Name: Indukowany pływaniem przyrząd do ćwiczeń danio pręgowanego do wszechstronnego podejścia do treningu (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-10-18T12:50:00.000+00:00
Duration: 10 min 34 s
Description: Poznaj metodę treningu danio pręgowanego przy użyciu indukowanego pływaniem przyrządu z kontrolą Arduino. System umożliwia protokoły wysokiego i umiarkowanego natężenia, poprawiając wydajność ruchową ryb o 10% tygodniowo.

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

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.

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.
<ol>
	<li>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.</li>
	<li>Płynąca Tabela Uzupełniająca 1 i <silna klasa="xfig">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).</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.
	<ol>
		<li>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.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zamocuj czujnik przepływu wody za rurą akrylową. 
	UWAGA: Czujnik przepływu należy podłączyć do wyświetlacza LCD i zaprogramować za pomocą Arduino (<silna klasa="xfig">Rysunek 1). Szczegóły konfiguracji Arduino znajdują się w pliku uzupełniającym 2.</li>
</ol>
2. Działanie aparatury
<ol>
	<li>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.</li>
	<li>Użyj zaworu kulowego, aby kontrolować prędkość przepływu, kierując wodę z powrotem do zbiornika w razie potrzeby.</li>
	<li>Wykorzystaj zasuwę (F2) do precyzyjnej regulacji przepływu i zarządzania dostępem ryb.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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).
	<ol>
		<li>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 <silna klasa="xfig">Rysunek 2. Schematy połączeń Arduino z wyświetlaczem LCD są zilustrowane na Rysunek 3.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Test wytrzymałościowy
UWAGA: Ten krok przedstawia procedurę testu wytrzymałościowego w celu określenia maksymalnej prędkości pływania (Umax) ryb pręgowanych.
<ol>
	<li>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.</li>
	<li>Umieść danio pręgowanego pojedynczo w aparacie.</li>
	<li>Warunki badania: Ustawić rybę pod prąd wody z prędkością początkową 0,06 m/s przez 10 minut.</li>
	<li>Przyrosty prędkości: Zwiększaj przepływ wody w dyskretnych etapach, przy czym przyrosty prędkości wynoszą 0,02 m/s co minutę przez 40-50 minut.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
</ol>
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.
<ol>
	<li>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.</li>
	<li>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).</li>
	<li>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).</li>
	<li>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.</li>
	<li>Powtórz test wytrzymałości pod koniec każdego tygodnia, z danymi dotyczącymi opóźnienia i prędkości w punkcie zmęczenia jako wskaźnikami parametrów kondycji fizycznej.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Dostosuj czas pływania w odpowiedzi na zwiększony przepływ wody, standaryzując w ten sposób obciążenie treningowe we wszystkich ćwiczonych grupach.</li>
</ol>
5. Wymiary ciała
<ol>
	<li>Znieczulij rybę 0,0075% trikainą (w/v) przez zanurzenie w celu przeprowadzenia pomiarów ciała (waga i rozmiar)20.</li>
	<li>Sfotografuj i zważ rybę, aby określić wymiary ciała za pomocą oprogramowania ImageJ.</li>
	<li>Wyraź dane za pomocą wskaźników kondycji ciała (waga [g]/standardowa długość [mm]2; BMI) i ocena kondycji ciała (BCS)20.</li>
	<li>Aby wyeliminować różnice w wielkości i wadze spowodowane tworzeniem się jaj, poddaj ryby standardowemu badaniu breeding20, a następnie pomiarom i ważeniu.</li>
</ol>

<ol><li>Seo, D. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Humanized+animal+exercise+model+for+clinical+implication%5BTitle%5D)+AND+%22Pflugers+Arch+Eur.+J+Physiol%22%5BJournal%5D)">Humanized animal exercise model for clinical implication.</a> Pflugers Arch Eur. J Physiol. 466 (9), 1673-1687 (2014).</li>
<li>Nylén, E. S., Gandhi, S. M., Lakshman, R. Cardiorespiratory fitness, physical activity, and metabolic syndrome. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aNyl%C3%A9n%2C+ES+%22Cardiorespiratory+Fitness+in+Cardiometabolic+Diseases%3A+Prev.+%26+Manag.+in+Clin.+Pract%22">Cardiorespiratory Fitness in Cardiometabolic Diseases: Prev. & Manag. in Clin. Pract</a>. , Springer. 207-215 (2019).</li>
<li>Cholewa, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Basic+models+modeling+resistance+training%3A+an+update+for+basic+scientists+interested+in+study+skeletal+muscle+hypertrophy%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cell+Physiol%22%5BJournal%5D)">Basic models modeling resistance training: an update for basic scientists interested in study skeletal muscle hypertrophy.</a> J Cell Physiol. 229 (9), 1148-1156 (2014).</li>
<li>Martin, B., Ji, S., Maudsley, S., Mattson, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((34%3BControl%26%2334%3B+laboratory+rodents+are+metabolically+morbid%3A+Why+it+matters%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+USA%22%5BJournal%5D)">34;Control&#34; laboratory rodents are metabolically morbid: Why it matters.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 107 (14), 6127-6133 (2010).</li>
<li>Palstra, A. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Swimming-induced+exercise+promotes+hypertrophy+and+vascularization+of+fast+skeletal+muscle+fibres+and+activation+of+myogenic+and+angiogenic+transcriptional+programs+in+adult+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Genomics%22%5BJournal%5D)">Swimming-induced exercise promotes hypertrophy and vascularization of fast skeletal muscle fibres and activation of myogenic and angiogenic transcriptional programs in adult zebrafish.</a> BMC Genomics. 15 (1), 1-20 (2014).</li>
<li>Blazina, A. R., Vianna, M. R., Lara, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+spinning+task%3A+A+new+protocol+to+easily+assess+motor+coordination+and+resistance+in+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Zebrafish%22%5BJournal%5D)">The spinning task: A new protocol to easily assess motor coordination and resistance in zebrafish.</a> Zebrafish. 10 (4), 480-485 (2013).</li>
<li>Gilbert, M. J. H., Zerulla, T. C., Tierney, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Zebrafish+%28Danio+rerio%29+as+a+model+for+the+study+of+aging+and+exercise%3A+Physical+ability+and+trainability+decrease+with+age%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Gerontol%22%5BJournal%5D)">Zebrafish (Danio rerio) as a model for the study of aging and exercise: Physical ability and trainability decrease with age.</a> Exp Gerontol. 50, 106-113 (2014).</li>
<li>Usui, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+French+press%3A+A+repeatable+and+high-throughput+approach+to+exercising+zebrafish+%28Danio+rerio%29%5BTitle%5D)+AND+%22Peer+J%22%5BJournal%5D)">The French press: A repeatable and high-throughput approach to exercising zebrafish (Danio rerio).</a> Peer J. 2018 (1), 1-12 (2018).</li>
<li>Tierney, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Swimming+performance+assessment+in+fishes%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">Swimming performance assessment in fishes.</a> J. Vis. Exp. (51), e2572(2011).</li>
<li>Palstra, A. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Establishing+zebrafish+as+a+novel+exercise+model%3A+Swimming+economy%2C+swimming-enhanced+growth+and+muscle+growth+marker+gene+expression%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Establishing zebrafish as a novel exercise model: Swimming economy, swimming-enhanced growth and muscle growth marker gene expression.</a> PLoS One. 5 (12), e0014483(2010).</li>
<li>Arnold, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rheotropism+in+fishes%5BTitle%5D)+AND+%22Biol+Rev+Camb+Philos+Soc%22%5BJournal%5D)">Rheotropism in fishes.</a> Biol Rev Camb Philos Soc. 49 (4), 515-576 (1974).</li>
<li>Messerli, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adaptation+mechanism+of+the+adult+zebrafish+respiratory+organ+to+endurance+training%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Adaptation mechanism of the adult zebrafish respiratory organ to endurance training.</a> PLoS One. 15 (2), 1-20 (2020).</li>
<li>Bek, J. W., De Clercq, A., Coucke, P. J., Willaert, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+ZE-tunnel%3A+An+affordable%2C+easy-to-assemble%2C+and+user-friendly+benchtop+zebrafish+swim+tunnel%5BTitle%5D)+AND+%22Zebrafish%22%5BJournal%5D)">The ZE-tunnel: An affordable, easy-to-assemble, and user-friendly benchtop zebrafish swim tunnel.</a> Zebrafish. 18 (1), 29-41 (2021).</li>
<li>Lucon-Xiccato, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+automated+low-cost+swim+tunnel+for+measuring+swimming+performance+in+fish%5BTitle%5D)+AND+%22Zebrafish%22%5BJournal%5D)">An automated low-cost swim tunnel for measuring swimming performance in fish.</a> Zebrafish. 18 (3), 231-234 (2021).</li>
<li>Blazina, A. R., Vianna, M. R., Lara, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+spinning+task%3A+A+new+protocol+to+easily+assess+motor+coordination+and+resistance+in+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Zebrafish%22%5BJournal%5D)">The spinning task: A new protocol to easily assess motor coordination and resistance in zebrafish.</a> Zebrafish. 10 (4), 480-485 (2013).</li>
<li>Depasquale, C., Leri, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+influence+of+exercise+on+anxiety-like+behavior+in+zebrafish+%28Danio+rerio%29%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Processes%22%5BJournal%5D)">The influence of exercise on anxiety-like behavior in zebrafish (Danio rerio).</a> Behav Processes. 157, 638-644 (2018).</li>
<li>Karsenty, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comprehensive+review+of+integrated+hall+effects+in+macro-%2C+micro-%2C+nanoscales%2C+and+quantum+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">A comprehensive review of integrated hall effects in macro-, micro-, nanoscales, and quantum devices.</a> Sensors. 20 (15), Basel, Switzerland. 4163(2020).</li>
<li>Húngaro, T. G. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physical+exercise+exacerbates+acute+kidney+injury+induced+by+LPS+via+toll-like+receptor+4%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Physiol%22%5BJournal%5D)">Physical exercise exacerbates acute kidney injury induced by LPS via toll-like receptor 4.</a> Front Physiol. 11, 1-13 (2020).</li>
<li>Marcinko, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+intensity+interval+training+improves+liver+and+adipose+tissue+insulin+sensitivity%5BTitle%5D)+AND+%22Mol+Metab%22%5BJournal%5D)">High intensity interval training improves liver and adipose tissue insulin sensitivity.</a> Mol Metab. 4 (12), 903-915 (2015).</li>
<li>Chen, W., Ge, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gonad+differentiation+and+puberty+onset+in+the+zebrafish%3A+Evidence+for+the+dependence+of+puberty+onset+on+body+growth+but+not+age+in+females%5BTitle%5D)+AND+%22Mol+Reprod+Develop%22%5BJournal%5D)">Gonad differentiation and puberty onset in the zebrafish: Evidence for the dependence of puberty onset on body growth but not age in females.</a> Mol Reprod Develop. 80 (5), 384-392 (2013).</li>
<li>Conradsen, C., Walker, J. A., Perna, C., McGuigan, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Repeatability+of+locomotor+performance+and+morphology-locomotor+performance+relationships%5BTitle%5D)+AND+%22J+Exp+Biol%22%5BJournal%5D)">Repeatability of locomotor performance and morphology-locomotor performance relationships.</a> J Exp Biol. 219 (18), 2888-2897 (2016).</li>
<li>Widrick, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+open+source+microcontroller+based+flume+for+evaluating+swimming+performance+of+larval%2C+juvenile%2C+and+adult+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">An open source microcontroller based flume for evaluating swimming performance of larval, juvenile, and adult zebrafish.</a> PLoS ONE. 13 (6), 1-14 (2018).</li>
<li>Gilbert, M. J. H., Zerulla, T. C., Tierney, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Zebrafish+%28Danio+rerio%29+as+a+model+for+the+study+of+aging+and+exercise%3A+Physical+ability+and+trainability+decrease+with+age%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Gerontol%22%5BJournal%5D)">Zebrafish (Danio rerio) as a model for the study of aging and exercise: Physical ability and trainability decrease with age.</a> Exp Gerontol. 50 (1), 106-113 (2013).</li>
<li>Hammer, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fatigue+and+exercise+tests+with+fish%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Gerontol%22%5BJournal%5D)">Fatigue and exercise tests with fish.</a> Exp Gerontol. 112 (1), 1-20 (1995).</li>
<li>Takahiro Hasumura, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exercise+quantity-dependent+muscle+hypertrophy+in+adult+zebrafish+%28Danio+rerio%29%5BTitle%5D)+AND+%22J+Comp+Physiol+B%22%5BJournal%5D)">Exercise quantity-dependent muscle hypertrophy in adult zebrafish (Danio rerio).</a> J Comp Physiol B. 186, 603-614 (2016).</li>
<li>Wang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+aerobic+exercise+as+a+treatment+on+type+2+diabetes+mellitus+with+depression-like+behavior+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Life+Sciences%22%5BJournal%5D)">Effect of aerobic exercise as a treatment on type 2 diabetes mellitus with depression-like behavior zebrafish.</a> Life Sciences. 300, 120578(2022).</li>
<li>Conradsen, C., McGuigan, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sexually+dimorphic+morphology+and+swimming+performance+relationships+in+wild-type+zebrafish+Danio+rerio%5BTitle%5D)+AND+%22J+Fish+Bio%22%5BJournal%5D)">Sexually dimorphic morphology and swimming performance relationships in wild-type zebrafish Danio rerio.</a> J Fish Bio. 87 (5), 1219-1233 (2015).</li>
<li>Hughes, D. C., Ellefsen, S., Baar, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adaptations+to+endurance+and+strength+training%5BTitle%5D)+AND+%22Cold+Spring+Harb+Perspect+Med%22%5BJournal%5D)">Adaptations to endurance and strength training.</a> Cold Spring Harb Perspect Med. 8 (6), 1-18 (2018).</li>
</ol>

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.

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.

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.

<table><tbody><tr><td>CPVC Kolano żeńskie 90 stopni do hydrauliki</td><td>Tigre</td><td>22150260</td><td>3/4 cala&nbsp;</td></tr><tr><td>Drut 24AWG Sky</td><td>Cablo Store</td><td></td><td>Połączenie między komponentami w perforowanej płytce drukowanej (1m)</td></tr><tr><td>Rura akrylowa</td><td>The Clear Plastic Shop</td><td>41138408</td><td>3/4 cala&nbsp;</td></tr><tr><td>Akwarium Zatapialne akwarium</td><td>Aqua Tank</td><td></td><td>300w</td></tr><tr><td>CPVC Pipe</td><td>Tigre 10121787</td><td></td><td>3/4 cala&nbsp;</td></tr><tr><td>Zasuwa z gwintem wewnętrznym</td><td>Tigre</td><td>27950310</td><td>3/4 cala&nbsp;</td></tr><tr><td>Zawór wodny kulowy z gwintem wewnętrznym</td><td>Tigre</td><td>27940510</td><td>3/4 cala&nbsp;</td></tr><tr><td>Rezystor otworowy</td><td>BXV</td><td></td><td>10 k&Omega;, 0,25W</td></tr><tr><td>t Statyw laboratoryjny z zaciskiem z prętem 30 cali&nbsp;</td><td>Masiye Labs</td><td>RSC0001</td><td>Obsługuje poziomy ekran LCD rur</td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>Eichip</td><td></td><td>16 x 2, model JHD162A</td></tr><tr><td>Męski x męski Zworki Dupont</td><td>Chyan</td><td></td><td>Połączenie między arduino a czujnikiem przepływu (30 cm)</td></tr><tr><td>Perforowana płytka drukowana jednostronna</td><td>KY WIN ROBOT</td><td></td><td>5 x 10 cm</td></tr><tr><td>Potencjometr</td><td>LUSYA</td><td>DL-ALPSA01</td><td>10k&Omega;</td></tr><tr><td>Rolka taśmy blokującej wodę</td><td>One World</td><td>5603131000</td><td>Aby uniknąć wycieków</td></tr><tr><td>Wąż silikonowy</td><td>Tigre</td><td>14211250</td><td>2 cm wewnętrzna</td></tr><tr><td>stacja lutownicza</td><td>QHTITEC</td><td>EU/US PLUG</td><td>System spawania Arduine&nbsp;</td></tr><tr><td>Szpula drutu lutowniczego</td><td>BEEYIHF</td><td>I001-A001-Set</td><td>Arduine system spawania&nbsp;</td></tr><tr><td>Gwintowane gniazdo męskie i niegwintowane gniazdo żeńskie Złączka rurowa CPVC</td><td>35447849</td><td></td><td>3/4 cala&nbsp;</td></tr><tr><td>Tricaine (MS-222)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>E10521</td><td>Płyta anestezjologiczna</td></tr><tr><td>UNO-R3 UNO R3 CH340G+MEGA328P Chip 16Mhz&nbsp;</td><td>FSXSEMI</td><td></td><td>do płytki rozwojowej Arduino UNO R3</td></tr><tr><td>Niegwintowana złączka trójnikowa CPVC, żeńska</td><td></td><td>22200267</td><td>3/4 cala&nbsp;</td></tr><tr><td>Niegwintowana żeńska złączka rurowa z gniazdem CPVC</td><td>Tigre</td><td>22170260</td><td>3/4 cala&nbsp;</td></tr><tr><td>Czujnik przepływu wody&nbsp; model YF-B5&nbsp;</td><td>Siqma Robotics</td><td>SQ8659</td> Pompa wodna <td>1-25 l/min</td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>Sunsun</td><td></td><td>Model HJ-2041, 3000L/h, 65W</td></tr><tr><td>Zbiornik na wodę</td><td>Custom</td><td></td><td>30 L</td></tr></tbody></table>

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

A Swimming-Induced Zebrafish Exercise Apparatus for Versatile Training Approaches

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.

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 m/s, wskaźnik 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 i 0,49 m/s w grupie HIIT.
Wydolność fizyczną danio pręgowanych oceniano co tydzień, mierząc Umax w teście wytrzymałościowym. Wyniki wykazały znaczną poprawę wydolności fizycznej u ryb poddanych treningowi MICT i HIIT w porównaniu z grupą SED (Rycina 4). W obu przypadkach, MICT i HIIT, podczas treningu przebyto ten sam dystans; jednak w grupie HIIT odnotowano szybką poprawę, a istotny wzrost Umax zaobserwowano już po dwóch tygodniach (p = 0,0003). W okresie treningowym grupa HIIT wykazywała stałą, tygodniową poprawę na poziomie 10%, co przełożyło się na całkowity wzrost o około 30%. W przeciwieństwie do tego, trening MICT prowadził do bardziej stopniowych zysków, a zauważalny wzrost Umax o ~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.
<img alt="Schemat i konfiguracja systemu filtracji wody; pompa zanurzeniowa; cykl wodny; proces oczyszczania." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66382/66382fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1: Konstrukcja aparatury. (A) Schemat aparatury do pływania. Niebieskie strzałki wskazują kierunek przepływu wody. Przedstawiono odpowiednie długości rur. Litery oznaczają poszczególne elementy aparatury opisane w Uzupełniającej tabeli 1. (B) Fotografia aparatury. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66382/66382fig01large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Wykres słupkowy przedstawiający przepływy w L/h i średni czas dla objętości 0,5 L; wartości przy 0,06, 0,30, 0,5 m/s." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66382/66382fig02.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2: Kalibracja czujnika przepływu wody poprzez pomiar czasu wymaganego do przepływu 0,5 L. Wartość SEM wyniosła 0,277 w grupie 0,06 m/s, 0,123 w grupie 0,3 m/s i 0,109 w grupie 0,5 m/s. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66382/66382fig02large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Arduino Nano z potencjometrem 10kΩ i połączeniami wyświetlacza LCD 16x2; schemat obwodu elektronicznego." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66382/66382fig03.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rycina 3"> 
Rycina 3: Schematy połączeń Arduino z wyświetlaczem LCD. Odpowiednie przewody czujnika należy połączyć lub przylutować pomiędzy pinem D2 Arduino a rezystorem 10 kΩ (przewód sygnałowy), masą (Ground) Arduino (czarny przewód) oraz zasilaniem 5 V Arduino (czerwony przewód). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66382/66382fig03large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Wykres wpływu ćwiczeń; VO2max (% kontroli) w czasie tygodni; porównanie SED, MICT, HIIT; wykres słupkowy." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66382/66382fig04.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 4"> 
Rysunek 4: Wydajność pływania wyrażona jako maksymalna prędkość pływania (Umax). a, b i c wskazują różnice statystyczne między tygodniowymi szacunkami zdolności pływania w obrębie każdej grupy. *Oznacza różnicę między grupami, porównanie z wykorzystaniem dwuczynnikowej analizy wariancji (test post hoc Tukeya). *p = 0,01; **p = 0,001; ***p = 0,0001. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66382/66382fig04large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Analiza BMI i BCS, wykresy słupkowe porównujące poziomy SED, MICT, HIIT, pomiar morfologii ryb." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66382/66382fig05.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rycina 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. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66382/66382fig05large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
Tabela uzupełniająca 1: Materiały i instrukcja montażu aparatury do ćwiczeń dla danio pręgowanego. Tabela zawiera litery odpowiadające kolejności montażu przedstawionej na rycinie. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66382/Supplementary%20Table%201.xlsx" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Plik uzupełniający 1: Adnotowany szkic Arduino do pomiaru prędkości wody. Komentarze do każdej linii kodu zostały zamieszczone po podwójnych ukośnikach. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66382/Arduino%20Sketch.zip" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Plik uzupełniający 2: Plik Arduino, zawierający szczegóły konfiguracji. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66382/flowsensor.zip" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>

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.

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

To comprehensively investigate the effects of exercise on health and disease, animal models play a pivotal role. Zebrafish, a widely utilized vertebrate ...

W badaniach nad danio pręgowanym ćwiczenia fizyczne można wykonywać przy użyciu dostępnych na rynku lub specjalnie zbudowanych tuneli pływackich. W tym miejscu opracowaliśmy wysokowydajny, przyjazny dla użytkownika system ćwiczeń dla danio pręgowanego, wykorzystując łatwo dostępne materiały. Konfiguracja opiera się na rzeczywistym zachowaniu dostępu danio pręgowanego.Aby przetestować skuteczność aparatu, zastosowano dwa protokoły ćwiczeń. Trening ciągły o umiarkowanej intensywności i trening interwałowy o wysokiej intensywności. Do monitorowania prędkości przepływu wody wskazywanej przez czujnik przepływu wykorzystujemy Arduino Nano, ekran LCD o wymiarach 16 na 2, rezystor przewlekany o mocy 10 kiloomów o mocy jednej czwartej wata oraz potencjometr o mocy 10 kiloomów.Zmontuj komponenty zgodnie z dostarczonym schematem. Za pomocą płytki perf drut lutowniczy, lutownica, drut i trzy zworki męskie. Załaduj dostarczony szkic Arduino za pomocą odpowiedniego USB za pośrednictwem Arduino IDE.Natężenie przepływu wody, czas od ostatniego resetu w minutach oraz prędkość wody są wyświetlane na ekranie LCD. Do montażu systemu recyrkulacji wody należy użyć rur PVC o średnicy trzech czwartych cala i łączników o średnicy trzech czwartych cala. Konieczne jest stworzenie dwóch wylotów wody.Pierwszy z nich odprowadzi wodę z głównego strumienia z powrotem do zbiornika, a drugi skieruje przepływ do obszaru szkolenia ryb. Dodaj globalny zawór, aby regulować przepływ powrotny. Dodaj górny zawór wylotowy wody, aby regulować przepływ wody do obszaru treningowego.Podłącz trójnik do górnego zaworu. Należy pamiętać, że konieczne jest dodanie siatki wewnątrz połączenia w pobliżu zaworu, aby zapobiec przedostawaniu się ryb do dolnej części aparatu. W połączeniu T dodaj zawór globalny, który będzie służył jako brama do wchodzenia i wychodzenia ryb z systemu.Przymocuj rurkę akrylową do trójnika. Następnie przymocuj czujnik przepływu do rury akrylowej. Należy pamiętać, że konieczne jest umieszczenie ekranu wewnątrz rury, aby zapobiec przepływaniu ryb.Podłączyć częściowo zmontowane urządzenie do pompy głębinowej wewnątrz zbiornika na wodę. Aby utrzymać recyrkulację wody, konieczne jest podłączenie węża do końcowej części aparatu za czujnikiem przepływu. Na koniec podłącz czujnik przepływu do monitora w celu monitorowania prędkości przepływu wody.Należy pamiętać, że są to złącza, które należy podłączyć w odpowiedniej kolejności. Teraz jest gotowy do użycia. Przed dodaniem danio pręgowanego do aparatu należy ustawić przepływ.Aby to zrobić, najpierw całkowicie otwórz oba zawory sterujące przepływem, aby umożliwić pęcherzykom wyjście z systemu, pozostawiając zamknięty zawór wlotowy i wylotowy ryby. Następnie dostosuj przepływ do maksymalnej prędkości, około 0,6 metra na sekundę. Zapewni to większą precyzję w regulacji przepływu za pomocą górnego zaworu.Złap rybę, a następnie zamknij górny zawór, aby zatrzymać przepływ wody. Następnie całkowicie otwórz następny zawór, który będzie służył jako brama wejściowa dla ryb. Ważne jest, aby zawór był otwarty do góry.Natychmiast po tym zamknij zawór wlotowy i otwórz zawór sterujący przepływem. Możliwe jest umieszczenie małej grupy do sześciu ryb, które należy włożyć wszystkie na raz. Aby usunąć ryby, całkowicie zamknij górny zawór, obróć zawór wylotowy ryby, obracając jego otwór w dół.Następnie całkowicie otwórz zawór. Użyj pojemnika, aby zebrać rybę wraz z wodą, która będzie spływać grawitacyjnie z aparatu. Na koniec zamknij zawór wylotowy wlotowy, aby zatrzymać wyciek wody.Przed zastosowaniem protokołów ćwiczeń konieczne jest przyzwyczajenie zwierząt do stosunkowo niskiej i stałej prędkości przez co najmniej 60 minut dziennie przez jeden tydzień. Przed każdą sesją ćwiczeń należy zaaklimatyzować zwierzęta przez 10 minut. Po okresie aklimatyzacji należy określić Umax, oceniając maksymalną prędkość pływania w stosunku do prądu.W tym celu natężenie przepływu będzie zwiększane o 0,02 metra na sekundę co minutę, aż ryba osiągnie wyczerpanie. Aby zwiększyć prędkość, po prostu delikatnie otwórz górny zawór, monitorując prędkość za pomocą wyświetlacza LCD. Poddaj rybę wymuszonemu pływaniu pod prąd wody przy 60% Umax, zgodnie z testem maksymalnej pojemności, przez 35 minut.Uwaga: w ciągu pierwszych 10 minut ryba aklimatyzuje się do tej samej prędkości, co grupa prowadząca siedzący tryb życia, 0,06 metra na sekundę. Ryby pływają pod prąd stałemu natężeniu przepływu wody, nie osiągając stanu wyczerpania fizycznego. Poddaj rybę wymuszonemu pływaniu, zmieniając prędkość pływania.Dwie minuty przy 90% Umax, a następnie dwie minuty przy 30% Umax, powtarzane przez 18 minut, dziewięć cykli. Ryby pływają pod prąd o zmiennym natężeniu przepływu wody, nie osiągając stanu wyczerpania fizycznego. Konfiguracja była precyzyjna, co pozwalało na precyzyjną regulację prędkości przepływu.Jednak błąd wynosił około 30%, gdy prędkość była niska, 0,06 metra na sekundę. Gdy prędkość była wysoka, około 0,3 metra na sekundę i 0,5 metra na sekundę, poziom błędu wynosił tylko od trzech do czterech procent. Najszybsze prędkości osiągane podczas treningu wynosiły 0,4 metra na sekundę w grupie siedzącej, 0,44 metra na sekundę w grupie umiarkowanego treningu i 0,49 metra na sekundę w grupie o wysokiej intensywności w końcowym teście wytrzymałościowym.Oba schematy treningowe zostały zaprojektowane tak, aby pokonywać ten sam dystans, ale protokół treningu o wysokiej intensywności skutkował szybszą poprawą wydajności, o czym świadczy tygodniowy wzrost Umax. Ryby poddane treningowi o wysokiej intensywności poprawiały swoją wydajność o 10% każdego tygodnia, co daje w sumie około 30%. Z drugiej strony, ryby poddane umiarkowanemu treningowi wykazywały wolniejszy postęp, z zauważalnym 10% wzrostem Umax dopiero w trzecim tygodniu i brakiem dalszej poprawy w następnym tygodniu.Wyniki te podkreślają, w jaki sposób wybór protokołów treningowych może w różny sposób wpływać na sprawność fizyczną danio pręgowanego. W tym badaniu stworzyliśmy nowy, ekonomiczny system ćwiczeń inspirowany istniejącymi systemami tuneli pływackich i kanałów wodnych. System ten pozwala na dokładne zbadanie sprawności pływania danio pręgowanego.Umax wyznaczyliśmy poprzez stopniowe zwiększanie przepływu wody, aż do wyczerpania ryb, charakteryzującego się trzema kolejnymi zmęczeniami lub niezdolnością do dalszego pływania pod prąd. Odkrycia te pomogły nam zaprojektować dwa protokoły ćwiczeń i potwierdzić skuteczność naszego aparatu do tunelu pływackiego do oceny sprawności fizycznej danio pręgowanego. Ponadto ten kompaktowy system jest wszechstronny, obejmuje szeroki zakres prędkości przepływu wody i ułatwia dostosowywanie protokołów treningowych.

a-swimming-induced-zebrafish-exercise-apparatus-for-versatile

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Artykuł opisuje behawioralną metodę oceny stresu u danio pręgowanego. W odpowiedzi na stres danio pręgowany ma tendencję do pływania na dnie zbiornika, dopóki stres nie zostanie usunięty. Przykładowy protokół opisuje krokową metodę wykonywania testu.

Nowatorski test nurkowania w butli: metoda badania wrodzonych reakcji na stres u danio pręgowanego

Opisano użycie automatycznego systemu wideo 3D, który może śledzić pojedyncze osoby i grupy danio pręgowanych. Jako przykład zastosowania badamy wpływ antagonisty receptora NMDA MK-801 na ławice danio pręgowanego.

Wykorzystanie zautomatyzowanego systemu śledzenia 3D do rejestrowania osobników i ławic dorosłych ryb pręgowanego

Danio pręgowany jest teraz sprawdzonym i potężnym narzędziem do modelowania dystrofii mięśniowych, wrodzonych miopatii i pokrewnych chorób nerwowo-mięśniowych. Dwójłomność i zachowanie ucieczki wywołane dotykiem to dwa powszechne nieinwazyjne testy stosowane do określenia stopnia dezorganizacji mięśni i upośledzenia lokomocji zarodków danio pręgowanego we wczesnym okresie rozwoju.

Analiza wad mięśni szkieletowych u larw danio pręgowanego za pomocą testów dwójłomności i reakcji ucieczki wywołanej dotykiem

Obiekt dla danio pręgowanego nadający się do hodowli i badań in vivo jest zbudowany w łatwy i niedrogi sposób. Konserwacja jest minimalna. To miejsce jest idealne do angażowania studentów i niezależnych badań.

Budowa niedrogiego i łatwego w budowie obiektu do połowu danio pręgowanego

Danio pręgowany to doskonały model do badania funkcji mięśni i chorób. Podczas wczesnej embriogenezy danio pręgowany rozpoczyna regularne skurcze mięśni, powodując rytmiczne zachowanie podczas pływania, które zmienia się, gdy mięsień jest zakłócony. W tym miejscu opisujemy reakcję wywołaną dotykiem i test lokomocji, aby zbadać wydajność pływania jako miarę funkcji mięśni.

Wykorzystanie reakcji wywołanej dotykiem i testów lokomocji do oceny wydajności i funkcji mięśni u danio pręgowanego

Ten manuskrypt opisuje prostą metodę behawioralnego pomiaru stresu u dorosłego gryba. Podejście to wykorzystuje wrodzoną tendencję do tego, że danio pręgowany preferuje dolną połowę zbiornika, gdy jest w stanie stresu. Opisano również metody sprzężenia testu z farmakologią.

Behawioralne podejścia do badania wrodzonego stresu u danio pręgowanego

Zdolny do funkcjonalnego powrotu do zdrowia po urazie rdzenia kręgowego, dorosły danio pręgowany jest głównym modelowym systemem do wyjaśnienia wrodzonych mechanizmów regeneracji neuronów. Tutaj opisujemy testy wytrzymałości pływackiej i zachowania podczas pływania jako funkcjonalne odczyty regeneracji rdzenia kręgowego.

Ocena wytrzymałości pływackiej i zachowań związanych z pływaniem u dorosłych danio pręgowanego

Przejrzystość optyczna jest główną zaletą dla biologicznej i fizjologicznej pracy komórek u danio pręgowanego. Opisano solidne metody pomiaru wzrostu komórek u poszczególnych zwierząt, które pozwalają na nowy wgląd w to, w jaki sposób wzrost mięśni szkieletowych i sąsiednich tkanek jest zintegrowany ze wzrostem całego ciała.

Wielokrotne pomiary wzrostu mięśni szkieletowych w czasie rzeczywistym u poszczególnych żywych ryb danio pręgowanych poddanych zmienionej aktywności elektrycznej

Zadania preferencji społecznych wielokomorowych zostały dostosowane od szczurów do rybek zebra, ułatwiając badania nad zachowaniami społecznymi w organizmach modelowych. Ten protokół waliduje niskobudżetowe zadanie trójkomorowe z otwartym zbiornikiem przy użyciu kamer internetowych i oprogramowania open-source w celu zmierzenia preferencji społecznych rybek zebra, czyniąc je dostępnymi dla badań i nauczania na poziomie licencjackim.

Niedroga alternatywa do badania preferencji społecznych u Danio pręgowanego (Danio rerio) przy użyciu zadania wolnego pływania w trzykomorowym otwartym zbiorniku

Metody eksperymentalne w inżynierii tkankowej

Poznaj metodę treningu danio pręgowanego przy użyciu indukowanego pływaniem przyrządu z kontrolą Arduino. System umożliwia protokoły wysokiego i umiarkowanego natężenia, poprawiając wydajność ruchową ryb o 10% tygodniowo.

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

Przeglądaj więcej filmów