Подражая космического полета на Марс с использованием разгрузки задних конечностей и частичного веса подшипника в крыс

Резюме

С помощью инновационной модели аналогового наземного базирования, мы способны имитировать космической миссии, включая поездки (0 g) и пребывания на Марсе (0,38 г) в крыс. Эта модель позволяет продольная оценки физиологических изменений, происходящих на двух этапах гипо гравитационные миссии.

Аннотация

Грызун наземного базирования модели широко используются понять физиологические последствия космического полета на физиологические системы и регулярно применялись с 1979 года и развитие задних конечностей выгрузки (HLU). Однако последующие шаги в освоении космоса теперь включают поездки на Марс, где гравитация это 38% земной гравитации. Поскольку ни один человек не пережил этот уровень частичной гравитации, устойчивого земле-модель на основе необходимо исследовать, как тело, уже подорваны время, проведенное в условиях микрогравитации, будет реагировать на этой частичной нагрузки. Здесь мы использовали наши инновационные частичной-несущие (ПРБ) модели имитируют короткой миссии и остаться на Марсе оценить физиологические расстройства в мышц задних конечностей, индуцированных два различных уровня снижения тяжести, применяется в последовательном порядке. Это может предоставить модель Сейф, наземные исследования опорно-приспособления для гравитационных изменений и установить эффективные контрмеры для сохранения здоровья и функции астронавтов.

Введение

Внеземной целей, в том числе на Луну и Марс, представляют собой будущее человека космоса, но оба имеют значительно более слабой гравитации, чем Земля. В то время как последствия невесомости на опорно-двигательный широко изучены в астронавты^1,2,3,,45 и грызунов^{6, 7 , 8 , 9}, последний благодаря устоявшейся задних конечностей выгрузки (HLU) модель¹⁰, очень мало известно о последствиях частичного гравитации. Марсианская гравитация это 38% земли и эта планета стала в центре внимания долгосрочной разведки¹¹; Следовательно важно понять мышечные изменения, которые могут возникнуть в этой обстановке. Чтобы сделать это, мы разработали систему частичного веса подшипника (ПРБ) крыс¹², на основе предыдущей работы, проделанной в мышей^6,13, которая была проверена с помощью мышц и костей результатов. Однако исследования Марса будет предшествовать длительный период микрогравитации, который не был рассмотрен в нашем ранее описанных модель¹². Таким образом в этом исследовании, мы изменили нашу модель, чтобы имитировать путешествие к Марсу, состоит из первой фазы выгрузки всего задних конечностей и сразу после второй этап частичного веса подшипника на 40% нормальной загрузки.

В отличие от большинства HLU моделей мы решили использовать таза упряжи (на основе описанной Чоудхури et al.⁹) вместо хвоста подвеска для улучшения комфорта животных и иметь возможность двигаться плавно и легко от HLU к ПРБ в считанные минуты. Совместно мы использовали клетки и устройства подвески, что мы ранее разработал и подробно описал¹². Помимо надежного/последовательных данных, мы ранее также продемонстрировал, что фиксированная крепления точки подвески в центре стержня не мешает животных от перемещения, уход, кормление или пить. В этой статье мы расскажем как выгрузка животных задних конечностей (как полностью, так и частично), проверить их уровнях достигнуты гравитации, а также как функционально оценить полученный мышечные изменения с помощью ручек силы и мокрой мышечной массы. Эта модель будет чрезвычайно полезным для исследователей, стремящихся расследовать последствия частичной гравитации (искусственные или внеземной) на уже ослабленной костно-мышечной системы, тем самым позволяя им расследовать как организмов приспособиться к частичной перегрузочные и для разработки контрмер, которые могут быть разработаны для поддержания здоровья во время и после полетов человека в космос.

протокол

Все методы, описанные здесь были утверждены институциональный уход животных и использование Комитет (IACUC) Бет Израиля Deaconess медицинский центр под протокол № 067-2016.

Примечание: Мужской Wistar крыс в возрасте 14 недель на базовых (день 0) используются. Крысы индивидуально размещаются в пользовательских клетки 24 h до базовой линии для адаптационного.

1. задних конечностей разгрузки

Примечание: Таза ремень можно поставить на наркотизированных или просыпаются животные. Здесь на наркотизированных животных дано описание протокола. Носите надлежащего средства индивидуальной защиты (СИЗ) для обработки животных.

1. Место крыса в анестезии коробку с 3,5% изофлюрановая и поток кислорода 2 Л/мин.
   Примечание: Надлежащего анестезии подтверждается, когда фирма щепотка задние лапы не вызвать реакцию.
2. Как только животное полностью под наркозом, место крысы на скамейке с анестезирующий газ, поступающий с ураном с 2% изофлюрановая и поток кислорода 1,5 Л/мин.
3. Место крыса в положении лежа и надел таза ремень в rostro хвостового движения.
4. Аккуратно Бенд таза Упряжь для предоставления snug вписываются во время стараясь не сдавливать гомотерия для предотвращения царапин и дискомфорта.
5. Прикрепите цепь из нержавеющей стали с застежкой шарнирного соединения к верхней части таза упряжи, где крючок прилагается у основания хвоста.
6. Удалить крысы из наркоза и место животное в клетке пользовательских с цепи, продлил его максимум.
7. После того, как крысы полностью проснуться и мобильных, Укоротите цепь с использованием верхнего шарнирного соединения застежкой до задних конечностей могут больше не доставали до пола.
8. Наблюдать за животное на несколько минут, чтобы оценить его удобство и убедитесь, что на все времена, оба задних конечностей остаются полностью выгружается.

2. частичный вес подшипника

Примечание: Этот шаг может быть реализован в awake и осознающие животных.

1. Преобразуйте HLU подвеска устройство в ПРБ подвеска, добавив треугольную часть состоит из цепи из нержавеющей стали и задней штанги.
2. Анестезировать животное так же, как описано для HLU (шаги 1.1 и 1.2).
3. Поместите куртку троса соответствующего размера на передние конечности крыса (M для крыс 400 g или ниже, Л для крыс, весом свыше 400 г) и закрыть его с помощью задней бюстгальтер расширитель.
4. Прикрепите один застежка треугольную часть на крючок, расположенный на задней бюстгальтер расширитель и противоположной застежка на крючок, расположенный на тазовые ремень у основания хвоста.
5. Разрешить животное, чтобы оправиться от анестезии в клетке. После того, как спать, убедитесь, что подвеска является равны на передние конечности и гомотерия путем сокращения цепи и изменение расположения внизу застежка шарнирного соединения при необходимости.
   Примечание: Этот шаг может также быть реализована с помощью сил плиты для подтверждения равных нагрузки на все конечности.
6. Место крысы на верхней шкале для записи «загруженные» веса, т.е., вес животного и весь аппарат, без сокращения цепи.
7. Укоротить цепь до тех пор, пока шкала отображает 40% веса тела «загрузки» и запись достигнутого уровня тяжести (выражается как соотношение между расгруженный вес и загруженного веса).
8. Наблюдать за животное, чтобы убедиться, что расгруженный вес стабильным и что крыса одинаково загружается на всех конечностей.
9. Удалите весь аппарат из масштаб, используя стержня и место крыса обратно в своей клетке.

3. Оценка задних конечностей сцепление силы

1. Держите Крыса с традиционной сдержанностью, поместив одну руку под Передние конечности. Аккуратно прижмите хвост с вторая рука.
2. Подход ручка бар с задние лапы и убедитесь, что обе лапы полностью опирается на баре.
   Примечание: Если крыса не полностью сцепление баре или не отображает никаких доказательств добровольной захвата, слегка выпустить сдержанность. Если это неудачной, вернуться к своей клетке крыса и повторите попытку через несколько минут.
3. Осторожно потяните крыса прямо обратно до тех пор, пока она выпускает свою хватку. Рекорд максимальной силы, отображаться на датчике.
4. Подождите около 30 s между измерениями и повторите тест 3 раза.
5. Вычислить среднее из трех измерений для озвучивания, счет для усталость.

4. запись мышц влажные массы

1. Место крыса в камере эвтаназии CO₂ . После ожидания в соответствующее время согласно IACUC и AVMA руководящие принципы, подтвердите эвтаназии, визуальное наблюдение за отсутствие дыхания.
2. Место крысы на таблице рассечение в положении лежа и удалите меха и кожи, промо вблизи лодыжку, с помощью небольших Рассечение ножницами. Используйте руки, чтобы снять слой кожи.
3. С помощью небольших Рассечение ножницами, аккуратно сломать мышечной фасции и изолировать пяточной кости сухожилия.
   Примечание: Сухожилие пяточной кости является точка прикрепления мышц икроножной мышцы и камбаловидной.
4. Удерживая пяточной кости сухожилия с младшей парой пинцетов, используйте Рассечение ножницами для изоляции мышц икроножной мышцы и камбаловидной от двуглавой мышцы бедра, расположенных выше.
5. После того, как изолированные, вырежьте точка прикрепления мышц икроножной мышцы и камбаловидной в подколенной области.
6. Осторожно потяните камбаловидной от икроножной мышцы и отсоединить их путем разрезания пяточной кости сухожилия.
7. Место крыса в лежачем положении. Осторожно удалите фасции и корки tibialis передней от лодыжки в восходящем движении.
8. Вырежьте tibialis передней точке своей превосходной вложений.
9. Запишите точное влажной массы каждой подакцизным мышцы с помощью тарированного точность масштаба и взвешивания лодку.

Результаты

Воспользовавшись новых клеток, что мы ранее и описано в деталях¹², мы использовали из нержавеющей стали на основе цепь подвески устройство, которое подходит для разгрузки задних конечностей (HLU, рис. 1) и частично-несущие (ПРБ, Рис?...

Обсуждение

Эта модель представляет первый аналог наземного базирования развитых расследовать последовательные уровни механическая разгрузка и стремится подражать поездку и остаться на Марсе.

Многие шаги настоящего Протокола имеют решающее значение для обеспечения ее успеха и н...

Материалы

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