Name: Treinamento de resistência ajustado pela dosagem em camundongos com um risco reduzido de dano muscular (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-08-31T14:20:00.000+00:00
Duration: 7 min 29 s
Description: Aprenda o treinamento de resistência ajustado pela dosagem (DART) em camundongos para estudar adaptações musculares com menor risco de lesão. Este método permite ajustes precisos da resistência durante contrações excêntricas dos músculos tibiais anteriores.

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Este estudo foi financiado por doações da Jain Foundation Inc., R03HD091648 do NICHD, uma Bolsa Piloto da AR3T sob NIH P2CHD086843, um Prêmio FRAP da EACPHS da Wayne State University, um Pacote de Inicialização da Faculdade da Wayne State University e um subcontrato de 1R01AR079884-01 (Peter L. Jones PI) para a JAR. Este estudo também foi financiado por uma bolsa de pesquisa da American Physical Therapy Association - Michigan (APTA-MI) para JMB, MEP e JAR. Os autores reconhecem a Dra. Renuka Roche (Professora Associada, Eastern Michigan University, MI) por ler criticamente o manuscrito e fornecer feedback. Os autores agradecem ao Sr. Anselm D. Motha por conselhos sobre impressão 3D. Os autores agradecem aos pacientes com disferlinopatias que compartilharam suas histórias no site da Fundação Jain em https://www.jain-foundation.org/patient-physician-resources/patient-stories, particularmente suas experiências com o exercício.

Os autores não têm interesses financeiros concorrentes.

Este artigo apresenta instruções passo a passo sobre como construir um dispositivo para realizar um tipo de treinamento de reabilitação de precisão chamado treinamento de resistência ajustado à dosagem (DART). O trabalho também descreve a aplicação do dispositivo DART e metodologia em um estudo de treinamento para comparar o dano muscular 3 dias após uma única sessão de DART (grupo DART) com o dano 3 dias após um ataque comparável de treinamento isométrico (grupo ISOM).
As etapas críticas do p...

O exercício confere inúmeros benefícios para a saúde do músculo esquelético (revisado em Vina et al.1). Especificamente, o treinamento de resistência progressiva (PRT), que envolve a realização de contrações musculares contra cargas externas progressivamente maiores (por exemplo, barras, halteres, circuitos cabo-polia-peso), é conhecido por ajudar a aumentar a massa muscular e a força em indivíduos saudáveis e populações de pacientes (revisado em publicações anteriores 2,3 ). O PRT baseia-se no princípio da sobrecarga, que afirma que, quando o músculo se contrai contra cargas externas progressivamente maiores, ele se adapta aumentando sua área transversal fisiológica, bem como a capacidade de produção de força4. Os modelos existentes de PRT em roedores incluem escalada de escada com resistência aplicada à cauda, cocontração dos músculos agonistas contra a resistência dos antagonistas, corrida com um arnês pesado, um exercício de agachamento provocado por um choque elétrico e corrida de roda resistida 5,6,7,8,9,10 (revisada em publicações anteriores 11,12 ). No entanto, atualmente não existem ferramentas de pesquisa para realizar com precisão o PRT direcionado ao músculo e ajustado à dosagem em camundongos que se assemelhem aos métodos e dispositivos de PRT usados na pesquisa e prática clínica humana12,13. Isso limita a capacidade dos investigadores de estudar a segurança e a eficácia do PRT dosado com precisão em estudos básicos e pré-clínicos em camundongos.
Para superar essa barreira, uma metodologia e um dispositivo PRT são desenvolvidos neste estudo com base nos projetos de circuitos cabo-polia-peso empregados em equipamentos de treinamento resistido em ginásios modernos14,15,16. Este método de PRT é referido como treinamento de resistência ajustado à dosagem (DART), e o dispositivo é chamado de dispositivo DART. Além de sua funcionalidade como ferramenta de treinamento de reabilitação de precisão, o dispositivo DART também pode ser usado como um instrumento autônomo para avaliar objetivamente o torque contrátil concêntrico máximo que pode ser gerado pelo músculo tibial anterior (AT) em um rato, semelhante à forma como o máximo de uma repetição (1RM, a carga máxima que pode ser levantada com sucesso / movida / pressionada / agachada apenas uma vez, mantendo a boa forma) é avaliada em humanos17, 18. O dispositivo DART também pode ser acoplado a um dinamômetro isocinético personalizado ou comercial para medir o pico de força tetânica isométrica produzida pelo músculo TA em um camundongo (comparável à contração voluntária máxima [MVC] em humanos) e, em seguida, executar o PRT ajustado pela dosagem com uma resistência baseada no pico de força tetânica (por exemplo, 50% da força de pico).
Este artigo descreve a construção do dispositivo DART e explica como ele pode ser acoplado a um dinamômetro personalizado, que já foi descrito em publicações anteriores 19,20,21,22, para avaliar o torque contrátil e realizar o DART. O estudo também descreve como o dispositivo DART foi usado para comparar o dano muscular induzido pelo exercício causado por um único ataque de DART (4 séries de 10 contrações concentricamente tendenciosas com 50% de 1RM) com danos causados por um surto comparável de contrações isométricas (4 conjuntos de 10 contrações isométricas) em um modelo de camundongo de distrofia muscular tipo 2B da cintura do membro (LGMD2B, ou LGMDR2)23,24. O modelo de camundongo que foi estudado carece de uma proteína chamada disferina, que desempenha um papel importante na proteção do músculo esquelético contra danos musculares de início tardio após contrações excêntricas prejudiciais 22,25,26,27,28,29,30 . Também foi demonstrado em camundongos machos deficientes em disferlina que o exercício forçado concentricamente tendencioso não é tão prejudicial quanto o exercício forçado excentricamente tendencioso e que a exposição prévia ao treinamento concentricamente tendencioso oferece proteção contra lesões de um surto subsequente de contrações excentricamente tendenciosas22. Uma vez que o presente estudo foi realizado para testar a viabilidade da presente metodologia e dispositivo DART na realização de treinamento de resistência concentricamente tendencioso e ajustado à dosagem, camundongos machos deficientes em disferlina foram escolhidos para a investigação para comparar novos dados do dispositivo DART com dados anteriores. Em estudos futuros, camundongos fêmeas BLAJ serão incluídos para estudar o efeito do sexo como variável biológica em relação à resposta ao DART. Camundongos com idade ~1,5 anos foram estudados, uma vez que já apresentam alterações distróficas em muitos grupos musculares e, portanto, modelam o estado fisiopatológico em que os músculos podem estar em pacientes que já apresentam fraqueza e perda muscular e estão buscando cuidados de reabilitação para manter a massa e a força muscular26.

<table><tbody><tr><td>Rolamento de esferas de cerâmica AnMiao Star 608</td><td>Anmiao Star (N/A)</td><td>AMS127</td><td>Rolamento de roda de alta precisão, baixo atrito.&nbsp; Se a marca e o modelo não estiverem disponíveis comercialmente, uma versão alternativa de um rolamento de roda de baixo atrito 608, diâmetro de furo de 8 mm,&nbsp; 22 mm de diâmetro externo, com bolas de cerâmica de nitreto de silício em caixa de aço inoxidável 420 deve ser suficiente.&nbsp; O excesso de atrito no rolamento da roda afetará negativamente o desempenho do dispositivo DART e aumentará a resistência geral às contrações musculares.</td></tr><tr><td>Microscópio Axio Scope.A1</td><td>Carl Zeiss (Peabody, MA)</td><td>Produto #Axio Scope.A1</td><td>Microscópio de luz e fluorescência</td></tr><tr><td>B6. A-Dysfprmd/GeneJ (também conhecido como camundongos BLAJ)</td><td>O Laboratório Jackson (Bar Harbor, ME).&nbsp; Colônia especial mantida pela The Jain Foundation Inc. para colaboradores que estudam disferlina.</td><td>Estoque # 012767</td><td>Camundongos com deficiência de disferlina que modelam distrofia muscular de cintura de membro humano tipo 2B / R2.</td></tr><tr><td>Eletrodo de estimulação elétrica neuromuscular (NMES) bipolar, transcutâneo</td>, <td>Harvard Apparatus, Holliston, MA</td><td>BS4 50&ndash; 6824</td><td>Eletrodo para NMES.&nbsp; Se este eletrodo não estiver disponível comercialmente, entre em contato com o autor correspondente para obter alternativas.</td></tr><tr><td>Placa de coloração Coplin</td><td>ThermoFisher (Waltham, MA)</td><td>Nº de catálogo. S17495</td><td>Prato de coloração/frasco para hematoxilina e eosina (H& E) coloração de cortes</td></tr><tr><td>Cura 4.4.1. Software</td><td>Ultimaker, Utrecht, Países Baixos</td><td>Ultimaker Cura 4.4.1.</td><td>Software de fatiamento para converter arquivos de estereolitografia em arquivos G-CODE</td></tr><tr><td>Almofada de aquecimento de gel isotérmico Deltaphase</td><td>Braintree Scientific (Braintree, MA)</td><td>Item #39DP</td><td>Almofada de aquecimento para fornecer suporte térmico a animais sob anestesia</td></tr><tr><td>Eosin Y</td><td>Millipore Sigma (Burlington, MA)</td><td>HT110132-1L</td><td>Coloração citoplasmática rosa</td></tr><tr><td>Gorilla Super</td><td>Glue The Gorilla Glue Company (Cincinnati, OH)</td><td>Gorilla Super Glue Micro Precise</td><td>Cyanoacrylate Adhesive to bond PLA components</td></tr><tr><td>Solução de hematoxilina, Gill No.3</td><td>Millipore Sigma (Burlington, MA)</td><td>GHS332-1L</td><td>Mancha azul escura para núcleos</td></tr><tr><td>HM525NX criostato</td><td>ThermoFisher (Waltham, MA)</td><td>Catálogo #HM525NX</td><td>Criostato para fazer seções congeladas de lenços umedecidos</td></tr><tr><td>musculares.&nbsp; Kimberly-Clark Professional Kimtech Science Kimwipes Limpadores de Tarefas Delicadas, 1-Ply</td><td>ThermoFisher (Waltham, MA)</td><td>Catálogo No. 06-666.&nbsp; Fabricante #34120</td><td>Toalhetes de laboratório para remover o óleo mineral do tecido muscular antes do congelamento instantâneo e para outros fins.</td></tr><tr><td>Labview 2014</td><td>National Instruments, Austin, Texas, EUA</td><td>Labview 2014</td><td>Software para programas/rotinas personalizados que operam o dinamômetro e acionam o estimulador NMES.</td></tr><tr><td>Frascos de Dewar de HDPE de nitrogênio líquido</td><td>ThermoFisher (Waltham, MA)</td><td>S34074B.&nbsp; Thermo Scientific 41502000/EMD</td><td>Frasco para segurar nitrogênio líquido para congelamento instantâneo de músculos ou outros tecidos</td></tr><tr><td>Creme depilatório mágico</td><td>Softsheen Carson (Nova York, NY)</td><td>N/A</td><td>Creme de depilação sem navalha</td></tr><tr><td>Clipe de jacaré de metal</td><td>JINSHANGTOPK (negócio baseado na web)</td><td>24Pcs 51mm Clipe de jacaré de metal Grampos de mola</td><td>Grampo de mola para segurar pinos tibiais</td></tr><tr><td>Micrscope desliza</td><td>Globe Scientific (Mahwah, NJ)</td><td>1354W. Lâminas de Vidro Branco Diamante</td><td>Lâminas de microscópio carregadas</td></tr><tr><td>Óleo Mineral</td><td>ThermoFisher (Waltham, MA)</td><td>BP26291</td><td>Óleo mineral para crioproteger o tecido muscular antes do congelamento</td></tr><tr><td>instantâneo Filamento de Impressora 3D Premium Monoprice PLA</td><td>Monoprice (Rancho Cucamonga, CA)</td><td>#11778</td><td>Filamento de Impressora 3D Premium PLA 1.75mm 1 kg/carretel, Cinza.&nbsp; Este é o material usado para imprimir em 3D os componentes do dispositivo.</td></tr><tr><td>Impressora 3D Monoprice Select Mini V2</td><td>Monoprice (Rancho Cucamonga, CA)</td>Impressora 3D <td>3D Mini V2</td><td>para fabricação assistida por computador de componentes de dispositivos.</td></tr><tr><td>Software de imagem do NIH</td><td>National Instritues of Health (NIH, Bethesda, MD)</td><td>NIH Image for Windows</td><td>Software de processamento e análise de imagem usado para quantificar a área de dano muscular. A imagem do NIH também é conhecida como imagem J.</td></tr><tr><td>Photoshop CS4</td><td>Adobe (San Jose, CA)</td><td>Creative Suite (CS4). Versão de 64 bits para Windows</td><td>Software de processamento e análise de imagem usado para gerar imagens lado a lado / costuradas de toda a seção transversal do músculo a partir de imagens de campos sobrepostos individuais</td></tr><tr><td>Unidade de isolamento de estimulação PSIU6</td><td>Grass Instruments (West Warwick, RI)</td><td>Unidade</td> <td>de isolamento PSIU6Unidade de isolamento para NMES.&nbsp; Estimuladores, como o Modelo 4100 da AM, vêm com uma unidade de isoloation de estimulação embutida</td></tr><tr><td>Roboz 4-0 material de sutura trançada preta de seda</td><td>Roboz Surgical (Gaithersburg, MD)</td><td>Roboz Surgical SUT152</td><td>Material de sutura para conectar a placa de pé do dispositivo DART à placa de pé do dinamômetro ou resistência para treinamento de resistência</td></tr><tr><td>Estimulador de pulso quadrado S48</td><td>Instrumentos de grama (West Warwick, RI)</td><td>Estimulador</td> <td>S48Estimulador elétrico de laboratório para NMES .&nbsp; Se este estimulador não estiver disponível comercialmente, o Estimulador Isolado de Alta Potência Modelo 4100 da A-M systems pode ser uma alternativa.&nbsp; Entre em contato com o co-autor Jones para obter mais informações.</td></tr><tr><td>Scott' s reagente azulado</td><td>Ricca Chemical Company (Arlington, TX)</td><td>6697-32</td><td>Solução azulada que intensifica a coloração nuclear da hematoxilina</td></tr><tr><td>SigmaStat versão 3.5</td><td>Systat Software (San Jose, CA)</td><td>SigmaStat versão 3.5</td><td>Pacote de software estatístico para análises estatísticas</td></tr><tr><td>Vaporizador de isoflurano de mesa</td><td>VetEquip (Livermore, CA)</td><td>Item #901801</td><td>Sistema</td></tr> <tr><td>de anestesia de mesa inalatórioPomada de primeiros socorros antibiótico triplo</td><td>Global Health Products (negócio baseado em casa)</td><td>Pomada de primeiros socorros antibiótico triplo Globe, 1 oz (2-Pack) Pomada antibiótica de primeiros socorros Pomada antibiótica</td><td>aplicada no pino tibial como parte dos cuidados pós-procedimento</td></tr></tbody></table>

treinamento de resistência ajustado pela dosagem em camundongos com um risco reduzido de dano muscular

Dosage-Adjusted Resistance Training in Mice with a Reduced Risk of Muscle Damage

O treinamento resistido progressivo (PRT), que envolve a realização de contrações musculares contra cargas externas progressivamente maiores, pode aumentar a massa muscular e a força em indivíduos saudáveis e em populações de pacientes. Há necessidade de ferramentas de reabilitação de precisão para testar a segurança e a eficácia do PRT para manter e/ou restaurar a massa muscular e a força em estudos pré-clínicos em modelos animais pequenos e grandes. A metodologia PRT e o dispositivo descritos neste artigo podem ser usados para realizar treinamento de resistência ajustado à dosagem (DART). O dispositivo DART pode ser usado como um dinamômetro autônomo para avaliar objetivamente o torque contrátil concêntrico gerado pelos dorsiflexores do tornozelo em camundongos ou pode ser adicionado a um sistema de dinamometria isocinética pré-existente. O dispositivo DART pode ser fabricado com uma impressora 3D padrão com base nas instruções e arquivos de impressão 3D de código aberto fornecidos neste trabalho. O artigo também descreve o fluxo de trabalho para um estudo para comparar o dano muscular induzido pela contração causado por um único ataque de DART com o dano muscular causado por um surto comparável de contrações isométricas (ISOM) em um modelo de camundongo de distrofia muscular da cintura dos membros tipo 2B / R2 (camundongos BLAT). Os dados de oito camundongos BLAJ (quatro animais para cada condição) sugerem que menos de 10% do músculo tibial anterior (AT) foi danificado por um único ataque de DART ou ISOM, com o DART sendo menos prejudicial que o ISOM.

Camundongos machos BLAJ, que tinham ~ 1,5 anos de idade, foram estudados. Os ratos BLAJ modelam a doença muscular humana, LGMD2B/R2. Esses camundongos são particularmente suscetíveis a danos musculares de início tardio decorrentes de um único ataque de contrações musculares excêntricas22,29. Os camundongos BLAJ foram, portanto, escolhidos para esses estudos para saber se o DART poderia ser realizado de maneira não prejudicial, ajustando precisamente a resistência...

O presente protocolo descreve uma técnica única chamada treinamento resistido ajustado à dosagem (DART), que pode ser incorporada em estudos de reabilitação de precisão realizados em pequenos animais, como camundongos.

Treinamento de resistência ajustado pela dosagem em camundongos com um risco reduzido de dano muscular

Progressive resistance training (PRT), which involves performing muscle contractions against progressively greater external loads, can increase muscle ...

Este protocolo é um dos primeiros estudos que permite aos cientistas realizar treinamento de resistência ajustado à dosagem em camundongos semelhante a como é realizado em humanos. A principal vantagem desta técnica é que ela permite que os investigadores ajustem com precisão a resistência contra a qual os músculos tibiais anteriores do rato têm que trabalhar durante o treinamento de resistência. Além disso, uma vez que as contrações musculares são excentricamente tendenciosas, há uma menor chance de lesão muscular induzida por contração.Nossa técnica de treinamento de resistência ajustada pela dosagem pode ser incorporada em estudos básicos e pré-clínicos em camundongos para desenvolver intervenções para a melhoria ou manutenção da massa muscular e força em uma gama diversificada de condições de doença. O aspecto mais desafiador do protocolo é estimular precisamente o ramo fibular do nervo ciático, que inerva os músculos tibiais anteriores. Para reduzir a estimulação elétrica imprecisa, ajuste a posição do eletrodo e a amplitude de estimulação até que o torque máximo de contração seja registrado por um dinamômetro.Para começar, forneça suporte térmico ao mouse usando uma almofada de aquecimento de gel isotérmico e coloque uma lâmpada de calor 1 metro acima do mouse. Para preparar a pele para DART ou ISOM, remova a pele do membro posterior esquerdo aplicando um creme depilatório. Após 2 minutos, limpe a perna com toalhetes embebidos em água destilada para remover o pelo e todo o creme residual da pele.Desinfete a pele usando uma solução de lavagem de iodo povidona e etanol a 70%, em seguida, use um cotonete limpo para aplicar um protetor sobre os olhos e a pele depilada para evitar a secagem. Em seguida, aplique creme de lidocaína a 5% sobre a tíbia para anestesiar a área. Passe uma agulha hipodérmica estéril de calibre 26 de 1/2 polegada através da parte mais larga da porção proximal do osso tibial.Uma vez que o pino estabilizador esteja preso, segure a agulha com um hemostato estéril e dobre a porção de plástico até que ela se quebre, em seguida, coloque o rato em decúbito dorsal. Certifique-se de que o mouse ainda esteja firmemente conectado ao cone do nariz para manter a anestesia. Com um par de pinças de ponta estéreis, alimente o pino tibial em um clipe de jacaré de metal, de modo que a extremidade do pino tibial seja mantida pela braçadeira de jacaré.Mova o braço ajustável da braçadeira de jacaré para garantir que o pé do mouse seja colocado na placa do pé do dispositivo DART. Prenda o pé do mouse na placa de apoio do dispositivo DART com fita adesiva de laboratório. Certifique-se de que o pé é colocado em um ângulo de 90 graus em relação ao eixo longo do osso tibial do rato.Coloque uma agulha hipodérmica de calibre 1,5 = polegada de comprimento através dos orifícios pré-perfurados no transferidor do dispositivo DART para criar uma parada de flexão plantar e, em seguida, apoie a placa de pé na parada de flexão de plantar. Para otimizar a colocação do eletrodo, coloque um eletrodo bipolar, transcutâneo e NMES no aspecto inferolateral da articulação do joelho do rato. Use um estimulador elétrico de laboratório para aplicar pulsos únicos de 1 hertz para estimular o ramo fibular do nervo ciático.Observe o músculo da barriga e o tendão do tibial anterior ou AT para evidências de contrações de contração provocadas eletricamente. Agora, prenda a sutura à placa do piso do dinamômetro e, em seguida, otimize a amplitude da tensão de saída do estimulador NMES para que a NMES fique confinada ao nervo fibular comum e ao músculo AT. Para configurar o estimulador para produzir trens de pulso repetidos, ajuste os mostradores para frequência de pulso para 125 hertz, duração do trem para 500 milissegundos e trens por segundo para 1.Ligue o botão de alternância para repetir trens de pulso. Ajuste o estimulador para produzir trens de pulso com 500 milissegundos de duração intercalados com 500 milissegundos de repouso entre os trens de pulso. Mova a parada de flexão plantar para o orifício no transferidor que corresponde a 160 graus no eixo longo da tíbia.No DART, para que o músculo TA trabalhe concêntrico, aplique resistência pendurando um peso adequado, como 5 gramas, com uma sutura de seda não elástica amarrada à placa de pé do dispositivo DART. Ajuste a resistência aplicando 50% do peso máximo de 1 repetição. Certifique-se de que o pé puxa pelo menos metade da faixa ativa disponível de dorsiflexão.Realize uma única sessão de treinamento DART que envolva 1 conjunto de 10 repetições de contrações concêntricas e descanso de 2 minutos entre as séries. Para o treinamento ISOM, coloque o pé do mouse a 160 graus em relação ao eixo longo da tíbia. Mantenha a posição estática colando a sutura de seda na placa de pé do dinamômetro robótico.Realize uma única sessão de treinamento ISOM que envolva 4 séries de 10 repetições para contrações isométricas e descanso de 2 minutos entre as séries. Como cuidados pós-procedimento para camundongos, tome precauções para manter a higiene do membro posterior exercitado e reduzir a dor no local da agulha. As alterações histológicas no músculo AT foram estudadas após 3 dias de treinamento DART ou ISOM.A coloração de hematoxilina e eosina indicou que a extensão do dano muscular foi baixa nos grupos DART e ISOM, mas o dano muscular foi um pouco mais óbvio no grupo ISOM. É importante estimular especificamente as contrações nos músculos tibiais anteriores e ajustar com precisão a resistência contra a qual esses músculos têm que trabalhar durante o treinamento de resistência ajustado pela dosagem. Após este procedimento, os investigadores serão capazes de avaliar a tolerância ao exercício na forma de suscetibilidade à fadiga e lesão de contrações musculares repetidas contra a resistência.Esta técnica pode ser incorporada em uma ampla variedade de aplicações de pesquisa básica e pré-clínica, como estudos em modelos de camundongos, de doenças neuromusculares como distrofias musculares e modelos de lesões esportivas em camundongos.

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