Dit protocol biedt een eenvoudige methode om statische trainingsapparatuur voor muizen te maken. Het apparaat handhaaft de isometrische spiercontractie van de ledematen van muizen om het interventie-effect van traditionele lichaamsbeweging op diabetes type 2 (T2DM) te verifiëren en biedt nieuwe oefentherapie voor de klinische behandeling van T2DM.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Statische krachttrainingsmethode voor type 2 diabetische muizen
* These authors contributed equally
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
De behandeling van diabetes mellitus type 2 (T2DM) is een grote moeilijkheid bij het verbeteren van de gezondheid van de patiënt. Lichaamsbeweging is een van de belangrijkste interventies voor T2DM. Statische krachttraining is een van de belangrijkste vormen van traditionele sporten in China. Onderzoek toont aan dat statische krachttraining een effectieve klinische methode is voor T2DM-interventie, maar er is geen experimenteel apparaat dat geschikt is voor statische training bij muizen. Een van de moeilijkheden bij de overgang van klinisch naar fundamenteel onderzoek is het ontwerpen van geschikte experimentele apparaten. Om het mechanisme van statische trainingsinterventie bij T2DM verder te bestuderen, wordt in dit artikel een eenvoudige methode geïntroduceerd voor het maken van een statisch trainingsapparaat voor muizen. Dit apparaat heeft de voordelen van eenvoudige bediening, goedkoop materiaal en hoge haalbaarheid. Eerdere studies die onder dit protocol zijn uitgevoerd, hebben aangetoond dat statische training de bloedglucosespiegel effectief kan verlagen en de mitochondriale functie van skeletspiercellen bij T2DM-muizen kan verbeteren. Het doel van de introductie van dit apparaat is om onderzoek naar het mechanisme van traditionele lichaamsbeweging bij de interventie van T2DM te bevorderen en om een basis te leggen voor de kwantitatieve interventie van lichaamsbeweging.
Inleiding
Diabetes mellitus type 2 (T2DM) is een chronische ziekte die wordt gekenmerkt door insulineresistentie en β-celdisfunctie die een aanzienlijke bedreiging vormt voor de wereldwijde gezondheid. Lichaamsbeweging is een cruciale interventie bij de behandeling van diabetes type 2. Talrijke onderzoeken hebben aangetoond dat traditionele Chinese trainingsmethoden, zoals Tai Chi en Ba Duan Jin, de bloedsuikerspiegel en de kwaliteit van leven van personen met T2DM 2,3,4,5 aanzienlijk verbeteren. Om deze bewegingen uit te voeren, moet de trainer gedurende een bepaalde tijd een stabiel lichaam en gewrichtspositie aanhouden. De statische positie wordt ondersteund door statische spiercontracties uit te voeren, die gewoonlijk statische sterkte6 worden genoemd.
Het mechanisme van statische krachttrainingsinterventie bij T2DM is echter niet opgehelderd. Om deze vraag te beantwoorden zijn dierproeven essentieel. Tijdens isometrische oefeningen worden de spieren geactiveerd, behouden ze een constante lengte en bereiken ze veilig maximale spanning7. Bij experimenten met statische krachttraining is het proefdier nodig om isometrische spiercontracties uit te voeren en deze toestand van spiercontractie te behouden. Het implementeren van statische krachttraining op muizen, ratten en andere proefdieren is een groot probleem geworden in het onderzoek. Ten eerste hebben dieren moeite om commando's te gehoorzamen en hun spieren samen te trekken als dat nodig is. Ten tweede is het moeilijk voor het dier om een stabiele positie onder weerstand te behouden en kan het doel van isometrische spiercontractie niet worden bereikt. Hoewel dieren naar behoefte kunnen trainen, is het belangrijk om zorgen met betrekking tot dierenwelzijn aan te pakken, zoals het verlichten van stress en angst, het minimaliseren van pijn en het verbeteren van de algehele omstandigheden. Dit protocol heeft betrekking op een statisch trainingsmodel voor ratten 8,9, en hier introduceren we een eenvoudig apparaat voor statische training van muizen. Wanneer de achterpoten van muizen worden opgetild, trekken hun buikspieren samen als gevolg van de oprichtende reflex, de voorpoten grijpen de dwarsbalk aan de voorkant vast en vervolgens trekken de voorste en achterste ledematen samen tegen de zwaartekracht in. De muizen kunnen niet bewegen nadat ze de korte stang hebben vastgepakt, waardoor hun spieren in een staat van isometrische contractie zijn.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Alle dierproeven zijn goedgekeurd door de Animal Care and Use Committee van de Nanjing University of Chinese Medicine (toestemmingnr. 202209A033). Er werd gekozen voor gezonde mannelijke C57BL/6J-muizen met SPF-graad, een leeftijd van 8 weken en een lichaamsgewicht van 20 ± 4 g. De muizen werden gehuisvest in een licht/donker-cyclus van 12 uur bij een temperatuur van 20-22 °C en een relatieve vochtigheid van 45%-50% werd gehandhaafd. De dieren eten en drinken vrijelijk.
1. Opstellen van een muismodel van T2DM
- Voer de muizen eerst 1 week op een regulier dieet en laat de muizen wennen aan de nieuwe omgeving van het dierencentrum. Zorg na 1 week voor een vetrijk dieet (dieetsamenstelling: 20,0% reuzel, 10,0% sucrose, 2,5% cholesterol, 1,0% cholaat, 66,5% conventioneel dieet) gedurende een periode van 4 weken.
- Injecteer muizen vanaf de 1edag van de 5eweek intraperitoneaal met streptozotocine-oplossing in een dosis van 35 mg/kg elke dag gedurende 3 opeenvolgende dagen. Bereid 1 ml van de streptozotocine-oplossing met 10 mg streptozotocinepoeder, met 0,1 M/l natriumcitraatbuffer als oplosmiddel.
OPMERKING: De injectie moet binnen 30 minuten na het bereiden van de oplossing worden voltooid en de oplossing moet tijdens gebruik uit de buurt van licht worden gehouden. - Test willekeurig de bloedglucose op dag 5 en dag 7 nadat de eerste injectie met streptozotocine-oplossing is toegediend. Dieren met twee willekeurige bloedsuikerspiegels hoger dan 16,7 mM/L worden beschouwd als succesvolle T2DM-modellen.
- Begin met trainingsinterventie op dag 8 na de eerste injectie met streptozotocine-oplossing.
2. Groepering en behandeling bij muizen
- Verdeel de T2DM-muizen in een modelgroep, een trainingsgroep en een metforminegroep met behulp van de methode met willekeurige getallentabel, met 6 muizen in elke groep.
- Voer geen interventie uit voor de modelgroep.
- Maal metformine tabletten tot poeder en los op in zuiver water. Geef metformine aan de metforminegroep via een maagsonde in een dosis van 200 mg/kg, eenmaal per dag, gedurende 3 weken.
- Laat de trainingsgroep 30 minuten statische krachttraining doen, één keer per dag, 5 dagen per week, gedurende 3 weken. Elke maandag- tot en met vrijdagmiddag wordt er getraind.
- Wijs willekeurig 6 niet-T2DM-muizen toe als controlegroep. Deze muizen ondergaan geen modellering en interventie.
3. Vervaardiging van het statische krachttrainingsapparaat
- Bereid een 5 mm dikke transparante acrylplaat voor met afmetingen van 20 cm x 20 cm. Gebruik een doorzichtig bord om de training van de muizen te observeren.
- Pak houten stokjes met een diameter van 3 mm en een rol tape met een breedte van 1 cm. Gebruik een papiersnijder om twee stokjes van 4 cm lang en vier stokjes van 1 cm lang te knippen.
- Bevestig twee stokjes met elk een lengte van 1 cm met plakband aan de uiteinden van een stok met een lengte van 4 cm (figuur 1A). De korte stokken moeten aan dezelfde kant worden bevestigd als de lange stok.
- Leg het transparante bord op een vlakke ondergrond en bevestig twee sets van 1 cm korte stokjes aan de plaat met een heet lijmpistool. Zorg ervoor dat de houten stokken van 4 cm niet in contact komen met het bord. Zorg voor een opening van 2 cm tussen de lange stok en het bord om de muizen op hun plaats te houden (Figuur 1B). Laat de twee lange stokken uitgelijnd en evenwijdig zijn, met een afstand van 6 cm ertussen (Figuur 1C).
Afbeelding 1: Monteer de stokken en bevestig ze aan het transparante bord. (A) Plak de stok van 1 cm aan beide uiteinden van de stok van 4 cm. (B) Gebruik smeltlijm om de 1 cm lange stok en het transparante bord met elkaar te verbinden, en de spleetlengte is 2 cm. (C) Twee stokjes van 4 cm op een afstand van 6 cm van elkaar. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
4. Statische krachttraining bij muizen
- Knip twee stukken wollen garen van 15 cm lang. Gebruik een schuifknoop om een stuk wollen garen aan elk van de bovenste enkels van de muis te binden (Figuur 2A).
OPMERKING: Elastisch touw kan de houding van muizen niet bepalen, en henneptouw zal de enkels van muizen dragen, dus hier wordt gekozen voor nietelastisch maar zacht wollen garen. - Leg het bord horizontaal op tafel met de stokken omhoog. Druk de muis voorzichtig tussen twee lange stokken en plaats de kop en staart op één lijn met de openingen onder de stokjes.
- Haal het garen door de opening aan het einde van de draad. Pas vervolgens het garen aan totdat de enkels van de muis goed tegen de rand van de stok passen.
- Zet het wollen garen vast met tape (Figuur 2B). Het uiteinde van het wollen garen moet worden vastgezet, anders klimt de muis over de gevallen wol. Trek de wol zo strak mogelijk aan, anders komt de muis gemakkelijk los.
- Keer het transparante bord om. Pak 2 dozen van dezelfde hoogte (15-20 cm hoog) aan weerszijden van het transparante bord. Leg het bord horizontaal op een bepaalde hoogte. De doos bevindt zich aan beide uiteinden van de kop en staart van de muis. Als het te hoog is, zal de onderzoeker het niet gemakkelijk kunnen hanteren; Als het te laag is, kan de muis het tafelblad raken.
- Zodra het bord is omgedraaid, hangt de muis ondersteboven. Door de oprichtende reflex krullen muizen hun achterlijf en strekken ze hun voorpoten uit om hun achterpoten of stokken vast te pakken. Plaats in dit stadium een stok van 20 cm voor de muis en leid hem voorzichtig om de stok met zijn voorpoten vast te pakken. Herhaal het proces totdat de muis bedreven is in het vastpakken van de mobiele stick.
- Gebruik de stok om de voorpoot van de muis te verplaatsen naar een andere stok van 4 cm op het transparante bord. Pas de hoek van de stok voortdurend aan zodat de muizen de stilstaande stok van 4 cm op het bord actief kunnen vastpakken (Figuur 2C).
- Herhaal de vorige stap terwijl de muis de voorpoot loslaat totdat de muis uitgeput is. Na 30 minuten waren de meeste ratten niet in staat om hun bovenlichaam op te tillen en de stok met hun voorpoten vast te pakken.
OPMERKING: Voordat de interventie wordt uitgevoerd, is een week gewenningstraining op muizen noodzakelijk. De initiële trainingsduur is 10 minuten per dag, die vervolgens elke dag met 5 minuten moet worden verhoogd tot een totaal van 30 minuten per dag. - Laat na 30 minuten training de muis onmiddellijk los en ontwar de wol om rode en gezwollen voeten door langdurig binden te voorkomen.
- Als er na de training huidlaesies op de enkel van de muizen verschijnen, stop dan met het trainen van de muizen en zoek professionele hulp bij dierenarts totdat de enkel gezond is.
- Sommige muizen kunnen er af en toe in slagen zichzelf te bevrijden door intense strijd tijdens de training. De muizen worstelen als hun achterpoten niet stevig vastzitten. Om letsel door strijd te voorkomen, observeert u de muizen tijdens de training. Wanneer blijkt dat de achterpoten niet stevig vastzitten of de muizen beginnen te worstelen, maak de muizen dan los en fixeer ze opnieuw.
OPMERKING: Eerdere experimenten hebben aangetoond dat het ondersteboven hangen van muizen gedurende 30 minuten per dag, 5 dagen per week, geen enkelslijtage veroorzaakt, op voorwaarde dat ze te zijner tijd worden bevrijd10. Muizen kunnen in 1-3 sessies leren en wennen aan de training.
Figuur 2: Fixatiemethode bij de muis. (A) Bind de bovenkant van de enkel vast met een schuifknoop. (B) Het uiteinde van het touw wordt door de opening geleid en strak getrokken en vervolgens met tape vastgezet. (C) Statische krachttraining bij muizen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Volgens het bovenstaande protocol worden de achterpoten van de muis gefixeerd en grijpen de voorpoten autonoom de voorste stang vast. Het smalle bewegingsbereik houdt de muis in een relatief vaste positie. Van de spieren van muizen kan worden bevestigd dat ze samentrekken door de spieren van hun buik en benen aan te raken. Dit komt overeen met de behoefte aan de staat van isometrische spiercontractie bij statische krachttraining. Het trainen van muizen volgens het protocol, met de toename van de trainingstijden, zal de m...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Statische krachttraining kan vetophoping verminderen, helpen bij het afvallen en de stofwisseling verhogen8. Bovendien verbetert het de expressie van PGC-1α en mitochondriale biogenese in skeletspiercellen, wat leidt tot een verbeterd glucosemetabolisme bij muizen met diabetes mellitus type 2 en een daaruit voortvloeiende verlaging van de bloedglucosespiegels11. Om de impact en het mechanisme van statische training op T2DM te bevestigen, moeten geschikte apparaten worden on...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs verklaren dat ze niets bekend te maken hebben.
Dankbetuigingen
Dit werk werd ondersteund door de tweede reeks speciale wetenschappelijke onderzoeksprojecten van de National Clinical Research Base of Traditional Chinese Medicine (JDZX2015127, gebaseerd op het Anhui Provincial Hospital of Chinese Medicine).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Acrylic boards | Transparante acrylplaten met een dikte van 5mm. De afmetingen moeten groter zijn dan 20cm×20cm | ||
| Boxes | Twee dozen met dezelfde hoogte (15~20cm) | ||
| ELISA KIT | H203-1-2 | Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute | |
| Hot melt glue gun | Vermijd contact met de pistoolsnuit om brandwonden te voorkomen | ||
| Knives | Geen speciale vereiste | ||
| Metformin tablets | 1396309 | Sigma | |
| scissors | Geen speciale vereiste | ||
| Sticks | Verschillende houten stokken met een diameter van 3mm | ||
| Streptozotocin | S0130 | Sigma | |
| Tape | Geen speciale vereiste | ||
| Transmission Electron Microscope (TEM) | HT7700 | HITACHI |
Referenties
- Zheng, Y., Ley, S. H., Hu, F. B. Global aetiology and epidemiology of type 2 diabetes mellitus and its complications. Nat Rev Endocrino. 14 (2), 88-98 (2018).
- Li, X., et al. Effects of fitness qigong and tai chi on middle-aged and elderly patients with type 2 diabetes mellitus. Public Lib Sci. 15 (12), e0243989(2020).
- Qin, J., et al. Effect of tai chi on quality of life, body mass index, and waist-hip ratio in patients with type 2 diabetes mellitus: A systematic review and meta-analysis. Front Endocrino. 11, 543627(2020).
- Yang, H., Wu, X., Wang, M. Effect of conventional medical treatment plus Qigong exercise on type 2 diabetes mellitus in Chinese patients: A Meta-analysis. J Trad Chinese Med. 38 (2), 167-174 (2018).
- Yu, X., Chau, J. P. C., Huo, L. The effectiveness of traditional Chinese medicine-based lifestyle interventions on biomedical, psychosocial, and behavioral outcomes in individuals with type 2 diabetes: A systematic review with meta-analysis. Int J Nurs Stud. 80, 165-180 (2018).
- Ağgön, E., et al. Effect of dynamic and static strength training on hormonal activity in elite boxers. Baltic J Health Phys Activity. 12 (3), 1-10 (2020).
- Merico, A., et al. Effects of combined endurance and resistance training in Amyotrophic Lateral Sclerosis: A pilot, randomized, controlled study. Eur J Translat Myo. 28 (1), 7278(2018).
- Liu, Y., et al. Eight weeks of high-intensity interval static strength training improves skeletal muscle atrophy and motor function in aged rats via the PGC-1α/FNDC5/UCP1 pathway. Clin Interven Aging. 16, 811-821 (2021).
- Jun, X., et al. Animal model for static massage training. Massage Guid. (02), 5-6 (2000).
- Wei, J., et al. Mechanism by which static exercise improves insulin resistance in skeletal muscle of type 2 diabetes. Chinese J Tiss Eng Res. 28 (08), 1271-1276 (2024).
- Zhenrui, L., Fang, L., Wu, W., Huang, J. The effect of static training on upper limb motor ability in aged rats was studied based on PGC-1α signal pathway RNA interference. Lishizhen Medicine and Materia Medica Research. 30 (01), 247-249 (2019).
- Lee, S. H., Park, S. Y., Choi, C. S. Insulin resistance: From mechanisms to therapeutic strategies. Diab Metab J. 46 (1), 15-37 (2022).
- Campos, J. C., et al. Exercise preserves physical fitness during aging through AMPK and mitochondrial dynamics. Proc Natl Acad Sci U S A. 120 (2), e2204750120(2023).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
