方法論記事

後肢とラットの部分的な荷重を使用して火星への宇宙ミッションを模倣

DOI：

10.3791/59327

⸱

2019年4月4日

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1Department of Neurology, Harvard Medical School - Beth Israel Deaconess Medical Center, 2Department of Orthopaedics, Harvard Medical School - Beth Israel Deaconess Medical Center

この記事について

サマリー

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革新的な地上のアナログ モデルを使用して、我々 はラット (0 g) への旅行および火星 (0.38 g) の宿泊を含む宇宙ミッションをシミュレートすることができます。このモデルは、ミッションの 2 つのハイポ重力段階中に発生する生理的変化の縦断的評価のことができます。

要約

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アンロード (HLU) 上肢の後肢の開発スペースの生理的影響の生理学的システムの飛行し 1979 年以来定期的に採用されていると理解する齧歯動物の地上ベースのモデルが活躍しています。ただし、今の宇宙探査の次のステップは、重力が地球の重力の 38% を火星への旅行を含めます。部分的な重力のこのレベルを経験している人間がいないので地上ベースの持続可能なモデルは、微小重力下での時間で既に障害身体がこの部分的な負荷に反応する方法を検討する必要。ここでは、短期のミッションを模倣し、重力で連続して適用の 2 つのレベルによる後肢筋の生理学的な障害を評価するために火星に滞在我々 の革新的な部分的な荷重 (PWB) モデルを使用しました。これは重力変化する筋骨格系の適応を検討し、宇宙飛行士の健康と機能を維持するために有効な対策を確立する安全、地上ベースのモデルを提供できます。

概要

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月や火星を含め、地球外の対象を表す有人宇宙探査の未来が両方地球よりかなり弱い重力。宇宙飛行士1,2,3,4、5齧歯動物6, 、筋骨格系の無重量の結果は、広く研究されている中7,8,9、老舗後肢アンロード (HLU) モデル10、おかげで、後者は非常に小さな部分的な重力の影響について知られています。火星の重力は地球の 38% と長期探査11; の焦点となっているこの惑星したがって、この設定で発生する筋肉の変化を理解することが重要です。これを行うには、我々 はラット12マウス6,13筋肉と骨の両方の結果を使用して検証されましたが、前の仕事に基づく部分的な重量軸受 (PWB) システムを開発した.ただし、火星の探査前に、重力は、私たちの前述のモデル12に修正されなかった期間を延長。したがって、本研究では、火星への旅を模倣するモデルを変更我々 総後肢の最初のフェーズで構成されています、通常の読み込みの 40% で部分荷重の第 2 フェーズの直後に続きます。

ほとんどの HLU モデルとは異なりを選びました (Chowdhury ら9で説明したものに基づく) 骨盤のハーネスを使用する尾部懸垂動物の快適さを改善し、シームレスに移動することができるのではなく、難なく基板する HLU からほんの数分で。併せて、ケージとサスペンション デバイス、我々 は以前開発し、12が詳しく記載を使いました。/一貫した信頼性の高いデータを提供することに加えて我々 はまた、以前ロッドのセンターで懸濁液システムの固定アタッチメント ポイント移動、グルーミング、供給、または飲むから動物を予防しなかったを実証しました。この記事では、(完全および部分的に) 動物の後肢をアンロード、ように力とウェット グリップを使用して結果の筋肉の変化を機能的に評価する筋肉も彼らの達成された重力レベルを確認する方法について説明します。このモデルは探せ生物に適応する方法を調査することができ、既に侵害された筋骨格系の部分的な重力 (人工または地球外生物) の影響を調査するため非常に役に立つでしょう部分的な再読み込み、および対策中に、有人宇宙飛行の後に健康を維持するために開発される可能性がの開発のため。

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プロトコル

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ここで説明したすべてのメソッドは、[プロトコル番号] 067-2016 機関動物ケアおよび使用委員会 (IACUC) ベス イスラエス ディーコネス メディカル センターのによって承認されました。

注: 雄 Wistar ラットを基準 (0 日) に 14 週間の高齢者が使用されます。ラットは、順化を許可するカスタム ケージ 24 h 前基準で個別に収容されています。

1. 後肢

注: 骨盤のハーネスは、麻酔または目がさめている動物に置くことができます。ここでは、麻酔下の動物にプロトコルの説明が与えられます。適切な個人用保護具 (PPE) 動物の取扱いを着用します。

  1. 3.5% イソフルランと 2 L/分の酸素流量麻酔ボックスにラットを配置します。
    注: 適切な anesthetization が確認できましたら後部足のしっかりしたピンチ反応は発生しません。
  2. 動物完全に麻酔をかけられ、一度は、2% イソフルランと 1.5 L/分の酸素流量でノーズから麻酔ガスをベンチにラットを配置します。
  3. 腹臥位でラットを置き、吻尾の動きで骨盤のハーネスを履きます。
  4. 優しくベンド注意しながらきちんとしたを提供するために骨盤のハーネス フィットはない擦り傷や不快感を防ぐために後肢を絞る。
  5. スイベル クラスプ付きステンレス スチール チェーンをフックが尾の基部にアタッチされている骨盤のハーネスのトップに接続します。
  6. 麻酔からラットを削除し、最大延長チェーン カスタム ケージに動物を配置します。
  7. ラットが完全に目を覚まし、モバイル、後肢はもはや床に到達できるまでトップ回転式クラスプを使用してチェーンを短きます。
  8. 完全にアンロードされたままその快適さを評価し、ことを確認すべての回では、両後肢には数分のための動物を観察します。

2. 部分荷重

注: この手順は、目を覚まし、麻酔下の動物で実現できます。

  1. ステンレス チェーンと背中の棒から成る三角形のパーツを追加して HLU サスペンション デバイスをプリント基板の懸濁液に変換します。
  2. HLU (手順 1.1 および 1.2) の詳細として同じ手順に従い動物を麻酔します。
  3. (400 g または 400 グラム以上重量を量るラット用 L 下のラットの M) ラットの前肢に適切なサイズのテザー ジャケットを配置し、バック ブラ エクステンダーを使用して閉じます。
  4. 三角形の部分の 1 つのクラスプを背中ブラ エクステンダーでは、尾の基部に骨盤のハーネスにあるフックの反対側のクラスプにあるフックに取り付けます。
  5. 檻の中の麻酔から回復する動物を許可します。一度目を覚まし、チェーンを短縮し、必要な場合は下のスイベル クラスプの場所の変更によって懸濁液は前肢と後肢に等しいことを確認します。
    注: この手順も実現できるフォース プレートを使用してすべての手足に等しい荷重を確認します。
  6. 鎖の短縮なし動物と全体の器具の重量すなわち、「ロード」の体重を記録するスケールの上にラットを配置します。
  7. スケール表示「ロード」体重と記録の達成の 40% までチェーンを短く重力レベル (荷を下された重量と重量の比率として表現される)。
  8. 荷を下された重量が安定しているラットがすべて手足に均等にロードされていることを確認して動物を観察します。
  9. ロッドを使用してスケールから全体の器具を取り外し、そのケージに戻ってラットを置きます。

3. 後肢の評価グリップ力

  1. 前肢の下に 1 つの手を置くことによって伝統的な拘束とラットを保持します。2 番目の手と尻尾を軽くつかみ。
  2. リアの足のグリップ バーのアプローチし、両方の足がバーに完全に休んでいることを確認します。
    注: ラットがバーを完全にグリップしない、自主的なグリップの証拠が表示されません、拘束を少し緩め。これが成功した場合、そのケージにラットを戻り、数分後再試行してください。
  3. 優しくラットまでをまっすぐ引き上げますバックのグリップを解放します。探触子に表示される最大の力を記録します。
  4. 測定と繰り返し 3 回テストの間待機約 30 秒。
  5. 疲労のアカウントには、スコアリングのための 3 つの測定値の平均を計算します。

4. 筋の記録ウェット質量

  1. CO2安楽死室にネズミを配置します。IACUC と AVMA のガイドラインによると適切な時期を待っている後、呼吸の欠如の目視による安楽死を確認します。
  2. 腹臥位で解剖テーブルにラットを置き、小さな解剖はさみを使って足首近く切開によって毛皮および皮を削除します。手を使用すると、皮膚の層をやってのけます。
  3. 筋膜を破る小さな解剖はさみを使って、優しくし踵骨腱を分離します。
    注: 踵骨腱は、ヒラメ筋と腓腹筋の両方の接続点です。
  4. 踵骨腱をピンセットの小さなペアを保持している間解剖はさみを使用して上にある、大腿二頭筋から腓腹筋とヒラメ筋を分離します。
  5. 一度分離、膝窩動脈領域における腓腹筋とヒラメ筋の付着点をカットします。
  6. ゆっくりと腓腹筋からヒラメの引きで、踵骨腱を切断することによってそれらをデタッチします。
  7. ラットを仰臥位で配置します。慎重に筋膜を削除、脛骨、足首から上方への動きで皮をむきます。
  8. その優れた添付ファイルの時点で前脛骨筋をカットします。
  9. 正確なウェット tared 精密スケールと計量ボートを使用して各摘出筋量を記録します。

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結果

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以前考案した、後肢 (HLU,図 1) と部分的な重量軸受け (プリント配線板、に適したステンレス鋼チェーン ベースのサスペンション装置を用いて詳細12で説明されている、新しいケージを活用図 2)。私たちの設計の重要な利点は、荷を下すこと、動物のための同じ環境を維持しながら数分のうちに他の 1 つのタイプから移動する機能です。HLU のそれぞれの側にスイベル クラスプ付き単一の特注ステンレス チェーンに接続されている (図 2 a) オーダーメイド骨盤ハーネスを使用しました。このサスペンション デバイスを変更し、基板を達成するため、強い背中の棒、背骨 (図 3) のすぐ上に座れるように設計を組み込むステンレス チェーンのワンピース三角形の追加は、唯一の要件です。目がさめているまたは麻酔下の...

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ディスカッション

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このモデルは、最初地上アナログの連続機械荷役レベルを調査するために開発を示しへの旅行を模倣し、火星に滞在することを目的します。

このプロトコルの多くの手順は、その成功を保証し、厳密に調査する必要があります重要です。まず、動物の健康を監視し、彼らは比較的正常に保つ基板状態、特に中に通常の動作 (食事、休憩、探索などすなわち、実行タスク) を保持しているを確認することが重要です。生理学的な姿勢。第二に、時間をかけて非常に安定した、最小限の介入12,14を必要とするプリント配線板のレベルにもかかわらず、動物の間で変動を最小限に抑えるために達成された部分的な重力を記録する不可欠です。さらに、動物は部分的な重力 (PWB40) に総荷重から移行、彼ら既に実質的な筋萎縮と表示機能6,9,15,...

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開示事項

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著者が明らかに何もありません。

謝辞

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この仕事に支えられたアメリカ航空宇宙局 (NASA: NNX16AL36G)。著者は、この原稿に含まれる図面を提供するためカーソン センプルを感謝したいです。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
10G絶縁固体銅線グレインジャー4WYY8THHNワイヤータイプと10 AWGワイヤーサイズ、黒
2カスタムデザインのプレキシガラス壁P&の100フィート固体建築ワイヤーKカスタムアクリル株式会社N / A2クリアプレキシガラスカスタムウォール3/16 "ティック、幅12 3/16"、高さ18 13/16 "、壁の中央上部に位置する直径0.25インチの丸みを帯びたスロット
1Mトランスポアサージカルテープフィッシャーサイエンティフィック18-999-380トランスポアサージカルテープ 
アクセサリー 把持バー ラットハーバード装置76-0479アクセサリー 把持バー ラット、前足または後足
分析スケールフィッシャーサイエンティフィック01-920-251オーハウス アドベンチャー 分析バランス
アニマルスケールZIEIS by AmazonN/A70 ポンド容量 デジタルスケール ビッグトップ 11.5インチ x 9.3インチ デュラプラットフォーム Zシール 110V アダプター 0.5オンス精度
バックブラエクステンダーLuzen by AmazonN / A17個2フック3列アソートランダムカラー女性間隔ブラクリップエクステンダーストラップ
フォースゲージワグナーインスツルメンツDFE2-01050 N容量デジタルグリップフォースメーターシャティヨンDFE II
ガーゼフィッシャーサイエンティフィック13-761-52非滅菌コットンガーゼスポンジ 
キーホルダーとスイベルクラップPaxcoo Direct by AmazonN/APaxCoo 100 個 金属製スイベル ストラップ スナップ フック キーホルダー付き
ロブスター クラップパンダ ジュエリー インターナショナル リミテッド バイ アマゾンN/Aパンダホール 100 個グレード A ステンレス スチール ロブスター クロー クラスプ 13x8mm
ラット テザー ジャケット - ラージブレインツリー サイエンティフィックRJ Lげっ歯類ジャケット
ラット テザー ジャケット - ミディアムBraintree ScientificRJ Mげっ歯類ジャケット
シリコーンチューブVersilon St Gobain セラミックスおよびプラスチックABX00011 SPX-50 シリコーンチューブ
ステンレス鋼チェーンスーパーラバー by AmazonN/A4.5m 15FT ステンレス鋼ケーブル チェーン リンク バルク 6x8mm
デジタル

参考文献

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