Artykuł metodologiczny

Protokół ćwiczeń pływackich i metody pielęgnacji ciężarnych szczurów

DOI:

10.3791/66577

⸱

5 kwietnia 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

W tym artykule

Podsumowanie

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

Tutaj prezentujemy protokół opisujący metody hodowli szczurów, procedury treningu pływackiego oraz protokoły opieki nad ciężarnymi szczurami po treningu. Protokół ten zapewnia model zwierzęcy do badania wpływu ćwiczeń matki w czasie ciąży na potomstwo i ich podstawowe mechanizmy.

Streszczenie

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

Koncepcja rozwojowego pochodzenia zdrowia i choroby podkreśla wpływ wczesnych środowisk na przewlekłe choroby niezakaźne, takie jak cukrzyca, choroby układu krążenia i nowotwory. Badania z wykorzystaniem modeli zwierzęcych sprawdzały, w jaki sposób czynniki matczyne, takie jak niedożywienie, przeżywienie, otyłość i narażenie na chemikalia lub niedotlenienie, wpływają na rozwój płodu i zdrowie potomstwa, prowadząc do problemów, takich jak niska masa urodzeniowa, wysokie ciśnienie krwi, dyslipidemia i insulinooporność. Biorąc pod uwagę rosnące rozpowszechnienie nadwagi i otyłości wśród kobiet w wieku rozrodczym, kluczowe znaczenie mają skuteczne interwencje. Ćwiczenia matki w czasie ciąży stały się kluczową interwencją, przynoszącą korzyści zarówno matce, jak i potomstwu oraz zmniejszającą ryzyko choroby. W tym badaniu porównano różnice między trzema modelami ćwiczeń na ciężarnych szczurach: dobrowolnym bieganiem na kołach, zmotoryzowanymi bieżniami i pływaniem. Pływanie jest najkorzystniejszą opcją ze względu na bezpieczny i kontrolowany poziom intensywności. Protokół ten szczegółowo opisuje metody hodowli szczurów, trening pływacki w czasie ciąży i protokoły pielęgniarskie po rozrodze. Ten model, odpowiedni dla różnych gatunków szczurów i myszy, jest przydatny do badania korzyści płynących z ćwiczeń matki dla zdrowia potomstwa i dobrego samopoczucia międzypokoleniowego.

Wprowadzenie

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

Koncepcja Rozwojowych Początków Zdrowia i Chorób (DOHaD) pojawiła się w ciągu ostatnich dwóch dekad, co pokazało, że wpływy środowiskowe we wczesnym okresie rozwoju wpływają na ryzyko późniejszych procesów patofizjologicznych związanych z przewlekłą chorobą niezakaźną (NCD), zwłaszcza cukrzycą, chorobami układu krążenia i niektórymi rodzajami raka1. Podczas najbardziej plastycznej fazy rozwoju płodu, gdy potomstwo jest narażone na działanie środowiska wewnątrzmacicznego, interakcja genu i środowiska oraz perfuzja maciczno-łożyskowa są kluczowymi czynnikami przeprogramowania płodu2. Wcześniejsze badania wykorzystywały głównie modele zwierzęce do zbadania szkodliwego wpływu, takiego jak niedożywienie matki, przeżywienie lub otyłość w czasie ciąży oraz prenatalne narażenie na chemikalia lub niedotlenienie, na rozwój płodu i długoterminowe skutki fenotypowe u potomstwa3. Spowodowało to niską masę urodzeniową i późniejszy wzrost oraz miało niekorzystny wpływ na potomstwo, w tym podwyższone ciśnienie krwi, dyslipidemię i insulinooporność4. Ponieważ wskaźnik nadwagi i otyłości gwałtownie rośnie wśród kobiet w wieku rozrodczym, pilnie potrzebne jest ustanowienie skutecznych interwencji zapobiegających międzypokoleniowemu przenoszeniu tych szkodliwych zaburzeń matczynych, co ma istotny wpływ na zdrowie populacji5,6.

Ćwiczenia od dawna są uznawane za ważny środek zapobiegawczy w leczeniu cukrzycy typu 2, nadciśnienia i kilku innych chorób7. Ćwiczenia w czasie ciąży mają korzystny wpływ na matkę i mają korzystny wpływ na potomstwo, zmniejszając w ten sposób przenoszenie chorób przez matkę na potomstwo8. Kilkuletnie badania wykazały bezpieczeństwo ćwiczeń i głębokie korzyści, w tym znaczne zmniejszenie częstych schorzeń ciążowych, takich jak cukrzyca ciążowa9,10. Jeśli chodzi o bezpieczeństwo matki i płodu, przeprowadzenie treningu fizycznego i protokołów po karmieniu piersią jest wyzwaniem.

David11 et al. opisali modele ćwiczeń na zwierzętach mające zastosowanie w badaniach nad zdrowiem układu krążenia. Trzy powszechnie używane modele ćwiczeń, dobrowolne bieganie na kołach, zmotoryzowane bieżnie i pływanie, mają zalety i wady. Dobrowolnie poruszające się koło ściśle naśladuje zachowanie lokomotoryczne szczurów, umożliwiając im poruszanie się zgodnie z ich rytmem okołodobowym. Jednak ten rodzaj ćwiczeń wymaga bardziej precyzyjnej regulacji intensywności i czasu trwania. Zmotoryzowana bieżnia może kontrolować intensywność, objętość i czas trwania ćwiczeń, ale czasami wymaga stymulacji elektrycznej, co może wywołać stres fizyczny i psychiczny u zwierząt. Pływanie jest szeroko stosowane w badaniach na gryzoniach ze względu na wrodzoną zdolność pływania szczurów, które mogą również uniknąć stymulacji elektrycznej lub mechanicznego uszkodzenia stóp i ogonów12. W badaniach nad modelami ćwiczeń prenatalnych13,14, pływanie jest powszechnie stosowaną metodą ćwiczeń. W miarę postępu ciąży i obrzęku brzucha szczura, ćwiczenia na bieżni i bieganiu na kółkach mogą powodować powtarzający się kontakt brzucha z twardymi powierzchniami. Natomiast środowisko wodne podczas pływania zapewnia wyporność, zmniejszając ryzyko urazów związanych z wysiłkiem fizycznym u ciężarnych zwierząt.

Ten protokół przedstawia metody hodowli szczurów, jak przeprowadzić trening pływacki podczas ciąży, oraz protokoły opieki nad ciężarnymi szczurami po treningu. Ten model treningu pływackiego w ciąży może być stosowany do szerokiej gamy gatunków szczurów i myszy, co może stanowić użyteczny model gryzoni do przyszłych badań z wykorzystaniem modeli zwierzęcych do badania mechanizmów regulujących korzystny wpływ ćwiczeń matki na zdrowie potomstwa i korzyści płynące z ćwiczeń w różnych pokoleniach.

Protokół

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

Wszystkie opisane tutaj metody zostały zatwierdzone przez komisję etyki zwierząt na Uniwersytecie Sportowym w Pekinie i przeprowadzone zgodnie z wytycznymi Narodowych Instytutów Zdrowia (NIH) oraz chińskimi przepisami o ochronie zwierząt i wytycznymi instytucjonalnymi.

1. Krycie i karmienie szczurów

  1. Kup 10-tygodniowe samice szczurów Wistar z oceną SPF i 11-tygodniowe samce szczurów Wistar.
  2. Wdrożenie żywienia adaptacyjnego: Karm szczury Wistar ad libitum standardową dietą dla gryzoni i zapewnij dostęp do wody z kranu przez tydzień w wyznaczonym ośrodku karmienia. Upewnij się, że wszystkie szczury są trzymane w 12-godzinnym cyklu jasno-ciemnym w stałej temperaturze 22 °C i wilgotności 45-55%.
  3. Zbadaj ruję samicy szczura.
    1. Przygotuj sprzęt i materiały, w tym czyste szklane szkiełka mikroskopowe, waciki o średnicy 2 mm, roztwór soli fizjologicznej (0,9% NaCl) i mikroskop.
    2. Oznacz każde szkiełko mikroskopowe datą i identyfikacją szczura.
    3. Między godziną 18 a 19, aby zminimalizować stres, delikatnie krępuj samicę szczura. Chwyć podstawę ogona kciukiem i palcem wskazującym, jednocześnie wywierając nacisk innymi palcami na kręg lędźwiowy szczura.
    4. Podnieś czubek ogona i odsłoń pochwę. Zwilż bawełniany wacik roztworem soli fizjologicznej, a następnie włóż końcówkę do pochwy i delikatnie zwiń końcówkę, aby zebrać wydzielinę z pochwy.
    5. Przetocz końcówkę wacika po szkiełku, unikając ponownego nałożenia na ten sam obszar.
    6. Zbadaj rozmaz pod mikroskopem i użyj obiektywu o małym powiększeniu (10x), aby zlokalizować i obserwować komórki.
      UWAGA: Podczas rui wydzieliny z pochwy mają większe jądra nabłonka, które zniknęły, zastąpione przez płaskonabłonkowe złuszczone zrogowaciałe komórki nabłonka, które zgromadziły się w kopcu.
    7. Zapisz etap cyklu rujowego dla każdego szczura.
  4. Między godziną 19 a 20 umieść samca i samicę szczura w klatce godowej.
    UWAGA: Samice szczurów muszą znajdować się w rui lub rui do krycia.
  5. Drugiego dnia, między 7 a 8 rano, sprawdź klatkę współpracującą pod kątem zatyczek kopulacyjnych. Jeśli u podstawy klatki kryjącej zostanie znaleziony czop kopulacyjny, przystąp do tworzenia rozmazu z pochwy dla samicy szczura, postępując tą samą metodą, jak opisano w krokach 1.3.4-1.3.6.
    UWAGA: Korki kopulacyjne to mlecznobiałe lub żółtawe galaretowate materiały zbudowane z pęcherzyków nasiennych samców szczurów i wydzielin prostaty w połączeniu z wydzieliną z pochwy.
  6. Potwierdź ciążę u samicy szczura: po znalezieniu czopów kopulacyjnych w klatce godowej obserwuj plemniki na rozmazie wydzieliny z pochwy. Oznacz ten dzień jako 1 dzień ciąży (GD1).
  7. Odizoluj ciężarną szczurkę w osobnej klatce.
    UWAGA: W początkowych stadiach ciąży konieczne jest zapobieganie napotkaniu przez ciężarną szczur nieznanych męskich sygnałów chemicznych w swoim otoczeniu lub współżyciu z nieznanym samcem szczura.
  8. Okres ciąży szczurów trwa zwykle 21-23 dni. Zmierz i zapisz masę ciała szczurów od GD1 do GD20.
  9. Na GD20 zastąp klatkę ciężarnej szczura czystą i umieść w niej medyczną bawełnę chłonną (podobną wielkością do szczura). Zapewnij wystarczającą ilość wody i pożywienia na przetrwanie przez siedem dni i umieść klatkę w cichym miejscu.
    UWAGA: Nie zmieniaj klatki przez co najmniej 1 tydzień po porodzie szczura. Przechodząc na czystą klatkę, przenieś zużytą chłonną bawełnę z brudnej klatki do nowej, aby szczury mogły rozpoznać zapach swojego potomstwa.
  10. W 21 dniu po porodzie oddziel potomstwo według płci i umieść je w dwóch klatkach.
    UWAGA: Ze względu na mniejszy rozmiar 21-dniowego potomstwa, granulki twardej paszy należy umieścić w szklanej szalce Petriego wewnątrz klatki.

2. Prenatalny program treningu pływackiego

  1. Przeprowadź szkolenie adaptacyjne dla wszystkich doświadczalnych samic szczurów przez 5 dni.
    1. Przygotuj przezroczysty plastikowy pojemnik o wysokości co najmniej 20 cm i napełnij go 10 cm wodą o temperaturze 34 ± 1°C.
    2. Chwyć czubek ogona szczura i podnieś go, a następnie umieść szczura w wodzie.
    3. Podczas 15-minutowego treningu adaptacyjnego uważnie monitoruj temperaturę wody co 5 minut, dodając ciepłą wodę, aby utrzymać temperaturę.
    4. Po treningu przenieś szczura do czystej wody o temperaturze 34 ± 1°C, aby umyć jego sierść. Następnie przenieś szczura do klatki z ręcznikami i użyj suszarki do włosów, aby wysuszyć jego futro.
      UWAGA: Hałas i gorące środowisko mogą powodować stres u szczurów. Dlatego zaleca się używanie cichej suszarki do włosów o regulowanej temperaturze.
    5. Uprzejmie prosimy o powrót szczura do odpowiednich klatek.
  2. Kojarzenie szczurów (wykonaj kroki 1.3-1.6).
  3. Po kroku 1.7 losowo przypisz ciężarne szczury do grupy prowadzącej siedzący tryb życia (SED) i grupy ćwiczącej (EX).
  4. Waż szczura codziennie przed każdą sesją treningową.
    UWAGA: Podczas treningu adaptacyjnego utrata masy ciała szczurów nie powinna przekraczać 3 g/dzień. Podczas treningu prenatalnego waga szczurów powinna stopniowo zwiększać. Jeśli szczury tracą więcej niż 3 g dziennie, skróć dzienny czas treningu o 50%, aby umożliwić regenerację.
  5. Prowadź prenatalny trening pływacki dla EX od GD1 do GD20, 6 dni w tygodniu, od 8:00 do 9:00 rano.
    1. Przygotuj okrągłe wiadro na wodę o średnicy 50 cm i minimalnej wysokości 50 cm i napełnij je 40 cm wodą o temperaturze 34 ± 1°C.
    2. Od GD1 do GD5 początkowo wykonuj trening pływacki przez 20 minut dziennie i stopniowo zwiększaj do 60 minut dziennie.
    3. Od GD6 do GD20 kontynuuj trening fizyczny przez 60 minut dziennie przez 6 dni w tygodniu.
    4. Aby uzyskać informacje o opiece pooperacyjnej, zapoznaj się z krokami 2.1.4-2.1.5.
    5. Po wysiłku podaj szczurowi EX 5 g nasion słonecznika gryzoni, aby zapewnić wsparcie żywieniowe.
  6. Podczas codziennego treningu EX należy umieścić szczura SED w tym samym środowisku wodnym, w którym odbywa się trening adaptacyjny (krok 2.1.1). Niech szczur SED spędza tyle samo czasu w środowisku wodnym, co szczur EX. Po wysiłku fizycznym podaj szczurowi SED 5 g nasion słonecznika dla gryzoni, aby zapewnić mu wsparcie odżywcze i kojące emocje.
  7. Po każdym treningu pływackim wyczyść i zdezynfekuj cały sprzęt światłem ultrafioletowym, w tym wiadra z wodą i ręczniki.

3. Cechy fizyczne płodów

  1. Rankiem GD20.5 znieczulij samicę szczura 3% izofluranem i poddaj ją eutanazji w komorze CO2 .
  2. Użyj noża chirurgicznego, aby wykonać nacięcie w dolnej części brzucha szczura. Upewnij się, że nacięcie jest nachylone w obie strony brzucha, zapewniając całkowite odsłonięcie macicy.
  3. Ostrożnie otwórz macicę za pomocą kleszczy i nożyczek, aby odsłonić płody i łożyska. Delikatnie oddziel cienką owodnię otaczającą płody za pomocą kleszczy, aby uniknąć uszkodzenia płodów i łożysk spowodowanych nożyczkami.
  4. Oczyść ciała płodów za pomocą sterylnej gazy, aby usunąć krew i śluz. Kolejno oddziel płody i łożyska według ich anatomicznych pozycji, a następnie zważ je.
  5. Obserwuj odległość między odbytem a genitaliami, aby określić płeć płodów. Płody męskie mają większą odległość niż samice. Zapisz płeć i liczbę płodów do wykorzystania w przyszłości.
  6. Zmierz długość płodu za pomocą suwmiarki, leżąc płasko. Ponieważ płody są nadal żywe, mogą zwinąć się w kłębek po sekcji, więc rozłóż ich ciała, aby dokonać pomiarów.
    UWAGA: Aby zapewnić spójność wyników eksperymentalnych i metod pomiaru, ten sam eksperymentator utrzymuje te same standardy przez cały czas. Płody zostały poddane eutanazji zgodnie z wytycznymi zaleconymi przez instytucję, a próbki tkanek pobrano do dalszej analizy w razie potrzeby.

Wyniki

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

W sekcji metod hodowli szczurów (Rysunek 1), określamy cykl rujowy samic szczurów, tworząc slajdy wydzieliny z pochwy, aby zwiększyć wskaźnik sukcesu hodowli. Cykl rujowy szczurów trwa 4-5 dni, w tym proestrus, estrus, metestrus i diestrus. Samice szczurów w metestrus lub diestrus wykazują zachowania, takie jak dystansowanie się od samców. W tym samym czasie te w rui są chętne do kopulacji, a owulacja u samic szczurów występuje najczęściej pod koniec rui. Podczas rui próbki wymazu z pochwy zawierają głównie jądrzaste komórki nabłonkowe z okazjonalnymi komórkami zrogowaciałymi. W rui wymaz z pochwy składa się głównie ze zrogowaciałych płaskonabłonkowych komórek nabłonka zbitych razem w stosy, przy czym u metestrusa obserwuje się zanik powiększonych jąder komórek nabłonkowych. U metestrusa rozmaz z pochwy zawiera głównie białe krwinki z kilkoma zrogowaciałymi komórkami nabłonka. Stadium diestrus charakteryzuje się przewagą białych krwinek, z okazjonalnymi jądrzastymi i zrogowaciałymi komórkami nabłonkowymi (Ryc. 1A).

Czop kopulacyjny to żelowa substancja złożona z wydzielin z pochwy i nasienia. Samica szczura tworzy czop kopulacyjny, aby zapobiec ponownemu kojarzeniu się innych samców szczurów, jednocześnie blokując pochwę samicy szczura, aby zapobiec wypływaniu plemników samca szczura. Obecność czopa kopulacyjnego niekoniecznie wskazuje na udaną hodowlę, ale raczej oznacza jedynie występowanie zachowań godowych. Dlatego konieczne jest ponowne wykonanie wymazu z pochwy na samicy szczura rano po kryciu. Obecność plemników w rozmazie z pochwy wskazuje na udaną hodowlę. Ważne jest, aby monitorować wagę samic szczurów po tym dniu, aby obserwować, czy stopniowo rośnie, co jest oznaką udanej ciąży. Jeśli nie dojdzie do powstania czopa kopulacyjnego w ciągu dwóch dni od krycia lub jeśli utworzy się czop kopulacyjny, ale w rozmazie nie zaobserwuje się plemników, zaleca się wymianę samca szczura i ponowną próbę rozmnażania. Badając szkiełka wydzielinowe z pochwy pod mikroskopem, określamy stadium cyklu rujowego u samic szczurów i wykorzystujemy je w proestrus i erus do rozrodu. Ciężarne szczury zostały losowo przydzielone do grupy prowadzącej siedzący tryb życia (SED) lub ćwiczącej (EX), z treningiem pływackim prowadzonym od GD1 do GD20 (Rysunek 1B). Aby obserwować korki kopulacyjne powstające po kryciu szczurów, używamy specjalnie zaprojektowanej klatki godowej do krycia szczurów. Klatka współpracująca składa się z tacki podstawowej, dna z siatki drucianej, ramy klatki bez dna i pokrywy klatki drucianej (Rysunek 1C).

Przed porodem, ciężarne szczury mogą wykazywać zachowania gniazdowe (Rysunek 1E), wykorzystując materiały z ich otoczenia do budowy przytulnego i ciepłego gniazda dla swojego potomstwa. Zaleca się umieszczenie w klatce ilości odtłuszczonej bawełny odpowiadającej wielkości ciężarnej szczurki przy przenoszeniu jej do nowej, czystej klatki na GD20. Aby badać młode szczury, należy je hodować do pewnego wieku. Szczury są odsadzane od piersi około 21 dni po urodzeniu. Dlatego w 21 dniu po urodzeniu młode szczury są rozdzielane według płci (Rysunek 1F) do indywidualnego odchowywania. Metoda identyfikacji płci szczurów polega na obserwacji odległości między genitaliami a odbytem. U samców odległość jest większa, a między genitaliami a odbytem znajduje się futro. Męskie genitalia są bardziej widoczne i wyraźne w porównaniu z żeńskimi. Samice szczurów mają bardziej zauważalne sutki niż samce.

Codzienne ważenie i rejestrowanie od GD1 do GD20 jest zalecane podczas ciąży szczurów (Rysunek 2). Waga szczura powinna stopniowo wzrastać w czasie ciąży (Rysunek 2A), a dzienna waga powinna być porównywana z wagą z poprzedniego dnia. Ma to kluczowe znaczenie, ponieważ szczury mają tendencję do zjadania swoich zarodków po poronieniu, co utrudnia wykrycie ich na podstawie samej obserwacji. Ponadto monitorowanie wagi szczura może pomóc w zidentyfikowaniu nadmiernego wysiłku fizycznego. Jeśli waga szczura zmniejszy się o więcej niż 3 g, skróć czas trwania treningu fizycznego tego dnia o 50%. W GD20.5 ciężarne szczury są poddawane sekcji w celu uzyskania płodów i łożysk, a stosunek masy płodu do masy łożyska jest definiowany jako sprawność łożyska (Rysunek 2B). Zmierz długość płodu od czubka głowy do dołu zadu w pozycji bocznej za pomocą linijki, aby uzyskać długość ciała płodu (Rysunek 1G i 2C).

figure-results-1
Rysunek 1: Model ciąży szczura. (A) Wyniki wymazu z pochwy w różnych okresach rui, obrazy korków kopulacyjnych szczurów i obecność plemników w rozmazach z pochwy na drugi dzień po kryciu. (B) Schemat ilustrujący prenatalny program szkolenia w zakresie pływania. C) Ogólny widok klatki godowej dla szczurów. (D) Zdjęcie z treningu pływackiego dla ciężarnych szczurów pokazujące średnicę użytego wiadra na wodę. (E) Zachowania szczurów związane z budowaniem gniazd. (F) Różny wygląd narządów rozrodczych u samców i samic szczurów w wieku 21 dni. (G) Wygląd płodów i łożysk oraz schematyczne przedstawienie metody pomiaru długości ciała płodu. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-2
Rysunek 2: Masa ciała ciężarnych szczurów i cechy fizyczne płodów. (A) Zmiany masy ciała ciężarnych szczurów z GD1 na GD20 w grupach SED i EX (n = 9 każda). (B) Różnica w wydajności łożyska między obiema grupami. (C) Różnice w długości ciała płodów między grupami SED i EX. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-3
Rysunek 3: Porównanie różnych metod ćwiczeń dla ciężarnych samic szczurów. Zalety i wady różnych metod ćwiczeń dla ciężarnych samic szczurów: dobrowolne bieganie na kółkach (VWR), zmotoryzowana bieżnia (MT) i pływanie. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-4
Rysunek 4: Program ćwiczeń pływackich. (A) Pełny proces krycia, ciąży, ćwiczeń pływackich, porodu i laktacji opisany w krokach protokołu 1.1-1.10 przy użyciu samic szczurów rasy Wistar. (B) Proces treningu pływackiego w czasie ciąży opisany w krokach protokołu 2.1-2.6, w tym trening adaptacyjny i trening formalny. Temperatura wody jest utrzymywana przez cały czas trwania procesu na poziomie 34 ± 1 °C. Podczas treningu adaptacyjnego głębokość wody wynosi 10 cm, podczas treningu formalnego 10 cm dla SED i 40 cm dla EX. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Tabela 1: Możliwe problemy z pływaniem, ćwiczeniami i opieką poporodową u ciężarnych szczurów oraz ich rozwiązania. Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.

Tabela 2: Analiza porównawcza programów ćwiczeń u ciężarnych samic i samców szczurów lub myszy. MT: bieżnia z napędem silnikowym; VWR: dobrowolna jazda kołowa; MLC: test maksymalnej nośności. Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.

Dyskusja

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

Badanie to ma na celu ustalenie wykonalnego programu ćwiczeń dla ciężarnych szczurów, w tym szczegółowych metod kojarzenia szczurów, protokołów treningu pływackiego oraz metod badawczych do oceny wskaźników fizjologicznych u płodów. Opracowaliśmy prenatalny model treningu pływackiego poprzez praktykę, z odpowiednimi rozwiązaniami potencjalnych problemów, które mogą pojawić się w protokole (Tabela 1). Protokół ten sprawi, że będzie on bardziej praktyczny i pomoże naukowcom w tworzeniu modeli ćwiczeń prenatalnych.

Wyniki naszych badań wskazują, że korzystanie z opracowanego przez nas programu treningu pływackiego dla szczurów w ciąży nie zakłóca normalnego procesu ciąży szczurów i nie prowadzi do niekorzystnych wyników ciąży. Wpływ ćwiczeń prenatalnych na wyniki ciąży u szczurów oceniano, mierząc wskaźniki poronień i wielkość miotu. W badaniu stwierdzono, że ćwiczenia prenatalne nie wpłynęły znacząco na te czynniki15,16. Aby zbadać płody, naukowcy przeprowadzają sekcję ciężarnych szczurów na GD20.5 w celu uzyskania próbek płodu. Podczas sekcji pobierane są płody i łożyska, a śledzenie liczby potomstwa w miocie ma kluczowe znaczenie dla określenia wyników ciąży, co wymaga zliczania liczby płodów i długości ciała płodu. Ponadto sprawność łożyska to stosunek masy płodu do masy łożyska, co wymaga pomiarów masy zarówno płodu, jak i łożyska. Nasze wcześniejsze odkrycia wskazywały, że ćwiczenia prenatalne nie wpłynęły znacząco na długość ciała płodu, ale znacznie poprawiły wydajność łożyska w grupie ćwiczącej z nadciśnieniem w porównaniu z grupą kontrolną z nadciśnieniem15. Zachowanie matki13,17 może służyć jako wskaźnik do oceny wpływu ćwiczeń w czasie ciąży na matkę. Dlatego wskaźniki takie jak wskaźnik poronień, wielkość miotu, długość i waga ciała płodu, sprawność łożyska i zachowanie matki mogą być wykorzystane do oceny wpływu ćwiczeń ciążowych na wyniki płodu. Dlatego zalecamy stosowanie naszego protokołu eksperymentalnego podczas kształtowania modeli ćwiczeń ciążowych, aby uniknąć niepotrzebnych szkód dla zwierząt doświadczalnych.

Od czasu opracowania teorii Departamentu Zdrowia położono większy nacisk na badanie wpływu zmiennych środowiskowych we wczesnym okresie życia na zdrowie jednostki18. Przeprowadzono liczne badania w celu zbadania przypuszczalnych szlaków patofizjologicznych w zaburzeniach pochodzenia płodowego przy użyciu modeli zwierzęcych19. Ponieważ modele gryzoni, które obejmują ćwiczenia w czasie ciąży, mogą z powodzeniem naśladować ten proces, różne rodzaje ćwiczeń są badane na modelach zwierzęcych z różnymi chorobami pochodzenia płodowego20. Autonomiczne koła do biegania, platformy do biegania, sprzęt wspinaczkowy do przenoszenia ciężarów i protokoły pływania to przykłady typowych technik treningowych. Otyłość, cukrzyca i nadciśnienie to typowe modele zwierzęce21. Widzimy, że różne procedury ćwiczeń mają wyraźne zalety i wady wynikające z klasyfikowania i porównywania metod ćwiczeń stosowanych w różnych badaniach naukowych 15,16,21,22,23,24 (Rysunek 3 i Tabela 2).

Oferujemy szczegółowe wyjaśnienie kontroli ciąży szczurów, wykonywania rutynowych ćwiczeń pływackich oraz oceny płodów i potomstwa w tym protokole. Dzięki dokładnemu kontrolowaniu zachowań godowych szczurów możliwe było dokładniejsze oszacowanie, jak długo trwa ciąża. Umożliwiło to interwencje ruchowe w czasie ciąży i stworzyło model do badania ćwiczeń prenatalnych. W 21 dniu ciąży próbki płodu i łożyska można poddać sekcji w celu oceny międzypokoleniowego wpływu aktywności matki w czasie ciąży na funkcję łożyska i rozwój płodu. Co więcej, potomstwo szczurów wykonujących ćwiczenia w ciąży było karmione aż do dorosłości, a nawet starości, w celu zbadania długoterminowych procesów fizjologicznych i patologicznych leżących u podstaw tych efektów.

Tworząc program treningu pływackiego dla szczurów, należy wziąć pod uwagę, że mogą one próbować unikać pływania, chowając się w kątach, wychodząc z basenu, trzymając się innych szczurów, a nawet unosząc się na pęcherzykach powietrza w ich futrze. Aby temu zapobiec, basen powinien być wykonany z tworzywa sztucznego i być cylindryczny. Woda w basenie powinna być głębsza niż 1,5 raza długość szczura, mierzona od nosa do końca ogona. Głębokość wody powinna wynosić przede wszystkim ponad 50 cm, a powierzchnia powinna być na tyle duża, aby umożliwić nieograniczone pływanie. Ważne jest zapewnienie szczurom minimalnej przestrzeni do pływania 1000 cm2 11. Dlatego zaprojektowaliśmy przyrząd do treningu pływania, który składa się z wiadra o wysokości 55 cm i średnicy 50 cm. Podczas treningu pływackiego poziom wody powinien wynosić 40 cm, a średnica lustra wody powinna wynosić 45 cm. Dodatkowo ważne jest, aby utrzymać temperaturę wody na poziomie 34 ± 1°C. To urządzenie jest odpowiednie dla jednego szczura do treningu na raz. Ważne jest, aby stopniowo zwiększać intensywność treningu pływackiego dla ciężarnych szczurów. Dzięki temu mogą przystosować się do ćwiczeń i środowiska wodnego. Nagłe zmiany intensywności mogą powodować reakcje stresowe, które mogą zwiększać ryzyko poronienia. Zaleca się również co najmniej jeden dzień odpoczynku w tygodniu, aby zapobiec zmęczeniu wywołanemu wysiłkiem fizycznym.

Modele zwierzęce użyte w naszych poprzednich badaniach25 dotyczących ćwiczeń w czasie ciąży obejmowały szczury z samoistnym nadciśnieniem tętniczym (SHR) i normotensyjne szczury Wistar Kyoto (WKY), co sprawia, że rutyna ćwiczeń tego protokołu jest równie odpowiednia dla szczurów z nadciśnieniem tętniczym lub innych modeli choroby. Nasze badanie wykazało już, że ćwiczenia w czasie ciąży znacznie obniżyły ciśnienie krwi u 3-miesięcznego potomstwa z nadciśnieniem tętniczym, a ćwiczenia prenatalne miały istotny wpływ na zmniejszeniereaktywności sercowo-naczyniowej. Odkryto również, że ćwiczenia matki indukują epigenetyczne modyfikacje genu kanału Ca2 + α1C (Cacna1c) kanału α1C (Cacna1c) typu L, genu receptora angiotensyny II typu 1 (Agtr1a) i genu oksydazy NADPH-4 (Nox4) w celu poprawy funkcji naczyniowej u potomstwa z nadciśnieniem 14,25,26.

Na proces rozrodczy u szczurów może wpływać wiele czynników. Wiek szczura, stan zdrowia, ruchliwość plemników, ruję samic, temperatura, wilgotność i zmiany światła w środowisku lęgowym wpływają na krycie. Ponadto hałas i wibracje w pomieszczeniach podczas hodowli mogą powodować pobudzenie u szczurów z nadciśnieniem, prowadzić do poronienia lub odrzucenia karmienia poporodowego. Dźwiękoszczelna bawełna pokrywa klatki dla zwierząt podczas hodowli, aby zmniejszyć ten wpływ.

W tym protokole oferujemy obszerny przewodnik po metodach krycia szczurów, program ćwiczeń pływackich dla ciężarnych szczurów, opiekę poporodową dla ciężarnych szczurów, metody wychowywania potomstwa szczurów oraz techniki obserwacyjne do pomiaru cech fizycznych płodów. Wyniki naszych badań przyczyniają się do badania międzypokoleniowego dziedziczenia ćwiczeń przez matkę oraz pokazują racjonalne i skuteczne podejście badawcze. Naszym celem jest stworzenie skutecznego modelu ćwiczeń pływackich dla kobiet w ciąży w dziedzinie fizjologii wysiłku fizycznego, który pomoże w przyszłych badaniach w tej dziedzinie.

Podziękowania

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

Ta praca była wspierana przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (32071174, 32200941, 32371183 i 31771312).

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
SuwmiarkaMitutoyo Przyrządy pomiarowe (Shanghai) Co., Ltd530-101 N15Sekcja płodu
Okrągłe wiadro na wodęNaliyaN/A Szczurpływający
Eksperymentalny instrument chirurgiczny Shenzhen RWD Life Technology Co., LTDSP0001-GSzklane
preparaty mikroskopoweJiangsu Shitai sprzęt eksperymentalny Co., LTD80312-3161Wymaz z pochwy
Szklana szalka PetriegoMerck Life TechnologiesBR455751-10EASuszarka do włosów do hodowli potomstwa
PanasonicEH-WNE5Hdo pielęgnacji po pływaniu
Zhongke Nauki przyrodniczeSS3Kojarzenie szczurów
IzofluranShenzhen RWD Life Technology Co., LTDR510-22-10Sekcja płodu
Mikroskop świetlnyOlympusIX71-F22PHWymaz z pochwy
Klatka godowaZhongke Life ScienceSS3Krycie szczurów
Medyczna chłonna bawełnaHongxiang Sanitary Materials Co., LtdN/ACiężarne szczury są przewidywanie porodu
Maszyna do znieczulenia gryzoni, znieczulenie gazoweShenzhen RWD Life Technology Co., LTDR500IESekcja płodu
Pasza hodowlana dla gryzoniBeijing Huafukang Biotechnology Co., LTD1032Karmienie ciężarnych szczurów
Karma dla gryzoniBeijing Huafukang Biotechnology Co., LTD1022Hodowla potomstwa Nasiona
słonecznika dla gryzoniJollyJP241Suplement diety
Dźwiękoszczelny bawełnianyinstrument medyczny KufuNie dotyczyCiężarne szczury oczekują porodu
Sterylny wacik bawełniany (średnica 2 mm)Instrument medyczny KufuNie dotyczyWymaz z pochwy
Sterylna gazaInstrument medyczny KufuNie dotyczysekcji płodu
Udar fizjologiczny roztwór soli fizjologicznej (0,9% NaCl)Shandong Hualu Pharmaceutical Co., LTDN/AWymaz z pochwy
TermometrOrganizm BeekmanaN/AMonitorowanie pływania szczurów
RęcznikiGraceN/APielęgnacja po pływaniu
Przezroczysty plastikowy pojemnikNaliyaN/APływanie Trening adaptacyjny
Światło ultrafioletoweMerck Life TechnologiesZ169633-1EAPielęgnacja po pływaniu
Podgrzewacz wodyHaierEC6001-Q6SWaga do pływania dla szczurów
Electronlc AcaleJM. A10001Pomiar masy ciała
Wistar RatsVital River Laboratory Animal Technology Co., LtdEksperyment N/A
do badania płodu Karta informacyjna

Bibliografia

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

Przedruki i uprawnienia

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

Poproś o pozwolenie

Tagi

wiczenia matczynemetody hodowli szczur wprenatalny trening p ywackizdrowie potomstwaopieka w okresie ci ydieta wysokot uszczowamechanizm epigenetycznyrozw j p odu

Powiązane artykuły