Methodenartikel

Schwimmübungsprotokoll und Pflegemethoden für trächtige Ratten

DOI:

10.3791/66577

⸱

5. April 2024

 ,  ,  ,  , 
1Department of Exercise Physiology, Beijing Sport University, 2Laboratory of Sports Stress and Adaptation of General Administration of Sport, Beijing Sport University, 3Key Laboratory of Physical Fitness and Exercise, Ministry of Education, Beijing Sport University

* These authors contributed equally

In diesem Artikel

Zusammenfassung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hier stellen wir ein Protokoll vor, um Rattenzuchtmethoden, Schwimmtrainingsverfahren und Pflegeprotokolle nach der Zucht für trächtige Ratten nach dem Training zu beschreiben. Dieses Protokoll bietet ein Tiermodell für die Untersuchung der Auswirkungen von mütterlicher Bewegung während der Schwangerschaft auf die Nachkommen und die zugrunde liegenden Mechanismen.

Zusammenfassung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Das Konzept der Entwicklungsursprünge von Gesundheit und Krankheit unterstreicht den Einfluss früher Umgebungen auf chronische nichtübertragbare Krankheiten wie Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebs. Studien mit Tiermodellen haben untersucht, wie mütterliche Faktoren wie Unterernährung, Überernährung, Fettleibigkeit und die Exposition gegenüber Chemikalien oder Hypoxie die Entwicklung des Fötus und die Gesundheit der Nachkommen beeinflussen, was zu Problemen wie niedrigem Geburtsgewicht, Bluthochdruck, Fettstoffwechselstörungen und Insulinresistenz führt. Angesichts der zunehmenden Prävalenz von Übergewicht und Adipositas bei Frauen im gebärfähigen Alter sind wirksame Interventionen von entscheidender Bedeutung. Bewegung der Mutter während der Schwangerschaft hat sich als wichtige Maßnahme herausgestellt, die sowohl der Mutter als auch den Nachkommen zugute kommt und das Krankheitsrisiko verringert. Diese Studie vergleicht die Unterschiede von drei Trainingsmodellen an trächtigen Ratten: freiwilliges Radlaufen, motorisierte Laufbänder und Schwimmen. Schwimmen ist aufgrund seiner sicheren und kontrollierten Intensitätsstufen die vorteilhafteste Option. Dieses Protokoll beschreibt die Zuchtmethoden der Ratte, das Schwimmtraining während der Trächtigkeit und die Pflegeprotokolle nach der Zucht. Dieses Modell, das für verschiedene Ratten- und Mausarten geeignet ist, ist nützlich, um die Vorteile von Bewegung von Müttern für die Gesundheit der Nachkommen und das generationenübergreifende Wohlbefinden zu untersuchen.

Einleitung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich das Konzept der Developmental Origins of Health and Disease (DOHaD) entwickelt, das gezeigt hat, dass Umwelteinflüsse während der frühen Entwicklung das Risiko für spätere pathophysiologische Prozesse beeinflussen, die mit chronischen nichtübertragbaren Krankheiten (NCD), insbesondere Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und einigen Krebsarten, verbunden sind1. In der plastischsten Phase der fetalen Entwicklung, in der die Nachkommen der intrauterinen Umgebung ausgesetzt sind, sind die Interaktion zwischen Gen und Umwelt sowie die uteroplazentare Perfusion entscheidende Faktoren für die fetale Reprogrammierung2. In früheren Studien wurden überwiegend Tiermodelle verwendet, um die nachteiligen Auswirkungen wie Unterernährung der Mutter, Überernährung oder Fettleibigkeit während der Schwangerschaft sowie die pränatale Exposition gegenüber Chemikalien oder Hypoxie auf die Entwicklung des Fötus und die langfristigen phänotypischen Auswirkungen bei den Nachkommenzu untersuchen 3. Dies führte zu einem niedrigen Geburtsgewicht und späterem Wachstum und hatte nachteilige Auswirkungen auf die Nachkommen, einschließlich erhöhtem Blutdruck, Dyslipidämie und Insulinresistenz4. Da die Rate von Übergewicht und Adipositas bei Frauen im gebärfähigen Alter rapide zunimmt, ist es dringend erforderlich, wirksame Interventionen zur Verhinderung der generationsübergreifenden Übertragung dieser schädlichen mütterlichen Erkrankungen zu etablieren, was sich erheblich auf die Gesundheit der Bevölkerung auswirkt 5,6.

Bewegung ist seit langem als wichtiges präventives Therapeutikum für Typ-2-Diabetes, Bluthochdruck und verschiedene andere Krankheiten anerkannt7. Bewegung während der Schwangerschaft hat positive Auswirkungen auf die Mutter und wirkt sich positiv auf die Nachkommen aus, wodurch die mütterliche Übertragung von Krankheiten auf die Nachkommen verringertwird 8. Mehrere Jahre Forschung haben die Sicherheit und die tiefgreifenden Vorteile von Bewegung gezeigt, einschließlich einer erheblichen Verringerung häufiger Schwangerschaftserkrankungen wie Schwangerschaftsdiabetesmellitus 9,10. In Bezug auf die Sicherheit von Mutter und Fötus ist die Durchführung von Bewegungstrainings und Protokollen nach dem Stillen eine Herausforderung.

David11et al. beschriebene Tierbewegungsmodelle, die auf die kardiovaskuläre Gesundheitsforschung anwendbar sind. Die drei häufig verwendeten Übungsmodelle, freiwilliges Radlaufen, motorisierte Laufbänder und Schwimmen, haben Vor- und Nachteile. Das willkürliche Radlaufen ahmt das Fortbewegungsverhalten von Ratten genau nach und ermöglicht es ihnen, sich entsprechend ihrem zirkadianen Rhythmus zu bewegen. Diese Art von Übung erfordert jedoch eine genauere Regulierung von Intensität und Dauer. Das motorisierte Laufband kann die Intensität, das Volumen und die Dauer des Trainings steuern, aber manchmal benötigt es eine elektrische Stimulation, die bei den Tieren physischen und psychischen Stress auslösen kann. Schwimmen wird in Nagetierstudien häufig verwendet, da Ratten über eine inhärente Schwimmfähigkeit verfügen, die auch elektrische Stimulation oder mechanische Schäden an Füßen und Schwänzen vermeiden kann12. In Studien zu pränatalen Übungsmodellen13,14 ist Schwimmen eine häufig verwendete Übungsmethode. Wenn die Trächtigkeit fortschreitet und der Bauch der Ratte anschwillt, können Laufband- und Radlaufübungen zu wiederholtem Kontakt des Bauches mit harten Oberflächen führen. Im Gegensatz dazu sorgt das Wassermilieu beim Schwimmen für Auftrieb, wodurch das Risiko von belastungsbedingten Verletzungen für trächtige Tiere verringert wird.

Dieses Protokoll stellt die Zuchtmethoden der Ratte vor, wie das Schwimmtraining während der Trächtigkeit durchgeführt wird und die Pflegeprotokolle nach der Zucht für trächtige Ratten nach dem Training. Dieses Schwimmtrainingsmodell kann auf eine Vielzahl von Ratten- und Mausarten angewendet werden, was somit ein nützliches Nagetiermodell für zukünftige Untersuchungen mit Tiermodellen darstellen könnte, um die Mechanismen zu untersuchen, die die positiven Auswirkungen von mütterlicher Bewegung auf die Gesundheit der Nachkommen und die Vorteile von Bewegung über Generationen hinweg regulieren.

Protokoll

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Alle hier beschriebenen Methoden wurden von der Tierethikkommission der Sportuniversität Peking genehmigt und in Übereinstimmung mit den Richtlinien der National Institutes of Health (NIH) und den chinesischen Tierschutzgesetzen und institutionellen Richtlinien durchgeführt.

1. Paarung und Fütterung von Ratten

  1. Kaufen Sie spezifische, pathogenfreie (SPF) bewertete 10 Wochen alte weibliche Wistar-Ratten und 11 Wochen alte männliche Wistar-Ratten.
  2. Implementieren Sie adaptive Fütterung: Füttern Sie die Wistar-Ratten ad libitum mit einer Standarddiät von Nagetieren und verschaffen Sie ihnen eine Woche lang Zugang zu Leitungswasser in der dafür vorgesehenen Fütterungsanlage. Stellen Sie sicher, dass alle Ratten in einem 12-stündigen Hell-Dunkel-Zyklus bei einer konstanten Temperatur von 22 °C und einer Luftfeuchtigkeit von 45-55 % untergebracht werden.
  3. Untersuchen Sie die Brunst der weiblichen Ratte.
    1. Bereiten Sie die Ausrüstung und Materialien vor, einschließlich sauberer Objektträger aus Glas, Wattestäbchen mit einem Durchmesser von 2 mm, Kochsalzlösung (0,9 % NaCl) und Mikroskop.
    2. Beschriften Sie jeden Objektträger mit dem Datum und der Rattenidentifikation.
    3. Um Stress zu minimieren, halten Sie die weibliche Ratte zwischen 18 und 19 Uhr sanft fest. Fassen Sie mit Daumen und Zeigefinger die Basis des Schwanzes, während Sie mit den anderen Fingern Druck auf den Lendenwirbel der Ratte ausüben.
    4. Hebe die Spitze des Schwanzes an und lege die Scheide frei. Befeuchten Sie ein Wattestäbchen mit Kochsalzlösung, stecken Sie dann die Spitze in die Vagina und rollen Sie die Spitze vorsichtig, um Vaginalsekret aufzufangen.
    5. Rollen Sie die Tupferspitze über den Objektträger und vermeiden Sie ein erneutes Auftragen auf dieselbe Stelle.
    6. Untersuchen Sie den Abstrich unter dem Mikroskop und verwenden Sie das Objektiv mit geringer Vergrößerung (10x), um die Zellen zu lokalisieren und zu beobachten.
      HINWEIS: Während der Brunst sind in den Vaginalsekreten größere Epithelkerne verschwunden, die durch plattenepitheliale exfolierte keratinisierte Epithelzellen ersetzt wurden, die sich zu einem Hügel angesammelt haben.
    7. Notiere das Stadium des Brunstzyklus für jede Ratte.
  4. Setzen Sie zwischen 19 und 20 Uhr eine männliche und eine weibliche Ratte in den Paarungskäfig.
    HINWEIS: Die weiblichen Ratten müssen sich zur Paarung in der Prostrus oder Brunst befinden.
  5. Am zweiten Tag, zwischen 7 und 8 Uhr, untersuchen Sie den Paarkäfig auf Kopulationspfropfen. Wenn ein Kopulationspfropfen an der Basis des Paarungskäfigs gefunden wird, fahren Sie mit der Erstellung eines Vaginalsekretabstrichs für die weibliche Ratte fort, indem Sie die gleiche Methode wie in den Schritten 1.3.4 bis 1.3.6 beschrieben anwenden.
    HINWEIS: Kopulationspfropfen sind milchig-weiße oder gelblich-gallertartige Materialien, die aus Samenbläschen und Prostatasekreten männlicher Ratten in Kombination mit Vaginalsekreten hergestellt werden.
  6. Bestätigen Sie die Trächtigkeit bei der weiblichen Ratte: Nachdem Sie Kopulationspfropfen im Paarungskäfig gefunden haben, beobachten Sie Spermien auf dem Vaginalsekretabstrich. Bezeichnen Sie diesen Tag als Trächtigkeitstag 1 (GD1).
  7. Isolieren Sie die trächtige Ratte in einem separaten Käfig.
    HINWEIS: In der Anfangsphase der Trächtigkeit ist es unbedingt zu verhindern, dass eine trächtige Ratte in ihrer Umgebung auf unbekannte männliche chemische Signale stößt oder mit einer unbekannten männlichen Ratte zusammenlebt.
  8. Die Tragzeit von Ratten dauert in der Regel 21-23 Tage. Messen und notieren Sie das Körpergewicht der Ratten von GD1 bis GD20.
  9. Ersetzen Sie bei GD20 den Käfig der trächtigen Ratte durch einen sauberen und legen Sie medizinisch saugfähige Watte (ähnlich groß wie die Ratte) in den Käfig. Sorgen Sie für ausreichend Wasser und Futter für ein siebentägiges Überleben und stellen Sie den Käfig an einem ruhigen Ort auf.
    HINWEIS: Wechseln Sie den Käfig mindestens 1 Woche nach der Geburt der Ratte nicht. Wenn Sie auf einen sauberen Käfig umsteigen, übertragen Sie die gebrauchte saugfähige Watte aus dem schmutzigen Käfig in den neuen, um sicherzustellen, dass die Ratten den Geruch ihres Nachwuchses erkennen können.
  10. Trennen Sie den Nachwuchs am 21. Tag nach der Geburt nach Geschlecht und setzen Sie ihn in zwei Käfige.
    HINWEIS: Aufgrund der geringeren Größe des 21 Tage alten Nachwuchses legen Sie die Hartfutterpellets in eine Glaspetrischale im Käfig.

2. Vorgeburtliches Schwimmtrainingsprogramm

  1. Durchführung eines 5-tägigen Anpassungstrainings für alle experimentellen weiblichen Ratten.
    1. Bereiten Sie einen durchsichtigen Plastikbehälter mit einer Höhe von mindestens 20 cm vor und füllen Sie ihn mit 10 cm Wasser bei 34 ± 1 °C.
    2. Fassen Sie die Spitze des Schwanzes der Ratte und heben Sie sie an, dann legen Sie die Ratte ins Wasser.
    3. Überwachen Sie während des 15-minütigen adaptiven Trainings die Wassertemperatur alle 5 Minuten genau und fügen Sie warmes Wasser hinzu, um die Temperatur zu halten.
    4. Setzen Sie die Ratte nach dem Training in sauberes Wasser bei 34 ± 1 °C um, um ihr Fell zu waschen. Setze die Ratte dann mit Handtüchern in einen Käfig und benutze einen Fön, um ihr Fell zu trocknen.
      HINWEIS: Lärm und eine heiße Umgebung können bei Ratten Stress verursachen. Daher empfiehlt es sich, einen temperaturregulierbaren und leisen Fön zu verwenden.
    5. Bitte bringen Sie die Ratte in ihre jeweiligen Käfige zurück.
  2. Rattenpaarung (befolgen Sie die Schritte 1.3-1.6).
  3. Nach Schritt 1.7 werden trächtige Ratten nach dem Zufallsprinzip in eine sitzende Gruppe (SED) und eine Bewegungsgruppe (EX) eingeteilt.
  4. Wiegen Sie die Ratte täglich vor jeder Trainingseinheit.
    HINWEIS: Während des adaptiven Trainings sollte der Gewichtsverlust von Ratten 3 g/Tag nicht überschreiten. Während des vorgeburtlichen Trainings sollte das Gewicht der Ratten nach und nach zunehmen. Wenn die Ratten mehr als 3 g pro Tag verlieren, reduzieren Sie die tägliche Trainingszeit um 50%, um eine Erholung zu ermöglichen.
  5. Führen Sie ein Schwangerschaftsschwimmtraining für den EX von GD1 bis GD20 durch, 6 Tage die Woche, von 8:00 bis 9:00 Uhr morgens.
    1. Bereiten Sie einen runden Wassereimer mit einem Durchmesser von 50 cm und einer Mindesthöhe von 50 cm vor und füllen Sie ihn mit 40 cm Wasser bei einer Temperatur von 34 ± 1°C.
    2. Führen Sie von GD1 bis GD5 das Schwimmtraining zunächst 20 Minuten pro Tag durch und steigern Sie es schrittweise auf 60 Minuten pro Tag.
    3. Von GD6 bis GD20 setzen Sie das Übungstraining für 60 Minuten pro Tag an 6 Tagen pro Woche fort.
    4. Zur Nachsorge siehe Schritte 2.1.4-2.1.5.
    5. Geben Sie der EX-Ratte nach dem Training 5 g Sonnenblumenkerne von Nagetieren, um die Ernährung zu unterstützen.
  6. Setzen Sie die SED-Ratte während des täglichen EX-Trainings in die gleiche Wasserumgebung wie beim adaptiven Training (Schritt 2.1.1). Lassen Sie die SED-Ratte die gleiche Zeit in der Wasserumgebung verbringen wie die EX-Ratte. Geben Sie der SED-Ratte nach dem Training 5 g Sonnenblumenkerne von Nagetieren, um sie ernährungsphysiologisch zu unterstützen und Emotionen zu beruhigen.
  7. Reinigen und desinfizieren Sie nach jedem Schwimmtraining alle Geräte, einschließlich Wassereimer und Handtücher, mit ultraviolettem Licht.

3. Physikalische Eigenschaften von Föten

  1. Am Morgen von GD20.5 wird die weibliche Ratte mit 3% Isofluran betäubt und in einer CO2 -Kammer eingeschläfert.
  2. Verwenden Sie ein chirurgisches Messer, um einen Schnitt in den Unterbauch der Ratte zu machen. Achten Sie darauf, dass der Schnitt zu beiden Seiten des Bauches geneigt ist, um eine vollständige Freilegung der Gebärmutter zu gewährleisten.
  3. Öffnen Sie die Gebärmutter vorsichtig mit einer Pinzette und einer Schere, um die Föten und Plazenten freizulegen. Trennen Sie das dünne Amnion, das die Föten umgibt, vorsichtig mit einer Pinzette, um eine durch eine Schere verursachte Schädigung der Föten und Plazenten zu vermeiden.
  4. Reinigen Sie die Körper der Föten mit steriler Gaze, um Blut und Schleim zu entfernen. Trennen Sie Föten und Plazenten nacheinander nach ihrer anatomischen Position und wiegen Sie sie dann.
  5. Beobachte den Abstand zwischen Anus und Genitalien, um das Geschlecht der Föten zu bestimmen. Männliche Föten haben einen größeren Abstand als weibliche. Notieren Sie das Geschlecht und die Anzahl der Föten zum späteren Nachschlagen.
  6. Messen Sie die Länge der Föten mit einem Messschieber, während Sie flach liegen. Da die Föten noch am Leben sind, können sie sich nach dem Präparieren zusammenrollen, also entfalten Sie ihren Körper, um Messungen vorzunehmen.
    HINWEIS: Um die Konsistenz der Versuchsergebnisse und die Konsistenz der Messmethoden zu gewährleisten, hält derselbe Versuchsleiter überall die gleichen Standards ein. Die Föten wurden gemäß den von der Einrichtung empfohlenen Richtlinien euthanasiert und Gewebeproben für weitere Analysen bei Bedarf entnommen.

Ergebnisse

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Im Abschnitt Rattenzuchtmethoden (Abbildung 1) bestimmen wir den Brunstzyklus weiblicher Ratten, indem wir Vaginalsekret-Objektträger herstellen, um die Erfolgsrate der Zucht zu erhöhen. Der Östruszyklus der Ratte dauert 4-5 Tage, einschließlich Proöstrus, Brunst, Metestrus und Diöstrus. Weibliche Ratten in Metestrus oder Diöstrus zeigen Verhaltensweisen wie die Distanzierung von Männchen. Gleichzeitig sind die Ratten in der Brunst bereit, sich zu paaren, und der Eisprung bei weiblichen Ratten findet meist am Ende der Brunst statt. Während der Proöstrus enthalten Vaginalabstrichproben hauptsächlich kernhaltige Epithelzellen mit gelegentlich keratinisierten Zellen. Bei der Brunst besteht der Vaginalabstrich überwiegend aus keratinisierten Plattenepithelzellen, die zu Haufen verklumpt sind, wobei das Verschwinden der vergrößerten Kerne von Epithelzellen bei der Metestrus zu beobachten ist. Bei der Metestrus enthält der Vaginalabstrich hauptsächlich weiße Blutkörperchen mit wenigen keratinisierten Epithelzellen. Das Diestrusstadium ist gekennzeichnet durch eine Dominanz weißer Blutkörperchen mit gelegentlichen kernhaltigen und keratinisierten Epithelzellen (Abbildung 1A).

Der Kopulationspfropfen ist eine gelartige Substanz, die aus Vaginal- und Samensekreten besteht. Die weibliche Ratte bildet einen kopulatorischen Pfropfen, um zu verhindern, dass sich andere männliche Ratten erneut paaren, während sie gleichzeitig die Vagina der weiblichen Ratte blockiert, um zu verhindern, dass das Sperma der männlichen Ratte herausfließt. Das Vorhandensein des Kopulationspfropfens deutet nicht unbedingt auf eine erfolgreiche Fortpflanzung hin, sondern nur auf das Auftreten von Paarungsverhalten. Daher ist es notwendig, am Morgen nach der Paarung erneut Vaginalabstriche an der weiblichen Ratte durchzuführen. Das Vorhandensein von Spermien im Vaginalabstrich deutet auf eine erfolgreiche Zucht hin. Es ist wichtig, das Gewicht weiblicher Ratten nach diesem Tag zu überwachen, um zu beobachten, ob es allmählich zunimmt, was ein Zeichen für eine erfolgreiche Schwangerschaft ist. Wenn innerhalb von zwei Tagen nach der Paarung keine Kopulationspfropfenbildung stattfindet oder wenn sich ein Kopulationspfropfen bildet, aber keine Spermien im Abstrich beobachtet werden, wird empfohlen, die männliche Ratte auszutauschen und erneut zu versuchen, sich fortzupflanzen. Durch die Untersuchung von Objektträgern des Vaginalsekrets unter dem Mikroskop bestimmen wir das Stadium des Östruszyklus bei weiblichen Ratten und verwenden die Präparate in Proöstrus und Östrus für die Zucht. Trächtige Ratten wurden nach dem Zufallsprinzip einer sitzenden (SED) oder Bewegungsgruppe (EX) zugeteilt, wobei das Schwimmtraining von GD1 bis GD20 durchgeführt wurde (Abbildung 1B). Um die nach der Rattenpaarung gebildeten Kopulationspfropfen zu beobachten, verwenden wir einen speziell entwickelten Paarungskäfig für die Rattenpaarung. Der Gegenkäfig besteht aus einer Basiswanne, einem Drahtgitterboden, einem Käfigrahmen ohne Boden und einer Drahtkäfigabdeckung (Abbildung 1C).

Vor der Geburt können trächtige Ratten ein Nistverhalten zeigen (Abbildung 1E) und Materialien aus ihrer Umgebung verwenden, um ein gemütliches und warmes Nest für ihren Nachwuchs zu bauen. Es wird empfohlen, eine Menge entfettete Watte in den Käfig zu legen, die der Größe der trächtigen Ratte entspricht, wenn sie in einen neuen, sauberen Käfig auf GD20 umgesiedelt wird. Um junge Ratten zu untersuchen, müssen sie bis zu einem bestimmten Alter aufgezogen werden. Ratten werden etwa 21 Tage nach der Geburt entwöhnt. Daher werden die Babyratten am 21. Tag nach der Geburt für die individuelle Aufzucht nach Geschlecht getrennt (Abbildung 1F). Die Methode zur Identifizierung des Geschlechts von Ratten beinhaltet die Beobachtung des Abstands zwischen den Genitalien und dem Anus. Bei Männern ist der Abstand größer und sie haben Fell zwischen den Genitalien und dem Anus. Die männlichen Genitalien sind im Vergleich zu Frauen ausgeprägter und ausgeprägter. Weibliche Ratten haben auffälligere Brustwarzen als männliche.

Während der Trächtigkeit von Ratten wird ein tägliches Wiegen und Aufzeichnen von GD1 bis GD20 empfohlen (Abbildung 2). Das Gewicht der Ratte sollte während der Trächtigkeit allmählich zunehmen (Abbildung 2A), und das Tagesgewicht sollte mit dem Gewicht des Vortages verglichen werden. Dies ist von entscheidender Bedeutung, da Ratten dazu neigen, ihre Embryonen nach einer Fehlgeburt zu verzehren, was es schwierig macht, sie allein durch Beobachtung zu erkennen. Darüber hinaus kann die Überwachung des Rattengewichts helfen, übermäßige Bewegung zu erkennen. Wenn das Gewicht der Ratte um mehr als 3 g abnimmt, reduzieren Sie die Dauer des Trainings an diesem Tag um 50 %. Bei GD20.5 werden trächtige Ratten präpariert, um Föten und Plazenta zu erhalten, und das Verhältnis von fetalem Gewicht zu Plazentagewicht wird als Plazentaeffizienz definiert (Abbildung 2B). Messen Sie die Länge des Fötus von der Spitze des Kopfes bis zur Unterseite des Steißes in seitlicher Position mit einem Lineal, um die Körperlänge des Fötus zu ermitteln (Abbildung 1, G und 2C).

figure-results-1
Abbildung 1: Trächtigkeitsmodell an Ratten. (A) Der Vaginalabstrich resultiert zu verschiedenen Östrusperioden, die kopulatorischen Pfropfenbilder der Ratten und das Vorhandensein von Spermien in den Vaginalabstrichen am zweiten Tag nach der Paarung. (B) Schematische Darstellung des pränatalen Schwimmtrainingsprogramms. (C) Gesamtansichten des Paarungskäfigs für die Ratten. (D) Ein Foto des Schwimmtrainings für trächtige Ratten, das den Durchmesser des verwendeten Wassereimers zeigt. (E) Das Nestbauverhalten von Ratten. (F) Das unterschiedliche Aussehen der Fortpflanzungsorgane bei männlichen und weiblichen Ratten im Alter von 21 Tagen. (G) Das Aussehen von Föten und Plazenten und eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Messung der Körperlänge des Fötus. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

figure-results-2
Abbildung 2: Das Körpergewicht der trächtigen Ratten und die körperlichen Eigenschaften der Föten. (A) Die Gewichtsveränderungen trächtiger Ratten von GD1 zu GD20 in den Gruppen SED und EX (jeweils n = 9). (B) Der Unterschied in der Plazentaeffizienz zwischen den beiden Gruppen. (C) Die Variation der Körperlänge von Föten zwischen der SED- und der EX-Gruppe. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

figure-results-3
Abbildung 3: Vergleich verschiedener Übungsmethoden für trächtige weibliche Ratten. Die Vor- und Nachteile verschiedener Trainingsmethoden für trächtige weibliche Ratten: freiwilliges Radlaufen (VWR), motorisiertes Laufband (MT) und Schwimmen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

figure-results-4
Abbildung 4: Übungsprogramm für das Schwimmen. (A) Der vollständige Prozess der Paarung, Trächtigkeit, Schwimmübung, Geburt und Laktation, der in den Protokollschritten 1.1-1.10 beschrieben ist, an weiblichen Wistar-Ratten. (B) Der in den Protokollschritten 2.1-2.6 beschriebene Prozess des Schwimmtrainings während der Schwangerschaft, einschließlich Anpassungstraining und formalem Training. Die Wassertemperatur wird während des gesamten Prozesses bei 34 ± 1 °C gehalten. Während des Anpassungstrainings beträgt die Wassertiefe 10 cm, während sie während des formellen Trainings 10 cm für den SED und 40 cm für den EX beträgt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Tabelle 1: Mögliche Probleme beim Schwimmen und bei der Wochenbettbetreuung für trächtige Ratten und deren Lösungen. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.

Tabelle 2: Eine vergleichende Analyse von Trainingsprogrammen bei schwangeren weiblichen und männlichen Ratten oder Mäusen. MT: motorisiertes Laufband; VWR: freiwilliges Radfahren; MLC: Prüfung der maximalen Tragfähigkeit. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.

Diskussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Diese Studie zielt darauf ab, ein praktikables Übungsprogramm für trächtige Ratten zu etablieren, einschließlich detaillierter Rattenpaarungsmethoden, Schwimmtrainingsprotokolle und Forschungsmethoden zur Bewertung physiologischer Indikatoren bei Föten. Wir haben in der Praxis ein pränatales Schwimmtrainingsmodell entwickelt, mit entsprechenden Lösungen für mögliche Probleme, die im Protokoll auftreten können (Tabelle 1). Dieses Protokoll wird es praktischer machen und Forschern bei der Etablierung von pränatalen Übungsmodellen helfen.

Unsere Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass die Verwendung des von uns entwickelten Trainingsprogramms zum Schwimmen in der Rattenträchtigkeit den normalen Schwangerschaftsprozess von Ratten nicht beeinträchtigt und nicht zu unerwünschten Schwangerschaftsergebnissen führt. Der Einfluss von pränatalen Übungen auf die Schwangerschaftsergebnisse bei Ratten wurde durch Messung der Fehlgeburtenraten und der Wurfgröße untersucht. Die Studie kam zu dem Schluss, dass pränatale Bewegung diese Faktoren nicht signifikant beeinflusste15,16. Um Föten zu untersuchen, sezieren Forscher trächtige Ratten mit GD20.5, um fötale Proben zu erhalten. Während der Sektion werden Föten und Plazenten gesammelt, und es ist wichtig, die Anzahl der Nachkommen pro Wurf zu verfolgen, um den Schwangerschaftsverlauf zu bestimmen, was eine Zählung der Anzahl der Föten und der Körperlänge des Fötus erfordert. Darüber hinaus ist die Plazentaeffizienz das Verhältnis des fetalen Gewichts zum Plazentagewicht, was Messungen sowohl des fetalen als auch des plazentaren Gewichts erfordert. Unsere früheren Ergebnisse deuteten darauf hin, dass pränatale Übungen die Körperlänge des Fötus nicht signifikant beeinflussten, aber die Plazentaeffizienz in der hypertensiven Übungsgruppe im Vergleich zur hypertensiven Kontrollgruppesignifikant verbesserten 15. Das mütterliche Verhalten 13,17 kann als Indikator für die Bewertung der Auswirkungen von Bewegung während der Schwangerschaft auf die Mutter dienen. Daher können Indikatoren wie die Fehlgeburtenrate, die Wurfgröße, die Körperlänge und das Gewicht des Fötus, die Plazentaeffizienz und das mütterliche Verhalten verwendet werden, um die Auswirkungen von Schwangerschaftstraining auf die Ergebnisse des Fötus zu bewerten. Daher empfehlen wir, unser Versuchsprotokoll bei der Gestaltung von Schwangerschaftstrainingsmodellen zu übernehmen, um unnötigen Schaden an Versuchstieren zu vermeiden.

Seit der Entwicklung der DOHaD-Theorie liegt der Schwerpunkt stärker auf der Erforschung des Einflusses von Umweltvariablen im frühen Leben auf die individuelle Gesundheit18. Zahlreiche Studien wurden durchgeführt, um mutmaßliche pathophysiologische Signalwege bei fetalen Erkrankungen unter Verwendung von Tiermodellen zu untersuchen19. Da Nagetiermodelle, die Bewegung während der Schwangerschaft beinhalten, diesen Prozess erfolgreich imitieren können, werden verschiedene Arten von Bewegung in Tiermodellen mit verschiedenen fetalen Krankheiten untersucht20. Autonome Laufräder, Laufplattformen, Klettergeräte mit Gewichten und Schwimmprotokolle sind Beispiele für gängige Trainingstechniken. Fettleibigkeit, Diabetes und Bluthochdruck sind typische Tiermodelle21. Wir können sehen, dass verschiedene Übungsroutinen unterschiedliche Vor- und Nachteile haben, wenn wir die Übungsmethoden klassifizieren und vergleichen, die in verschiedenen Forschungsstudien verwendet wurden 15,16,21,22,23,24 (Abbildung 3 und Tabelle 2).

In diesem Protokoll bieten wir eine detaillierte Erklärung der Trächtigkeitskontrolle von Ratten, der Durchführung der Schwimmübungsroutine und der Beurteilung von Föten und Nachkommen. Durch eine sorgfältige Kontrolle des Paarungsverhaltens von Ratten war es möglich, eine genauere Schätzung darüber zu erhalten, wie lange eine Trächtigkeit dauert. Dies ermöglichte Bewegungsinterventionen während der Schwangerschaft und schuf ein Modell für die Untersuchung von pränataler Bewegung. Im 21. Schwangerschaftstag können Feten- und Plazentaproben präpariert werden, um die intergenerationellen Auswirkungen der mütterlichen Aktivität während der Schwangerschaft auf die Plazentafunktion und die Entwicklung des Fötus zu bewerten. Darüber hinaus wurden die Nachkommen von Bewegungsratten bis ins Erwachsenenalter und sogar ins hohe Alter gefüttert, um die langfristigen physiologischen und pathologischen Prozesse zu untersuchen, die diesen Effekten zugrunde liegen.

Wenn Sie ein Schwimmtrainingsprogramm für Ratten einrichten, ist es wichtig zu bedenken, dass sie möglicherweise versuchen, das Schwimmen zu vermeiden, indem sie sich in Ecken verstecken, aus dem Pool klettern, sich an anderen Ratten festhalten oder sogar auf Luftblasen in ihrem Fell schweben. Um dies zu verhindern, sollte das Schwimmbad aus Kunststoff bestehen und zylindrisch sein. Das Wasser im Pool sollte tiefer als das 1,5-fache der Länge der Ratte sein, gemessen von der Nase bis zum Ende des Schwanzes. Die Wassertiefe sollte in erster Linie über 50 cm betragen und die Oberfläche sollte groß genug sein, um unbegrenzt schwimmen zu können. Es ist wichtig, Ratten einen Mindestschwimmraum von 1000 cm2 zur Verfügung zu stellen11. Deshalb haben wir ein Schwimmtrainingsgerät entworfen, das aus einem Eimer mit einer Höhe von 55 cm und einem Durchmesser von 50 cm besteht. Während des Schwimmtrainings sollte der Wasserstand 40 cm betragen und der Durchmesser der Wasseroberfläche sollte 45 cm betragen. Zusätzlich ist es wichtig, die Wassertemperatur bei 34 ± 1°C zu halten. Dieses Gerät ist für jeweils eine Ratte zum Trainieren geeignet. Es ist wichtig, die Intensität des Schwimmtrainings für trächtige Ratten schrittweise zu erhöhen. Dies ermöglicht es ihnen, sich an die Bewegung und die Wasserumgebung anzupassen. Plötzliche Intensitätsänderungen können Stressreaktionen hervorrufen, die das Risiko einer Fehlgeburt erhöhen können. Außerdem wird empfohlen, mindestens einen Ruhetag pro Woche einzulegen, um trainingsbedingte Müdigkeit zu vermeiden.

Die Tiermodelle, die in unserer früheren Forschung25 zum Thema Bewegung während der Schwangerschaft verwendet wurden, umfassten spontan hypertensive Ratten (SHR) und normotensive Wistar Kyoto (WKY) Rattenkontrollen, so dass die Trainingsroutine dieses Protokolls gleichermaßen für hypertensive Ratten oder andere Krankheitsmodelle geeignet ist. Unsere Studie ergab bereits, dass Bewegung während der Schwangerschaft den Blutdruck bei 3 Monate alten hypertensiven Nachkommen signifikant senkte und dass pränatale Bewegung einen wichtigen Einfluss auf die Verringerung der kardiovaskulären Reaktivität hatte14. Es wurde auch entdeckt, dass mütterliches Training epigenetische Modifikationen des spannungsgesteuerten Ca2+ Kanal α1C (Cacna1c)-Gens vom L-Typ, des Angiotensin-II-Typ-1-Rezeptors (Agtr1a)-Gens und des NADPH-Oxidase-4-Gens (Nox4) induziert, um die Gefäßfunktion bei hypertensiven Nachkommen zu verbessern 14,25,26.

Mehrere Faktoren können den Fortpflanzungsprozess bei Ratten beeinflussen. Das Alter der Ratte, der Gesundheitszustand, die Beweglichkeit der Spermien, die Brunst der weiblichen Ratte, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Lichtverschiebungen im Bruthabitat beeinflussen die Paarung. Darüber hinaus können Lärm und Vibrationen in Innenräumen während der Zucht bei hypertensiven Ratten Unruhe verursachen, zu Fehlgeburten führen oder die postpartale Fütterung ablehnen. Schalldichte Baumwolle bedeckt die Tierkäfige während der Zucht, um diese Auswirkungen zu reduzieren.

In diesem Protokoll bieten wir einen umfassenden Leitfaden über Paarungsmethoden von Ratten, ein Schwimmübungsprogramm für trächtige Ratten, die postnatale Betreuung von trächtigen Ratten, Methoden zur Aufzucht von Ratten und Beobachtungstechniken zur Messung der körperlichen Eigenschaften von Föten. Unsere Forschungsergebnisse tragen dazu bei, die intergenerationelle Vererbung mütterlicher Bewegung zu untersuchen und zeigen einen rationalen und effektiven Forschungsansatz. Unser Ziel ist es, ein effektives Schwimmübungsmodell für schwangere Frauen im Bereich der Bewegungsphysiologie zu etablieren, das die zukünftige Forschung in diesem Bereich unterstützen wird.

Danksagungen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Diese Arbeit wurde von der National Natural Science Foundation of China (32071174, 32200941, 32371183 und 31771312) unterstützt.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
CaliperMitutoyo Measuring Instruments (Shanghai) Co., Ltd530-101 N15Fötus präparieren
Kreisförmiger WassereimerNaliyaN/ARatte schwimmen
Experimentelles chirurgisches Instrument Shenzhen RWD Life Technology Co., LTDSP0001-GFötus präparieren
Glasmikroskop ObjektträgerJiangsu Shitai experimentelle Ausrüstung Co., LTD80312-3161Vaginalabstrich
Glas PetrischaleMerck Life TechnologiesBR455751-10EANachzucht
FönPanasonicEH-WNE5HPflege nach dem Schwimmen
InformationskarteZhongke Life ScienceSS3Ratte Paarung
IsofluranShenzhen RWD Life Technology Co., LTDR510-22-10Fötus Präparieren
LichtmikroskopOlympusIX71-F22PHVaginalabstrich
PaarungskäfigZhongke Life ScienceSS3Ratte Paarung
Medizinisch saugfähig BaumwolleHongxiang Sanitär Materialien Co., Ltdn/aDie trächtigen Ratten sind Antizipation der Geburt
Nagetier Anästhesiemaschine, GasanästhesieShenzhen RWD Life Technology Co., LTDR500IEFötus präparieren
Nagetier ZuchtfutterBeijing Huafukang Biotechnology Co., LTD1032Trächtige Ratte füttern
Nagetier ErhaltungsfutterBeijing Huafukang Biotechnology Co., LTD1022Nachkommen aufziehen
Nagetier SonnenblumenkerneJollyJP241Nahrungsergänzungsmittel
Schalldichte BaumwolleKufu Medizinisches InstrumentN/ADie trächtigen Ratten erwarten die Geburt
Steriles Wattestäbchen (2 mm Durchmesser)Kufu Medizinisches InstrumentN/AVaginalabstrich
Sterile GazeKufu Medizinisches InstrumentN/AFötuspräparierung
Schlaganfallphysiologische Kochsalzlösung (0,9% NaCl)Shandong Hualu Pharmaceutical Co., LTDN/AVaginalabstrich-Thermometer
Beekman-OrganismusN/ADie Überwachung des Schwimmens von Ratten
Handtücher GraceN/APflege nach dem Schwimmen
Transparenter KunststoffbehälterNaliyaN/AAdaptives Schwimmtraining
Ultraviolettes LichtMerck Life TechnologiesZ169633-1EAPflege nach dem Schwimmen
WarmwasserbereiterHaierEC6001-Q6SRattenschwimmen
GewichtswaageElectronlc AcaleJM. A10001Körpergewichtsmessung
Wistar RattenVital River Laboratory Animal Technology Co., Ltdn/aExperiment

Referenzen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Hanson, M. A., Gluckman, P. D. Early developmental conditioning of later health and disease: Physiology or pathophysiology. Physiol Rev. 94 (4), 1027-1076 (2014).
  2. Calkins, K., Devaskar, S. U. Fetal origins of adult disease. Curr Probl Pediatr Adolesc Health Care. 41 (6), 158-176 (2011).
  3. Chavatte-Palmer, P., Tarrade, A., Rousseau-Ralliard, D. Diet before and during pregnancy and offspring health: The importance of animal models and what can be learned from them. Int J Environ Res Public Health. 13 (6), 586(2016).
  4. Lapehn, S., Paquette, A. G. The placental epigenome as a molecular link between prenatal exposures and fetal health outcomes through the dohad hypothesis. Curr Environ Health Rep. 9 (3), 490-501 (2022).
  5. Shrestha, A., Prowak, M., Berlandi-Short, V. M., Garay, J., Ramalingam, L. Maternal obesity: A focus on maternal interventions to improve health of offspring. Front Cardiovasc Med. 8, 696812(2021).
  6. Haire-Joshu, D., Tabak, R. Preventing obesity across generations: Evidence for early life intervention. Annu Rev Public Health. 37, 253-271 (2016).
  7. Kusuyama, J., Alves-Wagner, A. B., Makarewicz, N. S., Goodyear, L. J. Effects of maternal and paternal exercise on offspring metabolism. Nat Metab. 2 (9), 858-872 (2020).
  8. Blaize, A. N., Pearson, K. J., Newcomer, S. C. Impact of maternal exercise during pregnancy on offspring chronic disease susceptibility. Exerc Sport Sci Rev. 43 (4), 198-203 (2015).
  9. Hinman, S. K., Smith, K. B., Quillen, D. M., Smith, M. S. Exercise in pregnancy: A clinical review. Sports Health. 7 (6), 527-531 (2015).
  10. Acog committee. Physical activity and exercise during pregnancy and the postpartum period: Acog committee opinion, number 804. Obstet Gynecol. 135 (4), e178-e188 (2020).
  11. Poole, D. C., et al. Guidelines for animal exercise and training protocols for cardiovascular studies. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 318 (5), H1100-H1138 (2020).
  12. Beleza, J., et al. Self-paced free-running wheel mimics high-intensity interval training impact on rats' functional, physiological, biochemical, and morphological features. Front Physiol. 10, 593(2019).
  13. August, P. M., Rodrigues, K. D. S., Klein, C. P., Dos Santos, B. G., Matté, C. Influence of gestational exercise practice and litter size reduction on maternal care. Neurosci Lett. 741, 135454(2021).
  14. Li, S., et al. Prenatal exercise reprograms the development of hypertension progress and improves vascular health in shr offspring. Vascul Pharmacol. 139, 106885(2021).
  15. Li, S., et al. Exercise during pregnancy enhances vascular function via epigenetic repression of ca(v)1.2 channel in offspring of hypertensive rats. Life Sci. 231, 116576(2019).
  16. Musial, B., et al. Exercise alters the molecular pathways of insulin signaling and lipid handling in maternal tissues of obese pregnant mice. Physiol Rep. 7 (16), e14202(2019).
  17. Dos Santos, A. S., et al. Resistance exercise was safe for the pregnancy and offspring's development and partially protected rats against early life stress-induced effects. Behav Brain Res. 445, 114362(2023).
  18. Barnes, M. D., Heaton, T. L., Goates, M. C., Packer, J. M. Intersystem implications of the developmental origins of health and disease: Advancing health promotion in the 21st century. Healthcare. 4 (3), 45(2016).
  19. Bakrania, B. A., George, E. M., Granger, J. P. Animal models of preeclampsia: Investigating pathophysiology and therapeutic targets. Am J Obstet Gynecol. 226, S973-S987 (2022).
  20. Ferrari, N., et al. Exercise during pregnancy and its impact on mothers and offspring in humans and mice. J Dev Orig Health Dis. 9 (1), 63-76 (2018).
  21. Lerman, L. O., et al. Animal models of hypertension: A scientific statement from the american heart association. Hypertension. 73 (6), e87-e120 (2019).
  22. Mangwiro, Y. T. M., et al. Exercise initiated during pregnancy in rats born growth restricted alters placental mtor and nutrient transporter expression. J Physiol. 597 (7), 1905-1918 (2019).
  23. Kim, H., Lee, S. H., Kim, S. S., Yoo, J. H., Kim, C. J. The influence of maternal treadmill running during pregnancy on short-term memory and hippocampal cell survival in rat pups. Int J Dev Neurosci. 25 (4), 243-249 (2007).
  24. Harris, J. E., et al. Exercise-induced 3'-sialyllactose in breast milk is a critical mediator to improve metabolic health and cardiac function in mouse offspring. Nat Metab. 2 (8), 678-687 (2020).
  25. Zhang, Y., et al. Maternal exercise represses nox4 via sirt1 to prevent vascular oxidative stress and endothelial dysfunction in shr offspring. Front Endocrinol. 14, 1219194(2023).
  26. Shan, M., et al. Maternal exercise upregulates the DNA methylation of agtr1a to enhance vascular function in offspring of hypertensive rats. Hypertens Res. 46 (3), 654-666 (2023).

Nachdrucke und Genehmigungen

Genehmigung beantragen, um den Text oder die Abbildungen dieses JoVE-Artikels zu verwenden

Genehmigung beantragen

Schlagwörter

M tterliches TrainingRattenzuchtmethodenpr natales SchwimmtrainingGesundheit der NachkommenSchwangerschaftsvorsorgefettreiche Ern hrungepigenetischer Mechanismusf tale Entwicklung

Verwandte Artikel