Imitando uma missão espacial para Marte, usando o membro posterior descarga e carga parcial tendo em ratos

Resumo

Usando um modelo inovador analógico terrestre, somos capazes de simular uma missão espacial, incluindo uma viagem para (0g) e uma estadia em Marte (0,38 g) em ratos. Este modelo permite uma avaliação longitudinal das mudanças fisiológicas que ocorrem durante as duas fases hipo-gravitacional da missão.

Resumo

Modelos de roedores terrestres são amplamente utilizados para entender as consequências fisiológicas do espaço de voo no sistema fisiológico e têm sido empregadas rotineiramente desde 1979 e o desenvolvimento de hind limb descarga (HLU). No entanto, os próximos passos na exploração do espaço agora incluem viajar para Marte, onde a gravidade é de 38% da gravidade da terra. Desde que nenhum ser humano tem experimentado este nível de gravidade parcial, um modelo sustentável de terrestres é necessário investigar como o corpo, já prejudicado pelo tempo gasto em microgravidade, reagiria a esta carga parcial. Aqui, usamos nosso inovador modelo de (PWB) parcial do peso-rolamento para imitar uma missão curta e permanecer em Marte para avaliar as deficiências fisiológicas dos músculos do membro posterior induzida por dois diferentes níveis de gravidade reduzida, aplicado de forma sequencial. Isto poderia fornecer um modelo seguro, baseados em terra para estudar as adaptações músculo-esqueléticas mudança gravitacional e estabelecer contramedidas eficazes para preservar a saúde e a função dos astronautas.

Introdução

Extraterrestres alvos, incluindo a lua e Marte, representam o futuro da exploração espacial humana, mas ambos têm gravidade consideravelmente mais fraca do que a terra. Enquanto as consequências da falta de gravidade no sistema músculo-esquelético têm sido muito estudadas em astronautas^1,2,3,4,5 e em roedores^{6, 7 , 8 , 9}, este último graças a bem estabelecida membro posterior descarga (HLU) modelo¹⁰, muito pouco é conhecido sobre os efeitos da gravidade parcial. Gravidade de Marte é 38% da terra e este planeta tornou-se o foco de longo prazo de exploração¹¹; Portanto, é crucial entender as alterações musculares que podem ocorrer neste cenário. Para isso, desenvolvemos um sistema de rolamento (PWB) parcial de peso em ratos¹², baseado no trabalho anterior, feito em ratos^6,13, que foi validado usando os resultados de ambos os músculos e ossos. No entanto, a exploração de Marte será precedida por um período prolongado de microgravidade, que não foi abordada no nosso modelo descrito anteriormente¹². Portanto, neste estudo, alterou o nosso modelo para imitar uma viagem a Marte, composto de uma primeira fase de descarga total membro posterior e imediatamente seguido por uma segunda fase do rolamento de peso parcial em 40% de carregamento normal.

Ao contrário da maioria dos modelos HLU, optamos por utilizar um cinto pélvico (baseado no descrito por Costa et al.⁹) ao invés de uma suspensão pela cauda para melhorar o conforto dos animais e ser capaz de se mover sem problemas e sem esforço de HLU para PWB em questão de minutos. Em conjunto, usamos os dispositivos de suspensão que anteriormente desenvolvido e descrito extensivamente¹²e gaiolas. Além de fornecer dados confiáveis/consistente, demonstrámos também anteriormente que o ponto de fixação fixa do sistema de suspensão no centro da haste não impediu que os animais da movimentação, aliciamento, alimentar ou beber. Neste artigo, descreveremos como descarregar patas dos animais (totalmente e parcialmente), verificar seus níveis de gravidade alcançados, bem como avaliar funcionalmente as alterações musculares resultantes usando aperto força e molhado massa muscular. Esse modelo seria extremamente útil para investigadores que pretendam investigar as consequências da gravidade parcial (artificial ou extraterrestre) em um sistema músculo-esquelético já comprometido, permitindo-lhes para investigar como os organismos se adaptam a parcial de recarga e para o desenvolvimento de contramedidas que poderiam ser desenvolvidas para manter a saúde durante e após os voos espaciais tripulados.

Protocolo

Todos os métodos descritos aqui foram aprovados pelo Comitê de uso (IACUC) do Beth Israel Deaconess Medical Center e institucional Cuidado Animal sob o protocolo número 067-2016.

Nota: Macho Wistar ratos com idade de 14 semanas no início do estudo (dia 0) são utilizados. Ratos são alojados individualmente em gaiolas personalizadas 24 h antes da linha de base para permitir a aclimatação.

1. membro posterior descarga

Nota: O cinto pélvico pode ser colocado em animais anestesiados ou acordados. Aqui, a descrição do protocolo é dado em animais anestesiados. Utilize equipamento de protecção pessoal adequado (EPI) para lidar com animais.

1. Coloque o rato em uma caixa de anestesia com isoflurano 3,5% e um fluxo de oxigênio de 2 L/min.
   Nota: Anesthetization adequada é confirmado quando uma empresa pitada da pata traseira não provocar uma reação.
2. Uma vez que o animal é totalmente anestesiado, coloque o rato no banco com o gás anestésico, vindo de um cone de nariz com isoflurano 2% e um fluxo de oxigênio de 1,5 L/min.
3. Coloque o rato em posição e coloque o cinto pélvico em um movimento rostro-caudal.
4. Dobre o cinto pélvico para fornecer um confortável apto enquanto sendo cuidadoso não esprema suavemente os membros traseiros para evitar abrasões e desconforto.
5. Prenda a corrente de aço inoxidável com fecho giratório à parte superior do cinto pélvico, onde um gancho é anexado na base da cauda.
6. Remover o rato de anestesia e colocar o animal em uma gaiola personalizada com a cadeia estendida no seu máximo.
7. Uma vez que o rato está totalmente acordado e móvel, encurte a corrente usando o fecho superior giratória até membros posteriores já não pode alcançar o chão.
8. Observe o animal por alguns minutos avaliar o seu conforto e certifique-se que em todos os tempos, os dois membros posteriores permanecem completamente descarregada.

2. rolamento de peso parcial

Nota: Este passo pode ser realizado em animais acordados e anestesiados.

1. Converta o dispositivo de suspensão HLU em uma suspensão do PWB adicionando a parte em forma de triângulo, composta de correntes de aço inoxidável e uma vara de volta.
2. Anestesia o animal a seguir os mesmos procedimentos conforme detalhado para o HLU (passos 1.1 e 1.2).
3. Coloque um casaco de baraço de tamanho adequado sobre as patas dianteiras do rato (M para ratos de 400g ou inferior, L para ratos com peso acima de 400 g) e fechá-lo usando o extensor de trás do sutiã.
4. Anexe um fecho da parte em forma de triângulo para o gancho localizado na volta o extensor e o fecho oposto no gancho localizado sobre o cinto pélvico na base da cauda.
5. Permitir que o animal se recuperar da anestesia na gaiola. Quando acordado, verifique se que a suspensão é igual em ambos os membros dianteiros e os membros traseiros, encurtamento da cadeia e modificando a localização da fivela giratória inferior se necessário.
   Nota: Este passo pode também ser realizado usando uma placa de força para confirmar o carregamento igual em todos os membros.
6. Coloque o rato em cima da escala para registrar o peso do corpo "carregado", ou seja, o peso do animal e todo o aparelho, sem encurtamento da cadeia.
7. Encurtar a cadeia até a escala exibe 40% do peso de corpo "carregado" e recorde o alcançou nível de gravidade (expressado como a relação entre peso descarregado e carregado).
8. Observe o animal para certificar-se que o peso descarregado é estável e que o rato é igualmente carregado em todos os membros.
9. Retire todo o aparelho a escala utilizando a haste e coloque o rato de volta à sua jaula.

3. avaliação do membro posterior aderência força

1. Mantenha o rato com um tradicional sistema de retenção, colocando uma mão por baixo as patas dianteiras. Pressione cuidadosamente o rabo com o ponteiro dos segundos.
2. Aproximar o punho com as patas traseiras e certifique-se de que ambas as patas são totalmente descansando na barra.
   Nota: Se o rato não totalmente segurar a barra ou não exibir qualquer evidência de preensão voluntária, versão ligeiramente a contenção. Se isso tiver êxito, retornar o rato para sua gaiola e tente novamente depois de alguns minutos.
3. Puxe delicadamente o rato em linha reta até que ele libera seu aperto. Registro da força máxima exibida no transdutor.
4. Espere aproximadamente 30 s entre medições e repetir o teste 3 vezes.
5. Calcule a média das três medições para pontuar, a conta para a fadiga.

4. gravação do músculo molhar a massa

1. Coloque o rato em uma câmara de eutanásia CO₂ . Depois de esperar o momento apropriado de acordo com as diretrizes IACUC e AVMA, confirme a eutanásia por uma observação visual da falta de respiração.
2. Coloque o rato em cima da mesa de dissecação em posição e retire a pele e a pele por incisão perto do tornozelo com uma tesoura pequena dissecação. Use as mãos para retirar a camada de pele.
3. Usando uma tesoura pequena dissecação, suavemente quebrar a fáscia muscular e isolar o tendão calcâneo.
   Nota: O tendão calcâneo é o ponto de fixação dos músculos gastrocnêmio e o sóleo.
4. Enquanto segura o tendão calcâneo com um pequeno par de pinças, use a tesoura de dissecação para isolar os músculos gastrocnêmio e sóleo do bíceps femoral, localizado acima.
5. Uma vez isolado, corte o ponto de fixação dos músculos gastrocnêmio e sóleo na área poplítea.
6. Suavemente, puxe o sóleo longe do gastrocnêmio e desanexá-los cortando o tendão calcâneo.
7. Coloque o rato em uma posição supina. Retire a fáscia cuidadosamente e descasque o tibial anterior do tornozelo em um movimento ascendente.
8. Corte o tibial anterior no seu ponto de fixação superior.
9. Grave a massa molhada exacta de cada músculo extirpado utilizando uma balança de precisão tarada e um pesagem do barco.

Resultados

Aproveitando-se das novas gaiolas que projetamos anteriormente e descrito em detalhe¹², usamos um dispositivo de suspensão baseada em cadeia de aço inoxidável que é apropriado para a descarga de membro posterior (HLU, Figura 1) e parcial do peso-rolamento (PWB, Figura 2). A vantagem fundamental de nosso projeto é a capacidade de ir de um tipo de descarga para o outro em questão de minutos, mantendo ...

Discussão

Este modelo apresenta a primeira analógica terrestre desenvolvida para investigar sucessivos níveis de descarga mecânicos e destina-se a imitar uma viagem para e ficar em Marte.

Muitos passos do presente protocolo são críticos para garantir o seu sucesso e precisa ser examinado atentamente. Em primeiro lugar, é fundamental monitorar o bem-estar dos animais e garantir que eles estão mantendo um comportamento normal (ou seja, executar tarefas como comer, descansar e explorar), particularm...

Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
10G Insulated Solid Copper Wire	Grainger	4WYY8	100 ft solid building wire with THHN wire type and 10 AWG wire size, black
2 Custom design plexiglass walls	P&K Custom Acrylics Inc.	N/A	2 clear plexiglass custom wall 3/16" tick, width 12 3/16", height 18 13/16", 1 rounded slot 0.25 in of diameter located at the center top of the wall
3M Transpore Surgical Tape	Fisher Scientific	18-999-380	Transpore Surgical Tape
Accessory Grasping Bar Rat	Harvard Apparatus	76-0479	Accessory grasping bar rat, front or hind paws
Analytical Scale	Fisher Scientific	01-920-251	OHAUS Adventurer Analytic Balance
Animal Scale	ZIEIS by Amazon	N/A	70 lb capacity digital scale big top 11.5" x 9.3" dura platform z-seal 110V adapter 0.5 ounce accuracy
Back Bra Extenders	Luzen by Amazon	N/A	17 pcs 2 hook 3 rows assorted random color women spacing bra clip extender strap
Digital Force Gage	Wagner Instruments	DFE2-010	50 N Capacity Digital Grip Force Meter Chatillon DFE II
Gauze	Fisher Scientific	13-761-52	Non-sterile Cotton Gauze Sponges
Key rings and swivel claps	Paxcoo Direct by Amazon	N/A	PaxCoo 100 pcs metal swivel lanyard snap hook with key rings
Lobster Claps	Panda Jewelry International Limited by Amazon	N/A	Pandahall 100 pcs grade A stainless steel lobster claw clasps 13x8mm
Rat Tether Jacket - Large	Braintree Scientific	RJ L	Rodent Jacket
Rat Tether Jacket - Medium	Braintree Scientific	RJ M	Rodent Jacket
Silicone tubing	Versilon St Gobain Ceramics and Plastics	ABX00011	SPX-50 Silicone Tubing
Stainless Steel Chains	Super Lover by Amazon	N/A	4.5m 15FT stainless steel cable chain link in bulk 6x8mm