动物模型是现代医学研究常见的一环,科学家经常将在小型动物研究上的发现推广至人类,但美国西北大学费恩伯格医学院(Northwestern University Feinberg School of Medicine)和雪丽瑞安复健实验室(Shirley Ryan Ability Lab)合作的新研究首次表明,至少在肌肉相关表现上,直接将小动物测量结果根据大小缩放外推到人类可能会导致错误的预测。
全球第一张昆虫脑部图谱绘制完成:3,016 个神经元和 548,000 个突触!(基因线上国际版)人体肌肉纤维的张力比过去认为的黄金标准小 24%
由于直接测量并观察人体肌肉收缩特性涉及高侵入性手术,科学家往往是透过研究动物肌肉并根据比例缩放外推到人体上,但最近在《Physiology》期刊发表的新研究中,研究团队在一项独特手术中获得难得机会,得以进行第一次直接测量人体肌肉收缩特性的观察。
该项手术涉及将大腿股薄肌(gracilis muscle)移植到手臂中,让患者在臂丛神经伤害(brachial plexus injury)后能恢复肘部屈曲,这使得团队在过程得以直接原位测量肌肉特性并评估与过往预测数据间的差异,结果显示与过去基于动物解剖模型认知的长纤维不同,股薄肌实际功能更像是相对较短的纤维平行发挥作用,同时肌肉纤维的特定张力也比基于小型动物模型认知的黄金标准小上 24%。
在心输出量(cardiac output)和血压测量上,将小鼠研究比例外推至人类已证明非常有效,然而股薄肌的观察发现说明人体肌肉并不适用相同缩放原则。资深研究作者 Richard L. Lieber 认为,股薄肌的简单属性让它成为一个很好的例子,从股薄肌测量结果与过往预测间存在落差来看,所有肌肉系统的测量结果可能与过去假定的都有些差异。
需要建立更完善的肌肉骨骼模型
包含肌腱延长(tendon lengthening)、肌腱转移(tendon transfer)在内,许多手术都会改变肌肉长度和力量,部论是外科手术、计算肌肉骨骼建模、评估肌肉性能来规划康复,预测肌肉如何表现都至关重要,然而目前只有基于间接测量方法和将动物数据外推的肌肉骨骼模型可用于预测手术结果。
考量到这些情况,这些发现在许多方面上都具有重要意义。研究人员强调,持续检验假设是否正确对科学家来说相当重要,除了增进对人体肌肉的解剖学预测的理解,这些研究也将使医疗人员能更好地了解肌肉的表现、适应力及存在的康复潜力。
延伸阅读:新用途发现!CSF1R 抑制剂能增加肌肉纤维弹性,减缓肌肉失养症参考资料:
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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