	66002876	伤口闭合
一次性外科手术刀	Aesculap AG Am Aesculap-Platz 78532 Tuttlingen Germany	BA200 系列	切口
Unihaft 粘性弹性绷带	BSN medical GmbH 22771 Hamburg	4589600	具有粘性、弹性的绷带，可防止机械冲击
Xylocitin 2% 含肾上腺素	Milbe GmbH Münchner Straße 15 06796 Brehna Germany	N/A	受控药物麻醉，血管收缩