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.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
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.
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.
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.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
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.
2. Działanie aparatury
3. Test wytrzymałościowy
UWAGA: Ten krok przedstawia procedurę testu wytrzymałościowego w celu określenia maksymalnej prędkości pływania (Umax) ryb pręgowanych.
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.
5. Wymiary ciała
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Aparat do ćwiczeń wykazał wysoką skuteczność w regulacji prędkości przepływu. Aby stopniowo zwiększać prędkość pływania, przepływ wody był zwiększany co tydzień dla wszystkich grup, z wyjątkiem grupy SED, w której utrzymano stałą prędkość przepływu 0,06 m/s. Co istotne, aparat zapewniał bardzo wysoki poziom precyzji, umożliwiając regulację prędkości przepływu z dokładnością do 0,001 m/s. Jednak przy niskich prędkościach, takich jak 0,06 m/s, wskaźnik błędu wynosił 30%. Przy wysokich prędkościach, takich jak 0,3 m/s i 0,5...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
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 ko...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
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.
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.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| CPVC Kolano żeńskie 90 stopni do hydrauliki | Tigre | 22150260 | 3/4 cala |
| Drut 24AWG Sky | Cablo Store | Połączenie między komponentami w perforowanej płytce drukowanej (1m) | |
| Rura akrylowa | The Clear Plastic Shop | 41138408 | 3/4 cala |
| Akwarium Zatapialne akwarium | Aqua Tank | 300w | |
| CPVC Pipe | Tigre 10121787 | 3/4 cala | |
| Zasuwa z gwintem wewnętrznym | Tigre | 27950310 | 3/4 cala |
| Zawór wodny kulowy z gwintem wewnętrznym | Tigre | 27940510 | 3/4 cala |
| Rezystor otworowy | BXV | 10 kΩ, 0,25W | |
| t Statyw laboratoryjny z zaciskiem z prętem 30 cali | Masiye Labs | RSC0001 | Obsługuje poziomy ekran LCD rur |
| Eichip | 16 x 2, model JHD162A | ||
| Męski x męski Zworki Dupont | Chyan | Połączenie między arduino a czujnikiem przepływu (30 cm) | |
| Perforowana płytka drukowana jednostronna | KY WIN ROBOT | 5 x 10 cm | |
| Potencjometr | LUSYA | DL-ALPSA01 | 10kΩ |
| Rolka taśmy blokującej wodę | One World | 5603131000 | Aby uniknąć wycieków |
| Wąż silikonowy | Tigre | 14211250 | 2 cm wewnętrzna |
| stacja lutownicza | QHTITEC | EU/US PLUG | System spawania Arduine |
| Szpula drutu lutowniczego | BEEYIHF | I001-A001-Set | Arduine system spawania |
| Gwintowane gniazdo męskie i niegwintowane gniazdo żeńskie Złączka rurowa CPVC | 35447849 | 3/4 cala | |
| Tricaine (MS-222) | Sigma-Aldrich | E10521 | Płyta anestezjologiczna |
| UNO-R3 UNO R3 CH340G+MEGA328P Chip 16Mhz | FSXSEMI | do płytki rozwojowej Arduino UNO R3 | |
| Niegwintowana złączka trójnikowa CPVC, żeńska | 22200267 | 3/4 cala | |
| Niegwintowana żeńska złączka rurowa z gniazdem CPVC | Tigre | 22170260 | 3/4 cala |
| Czujnik przepływu wody model YF-B5 | Siqma Robotics | SQ8659 | 1-25 l/min |
| Sunsun | Model HJ-2041, 3000L/h, 65W | ||
| Zbiornik na wodę | Custom | 30 L |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.