Name: Naśladowanie misji kosmicznej na Marsa przy użyciu rozładunku kończyn tylnych i częściowego obciążania szczurów (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-04-04T14:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 54 s
Description: Poznaj model symulacji misji kosmicznej na Marsa wykorzystujący rozładunek kończyn tylnych i częściowe obciążanie szczurów. Ta metoda pozwala badać zmiany fizjologiczne w warunkach nieważkości.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez Narodową Agencję Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA: NNX16AL36G). Autorzy pragną podziękować Carsonowi Semple'owi za udostępnienie rysunków zawartych w tym manuskrypcie.

Wszystkie opisane tutaj metody zostały zatwierdzone przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt (IACUC) z Beth Israel Deaconess Medical Center na podstawie protokołu numer 067-2016.
UWAGA: Używane są samce szczurów rasy Wistar w wieku 14 tygodni na początku badania (dzień 0). Szczury są trzymane indywidualnie w niestandardowych klatkach 24 godziny przed punktem odniesienia, aby umożliwić aklimatyzację.
1. Rozładunek kończyn tylnych
UWAGA: Uprząż miednicy może być założona zarówno znieczulonym, jak i zbudzonym zwierzętom. Tutaj opis protokołu jest podany na znieczulonych zwierzętach. Nosić odpowiednie środki ochrony osobistej (PPE) do obchodzenia się ze zwierzętami.
<ol>
	<li>Umieść szczura w pudełku anestezjologicznym z 3,5% izofluranem i przepływem tlenu 2 l/min. 
	UWAGA: Prawidłowe znieczulenie jest potwierdzone, gdy mocne uszczypnięcie tylnej łapy nie wywołuje reakcji.</li>
	<li>Gdy zwierzę zostanie w pełni znieczulone, połóż szczura na ławce z gazem znieczulającym pochodzącym z nosa z 2% izofluranem i przepływem tlenu 1,5 l/min.</li>
	<li>Ułóż szczura w pozycji leżącej i załóż uprząż miednicy ruchem rostro-ogonowym.</li>
	<li>Delikatnie zegnij uprząż miednicy, aby zapewnić dokładne dopasowanie, uważając, aby nie ściskać tylnych kończyn, aby zapobiec otarciom i dyskomfortowi.</li>
	<li>Przymocuj łańcuszek ze stali nierdzewnej za pomocą obrotowego zapięcia do górnej części uprzęży miednicy, gdzie u podstawy ogona przymocowany jest haczyk</li>.
	<li>Wyjmij szczura ze znieczulenia i umieść zwierzę w niestandardowej klatce z łańcuchem rozciągniętym do maksimum.</li>
	<li>Gdy szczur jest w pełni przytomny i mobilny, skróć łańcuch za pomocą górnego obrotowego zapięcia, aż tylne kończyny nie będą już mogły dosięgnąć podłogi.</li>
	<li>Obserwuj zwierzę przez kilka minut, aby ocenić jego komfort i upewnić się, że przez cały czas obie tylne kończyny pozostają całkowicie nieobciążone.</li>
</ol>
2. Częściowe obciążenie
UWAGA: Ten krok może być zrealizowany zarówno u zwierząt obudzonych, jak i znieczulonych.
<ol>
	<li>Przekształć urządzenie zawieszenia HLU w zawieszenie PWB, dodając część w kształcie trójkąta składającą się z łańcuchów ze stali nierdzewnej i pręta tylnego.</li>
	<li>Znieczulić zwierzę zgodnie z tymi samymi procedurami, które opisano dla HLU (kroki 1.1 i 1.2).</li>
	<li>Umieść kamizelkę na uwięzi o odpowiednim rozmiarze na przednich kończynach szczura (M dla szczurów o wadze 400 g lub mniejszej, L dla szczurów o masie ciała powyżej 400 g) i zamknij ją za pomocą przedłużacza biustonosza z tyłu.</li>
	<li>Przymocuj jedno zapięcie części w kształcie trójkąta do haczyka znajdującego się na tylnym przedłużeniu biustonosza, a przeciwległe zapięcie na haczyku znajdującym się na uprzęży miednicy u nasady ogona.</li>
	<li>Pozwól zwierzęciu dojść do siebie po znieczuleniu w klatce. Po przebudzeniu sprawdź, czy zawieszenie jest równe zarówno na kończynach przednich, jak i tylnych, skracając łańcuch i w razie potrzeby modyfikując położenie dolnego zapięcia obrotowego. 
	UWAGA: Ten krok można również wykonać za pomocą płytki siłowej, aby potwierdzić równe obciążenie wszystkich kończyn.</li>
	<li>Umieść szczura na górze wagi, aby zarejestrować "załadowaną" masę ciała, tj. wagę zwierzęcia i całego aparatu, bez skracania łańcucha.</li>
	<li>Skróć łańcuch do momentu, aż waga pokaże 40% "załadowanej" masy ciała i zapisz osiągnięty poziom grawitacji (wyrażony jako stosunek masy nieobciążonej do masy załadowanej).</li>
	<li>Obserwuj zwierzę, aby upewnić się, że rozładowany ciężar jest stabilny i że szczur jest równomiernie obciążony na wszystkie kończyny.</li>
	<li>Wyjmij cały aparat z wagi za pomocą pręta i umieść szczura z powrotem w klatce.</li>
</ol>
3. Ocena siły nacisku na kończyny tylne
<ol>
	<li>Trzymaj szczura tradycyjnym unieruchomieniem, umieszczając jedną rękę pod przednimi kończynami. Delikatnie przytrzymaj ogon drugą ręką</li>.
	<li>Podejdź do uchwytu tylnymi łapami i upewnij się, że obie łapy całkowicie spoczywają na drążku. 
	UWAGA: Jeśli szczur nie chwyta całkowicie drążka lub nie wykazuje żadnych oznak dobrowolnego chwytania, lekko zwolnij ograniczenie. Jeśli to się nie powiedzie, włóż szczura z powrotem do klatki i spróbuj ponownie po kilku minutach.</li>
	<li>Delikatnie pociągnij szczura prosto do tyłu, aż zwolni uścisk. Zapisz maksymalną siłę wyświetlaną na przetworniku.</li>
	<li>Odczekaj około 30 s między pomiarami i powtórz test 3 razy.</li>
	<li>Oblicz średnią z trzech pomiarów do oceny punktowej, aby uwzględnić zmęczenie.</li>
</ol>
4. Zapis mokrej masy mięśniowej
<ol>
	<li>Umieść szczura w komorze eutanazji CO2 . Po odczekaniu odpowiedniego czasu zgodnie z wytycznymi IACUC i AVMA, potwierdź eutanazję poprzez wzrokową obserwację braku oddechu.</li>
	<li>Umieść szczura na stole sekcyjnym w pozycji leżącej i usuń sierść i skórę, nacinając w pobliżu kostki za pomocą małych nożyczek do preparowania. Użyj rąk, aby ściągnąć warstwę skóry.</li>
	<li>Za pomocą małych nożyczek preparacyjnych delikatnie rozerwij powięź mięśniową i odizoluj ścięgno piętowe. 
	UWAGA: Ścięgno kości piętowej jest punktem przyczepu zarówno mięśnia płaszczkowatego, jak i mięśnia brzuchatego łydki.</li>
	<li>Trzymając ścięgno kości piętowej małą pęsetą, użyj nożyczek preparacyjnych, aby odizolować mięśnie brzuchatego łydki i płaszczkowatego od mięśnia dwugłowego uda, znajdującego się powyżej.</li>
	<li>Po odizolowaniu odetnij punkt przyczepu mięśni brzuchatego łydki i płaszczkowatego w okolicy podkolanowej.</li>
	<li>Delikatnie odciągnij płaszczkowaty od mięśnia brzuchatego łydki i odłącz je, przecinając ścięgno piętowe.</li>
	<li>Ułóż szczura w pozycji leżącej. Ostrożnie zdejmij powięź i oderwij piszczel przedni od kostki ruchem w górę.</li>
	<li>Przetnij piszczel przedni w jego górnym punkcie przyczepu.</li>
	<li>Zapisać dokładną mokrą masę każdego wyciętego mięśnia za pomocą tarowanej wagi precyzyjnej i łódki wagowej.</li>
</ol>

<ol><li>Desplanches, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structural+and+Functional+Adaptations+of+Skeletal+Muscle+to+Weightlessness%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Sports+Medicine%22%5BJournal%5D)">Structural and Functional Adaptations of Skeletal Muscle to Weightlessness.</a> International Journal of Sports Medicine. 18 (S4), S259-S264 (1997).</li>
<li>Fitts, R. H., Riley, D. R., Wildrick, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physiology+of+a+microgravity+environment%E2%80%AF%3A+Invited+review%E2%80%AF%3A+microgravity+and+skeletal+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physiology%22%5BJournal%5D)">Physiology of a microgravity environment : Invited review : microgravity and skeletal muscle.</a> Journal of Applied Physiology. 89, 823-839 (2000).</li>
<li>Fitts, R. H., Riley, D. R., Widrick, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+and+structural+adaptations+of+skeletal+muscle+to+microgravity%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Functional and structural adaptations of skeletal muscle to microgravity.</a> The Journal of Experimental Biology. 204 (Pt 18), 3201-3208 (2001).</li>
<li>Narici, M. V., De Boer, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Disuse+of+the+musculo-skeletal+system+in+space+and+on+earth%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Applied+Physiology%22%5BJournal%5D)">Disuse of the musculo-skeletal system in space and on earth.</a> European Journal of Applied Physiology. 111 (3), 403-420 (2011).</li>
<li>di Prampero, P. E., Narici, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Muscles+in+microgravity%3A+from+fibres+to+human+motion%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Muscles in microgravity: from fibres to human motion.</a> Journal of Biomechanics. 36 (3), 403-412 (2003).</li>
<li>Wagner, E. B., Granzella, N. P., Saito, H., Newman, D. J., Young, L. R., Bouxsein, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Partial+weight+suspension%3A+a+novel+murine+model+for+investigating+adaptation+to+reduced+musculoskeletal+loading%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physiology+%28Bethesda%2C+Md.%E2%80%AF%3A+1985%29%22%5BJournal%5D)">Partial weight suspension: a novel murine model for investigating adaptation to reduced musculoskeletal loading.</a> Journal of Applied Physiology (Bethesda, Md. : 1985). 109 (2), 350-357 (2010).</li>
<li>Sung, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spaceflight+and+hind+limb+unloading+induce+similar+changes+in+electrical+impedance+characteristics+of+mouse+gastrocnemius+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Musculoskeletal+and+Neuronal+Interactions%22%5BJournal%5D)">Spaceflight and hind limb unloading induce similar changes in electrical impedance characteristics of mouse gastrocnemius muscle.</a> Journal of Musculoskeletal and Neuronal Interactions. 13 (4), 405-411 (2013).</li>
<li>Mcdonald, K. S., Blaser, C. A., Fitts, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Force-velocity+and+power+characteristics+of+rat+soleus+muscle+fibers+after+hindlimb+suspension%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physiology%22%5BJournal%5D)">Force-velocity and power characteristics of rat soleus muscle fibers after hindlimb suspension.</a> Journal of Applied Physiology. 77 (4), 1609-1616 (1994).</li>
<li>Chowdhury, P., Long, A., Harris, G., Soulsby, M. E., Dobretsov, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Animal+model+of+simulated+microgravity%3A+a+comparative+study+of+hindlimb+unloading+via+tail+versus+pelvic+suspension%5BTitle%5D)+AND+%22Physiological+Reports%22%5BJournal%5D)">Animal model of simulated microgravity: a comparative study of hindlimb unloading via tail versus pelvic suspension.</a> Physiological Reports. 1 (1), e00012(2013).</li>
<li>Morey, E. R., Sabelman, E. E., Turner, R. T., Baylink, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+rat+model+simulating+some+aspects+of+space+flight%5BTitle%5D)+AND+%22The+Physiologist%22%5BJournal%5D)">A new rat model simulating some aspects of space flight.</a> The Physiologist. 22 (6), S23-4 (1979).</li>
<li>NASA. National Space Exploration Campaign Report. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/nationalspaceexplorationcampaign.pdf">https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/nationalspaceexplorationcampaign.pdf</a> (2018).</li>
<li>Mortreux, M., Nagy, J. A., Ko, F. C., Bouxsein, M. L., Rutkove, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+partial+gravity+ground-based+analogue+for+rats+via+quadrupedal+unloading%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physiology%22%5BJournal%5D)">A novel partial gravity ground-based analogue for rats via quadrupedal unloading.</a> Journal of Applied Physiology. 125, 175-182 (2018).</li>
<li>Ellman, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combined+effects+of+botulinum+toxin+injection+and+hind+limb+unloading+on+bone+and+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Calcified+Tissue+International%22%5BJournal%5D)">Combined effects of botulinum toxin injection and hind limb unloading on bone and muscle.</a> Calcified Tissue International. 94 (3), (2014).</li>
<li>Swift, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Partial+Weight+Bearing+Does+Not+Prevent+Musculoskeletal+Losses+Associated+with+Disuse%5BTitle%5D)+AND+%22Medicine+%26+Science+in+Sports+%26+Exercise%22%5BJournal%5D)">Partial Weight Bearing Does Not Prevent Musculoskeletal Losses Associated with Disuse.</a> Medicine & Science in Sports & Exercise. 45 (11), 2052-2060 (2013).</li>
<li>Morey-Holton, E. R., Globus, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hindlimb+unloading+rodent+model%3A+technical+aspects%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physiology%22%5BJournal%5D)">Hindlimb unloading rodent model: technical aspects.</a> Journal of Applied Physiology. 92 (4), 1367-1377 (2002).</li>
<li>Andreev-Andrievskiy, A. A., Popova, A. S., Lagereva, E. A., Vinogradova, O. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluid+shift+versus+body+size%3A+changes+of+hematological+parameters+and+body+fluid+volume+in+hindlimb-unloaded+mice%2C+rats+and+rabbits%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Fluid shift versus body size: changes of hematological parameters and body fluid volume in hindlimb-unloaded mice, rats and rabbits.</a> Journal of Experimental Biology. 221 (Pt 17), (2018).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Model ten jest pierwszym naziemnym analogiem opracowanym w celu zbadania kolejnych poziomów rozładowania mechanicznego i ma na celu naśladowanie podróży na Marsa i pobytu na nim.
Wiele etapów tego protokołu ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia jego powodzenia i należy je dokładnie zbadać. Po pierwsze, ważne jest, aby monitorować dobrostan zwierząt i upewnić się, że utrzymują one normalne zachowanie (tj. wykonują zadania takie jak jedzenie, odpoczynek i eksploracja), szczególnie w stanie PWB, ...

Pozaziemskie cele, w tym Księżyc i Mars, reprezentują przyszłość ludzkiej eksploracji kosmosu, ale oba mają znacznie słabszą grawitację niż Ziemia. Podczas gdy konsekwencje nieważkości dla układu mięśniowo-szkieletowego były szeroko badane u astronautów1,2,3,4,5 oraz u gryzoni6,7,8,9, ten ostatni dzięki dobrze ugruntowanemu modelowi odprowadzania kończyn tylnych (HLU)10, bardzo niewiele wiadomo o skutkach częściowej grawitacji. Marsjańska grawitacja wynosi 38% ziemskiej grawitacji, a planeta ta stała się przedmiotem długoterminowych badań11; Dlatego ważne jest, aby zrozumieć zmiany mięśniowe, które mogą wystąpić w tym ustawieniu. W tym celu opracowaliśmy system częściowego obciążenia (PWB) u szczurów12, w oparciu o wcześniejsze prace wykonane na myszach6,13, który został zweryfikowany na podstawie wyników zarówno mięśni, jak i kości. Jednak eksploracja Marsa będzie poprzedzona długotrwałym okresem mikrograwitacji, który nie został poruszony w naszym wcześniej opisanym modelu12. Dlatego w tym badaniu zmieniliśmy nasz model, aby naśladować podróż na Marsa, składającą się z pierwszej fazy całkowitego obciążenia kończyn tylnych, a zaraz po niej drugiej fazy częściowego obciążenia przy 40% normalnego obciążenia.
W przeciwieństwie do większości modeli HLU, zdecydowaliśmy się użyć uprzęży miednicy (opartej na tej opisanej przez Chowdhury'ego i wsp.9) zamiast zawieszenia ogona, aby poprawić komfort zwierząt i móc płynnie i bez wysiłku przejść z HLU do PWB w ciągu kilku minut. W połączeniu użyliśmy klatek i urządzeń do zawieszania, które wcześniej opracowaliśmy i szczegółowo opisaliśmy12. Oprócz dostarczania wiarygodnych/spójnych danych, wykazaliśmy również, że stały punkt mocowania systemu zawieszenia w środku pręta nie przeszkadzał zwierzętom w poruszaniu się, pielęgnacji, karmieniu lub piciu. W tym artykule opiszemy, w jaki sposób rozładować tylne kończyny zwierząt (zarówno całkowicie, jak i częściowo), zweryfikować osiągnięty przez nie poziom grawitacji, a także jak funkcjonalnie ocenić powstałe zmiany mięśniowe za pomocą siły chwytu i mokrej masy mięśniowej. Model ten byłby niezwykle przydatny dla naukowców chcących zbadać konsekwencje częściowej grawitacji (zarówno sztucznej, jak i pozaziemskiej) dla już uszkodzonego układu mięśniowo-szkieletowego, umożliwiając im w ten sposób zbadanie, w jaki sposób organizmy przystosowują się do częściowego przeładowania, a także dla opracowania środków zaradczych, które można opracować w celu utrzymania zdrowia podczas i po załogowym locie kosmicznym.

<table><tbody><tr><td>Izolowany drut miedziany 10G</td><td>Grainger</td><td>4WYY8</td><td>100 ft solidny drut budowlany z drutem typu THHN i rozmiarem drutu 10 AWG,</td></tr><tr><td>2 Ściany z pleksiglasu o niestandardowym projekcie</td><td>P & K Niestandardowe Akryle Inc.</td><td>Nie dotyczy</td><td>2 przezroczystości z pleksi niestandardowa ściana 3/16 "tick, szerokość 12 3/16", wysokość 18 13/16", 1 zaokrąglona szczelina o średnicy 0,25 cala znajdująca się w środkowej górnej części ściany</td></tr><tr><td>Taśma chirurgiczna 3M Transpore</td><td>Fisher Scientific</td><td>18-999-380</td><td>Taśma chirurgiczna Transpore&nbsp;</td></tr><tr><td>Akcesorium Chwytak Szczur Pręt</td><td>Aparat Harvard</td><td>76-0479</td><td>Akcesorium Chwytanie szczura prętowego, przednie lub tylne łapy</td></tr><tr><td>Skala analityczna</td><td>Fisher Scientific</td><td>01-920-251</td><td>Waga analityczna OHAUS Adventurer Waga</td></tr><tr><td>dla zwierząt</td><td>ZIEIS by Amazon</td><td>Nie dotyczy</td><td>Waga cyfrowa o pojemności 70 funtów Big Top 11,5 "x 9,3" Platforma dura Adapter Z-Seal 110 V Dokładność 0,5 uncji</td></tr><tr><td>Przedłużacze</td> <td>biustonosza z tyłuLuzen by Amazon</td><td>N/A</td><td>17 sztuk 2 haczyki 3 rzędy różne losowe kolory kobiety odstępy biustonosz klips przedłużacz pasek</td></tr><tr><td>Cyfrowy miernik siły</td> Wagner <td>Instruments</td><td>DFE2-010</td><td>50 N Pojemność Cyfrowy miernik siły chwytu Chatillon DFE II</td></tr><tr><td>Gauze</td><td>Fisher Scientific</td><td>13-761-52</td><td>Niesterylne bawełniane gąbki z gazy&nbsp;</td></tr><tr><td>Breloki i klapki</td> obrotowe <td>Paxcoo Direct by Amazon</td><td>Nie dotyczy</td><td>PaxCoo 100 sztuk metalowy karabińczyk na smycz obrotową z breloczkami</td></tr><tr><td>Lobster Claps</td><td>Panda Jewelry International Limited przez Amazon</td><td>Nie dotyczy</td><td>Pandahall 100 sztuk klaśnik ze stali nierdzewnej klasy A Zapięcia na pazury homara 13x8mm</td></tr><tr><td>Kurtka Rat Tether - duża</td><td>Braintree Scientific</td><td>RJ L</td><td>Kurtka dla gryzoni</td></tr><tr><td>Kurtka Rat Tether - średnia</td><td>Kurtka dla</td><td>gryzoni</td>Braintree Scientific <td>RJ M</td></tr><tr><td>Rurki silikonowe</td><td>Versilon St Gobain Ceramika i tworzywa sztuczne</td><td>ABX00011</td><td>SPX-50 Rurki silikonowe</td></tr><tr><td>Łańcuchy ze stali nierdzewnej</td><td>Super Lover firmy Amazon</td><td>N / A</td><td>4,5 m 15FT ogniwo łańcucha kablowego ze stali nierdzewnej luzem 6x8mm</td></tr></tbody></table>

naśladowanie misji kosmicznej na marsa przy użyciu rozładunku kończyn tylnych i częściowego obciążania szczurów

Mimicking a Space Mission to Mars Using Hindlimb Unloading and Partial Weight Bearing in Rats

Modele naziemne gryzoni są powszechnie używane do zrozumienia fizjologicznych konsekwencji lotów kosmicznych dla systemu fizjologicznego i są rutynowo stosowane od 1979 roku i rozwoju rozciążania kończyn tylnych (HLU). Jednak kolejne kroki w eksploracji kosmosu obejmują teraz podróż na Marsa, gdzie grawitacja wynosi 38% grawitacji Ziemi. Ponieważ żadna istota ludzka nie doświadczyła takiego poziomu częściowej grawitacji, niezbędny jest zrównoważony model naziemny, aby zbadać, jak ciało, już osłabione przez czas spędzony w mikrograwitacji, zareagowałoby na to częściowe obciążenie. W tym przypadku wykorzystaliśmy nasz innowacyjny model częściowego obciążenia (PWB), aby naśladować krótką misję i pobyt na Marsie, aby ocenić fizjologiczne upośledzenia mięśni kończyn tylnych wywołane przez dwa różne poziomy zmniejszonej grawitacji zastosowane w sposób sekwencyjny. Może to zapewnić bezpieczny, naziemny model do badania adaptacji układu mięśniowo-szkieletowego do zmian grawitacyjnych i ustanowienia skutecznych środków zaradczych w celu zachowania zdrowia i funkcji astronautów.

Wykorzystując nowe klatki, które zaprojektowaliśmy i szczegółowo opisaliśmy wcześniej12, zastosowaliśmy urządzenie do zawieszenia oparte na łańcuchu ze stali nierdzewnej, które nadaje się zarówno do odciążania kończyn tylnych (HLU, Rysunek 1), jak i do częściowego obciążenia (PWB, Rysunek 2). Kluczową zaletą naszej konstrukcji jest możliwość przejścia z jednego rodzaju odciążania na drugi w ciągu kilku min...

Korzystając z innowacyjnego naziemnego modelu analogowego, jesteśmy w stanie symulować misję kosmiczną, w tym podróż na (0 g) i pobyt na Marsie (0,38 g) u szczurów. Model ten pozwala na podłużną ocenę zmian fizjologicznych zachodzących podczas dwóch hipograwitacyjnych etapów misji.

Naśladowanie misji kosmicznej na Marsa przy użyciu rozładunku kończyn tylnych i częściowego obciążania szczurów

Rodent ground-based models are widely used to understand the physiological consequences of space flight on the physiological system and have been ...

Nasz protokół ma istotną zaletę, ponieważ stwarza możliwość wystawienia zwierząt na kolejne poziomy rozładunku. W przeszłości modele naziemne wykorzystywały albo odciążanie kończyn tylnych, albo częściowe przenoszenie ciężaru. Główną zaletą tej techniki jest wykorzystanie jednego aparatu i środowiska, aby zapewnić wiele możliwości, takich jak naśladowanie podróży na Marsa i krótkiego pobytu na Marsie.Model ten pomoże zrozumieć stan fizjologiczny po wylądowaniu na Marsie oraz wyzwania fizjologiczne stojące przed astronautami narażonymi na kilka poziomów rozładunku podczas misji. Model ten może pomóc naukowcom w badaniu szerokiego zakresu zmian fizjologicznych, w tym między innymi zachowania, pamięci, wydajności lub stresu. Procedurę zademonstruje Daniela Riveros, pracownik naukowy w naszym laboratorium.Aby wykonać rozładunek kończyn tylnych, połóż w pełni znieczulonego szczura na ławce z gazem znieczulającym pochodzącym ze stożka nosowego z 2% izofluranem i przepływem tlenu 1,5 litra na minutę. Ułóż szczura w pozycji leżącej i załóż uprząż miednicy ruchem rostrocaudalnym. Delikatnie zegnij uprząż miednicy, aby zapewnić dokładne dopasowanie, uważając, aby nie ściskać tylnych kończyn, aby zapobiec otarciom i dyskomfortowi.Przymocuj łańcuszek ze stali nierdzewnej za pomocą obrotowego zapięcia do górnej części uprzęży miednicy, gdzie u podstawy ogona przymocowany jest haczyk. Wyjmij szczura ze znieczulenia i umieść zwierzę w niestandardowej klatce z łańcuchem rozciągniętym do maksimum. Gdy szczur jest w pełni przytomny i mobilny, skróć łańcuch za pomocą górnego obrotowego zapięcia, aż tylne kończyny nie będą już mogły dosięgnąć podłogi.Przekształć urządzenie do zawieszania rozładunku kończyn tylnych w urządzenie do zawieszania z częściowym obciążeniem, dodając część w kształcie trójkąta, składającą się z łańcuchów ze stali nierdzewnej i tylnego pręta. Umieść kurtkę na uwięzi o odpowiednim rozmiarze na przednich kończynach szczura i zapnij ją za pomocą przedłużacza biustonosza z tyłu. Przymocuj jedno zapięcie trójkątnej części haczyka znajdującej się na tylnym przedłużeniu biustonosza, a przeciwległe zapięcie na haczyku znajdującym się na uprzęży miednicy u nasady ogona.Umieść szczura na górze wagi, aby zarejestrować masę załadowanego ciała, w tym wagę całego aparatu, bez skracania łańcucha. Skróć łańcuch, aż waga wyświetli 40% masy załadowanego ciała i zarejestruje osiągnięty poziom grawitacji. Za pomocą pręta wyjmij cały aparat z wagi i umieść szczura z powrotem w klatce.Aby ocenić siłę chwytu kończyn tylnych, przytrzymaj szczura z tradycyjnym ograniczeniem, umieszczając jedną rękę pod kończynami przednimi. Delikatnie przytrzymaj ogon drugą ręką. Podejdź do uchwytu tylnymi łapami i upewnij się, że obie łapy całkowicie spoczywają na drążku.Na koniec delikatnie pociągnij szczura prosto do tyłu, aż zwolni uścisk. Powtórz trzy razy i zapisz maksymalną siłę wyświetlaną na przetworniku. Oblicz średnią z trzech pomiarów, aby uwzględnić zmęczenie.Jeden tydzień HLU, a następnie tydzień PWB40 spowodował znaczną utratę masy ciała, podobną do tej, którą zaobserwowano u szczurów narażonych na tylko PWB40 przez ten sam czas. Jednak szczury te z czasem nadal traciły na wadze, a następnie były narażone na PWB40. Jeden tydzień całkowitego rozładowania doprowadził do zmniejszenia siły chwytu kończyn tylnych w porównaniu z grupą kontrolną dopasowaną do wieku.Jednak po jednym kolejnym tygodniu PWB40 nie zaobserwowano dalszych zmian w zakresie siły chwytu. Ponadto szczury, które zostały poddane całkowitemu rozładowaniu, a następnie częściowemu obciążeniu, wykazywały znacznie większą utratę siły chwytu w porównaniu z grupą PWB40. PWB40 w grupach HLU-PWB40 miał istotnie niższą mokrą masę mięśni płaszczkowatych, brzuchatych łydki i piszczelowych przednich niż osoby kontrolne dopasowane do wieku.Nie zaobserwowano natomiast istotnej różnicy pomiędzy mokrą masą grup PWB40 i HLU-PWB40. Powodzenie tej metody zależy od dokładności częściowego poziomu obciążenia. Częste monitorowanie ma kluczowe znaczenie dla oceny stanu zdrowia zwierzęcia i codziennego rozładunku.Metoda ta jest nieinwazyjna, a zatem nie wyklucza zastosowania dodatkowych procedur testowych w odniesieniu do wszystkich systemów. Pomiary wzdłużne są również łatwe do wdrożenia, jeśli czas załadunku pozostaje pod kontrolą. Metoda ta została w całości opracowana w laboratorium, a wykorzystanie niestandardowego sprzętu może być wyzwaniem dla nowych zespołów.Technika ta otwiera drogę do szeroko zakrojonych badań, w których w grę wchodzi częściowe obciążenie ciała. Może to obejmować sytuacje kliniczne, takie jak korzystanie ze sprzętu pomocniczego, na przykład kul, lasek lub gipsów, a także aquaterapia.

mimicking-space-mission-to-mars-using-hindlimb-unloading-partial

Research

JoVE Journal

Behavior

Zachowanie

Test rotarod jest wykorzystywany do oceny stanu motorycznego w ruchu chodu u szczurów w modelu hemi-Parkinsona.

Wykorzystanie rotarod jako metody jakościowej analizy chodu u szczura

W niniejszej pracy opisujemy procedurę ortotopowego przeszczepienia kończyny tylnej szczura, która wydaje się być złotym standardem modelu in vivo w badaniach nad allotransplantacją tkanek złożonych.

Ortotopowe przeszczepianie kończyny tylnej u szczurów

Lokomocja jest często badana jako wynik behawioralny w różnych modelach chorób w dziedzinach takich jak neuronauka i ortopedia. Niniejszy artykuł wideo ma na celu opisanie metody pomiaru sił reakcji podłoża oraz kinematyki u szczurów podczas swobodnej lokomocji.

Wyznaczanie kinematyki i siły reakcji podłoża: demonstracja ilościowej oceny zdolności lokomocyjnych szczurów młodych, dorosłych w średnim wieku oraz geriatrycznych

Opracowaliśmy model naprzemiennego odciążenia kończyn tylnych u myszy. Główną zaletą naszej metody odciążania kończyn tylnych z wykorzystaniem pierścienia ogonowego w stosunku do konwencjonalnej techniki trakcji ogona Morey-Holton jest prosta i bezpośrednia procedura, która minimalizuje stres u zwierzęcia.

Alternatywna metoda dla tradycyjnego modelu odciążenia kończyn tylnych według NASA u myszy

Ten protokół demonstruje nasz model treningu na bieżni lokomotorycznej opartego na aktywności dla szczurów z uszkodzeniem rdzenia kręgowego (SCI). Obejmuje to zarówno grupy czworonożne, jak i tylko kończyny przednie, a także dwa odrębne typy niewyszkolonych grup kontrolnych. Badacze są w stanie ocenić efekty treningu na szczurach SCI przy użyciu tego protokołu.

Trening oparty na aktywności na bieżni ze szczurami Wistar z uszkodzonym rdzeniem kręgowym

Ten protokół przedstawia solidny, powtarzalny model unaczynionego kompozytowego allotransplantu (VCA) nastawiony na jednoczesne badanie immunologii i funkcjonalnego odzyskiwania. Czas zainwestowany w skrupulatną technikę przeszczepu ortotopowego prawej kończyny tylnej w połowie uda z ręcznie szytymi zespoleniami naczyniowymi i koaaptacją neuronalną daje możliwość badania funkcjonalnej regeneracji.

Kolejny krok: ortotopowy model przeszczepu kończyn tylnych z koaaptacją neuronalną w celu maksymalizacji powrotu do sprawności u szczura

Zautomatyzowana analiza chodu jest możliwym narzędziem do oceny funkcjonalnego powrotu do zdrowia w modelach gryzoni z uszkodzeniem nerwów obwodowych i uszkodzeniem rdzenia kręgowego. Chociaż wymaga to tylko jednego zestawu do oceny funkcji lokomotorycznych w różnych modelach eksperymentalnych, bardzo ważne jest skrupulatne dostosowanie i szkolenie zwierząt w sprzęcie i sprzęcie.

Zautomatyzowana analiza chodu w celu oceny powrotu do sprawności funkcjonalnej u gryzoni z uszkodzeniem nerwów obwodowych lub stłuczenia rdzenia kręgowego

Ten artykuł przedstawia częściowy protokół heterotopowego przeszczepu płata kostno-skórnego u szczurów i jego potencjalne wyniki w obserwacji średnioterminowej.

Częściowy heterotopowy model przeszczepu kończyn tylnych u szczurów

Obecny protokół opisuje trójwymiarowe śledzenie/ocenę ruchu, aby zobrazować zmianę ruchu szczurów po ekspozycji na symulowane środowisko nieużywania.

Kompleksowe zrozumienie zmian chodu wywołanych bezczynnością u gryzoni

Ten protokół pokazuje, jak wykonać amputację poniżej kolana u szczurów i natychmiast przeprowadzić ukierunkowaną reinnerwację mięśni (iTMR), aby zbadać strategie leczenia i zapobiegania bólowi związanemu z amputacją oraz lepiej zrozumieć mechanizmy bólu związane z amputacją.

Model ćwiczeniowy amputacji kończyny dolnej szczura poniżej kolana i natychmiastowa ingerencja mięśniowa

Protokół ten ustanawia pipeline oceny kinematyki tylnej kończyny szczura za pomocą testu na bieżni bez markerów z automatycznym oznaczaniem trajektorii wielostawowych opartym na głębokim uczeniu, co umożliwia powtarzalną ilościową ilościową identyfikację ruchu.

Wielostawowe synchroniczne śledzenie oparte na uczeniu głębokim do obiektywnej ilościowej kinematyki ruchowej kończyn tylnych u szczurów

Poznaj model symulacji misji kosmicznej na Marsa wykorzystujący rozładunek kończyn tylnych i częściowe obciążanie szczurów. Ta metoda pozwala badać zmiany fizjologiczne w warunkach nieważkości.

Naśladowanie misji kosmicznej na Marsa przy użyciu rozładunku kończyn tylnych i częściowego obciążania szczurów

Przeglądaj więcej filmów