Innowacyjny mechanizm oparty na kole jezdnym poprawiający wydajność treningu szczurów

Ogólnym celem tej procedury jest ilościowe określenie skutecznej aktywności fizycznej w ramach profilaktyki udaru niedokrwiennego u szczurów z wykorzystaniem pozycjonowanego koła biegowego. Metoda ta może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie medycyny w odniesieniu do zapobiegania udarom. Główną zaletą tej techniki jest zaprezentowanie wysoce skutecznego systemu koła biegowego, który może być wykorzystywany w profilaktyce udaru niedokrwiennego u szczurów.

Zastosowanie tej techniki zwiększa skuteczność zapobiegania udarom, ponieważ wyniki dotyczące zwężenia tętnicy środkowej mózgu wykazują, że zaproponowany przez nas system PRW okazał się wydajniejszy od tradycyjnego systemu bieżni. Choć metoda ta może dostarczyć cennych informacji w kontekście zapobiegania udarom, może ona zostać zastosowana również w innych modelach chorób, takich jak choroba Alzheimera. Procedurę zaprezentują Ling-Yu Tang oraz Chung-Ham Wang, technicy z naszego laboratorium.

Zacznij od przygotowania przezroczystego akrylowego koła biegowego o średnicy 55 centymetrów i szerokości 15 centymetrów. W jednej z części koła biegowego wytnij otwór w kształcie ćwiartki koła, który będzie służył szczurom jako wejście i wyjście. Następnie na wewnętrznej stronie akrylowego koła umieść warstwę gumowej bieżni o wysokim współczynniku tarcia.

Następnie podłącz pręt żelazny z łożyskami do koła biegowego. Potem umieść dwa akrylowe kolumny trójkątne po obu stronach koła biegowego, aby pełniły rolę ramy wsporczej. Za pomocą śrub przymocuj półkolistą, przezroczystą płytę akrylową o grubości 1 mm do zewnętrznych stron obu kolumn trójkątnych.

Należy upewnić się, że arkusze akrylowe znajdują się w odległości około trzech centymetrów od każdej strony kołowrotka. Arkusze te służą do rozmieszczenia czujników podczerwieni; w tym celu należy wcześniej wywiercić w każdym arkuszu akrylowym otwory w odstępach co 45 stopni. Następnie należy wykonać otwory o rozmiarze odpowiadającym czujnikom podczerwieni.

Aby uruchomić kołowrotek, należy użyć bezszczotkowego silnika DC oraz sterownika silnika. Na centralnej osi silnika zamontuj gumowy dysk o średnicy 10 centymetrów. Wykorzystując żelazną ramę i sprężyny do podparcia silnika, połącz gumowy dysk z centralnej osi silnika z zewnętrzną stroną kołowrotka.

Następnie należy użyć mikrokontrolera do obrócenia gumowego dysku i zaobserwować obrót koła biegowego. Po tym czasie zamontuj cztery emitery podczerwieni po jednej stronie oraz odpowiadające im cztery odbiorniki podczerwieni po stronie przeciwnej, sekwencyjnie w zakresie od 0 do 135 stopni. Na koniec podłącz cztery pary czujników podczerwieni zamontowanych w obu arkuszach akrylu do pinów ogólnego przeznaczenia mikrokontrolera za pomocą przewodów jednowżyłowych, aby utworzyć system koła biegowego do wyznaczania pozycji.

Na trzy dni przed rozpoczęciem trzytygodniowego cyklu treningowego należy zapoznać szczura z warunkami biegania poprzez ręczne uruchamianie kołowrotka. Podczas treningu z ręcznym sterowaniem stopniowo zwiększać prędkość biegu, aż szczur nie będzie w stanie utrzymać tempa. W takim przypadku należy zmniejszyć prędkość, dopóki szczur nie odzyska stabilnego tempa biegu, a następnie ponownie stopniowo zwiększać prędkość, aż szczur osiągnie 20 metrów na minutę.

Trzy dni później rozpocząć trzytygodniowy trening wysiłkowy, naciskając co tydzień przycisk start na mikrokontrolerze w celu uruchomienia modelu treningowego, w którym szczur biega z prędkością 20 metrów na minutę przez 30 minut w pierwszym tygodniu, 30 metrów na minutę przez 30 minut w drugim tygodniu oraz 30 metrów na minutę przez 60 minut w trzecim tygodniu. Utrzymywać szczura w stałym stanie biegu między 0 a 135 stopniami, co definiuje się jako efektywny obszar ćwiczeń. Rozpocząć od oceny sprawności behawioralnej za pomocą punktowej skali nasilenia deficytów neurologicznych u wszystkich szczurów po udarze w dniu poprzedzającym operację, a następnie codziennie przez siedem dni po zabiegu.

Następnie zmierz siłę kończyn szczura, wykorzystując płaszczyznę nachyloną. Aby to zrobić, codziennie umieszczaj szczura na urządzeniu do wspinania się pod kątem, aklimatyzując zwierzę do aparatury i warunków testowania na tydzień przed rozpoczęciem badań. Podczas testów umieść szczura na górze urządzenia w taki sposób, aby oś ciała była zgodna z osią podłużną płaszczyzny nachylonej.

Należy upewnić się, że szczur pozostaje wzdłuż nachylenia gumowej, prążkowanej powierzchni płaszczyzny nachyłej, która powinna być ustawiona pod kątem 25 stopni. Zwiększaj kąt dynamicznie, używając śruby kulowej połączonej z silnikiem krokowym, aby wyznaczyć maksymalny kąt, przy którym szczur jest w stanie utrzymać się na płaszczyźnie. Stopniowo zwiększaj kąt nachylenia płaszczyzny, aż szczur nie zdoła się utrzymać, a następnie wykryj zdarzenie ześlizgnięcia się.

Na koniec należy poprosić dwóch niezależnych obserwatorów o zbadanie i ocenę wszystkich testów behawioralnych. Niniejsze badanie przedstawiło naukowe podejście do ilościowego określania skutecznej aktywności fizycznej w treningu zapobiegającym udarom, a w celu weryfikacji proponowanej metody wykorzystano oceny stopnia nasilenia zmian neurologicznych, tzw. M-N-S-S. Wyniki te wykazują istotne różnice pomiędzy wszystkimi grupami ćwiczącymi a grupą kontrolną, co wskazuje, że ćwiczenia fizyczne wspomagają zapobieganie udarom.

Grupa PRW uzyskała najniższy wynik wśród grup ćwiczących, wykazując lepszy mechanizm neuroprotekcyjny w porównaniu z innymi systemami treningowymi. Dodatkowo w grupie PRW odnotowano znacznie mniejszą objętość obszaru zawału niż w grupie kontrolnej, a grupa ta zajęła ostatnie miejsce pod względem wielkości zawału spośród wszystkich grup ćwiczących, co potwierdza znaczący wpływ PRW na zapobieganie udarowi. Ta technika może zostać wykonana w ciągu szesnastu godzin, jeśli jest przeprowadzana prawidłowo.

Podczas przeprowadzania tej procedury ważne jest, aby polegać na wynikach i wskaźnikach i zgodnie z nimi dokładnie określać tempo, czas oraz pozycję. Po wykonaniu tej procedury można zastosować inne metody, takie jak tradycyjne zmotoryzowane koło biegowe, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania dotyczące uczenia się stabilnego. Po opracowaniu technika ta utorowała drogę badaczom z zakresu fizjologii wysiłku do eksploracji medycyny zapobiegawczej u szczurów.

Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać gruntowną wiedzę na temat konstrukcji wysoce efektywnego systemu koła do biegania w celu zapobiegania udarom niedokrwiennym u szczurów.