אוסף של ביופסיות שריר השלד מהתאי העליון של השרירים האנושיים Tibialis הקדמי להערכה מכנית

Summary

דו”ח טכני זה מתאר וריאציה של טכניקת Bergström שונה לביופסיה של השרירים tibialis הקדמי המגביל את נזק סיבים.

Abstract

המאפיינים המכניים של סיבי השלד מתכווץ הם אינדיקטורים מכריעים של בריאות השריר הכוללת, פונקציה, וביצועים. ביופסיות שריר השלד האנושי נאספות לעתים קרובות עבור מאמצים אלה. עם זאת, תיאורים טכניים מעטים יחסית של הליכי ביופסיה, מחוץ לחלל העצום הידוע בדרך כלל, זמינים. למרות טכניקות ביופסיה מותאמים לעתים קרובות כדי להתאים את המאפיינים של כל שריר תחת מחקר, דוחות טכניים מעטים לשתף שינויים אלה לקהילה הגדולה. לכן, רקמת שריר ממשתתפים אנושיים מבוזבזת לעתים קרובות כמו המפעיל ממציא מחדש את הגלגל. הרחבת החומר הזמין על ביופסיות ממגוון רחב של שרירים יכול להפחית את האירוע של ביופסיות כושלות. דו”ח טכני זה מתאר וריאציה של טכניקת Bergström שונה על הקדמי השרירים tibialis המגביל את נזק סיבים ומספק אורכי סיבים מתאימים להערכה מכנית. הניתוח הוא הליך אשפוז שניתן להשלים כך גם בעוד שעה. תקופת ההחלמה של הליך זה היא מיידית לפעילות קלה (כלומר, הליכה), עד שלושה ימים לצורך חידוש פעילות גופנית רגילה, וכשבוע לטיפול בפצעים. הרקמה שחולצו יכולה לשמש לניסויים בכוח מכני וכאן אנו מציגים נתוני הפעלה מייצגים. פרוטוקול זה מתאים לרוב מטרות האיסוף, הניתן להתאמה פוטנציאלית לשרירי השלד האחרים, ועשוי להיות משופר על-ידי שינויים במחט האיסוף.

Introduction

המחקר של פיזיולוגיה שריר אנושי למטרות קליניות או מחקר לעתים קרובות דורש ביופסיות שרירים. לדוגמה, אתגר מרכזי בפיזיולוגיה שרירים אנושיים וביומכניקה הוא להבחין ולהבין את ההתאמות השונות של ביצועי שרירים להתאמן. התאמות ביצועים אינן כוללות רק התאמות מבניות (למשל, שינויים בחלבונים מתכוובים, ארכיטקטורת שרירים) אלא^{גם כוללים התאמות עצביות 1}, שקשה מאוד, אם לא בלתי אפשרי, להעריך בנפרד בעת בדיקה ללא פגע בשרירים האנושיים situ. ניסויים ברמת הסיבים מסירים רכיבים אלה בסדר גבוה יותר ומאפשרים הערכה ישירה יותר של התכווצות שרירים ותוכלים לאסוף אותם באמצעות טכניקות ביופסיה. ביופסיות שרירים נאספו מאז לפחות 1868². כיום, הטכניקה הדומיננטית לאיסוף ביופסיות שרירים היא טכניקת Bergström^{שונה 3,4,}5 ,^{למרות טכניקות}אחרות זמינות כולל השימוש של Weil-Blakesley conchotome⁶ או מה שנקרא^{מחט עדינה 7,8}. כל הטכניקות האלה משתמשות בכלים מיוחדים כמו מחט שנועדו לעבור לשריר ולחתוך חתיכת רקמה. באופן ספציפי, טכניקת Bergström שונה משתמשת מחט שונה גדול (5 מ”מ גודל מחט כאן; איור 1) שיש לו חלון קרוב לקצה המחט וtrocar פנימי קטן יותר שזז למעלה ומטה המחט, חיתוך השריר בעת מעבר על חלון המחט. בתוך הטרוקאר הזה הוא נגח שזז למעלה ומטה הפיר של trocar ודוחף את הביופסיה לכיוון חלון המחט. כדי למשוך את השריר לתוך חלון המחט, צינור יניקה מחובר, אשר שואב אוויר מהמחט וממשוך את השריר לתוך חלון המחט באמצעות לחץ שלילי.

ביופסיות שריר נרכשות לעתים קרובות כדי ללמוד שינויים בתוכן חלבון, ביטוי גנים, או מורפולוגיה הנגרמת על ידי מחלה או בתגובה^{לתוכנית פעילות גופנית 1,9,10,11}. שימוש קריטי נוסף עבור ביופסיות שרירים הוא ניסויים מכניים כגון מדידה של כוח כיווץ סיבים, נוקשות סיבי שריר, ומאפייני שריר תלויי היסטוריה^{12,13,14,15,16}. סיבים בודדים או סיבים מכניקה נמדדים על ידי חיבור סיבים בין מנוע אורך ומתמר כוח על אסדות מיוחדות לשלוט אורך סיבים ובו זמנית מדידת כוח. על ידי חריצות (למשל, skinning) סיבים, קרום סרקומה הופך חדיר כימיקלים בתמיסת האמבטיה, המאפשר שליטה הפעלה על ידי ריכוז סידן משתנה. יתר על כן, ההשפעה של תכונות כיווץ על כימיקלים / תרופות / חלבונים אחרים ניתן בקלות להעריך על ידי הוספת reagent המדובר לפתרון האמבטיה. עם זאת, בעוד טכניקה זו משמשת מאוד במודלים אחרים של בעלי חיים, באופן ניכר פחות מחקרים ערכו בדיקות מכניות על סיבים עור^{ים 17,18,19}. אחת הסיבות לכך היא כי כלים ביופסיה ונהלים נועדו להסיר כמה שיותר רקמת שריר עם פחות התייחסות לרמה של נזק מבני שנגרם במהלך הפקת רקמות. אכן, פרוטוקול ביופסיה האחרונה מציע לנהוג מחט הביופסיה לתוך השריר ולאסוף 2-4 נתחים של שריר³. התהליך עצמו אינו פוגע בחומר ה-DNA או החלבון, אך לעתים קרובות הורס סיבים ומבנים סרקומריים באופן כזה שהפעלת סיבי שריר הופכת לבלתי יציבה או בלתי אפשרית. יתר על כן, האורך היחסי של סיבים בתוך הביופסיה הם בדרך כלל קצרים (<2 מ"מ) ולא מטופלים בקלות לבדיקות מכניות. לבדיקות מכניות, הסיבים האידיאליים ארוכים (3-5 מ"מ) ולא פגומים מבחינה מבנית.

טכניקות מתקדמות יותר להפקת רקמות יכולות לשמש להגבלת נזק לסיבים. לדוגמה, קבוצה^{אחת 20} ניצלה את “ניתוחים פתוחים” שתוכננו קודם לכן של זרועות (למשל, תיקון שבר עצם), שבו השרירים נחשפו באופן מלא ומנתח הצליח לדמיין את מבנה השריר ולנתח בזהירות דגימות גדולות יחסית ולא ניזוקו מבחינה מבנית של רקמת שריר (15 מ”מ x 5 מ”מ x 5 מ”מ). טכניקת “ביופסיה פתוחה” זו מועדפת כאשר המשתתפים עוברים הליך שתוכנן מראש, ולכן מגבילה את מאגר המשתתפים הפוטנציאליים, במיוחד עבור מבוגרים בריאים, שבהם לא היו מתרחשים ניתוחים בדרך אחרת. לכן, ביופסיות רבות שנערכו למטרות מחקר נעשות כהליך אשפוז ואתר החתך נשמר קטן ככל האפשר כדי להגביל את הסיכון לזיהום, הצטלקות, וזמן ריפוי. לכן, רוב הביופסיות נאספות באופן עיוור (כלומר, המפעיל אינו יכול לראות את מחט האיסוף כפי שהוא עובר דרך fascia לתוך השריר). זה מרמז על כך שאיכות הביופסיה מבוססת כמעט לחלוטין על המיומנות והניסיון של המפעיל. לכל שריר יש קשיים משלו בעת איסוף רקמות, כגון סיכונים להפר את העצבים וכלי הדם, בחירת עומק אוסף אידיאלי ומיקום, ולהחליט על מיקום הגוף המתאים כדי לשמור על השריר רפוי ככל האפשר. למרבה הצער, רוב הכישורים ספציפיים לשרירים אינם כתובים ולכן כל רופא חייב “להמציא מחדש את הגלגל” בעת ביצוע ביופסיות על השרירים החדשים להם. חוסר ניסיון זה מוביל בדרך כלל מספר אוספים באיכות נמוכה עד הרופא מזהה את שיטות העבודה הטובות ביותר עבור ביופסיות על שריר זה. רופאים מתחילים לעתים קרובות ללמוד את המיומנות באמצעות שיחות עם עמיתיהם המנוסים יותר, אבל יחסית מעט אינפורמטיבי וטקסטים ביקורת עמיתים קיימים בנושא, במיוחד עבור שרירים שאינם משמשים באופן מסורתי עבור איסוף ביופסיה. אם נשקול את המידע הנ”ל, יחד עם הקושי לגייס מתנדבים אנושיים לביופסיות, ברור שיש צורך במידע לימודי נוסף שממקסם את סיכויי ההצלחה של כל משתתף.

לכן, מטרת מאמר זה הייתה להציג טכניקת ביופסיה שריר המספק פרוטוקולים לאוסף מוצלח של ביופסיות שרירים עם ארוך, שברי סיבים לא ניזמים לבדיקות מכניות. ביופסיות שרירים אנושיות מתבצעות בדרך כלל על, ואת החלק הארי של חומר אימון ביופסיה הוא על, השרירים vastus lateralis. גודל השריר הגדול יחסית שלו ומיקומו הפשטי יחסית לעור מאפשר איסוף של רקמת שריר נאותה, תוך מזעור אי נוחות המטופל^{וטראומה פיזית 1,21}. עם זאת, יש כמה מגבלות לשימוש בvass lateralis ללימודי אימון אורכי. לדוגמה, במהלך פרוטוקולים ניסיוניים הכוללים תוכנית אימונים, על המשתתפים להימנע מהכשרה נוספת מחוץ למחקר לתקופה המשתרעת לעתים קרובות על פני 2-6 חודשים. עבור ספורטאים, זה לעתים קרובות לא אפשרי, כמו lateralis vastus הוא בדרך כלל מאומן במהלך תרגילים טיפוסיים (למשל, סקוואט, קופץ), או משמש בדרך כלל עבור הספורט (למשל, ריצה, רכיבה על אופניים). חוויות אימון נפרדות אלה הרחק ממטרת המחקר יכולות לגרום להתאמות שרירים שמשנות את מכניקת השרירים, הארכיטקטורה והפיזיולוגיה באופן כזה שקשה או בלתי אפשרי לדעת את ההשפעה האמיתית של הפרוטוקול הניסיוני של המחקר על תכונות שרירים. עבור סוגים אלה של מחקרים, זה יהיה אידיאלי לבחור שריר היעד כי הוא לעתים קרובות לא המוקד של גדודי אימון. השרירים השוקיאליים הקדמיים (ת”א) הוא שריר יעד אידיאלי העונה על הדרישות לעיל. בנוסף, ניתן למקד התערבויות אימון כלפי ת”א באמצעות גישות הניתנות לשליטה, כגון שימוש בדינומטר. אין כמעט חומר אימון הנוגע לביופסיה של השריר של ת”א. לכן, פיתחנו פרוטוקול שונה לאיסוף ביופסיות שרירים שלא ניזתם באופן יחסי מת”א.

Protocol

הערה: להלן, אנו מתארים פרוטוקול לקצירת סיבים לא ניזמים מכנית מת”א של מתנדבים שנרשמו למחקר מתמשך נפרד. פרוטוקול זה דומה לזה שתואר על ידי Shanely et al.3, שתיארו את טכניקת Bergström שונה בvasstrus lateralis. המידע המוצג כאן כבר מעודן על ידי קבוצת המחקר שלנו, אבל לא יכול להיות אידיאלי עבור כל קבוצות ה?…

Representative Results

ההתחייבות הזמן כולו למשתתף היה כשעה אחת (10 דקות ייעוץ, 10 דקות אולטרסאונד, 20 דקות הכנה לניתוח ומינהל הרדמה, 10 דקות ניתוח, ו 10 דקות התאוששות). לעתים קרובות, המשתתפים הפעילו באופן לא מודע את ת”א שלהם ונזקקו לתזכורות עקביות כדי לשמור על השריר רגוע ככל האפשר. כאשר מחט הביופסיה הייתה בתוך השריר, המש?…

Discussion

בדו”ח זה, תיארנו טכניקה לביופסיה של רקמת שריר לא פגומה מבחינה מבנית מת”א. מצאנו כי הליך זה מניב תוכן מקובל של סיבי שריר שנויים (5-10 תכשירים חבילת סיבים לכל 50 מ”ג של רקמה שנאספו) לבדיקות מכניות. יתר על כן, היו לנו מספיק רקמות לניסויים מכניים, גנטיים ופרוטונומיים למעקב.

ישנן מספר ש?…

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