Skeletspiermassa omvat ongeveer 40% van de lichaamsmassa bij volwassen mensen; daarom is het behoud van skeletspiermassa gedurende het hele leven van cruciaal belang. Skeletspiermassa speelt een integrale rol bij het energiemetabolisme, het handhaven van de kerntemperatuur van het lichaam en glucosehomeostase1. Het onderhoud van de skeletspieren is een balans tussen eiwitsynthese en eiwitafbraak, maar er zijn nog steeds veel hiaten in het begrip van de ingewikkelde moleculaire mechanismen die deze processen aandrijven. Om de moleculaire mechanismen te bestuderen die het onderhoud en de groei van spiermassa reguleren, maken de onderzoeksmodellen van menselijke proefpersonen vaak gebruik van op weerstandsoefeningen gebaseerde interventies, omdat mechanische stimuli een integrale rol spelen bij de regulatie van skeletspiermassa. Hoewel het onderzoek van menselijke proefpersonen succesvol is geweest, beperkt de tijd die nodig is om aanpassingen en ethische zorgen met betrekking tot invasieve procedures (d.w.z. spierbiopten) te vertonen, de hoeveelheid gegevens die kan worden verkregen. Hoewel de aanpassingen aan weerstandsoefeningen vrij alomtegenwoordig zijn bij zoogdiersoorten, bieden diermodellen het voordeel dat ze het dieet en het trainingsregime nauwkeurig kunnen beheersen, terwijl ze ook de verzameling van hele weefsels door het hele lichaam mogelijk maken, zoals de hersenen, lever, hart en skeletspieren.
Veel weerstandstrainingsmodellen zijn ontwikkeld voor gebruik bij knaagdieren: synergetische ablatie2, elektrische stimulatie 3,4, gewogen ladderklimmen5,verzwaarde slee trekken 6 en canvassed squatting7. Het is duidelijk dat al deze modellen, indien correct uitgevoerd, effectieve modellen kunnen zijn om skeletspieraanpassingen, zoals hypertrofie, te induceren. De nadelen van deze modellen zijn echter dat ze meestal onvrijwillig zijn, geen deel uitmaken van normaal knaagdiergedrag, tijd- / arbeidsintensief en invasief.
Gelukkig lopen veel muizen- en rattensoorten vrijwillig lange afstanden wanneer ze toegang krijgen tot een loopwiel. Bovendien vertrouwen free-running wheel (FWR) trainingsmodellen niet op uitgebreide conditionering, positieve / negatieve versterking of anesthesie om beweging of spieractiviteit te forceren 8,9. Hardloopactiviteit is sterk afhankelijk van de stam van de muis, het geslacht, de leeftijd en een individuele basis. Lightfoot et al. vergeleken de loopactiviteit van 15 verschillende muizenstammen en ontdekten dat de dagelijkse hardloopafstand varieert van 2,93 km tot 7,93 km, waarbij C57BL / 6-muizen het verst rennen, ongeacht geslacht10. FWR wordt algemeen aanvaard als een uitstekend model voor het induceren van uithoudingsvermogen aanpassingen in skelet- en hartspieren 11,12,13,14,15,16; het gebruik van wiellopen in weerstandstrainingsmodellen wordt echter minder vaak onderzocht.
Zoals men zou kunnen vermoeden, kan het hypertrofische effect van wiellopen worden versterkt door weerstand toe te voegen aan het loopwiel, genaamd loaded wheel running (LWR), waardoor grotere inspanningen nodig zijn om op het wiel te lopen om weerstandstraining beter na te bootsen. Met behulp van verschillende methoden voor het aanbrengen van belasting hebben eerdere studies aangetoond dat het LWR-model met ratten en muizen routinematig een toename van de spiermassa van ledematen van 5% -30% vertoonde in een kwestie van 6-8 weken 17,18,19,20,21. Bovendien toonden D'hulst et al. aan dat een enkele aanval van LWR leidde tot een 50% grotere toename van de activering van de signaalroute van eiwitsynthese in vergelijking met FWR22. Wielweerstand is meestal toegepast door een op wrijving gebaseerde, constante belastingsmethode, waarbij een magnetische rem of spanbout wordt gebruikt om wielweerstand 12,19,23,24 toe te passen. Een kanttekening bij de op wrijving gebaseerde, constante belastingsmethode is dat wanneer matige tot hoge weerstand wordt toegepast, het dier de hoge weerstand niet kan overwinnen om beweging van het wiel te initiëren, waardoor de training effectief wordt stopgezet. Het belangrijkste is dat veel van de kooi- en wielsystemen die worden gebruikt voor knaagdierloopwielmodellen vrij duur zijn en gespecialiseerde apparatuur vereisen.
Onlangs ontwikkelden Dungan et al. een progressief gewogen wiellopend (PoWeR) model, dat asymmetrisch een belasting op het wiel uitoefent via externe massa's die aan een enkele kant van het wiel zijn gehecht. De onevenwichtige wielbelasting en variabele weerstand van het PoWeR-model worden verondersteld om voortdurende loopactiviteit aan te moedigen en kortere uitbarstingen van geladen wiellopen bij muizen te bevorderen, waarbij de sets en herhalingen die worden uitgevoerd met weerstandstrainingnauwer worden nagebootst 17. Ondanks dat de gemiddelde hardloopafstand 10-12 km per dag was, leverde het PoWeR-model een toename van respectievelijk 16% en 17% op in plantaris spier natte massa en vezeldoorsnedegebied (CSA). Ondanks veel praktische voordelen heeft het PoWeR-model van LWR enkele beperkingen. Zoals erkend door de auteurs, is het PoWeR-model een "hybride" stimulus met een hoog volume die een weerspiegeling is van een gemengd duur/ weerstandsoefeningsmodel (d.w.z. gelijktijdige training bij mensen), in tegenstelling tot een strikter op weerstandsoefeningen gebaseerd model, dat mogelijk een interferentie-effect introduceert en bijdraagt aan de minder uitgesproken hypertrofie of verschillende mechanismen waardoor hypertrofie wordt geïnduceerd25 . Ervoor zorgen dat een gelijktijdig trainingsfenomeen niet optreedt in wat bedoeld is als een weerstandstrainingsmodel, is absoluut noodzakelijk. Daarom werd het PoWeR-model aangepast om een LWR-model te ontwikkelen dat hogere belastingen gebruikt dan eerder werd gebruikt om meer op een weerstandstrainingsmodel te lijken. Hierin worden details gegeven voor een eenvoudig en goedkoop 9 weken durende progressieve weerstandstraining LWR-model in C57BL / 6-muizen.