老年小鼠短期高强度间隔训练与跑步机评价

摘要

短时间训练 (≤ 10分钟) 高强度间歇训练 (hiit) 正在成为一种替代较长运动方式的方法, 但在动物研究中很少模拟短变种。在这里, 我们描述了一个 10分钟, 每周 3天, 上高架机 hiit 协议, 提高男性和女性老年小鼠的身体性能。

摘要

高强度间歇训练 (hiit) 正在成为一种治疗方法, 以防止、延迟或减轻脆弱性。特别是短的会话 hiit, 与方案小于或等于10分钟是特别感兴趣的, 因为几个人类研究功能的例程短, 只要几分钟, 每周几次。然而, 很少有动物研究来模拟短期 hiit 的影响。在这里, 我们描述了一种方法, 为老年小鼠使用倾斜跑步机量身定制和渐进的短周期 hiit 方案 10分钟, 每周3天。我们的方法还包括跑步机评估协议。老鼠最初适应跑步机, 然后给人基线平和上坡跑步机的评估。练习课程从3分钟的热身开始, 然后以快的速度间隔 3分钟, 然后以主动恢复的速度进行1分钟的热身。在这些间隔之后, 老鼠将获得最后一段, 该段以快速开始, 加速1分钟。hiit 协议是单独定制的, 因为每只老鼠的速度和强度是根据最初的厌氧评估分数确定的。此外, 我们还详细介绍了根据性能增加或降低单个小鼠强度的条件。最后, 所有小鼠的强度每两周增加一次。我们之前在这个协议中报告提高了老年雄性小鼠的身体性能, 这里显示它也提高了老年雌性小鼠的跑步机性能。我们的协议的优点包括管理时间低 (每6只小鼠约 15分钟, 每周 3天), 为小鼠提供个性化的策略, 以更好地模拟规定的运动, 以及模块化设计, 允许添加或删除的数量和长度时间间隔, 以滴定运动的好处。

引言

经常运动能有效预防或延缓许多与年龄有关的疾病, 如石斑病和脆弱^{的 1、2、3、4}。然而, 在65岁及65岁以上的人中, 只有不到15% 的人每周能达到150分钟的适度强度运动加力量的建议
训练^5,6。由于缺乏时间和长时间的训练是锻炼的常见障碍, 高强度间歇训练正在成为传统方案的替代方案。hiit 的特点是多次短暂的紧张活动爆发, 这些活动夹杂着短暂的主动恢复期, 最近人们对确定仍然产生有益结果的最短方案感兴趣。这些研究包括每周3天的方案, 其总开庭时间为 4分钟⁷, 2-3分钟8分, 1.5分钟 9分, 单分¹⁰, 甚至40分^11.

同样, 人们对 hiit 动物模型也有很大的兴趣。大多数研究使用小鼠^{12,13,14, 15,16,17, 18,19},^{20, 21}或老鼠^{22,23, 24,25},^并使用跑步机进行, 虽然其他一些使用游泳协议^26,27,28. 这些研究大多使用 vo₂最大值来确定练习的初始强度^{13、14、19、21、24}。此外, 尽管 hiit 的一个经常被描述的好处是有较短的治疗方案, 但几乎所有这些已确定的研究都具有持续30分钟或更长^时间的治疗方案 ^{15,18, 19,21,除了}一个稍长于10分钟的方案 20, 另一个与19分钟跨越三个不同强度¹⁶。据我们所知, 没有报告的动物研究检查10分钟或更少的 hiit 方案, 或根据个别动物定制的方案, 除了我们公布的研究17作为这个协议^的基础。

在这里, 我们描述了一个用于老年小鼠 hiit 的协议, 该协议旨在模拟最近在人类研究中使用的个性化、^{短会 (}≤ 10分钟) 变体^{7、8、9、10、11}。该方法包括在倾斜 (25°) 跑步机上进行10分钟的养生治疗, 预热 3分钟, 在高强度情况下间隔 4分钟, 中间穿插 3个1分钟主动恢复段。该协议的优点包括更大的临床相关性, 因为它具有为单个动物量身定制强度的策略, 设置不基于 vo2_最大值的强度, 从而避免对代谢跑步机的需求, 以及模块化设计, 其中的间隔和计时的数量很容易调整。此外, 在本协议中, 我们还提供了两种跑步机评估策略的说明, 其中包括平面连续和上坡间隔, 以检查耐久性。使用这些方法, 我们扩展了我们先前的研究结果, 即短期会话 hiit 提高了17岁雄性小鼠^的功能能力, 现在展示 hiit 提高了老年雌性小鼠的跑步机性能。

方案

所有的研究和实验规程都得到了布法罗大学和纽约西部动物护理和使用委员会的批准, 并符合这些委员会的准则。

1. 实验设置和一般建议

请注意:本协议从23个月大开始, 在 c57bl/6j 背景下总共使用了24只雌性小鼠。小鼠携带了一个有条件的 sirt^{loxp-exon4-loxp}突变²⁹, 然而, 这并没有在这个实验中诱导。

1. 确保小鼠收到永久标识符, 如耳标、rfid 芯片或尾巴纹身。
   请注意:建议在评估期间使用临时标记 (例如, 永久标记标记尾), 以便在评估期间快速识别。
2. 在一天结束时使用0.25-0.5% 的漂白剂 (v/v) 或 70% (v/v) 乙醇清洁跑步机, 或在两次试验之间取出粪便或尿液。在启动新的试验之前完全使用干式解决方案。
   请注意:乙醇可能会增加跑步机皮带的磨损。建议在每次跑步之间清洗跑步机, 如果与小组居住的雄性老鼠一起工作, 以尽量减少笼子打架。建议在^{纵向研究 30、31、32}的每个时间点的同一时间进行跑步机评估, 如果正在进行其他评估, 顺序应保持不变。进行实验的调查员也应该对老鼠的群体指定视而不见。

2. 使老鼠适应跑步机设备

请注意:在基线实验前1个月开始小鼠的适应。

1. 在手动模式下使用跑步机软件 (v3.4.7) 设置初始培训计划 (图 1和表 1)。
   1. 打开跑步机软件。然后, 单击该文件并打开实验。
   2. 在 "适应"下的"手动" 选项卡 (图 1) 上输入表1中所示的值。
   3. 输入会话数为 1, 活动通道数为1到 6个, 具体取决于鼠标数量、访问网格的次数为 10, 冲击次数为20。
      请注意:此初始运行的冲击强度设置为 1级 (0.46 ma)。
2. 将跑步机的倾斜度设置为 0° (平)。
3. 将老鼠放在跑步机上时, 抓住老鼠的尾巴, 直接把老鼠放在皮带上, 以避免在冲击网格上启动老鼠。
4. 当训练或评估开始时, 使用刷子或舌头抑制器使老鼠远离冲击栅格。推老鼠开始奔跑, 以避免意外的冲击。
5. 在为每只老鼠提供初始训练计划后, 重复上述计划, 并将冲击强度提高到 2级 (0.59 ma), 每次训练之间至少有15分钟。
6. 在最初的训练计划结束后的一至两天内, 管理上坡跑步机的适应。
   1. 打开跑步机软件。然后单击该文件, 然后打开实验。
   2. 如 "适应"下的表 2所示, 在 "基本" 选项卡上输入值。
   3. 在 "冲击检测" 下,输入会话编号为 1, 活动通道数为1到 6个, 具体取决于鼠标数、访问网格的次数为 10, 冲击次数为20。
   4. 单击 "配置文件模式" 选项卡 (图 2), 对于步骤 1, 输入 0 m/min 的启动速度和 5 m/min 的结束速度, 周期为5秒。
      1. 添加启动速度为 5 m/min 的预热步骤2和为 5 m/min 的结束速度, 持续30秒。添加一个过渡步骤, 从 5 m/min 开始, 结束速度为 6 m/min, 为5秒。
      2. 添加一个测试速度步骤, 从 6 m/min 开始, 到 6 m/min 结束, 20个月. 添加一个过渡步骤, 从 6 m/min 开始, 到 5 m/min 结束。
      3. 添加恢复间隔, 从 5 m/min 开始, 到 5点/分钟结束, 时间为 20秒 (图 2)。
   5. 重复步骤2.6.4 在适应情况下添加测试速度步骤, 如表 2所示。
7. 在基线评估前两周, 继续适应, 提供第3节所述的两项跑步机平面有氧能力评估, 连续几天进行。
8. 在第二次耐力训练后的一至两天内, 提供第4节所述的两次跑步机上坡无氧能力评估, 当天进行, 训练间隔至少30分钟。

3. 平面连续跑步机评估

1. 按照步骤2.1 中所述创建跑步机程序, 使用表 1 "评估" 下所示的值。在 "冲击检测"下, 将会话编号设置为 1, 活动通道数设置为1到 6, 具体取决于鼠标数、访问网格的次数为 10, 冲击次数设置为20。
2. 在整个试验过程中对小鼠进行监控, 并将达到终点标准的小鼠从仪器中取出。
   请注意:此步骤是为了避免鼠标无意中接触邻近小鼠的冲击网格并影响数据。参数包括皮带的总时间、行驶距离和访问冲击率。建议在每个时间点进行两次评估, 两次评估之间至少相隔一天。

4. 上架间隔跑步机评估

1. 按照步骤2.6 中所述创建跑步机程序, 使用表2中的 "评估" 下所示的值。在 "冲击检测"下, 将会话编号设置为 1, 活动通道数设置为1到 6, 具体取决于鼠标数、访问网格的次数为 5, 冲击次数设置为10。
2. 将跑步机程序中的间隔字段设置为0.5。
   请注意:这样就可以每秒而不是每分钟收集一次数据点, 这有助于识别每个鼠标端点的速度。由于软件限制, 程序将在 50 m/min 阶段后自动停止。参数包括皮带上的时间、行驶的距离以及端点前最后一个成功完成阶段的测试速度。后者用于确定步骤5中描述的 hiit 方案的基线强度。建议每个时间点进行两次评估, 间隔至少30分钟。

5. 短时间高强度间隔训练

1. 设置跑步机上坡 (25°), 并卸下塑料盖。
2. 确定每个鼠标的强度。使用最后一个成功完成阶段的速度 (步骤 4.5), 并使用表 3查找强度组和相应的"基础"、 "冲刺" 和"虚线" 速度。
3. 打开跑步机软件, 然后点击文件创建一个新程序。
   1. 单击 "配置文件模式" 选项卡, 对于步骤 1, 输入 0 m/min 的启动速度和结束速度, 如 表 3所示, 周期为5秒。
   2. 添加一个预热步骤 2, 启动速度在基地速度和结束速度在基地速度180秒。
   3. 输入3个间隔, 每个间隔与 1) 过渡步骤, 从基地到冲刺5 s, 2) 一个步骤在冲刺速度为 60, 3) 过渡步骤, 从 "冲刺" 到基地超过 5秒, 4) 恢复间隔的步骤在 Base 60秒的速度。
   4. 添加从"基本"到"冲刺速度超过 5秒" 的过渡步骤, 以及从冲刺到超高速超过60秒的最后一步。
      请注意:可以保存、修改和重新加载程序。
4. 每周进行三天的锻炼, 闭会期间至少休息一天 (即星期一、星期三、星期五)。
5. 重写练习程序, 以增加每两周1 m/min 分钟的基础、冲刺和短跑速度。
   请注意:演习期间不进行电击。
6. 激励老鼠使用化妆刷 (推荐) 或舌头抑制器运行, 以轻松激励落在冲击栅附近或冲击栅上的小鼠。如果鼠标在5秒内没有响应重试, 则为 10秒, 然后每30秒重试一次, 或在恢复间隔期间重试, 直到会话结束。
   注:考虑将不在跑步机上以任何强度运行或无法按照为最低强度组确定的强度完成前三个间隔的老鼠从研究中删除 (表 3)
7. 将无法在连续两次运动中完成前三个间隔的小鼠移动到强度较低的组 (表 3)。
8. 将连续两次运动中不需要动机的小鼠转移到强度较高的组 (表 3)。
9. 在跑步机运行时, 以笼子里的久坐控制老鼠为例。或者, 可以在不移动的跑步机的车道上放置久坐控制10分钟。

结果

共有二十五只雌性小鼠在家里繁殖和衰老。c57bl/6j 背景小鼠携带了一个 sirt1^loxp-exon4突变²⁹;然而, 这种条件淘汰赛并没有诱发, 因此所有的小鼠都表现出全长 sirtuin1 (数据未显示)。在24个月大的时候, 对老鼠进行了跑步机耐力和上坡能力的评估, 在进行两个月的 hiit 运动 (n = 14) 之前和之后, 或在剩余的笼子久坐 (n = 11) 之后。我们的数据显示, hiit 组的所有14只老鼠在皮带上的跑步机时间都增加了, 而 11只 sed 小鼠中的 7只 (图 4 a, 用于 hiit 的 t-测试 p < 0.0001, sed 的 < 0.14)。在两项试验的基础上, hiit 小鼠在皮带上的时间有了更大的改善 (hiit: 18.2±10.5 min 至31.8±13.7 分, 增量13.6±7.5 分, 而 sed: 19.9±10.0 分至25.3...

讨论

短期训练的好处是引起科学和公众兴趣的高强度间歇训练的一个关键方面。然而, 动物研究很少调查10分钟或更短的 hiit 方案。在这里, 我们描述了一个10分钟的短期会话 hiit 上跑步机锻炼方案的协议, 该方案提高了老年雌性小鼠的跑步机性能, 我们以前已经证明, 这可以提高老年雄性小鼠 17的身体性能。我们的协议的优点是, 除了协议的长度只有 10分钟, 设计是模块化的, 这样就可以添加或删除间隔数, 使协议的长度甚至是1分钟。此外, 还可以修改间隔的长度, 提供多种策略来滴定练习和评估影响。

这个协议的另一个优点是, 我们包括一个系统, 根据个别老鼠的身体能力来调整锻炼方案, 据我们所知, 除了我们在17岁的老年雄性老鼠^身上的报告^之外, 只有另一项研究33使用。尽管单独定制运动干预会将可变性引入实验设计, 但这种方法的一个重要优点是它能更好地模拟人类临床环境中规定的运动的管理。此外, 动物的训练强度不太容易或太困难, 这可能是动物种群在运...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
Exer-3/6开放式跑步机，带冲击、检测、自动校准和PC接口/软件	哥伦布仪器	1055-SDRM	哥伦布仪器3/6跑步机允许最多6只小鼠或3只大鼠同时进行。 该设备配有控制器，允许手动控制跑步机皮带速度和冲击强度，或者连接到计算机和软件以运行和控制这些元素。
漂白	变化	变化	0.25-0.5% 漂白剂溶液 （V/V） 用于在两次训练之间清洁跑步机皮带
乙醇	变化	变化	70% 乙醇溶液 （V/V） 也可用于在跑步和跑步之间清洁跑步机皮带。
化妆刷（大）	Vary Vary	Vary	化妆刷提供柔软的表面和充足的长度，以激励小鼠继续锻炼。