Summary
Bu çalışmada sıçanlarda etkili bir egzersiz aktivitesini ölçmek için yenilikçi bir çalışan tekerlek tabanlı hayvan hareketlilik sistemi sunuyor. Bir sıçan dostu testbed önceden tanımlanmış adaptif hızlanma eğrisi kullanılarak inşa edilir ve etkili bir egzersiz oranı ve infarkt hacmi arasında yüksek bir korelasyon inme önleme deneyleri için protokolün potansiyelini göstermektedir.
Abstract
Bu çalışma sıçanlarda inme etkilerin şiddetini hafifletmek için bir egzersiz aktivitesinin etkinliğini ölçmek için bir yol olarak, bir konumlandırma çalışan tekerlek (prw) ile donatılmış bir hayvan hareket sistemi sunulur. Bu sistem, koşu bandı ve motorlu koşu tekerlekler (MRWs) ticari olarak mevcut sistemlerin daha etkili hayvan egzersiz eğitimi vermektedir. yalnızca aşağıda hızları elde edebilirsiniz bir MRW aksine 20 m / dak, sıçanlar 30 m istikrarlı bir hızda çalışmasına izin verilir / dak 15 cm genişliğinde akrilik tekerlek ile desteklediği daha geniş ve yüksek yoğunluklu kauçuk koşu pistinde Bu çalışmada, 55 sm bir çapa sahiptir. Önceden tanımlanmış bir adaptif hızlanma eğrisi kullanılarak, sistem yalnızca operatör hataları azaltır, aynı zamanda belirli bir yoğunluk ulaşana kadar ısrarla çalıştırmak için fareleri eğitiyor. Egzersiz etkinliğini değerlendirmek için bir yol olarak, bir sıçan gerçek zamanlı konum çalışan tekerlek üzerinde konuşlanmış kızılötesi sensörlerin dört çift ile tespit edilir. bir kereadaptif ivme eğrisi, bir mikrodenetleyici kullanılarak başlatılan kızılötesi sensörler ile elde edilen veriler otomatik olarak bir bilgisayara kaydedilir ve analiz edilir. Karşılaştırma amacıyla, 3 hafta eğitim bir koşu bandı, bir MRW ve PRW kullanarak sıçanlar üzerinde yürütülmüştür. cerrahi orta serebral arter tıkanıklığı (MCAO) oluşturulduktan sonra, modifiye nörolojik şiddet skorları (mnss) ve eğik düzlem testi farelere nörolojik hasarlar değerlendirmek için yapılmıştır. PRW deneysel, hayvan hareketlilik sistemleri arasında en etkin olarak doğrulanmıştır. Ayrıca, sıçan pozisyon analizine dayalı bir egzersiz etkinliği ölçmek, orada etkili egzersiz ve infarkt hacmi arasında yüksek bir negatif korelasyon olduğu ve beyin hasarı azaltma deneyleri her türlü bir sıçan eğitimi ölçmek için kullanılabilir olduğunu göstermiştir.
Introduction
The Strokes, fiziksel ve 1, 2 zihinsel engelli sayısız hastayı bırakarak, küresel ülkelere mali yük olarak sürekli var. Orada düzenli egzersiz sinir rejenerasyonu artırmak ve sinirsel bağlantılar 3, 4 güçlendirmek olduğunu öne süren klinik kanıtlar olduğunu ve aynı zamanda egzersiz iskemik inme 5 acı riskini azaltabilir gösterilmiştir. 8 - Bir koşu bandı ya da sıçanlar gibi bir egzersiz eğitim sistemi, kemirgenler gibi çalışan bir tekerleği ile ya, klinik deneyler 6 geniş bir çoğunluğunda egzersizlerinin etkinliğini test etmek için insanlar için bir vekil olarak hizmet vermektedir. Bir eğitim sistemi normal sıçan belli bir hızda çalışır sırasında belli bir süre için bir sıçan eğitim gerektirir. 8 - Bu nedenle, eğitim yoğunluğu genellikle egzersiz hızı ve süresi 6'ya göre hesaplanır. Aynı yaklaşım uygulanırnörofizyolojik koruma için gerekli egzersiz miktarını tahmin. 11 - Bununla birlikte, deneysel egzersizleri bazen böyle bir sıçan sendeler, düşer, ya da çalışan tekerlek hızı 9 yakalamak mümkün değildir kez raylar kapmak olduğu gibi, etkisiz olduğu tespit edilmiştir. Tabii etkisiz egzersiz olayları önemli ölçüde egzersiz yarar azaltmak demek. Hiçbir evrensel olarak kabul edilmiş bir yaklaşım olsa da, şu anda beyin hasarı azaltmak için etkili egzersizler ölçmek için, etkili egzersizlerin seviyesi hala klinik araştırmacılar nörofizyoloji disiplin egzersizin yararlarını göstermek için objektif bir değerlendirme olarak duruyor.
Günümüz beyin hasarı azaltma deneyleri 12 kullanılan ticari olarak temin edilebilen hayvan hareket sistemlerinde sınırlamalar vardır mevcuttur. Bir koşu bandı durumda, fareler psikolojik muazzam uyaran, elektrik şoku yoluyla çalıştırmak zorundaNihai nörofizyolojik test hayvanları gerilme ve böylece müdahale 8, 13, 14 oluşur. Koşu tekerlekleri yani gönüllü ve zorunlu iki tip olarak kategorize edilebilir. Motorlu çalışan tekerlekler (MRWs) çalıştırmak için sıçanları zorlayarak, tekerleği çevirmek için bir motor istihdam ederken Gönüllü çalışan tekerlekler nedeniyle farelerin fiziksel özellikleri ve yetenekleri 15 farklılıkların aşırı değişkenlik yaratan, fareler doğal çalışmasına izin. Ayrıca zorla bir eğitim biçimi olmasına rağmen, MRWs koşu bandı 13, 16, 17 den sıçanlar üzerinde az psikolojik stres uygular. Ancak, MRWs kullanarak deneyler fareler bazen tekerlek izlerinde raylar kapma ve 20 m / dak 9 aşan hızlarda çalıştırmak reddederek egzersiz kesme bildirmiştir. Bu örnekler, şu anda temin edilebilen hayvan hareket sistemleri, egzersiz etkili inhibe bir dezavantaj olduğunu göstermektedir. İçinobjektif sıçan eğitim amaçlı, oldukça etkili bir eğitim sisteminin geliştirilmesi ancak düşük parazit ile bu nedenle nörofizyolojik egzersiz deneyleri için acil bir mesele olarak görülüyor.
Bu çalışma, inme 11 etkilerinin şiddetini azaltmak üzerine deneyler için son derece etkili bir koşu tekerlek sistemini sunuyor. Bir eğitim sürecinde parazit faktörlerin az sayıda ek olarak, bu sistem dolayısıyla etkili bir egzersiz aktivitesinin daha güvenilir bir tahmin elde tekerlek gömülü kızılötesi sensörler kullanılarak bir sıçan çalışan konumunu algılar. Geleneksel koşu bandı ve MRWs hem de sık sık egzersiz kesintileri dayattığı psikolojik stres nedeniyle egzersiz tahminlerinin nesnelliği çarpık. Etkili exe ölçülmesi için güvenilir bir eğitim modeli sağlarken bu çalışmada sunulan bir konumlandırma çalışan tekerlek (PRW) sistem istenmeyen parazitleri en aza indirmek için bir girişim geliştirilmiştirrcise.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Etik Beyanı: deneysel prosedürleri Bilim ve Teknoloji Laboratuar Hayvan Merkezi Güney Tayvan Üniversitesi, Ulusal Bilim Konseyi, Çin Halk Cumhuriyeti (Tainan, Tayvan) hayvan etik komitesi tarafından onaylandı.
1. Koşu Tekerlek Yapısı oluşturma
NOT: Tüm Akrilik şeffaf olmalıdır. Her kullanımdan sonra lastik parça ve akrilik levha silmek için alkol kullanmayın, daha sonra su ile demonte tekerleği yıkayın.
- çapında 55 cm genişliğinde 15 cm olmak için akrilik çalışan tekerleği edinin.
Not: (f ŞEKIL 1 A) Bu tekerlek geleneksel çalışan tekerlek (genişlik = 12 cm çap = 35 cm) daha büyüktür. - Bir kesici kullanarak, bir giriş ve sıçanlar için de bir çıkış (Şekil 1B) olarak hareket etmek çalışan tekerlek bir tarafında bir çeyrek daire açılış kesmek. ACR iç yüksek sürtünmeli lastik parçanın bir katmanı yerleştirin-ilik tekerleği (Şekil 1B).
- Koşu tekerleği (Şekil 1B) bağlamak için rulman ile demir çubuk yerleştirin. Destek çerçevesi (Şekil 1B) olarak hareket etmek çalışan tekerleğin her iki tarafında iki akrilik üçgen sütun yerleştirin.
- vidalar kullanılarak iki üçgen sütun dış kenarlarına, bir 1 mm kalınlığında yarım daire şeffaf akrilik levha yerleştirin. kızılötesi sensörler dağıtmak için bu sayfayı kullanın. akrilik levha yaklaşık 3 cm uzakta çalışan tekerleğin her taraftan emin olun.
2. Kızılötesi Sensörler Dağıtma ve Etkili Egzersiz Alanı Tanımlanması
NOT: hesaba çalışan tekerlek boyutu ve kızılötesi sistem tasarımında sıçan uzunluğunu alın. Bir sıçan bir seferde sadece tek bir sensör tetikler. Bu deneyde, fareler 20 ila 23 cm uzunluğundadır.
- mesafe ile, akrilik levhalar her 45 ° (ark aralığı = 21 cm) bir delikiki delik arasına bir test sıçan uzunluğuna eşdeğerdir olmak. Delikleri kızılötesi sensörler (Şekil 2A) aynı boyuta getirmek.
NOT: Geleneksel MRWs için, (= 21 cm, Şekil 2B ark aralığı) bir delik, her 70 ° delin. - Bir PRW deney sırasında, 135 ° 0 ° arasında çalışan bir kararlı durumda fareler korumak.
Böylece etkili bir egzersiz alanı olarak bu bölgeyi tanımlamak etkisiz egzersiz alanları gibi görünüm ise tüm diğer bölümler: NOT. Geleneksel MRWs için 140 ° (Şekil 2B) 0 ° arasında kısmı olarak etkili bir egzersiz alanı tanımlamak.
3. Koşu Tekerlek Sürüş
- Çalışan tekerleği sürücü için bir fırçasız DC motor ve motor sürücüsü kullanın.
- Motorun merkez ekseni (Şekil 1B) bir 10 cm çapında lastik diski monte edin.
- Motorun desteklemek için demir çerçeve ve yaylar kullanılarak, lastik diski bağlamakçalışan bir tekerlek dış tarafına motorun merkezi ekseni.
NOT: yaylar dinamik motor yükseklik ayarı izin vida ile işbirliği olmalı ve çünkü gevşek yayların çalışan tekerlek izlemek için kesilmiş olan lastik diski önlemek için. - Bir mikrodenetleyici kullanarak 10 cm çapında lastik diski sürücüye motoru çalıştırın ve tekerleği gözlemlemek motorlu koşu tekerlek platformu oluşturmak, kauçuk disk ve tekerlek piste arasındaki sürtünmeden dolayı döndürün.
- 0 ° 135 ° (Şekil 2A) arasında Dağı dört kızılötesi sensörler sırayla.
NOT: Geleneksel MRWs için, 140 ° (Şekil 2B) 0 ° arasında sensörleri monte edin. - böylece bir konumlandırma çalışan tekerlek sistemi oluşturarak, tek damarlı kablolar kullanılarak mikroişlemcinin genel pimleri her iki akrilik levhalar monte kızılötesi sensörler dört çift bağlayın.
4. Bir Adaptif HIZLANMA OluşturmaCurve
- Üç gün resmi 3 haftalık egzersiz eğitiminin başlamasından önce, elle çalışan tekerleği işleterek sıçan tren.
NOT: amaç sıçanlar çalışan çevre aşina olmak için izin vermek ve her sıçan 20 m / dak çalışan tahammül olup olmadığını test etmektir.- Bir sıçan ayak uydurmak mümkün olduğu kadar elle çalıştırılan eğitim sırasında, yavaş yavaş koşu hızını. Bu durumda fare sürekli çalışan hızı kavuşur kadar, hızını azaltabilir ve sıçan 20 m / dak (Şekil 3'te kesik çizgiler) ulaşana kadar sonra yavaş yavaş tekrar hızını artırmak. manuel eğitim eğitim eğrilerini oluşturmak için yedi sıçan içerir.
- Sayısal denklem kullanılarak, manuel test gününde 3 ölçülen verilere uygun manuel eğitimi (çevrelerle eğrisi, Şekil 3) en yakın ivme eğrileri hesaplamak için. Ham veri, C ini = 8, C fin sığdır Denklem 1 NOT: Bu denklem, bir sıçan vücut durumuna uyarlar. Bu nedenle, bir adaptif ivme eğitim modeli olarak hesaplanan eğrisine bakın.
(1) - örgün eğitimin Hafta 1 Denklem 1 kullanın.
- Hafta 2 ve eğitim 3 Denklem 1 parametrelerini ayarlamak için, o, 12 ila 22 değişim A, demek hızı 30 m / dak ulaşmak sağlamaktır.
(1) 5. Yazılım Programı denetleme
NOT: Münhasıran mikroişlemci tabanlı motor işletimi için ve sonraki veri analizi için bir bilgisayara kızılötesi sensörler sinyal iletimi için bir kod geliştirmek.
- bir ana program ve zamanlayıcı için iki kesme hizmet rutinleri ihtiva eden bir yazılım kontrol programı yazmak için C programlama dili kullanınmikrodenetleyici 18.
- Ana program mikroişlemcinin kayıt başlatır ve mikroişlemcinin belleğinde bir adaptif ivme eğrisi modeli oluşturur emin olun.
- adaptif hızlanma eğrisi etkinleştirmek ve tüm eğitim süresini hesaplamak için Timer 0 kesme hizmet yordamı kullanın.
- kızılötesi sensörler sinyal veri ayıklamak için zamanlayıcı 1 kesme hizmet yordamı kullanın ve bilgisayara veri aktarmak için.
- Koşu tekerlek hızını ayarlamak için 0 o konumunu kaydetmek için ana programı kullanın.
- 0 ° alıcı IR sensörü tetiklenir sonra, ana program tarafından birikmiş bir düşüş insidansı olarak yorumlamak. sonbahar insidanslarının oluşumu süreleri an sıçan pozisyon algılama sayısı% 10 seçim barajını vurur, eğitimli fareler için bir güvenlik önlemi olarak otomatik olarak çalışan tekerleği deaccelerate. NOT: Hız osıçan güvenliği önlemi için istikrarlı bir çalışma durumuna (135 o kadar o 0) güvenli bölgeye dönmek ve korumak kadar f çalışan tekerlekli azalır.
6. Konumlandırma Koşu Tekerlek İşletim Sistemi
- mikrodenetleyici açın ve bir operatör, her hafta eğitim modelini başlatmak için düğmesine basın bekleyin.
- Hafta 1 eğitim modelini başlatmak için "Başlat" düğmesine basın.
NOT: 20 m / dak ulaşır ve otomatik olarak 30 dakika sonra durana kadar motor otomatik adaptif hızlanma eğrisi dayalı hızlandırır. - 2. Hafta için eğitim modeli başlamak için "Başlat" düğmesine basın.
NOT: 30 m / dak ulaşır ve otomatik olarak 30 dakika sonra durana kadar motor otomatik adaptif hızlanma eğrisi dayalı hızlandırır. - 3. Hafta için eğitim modeli başlamak için "Başlat" düğmesine basın.
NOT: motor otomatik ACCELERAotomatik olarak 30 m / dak ulaşana kadar ve uyarlanabilir hızlanma eğrisine göre TES 60 dakika sonra durdurulur.
NOT: Tüm eğitim süreci boyunca, kablosuz bir bilgisayara kızılötesi sensörlerden alınan sinyal veri iletimi.
- Hafta 1 eğitim modelini başlatmak için "Başlat" düğmesine basın.
- bir bilgisayar kullanarak, (tüm egzersiz süreci için etkili bir egzersiz önlemi almak için konum verileri analiz
). Denklem 2'ye bakınız. 
(2)
NOT: EEE, EED ve IED sırasıyla etkili bir egzersiz ölçü, etkili ve etkisiz egzersiz sürelerini temsil etmektedir.
). Denklem 2'ye bakınız. 
(2) 7. Rats Eğitim
- Sham, kontrol, koşu bandı, MRW ve PRW gruplar: Rasgele (her grup için n = 9) beş gruba yetişkin erkek Sprague-Dawley sıçanları bölün.
- Tr, yani üç egzersiz gruplar için 3 haftalık egzersiz eğitimi Davranışeadmill, MRW ve PRW grupları, sham ve kontrol grupları için yok ederken.
NOT: Her egzersiz grubu için 3 haftalık egzersiz eğitimi Hafta 3 sırasında / 1. Hafta boyunca 30 dakika, 60 dakika boyunca 30 2. Hafta boyunca 30 dakika boyunca m / dk ve 30 m / dak için en az 20 m.
8. Hayvan ve İnme Modeli
- Sec belirtildiği üzere. 7.1, rastgele 5 gruba, 250-280 g arasında değişen, tüm ilgili yetişkin erkek Sprague-Dawley sıçanları bölün.
- Doğru ilaç dozaj hesaplamaları sağlamak için tüm hayvanları tartılır. (25 mg / kg, periton boşluğu içine [IP]) ile bir karışımı, ihtiva ketamin (4.4 mg / kg, kas içi [im]), atropin (0,02633 mg / kg, [im]) ve ksilazin (6.77 mg sodyum pentobarbitalle fareleri anestezisi / kg [im]).
- Solunum hızını (normal 70-115 solunum / dk), ritim, solunum, mukoza renk ve reflekslerin düzenli testler derinliği, örneğin ayak tutam, kuyruk tutam, göz kapağı / kirpik izleyerek anestezi derinliği değerlendirmekve palpebral.
- rektum içine sıcaklık probları yerleştirin ve ayrı ısıtma lambaları kullanılarak 37.5 ° C 37 arasında rektal sıcaklıkları korumak.
- Dış karotid arteri yaklaşım 19 ile orta serebral arterin deliği tıkamak için iç karotid artere bir filaman sokulmasıyla Fokal iskemi, geçici orta serebral arter oklüzyonu (MCAO) neden.
- internal karotid arter içine bir filament takmayın ise, sham operasyonu hayvanlar üzerinde aynı işletim prosedürleri uygulayın. , 1 saat boyunca fokal serebral iskemi korumak filament kaldırmak, insizyon kapatın ve sonra reperfüzyon izin çekilmiş olabilir çıkıntılı naylon sütür, 1 cm bırakın.
- 3 gün boyunca günde iki kez analjezi için hayvanlara subkutan (sc), bir analjezik (buprenorfın (0.05mg / kg, sc)) enjeksiyonları, uygulayınız.
9. Sinir Hasar değerlendirilmesi
- Evalnörolojik şiddet skoru (mnss) 20 ve bir eğik düzlem testi 21 sırasıyla uate nörolojik ve motor fonksiyonları,.
NOT: mnss motora (kas durumu, anormal hareket), duyusal (görsel, dokunsal ve proprioseptif) ve refleks testleri bir kompozit. Bir görevi gerçekleştirmek için başarısızlık için bir puan verin. 0-18 bir ölçekte Oranı nörolojik fonksiyon (normal skoru = 0; maksimum açığı puanı = 18). - Ameliyattan sonra 7 günlük bir zaman dilimi içinde bir gün önce ve günlük davranış performans açısından tüm fareler değerlendirin.
- eğik düzlem kullanarak farenin arka bacak kavrama gücü ölçün.
- günlük bazda eğimli tırmanma aparatı üzerinde sıçan yerleştirin ve 1 hafta test etmeden önce aparat sıçan ve test koşullarını iklime alıştırmak.
- Cihazın üzerine her sıçan yerleştirin ve iklimlendirme döneminde aparatın üst kadar platformu tırmanmaya sıçan teşvik ediyoruz.
- En sıçan yerleştirintest sırasında aşağı kafa ile aparatın üst. Eğik düzlemde bir 20 x 20 cm 2 lastik nervürlü yüzeye boyunca sıçan kalır vücut ekseni 25 ° lik bir açıyla başlayan olduğundan emin olun.
- dinamik bir hayvan düzlemine tutunabileceği hangi maksimum açıyı belirlemek için bir adım motoru ile bağlantılı bir top vida kullanılarak açısını artırın. Fare eğik düzlemde tutmak için başarısız kadar kademeli eğik düzlem açısını arttırmak ve daha sonra bir aşağı kayar olayı algılar. eğik düzlem taban çizgisi derecesi başında 25 ° 'dir.
- Bağımsız sol ve sağ tarafı maksimal açıları ortalama, yani incelemek ve tüm davranışsal testler puan, iki gözlemci (sıçan verildiğini hangi tedavinin habersiz) değildir.
- Kurban fi s MCAO gün sonra 7 tüm hayvanlar. (100 mg / kg, ip, sodyum pentobarbital) tuzlu su 22, derin anestezi altında hayvanların kalpleri serpmek 22 kullanılarak 2,0 mm koronal bölüme dilimlenmiş 5 dakika boyunca soğuk tuzlu su içinde beyin dokusu batırmayın.
- daha sonra, 24 saat boyunca 4 ° C'de fiksasyon% 5 formaldehid çözeltisi dilim transfer 30 dakika için 37 ° C 'de 2, 3, 5-trifeniltetrazolyum klorür (TTC) taze beyin bölümleri daldırın. Bir pleksiglas tutucu lekeli beyin dilimleri yerleştirin.
- Görüntü işleme yazılımı yüklü bir kişisel bilgisayara bağlı bir CCD kamera kullanılarak kalibre ölçekli TTC-lekeli dilimleri fotoğrafını. Her TTC-lekeli beyin dilim 23'ten enfarkte olmuş alan (mm2) tahmin etmek için bir de yarı otomatik bir görüntü analiz sistemi kullanın.
- tüm beyin dilim infarkt alanlarının toplamı olarak her bir dilim için toplam enfarktüs hacmi hesaplayın. Mark ayrı 2 mm'lik dilimlere her iki tarafında boyanmadan alanı (iskemik beyin), daha sonra enfarkt hacmi ve ortalama değeri hesaplanır.
- CalcuGeç düzeltilmiş enfarktüs hacmi (CIV) olarak
CIV = {LT (RT RI)}
D (3)
NOT: LT ve RT mm 2 sol ve sağ hemisfer alanları göstermek, sırasıyla, RI mm 2 infarkt alanı, ve d = 2 mm kesit kalınlığı.
D (3) Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Bu bölüm, karşılaştırmalar ayrılan beş gruplar arasında mnss skorları, eğim düzlemi test sonuçları ve beyin enfarktüsü birimlerinde, ameliyattan 1 hafta sonra yaptı. Şekil 4A ve sırasıyla ortalama mnss puanları ve eğim düzlemi test sonuçlarının ortalamasını sunmak 4B edilir. PRW grubu mnss iyileştirme açısından en iyi olarak görünür. PRW ve MRW arasında koşu bandı ile PRW arasında önemli farklar açıkça PRW mevcut diğer hayvan hareketlilik sistemlerinden daha etkin bir şekilde inmeye karşı koruduğunu göstermektedir. Eğik düzlem testleri açıkça inme etkilerinin şiddetini azaltmada bir araç olarak egzersiz yararlarını gösteren, ameliyattan sonra yedi günlük bir zaman dilimi içinde kontrol grubuna göre daha tüm egzersiz gruplarında anlamlı dik eğim açılarında yapılmaktadır. Özellikle, prw grubunda eğim açısı Stee olarak elde edilmiştirkoşu bandı ve MRW daha toparlanma yüksek seviyesini gösteren, tüm egzersiz grupları arasında baş belası ve plasebo grubuna göre bile karşılaştırılabilir. Bundan başka, Şekil 4C, nöral hasar tespit 7 gün sonra, beyin bölümleri ekstraksiyon uygulandıktan sonra, prw grubu sadece, kontrol grubuna göre önemli ölçüde daha küçük enfarktüs hacmini sergiledi, aynı zamanda, tüm çalışma grupları arasında küçük enfarktüs hacmini sergiledi göstermektedir. Nedenle açıkça PRW kullanılarak eğitilmiş fareler beyin hasarı azaltma eğitimi açısından PRW üstünlüğünü doğrulayan, ticari olarak mevcut eğitim sistemlerini kullanarak daha beyin enfarktüsü hasarı önemli ölçüde daha az miktarda acı gösterilmiştir.
Bu çalışma beyin hasarı azaltma eğitimi etkili bir egzersiz aktivitesini ölçülmesi için bilimsel bir yaklaşım sundu. Eğitimin 3 hafta boyunca, PRW bir% 98 etkili egzersiz önlem ise, orada MRW sadece% 68 (Tablo 1). etkili bir egzersiz oranı bu anlamlı fark PRW eğitim mekanizmasının üstünlüğü olduğunu gösteriyor. 1 olarak tanımlanan etkisiz egzersiz ölçüsü, - etkili bir egzersiz önlem ve mnss skoru (Şekil 4A) ile ilişkili, mnss skoru (Tablo 1) ile% 88 korelasyon verir. Buna ek olarak, etkili bir egzersiz ölçü ve eğim düzlem açı (Tablo 1) ve etkisiz egzersiz ölçü ve infarkt hacmi (Tablo 1) arasında bir% 92 korelasyon arasında% 85 korelasyon mevcuttur. Özel olarak,% 98 kadar yüksek etkili bir egzersiz önlem prw durumunda çok düşük bir infarkt hacmiyle bağlantılıdır. Anlamlı bir ilişki dolayısıyla etkisiz egzersiz ve nörolojik hasar yaygınlığı arasında gösterilmiştir.
/54354/54354fig1.jpg "/>
Şekil 1: PRW sistemi prw (A) Tasarım çizimi.. çalışan tekerlek çapı 55 cm ve genişliği 15 cm'dir. Çalışan tekerleğin alt yarısında, bir delik kızılötesi sensörler taksit için her 45 ° delinmiş edilmiştir. (B) PRW Gerçek resim. Yüksek sürtünme kauçuk parça bir tabaka akrilik tekerleğin iç tarafında konumlandırılmıştır. çalışan bir tekerlek bir tarafında bir çeyrek daire Delik, bir giriş ve bir çıkış için de yetişmiş hayvanlarda olarak hareket eder. yatakları ile bir demir çubuk çalışan tekerleği destekleyen, üçgen sütunlara çalışan tekerleği bağlar. Bir motor koşu tekerlek pistin dışına ayarlanır ve 10 cm'lik merkezi eksenli monte kauçuk disk ile çalışan tekerlek iz bağlanır. Bir mikro motoru çalıştırır ve böylece çalışan tekerleği komutları. yarım daire, saydam akrilik tabakaların bir çift üçgen Colu bağlıdırlar MNS ve kızılötesi sensörler dört çift akrilik levhalar yerleştirilmiştir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 2: kızıl ötesi sensörlerin dağıtımı (A) prw boyutuna ve bir sıçan vücut uzunluğu göre, kızılötesi sensörler, bir çift, her 45 ° 0 ° ila 135 ° (8 sensör toplam üreten) tahsis edilmiştir. . ° 0 ° ve 135, sıçanlar, normal çalışan bir devlet sergiledi ve bu nedenle bu alanda etkili bir egzersiz alanı olarak tanımlandı. MRW durumunda (B), kızılötesi sensörlerin bir çift 140 ° 0 ° arasında her 70 ° konuşlandırıldı.= "_ Blank" olsun> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 3:. Düzgün hızlandırıcı egzersiz için bir adaptif ivme eğitim modelinin inşaatı kesikli çizgiler Gün 3 yedi sıçan eğitimi için el belirtilen ivme eğrileri temsil ve üstel fonksiyonu olarak karakterize edilebilir. Doğrusal olmayan eğri uydurma buna göre yapılır. çevrelerle eğri Hafta 1 başlangıç adaptif hızlanma eğrisini temsil kısa Hafta 1 eğrisi. Hafta 2 ve 3 için eğri 30 m / dk (C fin = 30) son bir hız ile Hafta 1 eğrisinin ayarlanmış bir versiyonu. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 4:. Ameliyattan sonra 7 günlük bir zaman dilimi içinde gruplar arasında nörolojik hasar değerlendirmesi (9 fareler ile her bir grup) Karşılaştırılması (A) Ortalama mnss puanları (ortalama ± SD). Tüm egzersiz arasında anlamlı varyasyon ve kontrol gruplarının, delil egzersiz faydaları beyin hasarı azaltma mevcuttur. PRW grup, diğer eğitim sistemlerinin üstün bir nöroprotektif mekanizma gösteren, egzersiz grupları arasında en düşük puanı sağlar. (B) Ortalama arka bacak testi açıları (ortalama ± SD). Bir çok dik açı kontrol grubuna göre PRW gösterilmiştir ve tüm egzersiz grupları arasında dik olarak gösterilmiştir. Buna ek olarak, prw ve sham grupları arasında çok az fark vardı indicatidaha yüksek bir seviyeye o prw rejenere farelerin arka bacak kavrama ng. Enfarktüs hacmine (C) Karşılaştırma (ortalama ± SD). PRW kontrol grubuna göre daha küçük hacim kazanır ve beyin hasarı azaltma üzerinde PRW belirgin etkisi doğrulayarak, tüm egzersiz grupları arasında en düşük sırada yer alıyor. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
| grup | Etkili egzersiz önlemi% (EEE) | mnss | Eğik düzlem açı | Enfarktüs hacmi |
| 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> |
| Kontrol | 0 | 100 | 0 | 100 |
| EEE ile korelasyon katsayısı (R2) | -0,88 | 0.85 | -0,92 |
Tablo 1: etkili bir egzersiz aktivitesi ve nörolojik hasar arasındaki korelasyon Karşılaştırılması PRW, MRW ve kontrol grupları arasında etkili egzersiz etkinlik karşılaştırılması.. PRW ve MRW grupları PRW etkili bir eğitim daha fazla miktarda sağlar, yani bir 3 haftalık eğitim sonrasında, sırasıyla, bir% 98 ve% 68 ortalama etkin egzersiz ölçü verir. mnss ve etkisiz egzersiz önlemi, etkili bir egzersiz ölçü ve eğik düzlem açı ve etkisiz egzersiz ölçü ve infarkt hacmi arasında bir korelasyon 0.92 arasında bir korelasyon 0.85, saygı arasında 0.88 korelasyon vardır varively. Özellikle,% 98 kadar etkili bir egzersiz oranı PSW son derece küçük infarkt hacmi ile ilişkilidir. mnss verileri, eğik düzlem açısı ve enfarktüs hacmi normalleştirilir.
| işlev | PRW (bu çalışma) | MRW | ayak değirmeni |
| egzersiz | Zorla (yanal motorlu) | Zorla (merkezi motorlu) | Zorla (elektrik çarpması) |
| Aynı anda eğitim hayvanların sayısı | Tek | Tek | çoğulluk |
| pist yapısı | Dokulu kauçuk kayış | Barlar | kauçuk kayış |
| trainable yoğunluğu | Düşük, orta, yüksek | Düşük, orta | Düşük, orta, yüksek |
| Adaptif ivmeEğitim | Evet | Yok hayır | Yok hayır |
| pozisyon algılama Koşu | Evet | Yok hayır | Yok hayır |
| yavaşlama eğitimi | Evet | Yok hayır | Yok hayır |
| Etkili egzersiz değerlendirmesi | Evet | Yok hayır | Yok hayır |
Tablo 2:. Hayvan hareketlilik sistemleri arasında karşılaştırma PRW eğitim yoğunluğunun herhangi bir düzeyinde kullanılabilir. adaptif eğitim eğrisi ile özelleştirilmiş tekerleği birleştiren, PRW meslektaşları için üstün bir alternatif olarak hizmet vermektedir. Ayrıca, kızılötesi pozisyon algılama tekniği beyin hasarı azaltmak için etkili bir egzersiz aktivitesini ölçmek için kullanılır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu protokol, hayvan felç etkilerinin şiddetinin azaltılması için son derece etkili çalışan tekerlek sistemi tarif eder. Bir fare için uygun test yeri olarak, bu platform, bir sabit bir çalışma hızı önceden tespit edilmiş bir adaptif hızlanma eğrisi vasıtasıyla bir çalışma süreci boyunca fareler tarafından korunabilir şekilde de tasarlanmıştır. Tipik bir eğitim sistemlerinde, önceden ayarlanmış eğitim hızları ve süreleri elle ayarlanır. bir egzersiz başladıktan sonra, önceden ayarlanan bir hızı çok kısa bir süre ulaşılır. Bu bağlamda, fareler onları takla ve sonbahar yapma ve buna göre çalışır istikrarını etkileyen, yüksek hızlara ulaşmak mümkün olması çok muhtemeldir. kritik adımlar, MRW aksine PRW de temel özellikleri şunlardır 1.1, 4.1 ve 4.2 vardır. adımda açıklandığı gibi geniş bir pist arasındaki entegrasyonu. 1.1 ve uyarlanabilir bir ivme eğitim modeli yapımı, adım anılacaktır. 4.1 ve 4.2, bir geliştirilmiş bir versiyonu olarak sunulmuşturTipik MRW. Böyle önemli özellikleri MRW daha düşük bir infarkt hacmi yol açar. sunulan sistemin genel tasarımına etkisiz egzersiz bir azalma için bir fare için uygun test yeri olarak tasarlanmıştır. Daha spesifik olarak, kızılötesi sensörlerin 4 çift adımda tanımlanan etkili bir egzersiz aktivitesini ölçmek için bir ölçü sağlayan, bir sıçan gerçek zamanlı konumunu algılamak için dağıtılır. 6.6, mnss skorları ile korelasyon karşılaştırmalar, eğik düzlem açı ve beyin enfarktüsü hacmi için. Bu önlem, geleneksel eğitim platformlarında henüz fark edilmemiş nörofizyolojik deneylerin her tür ölçmek için kullanılabilir. Ancak, bunun nedeni IR sensörleri seyrek dağılımı etkili bir egzersiz küçük bir sıçan için tespit edilemez çok olasıdır. Ayrıca, bir koşu bandı için büyük bir dezavantaj göreceli tek bir fare bu platformda bir seferde eğitilmiş olmasıdır. Sistem sorunlarını giderme iki bölümden oluşmaktadır. Bir sinyal iletim ve alım için doğru bir sensör hizalama olduğununedeniyle IR yüksek yönlülük, diğer dakikada (rpm) başına belirlenen devirde dönen çalışan tekerlek ise. Bir IR kaynağı / dedektör çifti güçlü bir sinyal dedektörü tarafından alınabilir kadar uyumlu hale getirilmesi gerekmektedir. çalışan bir tekerlek ile ilgili olarak, 10 cm çapında plastik bir disk tekerlekli, uzun bir süre boyunca yavaş yavaş döndürüldüğünde zaman yıpranmış. Bu nedenle, bir bahar ihtiyacı normal tekerlek dönüş için yetersiz lastik diski sürtünmeyi telafi etmek için bir yol olarak gevşemiş olması. Tablo 2 beyin hasarı azaltma deneylerde kullanılan zorla hayvan hareketlilik sistemleri üzerinde bir karşılaştırma verir.
Testler kontrol grubuna (p <0.05) daha PRW grubunda mnss puanları, eğim açısı ve enfarktüs hacimleri bakımından önemli ölçüde daha iyi sonuç verir. PRW grup, tüm egzersiz grupları arasında etkili egzersiz eğitiminin en fazla miktarda sağlayan biri olarak doğrulandı. Geleneksel MRW kullanarak eğitilmiş bu çalışmada, sıçan arE sıkça pist bar tutunmaya ve 20 m / dak, önceki çalışma 9 bir parça ile bir anlaşma ötesinde bir hızda çalıştırmak için reddetme bulundu. Sıçan eğitim performansını artırmak için bir yol olarak, metalik pist bu işin içinde bir yüksek yoğunluklu kauçuk koşu pisti olarak yeniden tasarlandı. bir koşu bandı olarak, psikolojik stres kaçınılmaz geçmişte fizyoloji disiplini, elektrik çarpması odaklı sıçanlar üzerinde çözülmemiş bir problem empoze edilir. Bu nedenle, bir yol takla sıklığını azaltmak ve eğitim sırasında fareler üzerinde uygulanan psikolojik stres kolaylaştırmak için bulunması gerekir. Bu şekilde, test sonuçları beyin hasarı azaltma egzersiz yararım göstermek için ikna edici bir yol olarak, daha doğru bir şekilde yorumlanabilir. Bu, bu işin arkasında büyük bir motivasyon olduğunu.
Bu çalışma başarıyla infarkt hacmi, inme hasar en doğrudan kanıt ile ilişkili etkili bir egzersiz aktivitesinin bir nicel ölçümünü sağlar. Bu nedenle, etkili bir egzersizhayvan tabanlı testler ve diğer tipler, buna uygun olarak nitelendirilebilir. 6 sunulduğu gibi - 8, egzersiz yoğunluğu ve süresi, hem kullanıcı tarafından belirtilen nörofizyolojik deneylerinde, ancak dikkate bir egzersiz eğitiminin etkili bir miktarda almayan. Etkili egzersiz faaliyeti bu fare dostu ve yenilikçi hayvan hareketlilik sistemini kullanarak, inme nöro için önemli bir faktör olarak doğrulanmıştır.
Platformu gelecekte sorunları değişken hız eğitime uygulanan ve ilişkili olabileceği düşünülmektedir. 24, 25 işaret ettiği gibi, değişken hız eğitim egzersiz fizyolojisi disiplini daha etkin bir eğitim olarak görülüyor. temel olarak kızılötesi pozisyon algılama tekniği kullanarak, değişken hız eğitimi tam nörofizyolojik koruma mekanizması içine derin bir soruşturma sporcular üzerinde yapılabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
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
- Mayo, N. E., Wood-Dauphinee, S., Cote, R., Durcan, L., Carlton, J. Activity, participation, and quality of life 6 months poststroke. Arch Phys Med Rehabil. 83 (8), 1035-1042 (2002).
- Duncan, P. W., Goldstein, L. B., Horner, R. D., Landsman, P. B., Samsa, G. P., Matchar, D. B. Similar motor recovery of upper and lower-extremities after stroke. Stroke. 25 (6), 1181-1188 (1994).
- Raichlen, D. A., Gordon, A. D. Relationship between exercise capacity and brain size in mammals. PLoS One. 6 (6), (2011).
- Trejo, J. L., Carro, E., Torres-Aleman, I. Circulating insulin-like growth factor I mediates exercise-induced increases in the number of new neurons in the adult hippocampus. J Neurosci. 21 (5), 1628-1634 (2001).
- Zhang, F., Wu, Y., Jia, J. Exercise preconditioning and brain ischemic tolerance. Neuroscience. 177, 170-176 (2011).
- Wang, R. Y., Yang, Y. R., Yu, S. M. Protective effects of treadmill training on infarction in rats. Brain Res. 922 (1), 140-143 (2001).
- Ding, Y., et al. Exercise pre-conditioning reduces brain damage in ischemic rats that may be associated with regional angiogenesis and cellular overexpression of neurotrophin. Neuroscience. 124 (3), 583-591 (2004).
- Li, J., Luan, X. D., Clark, J. C., Rafols, J. A., Ding, Y. C. Neuroprotection against transient cerebral ischemia by exercise pre-conditioning in rats. Brain Res. 26 (4), 404-408 (2004).
- Leasure, J. L., Jones, M. Forced and voluntary exercise differentially affect brain and behavior. Neuroscience. 156 (3), 456-465 (2008).
- Chen, C. C., et al. A Forced running wheel system with a microcontroller that provides high-intensity exercise training in an animal ischemic stroke model. Braz J Med Biol Res. 47 (10), 858-868 (2014).
- Chen, C. -C., et al. Improved infrared-sensing running wheel systems with an effective exercise activity indicator. PLoS One. 10 (4), (2015).
- Fantegrossi, W. E., Xiao, W. R., Zimmerman, S. M. Novel technology for modulating locomotor activity as an operant response in the mouse: Implications for neuroscience studies involving "exercise" in rodents. J Neurosci Methods. 212 (2), 338-343 (2013).
- Hayes, K., et al. Forced, not voluntary, exercise effectively induces neuroprotection in stroke. Acta Neuropathol. 115 (3), 289-296 (2008).
- Arida, R. M., Scorza, C. A., da Silva, A. V., Scorza, F. A., Cavalheiro, E. A. Differential effects of spontaneous versus forced exercise in rats on the staining of parvalbumin-positive neurons in the hippocampal formation. Neurosci Lett. 364 (3), 135-138 (2004).
- Waters, R. P., et al. Selection for aerobic capacity affects corticosterone, monoamines and wheel-running activity. Physiol Behav. (4-5), 1044-1054 (2008).
- Ke, Z., Yip, S. P., Li, L., Zheng, X. -X., Tong, K. -Y. The effects of voluntary, involuntary, and forced exercises on brain-derived neurotrophic factor and motor function recovery: A rat brain ischemia model. PLoS One. 6 (2), (2011).
- Caton, S. J., et al. Low-carbohydrate high-fat diets in combination with daily exercise in rats: Effects on body weight regulation, body composition and exercise capacity. Physiol Behav. 106 (2), 185-192 (2012).
- C8051F330/1/2/3/4/5 datasheet. , Silicon Laboratories Inc. Available from: https://www.silabs.com/Support%20Documents/TechnicalDocs/C8051F33x.pdf (2006).
- Longa, E. Z., Weinstein, P. R., Carlson, S., Cummins, R. Reversible middle cerebral artery occlusion without craniectomy in rats. Stroke. 20 (1), 84-91 (1989).
- Chen, J. L., et al. Therapeutic benefit of intravenous administration of bone marrow stromal cells after cerebral ischemia in rats. Stroke. 32 (4), 1005-1011 (2001).
- Chang, M. -W., Young, M. -S., Lin, M. -T. An inclined plane system with microcontroller to determine limb motor function of laboratory animals. J Neurosci Methods. 168 (1), 186-194 (2008).
- Gartshore, G., Patterson, J., Macrae, I. M. Influence of ischemia and reperfusion on the course of brain tissue swelling and blood-brain barrier permeability in a rodent model of transient focal cerebral ischemia. Exp Neurol. 147 (2), 353-360 (1997).
- Chen, F., et al. Rodent stroke induced by photochemical occlusion of proximal middle cerebral artery: Evolution monitored with MR imaging and histopathology. Eur J Radiol. 63 (1), 68-75 (2007).
- Almenning, I., Rieber-Mohn, A., Lundgren, K. M., Lovvik, T. S., Garnaes, K. K., Moholdt, T. Effects of high intensity interval training and strength training on metabolic, cardiovascular and hormonal outcomes in women with polycystic ovary syndrome: a pilot study. PLoS One. 10 (9), (2015).
- Costigan, S. A., Eather, N., Plotnikoff, R. C., Taaffe, D. R., Lubans, D. R. High-intensity interval training for improving health-related fitness in adolescents: a systematic review and meta-analysis. Br J Sports Med. 49 (19), (2015).
