ここでは、ラットの繁殖方法、水泳訓練手順、および訓練後の妊娠中のラットの繁殖後の看護プロトコルを描写するためのプロトコルを紹介します。このプロトコルは、妊娠中の母親の運動が子孫に及ぼす影響とその基礎となるメカニズムを研究するための動物モデルを提供します。
方法論記事
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ここでは、ラットの繁殖方法、水泳訓練手順、および訓練後の妊娠中のラットの繁殖後の看護プロトコルを描写するためのプロトコルを紹介します。このプロトコルは、妊娠中の母親の運動が子孫に及ぼす影響とその基礎となるメカニズムを研究するための動物モデルを提供します。
健康と疾患の発達起源の概念は、糖尿病、心血管疾患、癌などの慢性非感染性疾患に対する初期の環境の影響を強調しています。動物モデルを用いた研究では、栄養不良、栄養過多、肥満、化学物質や低酸素症への曝露などの母体要因が胎児の発育や子孫の健康にどのような影響を与え、低出生体重児、高血圧、脂質異常症、インスリン抵抗性などの問題を引き起こすかが調査されています。生殖年齢の女性の間で太りすぎや肥満の有病率が増加していることを考えると、効果的な介入が重要である。妊娠中の母親の運動は、母親と子供の両方に利益をもたらし、病気のリスクを減らす重要な介入として浮上しています。この研究では、妊娠中のラットを対象とした3つの運動モデル(自発的なホイールランニング、電動トレッドミル、水泳)の違いを比較しています。水泳は、その安全で制御された強度レベルのために最も有益なオプションです。このプロトコルでは、ラットの繁殖方法、妊娠中の水泳トレーニング、および繁殖後の看護プロトコルについて詳しく説明します。このモデルは、さまざまなラットおよびマウス種に適しており、母親の運動が子孫の健康と世代間の健康に対する利点を研究するのに役立ちます。
健康と疾患の発達的起源(DOHaD)の概念は、過去20年間で出現し、初期の発達中の環境の影響が、慢性非感染性疾患(NCD)、特に糖尿病、心血管疾患、および一部の種類の癌に関連する後の病態生理学的プロセスのリスクに影響を与えることを示しました1.胎児の発育の最も可撓性的な段階では、子孫が子宮内環境にさらされるため、遺伝子と環境の相互作用と子宮胎盤の灌流が胎児のリプログラミングの重要な要素です2。これまでの研究では、主に動物モデルを利用して、妊娠中の母親の栄養不足、栄養過多、肥満、出生前の化学物質や低酸素症への曝露など、胎児の発育や子孫の長期的な表現型への影響に対する悪影響を調査してきました3。これにより、低出生体重児とその後の成長が生じ、血圧の上昇、脂質異常症、インスリン抵抗性などの子孫に悪影響が生じました4。生殖年齢の女性の間で太りすぎと肥満の割合が急速に増加しているため、これらの有害な母体障害の世代間感染を防ぐための効果的な介入を確立することが緊急に必要であり、これは人々の健康に重要な影響を及ぼします5,6。
運動は、2型糖尿病、高血圧、およびその他のいくつかの疾患の重要な予防療法として長い間認識されてきました7。妊娠中の運動は、母親に有益な効果をもたらし、子孫に有益な効果を与えるため、母親の子孫への病気の伝染を減らす8。数年にわたる研究により、運動の安全性と、妊娠糖尿病などの一般的な妊娠状態の大幅な減少を含む大きな利点が実証されています9,10。母体と胎児の安全に関しては、運動訓練の実施と授乳後のプロトコルの実施は困難です。
デビッド11他。心血管の健康研究に適用可能な動物運動モデルについて説明しました。一般的に使用される3つのエクササイズモデル、自発的なホイールランニング、電動トレッドミル、水泳には、長所と短所があります。自発的に動く車輪は、ラットの自発運動行動を忠実に模倣しており、ネズミが概日リズムに従って動くことを可能にします。ただし、この種のエクササイズには、強度と持続時間をより正確に制御する必要があります。電動トレッドミルは、運動の強度、量、持続時間を制御できますが、時には電気刺激が必要になるため、動物に身体的および心理的ストレスを引き起こす可能性があります。水泳は、ラットの固有の遊泳能力により、げっ歯類の研究で広く使用されており、電気刺激や足や尾への機械的損傷も回避できます12。出生前運動モデル13,14の研究では、水泳は一般的に使用される運動モダリティです。妊娠が進行し、ラットの腹部が腫れると、トレッドミルやホイールランニングのエクササイズにより、腹部が硬い表面に繰り返し接触することがあります。対照的に、水泳中の水環境は浮力を提供し、妊娠中の動物の運動関連の怪我のリスクを減らします。
このプロトコルは、ラットの繁殖方法、妊娠中の水泳トレーニングの実施方法、およびトレーニング後の妊娠中のラットの繁殖後の看護プロトコルを示しています。この妊娠した遊泳トレーニングモデルは、ラットやマウスの幅広い種に適用できるため、動物ベースのモデルを使用して、母親の運動が子孫の健康に与える有益な効果と世代を超えた運動の利点を調節するメカニズムを研究するための将来の研究に有用なげっ歯類モデルを提供する可能性があります。
ここに記載されているすべての方法は、北京スポーツ大学の動物倫理委員会によって承認されており、国立衛生研究所(NIH)のガイドライン、中国の動物保護法および機関のガイドラインに準拠して実施されています。
1.ラットの交配と給餌
2. 出生前水泳トレーニングプログラム
3. 胎児の身体的特徴
ラットの育種方法のセクション(図1)では、繁殖の成功率を高めるために、膣分泌スライドを作成することにより、雌ラットの発情周期を決定します。ラットの発情周期は、発情前、発情、メストラス、および発情筋を含む4〜5日続きます。メストラスまたはディストラスの雌ラットは、オスから距離を置くなどの行動を示します。同時に、発情期のものは交尾を望んでおり、雌ラットの排卵は主に発情期の終わりに起こります。発情前期には、膣塗抹標本サンプルには主に有核上皮細胞が含まれ、時折角質化した細胞が含まれます。発情期には、膣塗抹標本は主に角質化した扁平上皮細胞が山に凝集し、発情期に見られる上皮細胞の拡大した核が消失します。メステストラスでは、膣塗抹標本には主に白血球といくつかの角質化上皮細胞が含まれています。発情期は、白血球が優勢であり、時折、有核化および角質化した上皮細胞を伴います(図1A)。
交尾プラグは、膣と精液の分泌物で構成されるゲル状の物質です。雌ラットは、他の雄ラットが再び交尾するのを防ぐための交尾プラグを形成すると同時に、雌ラットの膣を塞いでオスラットの精子が流出するのを防ぎます。交尾プラグの存在は、必ずしも繁殖が成功したことを示すものではなく、交配行動の発生を意味するだけです。したがって、交配後の朝に再び雌ラットに膣塗抹スライドを行う必要があります。膣塗抹標本中の精子の存在は、繁殖が成功したことを示しています。この日以降、雌ラットの体重を監視して、妊娠が成功した兆候である体重が徐々に増加するかどうかを観察することが重要です。交配後2日以内に交尾プラグが形成されない場合、または交尾プラグが形成されるが塗抹標本に精子が観察されない場合は、雄ラットを交換して再度繁殖を試みることをお勧めします。膣分泌スライドを顕微鏡で観察することにより、雌ラットの発情周期の段階を決定し、発情前および発情期のものを繁殖に用います。妊娠したラットは、座りがちな(SED)グループまたは運動(EX)グループにランダムに割り当てられ、GD1からGD20まで水泳トレーニングが実施されました(図1B)。ラットの交配後に形成される交尾プラグを観察するために、ラットの交配用に特別に設計された交尾ケージを使用します。嵌合ケージは、ベーストレイ、金網底部、底部のないケージフレーム、およびワイヤーケージカバーで構成されています(図1C)。
出産前に、妊娠中のラットは営巣行動を示すことがあります(図1E)、環境内の材料を利用して、子のために居心地の良い暖かい巣を作ります。GD20で新しい清潔なケージに移すときはいつでも、妊娠中のラットのサイズに対応する量の脱脂綿をケージに入れることをお勧めします。若いラットを研究するためには、一定の年齢まで育てる必要があります。ラットは生後約21日で離乳します。したがって、生後21日目に、赤ちゃんラットは性別によって分離され(図1F)、個々の飼育が行われます。ラットの性別を特定する方法は、生殖器と肛門の間の距離を観察することを含みます。男性では、距離が長く、性器と肛門の間に毛皮があります。男性器は女性に比べてより目立ち、目立ちます。雌のラットは、雄よりも乳首が目立ちます。
ラットの妊娠中は、GD1からGD20までの毎日の計量と記録が推奨されます(図2)。ラットの体重は妊娠中に徐々に増加し(図2A)、毎日の体重を前日の体重と比較する必要があります。ラットは流産後に胚を消費する傾向があり、観察だけでは検出が困難であるため、これは非常に重要です。さらに、ラットの体重をモニタリングすると、過度の運動を特定するのに役立ちます。ラットの体重が3 g以上減少した場合は、その日の運動トレーニングの期間を50%減らします。GD20.5では、妊娠中のラットを解剖して胎児と胎盤を取得し、胎盤の重量に対する胎児の体重の比率を胎盤効率として定義します(図2B)。定規を使用して横方向の位置で頭の先端から臀部の下部までの胎児の長さを測定し、胎児の体の長さを取得します(図1Gおよび2C)。

図1:ラット妊娠モデル(A)交配後2日目の膣塗抹標本の異なる発情期、ラットの交尾栓画像、および膣塗抹標本中の精子の存在における膣塗抹標本の結果。(B)出生前水泳トレーニングプログラムを示す概略図。(C)ラットの交配ケージの全体像。(D)使用した水バケツの直径を示す妊娠中のラットの遊泳訓練の写真。(E)ラットの巣作り行動。(F)21日齢の雄ラットと雌ラットの生殖器官の外観の違い。(G)胎児および胎盤の外観、および胎児の体長を測定する方法の概略図。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図2:妊娠ラットの体重と胎児の身体的特徴(A)SED群とEX群の妊娠ラットのGD1からGD20への体重変化(n=各9)。(B)2つのグループ間の胎盤効率の違い。(C)SED群とEX群間の胎児の体長のばらつき。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図3:妊娠中の雌ラットのさまざまな運動方法の比較。 妊娠中の雌ラットのさまざまな運動方法の長所と短所:自発的なホイールランニング(VWR)、電動トレッドミル(MT)、および水泳。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図4:水泳運動プログラム。 (A)雌のWistarラットを使用したプロトコルステップ1.1-1.10に記載されている交配、妊娠、水泳運動、分娩、および授乳の完全なプロセス。(B)適応トレーニングと正式なトレーニングを含む、プロトコルステップ2.1-2.6に記載されている妊娠中の水泳トレーニングのプロセス。水温は、プロセス全体を通して34°C±1°Cに維持されます。 適応訓練中、水深は10 cmですが、正式な訓練中は、SEDは10 cm、EXは40 cmです 。
表1:妊娠中のラットの水泳運動と産後のケアで起こりうる問題とその解決策。この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。
表2:妊娠中の雌と雄のラットまたはマウスにおける運動プログラムの比較分析。 MT:電動トレッドミル;VWR:自発的なホイールランニング。MLC:最大耐荷重試験。 この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。
本研究は、詳細なラット交配法、遊泳訓練プロトコル、胎児の生理学的指標を評価するための研究方法など、妊娠ラットに対する実行可能な運動プログラムを確立することを目的としています。私たちは、実践を通じて出生前の水泳運動トレーニングモデルを開発し、プロトコルで発生する可能性のある潜在的な問題に対応する解決策を開発しました(表1)。このプロトコルは、それをより実用的にし、研究者が出生前運動モデルを確立するのを支援します。
私たちの研究結果は、私たちが設計したラット妊娠遊泳トレーニングプログラムを使用しても、ラットの正常な妊娠過程を妨げず、妊娠に悪影響を及ぼさないことを示しています。ラットの妊娠転帰に対する出生前運動の影響は、流産率と同腹児数を測定することによって評価されました。この研究では、出生前の運動はこれらの要因に有意な影響を与えなかったと結論付けました15,16。胎児を研究するために、研究者はGD20.5で妊娠したラットを解剖し、胎児のサンプルを取得します。解剖では、胎児と胎盤が採取されますが、妊娠結果を判断するためには、同腹児あたりの子孫数を追跡することが重要であり、胎児の数と胎児の体長を集計する必要があります。さらに、胎盤効率は胎児の体重と胎盤の重量の比率であり、胎児と胎盤の両方の重量を測定する必要があります。これまでの知見では、出生前の運動は胎児の体長に有意な影響を与えなかったが、高血圧運動群では高血圧対照群と比較して胎盤効率が有意に改善されたことが示された15。母親の行動13,17は、妊娠中の運動が母親に与える影響を評価するための指標として役立つことができる。したがって、流産率、同腹児数、胎児の体長と体重、胎盤効率、母体行動などの指標を利用して、妊娠運動が胎児の転帰に及ぼす影響を評価することができます。したがって、実験動物への不必要な害を避けるために、妊娠運動モデルを形作る際には、実験プロトコルを採用することをお勧めします。
DOHaD理論の発展以来、幼少期の環境変数が個人の健康に及ぼす影響を調査することに重点が置かれるようになった18。動物モデル19を用いて、胎児由来の疾患における推定病態生理学的経路を調査するために、数多くの研究が行われてきた。妊娠中の運動を含むげっ歯類モデルは、このプロセスを成功裏に模倣する可能性があるため、多様な胎児由来の疾患を持つ動物モデルでは、さまざまな種類の運動が研究されている20。自律走行ホイール、ランニングプラットフォーム、体重を支えるクライミング機器、水泳プロトコルは、一般的なトレーニングテクニックの例です。肥満、糖尿病、高血圧はすべて典型的な動物モデルです21。我々は、さまざまな調査研究15,16,21,22,23,24(図3および表2)で使用された運動方法を分類および比較することにより、異なる運動ルーチンが明確な利点と欠点を有することがわかる。
このプロトコルでは、ラットの妊娠制御、水泳運動ルーチンの実行、および胎児と子孫の評価について詳細に説明しています。ラットの交尾行動を慎重に制御することで、妊娠期間をより正確に推定することが可能になった。これにより、妊娠中の運動介入が可能になり、出生前の運動を研究するためのモデルが作成されました。妊娠21日で、胎児と胎盤サンプルを解剖して、妊娠中の母親の活動が胎盤機能と胎児の発育に及ぼす世代間の影響を評価できます。さらに、妊娠運動ラットの子孫には、これらの影響の根底にある長期的な生理学的および病理学的過程を研究するために、成人期および老年期まで給餌されました。
ネズミの水泳トレーニングプログラムを設定するときは、ネズミが隅に隠れたり、プールから出たり、他のネズミにしがみついたり、毛皮の気泡に浮いたりして、水泳を避けようとする可能性があることを考慮することが重要です。これを防ぐために、スイミングプールはプラスチック製で円筒形にする必要があります。プール内の水は、鼻から尾の端まで測定して、ラットの長さの1.5倍よりも深くする必要があります。水深は主に50cm以上で、表面積は無制限に泳げるのに十分な大きさである必要があります。ラットに1000 cm2 の最小遊泳スペースを提供することは重要です11。そこで、高さ55cm、直径50cmのバケツからなる水泳トレーニング器具を設計しました。水泳トレーニング中、水位は40 cm、水面の直径は45 cmである必要があります。また、水温を34°C±1°Cに保つことも重要です。 この装置は、一度に1匹のラットを訓練するのに適しています。妊娠中のラットの水泳トレーニングの強度を徐々に増やすことが重要です。これにより、彼らは運動や水生環境に適応することができます。強度が急激に変化すると、ストレス反応が起こり、流産のリスクが高まる可能性があります。また、運動による疲労を防ぐために、少なくとも週に1日は休息日を設けることをお勧めします。
妊娠中の運動に関する以前の研究25で使用された動物モデルには、自然高血圧ラット(SHR)と正常血圧Wistar Kyoto(WKY)ラットコントロールが含まれていたため、このプロトコルの運動ルーチンは高血圧ラットや他の疾患モデルにも同様に適しています。私たちの研究では、妊娠中の運動が生後3か月の高血圧児の血圧を有意に低下させ、出生前の運動が心血管反応性の低下に重要な影響を与えたことがすでにわかっています14。また、母親の運動は、L型電位依存性Ca2+チャネルα1C(Cacna1c)遺伝子、アンジオテンシンII型1受容体(Agtr1a)遺伝子、およびNADPHオキシダーゼ-4(Nox4)遺伝子のエピジェネティックな修飾を誘導し、高血圧児の血管機能を改善することも発見されました14,25,26。
ラットの生殖過程には、複数の要因が影響を及ぼす可能性があります。ラットの年齢、健康状態、精子の運動性、雌ラットの発情、温度、湿度、および繁殖生息地の光の変化が交配に影響を与えます。また、飼育中の室内騒音や振動は、高血圧ラットの興奮を引き起こしたり、流産につながったり、産後の摂食を拒否したりすることがあります。防音綿は、繁殖中に動物のケージを覆い、これらの影響を軽減します。
このプロトコルでは、ラットの交配方法、妊娠中のラットの遊泳運動プログラム、妊娠中のラットの出生後ケア、仔ラットの飼育方法、および胎児の身体的特性を測定するための観察技術に関する包括的なガイドを提供します。私たちの研究成果は、母性運動の世代間遺伝の研究に貢献し、合理的で効果的な研究アプローチを示しています。私たちは、運動生理学の分野で妊婦のための効果的な水泳運動モデルを確立することを目指しており、この分野での将来の研究に役立ちます。
この研究は、中国国家自然科学基金会(32071174、32200941、32371183、31771312)の支援を受けました。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| キャリ | パーMitutoyo測定器(上海)有限公司 | 530-101 N15 | 胎児解剖円形 |
| 水バケツ | Naliya | N / A | ラット水泳 |
| 実験手術器具 | 深センRWDライフテクノロジー株式会社 | SP0001-G | 胎児解剖 |
| ガラス顕微鏡スライド江 | 蘇泰実験装置株式会社 | 80312-3161 | 膣塗抹ガラス |
| トリ皿 | メルクライフテクノロジー | ズBR455751-10EA | 子孫育成 |
| ヘアドライヤー | パナソニック | EH-WNE5H | 水泳後ケア |
| 情報カード | Zhongke。ライフサイエンス | SS3 | ラット交配 |
| イソフルラン | センRWDライフサイエンステクノロジー株式会社 | R510-22-10 | 胎児解剖 |
| 光学顕微鏡 | リンパス | IX71-F22PH | 膣塗抹標本 |
| 配ケージ | Zhongkeライフサイエンス | SS3 | ラット交配 |
| 医療吸収綿 | Hongxiang衛生材料有限公司 | N / A | 妊娠中のラットは出産を見越して |
| げっ歯類麻酔器、ガス麻酔深 | センRWDライフテクノロジー株式会社 | R500IE | 胎児解剖 |
| げっ歯類繁殖飼料北京 | 華富港バイオテクノロジー株式会社 | 、株式会社1032 | のラットの餌やり |
| げっ歯類メンテナンスフィード | 北京華康バイオテクノロジー株式会社 | 1022 | の飼育 |
| げっ歯類のヒマワリの種 | ジョリー | JP241 | 補助食品 |
| 防音綿 | クフ医療機器 | N / A | 妊娠中のラットは出産を期待 |
| 滅菌綿棒(直径2ミリメートル) | クフ医療機器 | N / A | 膣塗抹標本 |
| ガーゼ | クフ医療機器 | N / A | 胎児解剖脳 |
| 卒中生理食塩水(0.9%NaCl) | 山東Hualu Pharmaceutical Co.、LTD | N / A | 膣塗抹 |
| 標本温度計 | Beekman生物 | N / A | ラット水泳のモニタリング |
| タオル | ス | N / A | 遊泳後のケア |
| 透明プラスチック容器 | Naliya | N / A | 水泳適応トレーニング紫外線 |
| Merck Life Technologies | Z169633-1EA | 遊泳後のケア | |
| 給湯器 | ハイアール | EC6001-Q6S | ラット スイミング |
| ウェイト スケール | エレクトロン アケーレ | JM.A10001 | 体重測定 |
| Wistar Rats | Vital river Laboratory Animal Technology Co., LTD | N/A | EXPERIMENT |
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