Summary
본 프로토콜은 동물 모델에서 정적 및 동적 사다리를 사용하는 저항 훈련 및 테스트를 설명합니다.
Abstract
저항 훈련은 평생 동안 건강에 큰 이점이 있는 신체 운동 모델입니다. 저항 운동 동물 모델의 사용은 이러한 적응을 조율하는 기본 분자 메커니즘에 대한 통찰력을 얻는 방법입니다. 이 기사의 목적은 동물 모델의 근력 훈련 및 저항 평가를 위해 설계된 운동 모델 및 훈련 프로토콜을 설명하고 예제를 제공하는 것입니다. 이 기사에서 근력 훈련 및 저항 평가는 정적 및 동적 사다리를 사용하는 사다리 등반 활동을 기반으로 합니다. 이 장치는 다양한 훈련 모델을 허용할 뿐만 아니라 저항 운동을 결정하는 주요 변수인 부피, 하중, 속도 및 주파수를 정밀하게 제어할 수 있습니다. 또한 인간의 저항 운동과 달리 이것은 강제 운동입니다. 따라서 동물 복지를 보존하기 위해이 개입에서 혐오 자극을 피해야합니다. 구현하기 전에 순응 및 학습 기간과 함께 세부 설계가 필요합니다. 사다리, 웨이트 및 임상 테이프와 같은 훈련 장치와 필요한 조작에 대한 순응은 운동 거부를 피하고 스트레스를 최소화하는 데 필요합니다. 동시에, 동물들은 사다리 꼭대기의 휴식 공간으로 내려 가지 않고 사다리를 올라가는 법을 배웁니다. 저항 평가는 체력을 특성화하고 훈련 부하와 훈련에 대한 반응을 조정 및 정량화할 수 있습니다. 또한 다양한 유형의 강도를 평가할 수 있습니다. 훈련 프로그램과 관련하여 적절한 설계 및 장치 사용으로 다양한 유형의 강도를 조절할 수 있을 만큼 충분히 다재다능할 수 있습니다. 또한 동물의 적응 및 행동 반응 또는 부상의 존재 여부에 따라 수정할 수있을만큼 유연해야합니다. 결론적으로, 사다리와 웨이트를 사용한 저항 훈련 및 평가는 동물 연구에서 다양한 방법입니다.
Introduction
신체 운동은 건강을 증진하고 가장 널리 퍼진 만성 질환과 인간의 일부 유형의 암 발병률을 줄이는 결정적인 생활 방식 요소입니다1.
저항 운동은 평생 동안 건강에 대한 압도적인 관련성 때문에2, 특히 근육 감소증, 골다공증 등과 같은 운동 시스템에 영향을 미치는 노화 관련 질병에 대응하는 이점으로 인해 관심을 불러일으켰습니다.3. 더욱이, 저항 운동은 또한 뇌와 같이 운동의 실행에 직접적으로 관여하지 않는 조직 및 기관에 영향을 미친다4. 최근 몇 년 동안의 이러한 관련성은 인간에서는 불가능하거나 동물이 더 나은 통찰력을 제공하고 더 통제 된 모델 일 때 근본적인 적정 및 분자 메커니즘을 연구하기 위해 동물의 저항 운동 모델 개발을 장려했습니다.
인간의 저항 운동과 달리 동물 모델의 경우 연구자들은 일반적으로 강제 절차에 의존합니다. 그러나 이러한 맥락에서 혐오 자극은 주로 동물 복지를 보존하고 스트레스를 줄이며 실험 절차의 심각성을 줄이기 위해 피해야합니다5. 동물들은 야생에서도 운동을 즐긴다는 점에 유의해야합니다6. 이러한 이유로 장기간의 단계적 순응을 통해 실험에 대한 적응을 향상시킬 필요가 있습니다.
실험 동물의 저항 훈련 및 평가에 사용되는 장치, 재료 및 프로토콜은 부하, 부피, 속도 및 주파수7과 같은 수많은 변수의 정밀한 제어 및 변조를 허용해야합니다. 그들은 또한 다양한 유형의 근육 수축을 수행 할 수 있어야합니다 : 동심원, 편심 또는 등척성. 위의 사항을 고려할 때 사용 된 프로토콜은 최대 강도, 비대, 속도 및 지구력과 같은 다양한 강도 적용을 구체적으로 평가하거나 훈련 할 수 있어야합니다.
근력 운동에는 물에서 점프하는 것8,9, 물에서 웨이트 수영하는것(10) 또는 근육 전기 자극(11)과 같은 몇 가지 방법이 있습니다. 그러나 정적 및 동적 사다리는 널리 사용되는 다목적 장치입니다12,13,14.
실험 동물 모델의 저항성 평가는 유전자 변형 동물의 표현형 특성 설명, 다양한 개입 프로토콜(식이 성분 보충, 약물 치료, 미생물 이식 등)의 효과 평가 또는 훈련 프로토콜의 효과 평가와 같은 많은 연구 환경에 귀중한 정보를 제공합니다. 훈련 모델은 근력 운동에 대한 적응의 생리학에 대한 통찰력을 제공하여 운동이 건강 상태 및 병태생리학에 미치는 영향을 더 잘 이해하는 데 도움이 됩니다.
결과적으로 저항 훈련이나 동물 모델의 강도에 대한 기능적 평가를 위한 보편적인 프로토콜이 없으므로 다양한 프로토콜이 필요합니다.
이 연구의 목적은 동물 모델에서 정적 및 동적 사다리를 사용하여 저항 훈련 및 평가를위한 프로토콜을 설계하고 적용 할 때 고려해야 할 가장 관련성이 높은 요소를 식별하고 구체적인 예를 제공하는 것입니다.
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Protocol
이 프로토콜에 제시된 방법은 동물 연구 기술위원회에 의해 평가 및 승인되었습니다 (참조 PROAE 04/2018, 스페인 프린시 파도 데 아스투리아스).
1. 계획
- 관심있는 특성 (유전자 변형, 병리학 모델, 연령 등)에 따라 연구를 위해 동물을 신중하게 선택하고 프로토콜에 특정 적응을 적용합니다 (무게없이 등반, 등반 할 가로대 수 감소 및 기울기).
- 연구 목적에 따라 평가 또는 훈련할 강도 양식(최대 강도, 지구력 저항, 속도 등)을 식별합니다.
- 기능 평가 또는 교육이 구성될 때 이러한 테스트의 결과에 초점을 맞추는지 또는 다른 유형의 임상적, 기능적, 조직학적 또는 분자적 결정을 보완하는지 여부를 고려하여 매개변수를 신중하게 조정합니다.
- 훈련과 관련된 모든 문제, 특히 시간표, 훈련 기간 및 세션 빈도를 계획하고 훈련 테이블을 그립니다.
- 워밍업 단계와 사다리의 기울기를 지정하면 교육 내내 동일합니다. 세트, 반복, 하중 (훈련 기간 이전에 수행 된 저항 테스트 결과에 따라)을 지정하고 이전 세션을 기반으로 한 부하 증가에주의하면서 그 사이에 휴식을 취하십시오.
- 동물의 복지에 따라 인간 훈련과 마찬가지로 계획을 수정하십시오. 수정에는 반복 감소, 세트 또는 반복 사이의 휴식 시간 증가, 과도한 훈련과 부상을 피하기 위한 부하 감소가 포함됩니다.
- 완료되면 동물 윤리 연구위원회의 평가 및 승인을 위해 디자인을 제출하십시오.
2. 저항 운동을위한 장치 및 재료
- 장치: 정적 및 동적 사다리
알림: 정적 및 동적 사다리( 그림 1 참조)라고 하는 두 가지 유형의 사다리를 저항 훈련 및 평가에 사용할 수 있습니다( 재료 표 참조).- 사다리 상단에 직경 1.5mm의 강철 와이어 계단이 30개 이상이고 15mm 간격으로 최소 20 x 20cm의 휴식 공간이 있는 수직 사다리를 사용하십시오. 사다리의 기울기는 수평면을 사용하여 80°에서 110°까지 조정할 수 있어야 합니다(그림 1C). 비선형 등반을 방지하기 위해 두 개의 차선을 구분하십시오.
- 고정 사다리와 유사한 동적 사다리를 사용하여 상단에 플라스틱 필라멘트 장벽이 있어 휴식 공간에 대한 접근을 제어하기 위해 열 수 있고 하단에 플라스틱 필라멘트 장벽을 사용하여 동물이 아래로 내려가지 않도록 하십시오. 사다리의 경사각은 80°에서 100° 사이에서 조정할 수 있어야 하며 가장 일반적인 것은 85°입니다.
알림: 사다리는 직경 8cm의 상부 및 하부 샤프트를 통해 순환 할 수 있습니다. 하부 샤프트는 전기 모터에 의해 구동되어 계단이 앞쪽에서 내려 가고 뒤쪽으로 올라가 끝없는 사다리를 만듭니다. 감속 기어와 속도 조절기가 장착되어 속도를 11.6cm/s에서 3.3cm/s로 낮추고 가장 일반적인 속도는 5.6cm/s입니다.
그림 1: 저항 훈련 장치: 정적 및 동적 사다리. (A) 정적 사다리에 외부 무게를 사용한 마우스 훈련. (B) 동적 사다리에서 체중을 가진 두 마리의 마우스 훈련. (C) 훈련 및 평가를위한 사다리 각도의 개략적 표현. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
- 자료
- 분동, 분동을 고정하기 위한 와이어, 강철 게이터 클립 및 임상 접착 테이프와 같은 재료를 준비하십시오.
알림: 무게는 질량이 다른 강철 실린더(5, 10, 15, 20, 25 및 50g)이며 중앙에 5mm 직경의 구멍이 있어 와이어(재료 표)에 묶을 수 있습니다. 무게를 고정하는 와이어는 적재 할 무게의 수에 따라 직경 1-1.5mm, 길이 5-10cm의 강철로 만들어집니다. - 약 3.0-3.5cm x 1.0-1.5cm 크기의 탄성 접착 붕대 (재료 표)를 자르고 동물의 꼬리 주위에 부착하여 무게를 고정시킵니다. 혈류 제한으로 이어질 수 있으므로 과도하게 조이지 마십시오.
참고 : 처음에는 동물의 행동이 테이프와 싸우고 물지 만 며칠 후에는 평소와 같이 손질하고 스트레스의 징후를 보이지 않습니다. - 와이어에 원하는 추를 삽입하고 게이터 클립을 걸었습니다(재료 표: 무게를 고정하기 위한 강철 게이터 클립 및 와이어).
- 악어를 동물의 꼬리에 부착 된 임상 테이프에 고정하십시오.
- 필요한 가로대를 오른 직후 클램프를 제거하고 동물이 꼬리에 임상 테이프를 붙이고 무게를 두지 않고 쉬도록하십시오 (그림 1).
- 분동, 분동을 고정하기 위한 와이어, 강철 게이터 클립 및 임상 접착 테이프와 같은 재료를 준비하십시오.
3. 순응
알림: 적절한 순응은 운동 거부를 피하고 스트레스를 최소화하는 데 필수적입니다. 순응은 저항 평가 테스트 또는 훈련 프로토콜이 수행되기 전에 중요한 단계입니다. 동물의 안락함의 행동 징후를 얻기 위해 적절한 시간을 소비해야합니다. 정적 및 동적 사다리를 사용한 일일 순응에 대한 자세한 내용은 각각 표 1 및 표 2에 나와 있습니다.
- 동물들이 사다리 꼭대기의 휴식 공간 (정적 또는 동적)에 머물도록 익숙하게하십시오. 이 장소에 동물들을 4 명씩 그룹으로 나누어 새장에서 침구를 매일 15 분 동안 두십시오. 일반적으로 3-5 일 후에 동물은 스트레스의 징후를 보이지 않습니다.
- 동물에게 사다리를 내려 가지 말고 위로 올라가도록 가르치십시오. 정적 사다리를 사용하여 쥐를 휴식 공간을 볼 수있는 상단에 가까운 가로대에 놓습니다. 그들은 본능적으로 그것에 갈 것입니다. 그런 다음 첫날 5 개의 횡선 (3x)에서 다음 날 10 개의 횡선 (3x), 최대 15 개의 횡단 (3x)까지 점진적으로 올라가도록 가르치십시오 (표 1).
동적 사다리와 동일한 절차를 사용하여 먼저 움직이지 않고 사다리를 5.4cm/s 및 6.6cm/s로 이동하고 동물이 2분 동안 올라가 5개의 시리즈를 완료합니다(표 2). - 순응 3 일째부터 체중을 운반하도록 동물을 적응 시키십시오. 무게를 유지하는 데 사용할 꼬리 바닥에 임상 테이프 조각을 붙입니다.
- 순응 7 일째부터 작은 무게 (5-10g)를 악어 클립으로 임상 테이프에 부착하십시오. 너무 많은 시리즈를 수행하지 않도록 적응이 훈련으로 변환되지 않도록하십시오.
알림: 이 그룹이 저항 테스트를 수행하는 경우 통제 그룹의 순응이 필수입니다. 이 기간이 지나면 일주일에 한 번 테이프를 사용하되 무게없이 사다리 오르기 알림을 수행하십시오.
4. 저항 평가
- 최대 강도를 평가하기 위한 증분 테스트
알림: 이 테스트는 동물이 정적 사다리에서 10개의 가로대를 오를 수 있는 최대 무게로 측정된 최대 저항을 결정하기 위한 것이며, 이는 10회 반복 최대값(10RM)4을 정의합니다. 이 프로토콜은 이전 연구에서 채택되었습니다 (Kregel et al.15에서 검토 됨).- 워밍업을 위해 외부 부하 없이 10회 반복, 10단계/반복의 세 가지 시리즈를 수행합니다. 첫 번째 시리즈의 경우 기울기를 90°로 설정한 다음 85°로 설정합니다. 시리즈 사이에 60초의 휴식 시간을 허용합니다.
- 기울기를 85°로 설정합니다(추가 사다리의 가로대에 스치거나 걸리는 것을 방지하기 위해).
- 동물의 꼬리 주위에 테이프를 부착하여 무게를 잡고 앞에서 설명한대로 무게를 준비하십시오.
- 10g의 외부 하중으로 테스트를 시작하고 10 단계로 구성된 일련의 작업을 수행하십시오.
- 무게를 제거하고 휴식 공간에서 120 초의 휴식 시간을 허용하십시오.
- 고갈 될 때까지 외부 부하를 5g 증가시키는 일련의 10 단계를 수행하십시오. 시리즈 사이에 휴식 기간(120초)을 허용합니다.
- 한 동물이 특정 체중 하중으로 10 단계를 오르지 못하면 120 초 휴식 후 동일한 하중으로 다른 시도를 허용하십시오. 하중으로 상승하는 데 성공하면 다음 하중으로 테스트를 계속합니다. 다시 실패하면 마지막으로 완료된 시리즈의 중량 하중을 최대 중량 하중으로 기록합니다.
- 시험 결과는 연구자의 재량에 따라 절대 외중 (g), 체중과 관련된 최대 하중 (%) 또는 체중 그램 당 들어 올린 질량으로 표현할 수 있습니다.
참고: 이전 프로토콜은 예를 들어 신경근 장애가 있는 유전자 변형 마우스의 최대 저항을 평가하기 위해 수많은 변형이 가능한 모델을 나타냅니다. 이 동물들은 외부 하중으로 올라갈 수 없으며 사다리가 경사면의 90 °로 설정된 상태에서 10 개의 가로대를 오르는 데 어려움을 겪습니다 (미공개 데이터). 프로토콜은 110°의 경사에서 시작하여 외부 하중 없이 5개의 계단을 오르는 것으로 구성되었습니다. 기울기는 각 시리즈에서 5° 감소하여 85°까지 감소했으며 각 시리즈 후에 120초 휴식을 취했습니다. 이 경우 최대 저항은 누적 된 단계 수로 표현되었습니다 (실패 후 반복을 고려하지 않음). 야생형 대조군은 85° 경사에 도달한 후 이전 프로토콜에 따라 고갈될 때까지 꼬리에 외부 무게를 추가하여 테스트를 계속합니다.
- 정적 사다리를 사용한 최대 내구성 저항 테스트
- 워밍업을 위해 외부 부하 없이 10회 반복, 10단계/반복의 세 가지 시리즈를 수행합니다. 첫 번째 계열의 경우 기울기를 90°로 설정한 다음 85°로 설정합니다. 시리즈 사이에 60초의 휴식 시간을 허용합니다.
- 기울기를 85°로 설정합니다.
- 마우스 꼬리 주위에 놓인 임상 테이프에 무게를 끼 웁니다.
알림: 동물의 나이와 특성에 따라 외부 하중은 이전 증분 테스트에서 얻은 최대 체중, 백분율(예: 50%) 또는 체중의 백분율(예: 100%-200%)일 수 있습니다. 이 테스트가 훈련 기간 후에 수행되는 경우 초기 테스트와 동일한 하중을 사용하여 변경 사항을 평가하는 것이 좋습니다. - 소진 될 때까지 연속 10 단계를 수행하십시오. 각 시리즈 후에는 휴식 시간이 허용되지 않습니다.
- 테스트 결과는 올라간 가로대의 수입니다.
- 동적 사다리를 사용한 최대 내구성 저항 테스트
알림: 동적 사다리를 사용하면 연구원이 등반 속도를 제어 할 수 있습니다.- 기울기를 85°로 설정합니다.
- 속도를 4.2cm/s로 설정합니다.
- 워밍업을 위해 외부 부하없이 100 단계의 세 가지 시리즈를 수행하십시오. 시리즈 사이에 60초의 휴식 시간을 허용합니다.
- 마우스 꼬리 주위에 놓인 임상 테이프에 무게를 끼 웁니다.
알림: 동물의 나이와 특성에 따라 외부 하중은 이전 증분 테스트에서 얻은 최대 체중, 백분율(예: 50%) 또는 체중의 백분율(예: 100%-200%)일 수 있습니다. 이 테스트가 훈련 기간 후에 수행되는 경우 초기 테스트와 동일한 하중을 사용하여 변경 사항을 평가하는 것이 좋습니다. - 4.2cm/s에서 시작하여 지칠 때까지 1.2초마다 60cm/s씩 속도를 높입니다.
알림: 테스트 결과는 운동 시간, 올라간 가로대 수 또는 최대 속도입니다.
5. 정적 사다리를 사용한 저항 훈련
알림: 교육 기간을 시작하기 전에 순응 (표 1) 및 교육 계획이 필요합니다. 불안을 줄이려면 같은 케이지를 공유하는 4 마리의 동물 그룹으로 마우스를 적응시키고 훈련시킵니다.
- 매일의 워밍업을 위해 외부 부하없이 10 회 반복, 10 단계 / 반복의 3 시리즈를 수행하십시오. 첫 번째 시리즈의 경우 기울기를 90°로 설정한 다음 85°로 설정합니다. 시리즈 사이에 60초의 휴식 시간을 허용합니다.
- 훈련 세션은 휴식 공간에서 시작됩니다. 임상 테이프의 무게로 악어를 자릅니다.
- 마우스를 휴식 장소 아래에 10-20 개의 가로대를 부드럽게 놓습니다. 마우스가 가로대를 잡고 휴식 공간으로 올라갈 수 있도록 합니다.
이 시리즈의 가로대 수(예: 가로대 10개 x 시리즈 10개)가 완료될 때까지 이 과정을 반복합니다. - 마우스 꼬리에서 무게를 제거하고 다음 시리즈까지 120 초 동안 기다리십시오.
- 주간 일정을 유지하면서 훈련 기간 동안 시리즈의 단계 수와 최대 중량 하중을 늘립니다.
참고: 일주일 계획 중 하중 변동의 예는 표 3에 나와 있습니다. 곧, 화요일과 금요일에 높은 중량 하중 (40-50 g)과 낮은 단계 수 (500-400); 월요일과 목요일에 중간 중량 하중 (25-35 g)과 중간 단계 수 (800-600); 수요일에는 체중 부하가 없지만 많은 걸음 수 (2,000)가 있습니다. 이 디자인은 이전 훈련 세션에서 회복을 용이하게하고 부상과 과도한 훈련을 방지합니다. 정적 래더를 사용하여 여러 설계를 사용한 3주 훈련의 예는 표 4(각각 훈련 기간의 시작, 중간 및 끝)에 나와 있습니다4.
6. 동적 사다리를 사용한 저항 훈련
알림: 순응 후 동적 사다리에 대한 훈련은 정적 사다리와 매우 유사합니다(표 2). 훈련은 한 번에 2-4 마리의 마우스에서 수행됩니다.
- 경사를 85°로 설정하고 휴게소 문을 닫고 원하는 속도(예: 5.4cm/s)로 사다리를 시작합니다.
- 워밍업을 위해 외부 부하없이 100 단계의 세 가지 시리즈를 수행하십시오. 시리즈 사이에 60초의 휴식 시간을 허용합니다.
- 훈련 세션이 시작되기 전에 마우스가 휴식 영역에있을 때 임상 테이프의 무게로 게이터를 클립하십시오. 또는 마우스가 이미 사다리에있을 때 무게를 부착 할 수 있습니다.
- 꼬리에 무게가 가해지도록 움직이는 계단 상단에 마우스를 부드럽게 놓습니다. 쥐가 가로대를 잡고 올라갈 수있게하십시오.
- 이 시리즈의 가로대 수(예: 100개)에 도달하면 가중치를 제거합니다. 그런 다음 동물이 휴식 공간으로 갈 수 있도록 문이 열립니다. 휴식 시간은 다음 시리즈 120 초입니다.
알림: 올라간 걸음 수는 설정 속도에서 등반 시간의 함수로 계산됩니다. - 훈련 세션이 완료될 때까지 이 절차를 반복합니다. 자세한 일일 교육 프로그램은 표 5에 나와 있습니다.
7. 저항 훈련이 지구력 성능에 미치는 교차 효과 평가
알림: 이를 위해 4 시간의 휴식 후증분 트레드밀 테스트가 24 시간 후에 수행됩니다.
- 10cm/s에서 3분 동안 예열한 후 10cm/s 및 10° 경사각에서 증분 테스트를 시작합니다.
- 지칠 때까지 3분마다 3.33cm/s씩 속도를 높입니다.
알림: 전기 충격을 사용하지 않으므로 화가의 브러시를 러닝 머신 뒤쪽에 배치하여 마우스가 뛰는 것을 방지합니다.
8. 시술 중 동물 행동
알림: 극심한 피로, 과도한 훈련 또는 부상을 감지하기 위해 훈련에 대한 마우스의 적응에 대한 지속적인 모니터링을 수행해야 합니다.
- 동물 복지의 징후, 특히 손질과 훈련 거부를 관찰하십시오. 일련의 격렬한 훈련 후 마우스의 정상적인 동작은 피로로 인해 약 1 분 동안 비활성 상태를 유지하는 것입니다. 그 후, 그들은 손질, 탐험 또는 꼬리의 테이프를 제거하려고 시도합니다.
- 시리즈 훈련을 거부하는 마우스의 경우 억제를 방지하기 위해 더 오래 휴식을 취하거나 해당 시리즈를 수행하지 마십시오.
- 때로는 가벼운 운동을 할 때 동물의 꼬리를 부드럽게 밀어 시리즈를 끝내도록 격려하십시오. 동물들은 까다로운 작업이 아니기 때문에 등반을 멈 춥니 다. 반대로, 동물이 무거운 짐을 짊어질 때는 동물의 체중을 부드럽게 이동하여 짐을 완화하고 시리즈를 끝내도록 격려한 다음 다음 훈련 세션까지 동물을 쉬게 합니다. 동물들은 무거운 짐 때문에 멈추거나 심지어 하강을 시도 할 수 있습니다.
9. 안전 절차
- 연구자를 위한 보안 절차: 동물 시설 실험실에서 연구를 수행하고 신발 커버, 작업복, 장갑, 모자 및 마스크를 사용합니다. 동물 연구와 관련된 요구 사항 이외의 추가 요구 사항은 없습니다.
- 동물을위한 보안 : 운동 세션 동안 낙상이나 점프와 같은 잠재적 인 위험으로 인해 동물에게 지속적인주의를 기울여야합니다. 가로대를 제대로 잡는 능력이 제한되기 때문에 피로로 인해 넘어 졌을 때 쥐를 잡고 잡기 위해 무게 아래에 손을 놓습니다.
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Representative Results
정적 래더를 사용한 결과
Codina-Martinez 등4(표 4)에 의해 사용되고 기술된 점진적 저항 훈련 프로토콜은 6개월 된 야생형 C57BL6J 마우스(n=4)를 사용한 정적 사다리에서 7주간의 훈련으로 구성된 예비 연구에서 테스트되었습니다. 이 예비 연구에서는 훈련 기간 전후에 최대 강도를 평가하기위한 증분 테스트가 수행되었습니다. 우리는 최대 근력이 46.4% 증가한 것을 관찰했는데, 이는 훈련 기간이 끝날 때 체중의 1.9배로 등반할 수 있음을 의미합니다(미공개 데이터).
Codina-Martínez et al.4의 연구에서, Atg4b 16이 결핍된 수컷 마우스(C57BL6N/129Sv) 및 이들의 상응하는 야생형 대조군(8주령, 유전자형당 n=36)을 14주 동안 훈련시켰다(표 4). 훈련 기간 전후의 최대 저항을 평가하기위한 증분 시험은 훈련 된 야생형 동물에서 44 %, atg4b- / - 마우스에서 15.3 %의 백분율 변화를 보였다.
또 다른 연구에서, 8주령의 C57BL6N 마우스를 4주, 5일/주 동안 훈련시켰다(n=8)(미공개 데이터). 모든 세션은 올라간 단계 수(또는 중력에 대한 거리)와 체중 하중(17 )의 조합을 통해 동일한 운동량을 달성하도록 설계되었으며 훈련 기간 전에 최대 근력 테스트에서 얻은 결과를 기반으로 했습니다. 훈련 세션당 걸음 수는 최대 중량 하중에 따라 400-2,000 사이에서 다양했으며, 이는 사전 훈련 테스트에서 최대 중량 하중의 25-65% 사이였습니다. 최대 중량의 75% 미만에서는 1RM을 오르기 위한 속도 손실이 없다고 설명되었기 때문에 이러한 최대 중량 범위를 선택했으며, 이는 준최대 노력의 강도를 표준화하는 데 중요합니다18. 다시, 훈련 기간 전후에 최대 강도를 평가하기위한 증분 테스트가 수행되었습니다. 이 매개 변수의 평균 변동 비율은 40 %였습니다. 최대 강도는 27g 마우스에 의해 도달되었으며, 훈련 기간 후 120g으로 10RM을 오를 수있었습니다.
동적 래더를 사용한 결과
저항 훈련을위한 도구로 동적 사다리를 평가하기 위해 우리는 지구력 저항 훈련과 근력 운동의 두 가지 유형의 근력 훈련의 효과를 평가하기위한 실험을 수행했습니다. 이 연구의 설계와 결과는 처음으로 여기에 표시됩니다. 8주령의 C57BL6N 마우스를 훈련되지 않은 대조군(C, n=5), 지구력-저항(E-R, n=8) 및 근력(S, n=7)의 세 그룹으로 나누었다. 3주(12회)의 순응 기간 후(표 2), 마우스를 오전 9:00에 시작하여 6주, 5일/주(월요일부터 금요일까지) 동안 총 22회 세션으로 훈련시켰다. 불안을 줄이기 위해 마우스는 동일한 케이지를 공유하는 4 마리의 동물 그룹으로 훈련되었습니다. 스트레스를 최소화하기 위해 혐오스러운 자극을 피했습니다. E-R 그룹은 S 그룹에 비해 1/3의 중량 하중으로 3 배 더 많은 반복을 수행했기 때문에 모두 하중과 반복의 조합이 다른 동일한 누적 작업을 수행했습니다. 속도는 5.4cm/s로 설정된 모든 그룹에 대해 일정했습니다. 경사는 85°로 설정되었습니다.
변수의 정규성은 Shapiro-Wilk 검정을 사용하여 테스트되었습니다. 결과는 평균 ± 표준편차(SD)로 나타내었다. t-검정과 ANOVA(Bonferroni post-hoc)를 통계적 차이에 사용하였다. 유의적인 변화는 p < 0.05로 설정되었다. 통계 소프트웨어 R(www.r-project.org)은 모든 통계 분석에 사용되었습니다.
훈련된 대조군 및 대조군에 포함된 모든 동물은 연구를 완료하였다. 마우스 당 평균 일일 음식 섭취량은 C의 경우 2.8 ± 0.11g, E-R의 경우 3.2± 0.24g, S의 경우 3.3± 0.13g이었다<. 그러나 중재 후 체중에는 차이가 없었다 (C : 28.0 ± 3.18g, E-R : 28.5 ± 1.93, S : 28.1 ± 2.52g).
훈련 기간 후 최대 근력의 유의미한 증가는 S(29.5±1 0.9%) 및 E-R 그룹(41.5 ± 2.5% 증가)에서 관찰된 반면, C(20.0 ± 4.0%)에서는 유의하지 않은 증가가 관찰되었습니다(그림 2). 훈련 기간이 끝날 때 측정된 내구성 저항(그림 3)은 S(122.5 대 26.9 가로대, p = 0.005) 및 C 그룹(122.5 대 18.8 가로대, p = 0.013)에 비해 E-R 그룹에서 유의하게 높았습니다.
이 모델의 교차 훈련 효과와 근력 운동이 지구력에 미치는 영향도 연구되었습니다. 그 목적을 위해, 모든 동물은 이전에 기술된 프로토콜에 따라, 훈련 기간 전후에 러닝머신에서 증분 최대 지구력 시험을 수행하였다19. C(Pre: 1219 ± 133 s vs. Post: 982 ± 149 s, p = 0.004)에서 지구력의 유의미한 손실이 관찰된 반면, S(Pre: 1364 ± 285 s vs. Post: 1225 ± 94 s, p = 0.253) 및 E-R (Pre: 1139 ± 96 s vs. Post: 1185 ± 84 s, p = 0.164).
그림 2: 최대 근력은 두 가지 훈련 모델(근력 및 지구력 저항)에 따라 동적 사다리에서 6주간의 저항 훈련 기간 전후에 증분 테스트를 사용하여 측정되었습니다. 범례: * p < 0.05; ** p < 0.01. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 최대 내구 저항은 동적 사다리에서 6주간의 저항 훈련 기간 전후에 최대 내구 저항 테스트를 사용하여 측정되었으며, 강도 및 내구 저항의 두 가지 훈련 모델에 따라 측정되었습니다. 범례: C: 컨트롤; S: 강도 및 E-R: 내구성 저항. * p < 0.05. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
표 1: 정적 사다리 및 야생형 마우스를 사용한 10일 순응 프로토콜의 예. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
표 2: 동적 사다리 및 야생형 마우스를 사용한 14일 순응 프로토콜의 예. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
표 3: 정적 사다리가 있는 훈련 주간의 예. 범례: 반복, 단계: 올라간 가로대 수, 경사: 수평면과의 각도, 하중: 꼬리에 부착된 무게(g). 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
표 4: 14주 훈련 기간의 일부로 정적 사다리를 사용한 3주 훈련의 예. 낮음(세션 1-4), 중간(10-14) 및 높은 부하(30-34)로 표시됩니다. 범례: 반복, 단계: 올라간 가로대 수, 경사: 수평면과의 각도, 하중: 꼬리에 부착된 무게(g). 이 표는 Codina-Martinez et al. 20204. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
표 5 : 동적 사다리를 사용한 훈련의 예. 지구력 저항 및 근력 훈련의 두 그룹 프로그램. 범례: 워밍업은 두 그룹 모두에게 공통적입니다. 경사는 85°로 설정됩니다. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
훈련은 운동 자체에 대한 연구와는 별도로 연구에서 여러 응용 프로그램을 사용하는 개입입니다. 따라서, 노화20 또는 특정 병리학적 상태 및 물리 치료21에 미치는 영향에 대한 분석은 최근 몇 년 동안 많은 관심을 받고 있다. 또한 많은 저자들이 약리학적 22 또는식이21 중재가 체력에 미치는 영향을 분석했다. 이러한 맥락에서 저항 운동에 대한 관심이 높아지면서 다양한 운동 양식을 개별적으로 분석하는 데 관심이 생겼습니다. 저항 운동은 수많은 조직23,24에서 지구력에 대한 다른 분자 반응을 유도하고 또한 여러 병리학 적 상태21에 특이적인 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.
저항 운동 연구를위한 동물 모델의 사용은 여러 응용 프로그램이있는 도구입니다. 병리학 또는 유전자 변형 동물의 모델에서 특정 표현형의 특성화를 허용하지만이 설명은 일반적으로 포함되지 않습니다. 또한, 운동 프로토콜의 구현 및 이들 모델에 대한 영향의 평가는 이러한 조건의 생리학 또는 병태생리학에 대한 통찰력을 제공한다(25).
일부 저자는 이전에 다른 훈련 모델을 사용하여 쥐 12,13 및 마우스 4,14로 저항 훈련을 수행했습니다. 일부 저자는 근력26을 훈련하고 평가하기 위해 등척성 근육 수축 프로토콜을 적용했습니다. 물에서 과부하 점프와 가중 수영도 9,10으로 적용되었습니다. 마취하에 수행되는 신경 자극(11), 및 생체 역학적 근육 과부하 및 근육 비대(27)를 유발하기 위한 외과적 절차와 저항 훈련을 조합하는 것이 또한 수행되었다.
그러나 저항을 개선하기위한 일부 개입에는 몇 가지 약점이 있습니다. 전기 충격을 이용한 강제 운동은 실험 결과를 방해하는 것으로 나타났습니다28. 일부 절차는 동물이 익사하는 것을 방지하기 위해 강제 수영에 의존하기 때문에 스트레스가 많습니다 9,10. 신경 자극은 의지 근육 수축이 아니며 마취하에 수행됩니다11. 저항 훈련 및 평가에 대한 가장 간단한 접근 방식은 동심원/편심 근육 수축을 사용하는 비침습적 절차입니다.
이러한 프로토콜을 적용하는 가장 일반적인 장치는 동물이 외부 무게로 올라가는 정적 사다리이지만 동적 장치를 사용하여 저항 운동을 수행 할 수도 있습니다. 이와 관련하여 Konhilas et al.29 는 가중 바퀴를 사용했습니다. 그러나 이 접근 방식은 고강도 지구력 운동에 가깝기 때문에 특이성이 손실됩니다. 이 기사에서는 매우 다양한 접근 방식을 허용하는 동적 사다리를 사용하여 저항 훈련 및 저항 평가를 위한 프로토콜을 처음으로 보여줍니다. 구현 결과도 포함됩니다. 또한 동적 사다리를 사용하면 정적 사다리와 같이 일련의 단계를 오를 필요없이 지속적으로 무게로 올라갈 수 있으므로 동물의 조작이 적습니다.
피크 힘의 힘 평가는 그립 강도(30 ) 및 직접적인 신경 자극(31)에 의해 생성된 토크를 사용하여 수행될 수 있다. 사다리를 사용한 근력 평가는 후속 훈련 계획에 유용합니다. 동적 래더를 사용하면 시간 제한 테스트를 수행하여 단계 수를 부하의 함수로 평가할 수 있습니다. 이절차는 인간7에서 수행되는 최대 체중 반복 테스트 수와 동일합니다.
또한 교육 및 평가 방법과 관련하여이 기사에서는 정적 및 동적 사다리 모두에서 훈련 거부를 피하는 핵심 요소로 순응을 강조합니다. 이 순응은 Yarsheski et al.13에 설명 된 것처럼 음식 보상에 의해 달성되는 것이 아니라 쥐에게 사다리 상단의 휴식 영역에 도달하도록 가르쳐 음식 제한없이 등반하도록 동기를 부여함으로써 달성됩니다. 우리의 목표는 Seo et al.32가 제안한 것처럼 인간화 된 동물 운동을 달성하는 것이 었습니다. 이와 관련하여이 프로토콜에 따라 마우스가 사회적 상호 작용을 유지하면서 그룹으로 훈련된다는 점도 주목할 가치가 있습니다. 이 논문에 표시된 프로토콜에서 동물의 훈련 거부는 정적 및 동적 사다리 모두에서 존재하지 않았습니다. 이것은 적응 프로토콜 때문일 수 있습니다.
우리의 결과는 다른 동물 모델을 가진 다른 프로토콜이 최대 강도를 향상시키는 데 효과적이라는 것을 보여줍니다. 그들은 또한 근육 기능의 변화가있는 유전자 변형 동물과 야생형 동물 사이의 차이를 최대 저항과 훈련4에 대한 반응 모두에서 감지 할만큼 충분히 민감했습니다. 또한, 훈련 프로그램과 동적 사다리 (강도 및 지구력 저항)를 비교 한 결과, 모든 마우스 그룹이 C를 포함하여 최대 강도를 증가 시켰음을 보여주었습니다. C의 경우 이것은 생쥐가 훈련 기간이 시작될 때 젊고 여전히 성장하고 있기 때문일 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 S 및 E-R 그룹의 개선은 훨씬 더 컸으며 이는 훈련 효과의 증거입니다. 또한, 훈련 전 증분 테스트에서 얻은 최대 무게로 가능한 한 많은 단계를 오르는 것으로 구성된 훈련 후 내구성 테스트에서 E-R 그룹은 S 및 C 그룹보다 분명히 우수했습니다. 또한, 증분 러닝 머신 테스트는 훈련 된 그룹에서 지구력이 감소하지 않은 반면 C 그룹에서는 감소가 관찰되었음을 보여주었습니다. 이것은 이전에 설명한 지구력에 대한 저항 훈련의 교차 훈련 효과와 일치합니다33. 이러한 결과는 한편으로는 저항 및 지구력 능력을 증가시키기 위해이 연구에서 제시된 저항 훈련 프로토콜의 특이성을 시사합니다. 동시에, 두 훈련 양식은 체력34에 다양한 영향을 미치는데, 이는 아마도 각 훈련 모델에 의해 촉발된 다양한 분자 메커니즘 세트로 인해 어느 정도 겹치기 때문일 것입니다.23.
이러한 훈련 모델이 관련된 동물 그룹의 전반적인 저항에 영향을 미쳤지 만, 우리는 또한 개인의 시작 저항과 훈련에 대한 반응 모두에서 큰 이질성을 관찰했습니다 (그림 2 및 그림 3). 이 관찰은 다른 저자35에 의해 설명 된 것과 일치합니다. 이것은 이들 동물로부터 수득 된 샘플에서 평가 될 상이한 파라미터에서의 개입의 결과를 해석 할 때 고려되어야한다.
마지막으로, 정적 사다리는 편심 훈련에도 적합합니다. 거의 최대 또는 초 최대 하중으로 하강하여 수행 할 수 있습니다. 이 절차에 적용되는 하중은 높아야 합니다(예: 최대 증분 동심 테스트 부하의 90%-100% 이상). 쥐가 거의 최대에 가까운 하중을 가할 때, 그들은 자연스럽게 하강을 시도합니다. 편심 훈련의 경우, 순응 기간 동안 동물이 상승하기보다는 하강하도록 허용해야합니다. 이러한 이유로 마우스에서 동심원과 편심 훈련을 결합하는 것은 쉽지 않으며 주어진 시간에 하나의 훈련 모델 만 가능합니다.
여기에 제시된 프로토콜의 주요 한계는 최대 등척성 강도와 같은 일부 유형의 강도에 대한 평가가 불가능하므로 그립 강도와 같은 다른 장치 및 프로토콜을 사용해야 한다는 것입니다.
결론적으로, 정적 및 동적 사다리를 사용한 저항 훈련 및 평가는 연구 목적에 따라 광범위한 프로토콜을 사용하여 동물 연구에서 실현 가능한 방법입니다.
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Disclosures
교신 저자는 모든 저자가 이해 상충이 없는지 확인합니다.
Acknowledgments
이 작업은 스페인 경제 장관 (DEP2012-39262에서 EI-G 및 DEP2015-69980-P에서 BF-G로)의 지원을 부분적으로 받았습니다. 스페인 아스투리아스에 있는 McLeod's English Centre의 Frank Mcleod Henderson Higgins에게 언어 지원을 해주셔서 감사합니다.
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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