Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Bu prosedür, farelerde çevrilebilir bir aşamalı yüklü koşu tekerleği direnç eğitim modelini açıklar. Bu direnç eğitim modelinin birincil avantajı, tamamen gönüllü olması, böylece hayvanlar için stresi ve araştırmacı üzerindeki yükü azaltmasıdır.
Daha önce geliştirilen sinerjik ablasyon, elektriksel stimülasyon, ağırlıklı merdiven tırmanma ve en son olarak ağırlıklı kızak çekme dahil olmak üzere kemirgen direncine dayalı egzersiz modelleri, iskelet kası adaptasyonlarını indüklemek için hipertrofik bir uyaran sağlamada oldukça etkilidir. Bu modellerin iskelet kası araştırmaları için paha biçilmez olduğu kanıtlanmış olsa da, ya invaziv ya da istemsiz ve emek yoğundur. Neyse ki, birçok kemirgen suşu bir koşu tekerleğine erişim verildiğinde gönüllü olarak uzun mesafeler koşar. Kemirgenlerdeki yüklü tekerlek çalıştırma (LWR) modelleri, insanlarda artan kas kütlesi ve lif hipertrofisi ve kas protein sentezinin uyarılması gibi direnç eğitimi ile yaygın olarak gözlenen adaptasyonları indükleyebilir. Bununla birlikte, ılımlı tekerlek yükünün eklenmesi ya fareleri uzun mesafelerde koşmaktan caydıramaz, bu da bir dayanıklılık / direnç eğitim modelini daha iyi yansıtır ya da fareler yük uygulama yöntemi nedeniyle neredeyse tamamen çalışmayı bırakır. Bu nedenle, harici direncin uygulandığı ve kademeli olarak arttırıldığı fareler için yeni bir yüksek yüklü tekerlek çalışma modeli (HLWR) geliştirilmiştir ve farelerin daha önce kullanılandan çok daha yüksek yüklerle çalışmaya devam etmelerini sağlamıştır. Bu yeni HLWR modelinden elde edilen ön sonuçlar, 9 haftalık eğitim protokolü boyunca hipertrofik adaptasyonları indüklemek için yeterli uyaran sağladığını göstermektedir. Burada, farelerde bu basit ama ucuz ilerleyici direnç tabanlı egzersiz eğitim modelini yürütmek için özel prosedürler açıklanmaktadır.
İskelet kas kütlesi, yetişkin insanlarda vücut kütlesinin yaklaşık% 40'ını oluşturur; Bu nedenle, iskelet kas kütlesinin yaşam boyunca korunması kritik öneme sahiptir. İskelet kas kütlesi, enerji metabolizmasında, çekirdek vücut ısısının korunmasında ve glikoz homeostazında ayrılmaz bir rol oynar1. İskelet kasının korunması, protein sentezi ve protein yıkımı arasında bir dengedir, ancak bu süreçleri yönlendiren karmaşık moleküler mekanizmaların anlaşılmasında hala birçok boşluk vardır. Kas kütlesinin korunmasını ve büyümesini düzenleyen moleküler mekanizmaları incelemek için, insan deneklerin araştırma modelleri genellikle direnç egzersizine dayalı müdahaleler kullanır, çünkü mekanik uyaranlar iskelet kas kütlesinin düzenlenmesinde ayrılmaz bir rol oynar. İnsan deneklerin araştırması başarılı olsa da, invaziv prosedürlerle (yani kas biyopsileri) ilgili uyarlamaları ve etik kaygıları sergilemek için gereken süre, elde edilebilecek veri miktarını sınırlar. Direnç egzersizine adaptasyonlar memeli türleri arasında oldukça yaygın olsa da, hayvan modelleri, diyet ve egzersiz rejimini tam olarak kontrol edebilmenin yararını sağlarken, aynı zamanda beyin, karaciğer, kalp ve iskelet kası gibi vücuttaki tüm dokuların toplanmasına izin verir.
Kemirgenlerde kullanılmak üzere birçok direnç eğitim modeli geliştirilmiştir: sinerjik ablasyon2, elektriksel stimülasyon3,4, ağırlıklı merdiven tırmanma5, ağırlıklı kızak çekme6 ve tuvalli çömelme7. Tüm bu modellerin, doğru yapılırsa, hipertrofi gibi iskelet kası adaptasyonlarını indüklemek için etkili modeller olabileceği açıktır. Bununla birlikte, bu modellerin düşüşleri, çoğunlukla istemsiz olmaları, normal kemirgen davranışının bir parçası olmamaları, zaman / emek yoğun ve istilacı olmalarıdır.
Neyse ki, birçok fare ve sıçan suşu, bir koşu tekerleğine erişim verildiğinde gönüllü olarak uzun mesafeler koşar. Dahası, serbest çalışan tekerlek (FWR) egzersiz modelleri, hareketi veya kas aktivitesini zorlamak için kapsamlı koşullandırma, pozitif / negatif takviye veya anesteziye dayanmaz 8,9. Koşu aktivitesi büyük ölçüde fare gerginliğine, cinsiyetine, yaşına ve bireysel bazda bağlıdır. Lightfoot ve ark. 15 farklı fare suşunun koşu aktivitesini karşılaştırdı ve günlük koşu mesafesinin 2.93 km ila 7.93 km arasında değiştiğini, C57BL / 6 farelerin cinsiyet10'dan bağımsız olarak en uzağa koştuğunu buldu. FWR genellikle iskelet ve kalp kaslarında dayanıklılık adaptasyonlarını indüklemek için mükemmel bir model olarak kabul edilir11,12,13,14,15,16; Bununla birlikte, direnç eğitim modellerinde tekerlek koşusunun kullanılması daha az araştırılmaktadır.
Tahmin edilebileceği gibi, tekerlek çalışmasının hipertrofik etkisi, yüklü tekerlek çalıştırma (LWR) olarak adlandırılan koşu tekerleğine direnç eklenerek arttırılabilir, böylece direnç eğitimini daha yakından taklit etmek için tekerlek üzerinde çalışmak için daha fazla çaba sarf edilmesi gerekir. Çeşitli yük uygulama yöntemleri kullanarak, önceki çalışmalar, sıçanları ve fareleri kullanan LWR modelinin, 6-8 hafta içinde ekstremite kas kütlesinde% 5-30'luk bir artış gösterdiğini göstermiştir 17,18,19,20,21. Ayrıca, D'hulst ve ark., tek bir LWR nöbetinin, FWR22'ye kıyasla protein sentezi sinyal yolunun aktivasyonunda% 50 daha fazla artışa yol açtığını göstermiştir. Tekerlek direnci en yaygın olarak sürtünme tabanlı, sabit yükleme yöntemiyle uygulanmıştır, bu sayede tekerlek direnci12,19,23,24'ü uygulamak için manyetik bir fren veya gergi cıvatası kullanılır. Sürtünmeye dayalı, sabit yük yönteminin bir uyarısı, orta ila yüksek direnç uygulandığında, hayvanın tekerleğin hareketini başlatmak için yüksek direncin üstesinden gelememesi ve eğitimi etkili bir şekilde durdurmasıdır. En önemlisi, kemirgen koşu tekerleği modelleri için kullanılan kafes ve tekerlek sistemlerinin birçoğu oldukça maliyetlidir ve özel ekipman gerektirir.
Son zamanlarda, Dungan ve ark., tekerleğin tek bir tarafına yapıştırılmış dış kütleler aracılığıyla tekerleğe asimetrik olarak bir yük uygulayan ilerici ağırlıklı tekerlek çalışan (PoWeR) bir model geliştirdi. PoWeR modelinin dengesiz tekerlek yüklemesi ve değişken direncinin, sürekli çalışma aktivitesini teşvik ettiği ve farelerde çalışan yüklü tekerleğin daha kısa patlamalarını teşvik ettiği, direnç eğitimi17 ile gerçekleştirilen setleri ve tekrarları daha yakından taklit ettiği düşünülmektedir. Ortalama koşu mesafesinin günde 10-12 km olmasına rağmen, PoWeR modeli, plantaris kası ıslak kütlesinde ve lif kesit alanında (CSA) sırasıyla% 16 ve% 17'lik bir artış sağlamıştır. Birçok pratik avantaja rağmen, LWR'nin PoWeR modelinin bazı sınırlamaları vardır. Yazarlar tarafından tanındığı gibi, PoWeR modeli, daha katı bir direnç egzersizine dayalı modelin aksine, harmanlanmış bir dayanıklılık / direnç egzersiz modelini (yani, insanlarda eşzamanlı eğitim) yansıtan, potansiyel olarak bir girişim etkisi yaratan ve daha az belirgin hipertrofiye veya hipertrofinin indüklendiği farklı mekanizmalara katkıda bulunan yüksek hacimli bir "hibrit" uyarandır. 25 . Bir direnç egzersizi eğitim modeli olması amaçlanan şeyde eşzamanlı bir eğitim olgusunun gerçekleşmemesini sağlamak zorunludur. Bu nedenle, PoWeR modeli, bir direnç eğitim modeline daha yakından benzemek için daha önce kullanılandan daha yüksek yükler kullanan bir LWR modeli geliştirmek üzere değiştirildi. Burada, C57BL / 6 farelerde basit ve ucuz bir 9 haftalık progresif direnç eğitimi LWR modeli için ayrıntılar verilmiştir.
Bu çalışma Appalachian State Üniversitesi Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi (#22-05) tarafından onaylanmıştır.
1. Hayvanlar
2. Koşu tekerleği aparatı
Resim 1: Tekerleğin orta dış çevresine yapıştırılmış tek 1 g sensörlü mıknatıslı temel koşu tekerleği. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Sensör mıknatıslı yüklü koşu tekerleği (LWR) ve 1 g yükleme mıknatısları. (A) 2 g yük örneği, tekerleğin dış kenarına yan yana yapıştırılmış iki adet 1 g mıknatıs; (B) 6 g yük örneği, tekerleğin dış kenarına yan yana yapıştırılmış iki adet 1 g mıknatıs ve ilave 4 g yük uygulanır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Resim 3: Sensör mıknatıslı yüksek yüklü koşu tekerleği (HLWR) ve 2,5 g yükleme mıknatısları. (A) 2,5 g yük örneği, tekerleğin dış kenarına yapıştırılmış bir adet 2,5 g mıknatıs; (B) 5 g yük örneği, tekerleğin dış kenarına yan yana yapıştırılmış iki adet 2,5 g mıknatıs; (C) 7,5 g yük örneği, tekerleğin dış kenarına yan yana yapıştırılmış üç adet 2,5 g mıknatıs; (D) 10 g yük örneği, tekerleğin dış kenarına yan yana yapıştırılmış üç adet 2,5 g mıknatıs, ilave 2,5 g yük uygulanarak; (E) 12,5 g yük örneği, tekerleğin dış kenarına yan yana yapıştırılmış üç adet 2,5 g mıknatıs, ilave 5 g yük uygulanır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
3. Kafes montajı
Resim 4: Çalışan tekerlek kafesi tertibatı. (A) Katı yüzeye/tepsiye yerleştirilmiş bisiklet bilgisayarı ve manyetik sensör; (B) katı yüzeyin/tepsinin ve sensörün üzerine yerleştirilmiş ters çevrilmiş dingil mesafesi (üstten görünüm; tabanın donanımla kafes kapağına sabitlenmesi için sensör yüzeyindeki/tepsisindeki iki deliğe dikkat edin), (C) donanım monte edilmiş ters dingil mesafesi (alttan görünüm); (D) donanım montajlı ters dingil mesafesi (üstten görünüm); (E) tam kafes tertibatı (üstten görünüm); ve (F) tam kafes tertibatı (yandan görünüm). Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
4. Egzersiz eğitimi yükleme protokolleri
Hafta | ||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | ||
LWR (n = 4) | Yük (g) | 0.0 | 2.0 | 3.0 | 4.0 | 5.0 | 5.0 | 6.0 | 6.0 | 6.0 |
%BM | -- | 8% | 11% | 15% | 19% | 19% | 23% | 23% | 23% | |
HLWR (n = 7) | Yük (g) | 0.0 | 2.5 | 5.0 | 7.5 | 7.5 | 10.0 | 10.0 | 12.5 | 12.5 |
%BM | -- | 10% | 19% | 28% | 28% | 38% | 38% | 48% | 48% |
Tablo 1. Yüklü tekerlek çalıştırma protokolleri
5. In situ kas fonksiyon testi, doku hasadı ve doku analizi
6. İstatistiksel analiz
Bu çalışmada, 24 C57BL / 6 fare (bu çalışmanın başlangıcında 6.3 ± 0.7 ay) rastgele üç tedavi grubundan birine atandı: sedanter (SED), yüklü tekerlek çalıştırma (LWR; Dungan ve ark.17 tarafından tanımlanan PoWeR ile aynı) veya yüksek LWR (HLWR) ve daha sonra ilgili 9 haftalık protokollerini tamamladılar. Alışma haftasından sonra (1. hafta), koşu mesafesi veya antrenman hacminde grup veya grup x zaman farkı yoktu (Şekil 5).
Kemirgenlerdeki mevcut direnç egzersiz modellerinin iskelet kası araştırmaları için paha biçilmez olduğu kanıtlanmıştır; Bununla birlikte, bu modellerin çoğu istilacı, istemsiz ve / veya zaman ve emek yoğundur. LWR, sadece diğer iyi kabul görmüş direnç egzersizi eğitim modellerinde gözlemlenenlerle benzer kas adaptasyonlarını indüklemekle kalmayıp, aynı zamanda araştırmacı tarafından minimum zaman / emek taahhüdü ile hayvan için kronik, düşük stresli bir egzersiz uyarıcısı sağlay...
Yazarların açıklayacağı bir çıkar çatışması yoktur.
Bu projeyi desteklemek için finansman sağladıkları için Lisansüstü Öğrenci Hükümeti Derneği, Öğrenci Araştırma Ofisi ve Appalachian Eyalet Üniversitesi Sağlık ve Egzersiz Bilimi Bölümü'ne teşekkür ederiz. Ek olarak, hayvan araştırma tesisinin günlük operasyonlarını denetledikleri için Monique Eckerd ve Therin Williams-Frey'e teşekkür ederiz.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 g disc neodymium magnets | Applied Magnets | ND018-6 | Used for all sensor magnets and 1 g increments of wheel loading |
2.5 g disc neodymium magnets | Applied Magnets | ND022 | Used for 2.5 g increments of wheel loading |
8-32 x 1" stainless steel screws | Amazon | https://www.amazon.com/gp/product/B07939RS23/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&psc=1 | |
8-32 Wing Nuts | Amazon | https://www.amazon.com/gp/product/B07YYWW2SB/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&th=1 | |
10 µL pipette tip box (empty) | Thermo Scientific | 2140 | We used empty ART Pipette tip boxes, but any similar sized boxes/trays would suffice |
Extreme Liquid Glue | Loctite | ||
Laminin primary antibody | Novus Biologicals | NB300-144AF647 | primary antibody conjugated with AF657; 1:200 in PBS containing 10% normal goat serum |
Lithium 3 V battery | n/a | CR2032 | |
M10 (3/16" x 1 1/4") stainless steel fender washers | Amazon | https://www.amazon.com/gp/product/B00OHUHEU8/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&th=1 | |
MyoVision: Automated Image Quantification Platform | Wen et al. (2017) | v1.0 | https://www.uky.edu/chs/center-for-muscle-biology/myovision |
Polycarbonate rodent cage (430 mm L x 290 mm W x 201 mm H), with narrow width stainless steel wired bar lid | Orchid Scientific | Polycarbonate Rat Cage Type II | https://orchidscientific.com/product/rat-cage/ - 1519974600758-c29bc1c5-6dfa |
Sigma Sport 509 Bike Computer | Sigma Sport | Does not need to be this model in particular, but must have distance and time monitoring capabilities | |
Silent Spinner Running Wheel (mini 11.4 cm) | Kaytee | SKU# 100079369 | https://www.kaytee.com/all-products/small-animal/silent-spinner-wheel |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır