Methodenartikel

Zwemprotocol en verzorgingsmethoden voor zwangere ratten

DOI:

10.3791/66577

⸱

5 april 2024

 ,  ,  ,  , 
1Department of Exercise Physiology, Beijing Sport University, 2Laboratory of Sports Stress and Adaptation of General Administration of Sport, Beijing Sport University, 3Key Laboratory of Physical Fitness and Exercise, Ministry of Education, Beijing Sport University

* These authors contributed equally

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hier presenteren we een protocol om de fokmethoden voor ratten, zwemtrainingsprocedures en zoogprotocollen na het fokken voor drachtige ratten na de training af te bakenen. Dit protocol biedt een diermodel voor het bestuderen van de effecten van maternale lichaamsbeweging tijdens de zwangerschap op het nageslacht en de onderliggende mechanismen ervan.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het concept ontwikkelingsoorsprong van gezondheid en ziekte benadrukt de impact van vroege omgevingen op chronische niet-overdraagbare ziekten zoals diabetes, hart- en vaatziekten en kanker. Studies met behulp van diermodellen hebben onderzocht hoe maternale factoren zoals ondervoeding, overvoeding, obesitas en blootstelling aan chemicaliën of hypoxie de ontwikkeling van de foetus en de gezondheid van het nageslacht beïnvloeden, wat leidt tot problemen als een laag geboortegewicht, hoge bloeddruk, dyslipidemie en insulineresistentie. Gezien de toenemende prevalentie van overgewicht en obesitas bij vrouwen in de reproductieve leeftijd, zijn effectieve interventies van cruciaal belang. Maternale lichaamsbeweging tijdens de zwangerschap is naar voren gekomen als een belangrijke interventie, die zowel de moeder als het nageslacht ten goede komt en het risico op ziekte vermindert. Deze studie vergelijkt de verschillen van drie trainingsmodellen bij zwangere ratten: vrijwillig wielrennen, gemotoriseerde loopbanden en zwemmen. Zwemmen is de meest voordelige optie vanwege de veilige en gecontroleerde intensiteitsniveaus. Dit protocol beschrijft de methoden voor het fokken van ratten, zwemtraining tijdens de zwangerschap en protocollen voor borstvoeding na het fokken. Dit model, geschikt voor verschillende ratten- en muizensoorten, is nuttig voor het bestuderen van de voordelen van maternale lichaamsbeweging op de gezondheid van het nageslacht en intergenerationeel welzijn.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het concept Developmental Origins of Health and Disease (DOHaD) is de afgelopen twee decennia ontstaan en heeft aangetoond dat omgevingsinvloeden tijdens de vroege ontwikkeling van invloed zijn op het risico op latere pathofysiologische processen die verband houden met chronische niet-overdraagbare ziekten (NCD), met name diabetes, hart- en vaatziekten en sommige soorten kanker1. Tijdens de meest plastische fase van de ontwikkeling van de foetus, waarbij nakomelingen worden blootgesteld aan de intra-uteriene omgeving, zijn de interactie tussen gen en omgeving en uteroplacentale perfusie cruciale factoren voor foetale herprogrammering2. Eerdere studies hebben voornamelijk diermodellen gebruikt om de schadelijke effecten te onderzoeken, zoals ondervoeding van de moeder, overvoeding of obesitas tijdens de zwangerschap, en prenatale blootstelling aan chemicaliën of hypoxie, op de ontwikkeling van de foetus en fenotypische effecten op de lange termijn bijhet nageslacht. Dit veroorzaakte een laag geboortegewicht en latere groei en veroorzaakte nadelige effecten op het nageslacht, waaronder verhoogde bloeddruk, dyslipidemie eninsulineresistentie. Aangezien het aantal gevallen van overgewicht en obesitas snel toeneemt bij vrouwen in de vruchtbare leeftijd, is er dringend behoefte aan effectieve interventies om de intergenerationele overdracht van deze schadelijke maternale aandoeningen te voorkomen, wat een belangrijke impact heeft op de gezondheid van de bevolking 5,6.

Lichaamsbeweging wordt al lang erkend als een belangrijk preventief therapeutisch middel voor diabetes type 2, hypertensie en verschillende andereziekten7. Lichaamsbeweging tijdens de zwangerschap heeft gunstige effecten voor de moeder en heeft gunstige effecten op het nageslacht, waardoor de overdracht van de ziekte door de moeder op het nageslacht wordt verminderd8. Verschillende jaren van onderzoek hebben de veiligheid en diepgaande voordelen van lichaamsbeweging aangetoond, waaronder een substantiële vermindering van veel voorkomende zwangerschapsaandoeningen zoals zwangerschapsdiabetesmellitus 9,10. Wat de veiligheid van moeder en foetus betreft, is het uitvoeren van oefentraining en protocollen na de verpleging een uitdaging.

David11et al. beschreven bewegingsmodellen bij dieren die van toepassing zijn op cardiovasculair gezondheidsonderzoek. De drie veelgebruikte trainingsmodellen, vrijwillig wielrennen, gemotoriseerde loopbanden en zwemmen, hebben voor- en nadelen. Het vrijwillige wiel dat loopt, bootst het locomotorische gedrag van ratten nauw na, waardoor ze volgens hun circadiane ritme kunnen bewegen. Dit soort oefeningen vereist echter een nauwkeurigere regeling van intensiteit en duur. De gemotoriseerde loopband kan de intensiteit, het volume en de duur van de training regelen, maar soms heeft hij elektrische stimulatie nodig, wat fysieke en psychologische stress bij de dieren kan veroorzaken. Zwemmen wordt veel gebruikt in studies met knaagdieren vanwege het inherente zwemvermogen van ratten, die ook elektrische stimulatie of mechanische schade aan hun poten en staarten kunnenvoorkomen12. In studies naar prenatale inspanningsmodellen13,14 is zwemmen een veelgebruikte oefenmodaliteit. Naarmate de zwangerschap vordert en de buik van de rat opzwelt, kunnen loopband- en wielloopoefeningen herhaaldelijk contact van de buik met harde oppervlakken veroorzaken. Daarentegen zorgt het watermilieu bij het zwemmen voor drijfvermogen, waardoor het risico op inspanningsgerelateerde verwondingen voor drachtige dieren wordt verminderd.

Dit protocol presenteert de methoden voor het fokken van ratten, hoe de zwemtraining tijdens de zwangerschap moet worden uitgevoerd en de zoogprotocollen na het fokken voor drachtige ratten na de training. Dit trainingsmodel voor zwanger zwemmen kan worden toegepast op een breed scala aan ratten- en muissoorten, wat dus een nuttig knaagdiermodel kan zijn voor toekomstig onderzoek met behulp van diermodellen om de mechanismen te bestuderen die de gunstige effecten van maternale lichaamsbeweging op de gezondheid van het nageslacht en de voordelen van lichaamsbeweging over generaties heen reguleren.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Alle hier beschreven methoden zijn goedgekeurd door de ethische commissie voor dieren van de Beijing Sport University en uitgevoerd in overeenstemming met de richtlijnen van de National Institutes of Health (NIH) en de Chinese dierenbeschermingswetten en institutionele richtlijnen.

1. Ratten paren en voeren

  1. Koop specifieke pathogeenvrije (SPF) geclassificeerde 10 weken oude Wistar vrouwelijke ratten en 11 weken oude Wistar mannelijke ratten.
  2. Implementeer adaptieve voeding: Voer de Wistar-ratten ad libitum met een standaard knaagdierdieet en zorg voor toegang tot kraanwater gedurende een week in de daarvoor bestemde voederfaciliteit. Zorg ervoor dat alle ratten worden gehuisvest in een licht-donkercyclus van 12 uur bij een constante temperatuur van 22 °C en een luchtvochtigheid van 45-55%.
  3. Onderzoek de oestrute van de vrouwelijke rat.
    1. Bereid de apparatuur en materialen voor, inclusief schone glazen microscoopglaasjes, wattenstaafjes met een diameter van 2 mm, zoutoplossing (0.9% NaCl) en microscoop.
    2. Label elk microscoopglaasje met de datum en de identificatie van de rat.
    3. Tussen 18.00 en 19.00 uur, om stress te minimaliseren, de vrouwelijke rat voorzichtig in bedwang houden. Pak de basis van de staart vast met de duim en wijsvinger terwijl u met de andere vingers druk uitoefent op de lendenwervel van de rat.
    4. Til het puntje van de staart op en leg de vaginale bloot. Bevochtig een wattenstaafje met een zoutoplossing, steek de punt in de vagina en rol de punt voorzichtig om vaginale afscheidingen op te vangen.
    5. Rol de punt van het wattenstaafje over het glaasje en vermijd opnieuw aanbrengen op hetzelfde gebied.
    6. Onderzoek het uitstrijkje onder de microscoop en gebruik het objectief met lage vergroting (10x) om de cellen te lokaliseren en te observeren.
      OPMERKING: Tijdens de oestrus zijn de vaginale afscheidingen grotere epitheelkernen verdwenen, vervangen door plaveiselcelgeëxfolieerde verhoornde verhoornde epitheelcellen die zich ophoopten tot een heuvel.
    7. Noteer het stadium van de oestrische cyclus voor elke rat.
  4. Plaats tussen 19 en 20 uur een mannetjes- en een vrouwtjesrat in de paringskooi.
    OPMERKING: De vrouwelijke ratten moeten in pro-oestrus of oestrus zijn om te paren.
  5. Inspecteer op de tweede dag, tussen 7 en 8 uur 's ochtends, de paringskooi op copulatiepluggen. Als er een copulatieprop wordt gevonden aan de onderkant van de paringskooi, ga dan verder met het maken van een vaginaal secretie-uitstrijkje voor de vrouwelijke rat volgens dezelfde methode als beschreven in de stappen 1.3.4- 1.3.6.
    OPMERKING: Copulatieproppen zijn melkwitte of geelachtige gelatineuze materialen gemaakt van zaadblaasjes en prostaatafscheidingen van mannelijke ratten in combinatie met vaginale afscheidingen.
  6. Bevestig de zwangerschap bij de vrouwelijke rat: na het vinden van copulatiepluggen in de paringskooi, observeert u sperma op het vaginale secretie-uitstrijkje. Wijs deze dag aan als draagdag 1 (GD1).
  7. Isoleer de drachtige rat in een aparte kooi.
    OPMERKING: Tijdens de beginfase van de zwangerschap is het absoluut noodzakelijk om te voorkomen dat een zwangere rat onbekende mannelijke chemische signalen in zijn omgeving tegenkomt of samenwoont met een onbekende mannelijke rat.
  8. De draagtijd van ratten duurt doorgaans 21-23 dagen. Meet en registreer het lichaamsgewicht van de ratten van GD1 tot GD20.
  9. Vervang op GD20 de kooi van de drachtige rat door een schone kooi en plaats medisch absorberend katoen (qua grootte vergelijkbaar met de rat) in de kooi. Zorg voor voldoende water en voedsel om zeven dagen te overleven en zet de kooi op een rustige locatie.
    OPMERKING: Verschoon de kooi niet gedurende ten minste 1 week na het werpen van de rat. Wanneer u overstapt op een schone kooi, breng dan het gebruikte absorberende katoen over van de vuile kooi naar de nieuwe om ervoor te zorgen dat de ratten de geur van hun nakomelingen kunnen herkennen.
  10. Scheid op de21e dag na de bevalling de nakomelingen op geslacht en plaats ze in twee kooien.
    OPMERKING: Vanwege het kleinere formaat van de 21 dagen oude nakomelingen, plaatst u de hardvoerkorrels in een glazen petrischaaltje in de kooi.

2. Trainingsprogramma voor prenataal zwemmen

  1. Voer gedurende 5 dagen een aanpassingstraining uit voor alle experimentele vrouwelijke ratten.
    1. Zet een doorzichtige plastic bak van minimaal 20 cm hoog voor en vul deze met 10 cm water van 34 ± 1°C.
    2. Pak het puntje van de staart van de rat vast en til deze op, en plaats de rat dan in het water.
    3. Houd tijdens de adaptieve training van 15 minuten de watertemperatuur elke 5 minuten nauwlettend in de gaten en voeg warm water toe om de temperatuur op peil te houden.
    4. Breng de rat na de training over naar schoon water van 34 ± 1°C om zijn vacht te wassen. Breng de rat vervolgens over naar een kooi met handdoeken en gebruik een haardroger om zijn vacht te drogen.
      OPMERKING: Lawaai en een warme omgeving kunnen stress veroorzaken bij ratten. Daarom wordt aanbevolen om een temperatuurregelbare en stille föhn te gebruiken.
    5. Breng de rat alstublieft terug naar zijn respectievelijke kooien.
  2. Paring van ratten (volg de stappen 1.3-1.6).
  3. Wijs na stap 1.7 zwangere ratten willekeurig toe aan een sedentaire groep (SED) en een oefengroep (EX).
  4. Weeg de rat dagelijks voor elke trainingssessie.
    OPMERKING: Tijdens de adaptieve training mag het gewichtsverlies van ratten niet meer dan 3 g/dag bedragen. Tijdens de prenatale training moet het gewicht van de ratten geleidelijk toenemen. Als de ratten meer dan 3 g per dag verliezen, verminder dan de dagelijkse trainingstijd met 50% om herstel mogelijk te maken.
  5. Voer prenatale zwemtraining uit voor de EX van GD1 tot GD20, 6 dagen per week, van 8:00 tot 9:00 uur 's ochtends.
    1. Zet een ronde wateremmer voor met een diameter van 50 cm en een minimale hoogte van 50 cm en vul deze met 40 cm water bij een temperatuur van 34 ± 1°C.
    2. Van GD1 tot GD5, voer de zwemtraining in eerste instantie 20 minuten per dag uit en verhoog geleidelijk tot 60 minuten per dag.
    3. Van GD6 tot GD20, ga door met de oefentraining gedurende 60 minuten per dag gedurende 6 dagen per week.
    4. Voor nazorg, zie stap 2.1.4-2.1.5.
    5. Geef de EX-rat na het sporten 5 g zonnebloempitten van knaagdieren om voedingsondersteuning te bieden.
  6. Plaats de SED-rat elke dag tijdens de EX-training in dezelfde wateromgeving als adaptieve training (stap 2.1.1). Laat de SED-rat dezelfde tijd in het water doorbrengen als de EX-rat. Geef de SED-rat na het sporten 5 g zonnebloempitten van knaagdieren om ze voedingsondersteuning te bieden en emoties te kalmeren.
  7. Reinig en desinfecteer na elke zwemtraining alle apparatuur met ultraviolet licht, inclusief wateremmers en handdoeken.

3. Fysieke kenmerken van foetussen

  1. Verdoof de vrouwelijke rat op de ochtend van GD20.5 met 3% isofluraan en euthanaseer deze in een CO2 -kamer.
  2. Gebruik een chirurgisch mes om een incisie in de onderbuik van de rat te maken. Zorg ervoor dat de incisie naar beide zijden van de buik helt, zodat de baarmoeder volledig bloot komt te liggen.
  3. Open de baarmoeder voorzichtig met een tang en een schaar om de foetussen en placenta's bloot te leggen. Scheid voorzichtig het dunne amnion rond de foetussen met een pincet om door een schaar veroorzaakte schade aan de foetussen en placenta's te voorkomen.
  4. Reinig de lichamen van foetussen met steriel gaas om bloed en slijm te verwijderen. Scheid foetussen en placenta's achtereenvolgens op basis van hun anatomische posities en weeg ze vervolgens.
  5. Observeer de afstand tussen de anus en de geslachtsorganen om het geslacht van de foetussen te bepalen. Mannelijke foetussen hebben een grotere afstand dan vrouwtjes. Noteer het geslacht en de hoeveelheid foetussen voor toekomstig gebruik.
  6. Meet de lengte van de foetussen met behulp van een schuifmaat terwijl u plat ligt. Omdat de foetussen nog leven, kunnen ze zich opkrullen nadat ze zijn ontleed, dus vouw hun lichaam open om metingen te doen.
    OPMERKING: Om ervoor te zorgen dat de experimentele resultaten consistent zijn en de meetmethoden consistent zijn, handhaaft dezelfde onderzoeker overal dezelfde normen. Foetussen werden geëuthanaseerd volgens door de instelling aanbevolen richtlijnen en weefselmonsters werden verzameld voor verdere analyse indien nodig.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In de sectie over fokmethoden voor ratten (Figuur 1) bepalen we de oestrische cyclus van vrouwelijke ratten door vaginale secretieglaasjes te maken om het slagingspercentage van de fokkerij te vergroten. De oestrische cyclus van de ratten duurt 4-5 dagen, inclusief pro-oestrus, oestrus, metestrus en diestrus. Vrouwelijke ratten in metestrus of diestrus vertonen gedrag zoals afstand nemen van mannetjes. Tegelijkertijd zijn degenen in oestrus bereid om te paren, en ovulatie bij vrouwelijke ratten vindt meestal plaats aan het einde van de oestrus. Tijdens pro-oestrus bevatten vaginale uitstrijkjes voornamelijk kernvormige epitheelcellen met af en toe verhoornde cellen. Bij oestrus bestaat het vaginale uitstrijkje voornamelijk uit verhoornde plaveiselepitheelcellen die in stapels zijn samengeklonterd, waarbij de vergrote kernen van epitheelcellen die bij metestrus worden gezien, verdwijnen. Bij metestrus bevat het vaginale uitstrijkje voornamelijk witte bloedcellen met enkele verhoornde epitheelcellen. Het diestrusstadium wordt gekenmerkt door een overwicht van witte bloedcellen, met af en toe kernvormige en verhoornde epitheelcellen (Figuur 1A).

De copulatieplug is een gelachtige substantie die bestaat uit vaginale en zaadafscheidingen. De vrouwelijke rat vormt een copulatieprop om te voorkomen dat andere mannelijke ratten opnieuw paren, terwijl ze ook de vagina van de vrouwelijke rat blokkeren om te voorkomen dat het sperma van de mannelijke rat naar buiten stroomt. De aanwezigheid van de copulatieprop duidt niet noodzakelijkerwijs op succesvol fokken, maar betekent alleen het optreden van paringsgedrag. Daarom is het noodzakelijk om 's ochtends na het paren opnieuw vaginale uitstrijkjes op de vrouwelijke rat uit te voeren. De aanwezigheid van sperma in het vaginale uitstrijkje duidt op een succesvolle fokkerij. Het is belangrijk om het gewicht van vrouwelijke ratten na deze dag te controleren om te zien of het geleidelijk toeneemt, wat een teken is van een succesvolle zwangerschap. Als er binnen twee dagen na de paring geen copulatiepropvorming is, of als er zich een copulatieprop vormt maar er geen sperma in het uitstrijkje wordt waargenomen, wordt aanbevolen om de mannelijke rat te vervangen en opnieuw te proberen te fokken. Door vaginale secretieglaasjes onder een microscoop te onderzoeken, bepalen we het stadium van de oestrische cyclus bij vrouwelijke ratten en gebruiken we die in pro-oestrus en oestrus voor de fokkerij. Zwangere ratten werden willekeurig toegewezen aan een sedentaire (SED) of oefengroep (EX), waarbij zwemtraining werd uitgevoerd van GD1 tot GD20 (Figuur 1B). Om de copulatieproppen te observeren die worden gevormd na het paren van ratten, gebruiken we een speciaal ontworpen paringskooi voor het paren van ratten. De bijpassende kooi bestaat uit een bodemplaat, een bodem van gaas, een kooiframe zonder bodem en een afdekking van een draadkooi (figuur 1C).

Vóór de bevalling kunnen drachtige ratten nestgedrag vertonen (Figuur 1E), waarbij ze materialen in hun omgeving gebruiken om een gezellig en warm nest voor hun nakomelingen te bouwen. Het wordt aanbevolen om een hoeveelheid ontvet katoen in de kooi te plaatsen die overeenkomt met de grootte van de drachtige rat wanneer ze worden overgebracht naar een nieuwe schone kooi op GD20. Om jonge ratten te bestuderen, moeten ze tot een bepaalde leeftijd worden grootgebracht. Ratten worden ongeveer 21 dagen na de geboorte gespeend. Daarom worden babyratten op de 21e dag na de geboorte gescheiden naar geslacht (figuur 1F) voor individuele opfok. De methode om het geslacht van ratten te identificeren, omvat het observeren van de afstand tussen de genitaliën en de anus. Bij mannen is de afstand groter en hebben ze een vacht tussen de geslachtsorganen en de anus. Mannelijke geslachtsorganen zijn prominenter en prononceerder in vergelijking met vrouwen. Vrouwelijke ratten hebben meer opvallende tepels dan mannetjes.

Dagelijkse weging en registratie van GD1 tot GD20 wordt aanbevolen tijdens de dracht van ratten (Figuur 2). Het gewicht van de rat moet tijdens de zwangerschap geleidelijk toenemen (Figuur 2A) en het dagelijkse gewicht moet worden vergeleken met het gewicht van de vorige dag. Dit is cruciaal omdat ratten de neiging hebben om hun embryo's te consumeren na een miskraam, waardoor het moeilijk te detecteren is door observatie alleen. Bovendien kan het monitoren van het gewicht van ratten helpen bij het identificeren van overmatige lichaamsbeweging. Als het gewicht van de rat met meer dan 3 g afneemt, verkort dan de duur van de trainingstraining voor die dag met 50%. Op GD20.5 worden zwangere ratten ontleed om foetussen en placenta's te verkrijgen, en de verhouding tussen het gewicht van de foetus en het gewicht van de placenta wordt gedefinieerd als placenta-efficiëntie (Figuur 2B). Meet de lengte van de foetus vanaf het puntje van het hoofd tot de onderkant van de romp in een zijwaartse positie met behulp van een liniaal om de lichaamslengte van de foetus te bepalen (Figuur 1G en 2C).

figure-results-1
Figuur 1: Zwangerschapsmodel bij ratten. (A) De resultaten van het vaginale uitstrijkje tijdens verschillende oestrische perioden, beelden van de copulatieplug van ratten en de aanwezigheid van sperma in vaginale uitstrijkjes op de tweede dag na de paring. (B) Schema ter illustratie van het trainingsprogramma voor prenataal zwemmen. (C) Totaalaanzicht van de paringskooi voor de ratten. (D) Een foto van de zwemtraining voor drachtige ratten die de diameter van de gebruikte wateremmer aantoont. (E) Het nestbouwgedrag van ratten. (F) De verschillende verschijningsvormen van de voortplantingsorganen bij mannelijke en vrouwelijke ratten op de leeftijd van 21 dagen. (G) Het uiterlijk van foetussen en placenta's en een schematische weergave van de methode voor het meten van de lichaamslengte van de foetus. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-2
Figuur 2: Het lichaamsgewicht van de drachtige ratten en de fysieke kenmerken van de foetussen. (A) De gewichtsveranderingen van drachtige ratten van GD1 naar GD20 in de SED- en EX-groepen (n = 9 elk). (B) Het verschil in placenta-efficiëntie tussen de twee groepen. (C) De variatie in lichaamslengte van foetussen tussen de SED- en EX-groepen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-3
Figuur 3: Vergelijking van verschillende oefenmethoden voor drachtige vrouwtjesratten. De voor- en nadelen van verschillende trainingsmethoden voor zwangere vrouwelijke ratten: vrijwillig wielrennen (VWR), gemotoriseerde loopband (MT) en zwemmen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-4
Figuur 4: Oefenprogramma voor zwemmen. (A) Het volledige proces van paring, dracht, zwemoefening, bevalling en lactatie beschreven in protocolstappen 1.1-1.10 met behulp van vrouwelijke Wistar-ratten. (B) Het proces van zwemtraining tijdens de zwangerschap zoals beschreven in protocolstappen 2.1-2.6, inclusief aanpassingstraining en formele training. De watertemperatuur wordt gedurende het hele proces op 34 ± 1 °C gehouden. Tijdens de aanpassingstraining is de waterdiepte 10 cm, terwijl deze tijdens de formele training 10 cm is voor de SED en 40 cm voor de EX. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Tabel 1: Mogelijke problemen bij zwemoefeningen en postpartumzorg voor drachtige ratten en hun oplossingen. Klik hier om deze tabel te downloaden.

Tabel 2: Een vergelijkende analyse van oefenprogramma's bij zwangere vrouwelijke en mannelijke ratten of muizen. MT: gemotoriseerde loopband; VWR: vrijwillig wiel draaien; MLC: test van het maximale draagvermogen. Klik hier om deze tabel te downloaden.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Deze studie heeft tot doel een haalbaar oefenprogramma voor zwangere ratten op te zetten, inclusief gedetailleerde paringsmethoden voor ratten, zwemtrainingsprotocollen en onderzoeksmethoden om fysiologische indicatoren bij foetussen te evalueren. We hebben door oefening een trainingsmodel voor prenataal zwemmen ontwikkeld, met bijbehorende oplossingen voor mogelijke problemen die zich in het protocol kunnen voordoen (tabel 1). Dit protocol zal het praktischer maken en onderzoekers helpen bij het opstellen van prenatale oefenmodellen.

Onze onderzoeksresultaten geven aan dat het gebruik van het trainingsprogramma voor zwangerschapszwemmen met ratten dat we hebben ontworpen, het normale zwangerschapsproces van ratten niet verstoort en niet leidt tot ongunstige zwangerschapsuitkomsten. De impact van prenatale lichaamsbeweging op zwangerschapsuitkomsten bij ratten werd geëvalueerd door het aantal miskramen en de worpgrootte te meten. De studie concludeerde dat prenatale inspanning geen significante invloed had op deze factoren15,16. Om foetussen te bestuderen, ontleden onderzoekers zwangere ratten op GD20.5 om foetale monsters te verkrijgen. Tijdens dissectie worden foetussen en placenta's verzameld, en het is van cruciaal belang om het aantal nakomelingen per nest bij te houden om de zwangerschapsuitkomsten te bepalen, waarbij het aantal foetussen en de lichaamslengte van de foetus moet worden geteld. Bovendien is de efficiëntie van de placenta de verhouding tussen het gewicht van de foetus en het gewicht van de placenta, waardoor metingen van zowel het foetale als het placentagewicht nodig zijn. Onze eerdere bevindingen gaven aan dat prenatale lichaamsbeweging geen significante invloed had op de lichaamslengte van de foetus, maar het verbeterde de placenta-efficiëntie aanzienlijk in de hypertensieve oefengroep in vergelijking met de hypertensieve controlegroep15. Maternale gedragslijn13,17 kan dienen als indicator voor het evalueren van de impact van lichaamsbeweging tijdens de zwangerschap op de moeder. Daarom kunnen indicatoren zoals het aantal miskramen, de worpgrootte, de lichaamslengte en het gewicht van de foetus, de efficiëntie van de placenta en het gedrag van de moeder worden gebruikt voor het evalueren van de effecten van zwangerschapsoefeningen op de resultaten van de foetus. Daarom raden we aan om ons experimentele protocol toe te passen bij het vormgeven van zwangerschapsoefeningsmodellen om onnodige schade aan proefdieren te voorkomen.

Sinds de ontwikkeling van de DOHaD-theorie is er meer nadruk gelegd op het onderzoeken van de invloed van omgevingsvariabelen in het vroege leven op de individuele gezondheid18. Er zijn talloze onderzoeken uitgevoerd om vermeende pathofysiologische routes bij foetale aandoeningen te onderzoeken met behulp van diermodellen19. Omdat knaagdiermodellen die lichaamsbeweging tijdens de zwangerschap bevatten, dit proces met succes kunnen imiteren, worden verschillende soorten lichaamsbeweging onderzocht in diermodellen met verschillende foetale ziekten20. Autonome loopwielen, loopplatforms, gewichtdragende klimuitrusting en zwemprotocollen zijn voorbeelden van veelgebruikte trainingstechnieken. Obesitas, diabetes en hypertensie zijn allemaal typische diermodellen21. We kunnen zien dat verschillende trainingsroutines duidelijke voor- en nadelen hebben bij het classificeren en vergelijken van de trainingsmethoden die in verschillende onderzoeken worden gebruikt 15,16,21,22,23,24 (Figuur 3 en Tabel 2).

In dit protocol bieden we een gedetailleerde uitleg over de controle van de zwangerschap van ratten, de uitvoering van de zwemoefeningsroutine en de beoordeling van foetussen en nageslacht. Door het paringsgedrag van ratten zorgvuldig te controleren, was het mogelijk om een nauwkeurigere inschatting te krijgen van hoe lang een zwangerschap duurt. Dit maakte oefeninterventies tijdens de zwangerschap mogelijk en creëerde een model voor het bestuderen van prenatale lichaamsbeweging. Na 21 dagen zwangerschap kunnen foetussen en placentamonsters worden ontleed om de intergenerationele effecten van maternale activiteit tijdens de zwangerschap op de placentafunctie en de ontwikkeling van de foetus te evalueren. Bovendien werden de nakomelingen van zwangerschapsoefenratten gevoed tot de volwassenheid en zelfs op hoge leeftijd om de fysiologische en pathologische processen op lange termijn die aan deze effecten ten grondslag liggen, te bestuderen.

Bij het opzetten van een zwemtrainingsprogramma voor ratten is het belangrijk om te bedenken dat ze kunnen proberen zwemmen te vermijden door zich in hoeken te verstoppen, uit het zwembad te klimmen, andere ratten vast te houden of zelfs op luchtbellen in hun vacht te drijven. Om dit te voorkomen, moet het zwembad van plastic zijn en cilindrisch zijn. Het water in het zwembad moet dieper zijn dan 1,5 keer de lengte van de rat, gemeten van zijn neus tot het einde van zijn staart. De diepte van het water moet in de eerste plaats meer dan 50 cm zijn en het oppervlak moet groot genoeg zijn om onbeperkt te kunnen zwemmen. Het is belangrijk om ratten een minimale zwemruimte van 1000cm2 te bieden11. Daarom hebben we een zwemtrainingsapparaat ontworpen dat bestaat uit een emmer met een hoogte van 55 cm en een diameter van 50 cm. Tijdens de zwemtraining moet het waterniveau 40 cm zijn en de diameter van het wateroppervlak 45 cm. Daarnaast is het belangrijk om de watertemperatuur op 34 ± 1°C te houden. Dit apparaat is geschikt voor één rat om tegelijk te trainen. Het is belangrijk om de intensiteit van de zwemtraining voor zwangere ratten geleidelijk te verhogen. Hierdoor kunnen ze zich aanpassen aan de inspanning en het watermilieu. Plotselinge veranderingen in intensiteit kunnen stressreacties veroorzaken, wat het risico op een miskraam kan vergroten. Het wordt ook aanbevolen om ten minste één rustdag per week te hebben om door inspanning veroorzaakte vermoeidheid te voorkomen.

De diermodellen die in ons eerdere onderzoek25 naar lichaamsbeweging tijdens de zwangerschap werden gebruikt, omvatten spontane hypertensieve ratten (SHR) en normotensieve Wistar Kyoto (WKY) rattencontroles, waardoor de trainingsroutine van dit protocol even geschikt is voor hypertensieve ratten of andere ziektemodellen. Uit onze studie bleek al dat lichaamsbeweging tijdens de zwangerschap de bloeddruk aanzienlijk verlaagde bij hypertensieve nakomelingen van 3 maanden oud en dat prenatale lichaamsbeweging een belangrijke invloed had op het verminderen van cardiovasculaire reactiviteit14. Er werd ook ontdekt dat maternale lichaamsbeweging epigenetische modificaties induceert van het L-type spanningsafhankelijke Ca2+-kanaal α1C (Cacna1c)-gen, angiotensine II type 1-receptor (Agtr1a) gen en NADPH-oxidase-4 (Nox4) gen om de vasculaire functie bij hypertensieve nakomelingen te verbeteren 14,25,26.

Meerdere factoren kunnen het voortplantingsproces bij ratten beïnvloeden. De leeftijd van de rat, de gezondheidstoestand, de beweeglijkheid van het sperma, de oestrus van de vrouwelijke rat, temperatuur, vochtigheid en lichtverschuivingen in de broedhabitat beïnvloeden de paring. Bovendien kunnen geluid en trillingen binnenshuis tijdens het fokken agitatie veroorzaken bij hypertensieve ratten, leiden tot een miskraam of postpartumvoeding afwijzen. Geluiddicht katoen bedekt de dierenkooien tijdens het fokken om deze effecten te verminderen.

In dit protocol bieden we een uitgebreide gids over paringsmethoden voor ratten, een zwemoefenprogramma voor zwangere ratten, postnatale zorg voor zwangere ratten, methoden voor het grootbrengen van nakomelingen van ratten en observatietechnieken voor het meten van de fysieke kenmerken van foetussen. Onze onderzoeksresultaten dragen bij aan het bestuderen van de intergenerationele overerving van maternale lichaamsbeweging en tonen een rationele en effectieve onderzoeksaanpak aan. We streven ernaar om een effectief zwemoefeningsmodel voor zwangere vrouwen op te zetten op het gebied van inspanningsfysiologie, dat toekomstig onderzoek op dit gebied zal helpen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd ondersteund door de National Natural Science Foundation of China (32071174, 32200941, 32371183 en 31771312).

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
CaliperMitutoyo Measuring Instruments (Shanghai) Co., Ltd530-101 N15Fetus dissect
Circular water bucketNaliyaN/ARattenzwemmen
Experimental Surgical Instrument Shenzhen RWD Life Technology Co., LTDSP0001-GFetus dissect
Glass Microscope SlidesJiangsu Shitai experimental equipment Co., LTD80312-3161Vaginal smear
Glass petri dishMerck Life TechnologiesBR455751-10EAOpfokking
HairdryerPanasonicEH-WNE5HNa-zwemmen verzorging
Information CardZhongke Life ScienceSS3Rattenparing
IsofluraneShenzhen RWD Life Technology Co., LTDR510-22-10Fetus dissect
Light microscopeOlympusIX71-F22PHVaginal smear
Mating cageZhongke Life ScienceSS3Rattenparing
Medical Absorbent CottonHongxiang Sanitary Materials Co., LTDN/ADe zwangere ratten verwachten te bevallen
Rodent Anesthesia Machine, Gas AnesthesiaShenzhen RWD Life Technology Co., LTDR500IEFetus dissect
Rodent breeding feedBeijing Huafukang Biotechnology Co., LTD1032Zwangere ratten voeren
Rodent maintenance feedBeijing Huafukang Biotechnology Co., LTD1022Opfokking
Rodent sunflower seedsJollyJP241Nutritioneel supplement
Soundproof cottonKufu Medical InstrumentN/ADe zwangere ratten verwachten te bevallen
Sterile Cotton Swab (2 mm diameter)Kufu Medical InstrumentN/AVaginal smear
Sterile gauzeKufu Medical InstrumentN/AFetus dissect
Stroke-physiological Saline Solution (0.9% NaCl)Shandong Hualu Pharmaceutical Co., LTDN/AVaginal smear
ThermometerBeekman organismN/ADe monitoring van rattenzwemmen
TowelsGraceN/ANa-zwemmen verzorging
Transparent plastic containerNaliyaN/AZwemtraining
Ultraviolet lightMerck Life TechnologiesZ169633-1EANa-zwemmen verzorging
Water heaterHaierEC6001-Q6SRattenzwemmen
Weight ScaleElectronlc AcaleJM.A10001Lichaamsgewicht meting
Wistar RatsVital river Laboratory Animal Technology Co., LTDN/AExperiment

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Hanson, M. A., Gluckman, P. D. Early developmental conditioning of later health and disease: Physiology or pathophysiology. Physiol Rev. 94 (4), 1027-1076 (2014).
  2. Calkins, K., Devaskar, S. U. Fetal origins of adult disease. Curr Probl Pediatr Adolesc Health Care. 41 (6), 158-176 (2011).
  3. Chavatte-Palmer, P., Tarrade, A., Rousseau-Ralliard, D. Diet before and during pregnancy and offspring health: The importance of animal models and what can be learned from them. Int J Environ Res Public Health. 13 (6), 586(2016).
  4. Lapehn, S., Paquette, A. G. The placental epigenome as a molecular link between prenatal exposures and fetal health outcomes through the dohad hypothesis. Curr Environ Health Rep. 9 (3), 490-501 (2022).
  5. Shrestha, A., Prowak, M., Berlandi-Short, V. M., Garay, J., Ramalingam, L. Maternal obesity: A focus on maternal interventions to improve health of offspring. Front Cardiovasc Med. 8, 696812(2021).
  6. Haire-Joshu, D., Tabak, R. Preventing obesity across generations: Evidence for early life intervention. Annu Rev Public Health. 37, 253-271 (2016).
  7. Kusuyama, J., Alves-Wagner, A. B., Makarewicz, N. S., Goodyear, L. J. Effects of maternal and paternal exercise on offspring metabolism. Nat Metab. 2 (9), 858-872 (2020).
  8. Blaize, A. N., Pearson, K. J., Newcomer, S. C. Impact of maternal exercise during pregnancy on offspring chronic disease susceptibility. Exerc Sport Sci Rev. 43 (4), 198-203 (2015).
  9. Hinman, S. K., Smith, K. B., Quillen, D. M., Smith, M. S. Exercise in pregnancy: A clinical review. Sports Health. 7 (6), 527-531 (2015).
  10. Acog committee. Physical activity and exercise during pregnancy and the postpartum period: Acog committee opinion, number 804. Obstet Gynecol. 135 (4), e178-e188 (2020).
  11. Poole, D. C., et al. Guidelines for animal exercise and training protocols for cardiovascular studies. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 318 (5), H1100-H1138 (2020).
  12. Beleza, J., et al. Self-paced free-running wheel mimics high-intensity interval training impact on rats' functional, physiological, biochemical, and morphological features. Front Physiol. 10, 593(2019).
  13. August, P. M., Rodrigues, K. D. S., Klein, C. P., Dos Santos, B. G., Matté, C. Influence of gestational exercise practice and litter size reduction on maternal care. Neurosci Lett. 741, 135454(2021).
  14. Li, S., et al. Prenatal exercise reprograms the development of hypertension progress and improves vascular health in shr offspring. Vascul Pharmacol. 139, 106885(2021).
  15. Li, S., et al. Exercise during pregnancy enhances vascular function via epigenetic repression of ca(v)1.2 channel in offspring of hypertensive rats. Life Sci. 231, 116576(2019).
  16. Musial, B., et al. Exercise alters the molecular pathways of insulin signaling and lipid handling in maternal tissues of obese pregnant mice. Physiol Rep. 7 (16), e14202(2019).
  17. Dos Santos, A. S., et al. Resistance exercise was safe for the pregnancy and offspring's development and partially protected rats against early life stress-induced effects. Behav Brain Res. 445, 114362(2023).
  18. Barnes, M. D., Heaton, T. L., Goates, M. C., Packer, J. M. Intersystem implications of the developmental origins of health and disease: Advancing health promotion in the 21st century. Healthcare. 4 (3), 45(2016).
  19. Bakrania, B. A., George, E. M., Granger, J. P. Animal models of preeclampsia: Investigating pathophysiology and therapeutic targets. Am J Obstet Gynecol. 226, S973-S987 (2022).
  20. Ferrari, N., et al. Exercise during pregnancy and its impact on mothers and offspring in humans and mice. J Dev Orig Health Dis. 9 (1), 63-76 (2018).
  21. Lerman, L. O., et al. Animal models of hypertension: A scientific statement from the american heart association. Hypertension. 73 (6), e87-e120 (2019).
  22. Mangwiro, Y. T. M., et al. Exercise initiated during pregnancy in rats born growth restricted alters placental mtor and nutrient transporter expression. J Physiol. 597 (7), 1905-1918 (2019).
  23. Kim, H., Lee, S. H., Kim, S. S., Yoo, J. H., Kim, C. J. The influence of maternal treadmill running during pregnancy on short-term memory and hippocampal cell survival in rat pups. Int J Dev Neurosci. 25 (4), 243-249 (2007).
  24. Harris, J. E., et al. Exercise-induced 3'-sialyllactose in breast milk is a critical mediator to improve metabolic health and cardiac function in mouse offspring. Nat Metab. 2 (8), 678-687 (2020).
  25. Zhang, Y., et al. Maternal exercise represses nox4 via sirt1 to prevent vascular oxidative stress and endothelial dysfunction in shr offspring. Front Endocrinol. 14, 1219194(2023).
  26. Shan, M., et al. Maternal exercise upregulates the DNA methylation of agtr1a to enhance vascular function in offspring of hypertensive rats. Hypertens Res. 46 (3), 654-666 (2023).

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Moederlijke lichaamsbewegingrattenfokmethodenprenatale zwemtraininggezondheid van nakomelingenzwangerschapszorgvetrijk dieetepigenetisch mechanismefoetale ontwikkeling

Gerelateerde artikelen