Summary
Diese Studie stellt eine innovative Laufrades orientierte Tiermobilitätssystem eine effektive Übung Aktivität bei Ratten zu quantifizieren. Eine Ratte freundliche Testbed gebaut wird, eine vordefinierte adaptive Beschleunigungskurve und eine hohe Korrelation zwischen der tatsächlichen Ausübung Rate und der Infarktvolumen legt nahe, zur Schlaganfallprävention Experimente das Potenzial des Protokolls.
Abstract
Diese Studie stellt ein Tiermobilitätssystem, ausgestattet mit einer Positionierungs Laufrad (PRW), als eine Möglichkeit zur Verringerung der Schwere der Auswirkungen des Hubes in Ratten, die die Wirksamkeit eines Übungsaktivität zu quantifizieren. Dieses System ermöglicht eine effektivere Tier körperliches Training als im Handel erhältliche Systeme wie Laufbänder und motorisierte Laufräder (MRWs). Im Gegensatz zu einer MRW, die nur Geschwindigkeiten unter 20 erreichen können, m / min, Ratten sind zulässig bei einer stabilen Geschwindigkeit von 30 m / min auf einem geräumiger und mit hoher Dichte Gummilaufstrecke durch einen 15 cm breiten Acryl-Rad unterstützt laufen mit mit einem Durchmesser von 55 cm in dieser Arbeit. Mit Hilfe einer vordefinierten Kurve adaptive Beschleunigung, das System nicht nur reduziert den Bedienfehler, sondern bildet auch die Ratten beharrlich zu laufen, bis eine vorgegebene Intensität erreicht ist. Als eine Möglichkeit, die Übung Wirksamkeit, Echtzeit-Position einer Ratte zu bewerten ist durch vier Paare von Infrarot-Sensoren, die auf dem Laufrad eingesetzt detektiert. Sobald einadaptive Beschleunigungskurve wird unter Verwendung eines Mikrocontrollers initiiert, die von den Infrarot-Sensoren erhaltenen Daten werden in einem Computer automatisch aufgezeichnet und analysiert. Zu Vergleichszwecken wird 3 Wochen Ausbildung an Ratten durchgeführt, ein Laufband, ein MRW und PRW verwenden. Nach chirurgisch Arteria cerebri media Okklusion (MCAo), modifizierte neurologische Schwere-Scores (MNSs) und eine geneigte Ebene Test induziert wurden durchgeführt, um die neurologische Schäden an den Ratten zu bewerten. PRW wird experimentell als die wirksamste unter diesen Tiermobilitätssysteme validiert. Darüber hinaus zeigte eine Übung Wirksamkeit Maßnahme basierend auf Rattenpositionsanalyse, dass es eine hohe negative Korrelation zwischen der effektiven Bewegung ist und das Infarktvolumen und verwendet werden können, eine Ratte Ausbildung in jeder Art von Hirnschäden Reduktionsversuche zu quantifizieren.
Introduction
Strokes existieren kontinuierlich als finanzielle Belastung für Länder weltweit, unzählige Patienten physisch verlassen und geistig behinderte 1, 2. Es gibt klinische Hinweise darauf , dass regelmäßige Bewegung die Nervenregeneration zu verbessern und zu stärken neuronale Verbindungen 3, 4, und auch , dass die Übung gezeigt, um das Risiko von ischämischen Schlaganfällen leiden 5 verringern kann. Entweder mit einem Laufband oder einem Laufrad als Übung Trainingssystem, Nagetiere, wie Ratten, dienen als Proxy für den Menschen für die Prüfung der Wirksamkeit der Übungen in einer großen Mehrheit der klinischen Experimente 6 - 8. Ein Trainingssystem beinhaltet normalerweise für eine gewisse Zeit eine Ratte Ausbildung, bei der eine Ratte mit einer bestimmten Geschwindigkeit läuft. Daher wird die Trainingsintensität im Allgemeinen berechnet nach der Übung Geschwindigkeit und Dauer 6 - 8. Der gleiche Ansatz wird angewendetschätzen die Menge der Übung für die neurophysiologische Schutz erforderlich. Allerdings sind die experimentellen Übungen manchmal als unwirksam gefunden, wie wenn eine Ratte stolpert, fällt, oder greift die Schienen , wenn sie nicht in der Lage sind , mit den laufenden Raddrehzahl 9 aufholen - 11. Unnötig zu sagen, Vorfälle von ineffektiv Bewegung deutlich die Ausübung Nutzen reduzieren. Auch wenn es noch keine allgemein akzeptierte jeder Ansatz ist es, die effektive Übungen zur Verringerung der Schädigung des Gehirns, die Höhe der effektiven Übungen noch zu quantifizieren steht als objektive Beurteilung für klinische Forscher die Vorteile der Übung in der Disziplin der Neurophysiologie zu illustrieren.
Es gibt eine Reihe von Einschränkungen auf handelsüblichen Tiermobilitätssystemen in Reduzierung Hirnschäden der heutigen Experimente 12. In einem Laufband Fall werden Ratten mit Hilfe von Elektroschocks gezwungen, zu laufen, enorme psychologische InduktionBelastung für die Tiere und damit Störungen in der letzten neurophysiologischen Testergebnisse 8, 13, 14. Laufräder können in zwei Typen eingeteilt werden, nämlich freiwillig und gezwungen. Freiwillige Laufräder ermöglichen Ratten natürlich zu laufen, wegen der Unterschiede übermäßige Variabilität zu schaffen , in der Ratten physikalischen Eigenschaften und Fähigkeiten 15, während motorisierte Laufräder (MRWs) einen Motor verwenden , um das Rad zu drehen, zwingt Ratten laufen. Trotz auch eine Form der Zwangs Ausbildung zu sein, erlegt MRWs weniger psychische Belastung an Ratten als Tretmühlen 13, 16, 17. Manchmal Versuche haben jedoch mit MRWs berichtet , dass Ratten , die die Ausübung von greifen die Schienen auf der Radspur unterbrechen und sich weigern , mit Geschwindigkeiten zu laufen mehr als 20 m / min 9. Diese Beispiele zeigen, dass Tier Mobilität derzeit verfügbaren Systeme haben einen inhärenten Nachteil, dass die Ausübung wirksam hemmt. FürZiel Ratte Zweck der Ausbildung, die Entwicklung eines hochwirksamen Trainingssystem, aber mit geringer Störung wird daher als dringendes Problem für die neurophysiologische Experimente Übung angesehen.
Diese Studie stellt ein hochwirksames Laufrades System für Experimente auf die Schwere der Auswirkungen des Schlaganfalls 11 reduziert wird . Zusätzlich zu einer reduzierten Anzahl von Störgrößen während eines Trainingsprozesses, erkennt dieses System die Laufposition einer Ratte unter Verwendung von Infrarot-Sensoren in dem Rad eingebettet ist, wodurch eine zuverlässigere Abschätzung der tatsächlichen Ausübung Aktivität zu erreichen. Die psychische Belastung auferlegt durch traditionelle Tretmühlen und die häufigen Unterbrechungen Übung in MRWs Skew sowohl die Objektivität der resultierenden Übung Schätzungen. Ein Positionierungs Laufrad (PRW) System in dieser Studie präsentiert wird in einem Versuch entwickelt, die unerwünschte Interferenzen zu minimieren, während eine zuverlässige Trainingsmodell zur Quantifizierung wirksame exe Bereitstellungrcise.
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Protocol
Ethik-Erklärung: Die experimentellen Verfahren, die von der Tierethikkommission des südlichen Taiwan University of Science and Technology Laboratory Animal Center genehmigt wurden, National Science Council, Republik China (Tainan, Taiwan).
1. Die Konstruktion des Laufrads Struktur
HINWEIS: Alle Acryl sollte transparent sein. Waschen Sie die zerlegten Rad mit Wasser, dann mit Alkohol die Gummikette und Acrylplatten nach jedem Gebrauch zu wischen.
- Erhalten Acryl Laufrades 55 cm im Durchmesser und 15 cm in der Breite.
Hinweis: Dieses Rad ist größer als ein herkömmliches Laufrad (Durchmesser = 35 cm; Breite = 12 cm) (B ild 1A). - Mit einem Cutter, schneiden Sie ein Viertelkreis - Öffnung in einer Seite des Laufrades als Eingang zu handeln und einen Ausgang als auch für Ratten (Abbildung 1B). Eine Schicht mit hoher Reibung Gummispur auf der Innenseite des acrylic Rad (1B).
- Legen Sie eine Eisenstange mit Lagern des Laufrades (1B) zu verbinden. Legen Sie zwei Acryl dreieckigen Säulen auf beiden Seiten des Laufrades als Stützrahmen zu handeln (Abbildung 1B).
- Bringen Sie eine 1 mm dicke halbkreisförmig, transparente Acrylplatte an den Außenseiten der beiden dreieckigen Säulen mit Schrauben. Verwenden Sie dieses Blatt, um die Infrarot-Sensoren einzusetzen. Sicherzustellen, dass die Acrylplatten weg von jeder Seite des Laufrades ungefähr 3 cm sind.
2. Bereitstellen der Infrarot-Sensoren und Definieren der effektive Übungsbereich
HINWEIS: Berücksichtigen Sie die Laufrades Größe und die Ratte Länge bei der Gestaltung eines Infrarot-Systems. Eine Ratte nur löst einen einzigen Sensor zu einer Zeit. In diesem Experiment wurden Ratten sind zwischen 20 und 23 cm lang.
- Bohren Sie ein Loch in den Acrylplatten alle 45 ° (Bogen Intervall = 21 cm), wobei der Abstandzwischen zwei Löchern sein, die der Länge eines Testratte etwa gleichwertig. Nehmen Sie die Löcher die gleiche Größe wie die Infrarot - Sensoren (2A).
HINWEIS: Für die traditionelle MRWs, ein Loch bohren alle 70 ° (arc interval = 21 cm, 2B). - Während eines PRW Experiment halten die Ratten in einem stationären Zustand zwischen 0 ° bis 135 ° ausgeführt wird.
HINWEIS: So definieren diesen Bereich als die wirksame Ausübung Bereich, während Ansicht alle anderen Abschnitte als die ineffektiven Trainingsbereiche. Für traditionelle MRWs, definieren die wirksame Ausübung Bereich wie der Bereich zwischen 0 ° bis 140 ° (2B).
3. Fahren Laufrades
- Verwenden Sie einen bürstenlosen Gleichstrommotor und einen Motortreiber das Laufrad zu fahren.
- Montieren Sie einen Durchmesser von 10 cm Gummischeibe auf der Mittelachse des Motors (1B).
- Mit dem Eisenrahmen und Federn um den Motor zu unterstützen, schließen Sie die Gummischeibe ausdie Mittelachse des Motors an der Außenseite des Laufrades.
HINWEIS: Die Federn mit den Schrauben zusammenwirken müssen dynamische Motorhöhenverstellungen zu ermöglichen, und aus Gummischeibe zu verhindern, weil der lose Federn Laufrades Spur getrennt wird. - Betreiben Sie den Motor, um die 10 cm Durchmesser Gummischeibe zum Antrieb mit einem Mikrocontroller, und beobachten Sie das Rad drehen, aufgrund der Reibung zwischen der Gummischeibe und die Landebahn des Rades, ein motorisiertes Laufrades Plattform zu schaffen.
- Mount vier Infrarotsensoren sequentiell zwischen 0 ° bis 135 ° (2A).
HINWEIS: Für die traditionelle MRWs montieren Sensoren zwischen 0 ° bis 140 ° (2B). - Verbinden Sie vier Paare von Infrarot-Sensoren in beiden Acrylplatten montiert auf die allgemeinen Pins des Mikrocontrollers einadrigen Kabeln, wodurch eine Positionierung Laufrades System bilden.
4. Aufbau einer Adaptive Beschleuniauf der Kurve
- Drei Tage vor dem Beginn der offiziellen 3 Wochen körperliches Training, trainieren Ratten durch manuelles des Laufrads arbeitet.
HINWEIS: Das Ziel ist, die Ratten zu ermöglichen, mit der laufenden Umgebung vertraut zu werden, und ist zu prüfen, ob jede Ratte bei 20 m / min ertragen kann.- Während der manuell betriebenen Ausbildung, beschleunigen allmählich die Laufgeschwindigkeit, bis eine Ratte nicht in der Lage ist, Schritt zu halten. Wenn dies auftritt, verringern die Geschwindigkeit , bis die Ratte einen stetigen Laufschritt zurückgewinnt, und dann wieder die Geschwindigkeit allmählich zu erhöhen , bis die Ratte 20 m / min (gestrichelte Linien in Figur 3) erreicht. Die manuelle Training beinhaltet sieben Ratten die Trainings Kurven zu konstruieren.
- Eine numerische Gleichung Unter Verwendung der gemessenen Daten an Tag 3 des manuellen Tests zu passen, die Beschleunigungskurven am nächsten an der manuellen Ausbildung (die Kurve mit Kreisen, Abbildung 3) zu berechnen. Fit Gleichung 1 zu Rohdaten, wobei C ini = 8, C fin HINWEIS: Diese Gleichung zu einer Ratte Körperzustand anpasst. Daher beziehen sich auf die berechnete Kurve als eine adaptive Beschleunigungstrainingsmodell.
(1) - Verwenden Sie die Gleichung 1 für Woche 1 der formalen Ausbildung.
- Für Wochen 2 und 3 der Ausbildung, stellen Sie die Parameter der Gleichung 1, das heißt, ändern A 12 bis 22, die Geschwindigkeit zu ermöglichen, 30 m / min zu erreichen.
(1) 5. Die Steuerung der Software-Programm
HINWEIS: Ausschließlich einen Code für den Mikrocontroller basierenden Motorbetrieb zu entwickeln und für die Signalübertragung von den Infrarot-Sensoren an einen Computer für die nachfolgende Datenanalyse.
- Verwenden der Programmiersprache C ein Software-Steuerprogramm enthält ein Hauptprogramm und zwei Interrupt-Service-Routinen für den Timer zu schreiben, inder Mikrocontroller 18.
- Stellen Sie sicher, dass das Hauptprogramm das Register Mikrocontrollers initialisiert und konstruiert eine adaptive Beschleunigungskurve Modell im Speicher des Mikrocontrollers.
- Verwenden Sie die Interrupt-Service-Routine von Timer 0 die adaptive Beschleunigungskurve zu aktivieren und die gesamte Trainingsdauer berechnen.
- Verwenden, um die Interrupt-Service-Routine des Timer 1, die Signaldaten von den Infrarot-Sensoren zu extrahieren und die Daten an den Computer zu übertragen.
- Verwenden Sie das Hauptprogramm die Position von 0 o aufzeichnen die Geschwindigkeit des Laufrades einzustellen.
- Sobald die empfangende IR-Sensor bei 0 ° ausgelöst wird, interpretiert sie als Fall Inzidenz, die durch das Hauptprogramm akkumuliert wird. In dem Moment, die Auftrittszeiten fallen Fälle trifft die Schwelle von 10% der Anzahl der Positionserfassungen Ratte, deaccelerate das Laufrad automatisch als Sicherheitsmaßnahme für trainierte Ratten. HINWEIS: Die Geschwindigkeit of Laufrad verringert wird , bis die Ratte in die Sicherheitszone zurückkehren kann (0 o bis 135 o) und aufrechtzuerhalten Maßnahme einen stabilen Fahrzustand für die Sicherheit.
6. Bedienung der Positionierung Laufrollensystem
- Schalten Sie den Mikrocontroller und warten auf ein Bediener die Taste zu drücken, jede Woche Trainingsmodell zu starten.
- Drücken Sie die Schaltfläche "Start" das Trainingsmodell für Woche 1 zu beginnen.
HINWEIS: Der Motor beschleunigt automatisch basierend auf dem adaptiven Beschleunigungskurve bis 20 m / min erreicht, und stoppt automatisch nach 30 min. - Drücken Sie die Schaltfläche "Start" das Trainingsmodell für Woche 2 zu beginnen.
HINWEIS: Der Motor beschleunigt automatisch basierend auf dem adaptiven Beschleunigungskurve bis 30 m / min erreicht, und stoppt automatisch nach 30 min. - Drücken Sie die Schaltfläche "Start" das Trainingsmodell für Woche 3 zu beginnen.
HINWEIS: Der Motor automatisch accelerates auf die adaptive Beschleunigungskurve basiert, bis sie 30 m / min erreicht, und stoppt automatisch nach 60 min.
HINWEIS: In der gesamten Trainingsprozesses, zu übertragen, das Datensignal von den Infrarot-Sensoren an einen Computer drahtlos empfangen werden.
- Drücken Sie die Schaltfläche "Start" das Trainingsmodell für Woche 1 zu beginnen.
- Mit Hilfe eines Computers, analysieren die Standortdaten eine effektive Übung Maß für die gesamte Übung Prozess zu erhalten (
). Siehe Gleichung 2. 
(2)
HINWEIS: EEE, EED und IED stellen die wirksame Ausübung Maßnahme, die wirksamen und unwirksamen Übung Dauer sind.
). Siehe Gleichung 2. 
(2) 7. Schulung der Ratten
- dividieren Randomly erwachsene männliche Sprague-Dawley-Ratten in fünf Gruppen (n = 9 für jede Gruppe): die Farce, die Kontrolle, Laufband, MRW und PRW-Gruppen.
- Führen Sie eine 3 Wochen Ausdauertraining für die drei Übungsgruppen, dh die treadmill, MRW und PRW Gruppen, während nicht für den Schein und den Kontrollgruppen.
HINWEIS: Die 3 Wochen Ausdauertraining für jede Übung Gruppe beträgt 20 m / min für 30 Minuten während der Woche 1, 30 m / min für 30 Minuten während der Woche 2 und 30 m / min für 60 Minuten während der Woche 3.
8. Tierische und Schlaganfallmodell
- Wie in Sec angegeben. 7.1, teilen sich zufällig alle beteiligten erwachsenen männlichen Sprague-Dawley-Ratten, zwischen 250-280 g wogen, in 5 Gruppen.
- Wiegen Sie alle Tiere, um eine genaue Medikamentendosierung Berechnungen gewährleisten. Anästhesieren die Ratten mit Natriumpentobarbital (25 mg / kg, intraperitoneal [ip]), und eine Mischung, die Ketamin (4,4 mg / kg, intramuskulär [im]), Atropin (0,02633 mg / kg, [im]) und Xylazin (6,77 mg / kg, [im]).
- Beurteilen Sie die Narkosetiefe durch die Überwachung der Atemfrequenz (normal 70-115 Atemzüge / min), Rhythmus, Tiefe der Atmung, Schleimhaut Farbe und regelmäßige Prüfung der Reflexe, zB Zehen Prise, Schwanz und Zuziehen, Augenlid / Wimpernund der Augenlid.
- Legen Temperaturfühler in das Rektum und erhalten die rektale Temperaturen zwischen 37 bis 37,5 ° C separate Heizung Lampen.
- Induzieren fokale Ischämie, transienten Okklusion der Arteria cerebri media (MCAo) durch einen Faden in die Arteria carotis interna Einführen der Öffnung der Arteria cerebri media via A. carotis externa Ansatz 19 zu okkludieren.
- Führen Sie die gleichen Arbeitsabläufe auf den scheinoperierten Tiere, während keinen Glühfaden in die Arteria carotis interna einzufügen. Pflegen fokaler zerebraler Ischämie für 1 Stunde, entfernen Sie den Faden, schließen Sie den Schnitt, und dann lassen Sie 1 cm von der Nylonfaden vorsteht, die zurückgezogen werden könnte Reperfusion zu ermöglichen.
- Verabreichen subkutane (sc) Injektionen eines Analgetikums (Buprenorphin (0,05 mg / kg, sc)), in die Tiere zur Analgesie zweimal täglich für 3 Tage.
9. Die Beurteilung Neural Schaden
- EvalUate neurologischen und motorischen Funktionen, die jeweils von der neurologischen Severity Score (MNSs) 20 und einer geneigten Ebene Test 21.
HINWEIS: MNSs ist ein Verbund des Motors (Muskelstatus, abnormale Bewegung), sensorische (visuelle, taktile und propriozeptive) und Reflextests. Geben Sie einen Punkt für das Scheitern, eine Aufgabe auszuführen. Bewerten neurologische Funktion auf einer Skala von 0-18 (normal Score = 0; maximale Defizit Score = 18). - Beurteilen Sie alle Ratten in Bezug auf die Verhaltensleistung am Tag vor und täglich über einen Zeitraum von 7 Tagen nach der Operation.
- Messen Sie den hinteren Gliedmaßen Griffstärke der Ratte eine schiefe Ebene mit.
- Platzieren Ratten auf der geneigten Steigvorrichtung auf einer täglichen Basis, und akklimatisieren die Ratten an die Vorrichtung und die Testbedingungen 1 Woche vor dem Testen.
- Platzieren Sie jede Ratte auf das Gerät und fördern die Ratte die Plattform, bis die Oberseite des Gerätes während der Eingewöhnungszeit zu klettern.
- Legen Sie die Ratte aufdie Oberseite der Vorrichtung mit dem Kopf nach unten während des Tests. Sicherzustellen , dass die Körperachse der Ratte Aufenthalte mit auf eine 20 x 20 cm 2 Gummi gerippte Oberfläche auf der schiefen Ebene in einem Winkel von 25 ° ausgehend.
- Erhöhen Sie den Winkel dynamisch eine Kugelspindel verbunden ist mit einem Schrittmotor mit dem maximalen Winkel zu bestimmen, bei dem ein Tier zur Ebene halten konnte. Erhöhen Sie den Winkel der geneigten Ebene nach und nach, bis die Maus auf der geneigten Ebene zu halten, nicht, und dann erkennt ein Abrutschen Ereignis. Die Baseline Grad geneigte Ebene beträgt 25 ° am Anfang.
- Stellen zwei Beobachter (nicht bewusst, was die Behandlung hatten die Ratten verabreicht wurde), unabhängig prüfen und alle Verhaltenstests erzielen, dh der Mittelwert der linken und der rechten Seite maximale Winkel.
- Sacri fi ce alle Tiere am Tag 7 nach MCAo. Perfuse die Herzen der Tiere unter tiefer Narkose (Natrium - Pentobarbital 100 mg / kg, ip) mit Kochsalzlösung 22 22 verwendet wird .
- Tauchen Sie die frische Hirnschnitte in 2, 3, 5-Triphenyltetrazoliumchlorid (TTC) bei 37 ° C für 30 min, dann übertragen Sie die Scheiben auf 5% Formaldehyd-Lösung für Fixations bei 4 ° C für 24 Stunden. Legen Sie die gefärbten Hirnschnitten auf einem Plexiglashalter.
- Fotografieren die TTC-gefärbten Schnitten mit einer kalibrierten Skala eine CCD-Kamera auf einen Computer mit Bildverarbeitungssoftware geladen verknüpft werden. Verwenden Sie eine halbautomatische Bildanalyse - System als auch das Infarktareal zu schätzen (mm 2) von jeder-TTC gefärbten Hirnschnitt 23.
- Berechnen Sie die gesamte Infarktvolumen für jede Scheibe durch Addition der Infarktbereiche aller Hirnschnitten. Markieren Sie den ungefärbten Bereich (ischämischer Hirn) separat auf jeder Seite 2 mm dicke Scheiben schneiden, berechnen dann das Infarktvolumen und den Mittelwert.
- CalcuEnde der korrigierte Infarktvolumen (CIV) als
CIV = {LT- (RT- RI)}
d (3)
ANMERKUNG: wo LT und RT bezeichnen die Bereiche der linken und rechten Hemisphären in mm 2 sind, RI ist der Infarktbereich in mm 2 und d = 2 mm ist die Schichtdicke.
d (3) Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
In diesem Abschnitt wird auf Vergleiche gewidmet, hergestellt von 1 Woche nach der Operation, auf die MNSs Partituren, schiefe Ebene Testergebnisse und Hirninfarkt Volumen unter fünf Gruppen. 4A und 4B die durchschnittlichen MNSs Scores und den Durchschnitt der schiefen Ebene Testergebnisse jeweils präsentieren. Die PRW Gruppe erscheint als die beste in Bezug auf MNSs Verbesserung. Die signifikanten Unterschiede zwischen PRW und MRW und zwischen Laufband und PRW lassen deutlich erkennen, dass die PRW gegen Schlaganfall effektiver als andere tierische Mobilitätssysteme schützt derzeit zur Verfügung. Schiefe Ebene Tests werden bei wesentlich steileren Neigungswinkel in allen Übungsgruppen als in der Kontrollgruppe über eine Zeitspanne von sieben Tagen nach der Operation durchgeführt wird, deutlich die Vorteile der Übung als Mittel Nachweis der Schwere der Auswirkungen des Hubes verringert wird. Insbesondere wurde der Neigungswinkel in der PRW-Gruppe als stee demonstriertSchädlings unter allen Übungsgruppen, und ist sogar vergleichbar mit dem in der Sham-Gruppe, ein höheres Maß an Erholung als Laufband und MRW zeigt. Des Weiteren zeigt 4C , dass nach der Hirnschnitten nach 7 Tagen neuralen Schadensbewertung zu extrahieren, die PRW - Gruppe nicht nur eine deutlich geringere Infarktvolumen als die Kontrollgruppe zeigte , sondern auch das kleinste Infarktvolumen unter allen Übungsgruppen ausgestellt. Es ist daher klar gezeigt, dass die Ratten eine PRW mit litten deutlich weniger Menge an Hirninfarkt Schaden als mit handelsüblichen Ausbildungssysteme geschult, um die Überlegenheit von PRW in Bezug auf Hirnschäden Reduzierung Training zu überprüfen.
Diese Studie präsentiert einen wissenschaftlichen Ansatz für in Hirnschäden Reduzierung Ausbildung wirksame Ausübung Aktivität zu quantifizieren. Im Verlauf von 3 Wochen Training, gibt es eine 98% wirksame Ausübung Maßnahme in PRW, während nur 68% in MRW (Tabelle 1). Dieser deutliche Unterschied in der tatsächlichen Ausübung Rate zeigt, dass die Überlegenheit der PRW Ausbildung Mechanismus. Die unwirksame Übung Maßnahme, definiert als 1 - die wirksame Ausübung Maßnahme und korreliert mit dem MNSs Score (4A), gibt eine 88% ige Korrelation mit dem MNSs Score (Tabelle 1). Darüber hinaus gibt es eine 85% ige Korrelation zwischen der tatsächlichen Ausübung Maßnahme und die schiefe Ebene Winkel (Tabelle 1) und eine 92% ige Korrelation zwischen dem ineffektiven Trainingsmaßnahme und dem Infarktvolumen (Tabelle 1). Insbesondere ist eine effektive Übung Maßnahme so hoch wie 98% mit einem extrem niedrigen Infarktvolumen im PRW Fall korreliert. Eine signifikante Korrelation wird daher zwischen der unwirksamen Bewegung und das Ausmaß der neurologischen Schäden demonstriert.
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Abbildung 1: PRW System (A) Konstruktionszeichnung eines PRW.. Das Laufrad ist 55 cm Durchmesser und 15 cm in der Breite. Auf der unteren Hälfte des Laufrades hat ein Loch alle 45 ° für Infrarot-Sensoren Rate gebohrt. (B) Die tatsächliche Bild der PRW. Eine Schicht mit hohem Reibungsgummikette ist an der Innenseite des Acrylrades positioniert. Ein Viertelkreis-Öffnung auf einer Seite des Laufrades dient als Eingang und einen Ausgang als auch für den trainierten Tieren. Ein Eisenstab mit Lagern verbindet sich mit den dreieckigen Säulen, die das Laufrad, das Laufrad zu unterstützen. Ein Motor ist an der Außenseite des Laufrades Spur gesetzt und wird durch eine 10 cm zentrale Achse montierten Gummischeibe zur Laufradbahn verbunden. Ein Mikrocontroller arbeitet der Motor und damit befiehlt dem Laufrad. Ein Paar von halbkreisförmigen, transparenten Acrylplatten sind mit dem dreieckigen colu befestigt MNS und vier Paare von Infrarot - Sensoren sind in den Acrylplatten eingebettet sind . Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 2: Einsatz von Infrarotsensoren (A) gemäß der Größe des PRW und die Körperlänge von einer Ratte, ein Paar von Infrarotsensoren eingesetzt wurden alle 45 ° zwischen 0 ° und 135 ° (insgesamt 8 Sensoren produzierend). . Zwischen 0 ° und 135 °, zeigten Ratten, die einen Zustand des normalen Fahrens, und daher wurde dieser Bereich als die effektive Übungsbereich definiert. (B) In dem MRW Fall ein Paar von Infrarotsensoren wurden alle 70 ° zwischen 0 ° bis 140 ° eingesetzt.erhalten = "_ blank"> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 3:. Aufbau eines adaptiven Beschleunigungstrainingsmodell für die reibungslose Speed-up Übung Die gestrichelten Linien stellen die manuell festgelegten Beschleunigungskurven für die Ausbildung von sieben Ratten an Tag 3 und kann als eine Exponentialfunktion charakterisiert werden. Nichtlineare Kurvenanpassung wird dann entsprechend ausgeführt. Die Kurve mit Kreisen repräsentiert die anfängliche adaptive Beschleunigungskurve für Woche 1 ist die Woche 1 Kurve kurz. Die Kurve für Wochen 2 und 3 ist eine angepasste Version der Woche 1 Kurve mit einer Endgeschwindigkeit zu 30 m / min (C fin = 30). Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 4:. Vergleich zu neurologischen Schäden Beurteilung zwischen den Gruppen über einen Zeitraum von 7 Tagen nach der Operation (jede Gruppe mit 9 Ratten) (A) Durchschnittliche MNSs Scores (Mittelwert ± SD). Es gibt eine signifikante Veränderung bei allen die Ausübung und den Kontrollgruppen, Hinweise darauf, dass Übung Vorteile Hirnschäden Reduktion. Die PRW-Gruppe bietet die niedrigste Punktzahl unter den Übungsgruppen, ein überlegenes neuroprotektive Mechanismus zu den anderen Trainingssysteme zu demonstrieren. (B) Durchschnittliche Hinterbein Testwinkel (Mittelwert ± SD). Eine viel steilere Winkel wird in der PRW gezeigt als in der Kontrollgruppe, und wird als die steilste unter allen Übungsgruppen demonstriert. Darüber hinaus gab es wenig Unterschied zwischen der PRW und den Schein-Gruppen, indicating, dass PRW regenerierten Ratten Hinterbein greifen auf ein höheres Niveau. (C) Vergleich auf dem Infarktvolumen (Mittelwert ± SD). PRW erwirbt viel kleineres Volumen als die Kontrollgruppe, und zählt die niedrigste unter allen Übungsgruppen, auf Hirnschäden Reduzierung der herausragende Wirkung von PRW zu validieren. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
| Gruppe | Eine effektive Wahrnehmung Maßnahme% (EEE) | MNSs | Schiefe Ebene Winkel | Infarktvolumen |
| PRW | 98,88 ± 1,11 | 23,54 ± 3,08 | 100 | 37,6 ± 1,08 |
| MRW | 68,05 ± 5,39 | 70,7 ± 6,48 | 34,23 ± 4,48 | 72,76 ± 6,52 </ Td> |
| Steuern | 0 | 100 | 0 | 100 |
| Korrelationskoeffizient (R 2) mit EEE | -0,88 | 0,85 | -0.92 |
Tabelle 1: Vergleich auf der Korrelation zwischen tatsächlichen Ausübung Aktivität und neurologische Schäden Effektive Übungsaktivität Vergleich zu den PRW, MRW und den Kontrollgruppen.. Die PRW und MRW Gruppen geben eine 98% und 68% durchschnittliche effektive Ausübung Maßnahme bzw. nach einer 3-wöchigen Trainings, was bedeutet, dass PRW eine größere Menge an effektives Training zur Verfügung stellt. Es gibt eine Korrelation zwischen 0,88 MNSs und ineffektiv Übung Maßnahme, eine 0,85 Korrelation zwischen der tatsächlichen Ausübung Maßnahme und der geneigten Ebene Winkel und einer 0,92 Korrelation zwischen dem ineffektiven Trainingsmaßnahme und dem Infarktvolumen, Respekthungsweise. Insbesondere ist eine effektive Übungsrate bis zu 98% wird mit einem extrem kleinen Infarktvolumen in PSW korreliert. Die Daten von MNSs, schiefe Ebene Winkel, und der Infarktvolumen normalisiert.
| Funktion | PRW (diese Studie) | MRW | Tretmühle |
| Körperliches Training | Forced (seitlich außen) | Forced (zentral motorisiert) | Forced (elektrischer Schlag) |
| Anzahl der gleichzeitig die Ausbildung Tiere | Single | Single | Pluralität |
| Runway Struktur | Strukturierter Gummiband | Riegel | Gummiriemen |
| trainierbare Intensität | Niedrig, mittel, hoch | Niedrig, mittel | Niedrig, mittel, hoch |
| Adaptive BeschleunigungAusbildung | ja | Nein | Nein |
| Laufpositionserfassung | ja | Nein | Nein |
| Auslauftraining | ja | Nein | Nein |
| Eine effektive Wahrnehmung Beurteilung | ja | Nein | Nein |
Tabelle . 2: Vergleich zwischen Tiermobilitätssysteme PRW kann auf jeder Ebene der Trainingsintensität verwendet werden. Die Kombination eines maßgeschneiderten Rad mit einem adaptiven Lernkurve, PRW dient als überlegene Alternative zu Kollegen. Darüber hinaus wird Infrarot-Positionserfassungstechnik eingesetzt, um eine wirksame Ausübung Aktivität für Hirnschäden Reduktion zu quantifizieren.
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Discussion
Dieses Protokoll beschreibt ein hochwirksames Laufrades System für die Schwere der Wirkung des Hubes bei Tieren reduziert. Als Ratte freundliche testbed wird diese Plattform auch in einer solchen Weise, dass ein stabiles Fahrgeschwindigkeit kann beibehalten werden, indem Ratten während eines laufenden Prozesses mittels einer vorbestimmten adaptive Beschleunigungskurve gestaltet. In typischen Trainingssysteme sind voreingestellte Trainingsgeschwindigkeiten und die Dauer manuell einstellen. Sobald eine Übung beginnt, wird eine voreingestellte Geschwindigkeit sehr kurz erreicht. In diesem Zusammenhang ist es sehr wahrscheinlich, dass Ratten höhere Geschwindigkeiten zu erreichen sind nicht in der Lage, so dass sie im Trockner und fallen und die Stabilität ihrer Läufe entsprechend zu beeinflussen. Die entscheidenden Schritte sind, 1.1, 4.1 und 4.2, die die wichtigsten Funktionen in PRW sind als zu MRW gegenüber. Die Integration zwischen einem geräumigen Laufstrecke, wie in Schritt beschrieben. 1.1, und eine adaptive Beschleunigungs Ausbildung Modellbau, bezeichnet im Schritt. 4.1 und 4.2, wird als eine verbesserte Version eines präsentierttypische MRW. Solche Schlüsselfunktionen führen zu einer verminderten Infarktvolumen als MRW. Die Gesamtkonstruktion des dargestellten Systems wird als eine Ratte freundlich testbed eine Verringerung ineffektiv Bewegung ausgelegt. Genauer gesagt sind vier Paare von Infrarot-Sensoren eingesetzt, um die Echtzeit-Position einer Ratte zu erfassen, um ein Maß Bereitstellung einer wirksamen Übungsaktivität zu quantifizieren, in Schritt definiert. 6.6, für Vergleiche auf Korrelation mit den MNSs Partituren, schiefe Ebene Winkel und Hirninfarkt Volumen. Diese Maßnahme kann jede Art von neurophysiologischen Experimenten zur Quantifizierung verwendet werden, nicht realisierte noch in konventionellen Trainingsplattformen. Es ist jedoch sehr wahrscheinlich, dass eine effektive Übung kann nicht für eine kleine Ratte nachgewiesen werden aufgrund einer sparse Verteilung von IR-Sensoren. Weiterhin ist ein großer Nachteil in Bezug auf ein Laufband, dass nur eine einzelne Ratte zu einer Zeit auf dieser Plattform ausgebildet werden können. Das System zur Fehlerbehebung umfasst zwei Teile. Eine ist eine genaue Ausrichtung des Sensors für die Signalübertragung und den Empfangaufgrund der hohen Richtwirkung IR, während die andere das Laufrad in bestimmten Umdrehungen pro Minute (rpm) rotiert. Eine IR-Quelle / Detektor-Paar müssen ausgerichtet werden, bis ein starkes Signal kann durch den Detektor empfangen werden. Im Hinblick auf das Laufrad wird die 10 cm Durchmesser Gummischeibe allmählich verschlissen, wenn das Rad für eine lange Zeitdauer gedreht wird. Deshalb, um eine Feder Notwendigkeit als eine Möglichkeit , gelockert werden , um eine unzureichende Gummischeibe Reibung für normale Radumdrehung zu kompensieren. Tabelle 2 zeigt einen Vergleich der Systeme in Hirnschäden Reduktion Experimente verwendet Mobilität Tier gezwungen.
Tests geben deutlich bessere Ergebnisse in Bezug auf die MNSs Partituren, Neigungswinkel und der Infarktvolumen in der PRW-Gruppe als in der Kontrollgruppe (p <0,05). Die PRW Gruppe wurde als eine validierte die meiste Menge der wirksamen Ausübung Ausbildung unter allen Trainingsgruppen. In dieser Studie, bei der Verwendung der traditionellen MRW trainiert, Ratten are häufig über 20 m / min, eine Vereinbarung mit einem Stück früheren Arbeiten 9 mit einer Geschwindigkeit zu halten , auf die Stangen der Piste und sich weigern , zu laufen gefunden. Als eine Möglichkeit, die Ratte Trainingsleistung, die metallische Startbahn als High-Density-Gummi Laufbahn neu gestaltet in dieser Arbeit zu verbessern. In einem Laufband, ist psychische Belastung unweigerlich auf den elektrischen Schlag getriebenen Ratten auferlegt, ein ungelöstes Problem in der Disziplin der Physiologie in der Vergangenheit. Daher muss ein Weg gefunden werden, um die Taumelfrequenz zu verringern und die psychische Belastung an Ratten während des Trainings auferlegt zu erleichtern. Auf diese Weise kann die Testergebnisse genau interpretiert werden wird, als überzeugende Art und Weise die Ausübung Nutzen zu Hirnschäden Reduktion zu demonstrieren. Dies ist eine große Motivation hinter dieser Arbeit.
Diese Arbeit liefert erfolgreich ein quantitatives Maß für eine wirksame Ausübung Aktivität mit dem Infarktvolumen korreliert, die die meisten direkten Beweis für einen Schlaganfall Schaden. Daher effektive Übungin anderen Tierarten basierten Tests können entsprechend qualifiziert werden. Wie in 6 dargestellt - 8 sowohl die Trainingsintensität und Dauer sind in der neurophysiologischen Experimenten vom Benutzer angegebenen, aber nicht unter Berücksichtigung der effektiven Menge eines Bewegungstraining. Eine effektive Wahrnehmung Aktivität wird als Schlüsselfaktor für den Schlaganfall Neuroprotektion validiert, mit dieser Ratte freundliche und innovative Tiermobilitätssystem.
Es wird angenommen, dass diese Plattform kann auf variable Geschwindigkeit Ausbildung und damit verbundenen Probleme in der Zukunft angewendet werden. Wie in 24 darauf hingewiesen, 25, variable Geschwindigkeit Ausbildung als effektiver Ausbildung in der Disziplin der Sportphysiologie betrachtet. Mit Infrarot-Positionserfassungstechnik als Basis können variable Geschwindigkeitstraining genau auf Athleten für eine tiefe Untersuchung der neurophysiologischen Schutzmechanismus durchgeführt werden.
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Brushless DC motor | Oriental Motor | BLEM512-GFS | |
| Motor driver | Oriental Motor | BLED12A | |
| Motor reducer | Oriental Motor | GFS5G20 | |
| Speedometer | Oriental Motor | OPX-2A | |
| Treadmill | Columbus Instruments | Exer-6M | |
| Infrared transmitter | Seeed Studio | TSAL6200 | |
| Infrared Receiver | Seeed Studio | TSOP382 | |
| Microcontroller | Silicon Labs | C8051F330 | |
| CCD camera | Canon Inc. | EOS 450D | |
| Image processing software | Adobe Systems Incorporated | ADOBE Photoshop CS5 12.0 | |
| Image analysis | Media Cybernetics | Pro Plus 4.50.29 | |
| Sodium pentobarbital | Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA) | SIGMA P-3761 | |
| Ketamine | Pfizer (Kent, UK) | 1867-66-9 | |
| Atropine | Taiwan Biotech Co., Ltd. (Taoyuan, Taiwan) | A03BA01 | |
| Xylazine | Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA) | SIGMA X1126 | |
| Buprenorphine | Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA) | B9275 |
References
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