Summary
Das vorliegende Protokoll beschreibt Widerstandstraining und Tests mit statischen und dynamischen Leitern in Tiermodellen.
Abstract
Widerstandstraining ist ein körperliches Bewegungsmodell mit tiefgreifenden Vorteilen für die Gesundheit während des gesamten Lebens. Die Verwendung von Widerstandstrainingsmodellen ist eine Möglichkeit, Einblicke in die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen zu gewinnen, die diese Anpassungen orchestrieren. Ziel dieses Artikels ist es, Übungsmodelle und Trainingsprotokolle für das Krafttraining und die Bewertung von Resistenzen in Tiermodellen zu beschreiben und Beispiele zu geben. In diesem Artikel basieren Krafttraining und Widerstandsbewertung auf der Leiterkletteraktivität mit statischen und dynamischen Leitern. Diese Geräte ermöglichen eine Vielzahl von Trainingsmodellen sowie eine präzise Steuerung der Hauptvariablen, die die Widerstandsübung bestimmen: Volumen, Last, Geschwindigkeit und Frequenz. Darüber hinaus ist dies im Gegensatz zu Widerstandsübungen beim Menschen eine erzwungene Übung. Daher müssen bei diesem Eingriff aversive Reize vermieden werden, um das Tierwohl zu wahren. Vor der Implementierung ist ein detailliertes Design sowie eine Akklimatisierungs- und Lernphase erforderlich. Die Akklimatisierung an Trainingsgeräte wie Leitern, Gewichte und klinisches Klebeband sowie an die erforderlichen Manipulationen ist notwendig, um Trainingsabstoßung zu vermeiden und Stress zu minimieren. Gleichzeitig wird den Tieren beigebracht, die Leiter hinaufzuklettern, nicht nach unten, zum Ruhebereich oben auf der Leiter. Die Widerstandsbewertung kann die körperliche Kraft charakterisieren und die Anpassung und Quantifizierung der Trainingsbelastung und der Reaktion auf das Training ermöglichen. Darüber hinaus können verschiedene Arten von Festigkeiten bewertet werden. In Bezug auf Trainingsprogramme können sie bei entsprechendem Design und Geräteeinsatz ausreichend vielseitig sein, um verschiedene Arten von Kraft zu modulieren. Darüber hinaus sollten sie flexibel genug sein, um je nach Anpassungs- und Verhaltensreaktion der Tiere oder dem Vorhandensein von Verletzungen modifiziert zu werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Widerstandstraining und -beurteilung mit Leitern und Gewichten vielseitige Methoden in der Tierforschung sind.
Introduction
Körperliche Bewegung ist ein entscheidender Lebensstilfaktor für die Förderung der Gesundheit und die Verringerung der Inzidenz der häufigsten chronischen Krankheiten sowie einiger Krebsarten beim Menschen1.
Widerstandstraining hat aufgrund seiner überwältigenden Relevanz für die Gesundheit während des gesamten Lebens Interesse geweckt2, insbesondere aufgrund seiner Vorteile bei der Bekämpfung altersbedingter Krankheiten, die den Bewegungsapparat betreffen, wie Sarkopenie, Osteoporose usw.3. Darüber hinaus betrifft Widerstandstraining auch Gewebe und Organe, die nicht direkt an der Ausführung von Bewegungen beteiligt sind, wie das Gehirn4. Diese Relevanz hat in den letzten Jahren die Entwicklung von Widerstandstrainingsmodellen bei Tieren gefördert, um die zugrunde liegenden tisulären und molekularen Mechanismen zu untersuchen, wenn dies beim Menschen nicht möglich ist oder wenn die Tiere bessere Einblicke bieten und ein kontrollierteres Modell sind.
Im Gegensatz zur Widerstandsübung beim Menschen verlassen sich die Forscher bei Tiermodellen in der Regel auf erzwungene Verfahren. Allerdings müssen in diesem Zusammenhang aversive Reize vermieden werden, vor allem um das Tierwohl zu wahren, Stress abzubauen und die Schwere der experimentellen Verfahren zu verringern5. Es sollte beachtet werden, dass Tiere sich auch in freier Wildbahn gerne bewegen6. Aus diesen Gründen ist es notwendig, die Anpassung an das Experiment durch eine längere schrittweise Akklimatisierung zu verbessern.
Die Geräte, Materialien und Protokolle, die für das Widerstandstraining und die Bewertung bei Versuchstieren verwendet werden, müssen die präzise Kontrolle und Modulation zahlreicher Variablen ermöglichen: Last, Volumen, Geschwindigkeit und Frequenz7. Sie sollten auch verschiedene Arten von Muskelkontraktionen ermöglichen: konzentrisch, exzentrisch oder isometrisch. In Anbetracht dessen sollten die verwendeten Protokolle in der Lage sein, verschiedene Kraftanwendungen spezifisch zu bewerten oder zu trainieren: maximale Kraft, Hypertrophie, Geschwindigkeit und Ausdauer.
Es gibt verschiedene Methoden des Krafttrainings, wie Springen im Wasser8,9, gewichtetes Schwimmen im Wasser 10 oder Muskelelektrostimulation11. Statische und dynamische Leitern sind jedoch vielseitige Geräte, die weit verbreitet sind12,13,14.
Die Resistenzbewertung in experimentellen Tiermodellen liefert wertvolle Informationen für viele Forschungsumgebungen, wie z.B. die Beschreibung der phänotypischen Merkmale genetisch veränderter Tiere, die Bewertung der Wirkung verschiedener Interventionsprotokolle (Nahrungsergänzung mit Nahrungskomponenten, medikamentöse Behandlungen, Mikrobiota-Transplantation usw.) oder die Bewertung der Wirkung von Trainingsprotokollen. Trainingsmodelle geben Einblick in die Physiologie der Anpassung an Kraftübungen, was hilft, die Auswirkungen von Bewegung auf den Gesundheitszustand und die Pathophysiologie besser zu verstehen.
Folglich gibt es kein universelles Protokoll für das Widerstandstraining oder die funktionelle Bewertung der Kraft in Tiermodellen, so dass vielseitige Protokolle benötigt werden.
Ziel dieser Studie ist es, die relevantesten Faktoren zu identifizieren, die bei der Gestaltung und Anwendung eines Protokolls für Widerstandstraining und -bewertung mit statischen und dynamischen Leitern in Tiermodellen zu berücksichtigen sind, sowie spezifische Beispiele zu liefern.
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Protocol
Die in diesem Protokoll vorgestellten Methoden wurden vom technischen Ausschuss für Tierforschung bewertet und genehmigt (Referenz PROAE 04/2018, Principado de Asturias, Spanien).
1. Planung
- Wählen Sie sorgfältig die Tiere für die Studie auf der Grundlage der interessierenden Merkmale (genetisch verändert, Pathologiemodelle, Alter usw.) aus und wenden Sie spezifische Anpassungen des Protokolls an (Klettern ohne Gewichte, Verringerung der Anzahl der zu kletternden Sprossen und Neigung).
- Identifizieren Sie die Kraftmodalität, die bewertet oder trainiert werden soll: maximale Kraft, Ausdauerwiderstand, Geschwindigkeit usw. in Abhängigkeit von den Zielen der Studie.
- Passen Sie die Parameter sorgfältig an, wenn die funktionelle Bewertung oder das Training festgelegt wird, und berücksichtigen Sie, ob sie sich auf die Ergebnisse dieser Tests konzentrieren oder ob sie andere Arten klinischer, funktioneller, histologischer oder molekularer Bestimmungen ergänzen.
- Planen Sie alle Fragen im Zusammenhang mit der Ausbildung, insbesondere den Zeitplan, die Dauer der Trainingszeit und die Häufigkeit der Sitzungen, und zeichnen Sie eine Trainingstabelle.
- Geben Sie die Aufwärmschritte und die Neigung der Leiter an, die während des gesamten Trainings gleich sein wird. Legen Sie Sätze, Wiederholungen, Belastung (basierend auf den Ergebnissen der Widerstandstests, die vor der Trainingsphase durchgeführt wurden) fest und ruhen Sie sich dazwischen aus, wobei Sie auf Belastungserhöhungen achten, die auf der vorherigen Sitzung basieren.
- Ändern Sie den Plan, wie beim menschlichen Training, abhängig vom Wohlergehen des Tieres. Zu den Modifikationen gehören das Verringern von Wiederholungen, die Erhöhung der Ruhezeit zwischen Sätzen oder Wiederholungen und die Verringerung der Belastung, um Übertraining und Verletzungen zu vermeiden.
- Nach Fertigstellung reichen Sie das Design zur Bewertung und Genehmigung durch die Tierethik-Forschungskommission ein.
2. Geräte und Materialien für die Widerstandsübung
- Geräte: Statische und dynamische Leitern
HINWEIS: Zwei Arten von Leitern, sogenannte statische und dynamische Leitern (siehe Abbildung 1), können für das Widerstandstraining und die Bewertung verwendet werden (siehe Materialtabelle).- Verwenden Sie eine vertikale Leiter mit mindestens 30 Stahldrahtstufen von 1,5 mm Durchmesser, getrennt durch 15 mm, und einer Ruhefläche von mindestens 20 x 20 cm auf der Oberseite der Leiter. Die Neigung der Leiter muss mit der horizontalen Ebene von 80° bis 110° verstellbar sein (Abbildung 1C). Begrenzen Sie zwei Fahrspuren, um nichtlineares Klettern zu verhindern.
- Verwenden Sie eine dynamische Leiter ähnlich der statischen Leiter, mit einer Kunststoff-Filamentbarriere an der Oberseite, die geöffnet werden kann, um den Zugang zum Ruhebereich zu kontrollieren, und einer Kunststoff-Filamentbarriere an der Unterseite, um zu verhindern, dass die Tiere herunterklettern. Der Neigungswinkel der Leiter muss zwischen 80° und 100° einstellbar sein, wobei der häufigste 85° ist.
HINWEIS: Die Leiter kann mittels eines oberen und eines unteren Schaftes mit einem Durchmesser von 8 cm zirkulieren. Die untere Welle wird von einem Elektromotor angetrieben, der die Stufen vorne absteigen und hinten aufsteigen lässt, wodurch eine endlose Leiter entsteht. Es ist mit einem Untersetzungsgetriebe und einem Geschwindigkeitsregler zum Absenken der Geschwindigkeit von 11,6 cm / s auf 3,3 cm / s ausgestattet, und die häufigste Geschwindigkeit beträgt 5,6 cm / s.
Abbildung 1: Widerstandstrainingsgeräte: statische und dynamische Leitern. (A) Maustraining mit Außengewicht auf einer statischen Leiter. (B) Zwei Mäuse trainieren mit Gewicht auf einer dynamischen Leiter. (C) Schematische Darstellung der Leiterwinkel für Training und Bewertung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
- Materialien
- Bereiten Sie die folgenden Materialien vor: Gewichte, Draht zum Halten von Gewichten, Stahlgatorclip und klinisches Klebeband.
HINWEIS: Die Gewichte sind Stahlzylinder unterschiedlicher Masse (5, 10, 15, 20, 25 und 50 g) mit einem Loch von 5 mm Durchmesser in der Mitte, um sie auf einem Draht zu fädeln (Tabelle der Materialien). Der Draht zur Aufnahme der Gewichte besteht aus Stahl mit einem Durchmesser von 1-1,5 mm und einer Länge von 5-10 cm, abhängig von der Anzahl der zu ladenden Gewichte. - Schneiden Sie ein Stück elastische Klebebandage (Table of Materials) von ca. 3,0-3,5 cm x 1,0-1,5 cm Größe und befestigen Sie es um den Schwanz des Tieres, um die Gewichte zu halten. Achten Sie darauf, nicht zu straffen, da dies zu einer Einschränkung des Blutflusses führen kann.
HINWEIS: Zuerst wird das Verhalten der Tiere gegen das Band kämpfen und es beißen, aber nach ein paar Tagen werden sie es tolerieren, sich wie gewohnt pflegen und keine Anzeichen von Stress zeigen. - Stecken Sie die gewünschten Gewichte in den Draht und haken Sie den Gatorclip ein (Materialtabelle: Gatorclip aus Stahl und Draht zum Halten von Gewichten).
- Klemmen Sie den Gator an das klinische Klebeband, das am Schwanz des Tieres befestigt ist.
- Entfernen Sie unmittelbar nach dem Erklimmen der erforderlichen Sprossen die Klemme und lassen Sie das Tier mit dem klinischen Klebeband am Schwanz, jedoch ohne das Gewicht, ruhen (Abbildung 1).
- Bereiten Sie die folgenden Materialien vor: Gewichte, Draht zum Halten von Gewichten, Stahlgatorclip und klinisches Klebeband.
3. Akklimatisierung
HINWEIS: Die richtige Akklimatisierung ist wichtig, um Trainingsablehnungen zu vermeiden und Stress zu minimieren. Die Akklimatisierung ist eine entscheidende Phase, bevor Widerstandsbewertungstests oder Trainingsprotokolle durchgeführt werden. Es sollte ausreichend Zeit aufgewendet werden, um Verhaltenszeichen von Komfort bei den Tieren zu erreichen. Details zur täglichen Akklimatisierung mit den statischen und dynamischen Leitern sind in Tabelle 1 bzw. Tabelle 2 dargestellt.
- Gewöhnen Sie die Tiere daran, im Ruhebereich oben auf der Leiter zu bleiben (statisch oder dynamisch). Lassen Sie die Tiere an diesem Ort in Vierergruppen, mit Einstreu aus ihrem Käfig, für 15 Minuten jeden Tag. Normalerweise zeigen die Tiere nach 3-5 Tagen keine Anzeichen von Stress.
- Bringen Sie Tieren bei, die Leiter hinaufzuklettern, nicht herunterzuklettern. Setzen Sie die Mäuse mit der statischen Leiter auf eine Sprosse in der Nähe der Spitze, von wo aus sie den Ruhebereich sehen können. Sie werden instinktiv dorthin gehen. Bringen Sie ihnen dann bei, schrittweise von fünf Sprossen (3x) am ersten Tag auf 10 Sprossen (3x) am nächsten Tag bis zu 15 Sprossen (3x) aufzusteigen (Tabelle 1).
Verwenden Sie das gleiche Verfahren mit der dynamischen Leiter, zuerst ohne Bewegung, und dann mit einer Leiter, die sich mit 5,4 cm/s und 6,6 cm/s bewegt und die Tiere 2 Minuten lang nach oben klettern und fünf Serien vervollständigen (Tabelle 2). - Passen Sie die Tiere ab dem dritten Tag der Akklimatisierung an das Tragen von Gewichten an. Kleben Sie ein Stück klinisches Klebeband an die Basis des Schwanzes, das zum Halten von Gewichten verwendet wird.
- Befestigen Sie ab dem siebten Tag der Akklimatisierung kleine Gewichte (5-10 g) mit einem Gatorclip am klinischen Band. Vermeiden Sie es, zu viele Serien auszuführen, damit die Anpassung nicht in Training umgewandelt wird.
HINWEIS: Die Akklimatisierung der Kontrollgruppe ist obligatorisch, wenn diese Gruppe den Widerstandstest durchführt. Führen Sie nach dieser Zeit einmal pro Woche eine Leiterklettererinnerung mit Klebeband, aber ohne Gewichte durch.
4. Bewertung der Resistenz
- Inkrementelle Tests zur Beurteilung der Maximalfestigkeit
HINWEIS: Dieser Test zielt darauf ab, den maximalen Widerstand zu bestimmen, der als maximales Gewicht gemessen wird, mit dem die Tiere 10 Sprossen auf der statischen Leiter erklimmen können, was das Maximum von 10 Wiederholungen (10 RM)4 definiert. Dieses Protokoll wurde aus früheren Studien übernommen (überprüft in Kregel et al.15).- Zum Aufwärmen führen Sie drei Serien von 10-Wiederholungen, 10 Schritte / Wiederholung, ohne externe Belastung durch. Für die erste Serie wurde die Neigung auf 90° und danach auf 85° eingestellt. Erlauben Sie eine Ruhezeit von 60 s zwischen den Serien.
- Stellen Sie die Neigung auf 85° ein (um zu verhindern, dass die Gewichte an den Sprossen der Leiter grasen oder hängen).
- Befestigen Sie das Klebeband um den Schwanz des Tieres, um die Gewichte zu halten, und bereiten Sie die Gewichte wie zuvor erklärt vor.
- Starten Sie den Test mit einer äußeren Belastung von 10 g und führen Sie eine Reihe von 10 Schritten durch.
- Entfernen Sie das Gewicht und lassen Sie eine Ruhezeit von 120 s im Ruhebereich.
- Führen Sie aufeinanderfolgende Serien von 10 Schritten durch, wobei Sie die externe Belastung bis zur Erschöpfung um 5 g erhöhen. Lassen Sie die Ruhezeit (120 s) zwischen den Serien zu.
- Wenn ein Tier 10 Stufen mit einer bestimmten Gewichtsbelastung nicht erklimmt, erlauben Sie nach 120 s Ruhezeit einen weiteren Versuch mit der gleichen Belastung. Gelingt es ihm, mit der Last zu klettern, setzt er den Test mit der nächsten Last fort. Wenn es erneut fehlschlägt, notieren Sie die Gewichtslast der letzten abgeschlossenen Serie als maximale Gewichtsbelastung.
- Das Testergebnis kann als absolutes Außengewicht (g), als maximale Belastung im Verhältnis zum Körpergewicht (%) oder als die pro Gramm Körpergewicht gehobene Masse nach Ermessen des Forschers ausgedrückt werden.
HINWEIS: Das vorherige Protokoll stellt ein Modell dar, an dem zahlreiche Modifikationen möglich sind, um beispielsweise die maximale Widerstandsfähigkeit von genetisch veränderten Mäusen mit neuromuskulären Behinderungen zu beurteilen. Diese Tiere sind nicht in der Lage, mit äußeren Lasten zu klettern und haben Schwierigkeiten, 10 Sprossen mit der Leiter auf 90° Neigung zu klettern (unveröffentlichte Daten). Das Protokoll bestand darin, fünf Stufen ohne äußere Last zu erklimmen, beginnend mit einer Neigung von 110°. Die Neigung verringerte sich in jeder Serie um 5° bis 85° mit 120 s Pause nach jeder Serie. In diesem Fall wurde der maximale Widerstand als die akkumulierte Anzahl der erklommenen Stufen ausgedrückt (ohne Berücksichtigung von Wiederholungen nach Misserfolgen). Die Wildtyp-Kontrollgruppe wird nach Erreichen der 85°-Neigung den Test fortsetzen, indem sie dem Schwanz gemäß dem vorherigen Protokoll bis zur Erschöpfung externes Gewicht hinzufügt.
- Maximale Dauerfestigkeitsprüfung mit der statischen Leiter
- Zum Aufwärmen führen Sie drei Serien von 10-Wiederholungen, 10 Schritte / Wiederholung, ohne externe Belastung durch. Stellen Sie für die erste Serie die Neigung auf 90° und danach auf 85° ein. Erlauben Sie eine Ruhezeit von 60 s zwischen den Serien.
- Stellen Sie die Neigung auf 85° ein.
- Clippen Sie das Gewicht auf das klinische Klebeband, das um den Schwanz der Maus gelegt ist.
HINWEIS: Abhängig vom Alter und den Eigenschaften der Tiere kann die äußere Belastung das maximale Gewicht sein, das in einem vorherigen inkrementellen Test erhalten wurde, ein Prozentsatz davon (z. B. 50%) oder ein Prozentsatz des Körpergewichts (z. B. 100% -200%). Wenn dieser Test nach einer Trainingsphase durchgeführt wird, wird empfohlen, die gleiche Belastung wie im ersten Test zu verwenden, um die Änderungen zu beurteilen. - Führen Sie aufeinanderfolgende Serien von 10 Schritten bis zur Erschöpfung durch. Nach jeder Serie ist keine Ruhezeit erlaubt.
- Das Testergebnis ist die Anzahl der erklommenen Sprossen.
- Maximaler Dauerwiderstandstest mit der dynamischen Leiter
HINWEIS: Die Verwendung der dynamischen Leiter ermöglicht es dem Forscher, die Steiggeschwindigkeit zu kontrollieren.- Stellen Sie die Neigung auf 85° ein.
- Stellen Sie die Geschwindigkeit auf 4,2 cm/s ein.
- Zum Aufwärmen führen Sie drei Serien von 100 Schritten ohne externe Belastung durch. Erlauben Sie eine Ruhezeit von 60 s zwischen den Serien.
- Clippen Sie das Gewicht auf dem klinischen Klebeband, das um den Mausschwanz gelegt ist.
HINWEIS: Abhängig vom Alter und den Eigenschaften der Tiere kann die äußere Belastung das maximale Gewicht sein, das in einem vorherigen inkrementellen Test erhalten wurde, ein Prozentsatz davon (z. B. 50%) oder ein Prozentsatz des Körpergewichts (z. B. 100% -200%). Wenn dieser Test nach einer Trainingsphase durchgeführt wird, wird empfohlen, die gleiche Belastung wie im ersten Test zu verwenden, um die Änderungen zu beurteilen. - Beginnen Sie bei 4,2 cm/s und erhöhen Sie die Geschwindigkeit alle 60 s um 1,2 cm/s bis zur Erschöpfung.
HINWEIS: Das Testergebnis ist die Übungszeit, die Anzahl der erklommenen Sprossen oder die maximale Geschwindigkeit.
5. Widerstandstraining mit statischer Leiter
HINWEIS: Vor Beginn der Trainingszeit sind Akklimatisierung (Tabelle 1) und Trainingsplanung notwendig. Um Angst zu reduzieren, passen Sie die Mäuse an und trainieren Sie sie in Gruppen von vier Tieren, die sich den gleichen Käfig teilen.
- Für das tägliche Aufwärmen führen Sie drei Serien von 10 Wiederholungen, 10 Schritte / Wiederholung, ohne externe Belastung durch. Für die erste Serie wurde die Neigung auf 90° und danach auf 85° eingestellt. Erlauben Sie eine Ruhezeit von 60 s zwischen den Serien.
- Die Trainingseinheit beginnt im Ruhebereich. Befestigen Sie den Gator mit dem Gewicht auf dem klinischen Band.
- Legen Sie die Maus vorsichtig 10-20 Sprossen unter den Ruheplatz. Lassen Sie die Maus die Sprosse greifen und klettern Sie zum Ruhebereich.
Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis die Anzahl der Sprossen in dieser Serie (z. B. 10 Sprossen x 10 Serie) abgeschlossen ist. - Entfernen Sie das Gewicht vom Mausschwanz und warten Sie 120 s bis zur nächsten Serie.
- Erhöhen Sie die Anzahl der Schritte und die maximalen Gewichtsbelastungen der Serie während der gesamten Trainingszeit unter Beibehaltung des Wochenplans.
ANMERKUNG: Ein Beispiel für die Variation der Lasten während einer Wochenplanung ist in Tabelle 3 dargestellt. Kurz Dienstag und Freitag mit hoher Gewichtsbelastung (40-50 g) und geringer Schrittzahl (500-400); Montag und Donnerstag mit mittlerer Gewichtsbelastung (25-35 g) und einer mittleren Anzahl von Schritten (800-600); und Mittwoch ohne Gewichtsbelastung, aber eine hohe Anzahl von Schritten (2.000). Dieses Design erleichtert die Erholung von früheren Trainingseinheiten und vermeidet Verletzungen und Übertraining. Beispiele für 3 Wochen Training mit mehreren Ausführungen unter Verwendung der statischen Leiter sind in Tabelle 4 (zu Beginn, in der Mitte bzw. am Ende der Trainingsperiode)4 dargestellt.
6. Widerstandstraining mit dynamischer Leiter
HINWEIS: Nach der Akklimatisierung ist das Training auf der dynamischen Leiter dem statischen ähnlich (Tabelle 2). Das Training wird an 2-4 Mäusen gleichzeitig durchgeführt.
- Stellen Sie die Neigung auf 85° ein, schließen Sie die Tür zum Ruhebereich und starten Sie die Leiter mit der gewünschten Geschwindigkeit (z. B. 5,4 cm / s).
- Zum Aufwärmen führen Sie drei Serien von 100 Schritten ohne externe Belastung durch. Erlauben Sie eine Ruhezeit von 60 s zwischen den Serien.
- Bevor die Trainingseinheiten beginnen, wenn sich die Maus im Ruhebereich befindet, befestigen Sie den Gator mit dem Gewicht auf dem klinischen Band. Alternativ kann das Gewicht angebracht werden, wenn sich die Maus bereits auf der Leiter befindet.
- Platzieren Sie die Maus vorsichtig oben auf der beweglichen Treppe mit dem Gewicht auf dem Schwanz. Lassen Sie die Mäuse die Sprosse greifen und klettern.
- Wenn die Anzahl der Sprossen in dieser Reihe erreicht ist (z. B. 100), entfernen Sie die Gewichte. Dann wird die Tür geöffnet, damit das Tier in den Ruhebereich gehen kann. Die Ruhezeit beträgt 120 s vor der nächsten Serie.
HINWEIS: Die Anzahl der erklommenen Stufen wird als Funktion der Steigzeit bei der eingestellten Geschwindigkeit gezählt. - Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis die Trainingseinheit abgeschlossen ist. Das detaillierte tägliche Trainingsprogramm ist in Tabelle 5 dargestellt.
7. Bewertung des Crossover-Effekts von Widerstandstraining auf die Ausdauerleistung
HINWEIS: Dazu wird nach 24 Stunden Ruhezeit ein inkrementeller Laufbandtest4 durchgeführt.
- Nach einem Aufwärmen von 3 min bei 10 cm/s starten Sie den Inkrementaltest bei 10 cm/s und 10° Neigungswinkel.
- Erhöhen Sie die Geschwindigkeit um 3,33 cm/s alle 3 min bis zur Erschöpfung.
HINWEIS: Es werden keine Elektroschocks verwendet, daher wird ein Malerpinsel an der Rückseite des Laufbandes platziert, um zu verhindern, dass die Mäuse davon laufen.
8. Verhalten der Tiere während der Eingriffe
HINWEIS: Eine kontinuierliche Überwachung der Anpassung von Mäusen an das Training sollte durchgeführt werden, um extreme Ermüdung, Übertraining oder Verletzungen zu erkennen.
- Beobachten Sie Anzeichen von Tierschutz, insbesondere Pflege und Verweigerung der Ausbildung. Das normale Verhalten der Maus besteht nach einer Reihe intensiver Trainingseinheiten darin, aufgrund von Müdigkeit etwa eine Minute lang inaktiv zu bleiben. Danach beginnen sie mit der Pflege, Erkundung oder dem Versuch, das Klebeband am Schwanz zu entfernen.
- Im Falle einer Maus, die sich weigert, eine Serie zu trainieren, versuchen Sie, längere Pausen zu geben oder diese Serie sogar nicht auszuführen, um Hemmungen zu vermeiden.
- Gelegentlich drücken Sie bei leichten Übungen sanft den Schwanz des Tieres, um es zu ermutigen, die Serie zu beenden. Die Tiere hören auf zu klettern, weil es keine anspruchsvolle Aufgabe ist. Umgekehrt, wenn Tiere eine schwere Last tragen, verlagern Sie sanft das Gewicht des Tieres, um die Last zu erleichtern und es zu ermutigen, die Serie zu beenden, und lassen Sie das Tier dann bis zur nächsten Trainingseinheit ruhen. Die Tiere können wegen der schweren Last anhalten oder sogar versuchen, abzusteigen.
9. Sicherheitsverfahren
- Sicherheitsverfahren für Forscher: Führen Sie Forschungen im Labor der Tiereinrichtung durch und verwenden Sie Schuhüberzieher, Overalls, Handschuhe, Mützen und Masken. Es gibt keine zusätzlichen Anforderungen außer denen, die spezifisch für Tierversuche sind.
- Sicherheit für Tiere: Während der Übungseinheiten muss aufgrund möglicher Risiken wie Stürze oder Sprünge ständig auf die Tiere geachtet werden. Legen Sie eine Hand unter die Gewichte, um die Mäuse im Falle eines Sturzes aufgrund von Erschöpfung zu fangen und zu halten, da ihre Fähigkeit, sich richtig an den Sprossen festzuhalten, eingeschränkt ist.
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Representative Results
Ergebnisse mit statischer Leiter
Das von Codina-Martinez et al.4 verwendete und beschriebene progressive Widerstandstrainingsprotokoll (Tabelle 4) wurde in einer Vorstudie getestet, die aus 7 Wochen Training auf einer statischen Leiter mit 6 Monate alten Wildtyp-C57BL6J-Mäusen bestand (n = 4). In dieser Vorstudie wurden inkrementelle Tests zur Beurteilung der Maximalkraft vor und nach der Trainingsphase durchgeführt. Wir beobachteten eine Steigerung der Maximalkraft um 46,4%, was bedeutet, dass sie am Ende der Trainingszeit mit dem 1,9-fachen ihres Körpergewichts klettern konnten (unveröffentlichte Daten).
In der Studie von Codina-Martínez et al.4 wurden männliche Mäuse (C57BL6N/129Sv) mit Mangel an Atg4b16 und ihre entsprechenden Wildtypkontrollen (8 Wochen alt, n = 36 pro Genotyp) 14 Wochen lang trainiert (Tabelle 4). Inkrementelle Tests zur Beurteilung der maximalen Resistenz vor und nach der Trainingsphase zeigten eine prozentuale Veränderung von 44% bei trainierten Wildtyp-Tieren und 15,3% bei atg4b-/- Mäusen.
In einer anderen Studie wurden 8 Wochen alte C57BL6N-Mäuse 4 Wochen, 5 Tage/Woche (n = 8) trainiert (unveröffentlichte Daten). Alle Einheiten wurden entwickelt, um das gleiche Übungsvolumen durch eine Kombination aus der Anzahl der gekletterten Schritte (oder der Distanz gegen die Schwerkraft) und der Gewichtsbelastung17 zu erreichen und basierten auf den Ergebnissen, die in einem Maximalkrafttest vor der Trainingsperiode erzielt wurden. Die Anzahl der Schritte pro Trainingseinheit variierte zwischen 400-2.000, abhängig von der maximalen Gewichtsbelastung, die zwischen 25-65% der maximalen Gewichtsbelastung beim Pre-Training-Test lag. Wir haben diese maximalen Gewichtsbereiche ausgewählt, weil beschrieben wurde, dass unterhalb von 75% des Maximalgewichts kein Geschwindigkeitsverlust auftritt, um 1 RM zu klettern, was für die Standardisierung der Intensität submaximaler Anstrengungen18 wichtig ist. Auch hier wurden vor und nach der Trainingszeit inkrementelle Tests zur Beurteilung der Maximalkraft durchgeführt. Der durchschnittliche Prozentsatz der Abweichung dieses Parameters betrug 40%. Die Spitzenkraft erreichte eine 27 g Maus, die nach der Trainingszeit 10 RM mit 120 g klettern konnte.
Ergebnisse mit dynamischer Leiter
Um die dynamische Leiter als Werkzeug für das Widerstandstraining zu bewerten, haben wir ein Experiment mit dem Ziel durchgeführt, die Wirkung von zwei Arten von Krafttraining zu bewerten: Ausdauer-Widerstandstraining und Krafttraining. Das Design und die Ergebnisse dieser Studie werden hier zum ersten Mal gezeigt. 8 Wochen alte C57BL6N-Mäuse wurden in drei Gruppen eingeteilt: Nicht trainierte Kontrolle (C, n = 5), Ausdauerresistenz (E-R, n = 8) und Kraft (S, n = 7). Nach einer 3-wöchigen (12 Sitzungen) Akklimatisierungsphase (Tabelle 2) wurden die Mäuse für 6 Wochen, 5 Tage / Woche (Montag bis Freitag), ab 9:00 Uhr, für insgesamt 22 Sitzungen trainiert. Um die Angst zu reduzieren, wurden Mäuse in Gruppen von vier Tieren trainiert, die sich den gleichen Käfig teilten. Aversive Reize wurden vermieden, um Stress zu minimieren. Die E-R-Gruppe führte dreimal mehr Wiederholungen mit 1/3 der Gewichtsbelastung im Vergleich zur S-Gruppe durch, so dass sie alle die gleiche akkumulierte Arbeit mit unterschiedlichen Kombinationen von Belastung und Wiederholungen durchführten. Die Geschwindigkeit war für alle Gruppen konstant und lag bei 5,4 cm/s. Die Neigung wurde auf 85° festgelegt.
Die Normalität der Variablen wurde mit dem Shapiro-Wilk-Test getestet. Die Ergebnisse werden als Mittelwert ± Standardabweichung (SD) angezeigt. t-Test und ANOVA (Bonferroni post-hoc) wurden für statistische Unterschiede verwendet. Wesentliche Veränderungen wurden auf p < 0,05 festgelegt. Für alle statistischen Analysen wurde die Statistiksoftware R (www.r-project.org) verwendet.
Alle Tiere, die in die Trainings- und Kontrollgruppe aufgenommen wurden, schlossen die Studie ab. Die mittlere tägliche Nahrungsaufnahme pro Maus betrug 2,8 ± 0,11 g für C, 3,2 ± 0,24 g für E-R und 3,3 ± 0,13 g für S. Trainierte Mäuse hatten eine höhere Nahrungsaufnahme als Kontrollmäuse (p < 0,05). Es gab jedoch keinen Unterschied im Körpergewicht nach dem Eingriff (C: 28,0 ± 3,18 g, E-R: 28,5 ± 1,93 und S: 28,1 ± 2,52 g).
Der signifikante Anstieg der Maximalkraft nach der Trainingsperiode wurde in den Gruppen S (29,5 ±1 0,9%) und E-R (41,5 ± 2,5%) beobachtet, während ein nicht signifikanter Anstieg für C (20,0 ± 4,0%) beobachtet wurde (Abbildung 2). Der am Ende der Trainingsperiode gemessene Ausdauerwiderstand (Abbildung 3) war in der E-R-Gruppe signifikant höher als in den Gruppen S (122,5 vs. 26,9 Sprossen, p = 0,005) und C (122,5 vs. 18,8 Sprossen, p = 0,013).
Der Cross-Training-Effekt dieser Modelle und der Effekt von Krafttraining auf die Ausdauer wurde ebenfalls untersucht. Zu diesem Zweck führten alle Tiere vor und nach der Trainingszeit einen inkrementellen Maximalausdauertest auf einem Laufband durch, gemäß den zuvor beschriebenen Protokollen19. Ein signifikanter Verlust an Ausdauer wurde in C (Pre: 1219 ± 133 s vs. Post: 982 ± 149 s, p = 0,004) beobachtet, während keine signifikanten Veränderungen für S (Pre: 1364 ± 285 s vs. Post: 1225 ± 94 s, p = 0,253) und E-R (Pre: 1139 ± 96 s vs. Post: 1185 ± 84 s, p = 0,164) beobachtet wurden.
Abbildung 2: Maximale Kraftmessung mittels eines inkrementellen Tests vor und nach einer 6-wöchigen Widerstandstrainingsphase auf einer dynamischen Leiter nach zwei Trainingsmodellen: Kraft und Ausdauerwiderstand. Legende: * p < 0.05; ** S. < 0,01. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 3: Maximaler Ausdauerwiderstand, gemessen mit einem Maximal-Ausdauer-Widerstandstest, vor und nach einer 6-wöchigen Widerstandstrainingsphase auf einer dynamischen Leiter nach zwei Trainingsmodellen: Kraft und Ausdauerwiderstand. Legende: C: Steuerung; S: Festigkeit und E-R: Ausdauerbeständigkeit. * p < 0,05. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Tabelle 1: Beispiel eines 10-tägigen Akklimatisierungsprotokolls mit einer statischen Leiter und Wildtyp-Mäusen. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.
Tabelle 2: Beispiel eines 14-tägigen Akklimatisierungsprotokolls mit einer dynamischen Leiter und Wildtyp-Mäusen. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.
Tabelle 3: Beispiel einer Trainingswoche mit einer statischen Leiter. Legende: Wiederholungen, Stufen: Anzahl der erklommenen Sprossen, Steigung: Winkel zur horizontalen Ebene und Last: Gewicht (g) am Heck befestigt. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.
Tabelle 4: Beispiel für ein dreiwöchiges Training mit einer statischen Leiter im Rahmen einer 14-wöchigen Trainingsphase. Gekennzeichnet als niedrig (Sitzungen 1-4), mittel (10-14) und hohe Last (30-34). Legende: Wiederholungen, Stufen: Anzahl der erklommenen Sprossen, Steigung: Winkel zur horizontalen Ebene und Last: Gewicht (g) am Heck befestigt. Diese Tabelle stammt aus Codina-Martinez et al. 20204. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.
Tabelle 5: Beispiel für eine Ausbildung mit einer dynamischen Leiter. Programm von zwei Gruppen von Ausdauer-Widerstands- und Krafttraining. Legende: Das Aufwärmen ist beiden Gruppen gemeinsam. Die Neigung ist auf 85° eingestellt. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.
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Discussion
Training ist eine Intervention mit mehreren Anwendungen in der Forschung, abgesehen vom Studium der Übung selbst. So hat die Analyse seiner Auswirkungen auf das Altern20 oder bestimmte pathologische Zustände und Physiotherapie21 in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit erhalten. Darüber hinaus haben zahlreiche Autoren die Wirkung von pharmakologischen22 oder diätetischen21 Interventionen auf die körperliche Fitness analysiert. In diesem Zusammenhang ist das Interesse entstanden, verschiedene Trainingsmodalitäten getrennt zu analysieren, wobei ein wachsendes Interesse an Widerstandsübungen besteht. Widerstandstraining löst in zahlreichen Geweben eine unterschiedliche molekulare Reaktion auf Ausdauer aus 23,24 und hat auch gezeigt, dass es eine spezifische Wirkung auf eine Reihe von pathologischen Zuständenhat 21.
Die Verwendung von Tiermodellen für die Untersuchung von Widerstandsübungen ist ein Werkzeug mit mehreren Anwendungen. Es ermöglicht die Charakterisierung eines spezifischen Phänotyps in Modellen von Pathologien oder genetisch veränderten Tieren, obwohl diese Beschreibung normalerweise nicht enthalten ist. Darüber hinaus liefert die Implementierung von Übungsprotokollen und die Bewertung ihrer Auswirkungen auf diese Modelle Einblicke in die Physiologie oder Pathophysiologie dieser Zustände25.
Einige Autoren haben zuvor Widerstandstraining mit Ratten 12,13 und Mäusen 4,14 unter Verwendung verschiedener Trainingsmodelle durchgeführt. Einige Autoren haben isometrische Muskelkontraktionsprotokolle angewendet, um Kraft zu trainieren und zu bewerten26. Überlastspringen im Wasser und gewichtetes Schwimmen wurden ebenfalls angewendet 9,10. Nervenstimulation, die unter Narkose11 durchgeführt wurde, und die Kombination von Widerstandstraining mit chirurgischen Eingriffen, um biomechanische Muskelüberlastung und Muskelhypertrophie27 zu verursachen, wurden ebenfalls durchgeführt.
Einige der Interventionen zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit haben jedoch einige Schwächen. Es hat sich gezeigt, dass erzwungenes Training mit Elektroschocks die experimentellen Ergebnisse beeinträchtigt28. Einige der Verfahren sind stressig, weil sie auf erzwungenem Schwimmen beruhen, um zu verhindern, dass das Tier ertrinkt 9,10. Die Nervenstimulation ist keine willentliche Muskelkontraktion und wird unter Narkosedurchgeführt 11. Der einfachste Ansatz für das Widerstandstraining und die Bewertung ist der nicht-invasive Verfahren mit konzentrischen / exzentrischen Muskelkontraktionen.
Obwohl die gebräuchlichsten Geräte zur Anwendung dieser Protokolle statische Leitern sind, auf denen die Tiere mit externen Gewichten klettern, könnten Widerstandsübungen auch mit dynamischen Geräten durchgeführt werden. In diesem Zusammenhang verwendeten Konhilas et al.29 gewichtete Räder. Dieser Ansatz ähnelt jedoch eher einer hochintensiven Ausdauerübung, so dass die Spezifität verloren gehen würde. In diesem Artikel zeigen wir zum ersten Mal Protokolle für Widerstandstraining und Widerstandsbewertung mit einer dynamischen Leiter, die sehr vielseitige Ansätze ermöglicht. Die Ergebnisse ihrer Umsetzung sind ebenfalls enthalten. Darüber hinaus bedeutet die Verwendung einer dynamischen Leiter weniger Manipulation der Tiere, da sie mit Gewicht kontinuierlich klettern können, ohne eine Reihe von Stufen wie bei einer statischen Leiter erklimmen zu müssen.
Die Kraftbeurteilung der Spitzenkräfte kann unter Verwendung der Griffstärke30 und des Drehmoments durchgeführt werden, das durch direkte Nervenstimulation31 erzeugt wird. Die Beurteilung der Kraft anhand der Leitern ist für die spätere Trainingsplanung nützlich. Die dynamische Leiter ermöglicht auch die Durchführung von Zeitbegrenzungstests, bei denen die Anzahl der Schritte in Abhängigkeit von der Belastung bewertet wird. Dieses Verfahren entspricht der maximalen Anzahl von Gewichtswiederholungstests, die am Menschen durchgeführt werden7.
Darüber hinaus betonen wir in Bezug auf Trainings- und Bewertungsmethoden in diesem Artikel die Akklimatisierung als Schlüsselfaktor zur Vermeidung von Trainingsverweigerungen sowohl auf statischen als auch auf dynamischen Leitern. Diese Akklimatisierung wird nicht durch Nahrungsbelohnung erreicht, wie in Yarsheski et al.13 beschrieben, sondern indem den Mäusen beigebracht wird, die Ruhebereiche an der Spitze der Leitern zu erreichen, so dass sie motiviert sind, ohne Nahrungsbeschränkungen zu klettern. Unser Ziel war es, humanisierte Tierübungen zu erreichen, wie von Seo et al.32 vorgeschlagen. In diesem Zusammenhang ist es auch erwähnenswert, dass die Mäuse nach diesem Protokoll in Gruppen trainiert werden, während die soziale Interaktion aufrechterhalten wird. In den in diesem Artikel gezeigten Protokollen war die Verweigerung des Trainings der Tiere sowohl bei den statischen als auch bei den dynamischen Leitern nicht vorhanden. Dies könnte auf das Anpassungsprotokoll zurückzuführen sein.
Unsere Ergebnisse zeigen, dass verschiedene Protokolle mit verschiedenen Tiermodellen bei der Verbesserung der Maximalkraft wirksam waren. Sie waren auch empfindlich genug, um Unterschiede zwischen genetisch veränderten Tieren mit Veränderungen der Muskelfunktion und Wildtyp-Tieren zu erkennen, sowohl in maximaler Resistenz als auch als Reaktion auf Training4. Darüber hinaus zeigte ein Vergleich der Trainingsprogramme mit der dynamischen Leiter (Kraft und Ausdauerwiderstand), dass alle Gruppen von Mäusen ihre maximale Kraft erhöhten, einschließlich C. Für C könnte dies daran liegen, dass die Mäuse zu Beginn der Trainingszeit jung waren und noch wuchsen. Dennoch war die Verbesserung in den S- und E-R-Gruppen viel größer, was die Wirkung des Trainings belegt. Darüber hinaus war die E-R-Gruppe im Ausdauertest nach dem Training, der darin bestand, möglichst viele Stufen mit dem im Inkrementaltest vor dem Training erreichten Maximalgewicht zu erklimmen, den S- und C-Gruppen deutlich überlegen. Darüber hinaus zeigte der inkrementelle Laufbandtest, dass es in keiner der trainierten Gruppen eine Abnahme der Ausdauer gab, während in der C-Gruppe eine Abnahme beobachtet wurde. Dies steht im Einklang mit dem zuvor beschriebenen Cross-Training-Effekt des Widerstandstrainings auf die Ausdauer33. Diese Ergebnisse deuten einerseits auf die Spezifität der in dieser Studie vorgestellten Widerstandstrainingsprotokolle zur Steigerung der Widerstands- und Ausdauerkapazitäten hin. Gleichzeitig zeigen beide Trainingsmodalitäten eine vielfältige Wirkung auf die körperliche Fitness34, wahrscheinlich aufgrund einer Vielzahl molekularer Mechanismen, die von jedem Trainingsmodell ausgelöst werden und sich teilweise überschneiden23.
Obwohl diese Trainingsmodelle die Gesamtresistenz der beteiligten Tiergruppen beeinflussten, haben wir auch eine große Heterogenität sowohl im Startwiderstand der Individuen als auch in der Reaktion auf das Training beobachtet (Abbildung 2 und Abbildung 3). Diese Beobachtung stimmt mit dem überein, was von anderen Autoren beschrieben wurde35. Dies sollte bei der Interpretation der Ergebnisse der Intervention in den verschiedenen Parametern berücksichtigt werden, die in den Proben dieser Tiere zu bewerten sind.
Schließlich eignet sich die statische Leiter auch für exzentrisches Training. Es kann durch Abstieg mit einer nahezu maximalen oder übermaximalen Belastung durchgeführt werden. Die für dieses Verfahren aufgebrachte Last muss hoch sein (z. B. 90%-100% oder mehr der maximalen konzentrischen inkrementellen Prüflast). Wenn Mäuse eine nahezu maximale Last tragen, versuchen sie natürlich, abzusteigen. Im Falle eines exzentrischen Trainings ist es notwendig, die Tiere während der Akklimatisierungsphase eher absteigen als aufsteigen zu lassen. Aus diesem Grund ist es nicht einfach, sowohl konzentrisches als auch exzentrisches Training bei Mäusen zu kombinieren, und nur ein Trainingsmodell ist zu einem bestimmten Zeitpunkt realisierbar.
Die Haupteinschränkung der hier vorgestellten Protokolle besteht darin, dass die Bewertung einer Art von Festigkeit, wie z. B. der maximalen isometrischen Festigkeit, nicht möglich ist, so dass andere Geräte und Protokolle, wie z. B. die Griffstärke, verwendet werden müssen.
Zusammenfassend ist das Widerstandstraining und die Bewertung mit statischen und dynamischen Leitern eine praktikable Methode in der Tierforschung, mit einer Vielzahl von Protokollen, abhängig vom Ziel der Studie.
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Disclosures
Der korrespondierende Autor stellt sicher, dass alle Autoren keine Interessenkonflikte haben.
Acknowledgments
Diese Arbeit wurde teilweise vom Ministerio de Economía y Competitividad, Spanien unterstützt (DEP2012-39262 an EI-G und DEP2015-69980-P an BF-G). Vielen Dank an Frank Mcleod Henderson Higgins vom McLeod's English Centre in Asturien, Spanien, für die Sprachunterstützung.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Dynamic ladder | in-house production | ||
| Elastic adhesive bandage 6 cm x 2.5 m | BSN medical | 4005556 | |
| Gator Clip Steel NON-INSUL 10A | Digikey electronics | BC60ANP | |
| Static ladder | in-house production | ||
| Weights | in-house production | ||
| Wire for holding weigths | in-house production |
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