يسهل جهاز التمرين المصمم للأسماك الأقل حظا تنفيذ بروتوكولات التمارين المتنوعة بكثافة متفاوتة من خلال التلاعب بسرعة تدفق المياه ، والتي يمكن تحقيقها من خلال الانجذاب المتغير.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
يسهل جهاز التمرين المصمم للأسماك الأقل حظا تنفيذ بروتوكولات التمارين المتنوعة بكثافة متفاوتة من خلال التلاعب بسرعة تدفق المياه ، والتي يمكن تحقيقها من خلال الانجذاب المتغير.
للتحقيق الشامل في آثار التمرين على الصحة والمرض ، تلعب النماذج الحيوانية دورا محوريا. يوفر الزرد ، وهو كائن نموذجي للفقاريات يستخدم على نطاق واسع ، منصة فريدة لمثل هذه الدراسات. قدمت هذه الدراسة تطوير جهاز فعال من حيث التكلفة مصمم خصيصا لدراسات تمارين الزرد باستخدام المواد المتاحة بسهولة. تم تأسيس الجهاز على مبادئ نفق السباحة ويشمل شبكة من الأنابيب والصمامات المرتبطة بمضخة غاطسة. تتم مراقبة تدفق المياه بدقة بواسطة مستشعر ويتم تنظيمه عبر الصمامات. لتقييم فعالية الجهاز ، تم تنفيذ بروتوكولين تدريبيين: التدريب المستمر المعتدل الكثافة (MICT) والتدريب المتقطع عالي الكثافة (HIIT). تم تدريب الأسماك بشكل جماعي ، وتم تقييم أدائها في السباحة من خلال اختبار التحمل. أدى كلا بروتوكولي التدريب إلى تحسينات في أداء السباحة بعد 30 يوما من التدريب وإحداث تغييرات في الاستجابة الجزيئية للتمرين مقارنة بمجموعة التحكم المستقرة. والجدير بالذكر أن HIIT أظهر كفاءة فائقة على MICT. أثبت نظام تدريب الزرد أنه أداة قيمة للتحقيقات في فسيولوجيا التمرين ويزيد من تقدم فائدة نموذج الزرد في هذا المجال.
يشمل التمرين البدني أي حركة جسدية تقوم بها عضلات الهيكل العظمي تؤدي إلى زيادة إنفاق الطاقة ، مع كون التمرين مجموعة فرعية منظمة ومتكررة من الأنشطة البدنية1. التمرين ، وهو نشاط متعدد العوامل وفعال من حيث التكلفة يشمل الجسم بأكمله ، ينتج عنه العديد من الفوائد الصحية ، مثل الوقاية من متلازمة التمثيل الغذائي وساركوبينيا2. وبالتالي ، فإن مجال فسيولوجيا التمرين يحظى باهتمام كبير لأنه يسعى إلى توضيح كيفية تكيف الجسم مع الإجهاد الحاد للتمرين ، والإجهاد المزمن للتدريب البدني ، والتأثير العام للتمرين على الصحة1.
يمكن أن يكون إجراء دراسات فسيولوجيا التمرين في البشر مكلفا ويستغرق وقتا طويلا بسبب التحديات في التصميم التجريبي ومراقبة المشاركين3. لذلك ، يوصى بشدة باستخدام النماذج الحيوانية في البيئات المختبرية بسبب توحيدها الجيني والفسيولوجي. علاوة على ذلك ، في ظل ظروف المختبر الخاضعة للرقابة ، عادة ما يكون للحيوانات أنماط حياة مستقرة وتناول غذائي منظم4. من بين النماذج الحيوانية ، كانت القوارض هي الأكثر استخداما على نطاق واسع في الأبحاث التي تنطوي على ممارسة الرياضة البدنية1. ومع ذلك ، الزرد (دانيو ريريو ؛ دانيو ريريو ؛ Hamilton, 1822) هو نموذج تكميلي للفئران والأنواع الأخرى لدراسات التمرين5،6،7،8.
في أبحاث الزرد ، يمكن إجراء التمارين البدنية باستخدام أنفاق السباحة المتاحة تجاريا أو المصممة خصيصا. من بين الخيارات المتاحة تجاريا ، يعد النفق من نوع Blazka ، الذي طوره نظام Loligo ، هو الأكثر استخداما7،9،10. يحفز هذا النظام السباحة القسرية من خلال مروحة مقترنة بمحرك كهربائي ، مما يولد تدفقا مستمرا للمياه داخل النفق. هذه القدرة على السباحة متجذرة في مبدأ الانجذاب الريومغناطيسي ، وهو سلوك فطري في الأسماك يدفعها إلى السباحة ضد التيارات المائية والحفاظ على موقعها11. يتيح الانجذاب الريونجسي قياس سرعة السباحة الحرجة (Ucrit) ، والتي تمثل السرعة القصوى التي يمكن أن تتحملها الأسماك لفترة محددة. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن هذه المعدات ، على الرغم من قيمتها لتقييم سلوك السباحة واستهلاك الأكسجين ، تأتي بتكلفة كبيرة12.
طور الباحثون جهازا بديلا لممارسة الزرد ، غالبا ما يعتمد على آلية من نوع Blazka10،13،14 أو آليات أبسط8،15،16. ومع ذلك ، قد تكون هذه الأساليب مقيدة بالمتطلبات التقنية للبروتوكول ، بما في ذلك الفترات الممتدة ، ونفقات المعدات الكبيرة ، والقيود في الإنتاجية والدقة. وبالتالي ، كان الهدف الأساسي للدراسة هو تصميم نظام تمرين لأسماك الزرد ميسور التكلفة وسهل الاستخدام باستخدام مواد متاحة بسهولة ، مما يوفر جهازا بديلا جديدا لممارسة الرياضة البدنية في الأسماك. كان الهدف الثانوي هو تنفيذ كل من أنظمة التمارين الهوائية واللاهوائية في الزرد ، مما يزيد من تعزيز استخدام نموذج الزرد كاستراتيجية تدخل في أبحاث التمرين.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
حصلت الإجراءات على موافقة مسبقة من لجنة أخلاقيات استخدام التابعة للجامعة الفيدرالية في ساو باولو (CEUA / UNIFESP رقم 9206260521). تم توظيف الإناث البالغات من النوع البري Danio rerio فقط ، اللائي تتراوح أعمارهن بين 6 أشهر ويزن 2.5-3 جم ، في هذه الدراسة. يتم سرد المعدات والكواشف اللازمة للدراسة في جدول المواد.
1. جهاز تمرين الزرد حسب الطلب
ملاحظة: تم تصميم جهاز التمرين حسب الطلب. لمزيد من التفاصيل، انظر الشكل 1، والجدول التكميلي 1، والملف التكميلي 1، والملف التكميلي 2.
2. تشغيل الجهاز
3. اختبار التحمل
ملاحظة: توضح هذه الخطوة الإجراء الخاص باختبار التحمل لتحديد أقصى سرعة سباحة (Umax) لسمك الزرد.
4. مجموعات التمرين والإجراءات
ملاحظة: لإنشاء بروتوكولات تمرين متميزة ، من الضروري تضمين مجموعة مستقرة معرضة لظروف تجريبية متطابقة لمقارنة آثار بروتوكولات التمرين ، وإن كان ذلك دون الخضوع لتمارين عالية الكثافة. من الضروري أيضا إنشاء Umax لأن كسور قيمة Umax ضرورية لتحديد شدة بروتوكولات التمرين.
5. قياسات الجسم
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
أظهر جهاز التمرين كفاءة ملحوظة في تنظيم سرعة التدفق. لتعزيز سرعة السباحة تدريجيا ، تم زيادة تدفق المياه بشكل تدريجي أسبوعيا لجميع المجموعات ، باستثناء مجموعة SED ، التي تم الحفاظ عليها بسرعة تدفق ثابتة تبلغ 0.06 م / ث. والجدير بالذكر أن الجهاز سمح بمستوى رائع من الدقة ، حيث حقق تعديلات سرعة التدفق بدقة تصل إلى 0.001 م / ث. ومع ذلك ، كان معدل الخطأ 30٪ عند السرعات المنخفضة ، مثل 0.06 م / ث. عند السرعات العالية ، مثل 0.3 م / ث و 0.5 م / ث ، كان معدل الخطأ 3٪ -4٪ (الشكل 2). كانت السرعة القصوى ا...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
في هذه الدراسة ، تم تطوير نظام تمرين مبتكر وفعال من حيث التكلفة مستوحى من مقياس التنفس لنفق السباحة من Loligo Systems21 ونظام التدفق22 للفحص الشامل لأداء سباحة الزرد. تم تحديد Umax من خلال زيادة تدفق المياه بشكل منهجي في مراحل منفصلة ، مع زيادات السرعة التي تحدث على فترات قصيرة (20-30 دقيقة) حتى تصل الأسماك إلى الإرهاق ، والذي تميز بثلاثة إرهاق متتالي أو عدم القدرة على التغلب على التيار في نفق السباحة. كانت هذه التحديدات مفيدة في تصميم بروت...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
من الضروري توضيح أنه لا توجد مصالح مالية متنافسة مرتبطة بالبحث المقدم في هذه المخطوطة. لم يتم إنشاء أي شراكات مالية أو انتماءات مع منظمات أو كيانات يمكن أن تؤثر أو تحيزت على نتائج هذا العمل. هذا البيان بمثابة تأكيد على أن عملية البحث كانت مباشرة وصادقة ، مع عدم وجود تعارضات مالية تؤثر على النتائج. إن الدافع وراء عرض هذا العمل هو شغف حقيقي بالموضوع ، مدفوعا فقط بحب الأوساط الأكاديمية والسعي وراء المعرفة العلمية.
ونعرب عن امتناننا للدكتور عمر ميرتنز لتوفيره بسخاء الوصول إلى المختبر لصيانة الأسماك وإجراء الاختبارات. علاوة على ذلك ، يتم تقديم شكر وتقدير إلى FAPESP و CNPq و CAPES لمنح زمالات لدعم هذا البحث.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| CPVC أنثى 90 درجة الكوع للسباكة | Tigre | 22150260 | 3/4 بوصة & nbsp ؛ |
| 24AWG سلك | سكاي كابلو مخزن | اتصال بين المكونات في لوحة الدوائر المثقبة (1 متر) | |
| أنبوب الأكريليك | متجر البلاستيك الشفاف | 41138408 | 3/4 بوصة & nbsp ؛ |
| حوض السمك الغاطسة خزان | أكوا تانك | 300 واط | |
| CPVC الأنابيب | Tigre | 10121787 | 3/4 بوصة & nbsp ؛ |
| أنثى بوابة الخيوط صمام | المياه Tigre | 27950310 | 3/4 بوصة & nbsp ؛ |
| أنثى الخيوط الكرة الأرضية صمام المياه | Tigre | 27940510 | 3/4 بوصة & nbsp ؛ |
| المقاوم ذو الفتحة | الخام BXV | 10 كيلو أوميغا ؛ 0.25 واط t | |
| مختبر دعم الحامل مع المشبك مع قضيب 30 بوصة ؛ | Masiye | Labs RSC0001 | دعم الأنابيب الأفقية |
| شاشة LCD | Eichip | 16 × 2 ، موديل JHD162A | |
| ذكر × ذكر Dupont Jumpers | Chyan | اتصال بين اردوينو ومستشعر التدفق (30 سم) | |
| لوحة دوائر مثقبة من جانب | واحد KY WIN ROBOT | 5 × 10 سم | |
| مقياس الجهد | LUSYA | DL-ALPSA01 | 10k & Omega ؛ |
| لفة شريط حجب المياه | One World | 5603131000 | لتجنب التسريبات |
| خرطوم سيليكون | Tigre | 14211250 | 2 سم محطة لحام داخلية |
| QHTITEC | EU / US PLUG | Arduine system welding ؛ | |
| بكرة أسلاك اللحام | BEEYIHF | I001-A001-Set | لحام نظام Arduine |
| مقبس ذكر مترابطة وتركيب أنابيب CPVC أنثى غير ملولبة | TIgre | 35447849 | 3/4 بوصة & nbsp ؛ |
| التريكايين (MS-222) | Sigma-Aldrich | E10521 | التخدير |
| UNO-R3 UNO R3 CH340G + MEGA328P رقاقة 16 ميجا هرتز & nbsp ؛ | FSXSEMI | للوحة تطوير Arduino UNO R3 | |
| تركيب أنابيب CPVC المحملة غير الخيوط ، أنثى | Tigre | 22200267 | 3/4 بوصة & nbsp ؛ |
| أنثى CPVC المقبس تركيب الأنابيب غير الخيطية | Tigre | 22170260 | 3/4 بوصة & nbsp ؛ |
| مستشعر تدفق المياه نموذج YF-B5 | مضخة مياه Siqma Robotics | SQ8659 | 1-25 لتر / دقيقة |
| صن سون | موديل HJ-2041 ، 3000 لتر / ساعة ، 65 واط | ||
| خزان مياه | مخصص | 30 لتر |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.