Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

"अवतार", एक संशोधित पूर्व विवो वर्क लूप प्रयोग विवो तनाव और सक्रियण में उपयोग कर रहा है

Published: August 18, 2023 doi: 10.3791/65610
Automatic Translation
1, 1
1Northern Arizona University

Summary

यह लेख मांसपेशियों के बल प्रतिक्रिया के लिए तनाव यात्रियों और सक्रियण के योगदान का आकलन करने के लिए एक प्रयोगशाला कृंतक से "अवतार" मांसपेशी का उपयोग करके पूर्व विवो कार्य पाश प्रयोगों के दौरान विवो मांसपेशी बल उत्पादन में अनुकरण करने के लिए पद्धति का विवरण देता है।

Abstract

आंदोलन व्यवहार गतिशील प्रणालियों की आकस्मिक विशेषताएं हैं जो मांसपेशियों के बल उत्पादन और कार्य उत्पादन के परिणामस्वरूप होती हैं। तंत्रिका और यांत्रिक प्रणालियों के बीच परस्पर क्रिया जैविक संगठन के सभी स्तरों पर समवर्ती रूप से होती है, पैर की मांसपेशियों के गुणों के ट्यूनिंग से लेकर जमीन के साथ बातचीत करने वाले अंगों की गतिशीलता तक। उन परिस्थितियों को समझना जिनके तहत जानवर नियंत्रण पदानुक्रम में आंतरिक मांसपेशी यांत्रिकी ('प्रीफ्लेक्सिस') की ओर अपनी तंत्रिका नियंत्रण रणनीतियों को स्थानांतरित करते हैं, मांसपेशियों के मॉडल को विवो मांसपेशी बल में भविष्यवाणी करने और अधिक सटीक रूप से काम करने की अनुमति देगा। विवो मांसपेशी यांत्रिकी में समझने के लिए, मांसपेशियों के बल की पूर्व विवो जांच और गतिशील रूप से अलग-अलग तनाव और लोडिंग स्थितियों के तहत काम करने के लिए विवो लोकोमोशन के समान की आवश्यकता होती है। विवो स्ट्रेन प्रक्षेपवक्र में आमतौर पर अचानक परिवर्तन (यानी, तनाव और वेग क्षणिक) प्रदर्शित होते हैं जो तंत्रिका सक्रियण, मस्कुलोस्केलेटल कीनेमेटिक्स और पर्यावरण द्वारा लागू भार के बीच बातचीत से उत्पन्न होते हैं। हमारी "अवतार" तकनीक का मुख्य लक्ष्य यह जांचना है कि मांसपेशियों की शक्ति उत्पादन में आंतरिक यांत्रिक गुणों का योगदान उच्चतम होने पर तनाव दर और लोडिंग में अचानक परिवर्तन के दौरान मांसपेशियां कैसे कार्य करती हैं। "अवतार" तकनीक में, पारंपरिक कार्य-लूप दृष्टिकोण को कई खिंचाव-छोटा चक्रों के माध्यम से पूर्व विवो मांसपेशियों को चलाने के लिए गतिशील आंदोलनों के दौरान जानवरों से विवो तनाव प्रक्षेपवक्र और इलेक्ट्रोमोग्राफिक (ईएमजी) संकेतों में मापा जाता है। यह दृष्टिकोण वर्क-लूप तकनीक के समान है, सिवाय इसके कि विवो स्ट्रेन प्रक्षेपवक्र में उचित रूप से स्केल किया जाता है और सर्वो मोटर से जुड़ी पूर्व विवो माउस मांसपेशियों पर लगाया जाता है। यह तकनीक एक को अनुमति देती है: (1) विवो तनाव, सक्रियण, स्ट्राइड आवृत्ति और कार्य-लूप पैटर्न में अनुकरण करें; (2) विवो बल प्रतिक्रियाओं में सबसे सटीक रूप से मिलान करने के लिए इन पैटर्नों को बदलें; और (3) यंत्रवत परिकल्पनाओं का परीक्षण करने के लिए नियंत्रित संयोजनों में तनाव और /

Introduction

चलती जानवर जटिल वातावरण में धीरज, गति और चपलता के प्रभावशाली एथलेटिक करतब प्राप्त करते हैं। मानव-इंजीनियर मशीनों के विपरीत पशु हरकत विशेष रूप से प्रभावशाली है-वर्तमान-पैर वाले रोबोट, कृत्रिम अंग और एक्सोस्केलेटन की स्थिरता और चपलता जानवरों की तुलना में खराब रहती है। प्राकृतिक इलाके में पैर वाले हरकत को गति और पैंतरेबाज़ी पर्यावरणीय विशेषताओं को बदलने के लिए सटीक नियंत्रण और तेजी से समायोजन की आवश्यकता होती है जो अप्रत्याशित गड़बड़ी 1,2,3,4 के रूप में कार्य करते हैं। फिर भी, गैर-स्थिर हरकत को समझना स्वाभाविक रूप से चुनौतीपूर्ण है क्योंकि गतिशीलता भौतिक वातावरण, मस्कुलोस्केलेटल यांत्रिकी और सेंसरिमोटर नियंत्रण 1,2 के बीच जटिल बातचीत पर निर्भर करती है। लेग्ड हरकत संवेदी जानकारी के तेजी से बहु मोडल प्रसंस्करण और अंगों और जोड़ों 1,5 के समन्वित सक्रियण के साथ अप्रत्याशित गड़बड़ी का जवाब देने की आवश्यकता है. अंततः, आंदोलन मस्कुलोस्केलेटल सिस्टम के आंतरिक यांत्रिक गुणों के साथ-साथ तंत्रिका नियंत्रण 1,5,6,7 से बल पैदा करने वाली मांसपेशियों द्वारा संभव बनाया गया है। न्यूरोमैकेनिक्स का एक उत्कृष्ट प्रश्न यह है कि ये कारक अप्रत्याशित गड़बड़ी के जवाब में समन्वित आंदोलन का उत्पादन करने के लिए कैसे बातचीत करते हैं। निम्नलिखित तकनीक एक "अवतार" मांसपेशी के साथ नियंत्रणीय पूर्व विवो प्रयोगों के दौरान विवो तनाव प्रक्षेपवक्र में उपयोग करके विरूपण के लिए मांसपेशियों की आंतरिक यांत्रिक प्रतिक्रिया का उपयोग करती है।

मांसपेशी काम पाश तकनीक चक्रीय आंदोलनों 8,9,10 के दौरान आंतरिक मांसपेशी यांत्रिकी को समझने के लिए एक महत्वपूर्ण रूपरेखा प्रदान की है. पारंपरिक काम पाश तकनीक पूर्वनिर्धारित, आम तौर पर साइनसोइडल, विवो प्रयोगों 2,8,9,11 के दौरान मापा आवृत्तियों और सक्रियण पैटर्न का उपयोग कर तनाव प्रक्षेपवक्र के माध्यम से मांसपेशियों ड्राइव. साइनसोइडल लंबाई प्रक्षेपवक्र का उपयोग वास्तविक रूप से उड़ान12 के दौरान काम और बिजली उत्पादन का अनुमान लगा सकता है औरउन परिस्थितियों में 2 तैर सकता है जहां जानवरों को पर्यावरण और मस्कुलोस्केलेटल कीनेमेटीक्स के साथ बातचीत के कारण तनाव प्रक्षेपवक्र में तेजी से बदलाव नहीं होता है। हालांकि, पैर हरकत के दौरान विवो मांसपेशी तनाव प्रक्षेपवक्र में तंत्रिका सक्रियण, मस्कुलोस्केलेटल कीनेमेटीक्स, और पर्यावरण 5,7,13,14द्वारा लागू भार के बीच बातचीत से गतिशील रूप से उत्पन्न होते हैं। भार, तनाव प्रक्षेपवक्र, और बल उत्पादन का अनुकरण करने के लिए एक अधिक यथार्थवादी कार्य लूप तकनीक की आवश्यकता होती है जो विवो मांसपेशी-कण्डरा गतिशीलता से मेल खाती है और अंतर्दृष्टि प्रदान करती है कि आंतरिक मांसपेशी यांत्रिकी और तंत्रिका नियंत्रण कैसे गड़बड़ी के चेहरे में समन्वित आंदोलन का उत्पादन करने के लिए बातचीत करते हैं।

यहां, हम विवो स्ट्रेन प्रक्षेपवक्र में समय-भिन्न का प्रतिनिधित्व करने वाले विवो स्ट्रेन प्रक्षेपवक्र के दौरान एक प्रयोगशाला कृंतक से "अवतार" मांसपेशी का उपयोग करके ट्रेडमिल लोकोमोशन के दौरान विवो मांसपेशियों की ताकतों में अनुकरण करने का एक नया तरीका प्रस्तुत करते हैं। नियंत्रित पूर्व विवो प्रयोगों के दौरान एक प्रयोगशाला जानवर से मांसपेशियों पर एक लक्ष्य मांसपेशी से विवो तनाव प्रक्षेपवक्र में मापा का उपयोग हरकत के दौरान अनुभवी भार का अनुकरण करेगा। प्रयोगों यहाँ वर्णित में, पूर्व विवो माउस extensor digitorum longus (EDL) मांसपेशी चलने के दौरान विवो चूहे औसत दर्जे का gastrocnemius (MG) मांसपेशी में के लिए एक "अवतार" के रूप में प्रयोग किया जाता है, trotting, और एक ट्रेडमिल13 पर सरपट दौड़. यह दृष्टिकोण वर्क-लूप तकनीक के समान है, सिवाय इसके कि विवो स्ट्रेन प्रक्षेपवक्र में उचित रूप से स्केल किया जाता है और सर्वो मोटर से जुड़ी पूर्व विवो माउस मांसपेशियों पर लगाया जाता है। जबकि माउस ईडीएल मांसपेशियां चूहे एमजी की तुलना में आकार, फाइबर प्रकार और वास्तुकला में भिन्न होती हैं, इन अंतरों को नियंत्रित करना संभव है। "अवतार" तकनीक एक को अनुमति देती है: (1) विवो तनाव, सक्रियण, स्ट्राइड आवृत्ति और कार्य-लूप पैटर्न में अनुकरण करें; (2) विवो बल प्रतिक्रियाओं में सबसे सटीक रूप से मिलान करने के लिए इन पैटर्नों को बदलें; और (3) यंत्रवत परिकल्पनाओं का परीक्षण करने के लिए नियंत्रित संयोजनों में तनाव और /

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

सभी जानवरों के अध्ययन को उत्तरी एरिजोना विश्वविद्यालय में संस्थागत पशु देखभाल और उपयोग समिति द्वारा अनुमोदित किया गया था। नर और मादा जंगली प्रकार के चूहों (तनाव B6C3Fe a/a-Ttnmdm/J) से एक्सटेंसर डिजिटोरम लॉन्गस (EDL) की मांसपेशियों, 60-280 दिनों की आयु में, वर्तमान अध्ययन के लिए उपयोग की गई थी। जानवरों को एक वाणिज्यिक स्रोत से प्राप्त किया गया था ( सामग्री की तालिकादेखें), और उत्तरी एरिजोना विश्वविद्यालय में एक कॉलोनी में स्थापित किया गया था।

1. विवो तनाव प्रक्षेपवक्र में चयन करना और पूर्व विवो कार्य लूप प्रयोगों के दौरान उपयोग की तैयारी करना

नोट: इस प्रोटोकॉल में, विवो गतिशील हरकत में से पूर्व माप, लेखकों (निकोलाई कोनो, यूमास लोवेल, व्यक्तिगत संचार) को सीधे प्रदान किया गया, पूर्व विवो प्रयोगों में उपयोग किया गया था। मूल डेटा वेकलिंग एट अल.15 के लिए एकत्र किया गया था। प्रोटोकॉल को दोहराने के लिए समय, लंबाई या तनाव, EMG/सक्रियण और बल डेटा की आवश्यकता होती है।

  1. किसी भी प्रोग्रामिंग प्लेटफॉर्म (पूरक कोडिंग फ़ाइल 1 में प्रदान किया गया MATLab कोड) का उपयोग करके पूरे विवो परीक्षण को अलग-अलग प्रगति में विभाजित करें।
    1. लंबाई परिवर्तन बनाम प्लॉट करें। विवो परीक्षण में पूरे के लिए समय। इसका उपयोग व्यक्तिगत प्रगति (रुख के लिए रुख) की कल्पना करने और स्ट्राइड परिवर्तनशीलता(चित्रा 1)के बीच आकलन करने के लिए किया जाता है।
    2. पूरे परीक्षण के लिए तनाव की गणना करें (लंबाई (एल) /इष्टतम लंबाई एल0 पर अधिकतम आइसोमेट्रिक बल)।
    3. पूरे परीक्षण से एक स्ट्राइड का चयन करें जो सभी प्रगति का प्रतिनिधि है, और जो समान लंबाई में शुरू होता है और समाप्त होता है। यह प्रत्येक स्ट्राइड की तुलना करने के लिए एक दूसरे के ऊपर लंबाई को रेखांकन करके नेत्रहीन रूप से किया जा सकता है।
    4. एक प्रतिनिधि स्ट्राइड का चयन करने के बाद, किसी भी प्रोग्रामिंग प्लेटफॉर्म का उपयोग करके पूरे परीक्षण से तनाव, ईएमजी / सक्रियण को विभाजित करें, और डेटा को बल दें (MATLab16 में उपयोग किए गए कोड के लिए पूरक कोडिंग फ़ाइल 1 देखें)।
    5. यदि नमूना आवृत्ति तनाव, ईएमजी / सक्रियण या बल के लिए भिन्न होती है, तो डेटा बिंदुओं को इंटरपोलेट करें ताकि सभी को एक ही आवृत्ति पर नमूना दिया जा सके।
      नोट: शोधकर्ता पूरे परीक्षण में नमूना किए गए प्रत्येक बिंदु के बीच समय अंतराल के आधार पर कैप्चर की आवृत्ति निर्धारित कर सकते हैं। यदि चर को एक ही आवृत्ति पर कैप्चर किया जाता है, तो नमूना समय समान होगा।
  2. खंडित स्ट्राइड्स की आवृत्ति की गणना करें।
    1. सेकंड में एक खंडित स्ट्राइड की अवधि निर्धारित करके और 1 (सेकंड) को अवधि (1/अवधि = # स्ट्राइड प्रति सेकंड) से विभाजित करके आवृत्ति की गणना करें।
    2. मैन्युअल रूप से निर्धारित करें कि आवृत्ति से मेल खाने के लिए पूर्व विवो प्रयोगों में कितने डेटा बिंदु प्राप्त किए जाने चाहिए।
    3. दो कदमों के लिए आवश्यक समय की गणना करें। मांसपेशियों की माप त्रुटि के भीतर आकलन करने के लिए कम से कम एक बार स्ट्राइड दोहराएं, जो बाद के सांख्यिकीय विश्लेषण के लिए आवश्यक होगा।
  3. पूर्व विवो कार्य छोरों के लिए उत्तेजना की शुरुआत और अवधि निर्धारित करने के लिए मापा ईएमजी गतिविधि का उपयोग करके तनाव इनपुट के सापेक्ष उत्तेजना के चरण का निर्धारण करें। किसी भी प्रोग्रामिंग प्लेटफॉर्म का उपयोग किया जा सकता है (इस अध्ययन में उपयोग किए गए कोड के लिए पूरक कोडिंग फ़ाइल 1 देखें)।
    1. तनाव परिवर्तन (चित्रा 1) के रूप में एक ही एक्स-अक्ष रेंज (समय) पर ईएमजी संकेत देखें। दिखाई देने के लिए ईएमजी सिग्नल को बड़ा करें; यह ईएमजी सिग्नल को एक मनमानी संख्या से गुणा करके, तनाव को फिर से स्केल करके और ईएमजी को एक ही पैमाने पर होने और/या तनाव में ईएमजी सिग्नल जोड़कर किया जा सकता है।
      नोट: लेखकों ने MATLab में "rescale" फ़ंक्शन का उपयोग करके एक ही पैमाने पर तनाव और EMG को फिर से स्केल किया ( पूरक चित्र 1 देखें)।
    2. ईएमजी गतिविधि शुरू होता है और बंद हो जाता है, जहां दो मानक विचलन17,18 की तीव्रता में परिवर्तन से संकेत मिलता है जहां खोजें.
      नोट: पशु और मांसपेशियों के आधार पर, ईएमजी शुरुआत पैर संपर्क (मोनिका डेली, यूसी इरविन, व्यक्तिगत संचार) (चर्चा अनुभाग देखें) के अनुरूप हो सकती है या नहीं भी हो सकती है।
    3. तनाव चक्र (जैसे, 40%) के प्रतिशत की गणना करें जिस पर ईएमजी सक्रियण शुरुआत होती है और उत्तेजना कितनी देर तक होगी (जैसे, 222 एमएस)।
      नोट: शोधकर्ताओं को एक उत्तेजना-संकुचन युग्मन (ईसीसी) देरी के लिए खाते की आवश्यकता होगी जो विवो आंदोलन और पूर्व विवो कार्य लूप के बीच भिन्न होती है और प्रत्येक जानवर और मांसपेशियों के लिए भिन्न हो सकती है (उदाहरण के लिए, विवो ईसीसी चूहे एमजी के लिए 24.5 एमएस है, पूर्व विवो ईसीसी माउस ईडीएल के लिए ~ 5 एमएस है)।
  4. कार्य लूप नियंत्रक कार्यक्रम के लिए प्रतिनिधि तनाव इनपुट तैयार करें। कोई भी प्रोग्राम जो तनाव और उत्तेजना के लिए इनपुट के साथ बल आउटपुट को कैप्चर कर सकता है, उसका उपयोग वर्क लूप कंट्रोलर प्रोग्राम के लिए किया जा सकता है (चर्चा अनुभाग देखें)।
    1. चयनित स्ट्राइड लें और दो चक्रों के लिए विवो आवृत्ति में कदम पर कब्जा करने के लिए आवश्यक बिंदुओं की उचित संख्या में इंटरपोलेट करें (चरण 1.2 देखें)।
    2. एक पूर्व निर्धारित लंबाई भ्रमण (चरण 3.3 देखें) द्वारा खींचने के बाद "शून्य तनाव" (जैसे, एल 0 या 95% एल0) पर शुरू करने और रोकने के लिए स्ट्राइड को फिर से स्केल करें।
    3. "स्केल" चयनित स्ट्राइड, यदि आवश्यक हो, तो माउस ईडीएल में तनाव परिवर्तन के लिए इनपुट के रूप में उपयोग करने के लिए (चर्चा अनुभाग देखें)। पैमाने पर, एक लंबाई भ्रमण का चयन करें जिसमें माउस ईडीएल को नुकसान के बिना बढ़ाया जा सकता है (उदाहरण के लिए, हम आम तौर पर माउस ईडीएल को 10% एल0 तक फैलाते हैं, भले ही विवो प्रजातियों में हो)। यह प्रारंभिक परिणामों के आधार पर बदलने की आवश्यकता हो सकती है (चरण 3.3 देखें)।

Figure 1
चित्रा 1: विवो पूरे परीक्षण में समय के साथ लंबाई। लंबाई (मिमी) चूहे एमजी के समय के खिलाफ साजिश रची गई स्ट्राइड को हलकों द्वारा सीमांकित किया जाता है, सबसे छोटी लंबाई से सबसे छोटी लंबाई तक, एकल स्ट्राइड माना जाता है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

2. माउस मांसपेशी ex vivo के अधिकतम आइसोमेट्रिक बल का मूल्यांकन

  1. उपकरण और सर्जरी सेट करें।
    नोट: पूर्व विवो वर्क लूप के लिए आवश्यक उपकरणों की व्याख्या के लिए चर्चा अनुभाग देखें।
    1. पानी जैकेट ऊतक स्नान (सामग्री की तालिकादेखें) में ऑक्सीट्यूब सुई वाल्व डालने के द्वारा एक ऊतक-अंग स्नान तैयार करें। ऑक्सीट्यूब को 95% 0 2-5% CO2 के साथ गैस सिलेंडर से कनेक्ट करें। वाटर-जैकेट टिशू बाथ को भरने के लिए 20 साई की अनुमति दें।
    2. सर्जरी क्षेत्र के पास क्रेब्स-हेन्सेलिट समाधान (चरण 2.1.3) से भरे क्रिस्टलीकरण डिश में गैस लाइन से एक अतिरिक्त ऑक्सीट्यूब चलाकर सर्जरी क्षेत्र तैयार करें। इसका उपयोग सर्जरी के दौरान और बाद में मांसपेशियों को वातित और हाइड्रेटेड रखने के लिए किया जाएगा।
      नोट: मांसपेशियों को भी 4 घंटे तक इस वातित समाधान में संग्रहीत किया जा सकता है, अगर एक समय में एक से अधिक मांसपेशियों को माउस से बाहर निकाला जाता है।
    3. क्रेब्स-हेन्सेलिट समाधान के 1 एल तैयार करें (एमएमओएल एल -1 में): NaCl (118); केसीएल (4.75); एमजीएसओ4 (1.18); केएच2पीओ4 (1.18); सीएसीएल 2 (2.54); और एचसीएल और NaOH का उपयोग करके कमरे के तापमान पर ग्लूकोज (10.0) और पीएच से 7.4 तक (सामग्री की तालिकादेखें)। एचसीएल और एनएओएच को संभालते समय, चश्मे और दस्ताने का उचित पीपीई पहनें।
    4. कमरे के तापमान और पीएच 7.4 पर क्रेब्स-हेन्सेलिट समाधान के साथ स्नान भरें। मांसपेशियों और हुक को पूरी तरह से समाधान में डुबो दें।
    5. सभी उपकरण चालू करें; दोहरे मोड मांसपेशी लीवर प्रणाली, उत्तेजक, और संकेत इंटरफ़ेस (DAQ बोर्ड) ( सामग्री की तालिकादेखें).
  2. ईडीएल मांसपेशी विच्छेदन।
    1. माउस को गहराई से संवेदनाहारी करें और फिर गर्भाशय ग्रीवा अव्यवस्था द्वारा इच्छामृत्यु करें। शीर्ष hindlimb फैला हुआ है और पैर की उंगलियों विच्छेदन बोर्ड को छूने के साथ या तो एक सही या बाएं पार्श्व लेटा हुआ स्थिति में माउस रखना. घुटने के जोड़ के ऊपर टखने से फर निकालें।
    2. संदंश के साथ त्वचा तम्बू और कूल्हे क्षेत्र के लिए टखने के जोड़ से कटौती. एक बार मांसपेशियों के उजागर होने के बाद, पैंट के "हेम" की तरह टखने के चारों ओर काट लें। पैर की मांसपेशियों को अधिक स्पष्ट रूप से उजागर करने के लिए त्वचा को ऊपर खींचें।
    3. प्रावरणी लाइन का पता लगाएँ जो टिबियलिस पूर्वकाल (टीए) और गैस्ट्रोकेनियस को अलग करती है, घुटने के टेंडन को बेनकाब करने के लिए विच्छेदन कैंची का उपयोग करके अलग करें। दो उजागर घुटने tendons के बीच विच्छेदन कैंची प्लेस. कैंची उजागर घुटने के टेंडन के ठीक नीचे एक जेब पर "पकड़" जाएगी। ब्लंट कैंची को पैर से दूर खींचते हुए एक "जेब" को विच्छेदित करता है जब तक कि कैंची ईडीएल को उजागर करने के लिए टखने तक नहीं पहुंच जाती।
    4. आकार 4-0 रेशम सर्जिकल सिवनी ( सामग्री की तालिकादेखें) में एक पूर्व बंधे लूप गाँठ का उपयोग करना, घुटने के निकटतम कण्डरा के नीचे सिवनी के एक छोर को फीता। समीपस्थ मांसपेशी-कण्डरा जंक्शन के ऊपर एक डबल स्क्वायर गाँठ बाँधें, इसे मांसपेशियों पर रखे बिना या कण्डरा सहित। गाँठ के ऊपर काटें। धीरे से कण्डरा से बंधे लूप को खींचें, और ईडीएल "जेब" से निकलेगा।
    5. ईडीएल में तनाव पैदा करने के लिए विच्छेदन क्षेत्र में लूप टेप करें। मांसपेशियों पर या कण्डरा सहित बिना डिस्टल मांसपेशी-कण्डरा जंक्शन पर एक और पूर्व-बंधे लूप गाँठ का उपयोग करके एक डबल स्क्वायर गाँठ बांधें। माउस से पूरे ईडीएल को हटाने के लिए पैर के करीब की तरफ गाँठ काटें। मांसपेशियों के समीपस्थ और बाहर का पक्षों पर डबल वर्ग समुद्री मील से दूर अतिरिक्त सिवनी काटें और सर्जरी क्षेत्र द्वारा वातित स्नान में मांसपेशियों को रखें।
      नोट: ध्यान दें कि कौन सा पक्ष समीपस्थ और / या डिस्टल है यदि मांसपेशियों को वातित स्नान में रखा जाता है।
    6. सर्वोमोटर लीवर रिग पर रखने के लिए, निलंबित प्लैटिनम इलेक्ट्रोड के बीच लंबवत ईडीएल संलग्न करें। डिस्टल लूप गाँठ को स्थिर हुक से संलग्न करें और समीपस्थ लूप गाँठ को सर्वोमोटर आर्म से जुड़े हुक से संलग्न करें। वातित क्रेब्स-Henseleit समाधान में मांसपेशियों को जलमग्न करने के लिए ऊतक स्नान उठाएं।
      नोट: जलमग्न होने पर वातन को मांसपेशियों को परेशान नहीं करना चाहिए। यदि ऐसा होता है, तो गैस का दबाव कम करें। उत्तेजना शुरू करने से पहले मांसपेशियों को 10 मिनट के लिए संतुलित करने की अनुमति दें।
  3. ईडीएल मांसपेशी के अधिकतम आइसोमेट्रिक बल को मापें।
    नोट: चिकोटी और टेटनस का उपयोग करके अधिकतम आइसोमेट्रिक बल को मापने के तरीके पर प्रोटोकॉल के लिए तालिका 1 देखें। लेखकों द्वारा उपयोग किए गए कार्यक्रम के चित्रण के लिए पूरक चित्र 1 देखें।
    1. सर्जरी के दौरान मांसपेशियों को क्षतिग्रस्त नहीं किया गया है यह सुनिश्चित करने के लिए एक सुपरमैक्सिमल चिकोटी के साथ मांसपेशियों को उत्तेजित करें (80 वी, 1 पीपीएस, 1एमएस; तालिका 1; अनुपूरक चित्र 2 देखें)। यदि कोई क्षति नहीं हुई है, तो मांसपेशियों की लीवर प्रणाली पर लंबाई घुंडी का उपयोग चिकोटी उत्तेजना का उपयोग करके मांसपेशियों की लंबाई खोजने के लिए करें जिस पर सक्रिय तनाव ~ 1V / 0.1271 N ~ 0.1V / 0.01271N निष्क्रिय तनाव से कम है।
    2. वोल्ट और मिलीमीटर में सिवनी गाँठ करने के लिए सिवनी गाँठ से मांसपेशियों की शुरुआत लंबाई रिकॉर्ड. प्रारंभिक लंबाई के लिए कार्यक्रम के अंशांकन भाग में इनपुट माप ( पूरक चित्र 1 देखें)।
    3. ईडीएल (तालिका 1) की इष्टतम लंबाई (एल0) पर सुपरमैक्सिमल चिकोटी अधिकतम आइसोमेट्रिक बल खोजें। तकनीकी रूप से कोई आराम अवधि की आवश्यकता नहीं है, लेकिन उत्तेजनाओं के बीच 1 मिनट की प्रतीक्षा निष्क्रिय तनाव को स्थिर करेगी। लंबाई रिकॉर्ड (वोल्ट में) जिस पर supramaximal चिकोटी अधिकतम है. यह चिकोटी के लिए मांसपेशियों की इष्टतम लंबाई (एल0) है।
    4. इस लंबाई में कैलिपर्स के साथ मांसपेशियों को मापें। सिवनी गाँठ से सिवनी गाँठ तक मांसपेशियों को मापें। एक बार एल0 मिल जाने के बाद, मांसपेशियों को वापस शुरुआती लंबाई (सक्रिय तनाव ~ 1 वी / 0.1271 एन) तक छोटा करें।
    5. ईडीएल (80 वी, 180 पीपीएस, 500 एमएस) के सुपरमैक्सिमल टेटनस अधिकतम आइसोमेट्रिक बल का पता लगाएं; तालिका 1)। एल0 पर सुपरमैक्सिमल टेटैनिक बल की लंबाई (वोल्ट और मिलीमीटर में) रिकॉर्ड करें और सीवन गाँठ से फाइबर को कैलिपर्स के साथ फिर से गाँठ सिवनी तक मापें।
      नोट: 0.5 V/0.65 मिमी चरणों में मांसपेशियों की लंबाई बढ़ाने से चिकोटी और टेटनस दोनों के लिए अधिक सटीक L0 होगा।
    6. ईडीएल (45 वी, 110 पीपीएस, 500एमएस) का सबमैक्सिमल आइसोमेट्रिक बल खोजें; तालिका 1) एल0 पर पहले और प्रयोग के बाद सुनिश्चित करने के लिए थकान उत्तेजना प्रोटोकॉल से नहीं हुआ था. बल में 10% की कमी को "थका हुआ" मांसपेशी माना जाता है।
प्रयोग सिमुलेशन तीव्रता (वी) पल्स फ्रीक्वेंसी (pps / उत्तेजना अवधि (एमएस) टिप्पणियाँ
1. "वार्म-अप" 80 1 1 1 V के निष्क्रिय तनाव को खोजने के लिए 0.50 V की लंबाई बढ़ाएँ या घटाएँ
2. इष्टतम मांसपेशियों की लंबाई चिकोटी (L0) 80 1 1 ~ 1 वी के निष्क्रिय तनाव को खोजने के लिए 0.50 वी से लंबाई बढ़ाएं या घटाएं
3. इष्टतम मांसपेशियों की लंबाई टेटनस (L0) 80 180 500 0.50 वी द्वारा लंबाई बदलने के बीच 3 मिनट आराम
4. पूर्व प्रयोग submaximal L0 45 110 500 L0 की लंबाई पर
6. अवतार प्रयोग 45 110 माउस ईडीएल के लिए चक्रीय रूप से प्रतिनिधि लंबाई परिवर्तन का उपयोग करें
7. पोस्ट-प्रयोग सबमैक्सिमल L0 45 110 500 प्रयोग के बाद L0 पर लौटें और L0 मापें

तालिका 1: उत्तेजना प्रोटोकॉल। supramaximal और submaximal चिकोटी और टेटनस इष्टतम लंबाई खोजने के लिए उत्तेजना प्रोटोकॉल. प्रोटोकॉल उत्तेजना तीव्रता, समय, और प्रति सेकंड दालों द्वारा भिन्न होता है.

3. विवो तनाव प्रक्षेपवक्र में चयनित का उपयोग करके "अवतार" कार्य लूप तकनीक को पूरा करना

  1. "अवतार" वर्क लूप तकनीकों को पूरा करने के लिए आवश्यक सॉफ़्टवेयर सेट करें ( सामग्री की तालिकादेखें)।
    नोट: एक इनपुट फ़ाइल (.csv या समान) जो प्रत्येक समय चरण में मांसपेशियों की लंबाई को निर्दिष्ट करती है (चरण 1.4 देखें)। चक्र के प्रतिशत के लिए इनपुट जिस पर उत्तेजना शुरू होती है और उत्तेजना की अवधि के लिए आवश्यक हैं (उदाहरण के लिए पूरक चित्रा 3 देखें)।
  2. "अवतार" वर्क लूप तकनीक को पूरा करें।
    नोट: जब हम एक कस्टम लैबव्यू प्रोग्राम का उपयोग करते हैं, तो शोधकर्ता किसी भी प्रोग्राम का उपयोग कर सकते हैं जो सर्वोमोटर लीवर पर माउस ईडीएल में लंबाई परिवर्तन के नियंत्रण, निर्दिष्ट समय पर उत्तेजना की शुरुआत (% चक्र) और अवधि (एमएस) का नियंत्रण, और मांसपेशियों के माप की अनुमति देता है बल। कार्यक्रम लेखकों के उपयोग के चित्रण के लिए पूरक चित्र 3 देखें।
    1. चरण 1.4 से कार्यक्रम में स्केल की गई लंबाई भ्रमण के साथ स्केल किए गए तनाव परिवर्तनों को अपलोड करें। "स्केल किए गए तनाव परिवर्तन" पर अधिक के लिए चरण 1.4, 3.3 और चर्चा अनुभाग देखें।
    2. यदि आवश्यक हो तो मांसपेशियों की शुरुआती लंबाई समायोजित करें (खंड 3.3 देखें)। परिणामों को कैलिब्रेट करने के लिए वी और मिमी में शुरुआती लंबाई इनपुट करें ( पूरक चित्र 3 देखें)।
    3. उत्तेजना शुरुआत और अवधि चरण 1.3 में गणना का प्रयोग करें.
    4. दो चक्रों के लिए निर्धारित लंबाई भ्रमण के साथ स्केल की गई लंबाई में परिवर्तन के माध्यम से मांसपेशियों को चलाएं।
    5. डेटा सहेजें। यदि कई उत्तेजना प्रोटोकॉल एक ही मांसपेशी पर एकत्र कर रहे हैं, प्रत्येक उत्तेजना के बीच 3 मिनट प्रतीक्षा करें.
    6. थकान हुई है या नहीं, यह निर्धारित करने के लिए सबमैक्सिमल सक्रियण का उपयोग करके इष्टतम लंबाई (एल0) पर उत्तेजित करें। यदि बल 10% से अधिक कम हो जाता है, तो मांसपेशियों को थका हुआ माना जाता है। उत्तेजना प्रोटोकॉल के लिए तालिका 1 देखें।
    7. स्नान से मांसपेशियों को हटा दें। मांसपेशियों से कट-लूप समुद्री मील और मांसपेशियों से अतिरिक्त समाधान थपथपाएं। मांसपेशियों का वजन करें। मानक सूत्र का उपयोग करके शारीरिक क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र निर्धारित करें: मांसपेशी द्रव्यमान/(एल0 * 1.06)19।
  3. "अवतार" कार्य लूप तकनीक के लिए पैरामीटर ट्यून करें (चर्चा अनुभाग देखें)।
    1. विवो (चित्रा 2) में देखी गई निष्क्रिय तनाव वृद्धि के लिए पूर्व विवो निष्क्रिय तनाव वृद्धि का मिलान करके प्रारंभिक लंबाई और लंबाई भ्रमण का निर्धारण करें।
      नोट: इस अध्ययन ने प्रारंभिक लंबाई (मिमी) और भ्रमण (% एल 0; चरण 1.4 और चर्चा अनुभाग देखें) को स्केल करने के लिए प्रतिशत एल0 का उपयोग किया। पूर्व विवो माउस ईडीएल में तनाव वृद्धि के मिलान के लिए विवो चूहा एमजी में, लेखकों ने पाया कि एल0 पर शुरुआती लंबाई ने सबसे अच्छा फिट (चित्रा 2) का उत्पादन किया।
    2. तीन प्रारंभिक लंबाई चुनें (जैसे, -5% एल 0, एल 0, और +5% एल0)। एक निर्दिष्ट लंबाई भ्रमण (जैसे, 10% एल0) के साथ इन शुरुआती लंबाई में से प्रत्येक पर "अवतार" कार्य लूप करें।
      नोट: माउस ईडीएल का उपयोग कर वर्तमान "अवतार" प्रयोगों में, 10% एल0 की लंबाई भ्रमण का इस्तेमाल किया गया था।
    3. नई शुरुआती लंबाई और/या भ्रमण के साथ दोहराएं जब तक कि पूर्व विवो निष्क्रिय तनाव वृद्धि की दर विवो निष्क्रिय तनाव वृद्धि की दर के समान न हो ( चित्र 2 बी देखें)।
    4. उपयोग की जाने वाली मांसपेशियों के फाइबर प्रकार और सक्रियण गतिशीलता के आधार पर, पूर्व विवो और विवो बल के बीच मैच को अनुकूलित करने के लिए उत्तेजना की अवधि में वृद्धि या कमी करें। इस प्रकार, यह "अवतार" प्रयोगों के दौरान विवो बल उत्पादन में सबसे अच्छा मैच करने के लिए उत्तेजना की शुरुआत और / या अवधि को बदलने के लिए आवश्यक हो सकता है.
    5. यह तय करने के लिए कि क्या यह आवश्यक है (चर्चा अनुभाग देखें), "अवतार" के समय पर और विवो मांसपेशी (चित्रा 3) में साजिश बल और लक्ष्य और "अवतार" मांसपेशी बल के बीच स्केल किए गए सहसंबंध को चौकोर करके निर्धारण आर2 के गुणांक की गणना करें (प्रतिनिधि परिणाम देखें)।

Figure 2
चित्रा 2: निष्क्रिय तनाव वृद्धि का मिलान करना। निष्क्रिय तनाव (तीर ) में विवो और पूर्व विवो वृद्धि दिखा रहा कार्य छोरों। विवो में चूहे एमजी (काला) से 2.9 हर्ट्ज (वेकलिंग एट अल.15 से डेटा) पर चलने वाले काम लूप को स्केल किया गया। पूर्व विवो स्केल किए गए कार्य लूप माउस ईडीएल (हरे) से 2.9 हर्ट्ज पर। (ए) माउस ईडीएल मांसपेशी की शुरुआती लंबाई + 5% एल0 है। (बी) माउस ईडीएल मांसपेशी की शुरुआती लंबाई एल0 है। ध्यान दें कि पूर्व विवो निष्क्रिय तनाव वृद्धि ए में विवो तनाव वृद्धि से मेल खाती है लेकिन बी में नहीं। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 3
चित्रा 3: चूहे एमजी (काली रेखा) के विवो बल में मिलान करने के लिए माउस ईडीएल की उत्तेजना अवधि का अनुकूलन। ईएमजी-आधारित उत्तेजना (हरी धराशायी रेखा) का उपयोग करके माउस ईडीएल द्वारा उत्पन्न बल विवो बल की तुलना में पहले कम हो जाता है, संभवतः चूहे एमजी की तुलना में माउस ईडीएल के तेजी से निष्क्रियता के कारण। इन विवो और पूर्व विवो बलों के बीच फिट को अनुकूलित करने के लिए, माउस ईडीएल को लंबी अवधि (ठोस हरी रेखा) के लिए प्रेरित किया गया था। ईएमजी आधारित उत्तेजना आर 2 = 0.55, अनुकूलित उत्तेजना आर2 = 0.91। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

"अवतार" प्रयोगों का लक्ष्य विवो बल उत्पादन में दोहराने और पूर्व विवो कार्य लूप प्रयोगों के दौरान जितना संभव हो उतना बारीकी से कार्य उत्पादन करना है। इस अध्ययन ने चूहे एमजी के लिए "अवतार" के रूप में माउस ईडीएल का उपयोग करना चुना क्योंकि माउस ईडीएल और चूहा एमजी दोनों में ज्यादातर फास्ट-ट्विच मांसपेशियों20,21शामिल हैं। दोनों मांसपेशियों टखने संयुक्त के प्राथमिक मूवर्स हैं (ईडीएल टखने dorsiflexor, एमजी टखने plantarflexor) इसी तरह pennation कोण के साथ (माउस EDL 12.4 + 2.12 ° 22, चूहा एमजी 20 ° इस अध्ययन15 में इस्तेमाल किया). चूहे एमजी15 के स्केल प्रतिनिधि काम छोरों दो अलग उत्तेजना प्रोटोकॉल (मापा ईएमजी गतिविधि से एक और एक चरण 3.3 में के रूप में अनुकूलित) का उपयोग कर पूर्व विवो "अवतार" प्रयोगों (चित्रा 4) की तुलना में थे. यहां प्रस्तुत आर 2 मूल्यों की गणना पूरे स्केल किए गए स्ट्रेच-शॉर्टिंग चक्र (2 चक्र/स्थिति) का उपयोग करके की गई थी, जिसमें प्रत्येक चक्र में लोकोमोटर गति के अनुरूप 2000 से अधिक अंक थे (चलना = 5521 अंक, ट्रॉट = 5002, सरपट = 2502 अंक)। मांसपेशियों के आकार, P0 और PCSA में अंतर के लिए कार्य छोरों को बढ़ाया गया था। स्केलिंग रैखिक रूप से मानचित्रण बल द्वारा किया गया था और चूहे एमजी और माउस ईडीएल की तुलना करने के लिए एक समान पैमाने (0-1) पर तनाव था। नेत्रहीन, यह स्पष्ट है कि माउस ईडीएल और चूहे एमजी मांसपेशियों के विभिन्न सक्रियण गतिशीलता के लिए खाते में उत्तेजना प्रोटोकॉल (चित्रा 4 बी) का अनुकूलन ईएमजी आधारित सक्रियण (चर्चा अनुभाग देखें) की तुलना में विवो चूहे एमजी बल में फिट में सुधार होता है। माउस ईडीएल के लिए, धीमी तनाव प्रक्षेपवक्र (चलना और ट्रोट) के लिए उत्तेजना अवधि को लगभग दोगुना करना आर2 को चलने में 62% और ट्रॉट में 109% बढ़ा दिया। तेजी से तनाव प्रक्षेपवक्र (सरपट दौड़ने) के लिए, आधे से उत्तेजना समय में वृद्धि ने आर2 को 22% तक बढ़ा दिया।

Figure 4
चित्रा 4: विवो और पूर्व विवो कार्य छोरों की तुलना। विवो चूहे एमजी (काला) और पूर्व विवो माउस ईडीएल (हरा) में काम छोरों चलने के दौरान (2.9 हर्ट्ज) विवो तनाव प्रक्षेपवक्र में उपयोग कर. मोटी रेखा विवो और पूर्व विवो कार्य लूप दोनों में उत्तेजना को इंगित करती है। (ए) ईएमजी आधारित उत्तेजना प्रोटोकॉल का उपयोग कर चलने के दौरान विवो चूहा एमजी (काला) और पूर्व विवो माउस ईडीएल (धराशायी हरा) में काम पाश। (बी) अनुकूलित उत्तेजना का उपयोग करके चलने (2.9 हर्ट्ज) के दौरान विवो चूहे एमजी (काला) और पूर्व विवो माउस ईडीएल (ठोस हरा) में काम पाश। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

माउस ईडीएल पूर्व विवो बल उत्पादन के बीच उच्च आर2 और चूहे औसत दर्जे का गैस्ट्रोकनेमियस (एमजी)15 के विवो बल उत्पादन में अच्छी प्रतिकृति(चित्रा 5)इंगित करता है। ईएमजी आधारित उत्तेजना प्रयोगों में, औसत आर2 मान क्रमशः चलने, ट्रॉट और सरपट के लिए 0.535, 0.428 और 0.77 थे। अनुकूलित उत्तेजना प्रयोगों में, औसत आर2 मान क्रमशः चलने, ट्रॉट और सरपट में 0.872, 0.895 और 0.936 थे। जैसा कि पहले चर्चा की गई थी (चरण 3.3, चित्रा 5), उपयोग की जाने वाली मांसपेशियों की सक्रियण गतिशीलता के आधार पर, उत्तेजना प्रोटोकॉल को भी अनुकूलित करने की आवश्यकता हो सकती है। पूर्व विवो माउस ईडीएल का उपयोग कर विवो एमजी बल में की भविष्यवाणी उत्तेजना अनुकूलन, आर2 (चित्रा 5 ए, बी), और कम रूट मतलब वर्ग त्रुटि (आरएमएसई) कम करके सभी लोकोमोटर गति में सुधार किया गया था। सभी गति (चित्रा 6) के लिए अनुकूलन के बाद आरएमएसई में कमी आई। ईएमजी आधारित उत्तेजना के लिए औसत आरएमएसई 0.31, 0.43 और चलने, ट्रॉट और सरपट दौड़ने के लिए 0.158 था। अनुकूलित उत्तेजना के लिए औसत आरएमएसई 0.181, 0.116, 0.101 वॉक, ट्रॉट और सरपट के लिए था।

Figure 5
चित्रा 5: आर 2 विवो और पूर्व विवो बल उत्पादन में के लिए मान: विवो और पूर्व विवो बल तुलना में आर 2 मूल्यों के बॉक्स और मूंछ प्लॉट। व्यक्तिगत टिप्पणियों की साजिश रची, माध्यिका, 25 वें और 75वें प्रतिशत का संकेत दिया गया। (ए) 2.9 हर्ट्ज (हरा) पर चलने के दौरान विवो ईएमजी सिग्नल में मापा गया उत्तेजना प्रोटोकॉल का उपयोग करके विवो और पूर्व विवो बल उत्पादन के लिए आर 2 मान, 3.2 हर्ट्ज (मैजेंटा) पर ट्रॉटिंग, और 6.2 हर्ट्ज (सियान) पर सरपट दौड़ना। (बी) अनुकूलित उत्तेजना का उपयोग करके विवो और पूर्व विवो बल उत्पादन के लिए आर 2 मान (चित्र 2 देखें)। उत्तेजना शुरुआत और अवधि का अनुकूलन सभी चालों के लिए आर2 में वृद्धि हुई। ईएमजी आधारित उत्तेजना: आर 2 = 0.50-0.55, ट्रॉट आर 2 = 0.37-0.47, सरपट आर 2 = 0.62-0.90; अनुकूलित उत्तेजना: आर 2 = 0.74-0.93, ट्रॉट आर 2 = 0.85-0.92, सरपट आर 2 = 0.87-0.97 चलना। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 6
चित्रा 6: विवो और पूर्व विवो बल उत्पादन के लिए रूट-मीन स्क्वायर एरर (आरएमएसई)। विवो और पूर्व विवो बल तुलना के लिए आरएमएसई मूल्यों का बॉक्स और मूंछ प्लॉट। व्यक्तिगत टिप्पणियों की साजिश रची, माध्यिका, 25 वें और 75वें प्रतिशत का संकेत दिया गया। (ए) ईएमजी-आधारित उत्तेजना प्रोटोकॉल का उपयोग करके विवो और पूर्व विवो बल उत्पादन के लिए आरएमएसई मान। (बी) अनुकूलित उत्तेजना प्रोटोकॉल का उपयोग करके विवो और पूर्व विवो के लिए आरएमएसई मान। उत्तेजना की शुरुआत और अवधि को अनुकूलित करने से सभी चालों के लिए आरएमएसई कम हो गया। 2.9 हर्ट्ज (हरा) पर चलना, 3.2 हर्ट्ज (मैजेंटा) पर ट्रॉट, और 6.4 हर्ट्ज (सियान) पर सरपट दौड़ना। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

विवो मांसपेशी बलों में भविष्यवाणी करने पर पारंपरिक काम पाश तरीकों के प्रदर्शन का परीक्षण करने के लिए, साइनसोइडल काम छोरों भी माउस ईडीएल के लिए एक ही आवृत्ति, लंबाई भ्रमण, लंबाई शुरू, उत्तेजना शुरुआत, और अवधि के रूप में "अवतार" प्रयोगों के लिए विवो चूहा एमजी तनाव प्रक्षेपवक्र में उपयोग किया गया. आर2 मान ईएमजी-आधारित और अनुकूलित उत्तेजना प्रोटोकॉल(चित्रा 7)दोनों के लिए विवो स्ट्रेन प्रक्षेपवक्र की तुलना में काफी कम थे। साइनसोइडल लंबाई प्रक्षेपवक्र का उपयोग करके ईएमजी आधारित उत्तेजना के लिए औसत आर2 मान 0.062, 0.067 और 0.141 वॉक, ट्रॉट और सरपट आवृत्तियों पर थे। साइनसोइडल लंबाई प्रक्षेपवक्र का उपयोग करके अनुकूलित उत्तेजना के लिए औसत आर2 मान 0.09, 0.067 और 0.141 चलने, ट्रॉट और सरपट आवृत्तियों पर थे।

Figure 7
चित्रा 7: आर2 साइनसोइडल लंबाई परिवर्तन का उपयोग करके विवो और पूर्व विवो बल उत्पादन के लिए मान। विवो और पूर्व विवो बल तुलना के लिए आरएमएसई मूल्यों का बॉक्स और मूंछ प्लॉट। व्यक्तिगत टिप्पणियों की साजिश रची, माध्यिका, 25 वें और 75वें प्रतिशत का संकेत दिया गया। चलने के लिए आर 2 मान (हरा, 2.9 हर्ट्ज), ट्रॉट (मैजेंटा, 3.2 हर्ट्ज), और सरपट (सियान,6.2 हर्ट्ज) ईएमजी आधारित (पारदर्शी) और अनुकूलित (अपारदर्शी) उत्तेजना प्रोटोकॉल के साथ साइनसोइडल लंबाई परिवर्तन का उपयोग करना। ईएमजी आधारित और अनुकूलित उत्तेजना दोनों के लिए, आर2 मान विवो लंबाई परिवर्तनों की तुलना में साइनसोइडल लंबाई परिवर्तनों के लिए कम थे। ईएमजी आधारित उत्तेजना: आर 2 = 0.00 - 0.30, ट्रॉट आर 2 = 0.00 - 0.02, सरपट आर2 = 0.03 - 0.07; अनुकूलित उत्तेजना: चलना आर 2 = 0.02 - 0.21, ट्रॉट आर 2 = 0.02 - 0.12, सरपट आर2 = 0.12 - 0.17। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

साइनसोइडल लंबाई प्रक्षेपवक्र का उपयोग करके पूर्व विवो माउस ईडीएल मांसपेशी द्वारा उत्पादित कार्य लूप विवो स्ट्रेन प्रक्षेपवक्र(चित्रा 8)की तुलना में विवो चूहे एमजी बल में सटीक रूप से अनुकरण नहीं करते हैं। साइनसोइडल बनाम विवो स्ट्रेन ट्रैजेक्टरीज में उत्पादित कार्य में परिवर्तन को साइनसोइडल प्रक्षेपवक्र (चित्रा 9) में तनाव और वेग यात्रियों की अनुपस्थिति से समझाया जा सकता है। जबकि मांसपेशियों को साइनसोइडल प्रक्षेपवक्र और विवो-आधारित तनाव प्रक्षेपवक्र दोनों में संकुचन के सक्रिय शॉर्टिंग चरण के दौरान समान लंबाई में उत्तेजित किया गया था, उत्तेजना की शुरुआत चक्र के विभिन्न चरणों में हुई (उदाहरण के लिए, उत्तेजना की शुरुआत ट्रॉट ईएमजी आधारित उत्तेजना के लिए 74% के चरण में हुई, लेकिन ईएमजी आधारित उत्तेजना चलने के लिए 43% के चरण में; चर्चा अनुभाग देखें)।

Figure 8
चित्रा 8: विवो और पूर्व विवो साइनसोइडल कार्य छोरों में तुलना। (ए) चूहे एमजी से विवो वर्क लूप (काला) और माउस ईडीएल से पूर्व विवो वर्क लूप (धराशायी मैजेंटा) साइनसोइडल स्ट्रेन प्रक्षेपवक्र और ईएमजी आधारित उत्तेजना का उपयोग करके। (बी) चूहे एमजी से विवो वर्क लूप (काला) और माउस ईडीएल से पूर्व विवो वर्क लूप (ठोस मैजेंटा) साइनसोइडल तनाव प्रक्षेपवक्र और अनुकूलित उत्तेजना का उपयोग करके। ध्यान दें कि साइनसोइडल कार्य लूप साइनसोइडल प्रक्षेपवक्र में तनाव और वेग यात्रियों की अनुपस्थिति के कारण विवो कार्य में अधिक अनुमान लगाते हैं। EMG आधारित उत्तेजना आर 2 = 0.0003, अनुकूलित उत्तेजना आर2 = 0.084. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 9
चित्रा 9: विवो तनाव और पूर्व विवो साइनसोइडल लंबाई प्रक्षेपवक्र में तुलना। चलने (हरा), ट्रॉट (मैजेंटा), और सरपट (नीला) पर विवो तनाव और पूर्व विवो साइनसोइडल लंबाई प्रक्षेपवक्र की तुलना। ठोस रेखा विवो स्ट्रेन प्रक्षेपवक्र में है। धराशायी रेखा पूर्व विवो साइनसोइडल लंबाई प्रक्षेपवक्र। हाइलाइट किया गया हिस्सा उत्तेजना है। स्ट्राइड के छोटे चरण के दौरान उत्तेजना एक ही लंबाई में शुरू हुई। तनाव और वेग क्षणिक का संकेत देने वाले तीर। साइनसोइडल से विचलन मांसपेशियों पर बाहरी बलों से प्रतिबाधा है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

अनुपूरक चित्रा 1: इष्टतम लंबाई पर आइसोमेट्रिक अधिकतम बल एकत्र करने के लिए उपयोग किया जाने वाला कार्यक्रम। कार्यक्रम supramaximal और submaximal चिकोटी और टेटैनिक उत्तेजना के दौरान इष्टतम लंबाई निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किया. कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

अनुपूरक चित्रा 2: व्यवहार्य चिकोटी प्रतिक्रिया। माउस ईडीएल की चिकोटी प्रतिक्रिया। चिकोटी बल उगता है और जल्दी से गिरता है और ~ 1 वी के सक्रिय तनाव तक पहुंचना चाहिए "शोर" चरम सक्रिय तनाव तक पहुंचने के बाद न्यूनतम होना चाहिए। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

अनुपूरक चित्रा 3: प्रोग्राम काम पाश डेटा एकत्र करने के लिए इस्तेमाल किया. कार्यक्रम की मांसपेशियों की लंबाई और पूर्व विवो काम छोरों में उत्तेजना के समय को नियंत्रित करने के लिए इस्तेमाल किया. कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक कोडिंग फ़ाइल 1: MATLab कोड का उपयोग कार्य लूप के लिए एक प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल को खंडित करने और बनाने के लिए किया जाता है। MATLab कोड जिसका उपयोग लक्ष्य चरण जानकारी (लंबाई, EMG सक्रियण और बल) को अलग-अलग प्रगति में विभाजित करने के लिए किया गया था। कोड स्केलिंग और लंबाई है कि पूर्व विवो माउस ईडीएल खिंचाव कर सकते हैं में लक्ष्य पशु कदम interpolating शामिल हैं. इसके अतिरिक्त, ईएमजी सिग्नल को सुचारू बनाने के लिए कोड शामिल है और पूर्व विवो वर्क लूप प्रयोगों में उत्तेजना की शुरुआत और अवधि का चयन करने के लिए सक्रियण की तुलना करें। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

जबकि जीव परिदृश्य में निर्बाध रूप से चलते हैं, अंतर्निहित भार और उपभेद जो मांसपेशियों का अनुभव करते हैं, 1,6,23 में काफी भिन्न होते हैं। विवो हरकत 1,24 और "अवतार" प्रयोगों में दोनों के दौरान, मांसपेशियों को चक्रीय, गैर-स्थिर स्थितियों के तहत उप-अधिकतम रूप से उत्तेजित किया जाता है। आइसोमेट्रिक बल-लंबाई और आइसोटोनिक बल-वेग संबंध इन स्थितियों के तहत मांसपेशियों के बल की भविष्यवाणी करने के लिए अच्छी तरह से अनुकूल नहीं हैं2. गैर-स्थिर तनाव (यानी, क्षणिक) के प्रभावों को समझना और लोडिंग विवो आंदोलन के दौरान बल उत्पादन की भविष्यवाणी करने के लिए आवश्यक है, और इसलिए इन "अवतार" प्रयोगों को विकसित करने के लिए मुख्य तर्क है2. "अवतार" प्रयोग हमें बल उत्पादन को मापने के दौरान मांसपेशियों की लोडिंग और तनाव प्रक्षेपवक्र को नियंत्रित करने की अनुमति देते हैं। "अवतार" तकनीक तंत्रिका नियंत्रण और कण्डरा अनुपालन के भ्रमित कारकों के बिना, विवो जैसी स्थितियों में मांसपेशियों की बल प्रतिक्रिया की जांच करती है। "अवतार" प्रयोगों प्रदर्शन करने के लिए, शोधकर्ताओं को एक कार्यक्रम की आवश्यकता होगी जो एक मांसपेशी को अलग-अलग शुरुआती लंबाई में और अलग-अलग अवधि के लिए उत्तेजित करने की क्षमता के साथ निर्धारित लंबाई परिवर्तनों के माध्यम से जाने की अनुमति देता है (लेखकों द्वारा उपयोग किए जाने वाले कार्यक्रम के लिए पूरक चित्रा 3 देखें)। शोधकर्ताओं को मांसपेशियों की लंबाई शुरू करने (मिमी), भ्रमण की लंबाई (मिमी), उत्तेजना की शुरुआत (चक्र अवधि का%) और उत्तेजना की अवधि (एमएस) प्रयोगों करने से पहले निर्दिष्ट करने की आवश्यकता है (इन मापदंडों के लिए मान प्राप्त करने के लिए कदम 1.3-1.4 देखें). सामान्य तौर पर, अक्सर उन स्ट्राइड का चयन करना वांछनीय होता है जो परीक्षण में सभी प्रगति के प्रतिनिधि होते हैं (उदाहरण के लिए, एक समान लंबाई पर शुरू और समाप्त होते हैं, एक समान शिखर बल तक पहुंचते हैं, औसत ईएमजी गतिविधि होती है, आदि)। यह निर्धारित करना कि क्या एक चयनित स्ट्राइड से ईएमजी / सक्रियण और बल डेटा एक ही परीक्षण में अन्य प्रगति का प्रतिनिधि है, बाद में "ट्यूनिंग" के लिए सहायक हो सकता है, जो लक्ष्य जानवर की मांसपेशियों का उपयोग करके पूरे परीक्षण के कार्य लूप (बल बनाम लंबाई) की साजिश रचकर किया जा सकता है। द्विपाद और चौगुनी हरकत के दौरान, सबसे छोटी लंबाई से लेकर सबसे छोटी लंबाई तक आम तौर पर एक पूरे स्ट्राइड (पैर की अंगुली से पैर की अंगुली) का सीमांकन करती है, लेकिन ईएमजी सक्रियण भिन्न हो सकता है। कुछ जानवरों और मांसपेशियों में, ईएमजी सक्रियण पैर के संपर्क से निकटता से संबंधित है, जैसे कि चूहा एमजी यहांदिखाया गया है 22. अन्य जानवरों में, जैसे गिनी मुर्गी पार्श्व गैस्ट्रोकनेमियस, ईएमजी सक्रियण आम तौर पर अज्ञात इलाके25 के दौरान अधिक स्थिरता प्राप्त करने के लिए सबसे लंबी लंबाई में होता है।

"अवतार" प्रयोगों प्रदर्शन करने के लिए, यह पूर्व vivo बल डेटा में शोर को कम करने के लिए महत्वपूर्ण है. बल माप कई मुद्दों के प्रति संवेदनशील होते हैं, जिनमें सर्जरी के दौरान मांसपेशियों के फाड़ने तक सीमित नहीं है, अगर लूप-नॉट्स बहुत लंबे हैं, तो टांके का अनुपालन बहुत लंबा है, लंबाई इनपुट और भ्रमण की अनुचित स्केलिंग, और मांसपेशियों की थकान। मांसपेशियों का फाड़ना अक्सर तब होता है जब "जेब को विच्छेदित करना" (चरण 2.2.3) और कण्डरा के समीपस्थ भाग (चरण 2.2.4) के चारों ओर लूप-गाँठ बांधना। जबकि "जेब विदारक", विच्छेदन कैंची फ्लैट और मांसपेशियों के लिए क्षैतिज रखने EDL nicking से सुझावों को रोकने जाएगा. इसके साथ ही, विच्छेदन कैंची दूर खींच और distally जबकि कुंद विदारक भी विच्छेदन कैंची और EDL मांसपेशियों के बीच संपर्क को सीमित करेगा. इसके अतिरिक्त, सर्जरी की तैयारी के दौरान और रिग पर इस्तेमाल होने पर मांसपेशियों को क्रेब्स-हेन्सेलिट समाधान के साथ नम रखा जाना चाहिए।

उचित रूप से स्केलिंग लंबाई इनपुट अधिक जटिल है। मांसपेशियों की निष्क्रिय और सक्रिय शक्ति प्रभावित हो सकती है यदि शुरुआती लंबाई और/या भ्रमण को ठीक से स्केल नहीं किया जाता है। निष्क्रिय तनाव में पूर्व विवो वृद्धि निष्क्रिय तनाव में विवो वृद्धि से मेल खाना चाहिए (चित्र 1 देखें)। पिछले प्रयोगों में देखा गया एक स्केलिंग मुद्दा यह है कि निष्क्रिय और सक्रिय तनाव दोनों प्रभावित हो सकते हैं यदि लंबाई भ्रमण (सबसे लंबी लंबाई से शुरू करना) बहुत छोटा या बहुत बड़ा है। सैद्धांतिक रूप से, मांसपेशियों को अपनी इष्टतम लंबाई (एल 0)26 के पास चरम बल तक पहुंचना चाहिए, यही कारण है कि हम विवो बल उत्पादन में सटीक रूप से दोहराने के लिए पूर्व विवो "अवतार" प्रयोगों में विवो मांसपेशियों की लंबाई में पैमाने पर इष्टतम लंबाई (एल0) का उपयोग करते हैं। मांसपेशियों के बीच वास्तुशिल्प अंतर शुरुआती लंबाई और लंबाई भ्रमण मापदंडों को निर्धारित करने में एक भूमिका निभाएंगे। इष्टतम लंबाई (एल0) supramaximally उत्तेजित isotonic और isometric स्थितियों के दौरान पाया जाता है, यह "अवतार" प्रयोगों में एक स्केलिंग मीट्रिक के रूप में उपयोग कर संभावित रूप से चक्रीय आंदोलन है कि अधिक जांच की जरूरत है के दौरान बल लंबाई और बल वेग संबंधों की सीमाओं को उजागर कर सकते हैं. सबसे स्थिर राज्य स्थितियों में, मांसपेशियों की तात्कालिक लंबाई, वेग, और सक्रियण (यानी, बल लंबाई और बल वेग गुण) उचित सटीकता 12,24,27 के साथ बल और काम उत्पादन की भविष्यवाणी करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. चर लोडिंग के साथ गतिशील परिस्थितियों में, बलवेग 28 के एक समारोह के रूप में बढ़ जाती है और तनाव और सक्रियण29,30 के साथ एक जटिल संबंध है. यह आइसोटोनिक बल वेग और मांसपेशियों28 की आइसोमेट्रिक बल लंबाई गुणों का खंडन करता है. चूहे एमजी में, तनाव और वेग क्षणिक लोड हो रहा है, इस तरह के पैर संपर्क या पर्यावरण के साथ बातचीत (यानी, किसी न किसी इलाके, हवा, भविष्यवाणी से बचने के लिए दिशा में अचानक परिवर्तन) (चित्रा 9) के सबूत हैं. इन चूहे एमजी तनाव प्रक्षेपवक्र, सबसे यथार्थवादी स्थितियों की तरह, लागू भार, बल उत्पादन, और काम उत्पादन 2,28 में अचानक परिवर्तन है. इस प्रयोगात्मक विधि अच्छी तरह से पारंपरिक बल लंबाई और बल वेग संबंधों द्वारा समझाया नहीं कर रहे हैं कि विवो स्थितियों में तनाव, वेग, और सक्रियण गतिशीलता के बीच इन जटिल बातचीत को उजागर करना है.

अन्य समस्याएं तब हो सकती हैं जब मांसपेशियों की शुरुआती लंबाई बहुत कम या लंबी हो। एक बहुत कम प्रारंभिक लंबाई निष्क्रिय और सक्रिय खिंचाव (नहीं दिखाया गया है) के दौरान तनाव में वृद्धि की एक कम दर में परिणाम होगा, जबकि एक बहुत लंबी प्रारंभिक लंबाई निष्क्रिय तनाव में वृद्धि की एक बढ़ी हुई दर में परिणाम होगा ( चित्रा 1 बी देखें). सक्रिय से निष्क्रिय तनाव के अनुपात का उपयोग करना सहायक हो सकता है। उदाहरण के लिए, चूहे एमजी में, निष्क्रिय तनाव (एन) आम तौर पर सक्रिय तनाव (चित्रा 2) के आसपास आधा है। यदि एक मांसपेशी बहुत लंबी लंबाई से शुरू होती है और/या बहुत लंबी लंबाई तक फैली होती है, तो निष्क्रिय तनाव सक्रिय तनाव के सापेक्ष बहुत अधिक हो सकता है ( चित्र 1 बी देखें), और ओवरस्ट्रेचिंग के कारण बल जल्दी से कम हो सकता है। इसके अलावा, बहुत लंबी लंबाई तक खींचने से मांसपेशियों को संभावित रूप से नुकसान होगा और मांसपेशियों को अधिक तेज़ी से थकान हो सकती है। इसके अतिरिक्त, सक्रिय तनाव असंबद्ध दिखाई दे सकता है यदि शुरुआती लंबाई बहुत कम है और/या मांसपेशियों को लंबे समय तक पर्याप्त लंबाई तक नहीं बढ़ाया गया है।

एल0 के आधार पर शुरुआती लंबाई और भ्रमण निर्धारित करने के लिए प्रारंभिक प्रयोग आवश्यक हैं। अतिरिक्त प्रारंभिक प्रयोगों उत्तेजना की अवधि को समायोजित करने के लिए आवश्यक हो सकता है अगर इस्तेमाल किया मांसपेशियों के सक्रियण गतिशीलता अलग हैं. इन अनुकूलन की आवश्यकता है क्योंकि फाइबर प्रकार की संरचना और / या विवो और पूर्व विवो मांसपेशियों की सक्रियण गतिशीलता भिन्न हो सकती है। हमारे प्रतिनिधि परिणामों (चित्रा 4 और चित्रा 5) में, हमने विवो चूहे एमजी बल उत्पादन में दोहराने के लिए पूर्व विवो प्रयोगों के दौरान माउस ईडीएल के लिए दो उत्तेजना प्रोटोकॉल का उपयोग किया। माउस ईडीएल में बल उत्पादन का अनुकूलन करने के लिए विवो चूहा एमजी में सबसे अच्छा फिट करने के लिए, उत्तेजना अवधि (चित्रा 2 और चित्रा 3) में वृद्धि हुई थी। चूहा एमजी माउस ईडीएल31,32,33 की तुलना में धीमी फाइबर प्रकार के होते हैं। यह "अवतार" प्रयोगों में स्पष्ट था क्योंकि पूर्व विवो माउस ईडीएल मांसपेशियों उत्तेजना के बाद तेजी से बल का उत्पादन किया, और चूहे एमजी15 (चित्रा 2) में विवो में मनाया की तुलना में निष्क्रियता के बाद तेजी से दर से बल कम हो गया, यहां तक कि उत्तेजना-संकुचन के लिए लेखांकन के बाद भी विवो और पूर्व विवो स्थितियों 34 में बीच अंतर। पूर्व विवो और विवो लक्ष्य मांसपेशियों के आधार पर, उत्तेजना के अनुकूलन के रूप में अच्छी तरह से अन्य "अवतार" प्रयोगों में की आवश्यकता हो सकती है. या तो माउस ईडीएल या एकमात्र (एसओएल) मांसपेशियों का उपयोग इस पूर्व विवो वर्क लूप तकनीक में किया जा सकता है। ईडीएल को मांसपेशी फाइबर प्रकार और पेनेशन संरचना में समानता के कारण चूहे एमजी के लिए "अवतार" के रूप में चुना गया था। यह संभव है कि कुछ मांसपेशियों में एक जटिल संरचना हो सकती है और प्रयोगशाला कृन्तकों से मांसपेशियों का उपयोग करके "अवतार" के रूप में अनुकरण नहीं किया जा सकता है।

जबकि "अवतार" प्रयोगों को विवो बल उत्पादन में सर्वश्रेष्ठ दोहराने के लिए कुछ मैनुअल अनुकूलन की आवश्यकता होती है, तकनीक विभिन्न जानवरों और लोकोमोटर मोड की एक किस्म पर लागू होती है। "अवतार" तकनीक जानवरों में विवो बल उत्पादन में समझने के लिए विशेष रूप से उपयोगी हो सकती है जिनकी मांसपेशियां पूर्व विवो प्रयोगों के लिए बहुत बड़ी या अन्यथा दुर्गम हैं। जबकि केवल प्रारंभिक काम बड़े जानवरों35 पर किया गया है, इस काम पशुओं, मांसपेशियों, और हरकत चाल "अवतार" के रूप में प्रयोगशाला चूहों का उपयोग कर भर में इस तकनीक की प्रयोज्यता के लिए क्षमता से पता चला है. "अवतार" प्रयोगों की उपयोगिता इस बात पर निर्भर करती है कि कशेरुकियों की अलग-अलग प्रजातियों से विभिन्न मांसपेशियों के विवो यांत्रिकी में समझने के लिए एक सुविधाजनक, सस्ती, आसानी से उपलब्ध और अच्छी तरह से विशेषता प्रयोगशाला कृंतक मॉडल (यानी, माउस ईडीएल) का उपयोग कैसे किया जा सकता है। प्रारंभिक "अवतार" प्रयोगों यहाँ प्रस्तुत से परिणाम (चूहा MG) और कहीं और (गिनी मुर्गी एलजी19), सुझाव है कि इस तकनीक सही विवो बलों में भविष्यवाणी करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है और अन्य जानवरों के लिए लागू किया जा सकता है. इस विधि के भविष्य के अनुप्रयोगों मांसपेशियों और जानवरों है कि दोनों लक्ष्य और "अवतार" पूर्व विवो के दौरान और इन विट्रो प्रयोगों में इस्तेमाल किया गया है के प्रकार का विस्तार करना चाहिए. "अवतार" प्रयोगों हमें उन कारकों की जांच करने की अनुमति देते हैं जो मांसपेशियों के बल और कार्य उत्पादन को विवो हरकत के दौरान प्रभावित करते हैं जब मांसपेशियों की लोडिंग और तनाव अचानक 1,2,19 भिन्न होते हैं। विशेष रूप से, "अवतार" विधि हमें मांसपेशियों के बल पर तनाव और वेग यात्रियों के प्रभावों की जांच करने की अनुमति देती है जो पारंपरिक मांसपेशी मॉडल या साइनसोइडल वर्क लूप प्रयोगों द्वारा कब्जा नहीं किया जाता है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

सभी लेखक स्वीकार करते हैं कि हितों का कोई टकराव नहीं है।

Acknowledgments

हम इस अध्ययन में उपयोग किए गए डेटा प्रदान करने के लिए डॉ निकोलाई कोनो को धन्यवाद देते हैं। NSF IOS-2016049 और NSF DBI-2021832 द्वारा वित्त पोषित।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Braided Non-Absorbable Silk Suture 4-0  Mersilk  734H
Calcium Chloride Dihydrate (CaCl2) Sigma-Aldrich 1086436 Krebs-Henseleit solution
Dextrose  Sigma-Aldrich D9434 Krebs-Henseleit solution
HEPES Sigma-Aldrich PHR1428 Krebs-Henseleit solution
Hydorchloric Acid (HCl)  Sigma-Aldrich 1.37055 Krebs-Henseleit solution
LabView Data Collection  Lab-View
Magnesium Sulfate (MgSO4) Sigma-Aldrich M7506 Krebs-Henseleit solution
Potassium Chloride (KCl)  Sigma-Aldrich P3911 Krebs-Henseleit solution
Potassium Phosphate Monobasic (KH2PO4) Sigma-Aldrich 5.43841 Krebs-Henseleit solution
S88 Stimulator Grass M643H05 Available for purchase on Ebay
Series 300B Lever System Aurora 1200A includes water-jacket tissue bath
Sodium Bicarbonate (NaHCO3) Sigma-Aldrich S5761 Krebs-Henseleit solution
Sodium Chloride (NaCl)  Sigma-Aldrich S9888 Krebs-Henseleit solution
Sodium Hydroxide (NaOH) Sigma-Aldrich S5881 Krebs-Henseleit solution
Wild Type Mice Jackson Laboratory B6C3Fe a/a Ttn mdm/J

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Dickinson, M. H. How Animals move: an integrative view. Science. 288 (5463), 100-106 (2000).
  2. Sponberg, S., Abbott, E., Sawicki, G. S. Perturbing the muscle work loop paradigm to unravel the neuromechanics of unsteady locomotion. Journal of Experimental Biology. 226 (7), 243561 (2023).
  3. Daley, M. A., Biewener, A. A. Running over rough terrain reveals limb control for intrinsic stability. Proceedings of the National Academy of Sciences. 103 (42), 15681-15686 (2006).
  4. Daley, M. A., Usherwood, J. R., Felix, G., Biewener, A. A. Running over rough terrain: guinea fowl maintain dynamic stability despite a large unexpected change in substrate height. Journal of Experimental Biology. 209 (1), 171-187 (2006).
  5. Daley, M. A. Understanding the agility of running birds: Sensorimotor and mechanical factors in avian bipedal locomotion. Integrative and Comparative Biology. 58 (5), 884-893 (2018).
  6. Biewener, A. A. Animal locomotion. , Oxford University Press. Oxford New York. (2003).
  7. Robertson, B. D., Sawicki, G. S. Unconstrained muscle-tendon workloops indicate resonance tuning as a mechanism for elastic limb behavior during terrestrial locomotion. Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (43), E5891-E5898 (2015).
  8. Josephson, R. K. Mechanical power output from striated muscle during cyclic contraction. The Journal of Experimental Biology. 114, 493-512 (1985).
  9. Ahn, A. N. How muscles function - the work loop technique. Journal of Experimental Biology. 215 (7), 1051-1052 (2012).
  10. Sawicki, G. S., Robertson, B. D., Azizi, E., Roberts, T. J. Timing matters: tuning the mechanics of a muscle-tendon unit by adjusting stimulation phase during cyclic contractions. Journal of Experimental Biology. 218 (19), 3150-3159 (2015).
  11. Libby, T., Chukwueke, C., Sponberg, S. History-dependent perturbation response in limb muscle. Journal of Experimental Biology. 223 (1), (2020).
  12. Askew, G. N., Marsh, R. L., Ellington, C. P. The mechanical power output of the flight muscles of blue-breasted quail ( Coturnix chinensis ) during take-off. Journal of Experimental Biology. 204 (21), 3601-3619 (2001).
  13. Sponberg, S., Libby, T., Mullens, C. H., Full, R. J. Shifts in a single muscle's control potential of body dynamics are determined by mechanical feedback. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 366 (1570), 1606-1620 (2011).
  14. Loeb, G. E., Brown, I. E., Cheng, E. J. A hierarchical foundation for models of sensorimotor control. Experimental Brain Research. 126 (1), 1-18 (1999).
  15. Wakeling, J. M., Tijs, C., Konow, N., Biewener, A. A. Modeling muscle function using experimentally determined subject-specific muscle properties. Journal of Biomechanics. 117, 110242 (2021).
  16. The Mathworks. MATLAB:R2021a. The Mathworks. , (2021).
  17. Tenan, M. S., Tweedell, A. J., Haynes, C. A. Analysis of statistical and standard algorithms for detecting muscle onset with surface electromyography. PLOS ONE. 12 (5), 0177312 (2017).
  18. Roberts, T. J., Gabaldón, A. M. Interpreting muscle function from EMG: lessons learned from direct measurements of muscle force. Integrative and Comparative Biology. 48 (2), 312-320 (2008).
  19. Rice, N., Bemis, C. M., Daley, M. A., Nishikawa, K. Understanding muscle function during perturbed in vivo locomotion using a muscle avatar approach. Journal of Experimental Biology. 226 (13), 244721 (2023).
  20. Silva Cornachione, A., CaçãoOliveiraBenedini-Elias, P., Cristina Polizello , P., César Carvalho, L., CláudiaMattiello-Sverzut, A. Characterization of Fiber types in different muscles of the hindlimb in female weanling and adult wistar rats. Acta Histochemica Et Cytochemica. 44 (2), 43-50 (2011).
  21. Hämäläinen, N., Pette, D. The histochemical profiles of fast fiber types IIB, IID, and IIA in skeletal muscles of mouse, rat, and rabbit. Journal of Histochemistry & Cytochemistry. 41 (5), 733-743 (1993).
  22. Charles, J. P., Cappellari, O., Spence, A. J., Hutchinson, J. R., Wells, D. J. Musculoskeletal geometry, muscle architecture and functional specialisations of the mouse hindlimb. PLOS ONE. 11 (4), 0147669 (2016).
  23. Nishikawa, K. Titin: A Tunable spring in active muscle. Physiology (Bethesda, Md). 35 (3), 209-217 (2020).
  24. Dick, T. J. M., Biewener, A. A., Wakeling, J. M. Comparison of human gastrocnemius forces predicted by Hill-type muscle models and estimated from ultrasound images). The Journal of Experimental Biology. 220, 1643-1653 (2017).
  25. Daley, M. A., Biewener, A. A. Leg muscles that mediate stability: mechanics and control of two distal extensor muscles during obstacle negotiation in the guinea fowl. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 366 (1570), 1580-1591 (2011).
  26. Seth, A., Sherman, M., Reinbolt, J. A., Delp, S. L. OpenSim: a musculoskeletal modeling and simulation framework for in silico investigations and exchange. Procedia IUTAM. 2, 212-232 (2011).
  27. Sandercock, T. G., Heckman, C. J. Doublet potentiation during eccentric and concentric contractions of cat soleus muscle. Journal of Applied Physiology. 82 (4), Bethesda, Md. 1219-1228 (1997).
  28. Marsh, R. L. How muscles deal with real-world loads: the influence of length trajectory on muscle performance. The Journal of Experimental Biology. 202, 3377-3385 (1999).
  29. Hessel, A. L., Monroy, J. A., Nishikawa, K. C. Non-cross bridge viscoelastic elements contribute to muscle force and work during stretch-shortening cycles: evidence from whole muscles and permeabilized fibers. Frontiers in Physiology. 12, 648019 (2021).
  30. Lindstedt, S., Nishikawa, K. Huxleys' missing filament: form and function of titin in vertebrate striated muscle. Annual Review of Physiology. 79, 145-166 (2017).
  31. Abbate, F., De Ruiter, C. J., Offringa, C., Sargeant, A. J., De Haan, A. In situ rat fast skeletal muscle is more efficient at submaximal than at maximal activation levels. Journal of Applied Physiology. 92 (5), 2089-2096 (2002).
  32. Eng, C. M., Smallwood, L. H., Rainiero, M. P., Lahey, M., Ward, S. R., Lieber, R. L. Scaling of muscle architecture and fiber types in the rat hindlimb. Journal of Experimental Biology. 211 (14), 2336-2345 (2008).
  33. Manuel, M., Chardon, M., Tysseling, V., Heckman, C. J. Scaling of motor output, from mouse to humans. Physiology (Bethesda, Md). 34 (1), 5-13 (2019).
  34. Zajac, F. E. Muscle and tendon: properties, models, scaling, and application to biomechanics and motor control. Critical Reviews in Biomedical Engineering. 17 (4), 359-411 (1989).
  35. Rice, N. Understanding muscle function during in vivo locomotion using a novel muscle avatar approach. ProQuest Dissertations and Theses. , https://libproxy.nau.edu/login?url=https://www.proquest.com/dissertationstheses/understanding-muscle-function-during-em-vivo/docview/2444890224/se-2?accountid=12706 (2020).

Tags

अवतार पूर्व वीवो वर्क लूप प्रयोग विवो तनाव में सक्रियण आंदोलन व्यवहार मांसपेशी बल उत्पादन कार्य आउटपुट तंत्रिका और मैकेनिकल सिस्टम जैविक संगठन नियंत्रण पदानुक्रम मांसपेशी मॉडल विवो मांसपेशी बल में विवो मांसपेशी काम में मांसपेशी यांत्रिकी तनाव और लोडिंग की स्थिति विवो लोकोमोशन में तनाव और वेग क्षणिक तंत्रिका सक्रियण मस्कुलोस्केलेटल किनेमेटिक्स पर्यावरण भार अवतार तकनीक
"अवतार", एक संशोधित पूर्व विवो वर्क लूप प्रयोग <em>विवो</em> तनाव और सक्रियण <em>में</em> उपयोग कर रहा है
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Bemis, C., Nishikawa, K. "Avatar", a … More

Bemis, C., Nishikawa, K. "Avatar", a Modified Ex vivo Work Loop Experiments Using In vivo Strain and Activation. J. Vis. Exp. (198), e65610, doi:10.3791/65610 (2023).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter