Ten protokół zapewnia prostą metodę tworzenia statycznego sprzętu treningowego dla myszy. Urządzenie utrzymuje izometryczny skurcz mięśni kończyn myszy, aby zweryfikować interwencyjny wpływ tradycyjnych ćwiczeń na cukrzycę typu 2 (T2DM) i zapewnia nową terapię ruchową w klinicznym leczeniu cukrzycy typu 2.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Metoda treningu siły statycznej dla myszy z cukrzycą typu 2
* These authors contributed equally
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Leczenie cukrzycy typu 2 (T2DM) jest główną przeszkodą w poprawie zdrowia pacjenta. Ćwiczenia fizyczne są jedną z głównych interwencji w cukrzycy typu 2. Statyczny trening siłowy jest jedną z kluczowych form tradycyjnych sportów w Chinach. Badania pokazują, że statyczny trening siłowy jest skuteczną metodą kliniczną interwencji w cukrzycy typu 2, ale nie ma eksperymentalnego urządzenia odpowiedniego do treningu statycznego u myszy. Jedną z trudności w przejściu od badań klinicznych do podstawowych jest zaprojektowanie odpowiednich urządzeń eksperymentalnych. W celu dalszego zbadania mechanizmu statycznej interwencji treningowej w cukrzycy typu 2, w artykule przedstawiono prostą metodę tworzenia statycznego urządzenia treningowego dla myszy. To urządzenie ma zalety prostej obsługi, taniego materiału i wysokiej wykonalności. Wcześniejsze badania przeprowadzone zgodnie z tym protokołem wykazały, że trening statyczny może skutecznie obniżyć poziom glukozy we krwi i poprawić funkcję mitochondriów komórek mięśni szkieletowych u myszy z cukrzycą typu 2. Celem wprowadzenia tego urządzenia jest promowanie badań nad mechanizmem tradycyjnego wysiłku fizycznego w interwencji cukrzycy typu 2 oraz stworzenie podstaw dla ilościowej interwencji ćwiczeń.
Wprowadzenie
Cukrzyca typu 2 (T2DM) jest przewlekłą chorobą charakteryzującą się insulinoopornością i dysfunkcją komórek β, która stanowi poważne zagrożenie dla globalnego zdrowia1. Ćwiczenia są kluczową interwencją w leczeniu cukrzycy typu 2. Liczne badania wykazały, że tradycyjne chińskie metody ćwiczeń, takie jak Tai Chi i Ba Duan Jin, znacznie poprawiają poziom glukozy we krwi i jakość życia osób z T2DM2,3,4,5. Aby wykonać te ruchy, trener musi przez pewien czas utrzymywać stabilną pozycję ciała i stawów. Pozycja statyczna jest utrzymywana przez wykonywanie statycznych skurczów mięśni, które są powszechnie określane jako siła statyczna6.
Jednak mechanizm interwencji treningu siły statycznej w T2DM nie został wyjaśniony. Aby odpowiedzieć na to pytanie, niezbędne są eksperymenty na zwierzętach. Podczas ćwiczeń izometrycznych mięśnie są aktywowane, utrzymują stałą długość i bezpiecznie osiągają maksymalne napięcie7. W doświadczeniach z treningiem siły statycznej badane zwierzę jest zobowiązane do wykonywania izometrycznych skurczów mięśni i utrzymywania tego stanu skurczu mięśni. Jak wdrożyć statyczny trening siły na myszach, szczurach i innych zwierzętach laboratoryjnych, stało się dużym problemem w badaniach. Po pierwsze, zwierzęta mają trudności z wykonywaniem poleceń i napinaniem mięśni zgodnie z wymaganiami. Po drugie, zwierzęciu trudno jest utrzymać stabilną pozycję pod oporem, a cel izometrycznego skurczu mięśni nie może zostać osiągnięty. Pozwalając zwierzętom trenować zgodnie z wymaganiami, ważne jest, aby rozwiązać problemy związane z dobrostanem zwierząt, takie jak łagodzenie stresu i niepokoju, minimalizowanie bólu i poprawa ogólnych warunków. Protokół ten odnosi się do statycznego modelu treningowego dla szczurów8,9, a tutaj wprowadzamy proste urządzenie do statycznego szkolenia myszy. Kiedy tylne nogi myszy są podnoszone, ich mięśnie brzucha kurczą się z powodu odruchu prostowania, przednie łapy chwytają poprzeczkę z przodu, a następnie przednie i tylne kończyny kurczą się wbrew grawitacji. Myszy nie mogą się poruszać po uchwyceniu krótkiego pręta, co powoduje, że ich mięśnie są w stanie skurczu izometrycznego.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
Wszystkie eksperymenty na zwierzętach zostały zatwierdzone przez Komisję ds. Opieki i Wykorzystania Zwierząt Uniwersytetu Medycyny Chińskiej w Nankinie (numer zezwolenia 202209A033). Wybrano zdrowe samce myszy C57BL/6J w stopniu SPF, w wieku 8 tygodni i o masie ciała 20 ± 4 g. Myszy przebywały w 12-godzinnym cyklu światła/ciemności w temperaturze 20-22 °C, przy utrzymywaniu wilgotności względnej na poziomie 45%-50%. Zwierzęta miały swobodny dostęp do pożywienia i wody.
1. Utworzenie modelu mysiego T2DM
- Przez pierwszy tydzień karmić myszy standardową dietą, aby umożliwić im adaptację do nowego środowiska w ośrodku utrzymania zwierząt. Po tygodniu wprowadzić dietę wysokotłuszczową (skład diety: 20,0% smalcu, 10,0% sacharozy, 2,5% cholesterolu, 1,0% cholanu, 66,5% standardowej diety) na okres 4 tygodni.
- Z 1Proszę podać tekst źródłowy do przetłumaczenia. piąty dzieńth przez tydzień, wykonuj myszom codzienne zastrzyki doszpikowe z roztworem streptozotocyny w dawce 35 mg/kg przez 3 kolejne dni. Przygotuj 1 ml roztworu streptozotocyny, rozpuszczając 10 mg proszku streptozotocyny w 0,1 M/L buforze cytrynianu sodu.
UWAGA: Wtrysk należy przeprowadzić w ciągu 30 min od przygotowania roztworu, a sam roztwór należy chronić przed światłem podczas użytkowania. - Przeprowadź losowe pomiary glikemii w 5. i 7. dniu po podaniu pierwszej dawki roztworu streptozotocyny. Zwierzęta, u których dwa losowe pomiary poziomu cukru we krwi przekroczyły 16,7 mM/L, uznaje się za udane modele T2DM.
- Interwencję treningową należy rozpocząć w 8. dniu po pierwszym wstrzyknięciu roztworu streptozotocyny.
2. Grupowanie i traktowanie myszy
- Podziel myszy z T2DM na grupę modelową, grupę treningową oraz grupę metforminową, stosując metodę tabeli liczb losowych, tak aby w każdej grupie znalazło się 6 myszy.
- W grupie modelowej nie przeprowadza się żadnej interwencji.
- Rozetrzyj tabletki z metforminą na proszek i rozpuść w czystej wodzie. Podawaj metforminę grupie metforminowej drogą gavage w dawce 200 mg/kg, raz dziennie, przez 3 tygodnie.
- W grupie treningowej wprowadź 30 min statycznego treningu siłowego, raz dziennie, 5 dni w tygodniu, przez 3 tygodnie. Treningi odbywają się od poniedziałku do piątku w godzinach popołudniowych.
- Losowo przypisz 6 myszy bez T2DM do grupy kontrolnej. Myszy te nie podlegają modelowaniu ani interwencji.
3. Wykonanie urządzenia do statycznego treningu siłowego
- Przygotować przezroczystą płytkę akrylową o grubości 5 mm i wymiarach 20 cm x 20 cm. Należy użyć przezroczystej płytki, aby móc obserwować trening myszy.
- Przygotować drewniane patyczki o średnicy 3 mm oraz rolkę taśmy o szerokości 1 cm. Za pomocą nożyka do papieru odciąć dwa patyczki o długości 4 cm i cztery patyczki o długości 1 cm.
- Za pomocą taśmy przymocować dwa patyczki o długości 1 cm do końców patyczka o długości 4 cm (Rycina 1A). Krótkie patyczki powinny być przymocowane po tej samej stronie co długi patyczek.
- Położyć przezroczystą płytkę na płaskiej powierzchni i przymocować do niej dwa zestawy krótkich patyczków (1 cm) za pomocą pistoletu z klejem na gorąco. Należy upewnić się, że drewniane patyczki o długości 4 cm nie stykają się z płytką. Należy pozostawić 2 cm odstępu między długim patyczkiem a płytką, aby unieruchomić myszy (Rycina 1B). Dwa długie patyczki powinny być ustawione równolegle w odległości 6 cm od siebie (Rycina 1C).
Rysunek 1: Montaż i mocowanie patyczków do przezroczystej płyty. (A) Przymocowanie taśmą patyczka o długości 1 cm do obu końców patyczka o długości 4 cm. (B) Użycie kleju na gorąco do połączenia patyczka o długości 1 cm z przezroczystą płytą, przy zachowaniu przerwy o długości 2 cm. (C) Dwa patyczki o długości 4 cm rozmieszczone w odstępie 6 cm. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.
4. Statyczny trening siłowy u myszy
- Odetnij dwa kawałki wełnianej włóczki o długości 15 cm. Używając węzła ślizgowego, przywiąż kawałek włóczki do każdej z górnych kostek myszy (Rysunek 2A).
UWAGA: Lina elastyczna nie pozwala na stabilizację postawy myszy, a sznur konopny może przetrzeć kostki myszy, dlatego zastosowano nieelastyczną, ale miękką włóczkę wełnianą. - Połóż płytę poziomo na stole z patykami skierowanymi do góry. Ostrożnie dociśnij mysz między dwa długie patyki, ustawiając jej głowę i ogon tak, aby znajdowały się w przerwach pod patykami.
- Przeciągnij włóczkę przez otwór na końcu ogona. Następnie wyreguluj włóczkę tak, aby kostki myszy ściśle przylegały do krawędzi patyka.
- Zabeziecz wełnianą włóczkę taśmą (Rysunek 2B). Końcówka włóczki musi zostać unieruchomiona, w przeciwnym razie mysz może wspiąć się po poluzowanej wełnie. Mocno naciągnij wełnę, w przeciwnym razie mysz z łatwością się wyrwie.
- Odwróć przezroczystą płytę. Ustaw dwa pudełka o tej samej wysokości (15-20 cm) po obu stronach przezroczystej płyty. Umieść płytę poziomo na określonej wysokości. Pudełka powinny znajdować się po obu stronach – przy głowie i ogonie myszy. Jeśli wysokość będzie zbyt duża, eksperymentator nie będzie mógł łatwo operować urządzeniem; jeśli będzie zbyt mała, mysz może dotknąć blatu stołu.
- Po odwróceniu płyty mysz wisi do góry nogami. Z powodu odruchu prostowania myszy kurczą brzuch i wyciągają przednie kończyny, aby chwycić tylne kończyny lub patyki. Na tym etapie umieść 20 cm patyk przed myszą i ostrożnie poprowadź go tak, aby mysz chwyciła go przednimi kończynami. Powtarzaj ten proces, aż mysz nabierze wprawy w chwytaniu ruchomego patyka.
- Za pomocą patyka przesuń przednią kończynę myszy w stronę innego, 4 cm patyka znajdującego się na przezroczystej płycie. Stale koryguj kąt nachylenia patyka, aby umożliwić myszom aktywne chwytanie stacjonarnego 4 cm patyka na płycie (Rysunek 2C).
- Powtarzaj poprzedni krok za każdym razem, gdy mysz puści przednią łapę, aż mysz zostanie wyczerpana. Po 30 minutach większość szczurów nie była w stanie unieść górnej części ciała i chwycić patyka przednimi kończynami.
UWAGA: Przed rozpoczęciem interwencji konieczny jest tygodniowy trening habituacji myszy. Początkowy czas treningu wynosi 10 minut dziennie, a następnie powinien być zwiększany o 5 minut każdego dnia, aż do osiągnięcia całkowitego czasu 30 minut na dobę. - Po 30 minutach treningu natychmiast uwolnij mysz i rozwiąż wełnę, aby zapobiec zaczerwienieniu i obrzękowi stóp spowodowanemu długotrwałym wiązaniem.
- Jeśli po treningu na kostkach myszy pojawią się zmiany skórne, należy przerwać trening i zapewnić profesjonalną opiekę weterynaryjną aż do pełnego wyleczenia kostki.
- Niektóre myszy mogą sporadycznie zdołać uwolnić się poprzez intensywne szamotanie się podczas treningu. Myszy szamoczą się, gdy ich tylne nogi nie są stabilnie zamocowane. Aby uniknąć obrażeń podczas takich prób, obserwuj myszy przez cały czas trwania treningu. W przypadku stwierdzenia, że kończyny tylne nie są mocno unieruchomione lub myszy zaczynają się szamotać, poluzuj mysz i zamocuj ją ponownie.
UWAGA: Wcześniejsze eksperymenty wykazały, że wieszanie myszy do góry nogami przez 30 min dziennie, 5 dni w tygodniu, nie powoduje przetarcia kostek, pod warunkiem ich terminowego uwalniania10. Myszy mogą nauczyć się i przyzwyczaić do treningu w ciągu 1-3 sesji.
Rysunek 2Metoda utrwalania u myszy. (A) Zwiąż górną część kostki za pomocą węzła ślizgowego. (BKoniec sznura przekłada się przez szczelinę i mocno naciąga, a następnie mocuje taśmą.C) Statyczny trening siłowy u myszy. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Zgodnie z powyższym protokołem kończyny tylne myszy są unieruchomione, a kończyny przednie autonomicznie chwytają przednią poprzeczkę. Wąski zakres ruchu utrzymuje mysz w stosunkowo stałej pozycji. Skurcz mięśni myszy można potwierdzić, dotykając mięśni brzucha i nóg. Jest to zgodne z wymogiem stanu izometrycznego skurczu mięśni podczas statycznego treningu siłowego. Trenowanie myszy zgodnie z protokołem, wraz ze zwiększaniem czasu treningu, pomoże zwierzętom przystosować się do ćwiczeń, zmniejszając jednocześnie ich ten...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Statyczny trening siłowy może zmniejszyć akumulację tłuszczu, wspomóc utratę wagi i zwiększyć metabolizm8. Ponadto zwiększa ekspresję PGC-1α i biogenezę mitochondriów w komórkach mięśni szkieletowych, co prowadzi do poprawy metabolizmu glukozy u myszy z cukrzycą typu 2, a w konsekwencji do obniżenia poziomu glukozy we krwi11. Aby potwierdzić wpływ i mechanizm treningu statycznego na cukrzycę typu 2, należy opracować odpowiednie urządzenia do przeprowadzania treningu statycz...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy oświadczają, że nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
Ta praca została wsparta przez drugą partię specjalnych projektów naukowo-badawczych Narodowej Bazy Badań Klinicznych Tradycyjnej Medycyny Chińskiej (JDZX2015127, opartej na Szpitalu Prowincjonalnym Medycyny Chińskiej w Anhui).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Tablice akrylowe | Przezroczyste tablice akrylowe o grubości 5mm. Rozmiar powinien być większy niż 20 cm i razy; Pudełka 20 cm | ||
| Dwa pudełka o tej samej wysokości (15 ~ 20 cm) | |||
| Brak specjalnych wymagań | |||
| Kije | Kilka drewnianych patyczków o średnicy 3 mm | ||
| Streptozotocyna | Sigma | S0130 | |
| Brak | specjalnych wymagań | ||
| Transmisyjny mikroskop elektronowy (TEM) | HT7700 | HITACHI |
Bibliografia
- 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).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
