화성 Hindlimb 내리기와 쥐에 베어링 부분 무게를 사용 하 여 우주 임무를 흉내 낸

요약

혁신적인 지상 기반 아날로그 모델을 사용 하 여 우리 쥐에 여행 (0g)과 화성 (0.38 g)에 숙박을 포함 한 우주 임무를 시뮬레이션할 수 있습니다. 이 모델은 미션의 두 포-중력 단계 동안 발생 하는 생리 적 변화에의 경도 평가 대 한 수 있습니다.

초록

설치류 지상 기반 모델 널리 공간의 생리 적인 결과 생리 시스템에 비행 하 고 1979 년부터 정기적으로 고용 되어 뒷 다리의 개발 사지 언로드 (HLU)를 이해 하는 데 사용 됩니다. 그러나, 이제 우주 탐사의 다음 단계 중력 지구의 중력의 38%가 화성에 여행을 포함. 어떤 인간도 부분적인 중력의이 수준을 경험 했다, 이후 지속 가능한 지상 기반 모델은 어떻게이 부분 부하에 microgravity에 소요 된 시간에 의해 이미 손상, 신체 반응 조사 하는 데 필요한. 여기, 우리는 짧은 임무를 모방 하 여 순차적으로 적용 하는 감소 된 중력의 2 개의 다른 수준에 의해 유도 된 뒷 다리 근육에 생리 적 장애를 평가 하기 위해 화성에 우리의 혁신적인 부분 체중 부하 (PWB) 모델을 사용. 이 중력 변화에 musculoskeletal 적응을 공부 하 고 우주 비행사의 건강 및 기능을 유지 하기 위해 효과적인 대책을 수립 하는 안전 하 고, 지상-기반의 모델을 제공할 수 있습니다.

서론

달과 화성 등 외계 목표는 인간의 우주 탐사의 미래를 대표 하지만 모두 지구 보다 상당히 약한 중력. Musculoskeletal 시스템에 무중력의 결과 우주 비행사^1,2,3,,45 와 설치류^6, 에서 광범위 하 게 공부는 하는 동안 ^{7 , 8 , 9}, 후자의 기초가 hindlimb 언로드 (HLU) 모델¹⁰, 덕분에 아주 작은 부분 중력의 효과 대 한 알려져 있다. 화성 중력 지구의의 38% 이며이 행성 장기 탐사¹¹;의 초점이 되었다 따라서,이 설정에서 발생할 수 있는 근육 변경 이해 결정적 이다. 이렇게 하려면, 우리는 쥐¹², 쥐^6,13, 근육과 뼈의 결과 사용 하 여 유효성이 검사 된이 이전 작업에 따라 부분 체중 베어링 (PWB) 시스템을 개발. 그러나, 화성 탐사 microgravity, 우리의 앞에서 설명한 모델¹²에서 해결 되지 않은의 연장된 기간 선행 될 것 이다. 따라서, 본이 연구에서는 우리 화성 여행 모방을 우리의 모델을 변경, 총 hindlimb 내리기의 첫 번째 단계 그리고 구성 부분 체중 베어링 일반 로드의 40%에서의 두 번째 단계 바로 뒤에.

대부분 HLU 모델과 달리 우리 하기로 골반 하네스 (게 외.⁹에서 설명 하는 것에 기반)를 사용 하 여 꼬리 현 탁 액 개선 동물의 편안 하 고 원활 하 게 이동할 수을 대신 하 고 여유롭게 PWB에 HLU에서 몇 분만. 함께, 우리는 감 금 소 및 서 스 펜 션 장치 이전 개발 하 고 광범위 하 게¹²설명 우리가 사용. 신뢰할 수 있는 일관 된 데이터를 제공 하, 우리는 또한 이전 막대의 중심에 서 스 펜 션 시스템의 고정된 첨부 점을 이동, 정리, 수 유, 또는 마시는 동물을 방지 하지 않았다 설명 했다. 이 문서에서 (모두 완전히 그리고 부분적으로) 동물의 뒷 다리 사지를 언로 드, 힘 및 젖은 근육 질량 결과 근육 변경 그립을 사용 하 여 기능적으로 평가 하는 방법으로, 뿐만 아니라 그들의 달성된 중력 레벨을 확인 하는 방법을 설명 합니다. 이 모델은 연구원은 이미 손상 된 근육 골격 체계에 부분적인 중력 (인공 또는 여분-지상파)의 결과 조사 하고자 되므로 생물에 적응 하는 방법을 조사 하기 위해 그들에 매우 유용할 것 이다 부분 로드 해, 그리고 인간 spaceflight 전후 동안 건강을 유지 하기 위해 개발 될 수 있는 대책의 발달을 위해.

프로토콜

여기에 설명 된 모든 메서드는 프로토콜 번호 067-2016 기관 동물 관리 및 사용 위원회 (IACUC)의 베스 이스라엘 여자 집사 의료 센터에 의해 승인 되었다.

참고: 남성 Wistar 쥐 세 기준선 (0 일)에서 14 주 사용 됩니다. 쥐 새 환경 순응에 대 한 수 있도록 사용자 지정 케이지 24 h 이전 기준에서 개별적으로 지 내게 됩니다.

1. Hindlimb 내리기

참고: 골반 마구 마 취 또는 깨어 동물에 넣을 수 있습니다. 여기, 프로토콜의 묘사는 마 취 동물에 주어진 다. 적절 한 개인 보호 장비 (PPE) 동물을 처리 하기 위해 착용 하십시오.

1. 3.5 %isoflurane 2 L/min의 산소 흐름 마 취 상자에 쥐를 놓습니다.
   참고: 적절 한 anesthetization의 후방 발 회사 핀치 반응을 유도 하지 않는 때 확인 된다.
2. 일단 동물 완전히 마 취, 마 취 가스 2 %isoflurane 1.5 L/min의 산소 흐름 nosecone에서 오는 벤치에 쥐를 놓습니다.
3. 경향이 위치에 쥐를 놓고 rostro 꼬리 운동에서 골반 하네스를 입었다.
4. 부드럽게 벤드 아늑한 수 있도록 골반 하네스 주의 하는 동안 적합 하지 찰과상과 불편을 방지 하기 위해 hindlimbs를 짠 다.
5. 후크는 꼬리의 기지에 연결 된 골반 마구의 상단에 회전 걸쇠와 스테인리스 체인을 연결 합니다.
6. 마 취에서 쥐를 제거 하 고 최대 확장 체인 동물에 사용자 지정 장소.
7. 일단 쥐 완전히 깨어 및 모바일, 뒷 다리 사지 수 더 이상 바닥에 도달할 때까지 상위 회전 버클을 사용 하 여 체인을 단축.
8. 완전히 언로드되지 남아 그것의 안락을 평가 하 고 있는지 전혀 시간, 두 뒷 다리 사지를 몇 분 동안 동물을 관찰 합니다.

2. 부분 체중 베어링

참고:이 단계는 깨어 있고 마 취 동물에 실현 될 수 있다.

1. 스테인리스 체인 및 다시 로드 이루어진 삼각형 모양 부분을 추가 하 여 PWB 정지에 HLU 서 스 펜 션 장치를 변환 합니다.
2. HLU (1.1 및 1.2 단계)에 대 한 자세한 동일한 절차에 따라 동물 anesthetize
3. 쥐 (쥐 400 g 위의 무게 L 이하로 400 g의 쥐에 대 한 M)의 앞 발에 적절 한 크기의 밧줄 재킷을 놓고 다시 브래지어 extender를 사용 하 여 닫습니다.
4. 다시 브라 익스텐더 및 꼬리의 기지에 골반 마구에 있는 연결에 반대 걸쇠에 있는 후크를 삼각형 모양 부분의 한 버클을 연결 합니다.
5. 감 금 소에 마 취에서 회복 하기 위해 동물을 수 있습니다. 일단, 체인을 단축 하 고 필요한 경우 하단의 받침 걸쇠의 위치를 수정 하 여 정지 앞 발에는 hindlimbs 같은 인지 확인 합니다.
   참고:이 단계는 또한 실현 될 포스 플레이트를 사용 하 여 모든 사지에 동등한 로드를 확인 하.
6. 체인을 단축 하지 않고 규모 즉, "로드" 몸 무게를 기록 하는 동물 및 전체 기구의 무게 위에 쥐를 놓습니다.
7. 눈금 표시 레코드는 달성된 하 고 "로드" 몸 무게의 40% 될 때까지 체인을 단축 중력 수준 (내려진된 무게와 로드 중량 비로 표시).
8. 내려진된 무게 안정 하 고 쥐는 모든 사지에 동등 하 게 로드 되도록 동물을 관찰 합니다.
9. 막대를 사용 하 여 규모에서 전체 기구를 제거 하 고 다시 그것의 감 금 소에에서는 쥐를 배치.

3. 평가 hindlimb의 그립 힘

1. 한 손으로 앞 발 밑을 배치 하 여 전통적인 구속으로 쥐를 잡으십시오. 두 번째 손으로 꼬리 잡고 부드럽게.
2. 후방 발 그립 바 접근 하 고 두 발 완전히 바에 쉬고 있는지 확인 하십시오.
   참고: 쥐 바 완전히 그립 하지 않습니다 또는 자발적인 창과의 증거를 표시 하지 않습니다, 경우 약간 감을 놓습니다. 이 성공 하지 않으면, 그것의 감 금에 쥐를 반환 하 고 몇 분 후 다시 시도 하십시오.
3. 부드럽게 당겨 쥐 직선 그립 출시 때까지. 최대한 힘 변환기에 표시를 기록 합니다.
4. 측정 및 반복 테스트 3 번 사이 대기 약 30 s.
5. 피로 대 한 계정에, 점수 3 측정의 평균을 계산 합니다.

4. 녹음 근육의 질량을 젖은

1. CO₂ 안락사 챔버에 쥐를 놓습니다. IACUC AVMA 지침에 따라 적절 한 시간 후, 호흡의 부족의 시각적 관찰에 의해 안락사를 확인 합니다.
2. 경향이 위치에서 해 부 테이블에 쥐를 놓고 작은 해 부가 위를 사용 하 여 발목 근처 incising에 의해 모피와 피부를 제거 합니다. 손을 사용 하 여 피부 층을 떼어낼 수 있습니다.
3. 작은 해 부가 위를 사용 하 여 부드럽게 근육 근 막에 휴식 하 고 calcaneus 힘 줄을 분리.
   참고: calcaneus 힘 줄은 모두는 soleus gastrocnemius 근육의 부착점.
4. 족집게의 작은 쌍 calcaneus 힘 줄을 잡고, 위에 있는 팔 뚝 femoris에서 gastrocnemius와 soleus 근육을 분리 해 부가 위를 사용 합니다.
5. 일단 절연, 오 금 지역에서 gastrocnemius와 soleus 근육의 부착점을 잘라.
6. 부드럽게 당겨는 gastrocnemius 멀리 soleus 고 calcaneus 힘 줄을 절단 하 여 그들을 분리.
7. 부정사 위치에 쥐를 놓습니다. 조심 스럽게 근을 제거 하 고 상승 운동에 발목에서 앞쪽에 tibialis 껍질.
8. 앞쪽에 tibialis 우수한 부착 지점에서 잘라.
9. 각 삭제 근육 tared 정밀 규모와 무게 보트를 사용 하 여 정확한 젖은 대량의 기록 합니다.

결과

우리는 이전 설계 및 우리 hindlimb 내리기 (HLU, 그림 1)와 부분 체중 부하 (PWB, 스테인리스 체인 기반 정지 장치를 사용 하는 세부 사항¹²에 설명 된 새 감 금 소의 활용 그림 2). 우리의 디자인의 중요 한 장점은 다른 동물에 대 한 동일한 환경을 유지 하면서 분의 문제에서 내리기의 한 종류에서 갈 수 있습니다. 우리는 주문 품 골반 하네스 (그림 2A)의 HLU에 대 한 각 측에 회전 걸쇠와 함께 단일 주문 스테인리스 체인에 연결 된 사용. 이 서 스 펜 션 장치를 수정 하 고 PWB 달성, 삼각형 모양의 원피스의 스테인레스 스틸 체인 고정적인 다시 로드, 척추 (그림 3) 위에 그냥 앉아 하도...

토론

이 모델 연속 기계 역 수준 조사를 개발 첫 번째 지상 기반 아날로그를 선물 하 고 화성에 여행을 모방 하는 것을 목표로.

이 프로토콜의 여러 단계는 그것의 성공을 보장 하 고 밀접 하 게 검사 하는 데 필요한 중요 합니다. 첫째, 그것은 중요 한 동물의 복지를 모니터 하 고 그들은 어디에 그들은 상대적으로 정상 유지 PWB 상태 중 특히 정상 동작 (즉, 식사, 휴식, 탐험 등 작업 작업 수행)를 유지 하는 보장 생리 적 자세입니다. 둘째, PWB 시간이 지남에 매우 안정 되 고 요구 하는 최소한의 인간의 개입^12,14수준에도 불구 하 고 동물 사이 변이 최소화 하기 위해 달성된 부분적인 중력을 기록 하는 데 필수적 이다. 또한, 동물 부분 중력 (PWB40) 총 기계 역에서 전환 됩니다, 그들은 이미 표시 상당한 근육 위축과 함수⁶

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
10G 절연 솔리드 구리 와이어	Grainger	4WYY8	100피트 솔리드 빌딩 와이어(THHN 와이어 유형 및 10 AWG 와이어 크기, 검정색
2 사용자 정의 디자인 플렉시 유리 벽	P& K 사용자 정의 아크릴 Inc.	N/A	2개의 투명 플렉시글라스 맞춤형 벽 3/16" 틱, 너비 12 3/16", 높이 18 13/16", 벽 중앙 상단에 위치한 지름 0.25인치의 둥근 슬롯 3M
Transpore 수술 테이프	Fisher Scientific	18-999-380	Transpore 수술 테이프
액세서리 잡는 막대 쥐	하버드 장치	76-0479	액세서리 잡는 막대 쥐, 앞발 또는 뒷발
분석 저울	Fisher Scientific	01-920-251	OHAUS Adventurer Analytic Balance
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