Statische Krafttrainingsmethode für Typ-2-Diabetiker

Zusammenfassung

Dieses Protokoll bietet eine einfache Methode zur Herstellung von statischen Trainingsgeräten für Mäuse. Das Gerät hält die isometrische Muskelkontraktion der Gliedmaßen von Mäusen aufrecht, um den Interventionseffekt traditioneller Bewegung bei Typ-2-Diabetes (T2DM) zu verifizieren, und bietet eine neue Bewegungstherapie für die klinische Behandlung von T2DM.

Zusammenfassung

Die Behandlung von Typ-2-Diabetes mellitus (T2DM) ist eine große Schwierigkeit bei der Verbesserung der Gesundheit der Patienten. Bewegung ist eine der wichtigsten Interventionen bei T2DM. Statisches Krafttraining ist eine der Schlüsselformen der traditionellen Sportarten in China. Die Forschung zeigt, dass statisches Krafttraining eine wirksame klinische Methode für die T2DM-Intervention ist, aber es gibt kein experimentelles Gerät, das für das statische Training bei Mäusen geeignet ist. Eine der Schwierigkeiten beim Übergang von der klinischen zur Grundlagenforschung besteht darin, geeignete experimentelle Geräte zu entwickeln. Um den Mechanismus der statischen Trainingsintervention bei T2DM weiter zu untersuchen, wird in dieser Arbeit eine einfache Methode zur Herstellung eines statischen Trainingsgeräts für Mäuse vorgestellt. Dieses Gerät hat die Vorteile einer einfachen Bedienung, eines billigen Materials und einer hohen Machbarkeit. Frühere Studien, die unter diesem Protokoll durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass statisches Training den Blutzuckerspiegel effektiv senken und die mitochondriale Funktion der Skelettmuskelzellen bei T2DM-Mäusen verbessern kann. Der Zweck der Einführung dieses Geräts besteht darin, die Forschung über den Mechanismus des traditionellen Trainings bei der Intervention von T2DM zu fördern und eine Grundlage für die quantitative Intervention des Trainings zu schaffen.

Einleitung

Typ-2-Diabetes mellitus (T2DM) ist eine chronische Krankheit, die durch Insulinresistenz und β-Zell-Dysfunktion gekennzeichnet ist und eine erhebliche Bedrohung für die globale Gesundheit darstellt¹. Bewegung ist eine entscheidende Intervention bei der Behandlung von Typ-2-Diabetes. Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass traditionelle chinesische Übungsmethoden wie Tai Chi und Ba Duan Jin den Blutzuckerspiegel und die Lebensqualität von Menschen mit T2DM^{signifikant verbessern 2,3,4,5}. Um diese Bewegungen auszuführen, muss der Trainer für eine gewisse Zeit eine stabile Körper- und Gelenkposition einnehmen. Die statische Position wird durch statische Muskelkontraktionen aufrechterhalten, die allgemein als statische Kraft bezeichnet werden⁶.

Der Mechanismus der Intervention beim statischen Krafttraining bei T2DM ist jedoch nicht geklärt. Um diese Frage zu beantworten, sind Tierversuche unerlässlich. Bei isometrischen Übungen werden die Muskeln aktiviert, behalten eine konstante Länge bei und erreichen sicher die maximale Spannung⁷. In Versuchen mit statischem Krafttraining ist das Versuchstier gefordert, isometrische Muskelkontraktionen durchzuführen und diesen Zustand der Muskelkontraktion aufrechtzuerhalten. Die Umsetzung von statischem Krafttraining bei Mäusen, Ratten und anderen Labortieren ist zu einem großen Problem in der Forschung geworden. Erstens haben Tiere Schwierigkeiten, Befehlen zu gehorchen und ihre Muskeln bei Bedarf anzuspannen. Zweitens ist es für das Tier schwierig, unter Widerstand eine stabile Position aufrechtzuerhalten, und der Zweck der isometrischen Muskelkontraktion kann nicht erreicht werden. Während die Tiere nach Bedarf trainiert werden, ist es wichtig, Bedenken im Zusammenhang mit dem Tierschutz zu berücksichtigen, wie z. B. die Linderung von Stress und Angstzuständen, die Minimierung von Schmerzen und die Verbesserung der allgemeinen Bedingungen. Dieses Protokoll bezieht sich auf ein statisches Trainingsmodell für Ratten ^8,9, und hier stellen wir ein einfaches Gerät für das statische Training von Mäusen vor. Wenn die Hinterbeine von Mäusen angehoben werden, ziehen sich ihre Bauchmuskeln aufgrund des Aufrichtreflexes zusammen, die Vorderpfoten greifen die Querstange vorne und dann ziehen sich die vorderen und hinteren Gliedmaßen gegen die Schwerkraft zusammen. Die Mäuse können sich nach dem Greifen der kurzen Stange nicht mehr bewegen, was dazu führt, dass sich ihre Muskeln in einem Zustand isometrischer Kontraktion befinden.

Protokoll

Alle Tierversuche wurden vom Animal Care and Use Committee der Nanjing University of Chinese Medicine genehmigt (Erlaubnis Nr. 202209A033). Es wurden gesunde männliche C57BL/6J-Mäuse mit Lichtschutzfaktor, einem Alter von 8 Wochen und einem Körpergewicht von 20 ± 4 g ausgewählt. Die Mäuse wurden in einem 12-stündigen Hell-Dunkel-Zyklus bei einer Temperatur von 20-22 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 45%-50% gehalten. Die Tiere fressen und trinken frei.

1. Etablierung eines Mausmodells von T2DM

1. Füttern Sie die Mäuse zunächst 1 Woche lang mit einer normalen Diät und lassen Sie die Mäuse sich an die neue Umgebung des Tierzentrums anpassen. Nach 1 Woche für einen Zeitraum von 4 Wochen eine fettreiche Diät (Diätzusammensetzung: 20,0 % Schmalz, 10,0 % Saccharose, 2,5 % Cholesterin, 1,0 % Cholat, 66,5 % konventionelle Diät) bereitstellen.
2. Ab dem 1^. Tag der 5^. Woche injizieren Sie Mäusen intraperitoneal Streptozotocinlösung in einer Dosis von 35 mg/kg täglich an 3 aufeinanderfolgenden Tagen. Bereiten Sie 1 ml der Streptozotocin-Lösung mit 10 mg Streptozotocin-Pulver mit 0,1 M/l Natriumcitratpuffer als Lösungsmittel vor.
   HINWEIS: Die Injektion sollte innerhalb von 30 Minuten nach der Herstellung der Lösung abgeschlossen sein, und die Lösung sollte während des Gebrauchs von Licht ferngehalten werden.
3. Testen Sie den Blutzucker nach dem Zufallsprinzip an Tag 5 und Tag 7 nach der ersten Injektion von Streptozotocin-Lösung. Tiere mit zwei zufälligen Blutzuckerwerten von mehr als 16,7 mM/L gelten als erfolgreiche T2DM-Modelle.
4. Beginnen Sie mit der Trainingsintervention am 8. Tag nach der ersten Injektion von Streptozotocin-Lösung.

2. Gruppierung und Behandlung bei Mäusen

1. Teilen Sie die T2DM-Mäuse unter Verwendung der Zufallszahlentabellenmethode in eine Modellgruppe, eine Trainingsgruppe und eine Metformin-Gruppe mit 6 Mäusen in jeder Gruppe auf.
2. Führen Sie keinen Eingriff für die Modellgruppe durch.
3. Metformin-Tabletten zu Pulver mahlen und in reinem Wasser auflösen. Geben Sie der Metformin-Gruppe Metformin durch Sonde in einer Dosis von 200 mg/kg, einmal täglich, für 3 Wochen.
4. Lassen Sie die Trainingsgruppe 30 Minuten lang einmal täglich, 5 Tage die Woche, 3 Wochen lang 30 Minuten statisches Krafttraining absolvieren. Das Training findet jeden Montag- bis Freitagnachmittag statt.
5. Weisen Sie nach dem Zufallsprinzip 6 Nicht-T2DM-Mäuse als Kontrollgruppe zu. Diese Mäuse werden keiner Modellierung und Intervention unterzogen.

3. Herstellung des statischen Krafttrainingsgeräts

1. Bereiten Sie eine 5 mm dicke transparente Acrylplatte mit den Maßen 20 cm x 20 cm vor. Verwenden Sie eine durchsichtige Tafel, um das Training der Mäuse zu beobachten.
2. Besorgen Sie sich Holzstäbchen mit einem Durchmesser von 3 mm und eine Rolle Klebeband mit einer Breite von 1 cm. Schneide mit einem Papierschneider zwei 4 cm lange Stäbchen und vier 1 cm lange Stäbchen ab.
3. Befestigen Sie zwei Stäbe mit einer Länge von jeweils 1 cm mit Klebeband an den Enden eines Stäbchens mit einer Länge von 4 cm (Abbildung 1A). Die kurzen Stöcke sollten auf der gleichen Seite wie der lange Stock befestigt werden.
4. Legen Sie die Klarsichtplatte auf eine ebene Fläche und befestigen Sie zwei Sätze à 1 cm kurze Stifte mit einer Heißklebepistole an der Platte. Achten Sie darauf, dass die 4 cm langen Holzstäbchen nicht mit dem Brett in Berührung kommen. Lassen Sie einen Abstand von 2 cm zwischen dem langen Stock und dem Brett, um die Mäuse an Ort und Stelle zu halten (Abbildung 1B). Lassen Sie die beiden langen Stäbe ausgerichtet und parallel sein, mit einem Abstand von 6 cm zwischen ihnen (Abbildung 1C).

Abbildung 1: Montieren Sie die Stäbchen und befestigen Sie sie auf der transparenten Platte. (A) Kleben Sie den 1 cm langen Stab an beide Enden des 4 cm langen Stabes. (B) Verwenden Sie Schmelzkleber, um den 1 cm langen Stab und die transparente Platte zu verbinden, und die Spaltlänge beträgt 2 cm. (C) Zwei 4 cm lange Stäbe im Abstand von 6 cm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

4. Statisches Krafttraining bei Mäusen

1. Schneide zwei Stücke Wollgarn mit einer Länge von 15 cm ab. Binden Sie mit einem Slipknot ein Stück Wollgarn an jeden der oberen Knöchel der Maus (Abbildung 2A).
   HINWEIS: Ein elastisches Seil kann die Haltung von Mäusen nicht fixieren, und Hanfseil verschleißt die Knöchel von Mäusen, daher wird hier unelastisches, aber weiches Wollgarn gewählt.
2. Lege das Brett mit den Stöcken nach oben waagerecht auf den Tisch. Drücken Sie die Maus vorsichtig zwischen zwei lange Sticks und positionieren Sie Kopf und Schwanz so, dass sie mit den Lücken unter den Sticks ausgerichtet sind.
3. Führen Sie den Faden durch die Lücke am Ende des Schwanzes. Passen Sie dann das Garn so an, dass die Knöchel der Maus eng an der Kante des Sticks anliegen.
4. Befestigen Sie das Wollgarn mit Klebeband (Abbildung 2B). Das Ende des Wollgarns sollte gesichert sein, sonst klettert die Maus an der heruntergefallenen Wolle hoch. Ziehen Sie die Wolle so fest wie möglich, sonst löst sich die Maus leicht.
5. Drehen Sie die transparente Platine um. Besorge dir 2 Schachteln in der gleichen Höhe (15-20 cm hoch) an beiden Enden des Klarsichtbretts. Lege das Brett waagerecht in einer bestimmten Höhe. Das Feld befindet sich an beiden Enden des Kopfes und des Schwanzes der Maus. Wenn es zu hoch ist, wird der Experimentator nicht in der Lage sein, es leicht zu handhaben; Ist sie zu niedrig, kann es sein, dass die Maus die Tischplatte berührt.
6. Ist das Brett umgekippt, hängt die Maus kopfüber. Aufgrund des Aufrichtreflexes krümmen Mäuse ihren Bauch und strecken ihre Vordergliedmaßen aus, um ihre Hinterbeine oder Stöcke zu greifen. Positionieren Sie in dieser Phase einen 20 cm langen Stock vor der Maus und führen Sie sie vorsichtig, um den Stock mit den Vordergliedmaßen zu greifen. Wiederholen Sie den Vorgang, bis die Maus den mobilen Stick geübt greift.
7. Bewegen Sie mit dem Stick den Vorderschenkel der Maus zu einem weiteren 4 cm langen Stab auf dem transparenten Brett. Stellen Sie den Winkel des Sticks ständig ein, damit die Mäuse den stationären 4 cm langen Stick auf dem Brett aktiv greifen können (Abbildung 2C).
8. Wiederholen Sie den vorherigen Schritt, indem die Maus die Vorderpfote loslässt, bis die Maus erschöpft ist. Nach 30 Minuten waren die meisten Ratten nicht mehr in der Lage, ihren Oberkörper zu heben und den Stock mit den Vordergliedmaßen zu greifen.
   HINWEIS: Vor der Durchführung der Intervention ist ein einwöchiges Gewöhnungstraining an Mäusen erforderlich. Die anfängliche Trainingsdauer beträgt 10 Minuten pro Tag, die dann um 5 Minuten pro Tag erhöht werden sollte, bis insgesamt 30 Minuten pro Tag erreicht sind.
9. Lassen Sie die Maus nach 30 Minuten Training sofort los und entwirren Sie die Wolle, um rote und geschwollene Füße zu vermeiden, die durch längeres Binden verursacht werden.
   1. Wenn nach dem Training Hautläsionen am Knöchel der Mäuse auftreten, beenden Sie das Training der Mäuse und suchen Sie einen Tierarzt auf, bis der Knöchel gesund ist.
   2. Einigen Mäusen gelingt es gelegentlich, sich durch intensive Kämpfe während des Trainings zu befreien. Die Mäuse kämpfen, wenn ihre Hinterbeine nicht fest fixiert sind. Um Verletzungen durch Kämpfe zu vermeiden, beobachten Sie die Mäuse während des gesamten Trainings. Wenn festgestellt wird, dass die Hinterbeine nicht fest fixiert sind oder die Mäuse anfangen zu kämpfen, lockern Sie die Mäuse und fixieren Sie sie wieder.
      HINWEIS: Frühere Experimente haben gezeigt, dass das Aufhängen von Mäusen kopfüber für 30 Minuten am Tag, 5 Tage die Woche, keinen Knöchelverschleiß verursacht, vorausgesetzt, sie werden rechtzeitig befreit¹⁰. Mäuse können in 1-3 Sitzungen lernen und sich an das Training gewöhnen.

Abbildung 2: Fixierungsmethode bei der Maus. (A) Binden Sie die Oberseite des Knöchels mit einem Schlupfknoten zusammen. (B) Das Ende des Seils wird durch den Spalt geführt, festgezogen und dann mit Klebeband gesichert. (C) Statisches Krafttraining bei Mäusen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Ergebnisse

Gemäß dem obigen Protokoll werden die Hintergliedmaßen der Maus fixiert, und die Vordergliedmaßen greifen autonom nach der vorderen Stange. Durch den engen Bewegungsspielraum bleibt die Maus in einer relativ festen Position. Die Kontraktion der Muskeln von Mäusen kann durch Berühren der Muskeln ihres Bauches und ihrer Beine bestätigt werden. Dies entspricht der Notwendigkeit des Zustands der isometrischen Muskelkontraktion beim statischen Krafttraining. Das Training von Mäusen gemäß dem Protokoll und die Verlä...

Diskussion

Statisches Krafttraining kann die Fettansammlung reduzieren, die Gewichtsabnahme unterstützen und den Stoffwechsel^{ankurbeln 8}. Darüber hinaus verbessert es die Expression von PGC-1α und die mitochondriale Biogenese in Skelettmuskelzellen, was zu einem verbesserten Glukosestoffwechsel bei Mäusen mit Typ-2-Diabetes mellitus und einer daraus resultierenden Senkung des Blutzuckerspiegels führt¹¹. Um die Auswirkungen und den Mechanismus des statischen Trainings auf T2DM zu ...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acrylic boards			Transparent acrylic boards with 5mm thickness. The size should be larger than 20cm×20cm
Boxes			Two boxes of the same height (15~20cm)
ELISA KIT		H203-1-2	Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute
Hot melt glue gun			Avoid touching the gun head to cause burns
Knives			No special requirement
Metformin tablets		1396309	Sigma
scissors			No special requirement
Sticks			Several wooden sticks with a diameter of 3mm
Streptozotocin		S0130	Sigma
Tape			No special requirement
Transmission Electron Microscope (TEM)		HT7700	HITACHI