L’appareil d’exercice conçu pour les poissons moins fortunés facilite la mise en œuvre de divers protocoles d’exercice d’intensités variables en manipulant la vitesse d’écoulement de l’eau, réalisable grâce à la rhéotaxie.
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Article de méthode
L’appareil d’exercice conçu pour les poissons moins fortunés facilite la mise en œuvre de divers protocoles d’exercice d’intensités variables en manipulant la vitesse d’écoulement de l’eau, réalisable grâce à la rhéotaxie.
Pour étudier de manière exhaustive les effets de l’exercice sur la santé et la maladie, les modèles animaux jouent un rôle central. Le poisson-zèbre, un organisme modèle de vertébré largement utilisé, offre une plate-forme unique pour de telles études. Cette étude a introduit le développement d’un appareil rentable adapté aux études d’exercice du poisson-zèbre en utilisant des matériaux facilement disponibles. Le dispositif est fondé sur les principes d’un tunnel de nage et englobe un réseau de tuyaux et de vannes reliés à une pompe submersible. Le débit d’eau est méticuleusement surveillé par un capteur et régulé par des vannes. Pour évaluer l’efficacité de l’appareil, deux protocoles d’entraînement ont été mis en place : l’entraînement continu d’intensité modérée (MICT) et l’entraînement par intervalles à haute intensité (HIIT). Les poissons ont été entraînés collectivement et leurs performances en natation ont été évaluées par un test d’endurance. Les deux protocoles d’entraînement ont entraîné une amélioration des performances de natation après 30 jours d’entraînement et ont induit des modifications de la réponse moléculaire à l’exercice par rapport à un groupe témoin sédentaire. Notamment, le HIIT a démontré une efficacité supérieure à celle du MICT. Le système d’entraînement du poisson-zèbre s’est avéré être un outil précieux pour les recherches en physiologie de l’exercice et renforce l’utilité du modèle du poisson-zèbre dans ce domaine.
L’exercice physique englobe tout mouvement corporel effectué par les muscles squelettiques qui entraîne une augmentation de la dépense énergétique, l’exercice étant un sous-ensemble structuré et répétitif des activités physiques1. L’exercice, une activité multifactorielle et rentable impliquant l’ensemble du corps, apporte de nombreux avantages pour la santé, tels que la prévention du syndrome métabolique et de la sarcopénie2. Par conséquent, le domaine de la physiologie de l’exercice présente un intérêt considérable car il cherche à élucider comment le corps s’adapte au stress aigu de l’exercice, au stress chronique de l’entraînement physique et à l’impact global de l’exercice sur la santé1.
La réalisation d’études sur la physiologie de l’exercice chez l’homme peut être à la fois coûteuse et chronophage en raison des défis liés à la conception expérimentale et au suivi desparticipants3. Par conséquent, l’utilisation de modèles animaux en laboratoire a été fortement recommandée en raison de leur uniformité génétique et physiologique. De plus, dans des conditions de laboratoire contrôlées, les animaux ont généralement un mode de vie sédentaire et une consommation alimentaire réglementée4. Parmi les modèles animaux, les rongeurs ont été les plus largement utilisés dans la recherche impliquant l’exercice physique1. Cependant, le poisson-zèbre (Danio rerio ; Hamilton, 1822) est un modèle complémentaire aux souris et à d’autres espèces pour les études d’exercice 5,6,7,8.
Dans la recherche sur le poisson zèbre, l’exercice physique peut être effectué à l’aide de tunnels de nage disponibles dans le commerce ou fabriqués sur mesure. Parmi les options disponibles dans le commerce, le tunnel de type Blazka, développé par Loligo System, est le 7,9,10 le plus fréquemment utilisé. Ce système induit une nage forcée à travers une hélice couplée à un moteur électrique, générant un écoulement d’eau continu à l’intérieur du tunnel. Cette capacité de nage est enracinée dans le principe de la rhéotaxie, un comportement inné chez les poissons qui les pousse à nager contre les courants d’eau et à maintenir leur position11. La rhéotaxie permet de mesurer la vitesse critique de nage (Ucrit), représentant la vitesse maximale qu’un poisson peut maintenir pendant une durée spécifique. Cependant, il convient de noter que cet équipement, bien que précieux pour évaluer le comportement de nage et la consommation d’oxygène, a un coût important12.
Les chercheurs ont mis au point des appareils alternatifs pour exercer le poisson zèbre, souvent basés sur le mécanisme de type Blazka10,13,14 ou des mécanismes plus simples 8,15,16. Néanmoins, ces méthodes peuvent être limitées par les exigences techniques du protocole, notamment des durées prolongées, des dépenses d’équipement substantielles et des limites de débit et de précision. Par conséquent, l’objectif principal de l’étude était de concevoir un système d’exercice de poisson-zèbre abordable et convivial en utilisant des matériaux facilement disponibles, fournissant ainsi un nouvel appareil alternatif pour l’exercice physique chez les poissons. Un objectif secondaire était de mettre en œuvre des régimes d’exercice aérobique et anaérobie chez le poisson zèbre, faisant ainsi progresser l’utilisation du modèle du poisson zèbre comme stratégie d’intervention dans la recherche sur l’exercice.
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Les procédures ont reçu l’approbation préalable du Comité d’éthique de l’utilisation des animaux de l’Université fédérale de São Paulo (CEUA/UNIFESP n° 9206260521). Seules les femelles adultes de type sauvage Danio rerio, âgées de 6 mois et pesant de 2,5 à 3 g, ont été employées dans cette étude. L’équipement et les réactifs nécessaires à l’étude sont énumérés dans la table des matériaux.
1. Appareil d’exercice Zebrafish sur mesure
REMARQUE : L’appareil d’exercice a été construit sur mesure. Pour plus de détails, voir la figure 1, le tableau supplémentaire 1, le fichier supplémentaire 1 et le fichier supplémentaire 2.
2. Fonctionnement de l’appareil
3. Test d’endurance
REMARQUE : Cette étape décrit la procédure du test d’endurance pour déterminer la vitesse maximale de nage (Umax) du poisson-zèbre.
4. Groupes d’exercices et procédure
REMARQUE : Pour établir des protocoles d’exercice distincts, il est essentiel d’inclure un groupe sédentaire exposé à des conditions expérimentales identiques afin de comparer les effets des protocoles d’exercice, mais sans subir d’exercice de haute intensité. Il est également essentiel d’établir l’Umax car les fractions de la valeur Umax sont nécessaires pour déterminer l’intensité des protocoles d’exercice.
5. Mesures corporelles
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L’appareil d’exercice a démontré une efficacité remarquable dans la régulation de la vitesse d’écoulement. Afin d’améliorer progressivement la vitesse de nage, le débit d’eau a été augmenté progressivement chaque semaine pour tous les groupes, à l’exception du groupe SED, qui a été maintenu à une vitesse d’écoulement constante de 0,06 m/s. L’appareil permettait notamment un niveau de précision remarquable, permettant des ajustements de vitesse d’écoulement aussi fins que 0,001 m/s. Cependant, le taux d’erreur était de 30...
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Dans cette étude, un système d’exercice innovant et rentable a été développé en s’inspirant du respiromètre à tunnel de nage de Loligo Systems21 et du système de canal22 pour l’examen complet des performances de nage du poisson-zèbre. L’Umax a été déterminé en augmentant systématiquement le débit d’eau par étapes discrètes, avec des augmentations de vitesse se produisant sur de courts intervalles (20-30 min) jusqu’à ce que le poisson atteig...
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Il est essentiel de préciser qu’il n’y a pas d’intérêts financiers concurrents associés à la recherche présentée dans ce manuscrit. Aucun partenariat financier ou affiliation avec des organisations ou des entités n’a été établi qui pourrait influencer ou biaiser les résultats de ce travail. Cette déclaration sert à garantir que le processus de recherche a été simple et honnête, sans qu’aucun conflit financier n’influence les résultats. La présentation de ce travail est motivée par une véritable passion pour le sujet, motivée uniquement par un amour pour le milieu universitaire et la poursuite de la connaissance scientifique.
Nous remercions M. Omar Mertins d’avoir généreusement fourni l’accès au laboratoire pour l’entretien des poissons et l’exécution des tests. De plus, des reconnaissances sont accordées à la FAPESP, au CNPq et au CAPES pour l’octroi de bourses de soutien à ces recherches.
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| CPVC Femelle Coude à 90 degrés pour plomberie | Tigre | 22150260 | 3/4 pouce ; |
| 24AWG | Wire Sky Cablo Store | Connexion entre les composants dans la carte de circuit imprimé perforée (1m) | |
| Tuyau acrylique | The Clear Plastic Shop | 41138408 | 3/4-inch ; |
| aquarium aquarium submersible | aquarium aqua tank | 300w | |
| cpvc tuyau | tigre | 10121787 | 3/4 pouce ; |
| Vanne d’eau à vanne filetée femelle | Tigre | 27950310 | 3/4 pouce ; |
| Robinet à soupape fileté femelle | Tigre | 27940510 | 3/4 pouce ; |
| Résistance à trou cylindrique | BXV | 10 k&Omega ;, 0,25W t | |
| Support de laboratoire avec pince avec tige de 30 pouces ; | Masiye Labs | RSC0001 | Soutenir l’écran LCD des tuyaux horizontaux |
| ; | Eichip | 16 x 2, modèle JHD162A | |
| Mâle x Mâle Dupont Cavaliers | Chyan | Connexion entre l’arduino et le capteur de | |
| Circuit imprimé perforé simple face | KY WIN ROBOT | 5 x 10 cm | |
| Potentiomètre | LUSYA | DL-ALPSA01 | 10k&Omega ; |
| Rouleau de ruban adhésif de blocage d’eau | One World | 5603131000 | Pour éviter les fuites |
| Tuyau en silicone | Tigre | 14211250 | 2 cm |
| intérieur Station de soudure | QHTITEC | EU/US PLUG | Arduine system welding ; |
| Bobine de fil à souder | BEEYIHF | I001-A001-Set | Soudage système Arduine ; |
| Douille mâle filetée et douille femelle non filetée Luminaire de tuyauterie CPVC | 35447849 | 3/4 pouce. | |
| Tricaïne (MS-222) | Sigma-Aldrich | E10521 | Anesthésique |
| UNO-R3 Carte UNO R3 CH340G+MEGA328P Puce 16Mhz ; | FSXSEMI | Pour Arduino UNO R3 Carte de développement | |
| Tuyau en T CPVC non fileté, Femelle | Tigre | 22200267 | 3/4 pouce ; |
| tuyauterie femelle non fileté en CPVC | Tigre | 22170260 | 3/4 pouce ; |
| Capteur de débit d’eau ; modèle YF-B5 ; | Siqma Robotics | SQ8659 | à eau 1-25 L/min |
| ; | Sunsun | Modèle HJ-2041, 3000L/h, 65W | |
| Réservoir d’eau | Personnalisé | 30 L |
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