首次直接測量人體肌肉,揭露動物數據外推侷限

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動物模型是現代醫學研究常見的一環,科學家經常將在小型動物研究上的發現推廣至人類,但美國西北大學費恩伯格醫學院(Northwestern University Feinberg School of Medicine)和雪麗瑞安復健實驗室(Shirley Ryan Ability Lab)合作的新研究首次表明,至少在肌肉相關表現上,直接將小動物測量結果根據大小縮放外推到人類可能會導致錯誤的預測。

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人體肌肉纖維的張力比過去認為的黃金標準小 24%

由於直接測量並觀察人體肌肉收縮特性涉及高侵入性手術,科學家往往是透過研究動物肌肉並根據比例縮放外推到人體上,但最近在《Physiology》期刊發表的新研究中,研究團隊在一項獨特手術中獲得難得機會,得以進行第一次直接測量人體肌肉收縮特性的觀察。

該項手術涉及將大腿股薄肌(gracilis muscle)移植到手臂中,讓患者在臂叢神經傷害(brachial plexus injury)後能恢復肘部屈曲,這使得團隊在過程得以直接原位測量肌肉特性並評估與過往預測數據間的差異,結果顯示與過去基於動物解剖模型認知的長纖維不同,股薄肌實際功能更像是相對較短的纖維平行發揮作用,同時肌肉纖維的特定張力也比基於小型動物模型認知的黃金標準小上 24%。

在心輸出量(cardiac output)和血壓測量上,將小鼠研究比例外推至人類已證明非常有效,然而股薄肌的觀察發現說明人體肌肉並不適用相同縮放原則。資深研究作者 Richard L. Lieber 認為,股薄肌的簡單屬性讓它成為一個很好的例子,從股薄肌測量結果與過往預測間存在落差來看,所有肌肉系統的測量結果可能與過去假定的都有些差異。

需要建立更完善的肌肉骨骼模型

包含肌腱延長(tendon lengthening)、肌腱轉移(tendon transfer)在內,許多手術都會改變肌肉長度和力量,部論是外科手術、計算肌肉骨骼建模、評估肌肉性能來規劃康復,預測肌肉如何表現都至關重要,然而目前只有基於間接測量方法和將動物數據外推的肌肉骨骼模型可用於預測手術結果。

考量到這些情況,這些發現在許多方面上都具有重要意義。研究人員強調,持續檢驗假設是否正確對科學家來說相當重要,除了增進對人體肌肉的解剖學預測的理解,這些研究也將使醫療人員能更好地了解肌肉的表現、適應力及存在的康復潛力。

延伸閱讀:新用途發現!CSF1R 抑制劑能增加肌肉纖維彈性,減緩肌肉失養症

參考資料:
1. Physiology, 2023, https://doi.org/10.1113/JP284092
2. https://news.northwestern.edu/stories/2023/03/humans-are-not-just-big-mice-study-identifies-sciences-muscle-scaling-problem/

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