竭盡全力： 肌肉生理学的最新成就
在我们向 2024 年美国生理学峰会迈进之际，本月的出版物回顾涵盖了肌肉生理学领域的最新进展，包括改进阻力训练方法的开发、化疗对肌肉骨骼的长期影响以及心脏小梁交桥动力学的特征描述。综上所述，这些研究揭示了肌肉生理学领域有望取得突破性进展的趋势。
特写图片（©Huot et al. (2024), 采用 CC BY-NC 4.0 DEED 许可）概述了对常见化疗药物福非利（Folfiri）对年轻的 C57BL/6J 雄性小鼠肌肉骨骼的持久影响的调查。
斯图尔特有了 "PoWeR"！C57BL/6小鼠骨骼肌对新型重型渐进负重轮跑运动模型的适应性研究
骨骼肌在我们的日常活动中发挥着至关重要的作用，它能促进运动、稳定关节、维持身体姿势和位置。尽管与年龄有关的肌肉质量损失不可避免，但研究人员早就知道运动能在人的一生中保持骨骼肌的健康。事实上，已有多种阻力型运动模型被用于研究肌肉质量的调节机制，包括协同消融、电刺激、负重爬梯和负重牵拉。最近，Dungan et al. (2019) 开发了一种渐进式负重轮跑模型，称为 PoWeR，以更好地复制小鼠的传统阻力运动。然而，尽管增加了阻力，小鼠仍能跑很远的距离，这促使Koopmans et al. (2024) 研究更重的负荷方案是否会使 PoWeR 偏向于阻力型运动。
为了验证这一点，Koopmans 等人（2024 年）对 3-8 个月大的 C57BL/6 小鼠实施了一项为期 9 周的方案，将每只小鼠随机分配到三种处理中：静坐 (SED)、PoWeR 和重度 PoWeR (hPoWeR)。在为期 9 周的方案结束时，Aurora Scientific 的 1305A 3 合 1 肌肉系统被用来评估小鼠后肢腓肠肌-跖-底肌（GPS）复合肌的原位收缩功能。有趣的是，在 PoWeR 和 hPoWeR 中，GPS 复合肌的归一化原位峰值力分别增加了 +9.5% 和 +17.0%。此外，在训练的最后几周，hPoWeR小鼠的纤维类型转换被发现变得迟钝，跑步距离也明显低于PoWeR小鼠。总之，Koopmans et al. (2024) 开发的新型 hPoWeR 模型在保持动物自愿、高通量和低压力方案的同时，适度地使 PoWeR 偏向于更耐受型运动。这样，hPoWeR 就能更忠实地再现典型的阻力训练适应性，与减少跑步量和接触更高的阻力相一致。
化疗对小鼠肌肉骨骼的长期影响
癌症研究的进步大大提高了儿科患者的生存率，许多患者都能存活到成年。尤其是化疗药物，通过破坏细胞分裂和消灭癌细胞，在癌症治疗中发挥着重要作用。遗憾的是，这些抗癌药物的作用往往并不局限于癌细胞，而是会对人体产生毒性反应。事实上，研究表明，化疗药物会导致肌肉骨骼的改变和氧化应激，从而对骨骼肌和骨骼产生直接的副作用。尽管我们对这些短期影响有了更多的了解，但对儿童发育期间使用化疗药物的长期影响研究仍然严重不足。为了解决这个问题，Huot et al. (2024) 在年幼（四周大）的 C57BL/6J 雄性小鼠中研究了常见化疗药物福非利对肌肉骨骼的长期影响。
具体来说，Huot et al. (2024) 腹腔注射 Folfiri 或载体长达 5 周。在另一批小鼠中，对年龄相匹配的小鼠进行了为期 5 周的 Folfiri 给药，并在停止给药 4 周后进行了随访。他们使用极光科学公司的 1300A 3 合 1 肌肉系统和 800B 双浴器，进行了体内和体外收缩力实验，以评估肌肉功能。在体内评估中，分别在基线、治疗 2 周和 5 周时测量跖屈扭矩，而体外评估则包括在安乐死后解剖 EDL，然后进行最大抽搐和肌力频率分析。这两项实验的肌力数据均使用 Aurora Scientific 的 615A：动态肌肉控制和分析软件进行收集和分析。
经分析，Huot et al. (2024) 发现，与对照组相比，经 Folfiri 治疗的动物在 2 周和 5 周时骨骼肌产生的力量明显减少。在 5 周、7 周和 9 周时也观察到了显著的降低，这表明在停止治疗后会出现持久的肌肉骨骼缺陷。同样，体内外 EDL 收缩显示，经 Folfiri 治疗的小鼠在牺牲时力量明显下降。除了肌肉收缩力缺陷外，作者还发现化疗小鼠的体重、脂肪和骨量都发生了变化，同时还存在肌肉神经支配缺陷和线粒体平衡异常。因此，他们的研究结果揭示了化疗对生长发育旺盛的小鼠造成的长期肌肉骨骼并发症，并强调了进一步研究癌症治疗对小鼠群体长期影响的重要性。
拉伸应变率影响完整心脏小梁松弛过程中的交桥脱落
松弛的机械控制是指肌肉松弛前的拉伸率或应变率如何影响肌肉的松弛。虽然众所周知应变和应变率的变化会影响肌肉的收缩性，但它们对肌肉松弛的影响目前还不十分清楚。因此，Tanner et al. (2024) 试图通过精确控制完整心肌小梁的应变率和拉伸时间来研究这一问题，并评估心肌松弛时的交桥动力学。
为评估完整的心脏小梁力学，将小梁装入 Aurora Scientific 的 802D-500： 渗透/完整纤维装置上，并安装在 403A 力传感器和 322C 高速长度控制器之间。 平衡后，测量正常抽动，然后是参考负载钳夹抽动，通常保持在 "正常 "抽动峰值的 50%。然后测量小梁：
•肌肉放松时保持等长（称为参考轨迹）
•以 1%的肌肉长度和四个可变应变率（25-1000 s-1）进行斜坡拉伸，然后在肌肉放松时保持等长（称为斜坡拉伸轨迹）。
然后计算参考迹线和斜坡拉伸迹线之间的差值，以确定应力响应。Tanner et al. (2024) ）发现，在斜坡拉伸后，随着拉伸时间的增加和应变速率的降低，峰值应力响应也随之降低。相反，最小应力反应随拉伸时间的增加而增加，但与应变速率无关。此外，该研究小组还观察到应变率越高，应力反应越快，这表明在松弛过程中交桥脱落增强。总之，这些研究结果表明，峰值应力取决于应变速率，但最小应力和达到最小应力的时间值则不取决于应变速率，因此支持了应变速率会加速交桥脱落的观点。
结论
总而言之，这些研究已经攀升到肌肉生理学研究的最前沿，建立了新的实验生理学技术，推进了我们对肌肉力学的理解。当我们在这一领域勇攀高峰时，Koopmans et al. (2024) 、Huot et al. (2024) 和Tanner et al. (2024) 的主要研究成果将使我们能够更深入地了解生理学，并最终达到新的高度。
