Passive and active mechanical tests at different scales of the skeletal muscle: a literature review

Human skeletal muscle is a complex tissue with a strict and ordered hierarchy (muscle, fiber, myofibril) similar to rodent animal used to study the mechanical properties of healthy and pathological muscles (e.g. mdx mouse to mimic Duchenne disease). Collagen envelopes, actin and titin are the structures implicated in the passive mechanical properties. The active mechanical properties are related to the formation of actin-myosin cross bridges. This article presents the most commonly used mechanical tests to measure in vitro, at different scales, the passive (incremental stepwise extension test, stretch-release test, compressive test, fatigue-recovery test, eccentric contraction test) and active (force-frequency test, tetanus and twitch contraction tests) behaviors of rodent muscles. The next section of this literature review covers the need for in vivo protocols to be as close as possible to physiological conditions, allowing to keep the animal alive and to perform longitudinal mechanical studies, with the presentation of imaging methods (MRI and ultrasound-based elastography) in living rodents. Then the main factors (protocol heterogeneity, aging, etc.) influencing the mechanical properties are presented.

Le muscle squelettique humain est un tissu complexe et hiérarchisé (muscle, fibre, myofibrille) similaire à celui du petit rongeur utilisé pour étudier les propriétés mécaniques des muscles sains et pathologiques (par exemple chez la souris mdx qui modélise la myopathie de Duchenne). Les enveloppes de collagène, les filaments d’actine et de titine sont les structures impliquées dans les propriétés mécaniques passives. Les propriétés mécaniques actives sont reliées à la formation des ponts actine-myosine. Cet article présente les tests mécaniques les plus couramment utilisés pour mesurer in vitro, à différentes échelles, les comportements passifs (test d’étirement progressif incrémental, test d’étirement-relâchement, test de compression, test de fatigue-récupération, test de contraction excentrique) et actifs (test en force-fréquence, test avec des contractions courtes et longues) du muscle chez le petit animal. La section suivante de cette revue de la littérature couvre la nécessité de protocoles in vivo pour être au plus près des conditions physiologiques, permettant de maintenir l’animal en vie et ainsi de réaliser des études mécaniques longitudinales, avec la présentation de méthodes d’imagerie (élastographie par ultrasons et par IRM) chez des rongeurs vivants. Enfin, les principaux facteurs (hétérogénéité des protocoles, vieillissement, etc.) influençant les propriétés mécaniques sont présentés.

skeletal muscle mouse passive and active mechanical properties in vitro and in vivo mechanical tests ultrasound and MRI elastography

muscle squelettique souris propriétés mécaniques passives et actives tests mécaniques in vitro et in vivo élastographie par ultrason et par IRM