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Tutte le procedure sperimentali sono state approvate dal Comitato di Etica Animale dell'Università dello Sport di Pechino (Approvazione n. 2022034A). I ratti venivano ospitati singolarmente presso la struttura per animali dell'Università dello Sport di Pechino in condizioni controllate (temperatura: 22-24 °C; umidità: 45%-55%; ciclo luce/scuro di 12 ore). Femmina e maschio SHR di 11 settimane liberi da patogeni specifici (SPF), insieme a ratti WKY normotensivi di età compatibile, sono stati ottenuti dalla Beijing Vital River Laboratory Animal Technology Co., Ltd. (Licenza n. SYXK [Pechino] 2021-0053) per scopi di allevamento. I reagenti e le attrezzature utilizzate per questo studio sono elencati nella Tabella dei Materiali.
1. Animali sperimentali e raggruppamento
Ai ratti femminili veniva fornita una dieta riproduttiva standard per roditori e acqua ad libitum. Tutti i ratti hanno partorito spontaneamente e i loro piccoli sono stati svezzati con una dieta standard per roditori. Per l'accoppiamento, ratti femmina e maschi della stessa linea (WKY o SHR) sono stati ospitati insieme con un rapporto 1:1. La presenza di un tappo vaginale e di spermatozoi in un test vaginale è stata utilizzata per indicare il primo giorno di gestazione (GD1). Al momento della conferma della gravidanza, i ratti sono stati assegnati casualmente a quattro gruppi: sedentari normotensi (p-WKY-SED), esercizio normotenso (p-WKY-EX), sedentario ipertensivo (p-SHR-SED) o esercizio ipertensivo (p-SHR-EX). Analisi sperimentali sono state effettuate su ratti al giorno 21 di gestazione (GD21), feti al giorno embrionale 21 (ED21) e su 3 maschi e femmine di ciascun gruppo.
2. Procedura di esercizio aerobico materno
Prima dell'accoppiamento, le femmine di ratto sono state acclimatate alla struttura di alloggio per una settimana, seguita da un periodo di 5 giorni di adattamento all'acqua che prevede 15 minuti di esposizione giornaliera ad acqua profonda 10 cm mantenuta a 34-35 °C. Dopo un accoppiamento riuscito, i ratti del gruppo di esercizio iniziarono un regime di nuoto strutturato. Il protocollo è iniziato con una fase di adattamento di 4 giorni in acque profonde 40 cm (34-35 °C), durante la quale la durata giornaliera del nuoto è stata progressivamente aumentata da 20 minuti iniziali a 10 minuti ogni giorno. Dal giorno 5 fino al giorno 20, questi ratti nuotavano per 60 minuti al giorno, 6 giorni a settimana. Per controllare lo stress potenziale dovuto all'immersione in acqua, i ratti nei gruppi sedentari sono stati posti in acque poco profonde (10 cm di profondità, 34-35 °C) per lo stesso periodo senza impegnarsi in nuotoattivo 10.
3. Misurazione della pressione sanguigna
La pressione sistolica (SBP), la pressione diastolica (DBP) e la pressione arteriosa media (MAP) sono state misurate in ratti di 3 milioni di figli (sia maschi che femmine) utilizzando il sistema CODA Monitor tail-cuff in condizioni di coscienza e riposo. Tutte le misurazioni sono state effettuate in un ambiente tranquillo tra le 8:00 e le 12:00 a una temperatura ambiente di circa 25 °C.
La borsa riscaldante veniva accesa 1 ora prima e impostata a 37-38 °C per assicurarsi che il dispositivo raggiungesse la temperatura richiesta prima della misurazione. Veniva scelto un contenitore di dimensioni adeguate in base al peso corporeo di ogni ratto, e l'animale veniva guidato delicatamente dentro il contenitore del ratto. Dopo la fissazione, il ratto veniva posizionato sul cuscinetto riscaldante per 5 minuti per permettere un sufficiente flusso sanguigno alla coda. Sono stati selezionati un bracciale di occlusione di dimensioni appropriate (O-Cuff) e un bracciale per la registrazione della pressione volumetrica (VPR-Cuff) in base alla dimensione della coda del ratto. Durante il funzionamento, l'O-Cuff veniva posizionato con cura a circa 1 cm dalla base della coda, seguito dal posizionamento del VPR-Cuff sopra la coda. Dopo il periodo di acclimatazione di 5 minuti, sono state avviate le misurazioni della pressione sanguigna mentre il ratto rimaneva cosciente e a riposo. Ogni ratto ha subito cinque cicli di acclimatazione seguiti da dieci cicli di misurazione consecutivi per registrare i dati sulla pressione sanguigna. Durante tutta la procedura, gli animali sono stati attentamente monitorati e prontamente rimossi dal contenitore al completamento del protocollo di misurazione.
4. Chirurgia MI/RI nei ratti
I ratti sono stati a digiuno per 12 ore prima dell'intervento, con libero accesso all'acqua. Il peso corporeo veniva misurato prima dell'anestesia. L'anestesia è stata indotta usando il 5% di isoflurano e mantenuta con il 2% di isoflurano durante la procedura. Ogni ratto veniva posto in posizione supina e fissato su una borsa riscaldante impostata a 37 °C.
L'intubazione endotracheale orale è stata eseguita utilizzando un catetere da 16 G, che è stato inserito delicatamente nella trachea e fissato in posizione. Il catetere è stato quindi collegato a un sistema integrato di anestesia e ventilazione. I parametri di ventilazione sono stati impostati su una frequenza respiratoria di 70 respiri al minuto, un volume mareale di 8 mL/kg e un rapporto inspiratorio-espiratorio di 1:2.
Gli elettrodi venivano inseriti sottocutaneamente negli arti del ratto secondo la posizione standard del piombo: neri per l'arto anteriore destro, verdi per quello posteriore destro e rossi per quello posteriore sinistro. Gli elettrodi erano collegati a un sistema sperimentale a funzione biologica e a un bioamplificatore, e il monitoraggio elettrocardiografico (ECG) veniva eseguito tramite il software LabChart.
I peli del petto del ratto sono stati rasati e il sito chirurgico è stato disinfettato con alcol. Fu praticata un'incisione sulla pelle sul lato sinistro dello sterno corrispondente al cuore. È stata eseguita una dissezione contundente per esporre le costole. Un retrattore toracico fu inserito tra la terza e la quarta costola per aprire la cavità toracica. Il pericardio è stato accuratamente strappato e separato per esporre completamente il cuore. La grande vena cardiaca che lo accompagnava veniva utilizzata come punto di riferimento. Circa 1-2 mm sotto l'appendice atriale sinistra, un 8-0 La sutura è stata fatta passare attraverso la superficie epicardica per legare l'arteria coronarica sinistra anteriore discendente (LAD). Un piccolo tubo di legno fu posizionato nel sito del nodo e un nodo scorrevole fu legato per occludere il flusso sanguigno. La cavità toracica fu quindi chiusa rapidamente. La legatura riuscita è stata confermata dall'elevazione del segmento ST nell'elettrocardiogramma e dalla cianosi visibile nella regione miocardica ischemica.
Dopo 45 minuti di occlusione, il nodo scorrevole veniva allentato e il tubo di legno rimosso per iniziare la riperfusione. L'aria veniva espulsa dalla cavità toracica, che veniva poi chiusa e suturata. Il sito chirurgico è stato disinfettato con povidone-iodio, completando così la procedura.
Un modello MI/RI fu così stabilito dopo 24 ore di reperfusione. Una volta ripresa la respirazione spontanea, il tubo endotracheale fu rimosso e il ratto fu riportato in una gabbia pulita.
5. Ecocardiografia
La valutazione ecocardiografica è stata eseguita utilizzando un sistema di ultrasuoni Doppler a colori di piccoli animali dotato di una sonda a matrice lineare ad alta frequenza L22-8K3 (frequenza centrale: 15 MHz). I ratti sono stati anestetizzati con isoflurano al 5% per l'induzione e mantenuti sotto il 2% di isoflurano durante tutta la procedura. Ogni ratto veniva posto in posizione supina e fissato sulla piattaforma chirurgica, mantenendo la temperatura a 37 °C. Lo stato respiratorio veniva monitorato continuamente e la portata di isoflurano veniva regolata secondo necessità per evitare anestesie eccessivamente profonde o superficiali, che potevano compromettere l'accuratezza delle misurazioni ecografiche cardiache.
Dopo aver rasato la zona del petto, è stata applicata una quantità adeguata di gel accoppiante per ultrasuoni. La sonda a ultrasuoni è stata posizionata sopra la parete toracica anteriore sinistra per ottenere immagini ecocardiografiche in modalità M dalle viste parasternali su asse lungo e corto del ventricolo sinistro. Per ogni parametro, è stato calcolato il valore medio di sei cicli cardiaci consecutivi. La funzione cardiaca è stata valutata misurando il diametro interno del ventricolo sinistro nella sistole (LVID), il diametro interno del ventricolo sinistro nella diastole (LVIDd), l'accorciamento frazionario (FS) e la frazione di eiezione (FE).
6. Chirurgia MCAO nei ratti
I ratti sono stati a digiuno per 12 ore prima dell'intervento ma avevano libero accesso all'acqua. Il modello MCAO è stato stabilito utilizzando un metodo ottimizzato di sutura Zea-Longa. L'anestesia è stata indotta con isoflurano al 5% e mantenuta con isoflurano al 2%. Una volta osservato il rilassamento muscolare e stabilizzati respirazione e frequenza cardiaca, i ratti venivano posti in posizione supina e fissati su una borsa termica termostatica.
La regione cervicale del ratto veniva regolarmente rasata e disinfetata. È stata effettuata un'incisione mediana leggermente a sinistra del collo e gli strati muscolari sono stati sezionati in modo smussativo per esporre e isolare l'arteria carotide comune sinistra (CCA), l'arteria carotide esterna (ECA) e l'arteria carotide interna (ICA). L'ECA è stata legata con filo fine per sutura, e la CCA e l'ICA sono state temporaneamente clampate con clip per arterie. È stata effettuata un'incisione nell'ECA e l'embolo della sutura è stato inserito nella CCA attraverso l'apertura dell'ECA. Dopo aver trasformato l'ECA, è stato delicatamente tirato verso il basso per allinearsi con l'ICA, facilitando un percorso rettilineo per l'inserimento dell'embolo. L'embolo è stato avanzato con attenzione nel segmento intracranico dell'ICA. L'inserimento veniva interrotto dopo aver incontrato una leggera resistenza, a indicare il corretto posizionamento. A questo punto, l'embolo veniva inserito a 18-20 mm dalla biforcazione tra l'ECA e l'ICA, corrispondente alla profondità pre-marcata, con la punta che occlusa l'origine dell'arteria cerebrale media (MCA).
Il diametro della punta dell'embolo è stato scelto in base al peso corporeo del ratto: 0,31-0,32 mm per i ratti <200 g, e 0,38-0,40 mm per quelli che pesano 281-330 g. Dopo aver confermato la corretta posizione, l'embolo è stato fissato in posizione, rimossi le clip delle arterie, sutura dell'incisione cutanea e disinfezione del sito chirurgico con povidone-iodio.
L'inserimento riuscito della sutura è stato confermato da una riduzione di oltre il 50% della perfusione sanguigna sul lato interessato. Dopo 2 ore di ischemia, l'embolo è stato ritirato per iniziare la reperfusione. Un modello di lesione ischemia-reperfusione cerebrale è stato stabilito dopo 24 ore di reperfusione.
I deficit neurologici nei ratti sono stati valutati 24 ore dopo l'MCAO utilizzando il sistema di punteggio Zea Longa. I criteri di punteggio erano i seguenti (Tabella 1).
Solo i ratti con punteggi di Zea Longa da 1 a 3 sono stati inclusi nelle analisi successive. I ratti con punteggi pari a 0 o 4 sono stati esclusi rispettivamente per l'assenza di un'occlusione efficace o per lesioni cerebrali eccessive.
7. Imaging laser a contrasto di specchi (LSCI)
I ratti sono stati digiunati per 12 ore prima dell'esperimento ma avevano libero accesso all'acqua. L'anestesia è stata indotta con isoflurano al 5% e mantenuta al 2% di isoflurano.
I ratti venivano poi posti in posizione prona e fissati in un apparato stereotassico. Dopo aver rasato e disinfettato il cuoio capelluto, è stata effettuata un'incisione mediana lungo la sutura sagittale per esporre il cranio. Il tessuto connettivo e il periosto sulla superficie del cranio sono stati accuratamente rimossi. Pur preservando l'integrità della dura madre, entrambi i lati del cranio venivano assottigliati con un trapano cranico fino a quando l'osso non divenne trasparente. Fu creata una finestra cranica di 8 mm × 15 mm, permettendo di visualizzare chiaramente i vasi sanguigni corticali al microscopio.
Il sistema LSCI è stato attivato e la posizione del dispositivo e la lunghezza focale sono state regolate fino a visualizzare chiaramente la finestra cranica. Fu utilizzata una sorgente laser di luce con una lunghezza d'onda di 780 nm. L'area di illuminazione veniva catturata utilizzando un dispositivo a carica accoppiata con un tempo di esposizione di 15 ms e una frequenza di 15 fotogrammi al secondo. Il monitoraggio continuo veniva eseguito per 15-30 secondi per ottenere immagini con una risoluzione di 1280 × 960 pixel. Il sistema successivamente convertì le immagini originali speckle in mappe del flusso sanguigno e dati quantitativi di perfusione.
Il flusso sanguigno cerebrale di base nelle regioni di alimentazione MCA su entrambi gli emisferi è stato registrato per la prima volta prima dell'ischemia. Il cuoio capelluto è stato poi suturato e disinfettato prima di iniziare la procedura MCAO. Il flusso sanguigno cerebrale in entrambi gli emisferi è stato monitorato continuamente immediatamente dopo l'occlusione, 2 e 24 ore dopo l'ischemia.
Durante tutto il periodo di monitoraggio, l'anestesia veniva mantenuta con isoflurano e la borsa riscaldante veniva regolata per mantenere costante la temperatura corporea del ratto a 37 °C. L'acquisizione dei dati iniziò una volta che l'animale mostrò una respirazione e frequenza cardiaca stabili.
8. Colorazione con cloruro 2,3,5-trifeniltetrazolio (TTC)
La soluzione TTC al 2% (p/v) è stata preparata sciogliendo 0,2 g di polvere TTC in 10 mL di soluzione salina tamponata fosfato (PBS, pH 7,4). La soluzione veniva trasferita in un tubo centrifuga avvolto in una lamina, avvolta accuratamente per un vortice per garantire la completa dissoluzione, e poi inserita in un bagno d'acqua preriscaldata a 37 °C.
Dopo 24 ore di reperfusione, i ratti sono stati anestetizzati con isoflurano al 5% e soppressi tramite dissanguinazione attraverso l'aorta addominale. Il cuore e il cervello sono stati immediatamente prelevati e risciacquati accuratamente con 10 mL di PBS. I tessuti sono stati congelati a −40 °C per 30 minuti, poi inseriti in stampi e sezionati coronalmente da anteriore a posteriore con uno spessore di 2-3 mm per fetta. Le fette sono state incubate in una soluzione al 2% di TTC. Le fette di cuore sono state incubate in un bagno d'acqua a 37 °C protetto dalla luce per 10 minuti, mentre le fette di cervello sono state incubate nelle stesse condizioni per 25 minuti. Le fette venivano girate ogni 5 minuti durante l'incubazione per garantire una colorazione uniforme. Dopo la tintura, le fette sono state risciacquate tre volte con 10 mL di PBS e fissate in 10 mL di formalina al 10% per 24 ore.
Dopo 24 ore di fissazione, le fette di tessuto venivano rimosse e tamponate delicatamente con garze per rimuovere l'umidità in eccesso. Ogni fetta veniva posta su un piatto di vetro trasparente, e sia il lato anteriore che quello posteriore venivano scansionati. Nelle immagini scansionate, le regioni bianche indicavano tessuto infartto (ischemico), mentre le regioni rosse rappresentavano tessuto vitale (non ischemico). L'analisi delle immagini è stata effettuata utilizzando il software ImageJ per calcolare il rapporto dell'area dell'infarcto sia delle fette miocardiche che cerebrali. Area dell'infarto miocardico (%) = (Area dell'infarto / Area miocardica totale) × 100%; Area dell'infarto cerebrale (%) = (Area dell'infarto sul lato MCAO / Area totale dell'emisfero ipsilaterale) × 100%.
9. Note di sicurezza e movimentazione di materiali pericolosi
L'isoflurano veniva maneggiato all'interno di una cappa per prevenire l'esposizione all'inalazione ed era conservato in un'area fresca e ben ventilata. Formalina e TTC sono stati maneggiati con guanti di nitrile e maschere per minimizzare il contatto con la pelle e il rischio di inalazione. Il TTC è stato riconosciuto come fotosensibile e quindi conservato e utilizzato in contenitori avvolti in alluminio.
L'area chirurgica è stata disinfettata con il 75% di etanolo e tutti gli strumenti sono stati autoclavati a 121 °C per 20 minuti prima dell'uso. Gli operatori indossavano guanti e camici sterili per mantenere condizioni asettiche durante le procedure.
Il monitoraggio post-chirurgico è stato effettuato ogni 6 ore per 24 ore per garantire il benessere animale. Gli animali che mostravano gravi disagio, come tremori continui o mancanza di cibo e acqua, venivano immediatamente eutanasiati in conformità con le linee guida etiche istituzionali.
Tutti i rifiuti TTC e di formalina sono stati raccolti in contenitori etichettati per i rifiuti biologici e smaltiti seguendo il protocollo istituzionale di gestione dei rifiuti pericolosi. I tessuti animali venivano inceneriti tramite l'impianto dedicato ai rifiuti biologici dell'università. I materiali chirurgici contaminati venivano autoclavati prima dello smaltimento.
10. Analisi statistica
Tutti i dati sono stati presentati come media ± SEM. Le analisi statistiche sono state effettuate utilizzando il software GraphPad Prism 8. Le differenze tra i quattro gruppi sono state valutate utilizzando un'analisi bidirezionale della varianza (ANOVA bidirezionale; fattori: ipertensione ed esercizio fisico). I confronti tra figli maschi e femmine sono stati valutati utilizzando un test Student non accoppiato a due code. Il valore P < 0,05 è stato considerato statisticamente significativo.