Name: a simple and inexpensive running wheel model for progressive resistance training in mice
Uploaded: 2022-04-28T15:00:00
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Wir möchten der Graduate Student Government Association, dem Office of Student Research und dem Department of Health and Exercise Science der Appalachian State University für die Bereitstellung von Mitteln zur Unterstützung dieses Projekts danken. Darüber hinaus danken wir Monique Eckerd und Therin Williams-Frey für die Überwachung des täglichen Betriebs der Tierversuchsanlage.

Diese Studie wurde vom Institutional Animal Care and Use Committee der Appalachian State University genehmigt (#22-05).
1. Tiere
<ol><li>Beschaffen Sie C57BL/6-Mäuse aus der hauseigenen Mauskolonie. HINWEIS: Es wurden männliche Mäuse verwendet, die zu Beginn der Studie 5-8 Monate alt waren. Die tägliche Laufaktivität erreicht Spitzen und Plateaus im Alter von etwa 9-10 Wochen im Alter von26 Jahren. Frühere Studien haben gezeigt, dass alte Mä...

<ol>
	<li>Frontera, W. R., Ochala, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Skeletal+muscle:+A+brief+review+of+structure+and+function.">Skeletal muscle: A brief review of structure and function.</a> Calcified Tissue International. 96 (3), 183-195 (2015).</li><li>Goldberg, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+synthesis+during+work-induced+growth+of+skeletal+muscle.">Protein synthesis during work-induced growth of skeletal muscle.</a> Journal of Cell Biology. 36 (3), 653-658 (1968).</li><li>Baar, K., Esser, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phosphorylation+of+p70S6k+correlates+with+increased+skeletal+muscle+mass+following+resistance+exercise.">Phosphorylation of p70S6k correlates with increased skeletal muscle mass following resistance exercise.</a> American Journal of Physiology-Cell Physiology. 276 (1), 120-127 (1999).</li><li>Wong, T. S., Booth, F. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Skeletal+muscle+enlargement+with+weight-lifting+exercise+by+rats.">Skeletal muscle enlargement with weight-lifting exercise by rats.</a> Journal of Applied Physiology. 65 (2), 950-954 (1988).</li><li>Hornberger Jr, T. A., Farrar, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physiological+hypertrophy+of+the+FHL+muscle+following+8+weeks+of+progressive+resistance+exercise+in+the+rat.">Physiological hypertrophy of the FHL muscle following 8 weeks of progressive resistance exercise in the rat.</a> Canadian Journal of Applied Physiology. 29 (1), 16-31 (2004).</li><li>Zhu, W. 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I., Noakes, T. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spontaneous+running+increases+VO2max+and+running+performance+in+rats.">Spontaneous running increases VO2max and running performance in rats.</a> Journal of Applied Physiology. 68 (1), 400-403 (1990).</li><li>Rodnick, K. J., Reaven, G. M., Haskell, W. L., Sims, C. R., Mondon, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Variations+in+running+activity+and+enzymatic+adaptations+in+voluntary+running+rats.">Variations in running activity and enzymatic adaptations in voluntary running rats.</a> Journal of Applied Physiology. 66 (3), 1250-1257 (1989).</li><li>Sexton, W. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vascular+adaptations+in+rat+hindlimb+skeletal+muscle+after+voluntary+running-wheel+exercise.">Vascular adaptations in rat hindlimb skeletal muscle after voluntary running-wheel exercise.</a> Journal of Applied Physiology. 79 (1), 287-296 (1995).</li><li>Dungan, C. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elevated+myonuclear+density+during+skeletal+muscle+hypertrophy+in+response+to+training+is+reversed+during+detraining.">Elevated myonuclear density during skeletal muscle hypertrophy in response to training is reversed during detraining.</a> American Journal of Physiology-Cell Physiology. 316 (5), 649-654 (2019).</li><li>Ishihara, A., Roy, R. R., Ohira, Y., Ibata, Y., Edgerton, V. 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K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Voluntary+resistance+running+wheel+activity+pattern+and+skeletal+muscle+growth+in+rats:+Wheel+running+activity+pattern+and+muscle+growth.">Voluntary resistance running wheel activity pattern and skeletal muscle growth in rats: Wheel running activity pattern and muscle growth.</a> Experimental Physiology. 93 (6), 754-762 (2008).</li><li>Mobley, C. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Progressive+resistance-loaded+voluntary+wheel+running+increases+hypertrophy+and+differentially+affects+muscle+protein+synthesis,+ribosome+biogenesis,+and+proteolytic+markers+in+rat+muscle.">Progressive resistance-loaded voluntary wheel running increases hypertrophy and differentially affects muscle protein synthesis, ribosome biogenesis, and proteolytic markers in rat muscle.</a> Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition. 102 (1), 317-329 (2018).</li><li>D'Hulst, G., Palmer, A. S., Masschelein, E., Bar-Nur, O., De Bock, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Voluntary+resistance+running+as+a+model+to+induce+mTOR+activation+in+mouse+skeletal+muscle.">Voluntary resistance running as a model to induce mTOR activation in mouse skeletal muscle.</a> Frontiers in Physiology. 10, 1271 (2019).</li><li>Soffe, Z., Radley-Crabb, H. G., McMahon, C., Grounds, M. D., Shavlakadze, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+loaded+voluntary+wheel+exercise+on+performance+and+muscle+hypertrophy+in+young+and+old+male+C57Bl/6J+mice:+Exercise+and+muscle+hypertrophy+in+old+mice.">Effects of loaded voluntary wheel exercise on performance and muscle hypertrophy in young and old male C57Bl/6J mice: Exercise and muscle hypertrophy in old mice.</a> Scandinavian Journal of Medicine and Science in Sports. 26 (2), 172-188 (2016).</li><li>White, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Voluntary+resistance+wheel+exercise+from+mid-life+prevents+sarcopenia+and+increases+markers+of+mitochondrial+function+and+autophagy+in+muscles+of+old+male+and+female+C57BL/6J+mice.">Voluntary resistance wheel exercise from mid-life prevents sarcopenia and increases markers of mitochondrial function and autophagy in muscles of old male and female C57BL/6J mice.</a> Skeletal Muscle. 6 (1), 45 (2016).</li><li>Murach, K. A., McCarthy, J. J., Peterson, C. A., Dungan, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Making+mice+mighty:+Recent+advances+in+translational+models+of+load-induced+muscle+hypertrophy.">Making mice mighty: Recent advances in translational models of load-induced muscle hypertrophy.</a> Journal of Applied Physiology. 129 (3), 516-521 (2020).</li><li>Swallow, J. G., Garland, T., Carter, P. A., Zhan, W. -. Z., Sieck, G. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+voluntary+activity+and+genetic+selection+on+aerobic+capacity+in+house+mice+(Mus+domesticus).">Effects of voluntary activity and genetic selection on aerobic capacity in house mice (Mus domesticus).</a> Journal of Applied Physiology. 84 (1), 69-76 (1998).</li><li>Murach, K. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Late-life+exercise+mitigates+skeletal+muscle+epigenetic+aging.">Late-life exercise mitigates skeletal muscle epigenetic aging.</a> Aging Cell. 21 (1), 13527 (2022).</li><li>Mackay, A. D., Marchant, E. D., Louw, M., Thomson, D. M., Hancock, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exercise,+but+not+metformin+prevents+loss+of+muscle+function+due+to+doxorubicin+in+mice+using+an+in+situ+method.">Exercise, but not metformin prevents loss of muscle function due to doxorubicin in mice using an in situ method.</a> International Journal of Molecular Sciences. 22 (17), 9163 (2021).</li><li>Godwin, J. S., Hodgman, C. F., Needle, A. R., Zwetsloot, K. A., Andrew, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Whole-body+heat+shock+accelerates+recovery+from+impact-+induced+skeletal+muscle+damage+in+mice.">Whole-body heat shock accelerates recovery from impact- induced skeletal muscle damage in mice.</a> Conditioning Medicine. 2 (4), 184-191 (2020).</li><li>Wen, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MyoVision:+Software+for+automated+high-content+analysis+of+skeletal+muscle+immunohistochemistry.">MyoVision: Software for automated high-content analysis of skeletal muscle immunohistochemistry.</a> Journal of Applied Physiology. 124 (1), 40-51 (2018).</li><li>Manzanares, G., Brito-da-Silva, G., Gandra, P. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Voluntary+wheel+running:+Patterns+and+physiological+effects+in+mice.">Voluntary wheel running: Patterns and physiological effects in mice.</a> Brazilian Journal of Medical and Biological Research. 52 (1), 7830 (2019).</li><li>Bartling, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sex-related+differences+in+the+wheel-running+activity+of+mice+decline+with+increasing+age.">Sex-related differences in the wheel-running activity of mice decline with increasing age.</a> Experimental Gerontology. 87, 139-147 (2017).</li><li>Zwetsloot, K. A., Westerkamp, L. M., Holmes, B. F., Gavin, T. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AMPK+regulates+basal+skeletal+muscle+capillarization+and+VEGF+expression,+but+is+not+necessary+for+the+angiogenic+response+to+exercise:+AMPK+and+the+skeletal+muscle+angiogenic+response+to+exercise.">AMPK regulates basal skeletal muscle capillarization and VEGF expression, but is not necessary for the angiogenic response to exercise: AMPK and the skeletal muscle angiogenic response to exercise.</a> The Journal of Physiology. 586 (24), 6021-6035 (2008).</li></ol>

Bestehende Widerstandsübungsmodelle bei Nagetieren haben sich für die Skelettmuskelforschung als unschätzbar wertvoll erwiesen. Viele dieser Modelle sind jedoch invasiv, unfreiwillig und/oder zeit- und arbeitsintensiv. LWR ist ein hervorragendes Modell, das nicht nur ähnliche muskuläre Anpassungen induziert wie in anderen gut akzeptierten Widerstandstrainingsmodellen, sondern auch einen chronischen, stressarmen Trainingsreiz für das Tier mit minimalem Zeit- / Arbeitsaufwand des Forschers bietet. Da LWR-Modelle nur ...

Die Skelettmuskelmasse umfasst etwa 40% der Körpermasse bei erwachsenen Menschen; Daher ist die Aufrechterhaltung der Skelettmuskelmasse während des gesamten Lebens von entscheidender Bedeutung. Skelettmuskelmasse spielt eine wesentliche Rolle im Energiestoffwechsel, bei der Aufrechterhaltung der Körperkerntemperatur und bei der Glukosehomöostase1. Die Erhaltung der Skelettmuskulatur ist ein Gleichgewicht zwischen Proteinsynthese und Proteinabbau, aber es gibt immer noch viele Lücken im Verständnis der komplizierten molekularen Mechanismen, die diese Prozesse antreiben. Um die molekularen Mechanismen zu untersuchen, die den Erhalt und das Wachstum von Muskelmasse regulieren, verwenden die Forschungsmodelle menschlicher Probanden häufig widerstandstrainingsbasierte Interventionen, da mechanische Reize eine wesentliche Rolle bei der Regulierung der Skelettmuskelmasse spielen. Während die Forschung am Menschen erfolgreich war, begrenzt die Zeit, die erforderlich ist, um Anpassungen und ethische Bedenken in Bezug auf invasive Verfahren (d. H. Muskelbiopsien) zu zeigen, die Menge der Daten, die erhalten werden können. Während die Anpassungen an Widerstandsübungen bei Säugetierarten ziemlich allgegenwärtig sind, bieten Tiermodelle den Vorteil, dass sie die Ernährung und das Trainingsprogramm präzise steuern und gleichzeitig die Ansammlung ganzer Gewebe im ganzen Körper wie Gehirn, Leber, Herz und Skelettmuskulatur ermöglichen können.
Viele Widerstandstrainingsmodelle wurden für den Einsatz bei Nagetieren entwickelt: synergistische Ablation2, elektrische Stimulation3,4, gewichtetes Leiterklettern5, gewichtetes Schlittenziehen6 und Segeltuchhocken7. Es ist offensichtlich, dass alle diese Modelle, wenn sie richtig durchgeführt werden, effektive Modelle sein können, um Skelettmuskelanpassungen wie Hypertrophie zu induzieren. Die Nachteile dieser Modelle sind jedoch, dass sie meist unfreiwillig, nicht Teil des normalen Nagetierverhaltens, zeit- / arbeitsintensiv und invasiv sind.
Glücklicherweise laufen viele Maus- und Rattenstämme freiwillig lange Strecken, wenn sie Zugang zu einem Laufrad haben. Darüber hinaus verlassen sich Free-Run-Wheel-Trainingsmodelle (FWR) nicht auf umfangreiche Konditionierung, positive / negative Verstärkung oder Anästhesie, um Bewegung oder Muskelaktivität zu erzwingen 8,9. Die Laufaktivität hängt stark von der Belastung der Maus, dem Geschlecht, dem Alter und einer individuellen Basis ab. Lightfoot et al. verglichen die Laufaktivität von 15 verschiedenen Mausstämmen und fanden heraus, dass die tägliche Laufstrecke zwischen 2,93 km und 7,93 km liegt, wobei C57BL / 6-Mäuse unabhängig vom Geschlecht am weitesten laufen10. FWR wird allgemein als ausgezeichnetes Modell zur Induktion von Ausdaueranpassungen in Skelett- und Herzmuskeln akzeptiert 11,12,13,14,15,16; Die Verwendung von Radlauf in Widerstandstrainingsmodellen wird jedoch weniger häufig untersucht.
Wie man vermuten könnte, könnte der hypertrophe Effekt des Radlaufs durch Hinzufügen von Widerstand zum Laufrad, genannt Loaded Wheel Running (LWR), verstärkt werden, wodurch größere Anstrengungen erforderlich sind, um auf dem Rad zu laufen, um das Widerstandstraining besser nachzuahmen. Unter Verwendung verschiedener Methoden der Belastungsanwendung haben frühere Studien gezeigt, dass das LWR-Modell mit Ratten und Mäusen routinemäßig eine Zunahme der Muskelmasse der Gliedmaßen von 5% -30% innerhalb von 6-8 Wochen zeigte 17,18,19,20,21. Darüber hinaus zeigten D'hulst et al., dass ein einzelner LWR-Anfall im Vergleich zu FWR22 zu einem um 50% höheren Anstieg der Aktivierung des Proteinsynthese-Signalwegs führte. Der Radwiderstand wurde am häufigsten durch ein reibungsbasiertes, konstantes Lastverfahren angewendet, bei dem eine magnetische Bremse oder ein Spannbolzen verwendet wird, um den Radwiderstand 12,19,23,24 anzuwenden. Ein Vorbehalt der reibungsbasierten, konstanten Lastmethode besteht darin, dass das Tier bei Anwendung eines moderaten bis hohen Widerstands den hohen Widerstand nicht überwinden kann, um die Bewegung des Rades einzuleiten, wodurch das Training effektiv beendet wird. Am wichtigsten ist, dass viele der Käfig- und Radsysteme, die für Laufradmodelle von Nagetieren verwendet werden, ziemlich teuer sind und spezielle Ausrüstung erfordern.
Kürzlich haben Dungan et al. ein progressives gewichtetes Radlaufmodell (PoWeR) entwickelt, das eine Last auf das Rad asymmetrisch über äußere Massen aufbringt, die an einer einzigen Seite des Rades haften. Es wird angenommen, dass die unsymmetrische Radbelastung und der variable Widerstand des PoWeR-Modells die fortgesetzte Laufaktivität fördern und kürzere Ausbrüche des geladenen Radlaufs bei Mäusen fördern, wobei die mit Widerstandstraining durchgeführten Sätze und Wiederholungen besser imitiertwerden 17. Obwohl die durchschnittliche Laufstrecke 10-12 km pro Tag betrug, ergab das PoWeR-Modell eine Zunahme der feuchten Masse des Plantaris Muskels um 16% bzw. 17% und der Faserquerschnittsfläche (CSA). Trotz vieler praktischer Vorteile hat das PoWeR-Modell von LWR einige Einschränkungen. Wie von den Autoren erkannt, ist das PoWeR-Modell ein hochvolumiger "hybrider" Stimulus, der ein gemischtes Ausdauer-/Widerstandsübungsmodell (d. H. Gleichzeitiges Training beim Menschen) widerspiegelt, im Gegensatz zu einem strengeren Widerstandstrainingsmodell, das möglicherweise einen Interferenzeffekt einführt und zu der weniger ausgeprägten Hypertrophie oder anderen Mechanismen beiträgt, durch die Hypertrophie induziert wird25 . Es muss unbedingt sichergestellt werden, dass ein Phänomen des gleichzeitigen Trainings in einem als Widerstandstrainingsmodell gedachten Modell nicht auftritt. Daher wurde das PoWeR-Modell modifiziert, um ein LWR-Modell zu entwickeln, das höhere Lasten als bisher verwendet, um einem Widerstandstrainingsmodell näher zu kommen. Hierin werden Details für ein einfaches und kostengünstiges 9-wöchiges progressives Widerstandstraining LWR-Modell in C57BL / 6-Mäusen bereitgestellt.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1 g disc neodymium magnets</td>
			<td>Applied Magnets</td>
			<td>ND018-6</td>
			<td>Used for all sensor magnets and 1 g increments of wheel loading</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2.5 g disc neodymium magnets</td>
			<td>Applied Magnets</td>
			<td>ND022</td>
			<td>Used for 2.5 g increments of wheel loading</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>8-32 x 1&#34; stainless steel screws</td>
			<td>Amazon</td>
			<td></td>
			<td>https://www.amazon.com/gp/product/B07939RS23/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&#38;psc=1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>8-32 Wing Nuts</td>
			<td>Amazon</td>
			<td></td>
			<td>https://www.amazon.com/gp/product/B07YYWW2SB/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&#38;th=1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 &#181;L pipette tip box (empty)</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>2140</td>
			<td>We used empty ART Pipette tip boxes, but any similar sized boxes/trays would suffice</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Extreme Liquid Glue</td>
			<td>Loctite</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laminin primary antibody</td>
			<td>Novus Biologicals</td>
			<td>NB300-144AF647</td>
			<td>primary antibody conjugated with AF657; 1:200 in PBS containing 10% normal goat serum</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lithium 3 V battery</td>
			<td>n/a</td>
			<td>CR2032</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M10 (3/16&#34; x 1 1/4&#34;) stainless steel fender washers</td>
			<td>Amazon</td>
			<td></td>
			<td>https://www.amazon.com/gp/product/B00OHUHEU8/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&#38;th=1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MyoVision: Automated Image Quantification Platform&#160;</td>
			<td>Wen et al. (2017)</td>
			<td>v1.0</td>
			<td>https://www.uky.edu/chs/center-for-muscle-biology/myovision</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polycarbonate rodent cage (430 mm L x 290 mm W x 201 mm H), with narrow width stainless steel wired bar lid</td>
			<td>Orchid Scientific</td>
			<td>Polycarbonate Rat Cage Type II</td>
			<td>https://orchidscientific.com/product/rat-cage/ - 1519974600758-c29bc1c5-6dfa</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sigma Sport 509 Bike Computer</td>
			<td>Sigma Sport</td>
			<td></td>
			<td>Does not need to be this model in particular, but must have distance and time monitoring capabilities</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silent Spinner Running Wheel (mini 11.4 cm)</td>
			<td>Kaytee</td>
			<td>SKU# 100079369</td>
			<td>https://www.kaytee.com/all-products/small-animal/silent-spinner-wheel</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a simple and inexpensive running wheel model for progressive resistance training in mice

Zuvor entwickelte Widerstandsmodelle für Nagetiere, einschließlich synergistischer Ablation, elektrischer Stimulation, gewichtetem Leiterklettern und neuerdings gewichtetem Schlittenziehen, sind hochwirksam bei der Bereitstellung eines hypertrophen Stimulus, um Skelettmuskelanpassungen zu induzieren. Während sich diese Modelle für die Skelettmuskelforschung als von unschätzbarem Wert erwiesen haben, sind sie entweder invasiv oder unfreiwillig und arbeitsintensiv. Glücklicherweise laufen viele Nagetierstämme freiwillig lange Strecken, wenn sie Zugang zu einem Laufrad haben. LWR-Modelle (Loaded Wheel Running) bei Nagetieren sind in der Lage, Anpassungen zu induzieren, die häufig beim Widerstandstraining beim Menschen beobachtet werden, wie z. B. erhöhte Muskelmasse und Faserhypertrophie sowie Stimulation der Muskelproteinsynthese. Die Hinzufügung einer moderaten Radlast hält die Mäuse jedoch entweder nicht davon ab, große Entfernungen zu laufen, was eher ein Ausdauer- / Widerstandstrainingsmodell widerspiegelt, oder die Mäuse stellen den Lauf aufgrund der Methode der Lastanwendung fast vollständig ein. Daher wurde ein neuartiges Hochlast-Radlaufmodell (HLWR) für Mäuse entwickelt, bei denen ein äußerer Widerstand angelegt und schrittweise erhöht wird, so dass Mäuse mit viel höheren Lasten als bisher verwendet weiterlaufen können. Vorläufige Ergebnisse dieses neuartigen HLWR-Modells deuten darauf hin, dass es genügend Anreize bietet, um hypertrophe Anpassungen über das 9-wöchige Trainingsprotokoll zu induzieren. Hier werden die spezifischen Verfahren zur Durchführung dieses einfachen, aber kostengünstigen progressiven widerstandsbasierten Trainingsmodells bei Mäusen beschrieben.

In dieser Studie wurden 24 C57BL/6-Mäuse (6,3 ± 0,7 Monate zu Beginn dieser Studie) zufällig einer von drei Behandlungsgruppen zugeordnet: sitzend (SED), belastet Radlauf (LWR; wie PoWeR von Dungan et al.17 beschrieben) oder hoher LWR (HLWR) und vervollständigten dann ihr jeweiliges 9-Wochen-Protokoll. Nach der Akklimatisierungswoche (Woche 1) gab es keine Gruppen- oder Gruppen-x-Zeitunterschiede in der Laufdistanz oder dem Trainingsvolumen (Abbildung 5).
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A Simple and Inexpensive Running Wheel Model for Progressive Resistance Training in Mice

Dieses Verfahren beschreibt ein übersetzbares progressiv belastetes Laufradwiderstandsmodell bei Mäusen. Der Hauptvorteil dieses Widerstandstrainingsmodells besteht darin, dass es völlig freiwillig ist und somit den Stress für die Tiere und die Belastung des Forschers reduziert.

Ein einfaches und kostengünstiges Laufradmodell für progressives Widerstandstraining bei Mäusen

Previously developed rodent resistance-based exercise models, including synergistic ablation, electrical stimulation, weighted-ladder climbing, and most ...

Dieses Protokoll ermöglicht es Forschern, große Kohorten von Mäusen zu viel niedrigeren Kosten zu trainieren als Modelle, die kommerziell erhältliche Laufradausrüstung verwenden. Der Hauptvorteil dieses Widerstandstrainingsmodells ist, dass es völlig freiwillig ist, was Stress für die Tiere und Zeitaufwand für den Forscher reduziert. Dieses Modell kann helfen, die zellulären und molekularen Mechanismen besser zu verstehen, die die Muskelmasse als Reaktion auf Trainingstraining regulieren.Durch die Konstruktion ist dieses geladene Radlaufmodell relativ einfach auszuführen. Es wird jedoch immer noch empfohlen, dass Forscher Pilottests in der einzigartigen Laborumgebung durchführen, um die Laufleistung von Mäusen vor dem Experiment abzuschätzen. Dieses Verfahren wird PJ Koopmans, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter in meinem Labor, demonstrieren.Um die Laufradvorrichtung einzurichten, kleben Sie einen einzelnen ein Gramm schweren Sensormagneten auf den äußeren Mittelumfang des Laufrades und verwenden Sie dieses Rad nur für die erste Woche der Radakklimatisierung. Der beladene Radlauf erfordert zwei Gramm Last, daher kleben Sie zwei Magnete von einem Gramm nebeneinander auf den äußeren Umfang des Rades. Ein Klebeband kann verwendet werden, um die Magnete an Ort und Stelle zu halten, bis der Kleber fest trocknet.Wenn die Wochen vergehen, wenden Sie zusätzliche Last in den Wochen 3, 4, 5 und 7 an, indem Sie einen weiteren Magneten von einem Gramm auf einen der bereits vorhandenen Magneten legen. Da diese Magnete fest aneinander haften, ist kein Klebstoff erforderlich. Hochbelastete Radlaufeinstellungen erfordern drei Radsätze.Der erste Radsatz, der für die zweite Woche benötigt wird, hat nur einen einzigen 2,5-Gramm-Magneten, der auf den äußeren Umfang des Rades geklebt ist. Der zweite Radsatz, der nur für die dritte Woche benötigt wird, besteht aus zwei 2,5-Gramm-Magneten, die nebeneinander auf den äußeren Umfang des Rades geklebt sind. Der dritte Radsatz, der für vier Wochen und darüber hinaus benötigt wird, besteht aus drei 2,5-Gramm-Magneten, die nebeneinander auf den äußeren Umfang des Rades geklebt sind.Wenden Sie zusätzliche Last für Woche sechs und acht an, indem Sie einen weiteren 2,5-Gramm-Magneten auf einen der bereits vorhandenen Magnete legen. Stellen Sie sicher, dass vor der Montage ein frischer Akku in den Fahrradcomputer eingelegt wird. Montieren Sie dann die Laufräder mit einem Käfig, der mit einem digitalen Fahrradcomputer ausgestattet ist, um die Zeit und die zurückgelegte Strecke während des Trainings zu überwachen.Die Durchschnittsgeschwindigkeit in Kilometern pro Stunde wird arithmetisch abgeleitet. Stellen Sie die Radgröße während der anfänglichen Programmierung des Fahrradcomputers ein und berechnen Sie die Distanz pro Umdrehung, indem Sie den Außenumfang des Laufrads messen. Um sicherzustellen, dass alle Computer- und Sensorkomponenten in einer festen Barriere außerhalb des Käfigs enthalten sind, um zu verhindern, dass Mäuse auf den Komponenten kauen, verwenden Sie den Deckel einer leeren Pipettenspitzenbox mit einem kleinen rechteckigen Ausschnitt für den magnetischen Fahrradsensor und den Hauptteil der Box zur Aufnahme des Fahrradcomputers. und Draht.Bohren Sie zwei Löcher durch die Ecken des Deckels der Pipettenspitze, um den magnetischen Fahrradsensor und den Laufradständer an der Außenseite des Käfigs zu befestigen, und führen Sie den Laufradstand kopfüber durch die Lücken im Käfigdeckel, aber auf der festen Oberfläche ein. Befestigen Sie den Radstand und den Computersensor mit Hardware an der Oberseite des Käfigs. Stellen Sie sicher, dass sich der Fahrradcomputersensor und der Deckel der Pipettenspitze direkt über dem Sensormagneten des Rades befinden und dass der Sensormagnet und der Computersensor nicht mehr als einen Zentimeter voneinander entfernt sind, um die ordnungsgemäße Aufzeichnung der Radbewegung zu ermöglichen.Befestigen Sie das entsprechende Laufrad am Radstand, bevor Sie den Deckel auf den Käfig setzen, und setzen Sie den Deckel dann sicher auf den Käfig. Wenn das Rad vom Käfigdeckel hängt, achten Sie auf mindestens 2,5 Zentimeter Abstand vom Käfigboden. Legen Sie dann eine minimale Menge an Einstreumaterial in den Käfig, um sicherzustellen, dass sich das Rad frei dreht, aber nicht durch den Aufbau von Einstreu behindert wird.Da Mäuse eine nachtaktive Art sind, wird der größte Teil ihrer natürlichen Käfigaktivität, einschließlich des Radlaufens, während der dunklen Stunden des Lichtzyklus durchgeführt. Zeichnen Sie diese Daten während des Experiments in einem konsistenten Intervall vom Fahrradcomputer auf, um eine genaue Aktivitätsüberwachung zu gewährleisten. Halten Sie sitzende Mäuse neun Wochen lang einzeln in einem Käfig unter, der ein verriegeltes Laufrad enthält, um ein Laufen zu verhindern.Reduzieren Sie bei Bedarf die Belastung für die Laufgruppen mit geladenem Rad und die Laufgruppen mit hoher Belastung, um sicherzustellen, dass die Mäuse während des gesamten Protokolls von neun pro Woche gemäß dem Ladeplan weiter trainieren. Während der Studie wurden die Mäuse zufällig einer von drei Behandlungsgruppen zugeordnet, nämlich sitzend, belastet oder hoch belastet Radlauf, und dann ihr jeweiliges neunwöchiges Protokoll abgeschlossen. Nach der einwöchigen Akklimatisierung gab es keine Gruppen- oder Gruppenunterschiede in der Laufdistanz oder dem Trainingsvolumen.Die normalisierte Soleusmasse war in der hochbelasteten Radlaufgruppe 21,4% größer als in der sitzenden Gruppe, obwohl es keinen Unterschied in der Faserquerschnittsfläche gab. Obwohl Plantaris Muskelmasse und durchschnittliche Faserquerschnittsfläche statistisch signifikante Unterschiede nicht verdrängten, scheint es eine Verschiebung des Anteils von Fasern mit einer größeren Querschnittsfläche in den Plantaris des hochbelasteten Radlaufs im Vergleich zum sitzenden und belasteten Radlauf zu geben. Es gab keine signifikanten Unterschiede in der Zucken oder Spitzenkraft des GPS-Komplexes zwischen den Gruppen, gemessen durch einen NC2-Muskelfunktionstest.Es ist wichtig, sicherzustellen, dass sich das Rad innerhalb des Käfigs frei dreht und dass sich der Radsensormagnet in der Nähe des Fahrradcomputersensors befindet, damit die Radrotation ungehindert ist und der Fahrradcomputer die Laufdaten genau aufzeichnet. Nach diesem Verfahren können die Forscher nachfolgende Analysen wie kontraktile Funktion oder immunhistochemische Techniken durchführen, um die verschiedenen physiologischen Reaktionen im Anschluss an das Trainingstraining zu untersuchen.

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