Коллекция скелетных биопсий мышц из Высшего отсека человеческого мускулуса Tibialis перед механической оценкой

Summary

В этом техническом отчете описывается вариация модифицированной техники Бергстрёма для биопсии передней части musculus tibialis, которая ограничивает повреждение волокна.

Abstract

Механические свойства контрактных скелетных волокон являются важнейшими показателями общего здоровья мышц, функции и производительности. Биопсия скелетных мышц человека часто собирается для этих начинаний. Тем не менее, относительно мало технических описаний процедур биопсии, за пределами широко используемых musculus vastus lateralis, доступны. Хотя методы биопсии часто корректируются с учетом характеристик каждой изучаемой мышцы, лишь немногие технические отчеты разделяют эти изменения для большего сообщества. Таким образом, мышечная ткань от человеческих участников часто впустую, как оператор изобретает колесо. Расширение доступного материала по биопсии из различных мышц может уменьшить инцидент неудачной биопсии. В этом техническом отчете описывается вариация модифицированного метода Бергстрёма на передней передней части musculus tibialis, которая ограничивает повреждения волокна и обеспечивает длину волокна, достаточную для механической оценки. Операция является амбулаторной процедурой, которая может быть завершена в течение часа. Период восстановления для этой процедуры является немедленным для легкой активности (т.е. ходьба), до трех дней для возобновления нормальной физической активности, и около одной недели для ухода за ранами. Извлеченные ткани могут быть использованы для механических экспериментов силы и здесь мы представляем репрезентативные данные активации. Этот протокол подходит для большинства целей сбора, потенциально адаптируется к другим скелетным мышцам, и может быть улучшена путем модификации коллекции иглы.

Introduction

Изучение физиологии мышц человека в клинических или исследовательских целях часто требует биопсии мышц. Например, основная проблема в физиологии мышц человека и биомеханики заключается в том, чтобы различать и понимать различные адаптации мышечной производительности для физических упражнений. Адаптация производительности включает в себя не только структурные адаптации (например, изменения в контрактильные белки, мышечная архитектура), но и^{включают в себя нейронные адаптации 1}, которые очень трудно, если не невозможно, чтобы оценить отдельно при тестировании нетронутыми на месте человеческих мышц. Эксперименты на уровне волокна удаляют эти компоненты более высокого порядка и позволяют более прямой оценки сокращения мышц и могут быть собраны с помощью методов биопсии. Биопсия мышц была собрана по крайней мере с 1868^{года 2}. Сегодня преобладающей техникой для сбора биопсии мышц является модифицированная техника^{Бергстрёма 3,,4,5}, хотя другие методы доступны, включая использование Конхотома Вейл-Блейксли^{6 или так} называемой тонкой^{иглы 7,8}. Все эти методы используют специальные иглы, как инструменты, которые предназначены для прохода в мышцы и сократить кусок ткани. В частности, модифицированная техника Бергстрёма использует большую модифицированную иглу (размер иглы 5 мм здесь; Рисунок 1) который имеет окно близко к кончику иглы и меньший внутренний трокар, который движется вверх и вниз по игле, сокращая мышцы при прохождении через окно иглы. В этом священном трокаре находится ramrod, который движется вверх и вниз по валу трокара и толкает биопсию к окну иглы. Для того чтобы вытянуть мышцу в окно иглы, шланг всасывания прикреплен, который всасывает воздух из иглы и вытягивает мышцу в окно иглы через отрицательное давление.

Биопсия мышц часто приобретаются для изучения изменений в содержании белка, экспрессии генов или морфологии, вызванных болезнью или в^{ответ на программу упражнений 1,,9,,10,,11}. Другим важным использованием для биопсии мышц является механические эксперименты, такие как измерение волоконно-контрактной силы, жесткость мышечного волокна, и^{историко-зависимые свойства мышц 12,,13,,14,,15,16}. Одноволокнистая или оптоволоконная механика измеряются путем крепления волокон между двигателем длины и предуцом силы на специализированных установках, которые контролируют длину волокна, одновременно измеряя силу. Путем проницаемого (например, skinning) волокон, мембрана сарколеммы становится проницаемой для химических веществ в растворе ванны, что позволяет контролировать активацию путем изменения концентрации кальция. Кроме того, влияние контрактиловых свойств на химические вещества/фармацевтику/другие белки можно легко оценить, добавив реагент, о котором идет речь, в раствор ванны. Однако, в то время как этот метод хорошо используется в других моделях животных, заметно меньше исследований, проведенных механических тестов на кожурой^{волокон из биопсии мышц человека 17,18,19}. Одна из причин заключается в том, что инструменты и протоколы биопсии предназначены для удаления как можно больше мышечной ткани, как это возможно с меньшим уважением к уровню структурных повреждений, полученных во время извлечения тканей. Действительно, недавний протокол биопсии предлагает диск биопсии иглы в мышцу и собирать 2-4 куски^{мышцы 3}. Сам процесс наносит небольшой ущерб ДНК или белковому материалу, но часто разрушает волокна и саркомерные структуры таким образом, что активация мышечных волокон становится нестабильной или невозможной. Кроме того, относительная длина волокон в рамках биопсии, как правило, короткие (Lt;2 мм) и не легко обрабатываются для механического тестирования. Для механических испытаний идеальные волокна длинные (3-5 мм) и не повреждены структурно.

Более продвинутые методы извлечения тканей могут быть использованы для ограничения повреждения волокна. Например, одна^{группа 20 воспользовалась} ранее запланированными «открытыми операциями» предплечья (например, ремонт перелома костей), где мышцы были полностью открыты, а хирург смог визуализировать структуру мышц и тщательно вскрыть относительно большие и структурно неповрежденные образцы мышечной ткани (15 мм х 5 мм х 5 мм). Этот метод “открытой биопсии” благоприятствует, когда участники проходят ранее запланированную процедуру, и поэтому ограничивает пул потенциальных участников, особенно для здоровых взрослых, где никаких операций в противном случае не было бы. Таким образом, многие биопсии, проводимые в исследовательских целях, проводятся амбулаторно, а место разреза хранится как можно меньше, чтобы ограничить риск заражения, рубцов и времени заживления. Таким образом, большинство биопсий собираются вслепую (т.е. оператор не может видеть коллекционую иглу, когда она проходит через фасцию в мышцу). Это означает, что качество биопсии почти полностью основано на мастерстве и опыте оператора. Каждая мышца имеет свои собственные трудности при сборе тканей, таких как риски нарушения нервов и кровеносных сосудов, выбор идеальной глубины сбора и расположение, и решение о соответствующем положении тела, чтобы сохранить мышцы как можно слабее. К сожалению, большинство мышц конкретных skillsets не записаны, и поэтому каждый врач должен “изобретать колесо” при выполнении биопсии на мышцах, новых для них. Это отсутствие опыта обычно приводит к нескольким коллекциям с низким качеством, пока врач не определяет лучшие практики для биопсии на этой мышце. Начинающие врачи часто учатся навыкам через беседы со своими более опытными коллегами, но относительно мало информативных и рецензируемых текстов существуют по этому вопросу, особенно для мышц, которые традиционно не используются для сбора биопсии. Если мы рассмотрим вышеупомяпную информацию, а также трудности с набором добровольцев для биопсии, то ясно, что требуется больше учебной информации, которая максимизирует шансы на успех для каждого участника.

Таким образом, цель этой работы состояла в том, чтобы представить метод биопсии мышц, который обеспечивает протоколы для успешного сбора биопсии мышц с длинными, неповрежденными фрагментами волокна для механических испытаний. Биопсия мышц человека, как правило, осуществляется на, и основная часть биопсии учебный материал находится на, musculus vastus lateralis. Его относительно большой размер мышц и поверхностное расположение по отношению к коже позволяет для сбора адекватной мышечной ткани, при минимизации дискомфорта пациента и^{физической травмы 1,21}. Тем не менее, Есть некоторые ограничения на использование vastus lateralis для продольных учебных исследований. Например, во время экспериментальных протоколов, которые включают учебную программу, участники должны воздерживаться от дополнительной подготовки вне исследования в течение периода, который часто охватывает 2-6 месяцев. Для спортсменов это часто невозможно, так как vastus lateralis обычно тренируется во время типичных упражнений (например, приседания, прыжки), или обычно используется для спорта (например, бег, езда на велосипеде). Эти отдельные учебные опыты вдали от цели исследования может привести к мышечной адаптации, которые изменяют механику мышц, архитектуру и физиологию таким образом, что трудно или невозможно знать истинное влияние экспериментального протокола исследования на мышечные свойства. Для этих типов исследований, было бы идеально, чтобы выбрать целевую мышцу, которая часто не находится в центре внимания учебных полков. Musculus tibialis передней (TA) является идеальной целевой мышцы, которая удовлетворяет требованиям выше. Кроме того, учебные мероприятия могут быть направлены на TA с использованием контролируемых подходов, таких как с использованием динамометра. Существует почти нет учебных материалов, относящихся к биопсии мышц TA. Поэтому мы разработали модифицированный протокол для сбора относительно неповрежденной биопсии мышц из TA.

Protocol

ПРИМЕЧАНИЕ: Ниже мы наметим протокол для сбора механически неповрежденных волокон из TA добровольцев, которые были зачислены в отдельное текущее исследование. Этот протокол аналогичен тому, что описано Shanely et al.3, которые описали модифицированную технику Бергстрёма в vastus late…

Representative Results

Все время обязательства для участника было около одного часа (10 мин консультации, 10 мин УЗИ, 20 мин подготовки хирургии и анестезии администрации, 10 мин хирургии, и 10 мин восстановления). Часто участники бессознательно активировали свой TA и нуждались в последовательных напоминаниях, чтоб…

Discussion

В этом докладе мы описали метод биопсии структурно неповрежденной мышечной ткани от TA. Мы обнаружили, что эта процедура дает приемлемое содержание годных к использования мышечных волокон (5-10 волоконных расслоечек препаратов на 50 мг собранной ткани) для механического тестирования. Кро?…

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