从人类肌肉提比利斯前部高级隔间收集骨骼肌肉活检，用于机械评估

Summary

本技术报告描述了经过改良的Bergström技术的变化，用于对前骨质纤维的活检，以限制纤维损伤。

Abstract

收缩骨骼纤维的机械性能是整体肌肉健康、功能和性能的关键指标。人类骨骼肌活检经常收集为这些努力。然而，除了常用的粘液后，活检程序的技术描述相对较少。虽然活检技术经常进行调整，以适应每个肌肉在研究的特点，很少有技术报告分享这些变化，以更大的社区。因此，当操作员重新发明车轮时，人类参与者的肌肉组织经常被浪费掉。从各种肌肉中扩展活检的可用材料可以减少活检失败的事件。本技术报告描述了改进后的 Bergström 技术在粘液头骨前的变化，该技术可限制纤维损坏并提供足够的纤维长度进行机械评估。手术是一个门诊手术，可以在一小时内完成。此程序的恢复期是立即为轻活动（即步行），最多三天恢复正常身体活动，约一个星期的伤口护理。提取的组织可用于机械力实验，我们在这里提供具有代表性的激活数据。该协议适用于大多数收集目的，可能适应其他骨骼肌，并可能通过修改收集针进行改进。

Introduction

为临床或研究目的研究人类肌肉生理学往往需要肌肉活检。例如，人类肌肉生理学和生物力学的一个主要挑战是区分和理解肌肉性能对运动的各种适应。性能适应不仅包括结构适应（例如，收缩蛋白的变化，肌肉结构），还包括神经适应^1，这是很难，如果不是不可能，单独评估时，测试完好无损的原位人类肌肉。纤维级实验去除这些高阶成分，并允许更直接地评估肌肉收缩，并可通过活检技术收集。肌肉活检已经收集至少自1868^年2。今天，收集肌肉活检的主要技术是修改的Bergström技术^{3,3，4，5，,5}虽然其他技术可用，包括使用威尔-布莱克斯利孔^胸6或所谓的细针^7,7，8。所有这些技术都使用特殊的针状仪器，这些仪器被设计成进入肌肉并切割一块组织。具体来说，经过修改的Bergström技术使用大改性针头（此处为 5 mm 针头尺寸）;图1）有一个靠近针尖的窗户和一个较小的内部小刀，在针尖上和向下移动，在穿过针尖窗口时切割肌肉。在这个神圣的小车内是一个拉罗德，向上和向下移动的轴的特罗卡，并推动活检到针窗。要将肌肉拉入针窗，请连接一根吸气软管，吸出针头的空气，通过负压将肌肉拉入针窗。

肌肉活检通常是为了研究蛋白质含量、基因表达或疾病引起的形态变化，或对^,运动计划^{,1、9、10、11,9的反应而获得的}。¹⁰肌肉活检的另一个关键用途是机械实验，如测量纤维收缩力，肌肉纤维僵硬，和历史依赖肌肉属性12，13，14，15，16。^{12,13,14,15,16}单光纤或光纤束力学通过将光纤连接在长度电机和力传感器之间，在控制光纤长度同时测量力的专用钻机上进行测量。通过渗透（如皮肤）纤维，肉瘤膜变得渗透到沐浴液中的化学物质，允许通过改变钙浓度进行活化控制。此外，通过将有关试剂添加到沐浴液中，可以很容易地评估收缩特性对化学品/药物/其他蛋白质的影响。然而，虽然这项技术在其他动物模型中被高度使用，但对人类肌肉活检^{17、18、19,}的皮片纤维^{进行机械测试的研究明显较少}。原因之一是活检工具和协议旨在去除尽可能多的肌肉组织，而较少考虑组织提取过程中遭受的结构损伤程度。事实上，最近的活检方案建议推动活检针进入肌肉，并收集2-4块肌肉^3。这个过程本身对DNA或蛋白质物质的损害很小，但往往破坏纤维和沙康结构，使肌肉纤维的激活变得不稳定或不可能。此外，活检中纤维的相对长度通常很短（<2 mm），不容易用于机械测试。对于机械测试，理想的纤维长（3-5 毫米），且没有结构损坏。

更先进的组织提取技术可用于限制纤维损伤。例如，^一组20 人利用了先前规划的前臂”开放手术”（例如骨折修复），其中肌肉完全暴露，外科医生能够可视化肌肉结构，并仔细解剖肌肉组织相对较大和结构上未损坏的样本（15毫米x5毫米x5毫米）。这种”开放活检”技术在参与者正在接受先前计划的程序时受到青睐，因此限制了潜在参与者的库，尤其是对健康成年人，否则不会进行手术。因此，许多为研究目的进行的活检都是作为门诊程序进行的，切口部位尽可能小，以限制感染风险、疤痕和愈合时间。因此，大多数活检 是盲目 收集的（即，操作者无法看到收集针头，因为它通过筋膜进入肌肉）。这意味着活检的质量几乎完全基于操作者的技能和经验。每个肌肉在收集组织时都有自己的困难，例如有违反神经和血管的风险，选择理想的收集深度和位置，并决定一个合适的身体位置，以保持肌肉尽可能松弛。不幸的是，大多数肌肉特异性技能集没有写下来，所以每个医生必须”重新发明车轮”时，执行活检的肌肉新到他们。这种缺乏经验通常导致几个收集低质量，直到医生确定对肌肉的活检的最佳做法。新手医生经常通过与经验更丰富的同事交谈来学习这种技能，但相对而言，有关这一问题的信息和同行评议文本相对较少，尤其是对于传统上不用于活检收集的肌肉。如果我们考虑上述信息，以及招募人类志愿者进行活检的困难，显然需要更多的教学信息，从而最大限度地提高每个参与者的成功机会。

因此，本文的目的是提出一种肌肉活检技术，为成功采集肌肉活检和长而未损坏的纤维片段进行机械测试提供了方案。人类肌肉活检通常是进行，和活检训练材料的大部分是，肌肉广大后。其相对较大的肌肉大小和表面位置相对于皮肤允许收集足够的肌肉组织，同时尽量减少病人的不适和身体^{创伤,1，21。}然而，在纵向训练研究中使用广大后法存在一些局限性。例如，在包括培训计划的实验协议期间，学员必须在通常为期 2-6 个月的学习期间内避免在学习之外进行额外培训。对于运动员来说，这通常是不可能的，因为广大的后天运动员通常在典型的练习（如蹲下、跳跃）期间进行训练，或者通常用于这项运动（例如跑步、骑自行车）。这些远离研究目的的单独训练经验可能导致肌肉适应，改变肌肉机制、结构以及生理学，使难以或不可能知道研究的实验协议对肌肉特性的真正影响。对于这些类型的研究，最好选择目标肌肉，这往往不是训练团的重点。肌肉头骨前 （TA） 是满足上述要求的理想目标肌肉。此外，培训干预措施可以针对 TA 使用可控的方法，例如使用测功机。几乎没有与 TA 肌肉活检相关的训练材料。因此，我们开发了一个修改的协议，从TA收集相对未受损的肌肉活检。

Protocol

注意：下面，我们概述了一个协议，从参加单独正在进行的研究的志愿者的 TA 中收获机械未损坏的纤维。该协议与Shanely等人描述的相似，他们描述了经过的《大法》中经过的改进的伯格斯特伦技术。此处提供的信息已被我们的研究小组改进，但可能并非适合所有实验室组或组织设置。我们只给出指南，强烈建议新进入活检收集的实验室在尝试任何人体试验之前咨询有经验的实?…

Representative Results

参与者的整个时间承诺是大约1小时（10分钟会诊，10分钟超声波，20分钟的手术准备和麻醉剂，10分钟的手术和10分钟的恢复）。通常，参与者不自觉地激活他们的TA，需要一致的提醒，以保持肌肉尽可能放松。当活检针在肌肉内时，参与者通常会报告活检针周围区域有独特的”压力”感觉，偶尔会出现中度到剧烈的不适。一次，参与者的脚趾在手术过程中稍微抽筋，但在针头被取出后立即停止。活检?…

Discussion

在这份报告中，我们描述了一种从TA中对结构上未受损的肌肉组织进行活检的技术。我们发现，这个程序产生一个可接受的含量的可用肌肉纤维（5-10纤维束制剂每50毫克收集的组织）机械测试。此外，我们有足够的组织进行后续的机械、遗传和蛋白质遗传学实验。

有几个方法通常用于收集肌肉活^,检^{3，4，6，27，28。4,6</su…}

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