Het oefenapparaat, ontworpen voor minder fortuinlijke vissen, vergemakkelijkt de implementatie van diverse trainingsprotocollen met verschillende intensiteiten door de waterstroomsnelheid te manipuleren, haalbaar door middel van reotaxis.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Het oefenapparaat, ontworpen voor minder fortuinlijke vissen, vergemakkelijkt de implementatie van diverse trainingsprotocollen met verschillende intensiteiten door de waterstroomsnelheid te manipuleren, haalbaar door middel van reotaxis.
Om de effecten van lichaamsbeweging op gezondheid en ziekte uitgebreid te onderzoeken, spelen diermodellen een cruciale rol. Zebravis, een veelgebruikt modelorganisme van gewervelde dieren, biedt een uniek platform voor dergelijke studies. Deze studie introduceerde de ontwikkeling van een kosteneffectief apparaat op maat gemaakt voor bewegingsstudies van zebravissen, waarbij gebruik werd gemaakt van direct beschikbare materialen. Het apparaat is gebaseerd op de principes van een zwemtunnel en omvat een netwerk van leidingen en kleppen die zijn gekoppeld aan een dompelpomp. De waterstroom wordt nauwgezet bewaakt door een sensor en geregeld via kleppen. Om de effectiviteit van het apparaat te beoordelen, werden twee trainingsprotocollen geïmplementeerd: continue training met matige intensiteit (MICT) en intervaltraining met hoge intensiteit (HIIT). Vissen werden collectief getraind en hun zwemprestaties werden beoordeeld door middel van een uithoudingstest. Beide trainingsprotocollen leidden tot verbeteringen in de zwemprestaties na 30 dagen training en induceerden veranderingen in de moleculaire respons op lichaamsbeweging in vergelijking met een zittende controlegroep. HIIT toonde met name een superieure efficiëntie aan ten opzichte van MICT. Het trainingssysteem voor zebravissen bleek een waardevol hulpmiddel te zijn voor onderzoek in de inspanningsfysiologie en bevordert de bruikbaarheid van het zebravismodel op dit gebied verder.
Lichaamsbeweging omvat elke lichamelijke beweging die door skeletspieren wordt uitgevoerd en die resulteert in een verhoogd energieverbruik, waarbij lichaamsbeweging een gestructureerde en repetitieve subset van fysieke activiteiten is. Lichaamsbeweging, een multifactoriële en kosteneffectieve activiteit waarbij het hele lichaam betrokken is, levert tal van gezondheidsvoordelen op, zoals het voorkomen van metabool syndroom en sarcopenie2. Bijgevolg is het gebied van de inspanningsfysiologie van groot belang omdat het probeert op te helderen hoe het lichaam zich aanpast aan de acute stress van lichaamsbeweging, de chronische stress van fysieke training en de algehele impact van lichaamsbeweging op de gezondheid1.
Het uitvoeren van inspanningsfysiologiestudies bij mensen kan zowel duur als tijdrovend zijn vanwege uitdagingen in het experimentele ontwerp en de monitoring van deelnemers3. Daarom wordt het gebruik van diermodellen in laboratoriumomgevingen sterk aanbevolen vanwege hun genetische en fysiologische uniformiteit. Bovendien hebben dieren onder gecontroleerde laboratoriumomstandigheden doorgaans een zittende levensstijl en gereguleerde voedselinname4. Van de diermodellen zijn knaagdieren het meest gebruikt in onderzoek naar lichaamsbeweging1. Zebravissen (Danio rerio; Hamilton, 1822) is een aanvullend model voor muizen en andere soorten voor inspanningsstudies 5,6,7,8.
In het zebravisonderzoek kan lichaamsbeweging worden uitgevoerd met behulp van in de handel verkrijgbare of op maat gemaakte zwemtunnels. Van de in de handel verkrijgbare opties wordt de tunnel van het Blazka-type, ontwikkeld door het Loligo-systeem, het meest gebruikt 7,9,10. Dit systeem induceert geforceerd zwemmen door een propeller die is gekoppeld aan een elektromotor, waardoor een continue waterstroom in de tunnel wordt gegenereerd. Dit zwemvermogen is geworteld in het principe van rheotaxis, een aangeboren gedrag bij vissen dat hen ertoe aanzet om tegen de waterstromingen in te zwemmen en hun positie te behouden11. Rheotaxis maakt het mogelijk om de kritische zwemsnelheid (Ucrit) te meten, die de maximale snelheid vertegenwoordigt die een vis gedurende een bepaalde tijd kan volhouden. Het is echter vermeldenswaard dat deze apparatuur, hoewel waardevol voor het beoordelen van zwemgedrag en zuurstofverbruik, aanzienlijke kosten met zich meebrengt12.
Onderzoekers hebben alternatieve apparaten ontwikkeld voor het trainen van zebravissen, vaak gebaseerd op het Blazka-type mechanisme 10,13,14 of eenvoudigere mechanismen 8,15,16. Desalniettemin kunnen deze methoden worden beperkt door de technische eisen van het protocol, waaronder langere duur, aanzienlijke apparatuurkosten en beperkingen in doorvoer en precisie. Het primaire doel van de studie was dan ook het ontwerpen van een betaalbaar en gebruiksvriendelijk oefensysteem voor zebravissen met behulp van direct beschikbare materialen, dat een nieuw alternatief apparaat biedt voor lichaamsbeweging bij vissen. Een secundair doel was om zowel aërobe als anaërobe trainingsregimes in zebravissen te implementeren, waardoor het gebruik van het zebravismodel als interventiestrategie in inspanningsonderzoek verder werd bevorderd.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De procedures kregen vooraf goedkeuring van de ethische commissie voor diergebruik van de Federale Universiteit van São Paulo (CEUA/UNIFESP nr. 9206260521). Alleen volwassen vrouwelijke wildtype Danio rerio, 6 maanden oud en met een gewicht van 2,5-3 g, werden in deze studie gebruikt. De apparatuur en reagentia die nodig zijn voor het onderzoek staan vermeld in de materiaaltabel.
1. Op maat gemaakte Zebrafish oefenapparatuur
LET OP: Het oefenapparaat is op maat gemaakt. Zie voor details Figuur 1, Aanvullende Tabel 1, Aanvullend Bestand 1 en Aanvullend Bestand 2.
2. Bediening van het apparaat
3. Uithoudingsvermogen test
OPMERKING: Deze stap schetst de procedure voor de duurtest om de maximale zwemsnelheid (Umax) van zebravissen te bepalen.
4. Oefengroepen en procedure
OPMERKING: Om verschillende trainingsprotocollen op te stellen, is het essentieel om een zittende groep op te nemen die is blootgesteld aan identieke experimentele omstandigheden om de effecten van trainingsprotocollen te vergelijken, zij het zonder intensieve training te ondergaan. Het is ook essentieel om de Umax vast te stellen, omdat de fracties van de Umax-waarde nodig zijn om de intensiteit van trainingsprotocollen te bepalen.
5. Lichaamsafmetingen
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Het oefenapparaat toonde een opmerkelijke efficiëntie bij het reguleren van de stroomsnelheid. Om de zwemsnelheid geleidelijk te verhogen, werd de waterstroom wekelijks stapsgewijs verhoogd voor alle groepen, behalve voor de SED-groep, die op een constante stroomsnelheid van 0,06 m/s werd gehouden. Het apparaat zorgde met name voor een opmerkelijk niveau van precisie, waarbij stroomsnelheidsaanpassingen tot 0,001 m/s werden bereikt. Het foutenpercentage was echter 30% bij lage snelheden,...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
In deze studie werd een innovatief, kosteneffectief oefensysteem ontwikkeld, geïnspireerd op de zwemtunnelrespirometer van Loligo Systems21 en het gootsysteem22 voor het uitgebreide onderzoek van de zwemprestaties van zebravissen. De Umax werd bepaald door de waterstroom systematisch in afzonderlijke fasen te verhogen, met snelheidsverhogingen met korte tussenpozen (20-30 minuten) totdat de vis uitgeput raakte, wat werd gekenmerkt door drie...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Het is essentieel om te verduidelijken dat er geen concurrerende financiële belangen verbonden zijn aan het onderzoek dat in dit manuscript wordt gepresenteerd. Er zijn geen financiële partnerschappen of banden met organisaties of entiteiten tot stand gebracht die de resultaten van dit werk mogelijk zouden kunnen beïnvloeden of vertekenen. Deze verklaring dient als garantie dat het onderzoeksproces rechttoe rechtaan en eerlijk was, zonder financiële conflicten die de resultaten beïnvloedden. De presentatie van dit werk wordt gemotiveerd door een oprechte passie voor het onderwerp, uitsluitend gedreven door een liefde voor de academische wereld en het nastreven van wetenschappelijke kennis.
Onze dank gaat uit naar Dr. Omar Mertins voor het genereus verlenen van toegang tot het laboratorium voor het onderhoud van vissen en het uitvoeren van tests. Verder worden erkentelijkheid gegeven aan FAPESP, CNPq en CAPES voor het toekennen van beurzen ter ondersteuning van dit onderzoek.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| CPVC Female 90-Degree Elbow for Plumbing | Tigre | 22150260 | 3/4-inch |
| 24AWG Wire | Sky Cablo Store | Verbinding tussen componenten in de geperforeerde printplaat (1m) | |
| Acrylic pipe | The Clear Plastic Shop | 41138408 | 3/4-inch |
| Aquarium Submersible Fish Tank | Aqua Tank | 300w | |
| CPVC Pipe | Tigre | 10121787 | 3/4-inch |
| Female Threaded Gate Water Valve | Tigre | 27950310 | 3/4-inch |
| Female Threaded Globe Water Valve | Tigre | 27940510 | 3/4-inch |
| hrough-hole resistor | BXV | 10 kΩ, 0.25W t | |
| Lab Support Stand With Clamp with 30 inch rod | Masiye Labs | RSC0001 | Ondersteuning voor horizontale buizen |
| LCD screen | Eichip | 16 x 2, model JHD162A | |
| Male x Male Dupont Jumpers | Chyan | Verbinding tussen arduino en flowsensor (30 cm) | |
| Perforated Circuit Board single sided | KY WIN ROBOT | 5 x 10 cm | |
| Potentiometer | LUSYA | DL-ALPSA01 | 10kΩ |
| Roll of Water Blocking Tape | One World | 5603131000 | Om lekken te voorkomen |
| Silicone hose | Tigre | 14211250 | 2 cm binnen |
| Solder Station | QHTITEC | EU/US PLUG | Arduine-systeem lassen |
| Solder Wire Spool | BEEYIHF | I001-A001-Set | Arduine-systeem lassen |
| Threaded Male Socket and Unthreaded Female Socket CPVC Pipe Fitting | TIgre | 35447849 | 3/4-inch |
| Tricaine (MS-222) | Sigma-Aldrich | E10521 | Anestheticum |
| UNO-R3 board UNO R3 CH340G+MEGA328P Chip 16Mhz | FSXSEMI | Voor Arduino UNO R3 Development board | |
| Unthreaded CPVC Tee Pipe Fitting, Female | Tigre | 22200267 | 3/4-inch |
| Unthreaded Female CPVC Socket Pipe Fitting | Tigre | 22170260 | 3/4-inch |
| Water Flow Sensor model YF-B5 | Siqma Robotics | SQ8659 | 1-25 L/min |
| Water Pump | Sunsun | Model HJ-2041, 3000L/h, 65W | |
| Water reservoir | Custom | 30 L |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.