Artykuł metodologiczny

Indukowany pływaniem przyrząd do ćwiczeń danio pręgowanego do wszechstronnego podejścia do treningu

2K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/66382

⸱

18 października 2024

 ,  ,  , 
1Exercise Genetics and Metabolism Laboratory, Molecular Biology Program, Department of Biophysics, Federal University of São Paulo, 2Exercise Genetics and Metabolism Laboratory, Nephrology Program, Department of Biophysics, University Federal of Sao Paulo

W tym artykule

Podsumowanie

Aparatura do ćwiczeń przeznaczona dla ryb, które mają mniej szczęścia, ułatwia realizację różnych protokołów ćwiczeń o różnej intensywności poprzez manipulowanie prędkością przepływu wody, osiągalną poprzez reotaksję.

Streszczenie

Aby kompleksowo zbadać wpływ ćwiczeń na zdrowie i choroby, kluczową rolę odgrywają modele zwierzęce. Danio pręgowany, szeroko stosowany organizm modelowy kręgowców, stanowi unikalną platformę do takich badań. Badania te doprowadziły do opracowania opłacalnej aparatury dostosowanej do badań nad ćwiczeniami danio pręgowanego z wykorzystaniem łatwo dostępnych materiałów. Urządzenie opiera się na zasadach tunelu pływackiego i obejmuje sieć rur i zaworów połączonych z pompą głębinową. Przepływ wody jest skrupulatnie monitorowany przez czujnik i regulowany za pomocą zaworów. Aby ocenić skuteczność aparatu, wdrożono dwa protokoły treningowe: trening ciągły o umiarkowanej intensywności (MICT) oraz trening interwałowy o wysokiej intensywności (HIIT). Ryby były trenowane zbiorowo, a ich sprawność pływacka była oceniana za pomocą testu wytrzymałościowego. Oba protokoły treningowe doprowadziły do poprawy wyników pływania po 30 dniach treningu i wywołały zmiany w odpowiedzi molekularnej na ćwiczenia w porównaniu z grupą kontrolną prowadzącą siedzący tryb życia. Warto zauważyć, że HIIT wykazał wyższą skuteczność niż MICT. System szkolenia danio pręgowanego okazał się cennym narzędziem do badań nad fizjologią wysiłku fizycznego i przyczynia się do dalszego rozwoju użyteczności modelu danio pręgowanego w tej dziedzinie.

Wprowadzenie

Ćwiczenia fizyczne obejmują wszelkie ruchy ciała wykonywane przez mięśnie szkieletowe, które powodują zwiększony wydatek energetyczny, przy czym ćwiczenia są ustrukturyzowanym i powtarzalnym podzbiorem aktywności fizycznej1. Ćwiczenia, wieloczynnikowa i opłacalna aktywność angażująca całe ciało, przynoszą liczne korzyści zdrowotne, takie jak zapobieganie zespołowi metabolicznemu i sarkopenii2. W związku z tym dziedzina fizjologii wysiłku fizycznego cieszy się dużym zainteresowaniem, ponieważ stara się wyjaśnić, w jaki sposób organizm przystosowuje się do ostrego stresu związanego z ćwiczeniami, przewlekłego stresu związanego z treningiem fizycznym oraz ogólnego wpływu ćwiczeń na zdrowie1.

Prowadzenie badań nad fizjologią ćwiczeń u ludzi może być zarówno kosztowne, jak i czasochłonne ze względu na wyzwania związane z projektowaniem eksperymentów i monitorowaniem uczestników3. Dlatego stosowanie modeli zwierzęcych w warunkach laboratoryjnych jest wysoce zalecane ze względu na ich jednorodność genetyczną i fizjologiczną. Co więcej, w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych zwierzęta zazwyczaj prowadzą siedzący tryb życia i regulują spożycie pokarmu4. Wśród modeli zwierzęcych gryzonie były najczęściej wykorzystywane w badaniach obejmujących ćwiczenia fizyczne1. Jednak danio pręgowany (Danio rerio; Hamilton, 1822) jest modelem uzupełniającym mysi i inne gatunki do badań nad ćwiczeniami5,6,7,8.

W badaniach nad danio pręgowanymi, ćwiczenia fizyczne mogą być prowadzone za pomocą dostępnych na rynku lub specjalnie zbudowanych tuneli pływackich. Wśród dostępnych na rynku opcji, najczęściej wykorzystywany jest tunel typu Blazka, opracowany przez System Loligo7,9,10. System ten indukuje wymuszone pływanie przez napędową sprzężoną z silnikiem elektrycznym, generując ciągły przepływ wody w tunelu. Ta zdolność do pływania jest zakorzeniona w zasadzie reotaksji, wrodzonego zachowania ryb, które zmusza je do pływania pod prąd wody i utrzymywania swojej pozycji11. Reotaxis umożliwia pomiar krytycznej prędkości pływania (Ucrit), reprezentującej maksymalną prędkość, jaką ryba może utrzymać przez określony czas. Warto jednak zauważyć, że ten sprzęt, choć cenny do oceny zachowania podczas pływania i zużycia tlenu, wiąże się ze znacznym kosztem12.

Badacze opracowali alternatywne urządzenie do ćwiczeń z danio pręgowanym, często oparte na mechanizmie typu Blazka10,13,14 lub prostsze mechanizmy8,15,16. Niemniej jednak metody te mogą być ograniczone przez wymagania techniczne protokołu, w tym wydłużony czas trwania, znaczne wydatki na sprzęt oraz ograniczenia przepustowości i precyzji. W związku z tym głównym celem badania było zaprojektowanie przystępnego cenowo i przyjaznego dla użytkownika systemu ćwiczeń zebry przy użyciu łatwo dostępnych materiałów, zapewniając nowe alternatywne urządzenie do ćwiczeń fizycznych u ryb. Drugorzędnym celem było wdrożenie zarówno aerobowych, jak i beztlenowych reżimów ćwiczeń u danio pręgowanego, co przyczyniło się do dalszego rozwoju wykorzystania modelu danio pręgowanego jako strategii interwencyjnej w badaniach nad ćwiczeniami.

Protokół

Procedury otrzymały uprzednią zgodę Komisji ds. Etyki Użytkowania Zwierząt Uniwersytetu Federalnego w São Paulo (CEUA/UNIFESP nr 9206260521). W badaniach wykorzystano wyłącznie dorosłe samice Danio rerio typu dzikiego w wieku 6 miesięcy i wadze 2,5-3 g. Sprzęt i odczynniki potrzebne do badania są wymienione w Tabeli Materiałów.

1. Aparatura do ćwiczeń danio pręgowanego wykonana na zamówienie

UWAGA: Przyrząd do ćwiczeń został zbudowany na zamówienie. Aby uzyskać szczegółowe informacje, zobacz Rysunek 1, Tabela uzupełniająca 1, Plik uzupełniający 1 i Plik uzupełniający 2.

  1. Umieść pompę głębinową (N) w zbiorniku na wodę (O) (≥30 l). Upewnij się, że woda spełnia następujące warunki: pH 7,2 ± 0,5 i 400 ± 50 μS, 28 ± 1 °C.
  2. Płynąca Tabela Uzupełniająca 1 i Rysunek 1, połącz rurę (I) z trójnikiem (B) i przymocuj małą rurę (G) z boku B. Od G ustanów połączenia z zaworem kulowym (F), następnie z innym G, a następnie z kolankiem rurowym (A) i I, kończąc w ten sposób segment odpowiedzialny za regulację ciśnienia wody w systemie. Regulacja ta odbywa się poprzez przepływ powrotny do zbiornika wody (O).
  3. W alternatywnej sekcji B połącz go z rurą (J), a następnie połączeniami z A i G. Wykorzystaj złączkę rurową kielichową (D), aby podłączyć zawór zasuwy (E) do G.
  4. Zintegruj port wejściowy dla ryb z systemem, podłączając B do G na jednym końcu i podłączając drugi G na drugim końcu. Następnie podłącz złączkę rury kielichowej (C) do tego drugiego G, ustanawiając sekwencję, która łączy się z rurą akrylową (K), co ma kluczowe znaczenie dla wizualizacji zachowania podczas pływania.
    1. Aby połączyć K z czujnikiem przepływu wody (M), użyj rur C, G i D. Kontynuuj łączenie M do G za pomocą D, a następnie zintegruj A, G i H, aby ułatwić powrót wody do zbiornika.
      UWAGA: Włóż moskitierę w krótkim segmencie rury między zasuwą a zaworem kulowym (F2), aby uniemożliwić rybom dostęp do innych sekcji urządzenia. Zawór kulowy (F) służy dwóm celom. Pierwszy zawór kulowy (F1) steruje przepływem wody powracającej do zbiornika przed wejściem do pozostałej części aparatu, działając jako zawór regulacji ciśnienia w układzie. Zawór kulowy (F2) jest punktem wejścia i wyjścia dla danio pręgowanego w systemie.
  5. Zamocuj czujnik przepływu wody za rurą akrylową.
    UWAGA: Czujnik przepływu należy podłączyć do wyświetlacza LCD i zaprogramować za pomocą Arduino (Rysunek 1). Szczegóły konfiguracji Arduino znajdują się w pliku uzupełniającym 2.

2. Działanie aparatury

  1. Aby bezpiecznie wprowadzić rybę do systemu, konieczne jest przerwanie przepływu wody. Aby to osiągnąć, zamknij zasuwę (E), pozostawiając otwarty zawór kulowy (F1). Następnie otwórz zawór kulowy (F2), który służy jako wejście do systemu, delikatnie wprowadź rybę i natychmiast zamknij zawór F2. Na koniec otwórz zawór E, aby napełnić obszar ćwiczeń wodą.
  2. Użyj zaworu kulowego, aby kontrolować prędkość przepływu, kierując wodę z powrotem do zbiornika w razie potrzeby.
  3. Wykorzystaj zasuwę (F2) do precyzyjnej regulacji przepływu i zarządzania dostępem ryb.
  4. Aby usunąć rybę po zakończeniu badania, zamknąć zawór (E) po spełnieniu kryteriów wyczerpania. Następnie otwórz zawór F i obróć go o 180° względem osi rurki akrylowej; Ułatwi to odpływ wody, niosąc ze sobą wyczerpane ryby.
  5. Wykonaj monitorowanie przepływu.
    UWAGA: Konieczne jest monitorowanie prędkości przepływu wody przez system, który zawiera Arduino Nano, ekran LCD 16 x 2, rezystor przewlekany 10 kΩ, 0,25 W i potencjometr 10 kΩ. Czujnik przepływu w sposób ciągły monitoruje prędkość przepływu wody w oparciu o technologię efektu Halla17. Każdy impuls prądu odpowiada jednemu obrotowi flopera czujnika, co daje częstotliwość (Hz) 6,6 x Q (natężenie przepływu w l/min).
    1. Podłącz odpowiednie przewody czujnika przepływu do pinów 5 V, GND i D2 Arduino Nano (tabela uzupełniająca 1). Załaduj dostarczony szkic (plik uzupełniający 1) do Arduino za pomocą Arduino IDE. Zasilanie systemu przez port USB Arduino.
      UWAGA: Pomiary przepływu są wyświetlane na ekranie LCD 16 x 2. Kalibracja czujnika przepływu wody jest przedstawiona na rysunku Rysunek 2. Schematy połączeń Arduino z wyświetlaczem LCD są zilustrowane na Rysunek 3.

3. Test wytrzymałościowy

UWAGA: Ten krok przedstawia procedurę testu wytrzymałościowego w celu określenia maksymalnej prędkości pływania (Umax) ryb pręgowanych.

  1. Po pierwsze, pozwól rybom przystosować się przez 60 minut dziennie do niskiej prędkości przepływu wody (0,06 m/s) w tunelu pływackim przez dwa tygodnie.
    UWAGA: Po 24-godzinnym okresie kondycjonowania wstępnego poszczególne danio pręgowane zostaną poddane długotrwałemu testowi sprawności pływania. Celem tego testu jest ustalenie Umax każdej ryby.
  2. Umieść danio pręgowanego pojedynczo w aparacie.
  3. Warunki badania: Ustawić rybę pod prąd wody z prędkością początkową 0,06 m/s przez 10 minut.
  4. Przyrosty prędkości: Zwiększaj przepływ wody w dyskretnych etapach, przy czym przyrosty prędkości wynoszą 0,02 m/s co minutę przez 40-50 minut.
  5. Oznaczanie Umax: Oblicza maksymalną prędkość pływania (Umax), gdy ryby spełniają kryteria wyczerpania.
    UWAGA: Wyczerpanie definiuje się, gdy zaobserwowana zostanie pierwsza z następujących sytuacji: (1) Niezdolność do utrzymania pozycji w stosunku do przepływu wody przez więcej niż trzy przypadki lub (2) Niezdolność do utrzymania pozycji dłużej niż 5 s.
  6. Zamknąć zawór (E) po spełnieniu kryteriów wyczerpania. Następnie otwórz zawór F i obróć go o 180° względem osi rurki akrylowej. Ułatwi to odpływ wody, przenosząc wyczerpane ryby.

4. Grupy ćwiczeń i procedura

UWAGA: Aby ustalić odrębne protokoły ćwiczeń, konieczne jest włączenie grupy prowadzącej siedzący tryb życia wystawionej na identyczne warunki eksperymentalne, aby porównać efekty protokołów ćwiczeń, aczkolwiek bez wykonywania ćwiczeń o wysokiej intensywności. Konieczne jest również ustalenie Umax, ponieważ frakcje wartości Umax są niezbędne do określenia intensywności protokołów ćwiczeń.

  1. Grupa prowadząca siedzący tryb życia (SED): Poddaj ryby przymusowemu pływaniu pod prąd wody z prędkością 0,06 m/s przez 60 min.
    UWAGA: Aparat generuje ciągły przepływ wody, zmuszając ryby do pływania pod prąd w oparciu o zasadę reotaksji11.
  2. Grupa Treningu Ciągłego o Umiarkowanej Intensywności (MICT): Poddaj ryby wymuszonemu pływaniu pod prąd wody przy 60% Umax, jak określono w teście maksymalnej wydajności, przez 35 min.
    UWAGA: Ten protokół został zaadaptowany z Húngaro et al.18. W ciągu pierwszych 10 minut ryby aklimatyzowały się do tej samej prędkości, co grupa prowadząca siedzący tryb życia (0,05 m/s).
  3. Grupa treningu interwałowego o wysokiej intensywności (HIIT): Poddaj ryby wymuszonemu pływaniu naprzemiennie z prędkością pływania: 2 minuty przy 90% Umax, a następnie 2 minuty przy 30% Umax, powtarzane przez 18 minut (9 cykli). Ten protokół został zaadaptowany z Marcinko et al.19.
    UWAGA: W ciągu pierwszych 10 minut okresu ćwiczeń konieczne jest przyzwyczajenie ryb do tej samej prędkości, co grupa prowadząca siedzący tryb życia (0,06 m/s).
  4. Wdrażaj wszystkie protokoły ćwiczeń przez 5 dni w tygodniu przez okres czterech tygodni.
    UWAGA: Ryby powinny być trzymane w akwariach, które zapewniają odpowiednie warunki i powinny być wprowadzane do aparatury do ćwiczeń tylko w wyznaczonych okresach ćwiczeń. Ryby powinny być zaopatrywane w pokarm z płatkami ryb tropikalnych trzy razy dziennie, a woda w akwariach pielęgnacyjnych powinna być częściowo zmieniana co 2 dni.
  5. Powtórz test wytrzymałości pod koniec każdego tygodnia, z danymi dotyczącymi opóźnienia i prędkości w punkcie zmęczenia jako wskaźnikami parametrów kondycji fizycznej.
  6. Aby wywołać efekty przetrenowania, zwiększaj prędkość przepływu wody co tydzień w oparciu o wyniki testu wytrzymałościowego przeprowadzanego po każdym 4-dniowym cyklu treningowym. Czas trwania treningu musi być dostosowany do przebytego dystansu (prędkości × czasu), a czas ten powinien być spójny między ćwiczonymi grupami.
  7. Dostosuj czas pływania w odpowiedzi na zwiększony przepływ wody, standaryzując w ten sposób obciążenie treningowe we wszystkich ćwiczonych grupach.

5. Wymiary ciała

  1. Znieczulij rybę 0,0075% trikainą (w/v) przez zanurzenie w celu przeprowadzenia pomiarów ciała (waga i rozmiar)20.
  2. Sfotografuj i zważ rybę, aby określić wymiary ciała za pomocą oprogramowania ImageJ.
  3. Wyraź dane za pomocą wskaźników kondycji ciała (waga [g]/standardowa długość [mm]2; BMI) i ocena kondycji ciała (BCS)20.
  4. Aby wyeliminować różnice w wielkości i wadze spowodowane tworzeniem się jaj, poddaj ryby standardowemu badaniu breeding20, a następnie pomiarom i ważeniu.

Wyniki

Aparat do ćwiczeń wykazał wyjątkową skuteczność w regulacji prędkości przepływu. Aby stopniowo zwiększać prędkość pływania, przepływ wody był zwiększany przyrostowo każdego tygodnia dla wszystkich grup, z wyjątkiem grupy SED, w której utrzymano stałą prędkość przepływu 0.06 m/s. Co istotne, aparat zapewnił niezwykle wysoki poziom precyzji, umożliwiając regulację prędkości przepływu z dokładnością do 0.001 m/s. Jednakże przy niskich prędkościach, takich jak 0.06 m/s, stopień błędu wynosił 30%. Przy wysokich prędkościach, takich jak 0.3 m/s i 0.5 m/s, stopień błędu wynosił 3%-4% (Rysunek 2). Maksymalna prędkość osiągnięta podczas treningu w ostatniej próbie wytrzymałościowej wyniosła 0.4 m/s w grupie SED, 0.44 m/s w grupie MICT oraz 0.49 m/s w grupie HIIT.

Wydolność fizyczną danio pręgowanych oceniano co tydzień, wyznaczając Umax w teście wytrzymałościowym. Wyniki wykazały znaczną poprawę wydolności fizycznej u ryb poddanych treningom MICT i HIIT w porównaniu z grupą SED (Rysunek 4). Zarówno w grupie MICT, jak i HIIT, pokonano ten sam dystans podczas treningu; jednak w grupie HIIT odnotowano szybką poprawę, z istotnym wzrostem Umax już po dwóch tygodniach (p = 0,0003). W okresie treningowym grupa HIIT wykazywała stałą, 10-procentową poprawę w każdym tygodniu, co przełożyło się na całkowity wzrost wydolności o około 30%. Z kolei trening MICT prowadził do bardziej stopniowych postępów, przy czym zauważalny wzrost Umax o ok. 10% odnotowano dopiero w trzecim tygodniu treningu, po czym w kolejnym tygodniu nie zaobserwowano dalszej poprawy (p = 0,0024). Wyniki te podkreślają odmienne efekty protokołów treningowych HIIT i MICT w odniesieniu do wydolności fizycznej danio pręgowanych.

figure-results-1
Rysunek 1Konstrukcja aparatury. (A) Schematy aparatury do pływania. Niebieskie strzałki wskazują kierunek przepływu wody. Przedstawiono odpowiednie długości rur. Litery oznaczają poszczególne elementy aparatury opisane w Tabela uzupełniająca 1. (B) Fotografia aparatury. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

figure-results-2
Rysunek 2: Kalibracja czujnika przepływu wody poprzez pomiar czasu wymaganego dla przepływu 0,5 L. SEM wynosiła 0,277 w grupie 0,06 m/s, 0,123 w grupie 0,3 m/s oraz 0,109 w grupie 0,5 m/s. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

figure-results-3
Rysunek 3: Schematy połączeń Arduino z wyświetlaczem LCD. Odpowiednie przewody czujnika należy podłączyć lub przylutować między pinem D2 Arduino a rezystorem 10 kΩ (przewód sygnałowy), masą (Ground) Arduino (przewód czarny) oraz zasilaniem 5 V Arduino (przewód czerwony). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

figure-results-4
Rycina 4: Wydajność pływania wyrażona jako maksymalna prędkość pływania (Umax). a, b i c oznaczają różnice statystyczne między tygodniowymi szacunkami zdolności pływania w obrębie każdej grupy. *Oznacza różnicę między grupami, porównanie z wykorzystaniem dwuczynnikowej analizy wariancji (test posthoc Tukeya). *p = 0.01; **p = 0.001; ***p = 0.0001. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.

figure-results-5
Rycina 5: Pomiary morfologiczne. (A) Wskaźniki kondycji ciała (masa [g] / długość standardowa [mm]2; BMI). (B) Reprezentatywny obraz pomiaru ciała. (C) Ocena kondycji ciała (BCS). Słupek błędu odpowiada zakresowi od 0,026 do 0,045 dla BMI oraz od 0,4 do 0,96 dla BCS. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Tabela uzupełniająca 1: Materiały i instrukcja montażu aparatury do ćwiczeń dla danio pręgowanego. Tabela zawiera litery odpowiadające kolejności montażu przedstawionej na rysunku. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Plik uzupełniający 1: Adnotowany szkic Arduino do pomiaru prędkości wody. Komentarze do każdej linii kodu zostały zamieszczone po podwójnym ukośniku. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Plik uzupełniający 2: Plik Arduino, zawierający szczegóły konfiguracji. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Dyskusja

W ramach tego badania opracowano innowacyjny, ekonomiczny system ćwiczeń, zainspirowany respirometrem tunelu pływackiego firmy Loligo Systems21 oraz systemem koryt22 do kompleksowego badania wydajności pływania danio pręgowanego. Umax wyznaczano poprzez systematyczne zwiększanie przepływu wody w dyskretnych etapach, przy czym przyrosty prędkości następowały w krótkich odstępach czasu (20-30 min), aż do osiągnięcia przez rybę wyczerpania, które charakteryzowało się trzema kolejnymi zmęczeniami lub niemożnością pokonania prądu w tunelu pływackim. Ustalenia te odegrały zasadniczą rolę w projektowaniu dwóch protokołów ćwiczeń (MICT i HIIT). W przeciwieństwie do protokołów obejmujących stosunkowo długi czas trwania etapu (od jednej do kilku godzin), prędkość przepływu wody w momencie wyczerpania jest znana jako krytyczna prędkość pływania (Ucri)12. Wartości Umax obliczone przy użyciu systemu ćwiczeń mieściły się w zakresie obserwowanym w innych badaniach7, co potwierdza skuteczność tego tunelowego aparatu pływackiego do oceny sprawności fizycznej danio pręgowanego. Co więcej, to kompaktowe urządzenie posiada wszechstronność, aby objąć całe spektrum prędkości przepływu wody, ułatwiając dostosowanie stosowanych protokołów treningowych.

W tym rozwoju aparatury możliwe jest tworzenie różnych protokołów ćwiczeń, kontrolując tylko prędkość przepływu wody. Dokładny pomiar prędkości przepływu wody stanowił wyzwanie przy niskich prędkościach, co skutkowało około 30% poziomem błędu. Niemniej jednak precyzja poprawiła się przy średnich i wysokich prędkościach, zbliżając się do Umax, z bardziej wiarygodnym pomiarem prędkości i zmniejszonym wskaźnikiem błędów o 3%-4%. W związku z tym zidentyfikowano ograniczenie precyzji urządzenia przy niskich prędkościach. Pomimo tego ograniczenia badanie wykazało, że nawet przy wahaniach prędkości o 0,02 m/s nie zaobserwowano istotnego wpływu na wydolność fizyczną grupy SED podczas treningu. Sugeruje to, że różnice w treningu o niskiej intensywności mogą nie wywierać znaczącego wpływu na wydolność fizyczną, przynajmniej w modelu przedstawionym w tym badaniu. Kolejnym ograniczeniem proponowanej aparatury jest brak czujnika tlenu, co uniemożliwia pomiar zużycia tlenu.

Wcześniejsze badania wykazały znaczną rozbieżność w prędkości pływania między dorosłymi samcami i samicami danio pręgowanego, z sugerowanymi atrybucjami obejmującymi różnice morfologiczne, takie jak zwiększony obwód ciężarnych samic, oraz różnice fizjologiczne, takie jak zmniejszona moc wyjściowa mięśni u ryb grawitacyjnych 5,23,24. W tym badaniu poddano wyłącznie samice danio pręgowanego reżimowi treningowemu, przyznając, że samice te przeszły trzy cykle rozrodcze przed, w trakcie i po treningu, konsekwentnie poprzedzając pomiary ciała. To strategiczne podejście skutecznie złagodziło różnice w ciele osób płci interseksualnej. Co więcej, badanie to nie wykazało zauważalnych różnic w parametrach ciała między grupami treningowymi (ryc. 5) ani podczas porównywania warunków przed- i potreningowych u kobiet. Chociaż nie było kontroli nad zmiennością wieku wśród osobników, jest dobrze udokumentowane, że wydajność pływania i zapotrzebowanie na energię lokomocji mogą ulegać znacznym wahaniom w całym cyklu życia z powodu ontogenezy, reprodukcji i starzenia się 25,26,27. Pomimo potencjalnych różnic wieku w każdej grupie, wszystkie zwierzęta zostały skrupulatnie pogrupowane na podstawie wielkości, masy ciała i spójnego stadium dojrzałości płciowej. Warto zauważyć, że nie zaobserwowano statystycznie istotnych różnic między grupami przed rozpoczęciem reżimu ćwiczeń. W związku z tym postulowano, że zaobserwowane zwiększenie zdolności pływackiej można z całą pewnością przypisać wyłącznie zastosowanym protokołom ćwiczeń.

Badanie to miało na celu ocenę skuteczności systemu ćwiczeń poprzez wdrożenie dwóch odrębnych protokołów ćwiczeń. Podczas gdy MICT obejmuje ciągły, ciągły schemat ćwiczeń, HIIT obejmuje krótkie serie ćwiczeń o maksymalnej intensywności, po których następują krótkie, mniej intensywne okresy regeneracji. Oba protokoły zostały skrupulatnie dostosowane, aby zapewnić równoważne obciążenia treningowe przez cały okres treningu bez wywoływania wyczerpania. Grupa SED przechodziła ten sam test wytrzymałościowy raz w tygodniu przez cztery tygodnie, podobnie jak inne grupy ćwiczące, ale wykazała minimalną poprawę wydajności. Trening wytrzymałościowy jest uznawany za zwiększający pojemność minutową serca, maksymalne zużycie tlenu i biogenezę mitochondriów28; Jednak tygodniowa częstotliwość ćwiczeń okazała się niewystarczająca, aby wywołać znaczące zmiany w wynikach pływackich. Kiedy danio pręgowany poddano treningowi MICT, po trzecim tygodniu treningu zaobserwowano godną uwagi poprawę wydajności pływania. W kolejnym tygodniu nie nastąpiła jednak dalsza poprawa. MICT polega na tym, że osoby utrzymują submaksymalne obciążenie robocze przez dłuższy czas, co wymaga wyższej niż przeciętna mocy wyjściowej22. Przede wszystkim grupa HIIT wykazała najbardziej znaczącą poprawę, ze znacznym wzrostem wydajności widocznym już po dwóch tygodniach treningu, utrzymującym się do czwartego tygodnia. Chociaż jest dobrze udokumentowane, że krótkie ćwiczenia o wysokiej intensywności prowadzą do adaptacji wytrzymałościowej, specyficzny rodzaj ćwiczeń odpowiedzialny za wywoływanie fenotypowych zmian mięśniowych pozostaje tematem trwających badań28.

Oświadczenia

Konieczne jest wyjaśnienie, że nie ma żadnych konkurencyjnych interesów finansowych związanych z badaniami przedstawionymi w tym manuskrypcie. Nie nawiązano żadnych partnerstw finansowych ani powiązań z organizacjami lub podmiotami, które mogłyby potencjalnie wpłynąć na wyniki tych prac lub je zniekształcić. To stwierdzenie służy jako zapewnienie, że proces badawczy był prosty i uczciwy, bez konfliktów finansowych wpływających na wyniki. Prezentacja tej pracy jest motywowana prawdziwą pasją do tematu, napędzaną wyłącznie miłością do środowiska akademickiego i dążeniem do zdobycia wiedzy naukowej.

Podziękowania

Wdzięczność kierujemy do dr Omara Mertinsa za hojne udostępnienie laboratorium w celu utrzymania ryb i przeprowadzenia testów. Ponadto podziękowania otrzymują FAPESP (numery procesów 2020/12084-8 i 2021/14313-7), CNPq (numer procesu 151756/2022-8) i CAPES za przyznanie stypendiów na wsparcie tych badań.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
CPVC Kolano żeńskie 90 stopni do hydraulikiTigre221502603/4 cala 
Drut 24AWG SkyCablo StorePołączenie między komponentami w perforowanej płytce drukowanej (1m)
Rura akrylowaThe Clear Plastic Shop411384083/4 cala 
Akwarium Zatapialne akwariumAqua Tank300w
CPVC PipeTigre 101217873/4 cala 
Zasuwa z gwintem wewnętrznymTigre279503103/4 cala 
Zawór wodny kulowy z gwintem wewnętrznymTigre279405103/4 cala 
Rezystor otworowyBXV10 kΩ, 0,25W
t Statyw laboratoryjny z zaciskiem z prętem 30 cali Masiye LabsRSC0001Obsługuje poziomy ekran LCD rur
 Eichip16 x 2, model JHD162A
Męski x męski Zworki DupontChyanPołączenie między arduino a czujnikiem przepływu (30 cm)
Perforowana płytka drukowana jednostronnaKY WIN ROBOT5 x 10 cm
PotencjometrLUSYADL-ALPSA0110kΩ
Rolka taśmy blokującej wodęOne World5603131000Aby uniknąć wycieków
Wąż silikonowyTigre142112502 cm wewnętrzna
stacja lutowniczaQHTITECEU/US PLUGSystem spawania Arduine 
Szpula drutu lutowniczegoBEEYIHFI001-A001-SetArduine system spawania 
Gwintowane gniazdo męskie i niegwintowane gniazdo żeńskie Złączka rurowa CPVC354478493/4 cala 
Tricaine (MS-222)Sigma-AldrichE10521Płyta anestezjologiczna
UNO-R3 UNO R3 CH340G+MEGA328P Chip 16Mhz FSXSEMIdo płytki rozwojowej Arduino UNO R3
Niegwintowana złączka trójnikowa CPVC, żeńska222002673/4 cala 
Niegwintowana żeńska złączka rurowa z gniazdem CPVCTigre221702603/4 cala 
Czujnik przepływu wody  model YF-B5 Siqma RoboticsSQ86591-25 l/min
 SunsunModel HJ-2041, 3000L/h, 65W
Zbiornik na wodęCustom30 L
Pompa wodna

Bibliografia

  1. Seo, D. Y., et al. Humanized animal exercise model for clinical implication. Pflugers Arch Eur. J Physiol. 466 (9), 1673-1687 (2014).
  2. Nylén, E. S., Gandhi, S. M., Lakshman, R. Cardiorespiratory fitness, physical activity, and metabolic syndrome. Cardiorespiratory Fitness in Cardiometabolic Diseases: Prev. & Manag. in Clin. Pract. , Springer. 207-215 (2019).
  3. Cholewa, J., et al. Basic models modeling resistance training: an update for basic scientists interested in study skeletal muscle hypertrophy. J Cell Physiol. 229 (9), 1148-1156 (2014).
  4. Martin, B., Ji, S., Maudsley, S., Mattson, M. P. 34;Control" laboratory rodents are metabolically morbid: Why it matters. Proc Natl Acad Sci USA. 107 (14), 6127-6133 (2010).
  5. Palstra, A. P., et al. Swimming-induced exercise promotes hypertrophy and vascularization of fast skeletal muscle fibres and activation of myogenic and angiogenic transcriptional programs in adult zebrafish. BMC Genomics. 15 (1), 1-20 (2014).
  6. Blazina, A. R., Vianna, M. R., Lara, D. R. The spinning task: A new protocol to easily assess motor coordination and resistance in zebrafish. Zebrafish. 10 (4), 480-485 (2013).
  7. Gilbert, M. J. H., Zerulla, T. C., Tierney, K. B. Zebrafish (Danio rerio) as a model for the study of aging and exercise: Physical ability and trainability decrease with age. Exp Gerontol. 50, 106-113 (2014).
  8. Usui, T., et al. The French press: A repeatable and high-throughput approach to exercising zebrafish (Danio rerio). Peer J. 2018 (1), 1-12 (2018).
  9. Tierney, K. B. Swimming performance assessment in fishes. J. Vis. Exp. (51), e2572(2011).
  10. Palstra, A. P., et al. Establishing zebrafish as a novel exercise model: Swimming economy, swimming-enhanced growth and muscle growth marker gene expression. PLoS One. 5 (12), e0014483(2010).
  11. Arnold, G. P. Rheotropism in fishes. Biol Rev Camb Philos Soc. 49 (4), 515-576 (1974).
  12. Messerli, M., et al. Adaptation mechanism of the adult zebrafish respiratory organ to endurance training. PLoS One. 15 (2), 1-20 (2020).
  13. Bek, J. W., De Clercq, A., Coucke, P. J., Willaert, A. The ZE-tunnel: An affordable, easy-to-assemble, and user-friendly benchtop zebrafish swim tunnel. Zebrafish. 18 (1), 29-41 (2021).
  14. Lucon-Xiccato, T., et al. An automated low-cost swim tunnel for measuring swimming performance in fish. Zebrafish. 18 (3), 231-234 (2021).
  15. Blazina, A. R., Vianna, M. R., Lara, D. R. The spinning task: A new protocol to easily assess motor coordination and resistance in zebrafish. Zebrafish. 10 (4), 480-485 (2013).
  16. Depasquale, C., Leri, J. The influence of exercise on anxiety-like behavior in zebrafish (Danio rerio). Behav Processes. 157, 638-644 (2018).
  17. Karsenty, A. A comprehensive review of integrated hall effects in macro-, micro-, nanoscales, and quantum devices. Sensors. 20 (15), Basel, Switzerland. 4163(2020).
  18. Húngaro, T. G. R., et al. Physical exercise exacerbates acute kidney injury induced by LPS via toll-like receptor 4. Front Physiol. 11, 1-13 (2020).
  19. Marcinko, K., et al. High intensity interval training improves liver and adipose tissue insulin sensitivity. Mol Metab. 4 (12), 903-915 (2015).
  20. Chen, W., Ge, W. Gonad differentiation and puberty onset in the zebrafish: Evidence for the dependence of puberty onset on body growth but not age in females. Mol Reprod Develop. 80 (5), 384-392 (2013).
  21. Conradsen, C., Walker, J. A., Perna, C., McGuigan, K. Repeatability of locomotor performance and morphology-locomotor performance relationships. J Exp Biol. 219 (18), 2888-2897 (2016).
  22. Widrick, J. J., et al. An open source microcontroller based flume for evaluating swimming performance of larval, juvenile, and adult zebrafish. PLoS ONE. 13 (6), 1-14 (2018).
  23. Gilbert, M. J. H., Zerulla, T. C., Tierney, K. B. Zebrafish (Danio rerio) as a model for the study of aging and exercise: Physical ability and trainability decrease with age. Exp Gerontol. 50 (1), 106-113 (2013).
  24. Hammer, C. Fatigue and exercise tests with fish. Exp Gerontol. 112 (1), 1-20 (1995).
  25. Takahiro Hasumura, S. M. Exercise quantity-dependent muscle hypertrophy in adult zebrafish (Danio rerio). J Comp Physiol B. 186, 603-614 (2016).
  26. Wang, L., et al. Effect of aerobic exercise as a treatment on type 2 diabetes mellitus with depression-like behavior zebrafish. Life Sciences. 300, 120578(2022).
  27. Conradsen, C., McGuigan, K. Sexually dimorphic morphology and swimming performance relationships in wild-type zebrafish Danio rerio. J Fish Bio. 87 (5), 1219-1233 (2015).
  28. Hughes, D. C., Ellefsen, S., Baar, K. Adaptations to endurance and strength training. Cold Spring Harb Perspect Med. 8 (6), 1-18 (2018).

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Tunel do p ywaniatrening interwa owy o wysokiej intensywno citrening ci g y o umiarkowanej intensywno ciwydajno p ywaniafizjologia wysi kuregulacja przep ywu wodytest wytrzyma o ciowyprotoko y treningu fizycznegomodel zwierz cy

Powiązane artykuły