מחקה משימת החלל למאדים באמצעות Hindlimb פריקה חלקית משקל הנושאת בחולדות

Summary

על ידי שימוש חדשני קרקעיים אנלוגי מודל, אנחנו מסוגלים לחקות משימת החלל כולל טיול (0 גרם), שהייה על מאדים (0.38 g) בחולדות. דגם זה מאפשר הערכה האורך של השינויים הפיזיולוגיים המתרחשים במהלך שני השלבים היפו-כבידה של המשימה.

Abstract

מודלים קרקעיים מכרסמים נמצאים בשימוש נרחב כדי להבין את ההשלכות הפיזיולוגיות של חלל טיסה על המערכת הפיזיולוגית, יש כבר מועסקים באופן שגרתי מאז 1979, התפתחות הינד האיבר פריקה (HLU). עם זאת, השלבים הבאים בתחום חקר החלל עכשיו לכלול לנסוע אל מאדים איפה כוח המשיכה 38% כוח המשיכה של כדור הארץ. מאז לא אנושי חוותה את רמה זו הכבידה חלקית, דוגמנית בת קיימא מבוסס על הקרקע יש צורך לחקור איך יגיב הגוף, כבר לקוי על ידי הזמן המושקע של microgravity, זה מטען חלקי. כאן השתמשנו חדשני חלקית נושאת משקל (PWB) המודל שלנו לחקות משימה קצרה ולהישאר על מאדים כדי להעריך את מגבלות פיזיולוגיות בשרירי הגפיים האחוריות המושרה על ידי שתי רמות שונות של הכבידה מופחתת מיושם בצורה סדרתית. זה יכול לספק מודל בטוח, מבוססת על הקרקע כדי ללמוד על עיבודים השלד והשרירים לשינוי הכבידה ולהקים הנגד יעיל לשמירה על בריאות ותפקוד של האסטרונאוטים.

Introduction

מטרות מחוץ לכדור הארץ, כולל הירח ועל מאדים, מייצג את עתידה של חקר החלל האנושי, אבל בשניהם יש כוח משיכה חלש יותר במידה ניכרת מאשר בארץ. בעוד ההשלכות של חוסר משקל על מערכת השלד והשרירים נחקרו בהרחבה האסטרונאוטים^1,2,3,4,5 , מכרסמים^{6, 7 , 8 , 9}, שהאחרון הודות hindlimb ומבוססת פריקה (HLU) מודל¹⁰, מעט מאוד ידוע על השפעת הכבידה חלקית. כוח-הכבידה מאדים ב-38% מקולות של כדור הארץ, הכוכב הזה הפך להיות המוקד של חקר לטווח ארוך¹¹; לפיכך, חשוב להבין את השינוי שרירים שעלולות להתרחש בתוך הגדרה זו. לשם כך, פיתחנו מערכת הנושאת (PWB) משקל חלקי חולדות¹², בהתבסס על העבודה הקודמת עכברים^6,13, אשר אומתה באמצעות תוצאות שרירים ועצמות. עם זאת, חקר מאדים להיות קדמו תקופה ממושכת של microgravity, אשר לא טופלה שלנו המודל שתואר לעיל¹². לכן, במחקר זה, אנו שינו את המודל שלנו לחקות טיול למאדים, המורכב השלב הראשון של hindlimb הכולל פריקה, ומיד אחריו בשלב השני של נשיאת משקל חלקית ל-40 אחוז הטעינה נורמלי.

שלא כמו רוב הדגמים HLU, בחרנו להשתמש רתמה האגן (מבוסס על המתואר על-ידי צ'אדורי et al.⁹) במקום השעיה זנב כדי לשפר את הנוחות של בעלי החיים, ולהיות מסוגל לנוע בצורה חלקה וללא מאמץ מ HLU כדי PWB ב עניין של דקות. בשילוב, השתמשנו הכלובים והתקנים ההשעיה כי בעבר פיתח ו תיאר בהרחבה¹². בנוסף לספק נתונים אמין/עקבי, אנחנו גם בעבר הוכיח כי הנקודה החזקה קבועה של מערכת המתלים במרכז של המוט לא מנעו את החיות של העברה, טיפוח, מאכילה או שתייה. במאמר זה נתאר איך לפרוק את הגפיים האחוריות החיה (גם לגמרי וגם חלקית), ודא שלהם רמות כוח המשיכה מושגת, גם איך להעריך באופן פונקציונלי התיקונים שרירים הנוצרת באמצעות ידית כוח, רטוב מסת שריר. מודל זה יהיה מאוד שימושי עבור חוקרים המבקשים לחקור את ההשלכות של הכבידה חלקית (מלאכותי או extra-terrestrial) על מערכת השלד והשרירים שכבר נפגעה, ובכך לאפשר להם לחקור איך אורגניזמים להסתגל חלקי שטוען, ועל הפיתוח של הנגד כי ניתן לפתח כדי לשמור על בריאות במהלך ואחרי אדם בחלל.

Protocol

כל השיטות המתוארות כאן אושרו על ידי טיפול בעלי חיים מוסדיים ועל שימוש הוועדה (IACUC) של המרכז הרפואי בית ישראל מסדר הדיאקוניסות תחת פרוטוקול מספר 067-2016.

הערה: משמשים Wistar זכר עכברים בגיל 14 שבועות בנקודת ההתחלה (יום 0). חולדות מלון בנפרד בסיסית מוקדמת 24 שעות הכלובים מותאם אישית כדי לאפשר והפיזיולוגי.

1. Hindlimb פריקה

הערה: ניתן לשים את הרתמה האגן על בעלי חיים או מורדם או ער. . כאן, התיאור של הפרוטוקול ניתנת על חיות מורדם. ללבוש ציוד מגן אישי המתאים (עיקרון השוויון הפוליטי) להתמודד עם בעלי חיים.

1. מקם את החולדה קופסת הרדמה ועם 3.5% איזופלוריין של זרימת חמצן 2 ל'/min.
   הערה: ההרדמה המתאים הוא אישר כאשר קמצוץ המשרד הכפה האחורי לא זכה לתגובה.
2. ברגע החיה הוא מורדם לחלוטין, מקום העכברוש על הספסל עם הגז המרדים מגיע nosecone עם 2% איזופלוריין והזרימה חמצן של 1.5 ליטר/דקה.
3. למקם את החולדה במצב שכיבה, לשים את הרתמה האגן בתנועה rostro-סימטרית.
4. בעדינות לכופף הרתמה האגן כדי לספק ולהצמיד מתאים תוך נזהר לא לסחוט את hindlimbs כדי למנוע שריטות ואי נוחות.
5. לצרף את שרשרת נירוסטה עם האבזם המסתובב העליון של האגן הרתמה, איפה קרס מצורפת בבסיס הזנב.
6. להסיר את החולדה מן ההרדמה והמקום החיה בכלוב מותאם אישית עם השרשרת מורחב מקסימום שלה.
7. ברגע העכברוש הוא ער לחלוטין, ניידים, לקצר את השרשרת באמצעות האבזם המסתובב העליון עד הגפיים האחוריות כבר לא יכולים להגיע אל הרצפה.
8. להתבונן החיה לכמה דקות להעריך את הנוחות שלו זה בכלל פעמים, שני הגפיים האחוריות נשארות לפרוק לחלוטין.

2. נשיאת משקל חלקית

הערה: שלב זה ניתן למימוש בבעלי חיים ערה וגם מרדימים.

1. להמיר את המכשיר הבולם HLU השעיה PWB על-ידי הוספת החלק בצורת משולש, מורכב של רשתות נירוסטה מוט בגב.
2. עזים ומתנגד החיה בעקבות אותם הליכים כמפורט עבור HLU (שלבים 1.1 ו- 1.2).
3. למקם ז'קט הקשר של הגודל המתאים forelimbs של העכברוש (ז על חולדות של 400 גרם או פחות, L חולדות במשקל של מעל 400 גרם) ולסגור אותו באמצעות התקן ההרחבה בגב החזייה.
4. לצרף הקרס ממוקם בגב החזייה ב- extender האבזם השני על הקרס ממוקם על הרתמה האגן בבסיס הזנב אבזם אחד של החלק בצורת משולש.
5. לאפשר את החיה להתאושש מן ההרדמה בכלוב. ברגע ער, ודא ההשעיה היא שווה גם את forelimbs וגם את hindlimbs באמצעות קיצור השרשרת ועריכת המיקום של האבזם המסתובב התחתון במידת הצורך.
   הערה: שלב זה גם ניתן למימוש באמצעות צלחת כוח כדי לאשר טעינת שווה על כל האיברים.
6. מקם את העכברוש בראש הסולם כדי להקליט את משקל הגוף "טעון", קרי, המשקל של בעלי חיים לבין המנגנון כולו, ללא קיצור השרשרת.
7. לקצר את השרשרת עד הסולם מציג 40% משקל הגוף "טעון" ולהקליט מושגת רמת הכבידה (המבוטא כיחס בין משקל לפרוק ומשקל טעון).
8. להתבונן החיה כדי לוודא כי המשקל לפרוק היא יציבה, העכברוש נטענה באופן שווה על כל האיברים.
9. להסיר את כל המתקן קנה המידה באמצעות המוט ולמקם את החולדה לכלוב.

3. הערכה של hindlimb לאחוז בכוח

1. החזק את החולדה באיפוק המסורתית על-ידי הצבת יד אחת מתחת forelimbs. החזק בעדינות את הזנב עם היד השנייה.
2. לגשת הבר אחיזה עם הכפות האחורי וודאו כי בשתי כפות הרגליים מונחות באופן מלא על הבר.
   הערה: אם החולדה לא לאחוז באופן מלא הבר או לא מציג ראיות מרתק מרצון, מעט לשחרר הריסון. אם זה לא מוצלח, לחזור העכברוש בכלוב ונסה שנית לאחר מספר דקות.
3. משוך בעדינות את החולדה ישר בחזרה עד שהוא משחרר מאחיזתו. להקליט את כוח מקסימלי המוצג על המתמר.
4. רגע כ-30 s בין מדידות לחזור על הבדיקה 3 פעמים.
5. לחשב את הממוצע של שלוש מדידות עבור ניקוד, לחשבון על עייפות.

4. הקלטה של שריר רטוב מסה

1. מקם את החולדה בחדר המתת חסד₂ CO. לאחר המתנה הזמן המתאים על פי הנחיות IACUC AVMA, לאשר המתת חסד על ידי אבחנה חזותית של חוסר נשימה.
2. למקם את החולדה על השולחן לנתיחה במצב של שכיבה ולהסיר את הפרווה והעור מאת אם ליד הקרסול בעזרת מספריים קטנות לנתיחה. השתמש ידיים כדי לשלוף את שכבת העור.
3. בעזרת מספריים קטנות לנתיחה, בעדינות לשבור fascia שריר ולבודד הגיד calcaneus.
   הערה: הגיד calcaneus היא הנקודה החזקה של הסוליה והן את שרירי הסובך.
4. בעוד אתה מחזיק את גיד calcaneus עם זוג מספריים קטנות, להשתמש את המספריים לנתיחה כדי לבודד את שרירי הסובך, הסוליה מ הדו-ראשי, הממוקם מעל.
5. מבודדת בעבר, חותכים את נקודת הצמדה של שרירי הסובך, הסוליה באיזור popliteal.
6. בעדינות משוך את הסוליה הרחק הסובך, לנתק אותם על ידי חיתוך של גיד calcaneus.
7. מקם את החולדה במצב פרקדן. בזהירות הסר fascia, לקלף את השוקתי הקדמי של הקרסול תנועה כלפי מעלה.
8. חותכים את השוקתי הקדמי בנקודה מצורף מעולה.
9. לתעד את המסה רטובה המדויקת של כל שריר נכרת באמצעות סולם tared precision וסירה במשקל.

תוצאות

מנצל הכלובים החדשים כי קודם לכן עיצבנו, תיאר בפירוט¹², היינו מכשיר ההשעיה מבוססת-רשת נירוסטה מתאים גם hindlimb פריקה (HLU, איור 1) וגם חלקית-נשיאת משקל (PWB, איור 2). היתרון קריטי של העיצוב שלנו היא היכולת ללכת מסוג אחד של פריקה השני ב עני...

Discussion

מודל זה מציג את הראשונה מבוססת על הקרקע אנלוגי שפותחו כדי לחקור לרמות רצופים לפריקת מכני, שואף לחקות טיול ולהישאר על מאדים.

שלבים רבים של פרוטוקול זה הם קריטיים כדי להבטיח את הצלחתה עליך להיבדק באופן הדוק. ראשית, חשוב לפקח על רווחתם של בעלי החיים ולהבטיח כי הם שמירה על התנהגו...

Materials

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