מכשיר האימון המיועד לדגים חסרי מזל מאפשר יישום של פרוטוקולי אימון מגוונים בעוצמות משתנות על ידי מניפולציה של מהירות זרימת המים, הניתנת להשגה באמצעות רוטקסיס.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
מכשיר האימון המיועד לדגים חסרי מזל מאפשר יישום של פרוטוקולי אימון מגוונים בעוצמות משתנות על ידי מניפולציה של מהירות זרימת המים, הניתנת להשגה באמצעות רוטקסיס.
כדי לחקור באופן מקיף את ההשפעות של פעילות גופנית על בריאות ומחלות, מודלים של בעלי חיים ממלאים תפקיד מרכזי. דג זברה, אורגניזם מודל של חולייתנים הנמצא בשימוש נרחב, מציע פלטפורמה ייחודית למחקרים כאלה. מחקר זה הציג פיתוח של מכשיר חסכוני המותאם למחקרי אימון של דגי זברה תוך שימוש בחומרים זמינים. המכשיר מושתת על עקרונות מנהרת שחייה ומקיף רשת צינורות ושסתומים המחוברים למשאבה טבולה. זרימת המים מנוטרת בקפידה על ידי חיישן ומווסתת באמצעות שסתומים. כדי להעריך את יעילות המנגנון, יושמו שני פרוטוקולי אימון: אימון מתמשך בעצימות בינונית (MICT) ואימוני אינטרוולים בעצימות גבוהה (HIIT). דגים אומנו באופן קולקטיבי, וביצועי השחייה שלהם הוערכו באמצעות מבחן סיבולת. שני פרוטוקולי האימון הובילו לשיפור בביצועי השחייה לאחר 30 ימי אימונים וגרמו לשינויים בתגובה המולקולרית לפעילות גופנית בהשוואה לקבוצת ביקורת יושבנית. יש לציין כי HIIT הפגין יעילות עדיפה על MICT. מערכת האימון של דגי הזברה הוכיחה את עצמה ככלי רב ערך לחקירות בפיזיולוגיה של המאמץ ומקדמת עוד יותר את התועלת של מודל דגי הזברה בתחום זה.
פעילות גופנית כוללת כל תנועה גופנית המבוצעת על ידי שרירי השלד הגורמת להוצאה אנרגטית מוגברת, כאשר פעילות גופנית היא תת-קבוצה מובנית וחוזרת על עצמה של פעילות גופנית1. פעילות גופנית, פעילות רב-תכליתית וחסכונית המערבת את כל הגוף, מניבה יתרונות בריאותיים רבים, כגון מניעת תסמונת מטבולית וסרקופניה2. כתוצאה מכך, תחום הפיזיולוגיה של המאמץ הוא בעל עניין רב מכיוון שהוא מבקש להבהיר כיצד הגוף מסתגל ללחץ החריף של פעילות גופנית, ללחץ הכרוני של אימון גופני, ולהשפעה הכוללת של פעילות גופנית על הבריאות1.
ביצוע מחקרים פיזיולוגיים של פעילות גופנית בבני אדם יכול להיות גם יקר וגם גוזל זמן בשל אתגרים בתכנון הניסוי וניטור המשתתפים3. לכן, השימוש במודלים של בעלי חיים בתנאי מעבדה מומלץ מאוד בשל אחידותם הגנטית והפיזיולוגית. יתר על כן, בתנאי מעבדה מבוקרים, לבעלי חיים יש בדרך כלל אורח חיים יושבני וצריכת מזון מווסתת4. מבין המודלים של בעלי חיים, מכרסמים היו הנפוצים ביותר במחקר שכלל פעילות גופנית1. עם זאת, דגי זברה (Danio rerio; המילטון, 1822) הוא מודל משלים למורין ולמינים אחרים למחקרי התעמלות 5,6,7,8.
במחקר דגי זברה, ניתן לבצע פעילות גופנית באמצעות מנהרות שחייה זמינות מסחרית או מותאמות אישית. בין האפשרויות הזמינות מסחרית, מנהרה מסוג בלזקה, שפותחה על ידי מערכת Loligo, היא בשימוש הנפוץ ביותר 7,9,10. מערכת זו גורמת לשחייה מאולצת באמצעות מדחף המחובר למנוע חשמלי, ויוצרת זרימת מים רציפה בתוך המנהרה. יכולת שחייה זו מושרשת בעקרון הריאוטקסיס, התנהגות מולדת אצל דגים המניעה אותם לשחות נגד זרמי מים ולשמור על מיקומם11. ריאוטקסיס מאפשר מדידה של מהירות שחייה קריטית (אוקריט), המייצגת את המהירות המרבית שדג יכול לקיים למשך זמן מסוים. עם זאת, ראוי לציין כי ציוד זה, בעוד יקר להערכת התנהגות שחייה וצריכת חמצן, מגיע עם עלות משמעותית12.
חוקרים פיתחו מנגנון חלופי לאימון דגי זברה, המבוסס לעתים קרובות על מנגנון מסוג בלזקה10,13,14 או מנגנונים פשוטים יותר 8,15,16. עם זאת, שיטות אלה עשויות להיות מוגבלות על ידי הדרישות הטכניות של הפרוטוקול, כולל משכי זמן ארוכים, הוצאות ציוד משמעותיות ומגבלות בתפוקה ובדיוק. כתוצאה מכך, המטרה העיקרית של המחקר הייתה לתכנן מערכת אימון של דגי זברה במחיר סביר וידידותית למשתמש תוך שימוש בחומרים זמינים, המספקים מנגנון חלופי חדש לפעילות גופנית בדגים. מטרה משנית הייתה ליישם משטרי פעילות אירובית ואנאירובי בדגי זברה, ולקדם עוד יותר את השימוש במודל דגי הזברה כאסטרטגיית התערבות במחקר האימון.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הנהלים קיבלו אישור מראש מוועדת האתיקה לשימוש בבעלי חיים של האוניברסיטה הפדרלית של סאו פאולו (CEUA/UNIFESP מס '9206260521). במחקר זה הועסקו רק נקבות בר בוגרות מסוג Danio rerio, בנות 6 חודשים ובמשקל 2.5-3 גרם. הציוד והריאגנטים הדרושים למחקר מפורטים בטבלת החומרים.
1. מכשיר תרגול מותאם אישית של דגי זברה
הערה: מנגנון האימון נבנה בהתאמה אישית. לפרטים ראו תרשים 1, טבלה משלימה 1, קובץ משלים 1 ותיק משלים 2.
2. פעולת המנגנון
3. מבחן סיבולת
הערה: שלב זה מתאר את ההליך של מבחן הסיבולת כדי לקבוע את מהירות השחייה המרבית (Umax) של דגי זברה.
4. קבוצות תרגיל ונוהל
הערה: כדי לקבוע פרוטוקולי אימון ברורים, חיוני לכלול קבוצה יושבנית החשופה לתנאי ניסוי זהים כדי להשוות את ההשפעות של פרוטוקולי אימון, אם כי מבלי לעבור פעילות גופנית בעצימות גבוהה. זה גם חיוני כדי לקבוע את Umax כי השברים של ערך Umax נחוצים כדי לקבוע את עוצמת פרוטוקולי התרגיל.
5. מידות גוף
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מנגנון התרגיל הפגין יעילות יוצאת דופן בוויסות מהירות הזרימה. כדי לשפר בהדרגה את מהירות השחייה, זרימת המים הוגברה בהדרגה מדי שבוע עבור כל הקבוצות, למעט קבוצת SED, אשר נשמרה במהירות זרימה קבועה של 0.06 מטר לשנייה. יש לציין כי המנגנון איפשר רמת דיוק יוצאת דופן, והשיג התאמות מהירות זרימה עדינות של 0.001 מטר לשנייה. עם זאת, שיעור השגיאה היה 30% במהירויות נמוכות, כגון 0.06 מטר לשנייה. במהירויות גבוהות, כגון 0.3 מטר לשנייה ו-0.5 מטר לשנייה, שיעור השגיאה היה 3%-4% (איור 2). המהירות המרבית שהושגה במה...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
במחקר זה פותחה מערכת אימון חדשנית וחסכונית בהשראת מד הנשימה של מנהרת השחייה מבית Loligo Systems21 ומערכת Flume22 לבחינה מקיפה של ביצועי השחייה של דגי זברה. האומקס נקבע על ידי הגברה שיטתית של זרימת המים בשלבים בדידים, עם הפרשי מהירות שהתרחשו על פני פרקי זמן קצרים (20-30 דקות) עד שהדגים הגיעו לתשישות, שהתאפיינה בשלוש עייפות רצופות או חוסר יכולת להתגבר על הזרם במנהרת השחייה. קביעות אלה סייעו בעיצוב שני פרוטוקולי אימון (MICT ו-HIIT). בניגוד לפר...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חשוב להבהיר כי אין אינטרסים כלכליים מתחרים הקשורים למחקר המוצג בכתב יד זה. לא הוקמו שותפויות או קשרים פיננסיים עם ארגונים או גופים שעלולים להשפיע או להטות את התוצאות של עבודה זו. הצהרה זו משמשת כערובה לכך שתהליך המחקר היה פשוט וכנה, ללא קונפליקטים כספיים שהשפיעו על התוצאות. הצגת עבודה זו מונעת על ידי תשוקה אמיתית לנושא, המונעת אך ורק על ידי אהבה לאקדמיה ורדיפה אחר ידע מדעי.
תודה לד"ר עומר מרטינס על כך שסיפק בנדיבות גישה למעבדה לתחזוקת דגים וביצוע בדיקות. יתר על כן, תודות ניתנות FAPESP, CNPq, ו- CAPES על הענקת מלגות לתמיכה במחקר זה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| CPVC מרפק נקבה 90 מעלות לאינסטלציה | Tigre | 22150260 | 3/4 אינץ' |
| 24AWG חוט | Sky Cablo Store | חיבור בין רכיבים בלוח המעגלים המחורר (1 מ') | |
| צינור אקרילי | חנות הפלסטיק השקוף | 41138408 | 3/4 אינץ' |
| אקווריום מיכל דגים צולל | אקווה טנק | 300w | |
| CPVC צינור | Tigre | 10121787 | 3/4 אינץ' |
| שסתום מים שער הברגה נקבה | Tigre | 27950310 | 3/4 אינץ' |
| שסתום מים גלובוס הברגה נקבה | Tigre | 27940510 3/4 אינץ' | |
| נגד חור מחוספס | BXV | 10 kΩ, | |
| מעמד תמיכת מעבדה 0.25W t עם מהדק עם מוט 30 אינץ' | Masiye Labs | RSC0001 | תמיכה בצינורות האופקיים |
| מסך LCD | Eichip | 16 x 2, דגם JHD162A | |
| זכר x זכר דופונט מגשרים | צ'יאן | חיבור בין ארדואינו לחיישן זרימה (30 ס"מ) | |
| לוח מעגלים מחורר חד צדדי | KY WIN ROBOT | 5 x 10 ס"מ | |
| פוטנציומטר | LUSYA | DL-ALPSA01 | 10kΩ |
| גליל סרט חסימת מים | One World | 5603131000 | כדי למנוע דליפות |
| צינור סיליקון | Tigre | 14211250 | 2 ס"מ |
| תחנת הלחמה | QHTITEC | תקע האיחוד האירופי / ארה"ב | ריתוך מערכת Arduine |
| סליל חוט הלחמה | BEEYIHF | I001-A001-סט | ריתוך מערכת Arduine |
| שקע זכר הברגה ושקע נקבה ללא הברגה CPVC צינור הולם | TIgre | 35447849 | 3/4 אינץ ' |
| טריקאין (MS-222) | Sigma-Aldrich | E10521 | הרדמה |
| UNO-R3 UNO R3 CH340G+MEGA328P שבב 16Mhz | FSXSEMI | עבור Arduino UNO R3 לוח פיתוח | |
| ללא הברגה CPVC טי התאמת צנרת, נקבה | Tigre | 22200267 | 3/4 אינץ' |
| ללא הברגה נקבה CPVC שקע צינור הולם | Tigre | 22170260 | 3/4 אינץ' |
| חיישן זרימת מים דגם YF-B5 | Siqma Robotics | SQ8659 | משאבת מים 1-25 ליטר לדקה |
| Sunsun | דגם HJ-2041, 3000L/h, 65W | ||
| מאגר מים | מותאם אישית | 30 ליטר |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.