جمع خزعات العضلات الهيكل العظمى من المقصورة العليا من الإنسان Musculus Tibialis الأمامي للتقييم الميكانيكي

Summary

يصف هذا التقرير الفني الاختلاف في تقنية Bergström المعدلة لخزعة من العضلة المُوسة في الزولو الأمامي الذي يحد من تلف الألياف.

Abstract

الخصائص الميكانيكية للألياف الهيكل العظمي التعاقد هي مؤشرات حاسمة من صحة العضلات العامة, وظيفة, والأداء. غالبًا ما يتم جمع خزعات العضلات الهيكلية البشرية لهذه المساعي. ومع ذلك، هناك عدد قليل نسبيا من الأوصاف التقنية لإجراءات خزعة، خارج العضلات الأكثر استخداما vastus lateralis، وتتوفر. على الرغم من أن تقنيات الخزعة غالبا ما يتم تعديلها لاستيعاب خصائص كل عضلة قيد الدراسة، إلا أن القليل من التقارير الفنية تشارك هذه التغييرات في المجتمع الأكبر. وهكذا، غالبا ما يضيع الأنسجة العضلية من المشاركين الإنسان كما المشغل إعادة اختراع العجلة. توسيع المواد المتاحة على الخزعات من مجموعة متنوعة من العضلات يمكن أن تقلل من حادث الخزعات الفاشلة. يصف هذا التقرير الفني اختلافًا في تقنية Bergström المعدلة على الـ musculus tibialis الأمامي الذي يحد من تلف الألياف ويوفر أطوال الألياف الكافية للتقييم الميكانيكي. الجراحة هي عملية خارجية يمكن الانتهاء منها في غضون ساعة. فترة الشفاء من هذا الإجراء فورية للنشاط الخفيف (أي المشي)، تصل إلى ثلاثة أيام لاستئناف النشاط البدني العادي، وحوالي أسبوع واحد لرعاية الجروح. يمكن استخدام الأنسجة المستخرجة لتجارب القوة الميكانيكية وهنا نقدم بيانات التنشيط التمثيلية. هذا البروتوكول هو مناسبة لمعظم أغراض جمع، يحتمل أن تتكيف مع العضلات الهيكلية الأخرى، ويمكن تحسينها عن طريق إدخال تعديلات على إبرة جمع.

Introduction

دراسة فسيولوجيا العضلات البشرية لأغراض سريرية أو بحثية غالبا ما يتطلب خزعات العضلات. على سبيل المثال، أحد التحديات الرئيسية في علم وظائف الأعضاء في العضلات البشرية والميكانيكا الحيوية هو التمييز بين وفهم مختلف التعديلات من أداء العضلات لممارسة الرياضة. لا تشمل تعديلات الأداء فقط التعديلات الهيكلية (على سبيل المثال، التغيرات في البروتينات المتقلصة، والهندسة العضلية) ولكنها تشمل أيضًا التعديلات العصبية¹، والتي يصعب جدًا ، إن لم يكن من المستحيل ، تقييمها بشكل منفصل عند اختبار عضلات الإنسان سليمة في الموقع. تجارب على مستوى الألياف إزالة هذه المكونات أعلى من أجل وتسمح لتقييم أكثر مباشرة من تقلص العضلات ويمكن جمعها عن طريق تقنيات خزعة. وقد تم جمع خزعات العضلات منذ ما لا يقل عن 1868². اليوم، تقنية السائدة لجمع خزعات العضلات هو تعديل تقنية Bergström^3،4،5، على الرغم من أن التقنيات الأخرى المتاحة بما في ذلك استخدام conchotome ويل- بليكسلي⁶ أو ما يسمى غرامة إبرة^7،8. كل هذه التقنيات استخدام أدوات خاصة مثل إبرة التي تم تصميمها لتمرير في العضلات وقطع قطعة من الأنسجة. على وجه التحديد، تستخدم تقنية Bergström المعدلة إبرة كبيرة معدلة (حجم إبرة 5 مم هنا؛ الشكل 1) التي لديها نافذة قريبة من طرف إبرة وtrocar الداخلية أصغر التي تتحرك صعودا وهبوطا الإبرة، وقطع العضلات عند تمرير عبر نافذة إبرة. داخل هذا trocar هالو هو ramrod الذي يتحرك صعودا وهبوطا في رمح trocar ويدفع خزعة نحو نافذة إبرة. لسحب العضلات في نافذة إبرة، يتم إرفاق خرطوم شفط، الذي تمتص الهواء من الإبرة ويسحب العضلات في نافذة إبرة عن طريق الضغط السلبي.

غالبًا ما يتم الحصول على خزعات العضلات لدراسة التغيرات في محتوى البروتين أو التعبير الجيني أو المورفولوجيا الناجمة عن المرض أو في استجابة لبرنامج ممارسة^1،9،10،11. آخر الاستخدام الحرج للخزعات العضلات هو التجارب الميكانيكية مثل قياس قوة الألياف المتقلصة، وتصلب الألياف العضلية، وخصائص العضلات التي تعتمد على التاريخ^{12،13،14،15،16}. يتم قياس الألياف واحدة أو الألياف الميكانيكا حزمة من خلال ربط الألياف بين محرك طول وقوة محول على الحفارات المتخصصة التي تتحكم في طول الألياف في حين قياس القوة في وقت واحد. من خلال الألياف التميزيم (على سبيل المثال، سلخ) الألياف، يصبح غشاء ساركلوما نفاذية للمواد الكيميائية في محلول الحمام، مما يسمح للتحكم في التنشيط عن طريق تركيز الكالسيوم متفاوتة. وعلاوة على ذلك، يمكن بسهولة تقييم تأثير خصائص التقلص على المواد الكيميائية/ المستحضرات الصيدلانية/البروتينات الأخرى عن طريق إضافة الكاشف المعني إلى محلول الحمام. ومع ذلك، في حين أن هذه التقنية تستخدم بشكل كبير في نماذج حيوانية أخرى، فقد أجريت دراسات أقل بشكل ملحوظ اختبارات ميكانيكية على الألياف الجلدية من خزعات العضلات البشرية^17،18،19. أحد الأسباب هو أن أدوات الخزعة والبروتوكولات مصممة لإزالة الأنسجة العضلية قدر الإمكان مع مراعاة أقل لمستوى الضرر الهيكلي الذي لحقت به أثناء استخراج الأنسجة. في الواقع، يشير بروتوكول خزعة الأخيرة لدفع إبرة الخزعة في العضلات وجمع 2-4 قطع من العضلات³. العملية نفسها لا تضر كثيراً بالحمض النووي أو مادة البروتين، ولكنها غالباً ما تدمر الألياف والهياكل الساركية بطريقة يصبح فيها تنشيط ألياف العضلات غير مستقر أو مستحيلاً. وعلاوة على ذلك، الطول النسبي للألياف داخل خزعة عادة قصيرة (<2 مم) وليس من السهل التعامل معها للاختبارات الميكانيكية. بالنسبة للاختبارات الميكانيكية، تكون الألياف المثالية طويلة (3-5 مم) وليست تالفة هيكلياً.

ويمكن استخدام تقنيات استخراج الأنسجة أكثر تقدما للحد من تلف الألياف. فعلى سبيل المثال، استفادت إحدى المجموعات²⁰ من “العمليات الجراحية المفتوحة” المخطط لها من قبل للساعدين (مثل إصلاح كسر العظام)، حيث تعرضت العضلات بالكامل وتمكن الجراح من تصور بنية العضلات وتشريح العينات الكبيرة نسبياً وغير التالفة هيكلياً (15 مم × 5 مم × 5 مم). ويفضل هذا الأسلوب “خزعة مفتوحة” عندما يخضع المشاركون لإجراء المخطط له سابقا، وبالتالي يحد من مجموعة من المشاركين المحتملين، وخاصة بالنسبة للبالغين الأصحاء، حيث لا تجري عمليات جراحية خلاف ذلك. وهكذا، يتم إجراء العديد من الخزعات لأغراض البحث كإجراء خارجي ويتم الاحتفاظ بموقع الشق الصغير قدر الإمكان للحد من خطر العدوى، والندوب، ووقت الشفاء. لذلك ، يتم جمع معظم الخزعات بشكل أعمى (أي ، المشغل غير قادر على رؤية إبرة التجميع أثناء مرورها من خلال اللفافة في العضلات). وهذا يعني أن نوعية الخزعة تعتمد بشكل كامل تقريبا على مهارة وخبرة المشغل. كل عضلة لها صعوباتها الخاصة عند جمع الأنسجة، مثل مخاطر انتهاك الأعصاب والأوعية الدموية، واختيار عمق المجموعة المثالي والموقع، واتخاذ قرار بشأن موقف الجسم المناسب للحفاظ على العضلات كما الركود ممكن. لسوء الحظ، لا يتم كتابة معظم skillsets العضلات محددة أسفل وهكذا يجب على كل طبيب “إعادة اختراع العجلة” عند إجراء الخزعات على العضلات الجديدة لهم. هذا النقص في الخبرة يؤدي عادة إلى عدة مجموعات ذات جودة منخفضة حتى يحدد الطبيب أفضل الممارسات للخزعات على تلك العضلات. غالبًا ما يتعلم الأطباء المبتدئون المهارة من خلال المحادثات مع زملائهم الأكثر خبرة ، ولكن هناك عدد قليل نسبيًا من النصوص المفيدة والمراجعة من الأقران حول هذه المسألة ، خاصة بالنسبة للعضلات التي لا تستخدم تقليديًا لجمع الخزعة. وإذا نظرنا إلى المعلومات المذكورة أعلاه، إلى جانب صعوبة توظيف متطوعين بشريين من أجل الخزعات، فمن الواضح أن هناك حاجة إلى مزيد من المعلومات التعليمية التي تزيد من فرص النجاح لكل مشارك.

وهكذا، كان الغرض من هذه الورقة لتقديم تقنية خزعة العضلات التي توفر بروتوكولات لجمع ناجحة من خزعات العضلات مع طويلة، شظايا الألياف التالفة للاختبارات الميكانيكية. وعادة ما يتم إجراء خزعات العضلات البشرية على, والجزء الأكبر من مواد التدريب خزعة على, وsulus vastus lateralis. حجمها العضلي الكبير نسبيا وموقع سطحي بالنسبة للبشرة يسمح لجمع الأنسجة العضلية الكافية، مع تقليل عدم الراحة المريض والصدمات الجسدية^1،21. ومع ذلك ، هناك بعض القيود على استخدام lateralis vastus لدراسات التدريب الطولي. على سبيل المثال، خلال البروتوكولات التجريبية التي تتضمن برنامجًا تدريبيًا، يجب على المشاركين الامتناع عن التدريب الإضافي خارج الدراسة لفترة تمتد في كثير من الأحيان من شهرين إلى ستة أشهر. للرياضيين، وهذا غالبا ما يكون غير ممكن، كما يتم تدريب عادة في لالييس vastus خلال التمارين النموذجية (على سبيل المثال، القرفصاء، يقفز)، أو يستخدم عموما لهذه الرياضة (على سبيل المثال، الجري، وركوب الدراجات). يمكن أن تسبب هذه التجارب التدريبية المنفصلة بعيدًا عن هدف الدراسة تعديلات عضلية تغير ميكانيكا العضلات والهندسة المعمارية وعلم وظائف الأعضاء بطريقة يصعب أو يستحيل معها معرفة التأثير الحقيقي للبروتوكول التجريبي للدراسة على خصائص العضلات. لهذه الأنواع من الدراسات، سيكون من المثالي لتحديد العضلات المستهدفة التي غالبا ما تكون ليست محور أفواج التدريب. وmusculus tibialis الأمامي (TA) هو العضلات الهدف المثالي الذي يلبي المتطلبات المذكورة أعلاه. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن توجيه التدخلات التدريبية نحو المساعدة الفنية باستخدام نُهج يمكن التحكم فيها، مثل استخدام مقياس دينامومتر. هناك تقريبا أي مواد تدريبية تتعلق خزعة العضلات TA. لذلك، قمنا بتطوير بروتوكول معدل لجمع خزعات العضلات غير التالفة نسبيا من TA.

Protocol

ملاحظة: فيما يلي، نحدد بروتوكولًا لحصاد الألياف غير التالفة ميكانيكيًا من TA من المتطوعين الذين تم تسجيلهم في دراسة مستمرة منفصلة. هذا البروتوكول مشابه لذلك الذي وصفه Shanely وآخرون3، الذين وصفوا تقنية Bergström المعدلة في vastus lateralis. تم صقل المعلومات المقدمة هنا من قبل مجموعتنا البحث?…

Representative Results

وكان الالتزام كامل الوقت للمشارك حوالي ساعة واحدة (10 دقيقة التشاور، 10 دقيقة الموجات فوق الصوتية، 20 دقيقة إعداد عملية جراحية وإدارة التخدير، 10 دقيقة الجراحة، و 10 دقيقة الانتعاش). في كثير من الأحيان ، قام المشاركون بتنشيط TA دون وعي ويحتاجون إلى تذكيرات متسقة للحفاظ على العضلات مريحة قدر الإ?…

Discussion

في هذا التقرير، وصفنا تقنية لخزعة الأنسجة العضلية غير التالفة هيكليا من TA. وجدنا أن هذا الإجراء ينتج محتوى مقبول من ألياف العضلات القابلة للاستخدام (5-10 الألياف حزمة الاستعدادات لكل 50 ملغ من الأنسجة التي تم جمعها) للاختبار الميكانيكية. علاوة على ذلك، كان لدينا ما يكفي من الأنسجة لمتابعة ال?…

Materials

26 guage subcutaneous needle with 2 ml glass syringe	B. Braun Melsungen AG Carl-Braun-Straße 1 34212 Melsungen, Hessen Germany	4606027V	Drug administration
5mm Berstöm needle	homemade	N/A	Tissue collection. Similar to other Berstöm needles
Acrylastic	BSN medical GmbH 22771 Hamburg	269700	elastic compression bandage
Complete protease inhibitor cocktail	Roche Diagnostics, Mannheim, Germany	11836145001	Protease inhibitor tabeletes added to all solutions that hold muscle tissue.
Cutasept	PAUL HARTMANN AG Paul-Hartmann-Straße 12 89522 Heidenheim Germany	9805630	Disenfectant spray for the skin
Leucomed T plus	BSN medical GmbH 22771 Hamburg	7238201	Transparent wound dressing with wound pad to seal the wound and protect against infection
Leukostrip	Smith and Nephew medical Limitied 101 Hessle road, Hull Great Britain	66002876	wound closure
Surgical disposable scalpels	Aesculap AG Am Aesculap-Platz 78532 Tuttlingen Germany	BA200 series	Incision
Unihaft cohesive elastic bandage	BSN medical GmbH 22771 Hamburg	4589600	cohesive elastic bandage that protects against mechanical impact
Xylocitin 2% with Epinephrin	Milbe GmbH Münchner Straße 15 06796 Brehna Germany	N/A	Controlled substance anesthesia, vasoconstriction