Как добраться до соответствия в принудительном упражнения в Грызунов: Критический Standard для оценки Упражнение воздействия в связанных со старением заболеваний и болезни

Краткое содержание

Физические упражнения могут облегчить поведенческие нарушения, связанные с нейродегенеративными заболеваниями. Исследования механизмов, лежащих в основе эффектов, опосредованных физическими упражнениями, увеличились в моделях заболеваний, но нейробиологический фон, сопровождающий эти заболевания, в частности, старение, вероятно, не рассматривается. Здесь мы проиллюстрируем меры по увеличению вероятности успешной парадигмы упражнений у пожилых крыс.

Аннотация

Существует значительное увеличение осознания положительного влияния физических упражнений на улучшение несколько болезненных состояний с нейробиологических основе; к ним относятся улучшение когнитивных функций и физическую работоспособность. В результате происходит увеличение количества исследований на животных, использующих упражнения. Он утверждал, что один внутренняя стоимость принудительного осуществления является то, что следователь имеет контроль над факторами, которые могут повлиять на результаты воздействия физических упражнений на поведенческих результатов, в частности, осуществлять частоту, продолжительность и интенсивность режим упражнений. Однако соблюдение в вынужденных режимах упражнений может быть проблемой, особенно если потенциальные смешивает из использования ножной шок следует избегать. Важно также учитывать, что, поскольку большинство когнитивных и опорно-двигательного аппарата нарушения ударить в возрасте человека, определения влияния физических упражнений на этих нарушений следует рассмотреть возможность использования возрасте грызунов с максимально возможного уровня соответствия для обеспечения минимального необходимость испытательного суbjects. Здесь соответствующие шаги и соображения, необходимые для достижения почти 100% соответствия к бегущей дорожке, в возрасте грызунах будут представлены и обсуждены. Несмотря получить работу конкретные режим упражнений следователем, наш протокол должен быть полезным для исследователей, которые особенно заинтересованы в потенциальном воздействии принудительной упражнений на связанных со старением нарушений, в том числе связанных со старением паркинсонизма и болезни Паркинсона.

Введение

Неинвазивные стратегии образа жизни, которые могут либо предотвращению или уменьшению нарушений к познанию и передвижения, как часто связано со старением, набирает обороты в качестве жизнеспособных методов для поддержания здоровья и благополучия ^1,2. Например, от умеренной до строгого упражнения на еженедельной и последовательной основе в мужчин среднего возраста может значительно увеличить возможности опорно-двигательного аппарата по сравнению с аналогичным возрасте сверстники с возрастом ^3. Кроме того, все больше доказательств свидетельствует о том, что эти стратегии образа жизни, такие как упражнения, может уменьшить или даже полностью нарушений, связанных с нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона (PD) ^4.

Усилия, чтобы понять молекулярные механизмы старения, связанных с нарушениями были также направлены на выявление как неинвазивные стратегии, как упражнения, отменить или ослабить механизмы, которые способствуют такие нарушения. Беговая дорожка упражнение является одним из таких стратEGY чаще используют в моделях PD ^5-7 и когнитивными нарушениями ^1, отличающийся тем, что механизмы, лежащие в улучшение двигательной или когнитивной функции до сих пор не определено. Тем не менее, важно отметить, что старение является нейробиологическое фон PD. Таким образом, для любой потенциальный перевод любого упражнения выгоды в животной модели будет реализован в человеческом состоянии он должен принимать во внимание нейробиологическую фон старения. Например, компенсаторные механизмы, что предотвратить двигательную нарушения во время прогрессирования PD может быть снижена в процессе старения ^8. Таким образом, само собой разумеется, что физические упражнения парадигмы должны быть разработаны, что не только рассмотреть последствия старения в присутствии или отсутствии патологии болезни, но это также может быть инициирован и поддерживается в возрасте грызунов.

Поэтому, с учетом старения на нейробиологической фоне, отбора штамма крысследует вдумчиво рассматривать следователем. Несколько линий крыс доступны для старения исследований, в частности, Фишер 344 и Браун-Норвегия / Фишер 344 F ₁ (БНФ) гибрид. Обычно используется Sprague Dawley крыс (штамм беспородных) также пригодны для такого использования, как это обычно используется в моделях нейродегенеративных заболеваний, таких как PD модель 6-гидроксидопамина. Наша лаборатория использует оба Sprague Dawley и БНФ штаммов в старении и нейродегенеративных работы заболевания. В этом отчете мы представим результаты, освещающие наши протоколы упражнения с использованием обоих штаммов. Для те исследователи, строго упором на возрастных исследований, штамм БНФ предлагает несколько важных преимуществ. Прежде всего, это сравнительно менее подвержены старению, связанных с нарушениями (таких как опухоли) и имеет исключительную долговечность (типичный срок службы превышает 30 месяцев) по сравнению с другими штаммами. Они также имеют меньшую вариабельность в различных физиологических и поведенческих результатов ^_9,д пригодны также для расследования подходы, которые вмешиваются в процесс старения. Кроме того, эксперименты, такие как принудительный упражнения требуют значительного обработку следователем, и мягкий характер деформации БНФ выгодно. Связанных со старением изменения в полосатой и среднего мозга содержанием дофамина ткани, а также опорно-двигательного аппарата изменения активности сходны в БНФ крыс и приматов ^10-11. Наша лаборатория имеет большой опыт работы с характеризующий и манипулирования полосатого тела и мозга сигнализацию дофамина, а также двигательную активность в штамме БНФ ^12-16. Поэтому, потому что риск других заболеваний нейробиологически основе увеличивает со старением, животных моделях нейродегенеративных заболеваний следует рассмотреть возможность использования видов грызунов с обширным послужным списком использования в старения исследований.

Наш протокол здесь также рассматриваются некоторые важные вопросы, которые следователь должен рассмотреть в интерпретации их результатов obtaineд от протокола упражнений. Грызун беговая дорожка аппарат (использование которых мы выделим в данном отчете), как правило, оснащены электрическими катушками ударных в задней части каждой полосы движения на беговой дорожке, что может быть отключена. Тем не менее, когда эти электрическим током катушки активируются, небольшой Footshock доставляется к предмету, как он вступает в контакт с катушек. Эта стратегия часто используется в упражнении исследований в целях содействия соблюдению в бегущей дорожке. Это критическая точка для рассмотрения, в частности, для тех исследователей, участвующих в поведенческих исследований, которые под влиянием допамином или норадреналина сигнализации. Электрические Footshock является физиологическим стрессором, и его влияние на обеих системах нейромедиаторов хорошо документированы, с повышенной активации тирозингидроксилазы ^17-18. Таким образом, увеличивается биосинтез либо медиатора может затруднить интерпретацию любой тренировки эффекта, что делает следователь ответственности за интерпретации ли любаяНаблюдаемое изменение поведения после тренировки строго за осуществление режима или Footshock стресса. Важно отметить, что предлагаемый вынуждены режим упражнений не используют использования Footshock в любой точке беговой дорожки акклиматизации или осуществлять учебные периоды.

Успешные схемы упражнения также требуют максимального соответствия осуществлять от испытуемых. Применение Footshock для достижения соответствия может путать интерпретацию экспериментальных результатов, когда в зависимости мера связана с нейротрансмиттеров сигнализации, которые влияют Footshock (как описано выше). Таким образом, задача состоит в том, чтобы получить грызунов, и в частности в возрасте грызунов, соблюдать осуществлять режим. Желательно цель любого режим упражнений является достижение почти 100 соблюдение%, так как это позволит сократить количество животных, необходимых для завершения режим упражнений. В частности, максимальная соблюдение осуществлять и интерпретация результатов осуществлять режим можно бэ получены в нашей режим упражнений в результате нескольких процедур предварительного упражнения в том числе, 1) в обратном цикле свет-темнота, что позволяет животным осуществлять в период их активной (бодрствование) цикла, 2) обеспечение базовые характеристики опорно-двигательного аппарата равны перед сегрегации управления и упражнения группы, и 3) введение испытуемых к акклиматизации, что постепенно знакомит их с требованиями режим упражнений. Здесь, вышеупомянутые экспериментальные соображения и шаги, необходимые для достижения почти 100% соответствия к бегущей дорожке в возрасте грызуна (> 18-месячного возраста) будут оценены и представлены. Наконец, окружающей среды, связанные с осуществлением может быть стресс, и как таковой, присутствует потенциал смешивает определить физиологические эффекты конкретные осуществлять. Наш протокол также контролирует для воздействия на потенциального стресса вызывающие среде беговой дорожке, включив nonexercise группу в каждом аспекте фазы акклиматизации (в том числе моприемник беговая дорожка работает) и размещение их на стационарном беговой дорожке во время тренировки на бегущей дорожке. Таким образом, этот протокол имеет целью описать меры, необходимые для определения физиологического воздействия физических упражнений в одиночку.

Протокол

Все из следующих процедур проводятся в соответствии с уходу и использованию комитета Институциональная Животных в ЛГУ Health Sciences Center-Шривпорте, и соблюдать Национального института принципов здравоохранения.

1. Процедуры перед упражнениями

Примечание: хронология всех соответствующих процедур в этой вынужденной режим упражнений, показана на рисунке 1.

Рис.1 Принудительное осуществлять режим сроки. Подробнее Этот график важные события каждого этапа этого осуществлять режим в течение каждой недели исследования. Фаза предварительной акклиматизации (недели 1-2) включает обработку экспериментатора и базовой двигательную активность. Во время фазы акклиматизации (недели 3-4) все крысы пройти 3 дня акклиматизации обучения шздесь они сидят на стационарном беговой дорожке, а затем 10 дней акклиматизации подготовки к беговой дорожке. Минимум двух раундов упражнения (1 круглых = 12 дней подряд), а затем 2-недельного периода отдыха требуется во время лечебной физкультуры фазы (недели 5-10). Поведенческие и / или нейрохимические измерения могут быть сделаны в течение этих периодов отдыха. Кроме того, этот режим может быть изменен, чтобы включать в себя множество патронов упражнения в этой фазе. Вес тела измеряется на всех этапах исследования на еженедельной основе, и, прежде чем (первая сессия) и после (последней сессии) каждой фазы этой осуществлять режим. Беговая дорожка баллы упражнения учебных назначены после всех акклиматизации и упражнения учебных занятий, и варьируются от 1-4, с 4 самый высокий возможный балл. Вкратце, обучение балл 4 присваивается, когда крысы обладают всей тренировку без посторонней помощи. Аналогично, назначить учебный балл 3, когда крысы требуют минимального помощь (определяется как: помощь менее 25% От времени тренировки) от экспериментатора. Связать учебный балл 2, когда крысы требует много помощи (определяется как: помощь больше, чем 25% от времени тренировки) от экспериментатора во время тренировки. Наконец, выделить учебную 1 балл крысам, которые несовместимые и не в состоянии завершить тренировку.

1. По прибытии в колонию животных, отдельно и отдельно включать все предметы в стандартные Shoebox клетках. Обеспечить продовольственную и воду по желанию к предметам в течение всего исследования.
2. Поддерживать обратную 12-часовом цикле свет-темнота (свет включали от 1800 до 0600 часов) в колонии животных, и разрешают субъектам акклиматизироваться к этому циклу в течение как минимум одной недели. Выполните все поведенческие эксперименты во время активного (темного) цикла субъекта, и 1-2 ч до изменения цикла свет-темнота.
3. Начиная две недели до любых поведенческих экспериментов, обработки всех испытуемых в течение нескольких минутежедневно Утес ознакомиться тему с экспериментатором, и для уменьшения новинка-индуцированный стресс незнакомой среде, таких как опорно-двигательного камеры и беговой дорожки.
4. Измерьте вес каждого субъекта тела один раз в неделю, и непосредственно перед (первой сессии) и после (в прошлом заседания) каждого основного интервал упражнений парадигмы.

2. Базовый двигательную активность оценки: определение Вынужденные Задания Упражнение в группах

1. Оценка спонтанной двигательной активности каждого субъекта в течение 60 мин / день в течение 5 дней подряд, чтобы установить базовые возможности опорно-двигательного аппарата. Проведение сеансов двигательной активности в автоматизированных двигательной активности открытым поле камер, состоящих из плексигласа коробке (45 х 45 х 20 см ³⁾ с сеткой инфракрасных лучей установлен горизонтально и вертикально, как это предлагается в руководстве по эксплуатации.
2. В начале каждого дня оценок двигательной активности, нагрузки, и настроить компьютер и SoftwaRe программы, подключенного к открытой полевых двигательной активности камер для записи количества прерываний пучка (двигательной активности) во время каждой сессии.
3. Добавить около 2 чашек сосна-чип постельных принадлежностей на пол опорно-двигательного камеры перед каждой сессией.
4. Транспорт предметы из животного колонии к двигательной активности камер в их клетках непосредственно перед их двигательной активности сессии. Загрузите предметы в их назначенной опорно-двигательного камере под красный свет, и начать 60 минутные сеансы на компьютере, как только они были помещены в камеру.
5. После завершения двигательной активности сессии, удалить предметы из опорно-двигательного камеры и вернуть их в клетку под красный свет. Сразу вернуть предметы обратно в колонию животных.
6. Удалить кроватях из камеры и очистить камеру стены и пол с 50% этанола после каждой сессии.
7. Повторите шаги 2.3-2.6 для дополнительных сессий опорно-двигательного аппарата в каждойдень по мере необходимости, пока все предметы не были протестированы. Провести все сеансы двигательной активности в темноте, во время активного цикла животного, и 1-2 ч до изменения цикла свет-темнота.
8. Для учета возможности привыкания к деятельности палат, поворачивать каждый предмет из доступных камер, таких, что двигательная активность измеряется в другом камере с предыдущего дня.
   1. Если несколько сеансов должны быть проведены в один день, изменить порядок тестирования, так что предметы тестируются в другом порядке, чем на предыдущей сессии.
9. Из данных, полученных с помощью программного обеспечения, используемого для измерения двигательную активность, определить базовый двигательную активность каждого животного со следующими 5 параметров опорно-двигательного аппарата: общее расстояние, пройденное (см), горизонтальный деятельность (количество перерывов пучка), движение номер (число начатых движений) , время, проведенное перемещения (сек), и скорость движения (см / сек).
   1. Для того чтобы назначить exercisе и nonexercise группы, вычислить среднее значение по всем 5 сеансов для каждого из 5 параметров опорно-двигательного аппарата, перечисленных в пункте 2.9 выше.
10. Из этих 5 параметров, определение физических упражнений и nonexercise (контроль) группы, такие, что равно спектр двигательной активности представлена ​​в обеих группах. Таким образом, пара крыс вместе на основе подобных возможностей движения, и назначить одну крысу с осуществлением группу и одну крысу в nonexercise группы. Так, например, эту пару крыс, которые демонстрируют самый высокий средний всех 5 параметров опорно-двигательного аппарата вместе, и назначить один крысу к групповых упражнениях и другой в nonexercise группы (групповые задания выбираются наугад). Повторите этот процесс для остальных субъектов.
    1. Поддержание спаривание на протяжении всего принудительного режим упражнений и для анализирует все данные.
11. Если экспериментатор заинтересован в воздействии физических упражнений на двигательную активность, измеряют после тренировки двигательной активности Uпеть те же самые процедуры, описанные в шагах 2.1-2.8.1, начинающихся на следующий день после тренировки в прошлом беговой дорожке. ПРИМЕЧАНИЕ: Если следователь заинтересован и / или автоматизированные разрешения программного обеспечения двигательной активности, изучить тревоги, связанные меры (то есть, время, проведенное в периферии против центра деятельности камере) для оценки относительной беспокойство субъектов во оценок двигательной активности.

3 Акклиматизация к беговой дорожке

1. Провести все беговой дорожке процедуры упражнения, связанные на моторизованной беговой дорожке грызунов с полос, разделенных четкими оргстекла стен во время активной цикла животного, и 1-2 ч до изменения цикла свет-темнота.
2. На месте поражения электрическим током катушек, расположенных в задней части каждой дорожке, использовать оргстекло обратного хода, разработанный специально, чтобы соответствовать беговую дорожку, чтобы предметы могут непрерывно осуществлять без вступления в контакт с электрическим током катушек. Для предотвращения обратного хода отскольжения во время учебных занятий, провести блокиратора в месте с 1,5 в С-зажим.
3. В связи с экспериментатором обращения, необходимые для беговой дорожки упражнениях, проводить все беговой дорожке тренировок с огнями на.
4. Транспорт предметы в их доме клетку к беговой дорожке сразу до их беговой дорожке упражнения тренировки. Когда беговая дорожка находится в неподвижном состоянии, нагрузка крыс на беговой дорожке в их назначенной полосе, сдвинув вверх блокиратора достаточно просто, что предметы могут маневрировать под блокиратором обратного хода. Авто блокиратора обратно в положение покоя, пока объект находится на беговой дорожке пояса. Не начать сеанс, пока все предметы не были помещены в их назначенной полосе для этой конкретной сессии.
   1. Во время первой фазы акклиматизации, поместить каждую крысу на одном из четырех полос стационарного беговой дорожке (как описано в шаге 3.4) в течение 5-10 мин / день в течение 3 дней подряд. Увеличьте время каждой сессии с каждым последующим гай (например, 5 мин на 1 день, 7 мин на 2 день, и 10 мин в день 3), как крыс ознакомиться с беговой дорожки аппарата и уменьшить потенциал для новизны стресса на беговой дорожке аппарата. Важно: Не оставляйте крыс в любом месте на беговой дорожке (например, деактивированные электрическим током катушек), кроме стационарного ремня на данном этапе.
5. Во время второго этапа акклиматизации обучения, поместить каждую крысу на одной полосы стационарной беговой дорожке перед блокиратором обратного хода. Когда все предметы находятся в месте, включите беговую дорожку на медленной скорости минутах (например, 6 м / мин). Независимо от экспериментальной группировки, обучать всех крыс ходить по беговой дорожке в течение этой фазы, чтобы гарантировать, что любые потенциальные эффекты, наблюдаемые от вынужденных осуществлять режим в результате учений, а не просто от возможности осуществлять.
6. Как ремень беговой дорожки начинает катиться, гарантировать, что все крысы идут в прямом направлении. Assist крыс как пеобходимости, ориентируя или мягко подталкивая их, пока они не продвигаются вперед. Во время акклиматизации периода обучения, обучение крыс ходить по беговой дорожке, так что они постоянно ходить по беговой дорожке без помощи со стороны экспериментатора.
   1. Акклиматизироваться всех крыс к беговой дорожке, постепенно увеличивая скорость в течение 5-10 мин / день в течение 10 дней подряд. Для дальнейшего содействия соблюдению в бегущей дорожке, обучать крыс на низких скоростях (6-8 м / мин) в течение 5-10 мин в течение первых 5 акклиматизации сессий, и увеличится до более умеренных скоростях (9-10 м / мин) для 5 -10 мин в течение последних 5 акклиматизации сессий.
   2. Убедитесь, что все крысы могут поддерживать скорость 9-10 м / мин в течение 10 мин на последней сессии акклиматизация периода обучения.
7. После завершения беговой дорожки акклиматизации сессии, удалить предметы из беговой дорожке в том же порядке, используемого для загрузки темы, как описано в шаге 3.4. Сразу вернуться предметы в родную клетку итранспортировать их обратно в колонию животных.
8. Протрите каждую отдельную полосу в том числе стен и беговой дорожке пояса с 50% этанола после каждого тренинга беговая дорожка тренировки.
9. Определить упражнение возможности каждой крысы поперек тренировок путем присвоения баллов упражнений на беговой дорожке при заключении каждой ежедневной сессии. Связать учебный 4 балла, когда крысы обладают всей тренировку без посторонней помощи. Аналогично, назначить учебный балл 3, когда крысы требуют минимального помощь (определяется как: помощь в течение менее 25% времени тренинга) от экспериментатора. Связать учебный балл 2, когда крысы требует много помощи (определяется как: помощь больше, чем 25% от времени тренировки) от экспериментатора во время тренировки. Наконец, выделить учебную 1 балл крысам, которые несовместимые и не в состоянии завершить тренировку.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Система упражнений забил адаптирована, В частности, от других исследований ^19.
   1. Исключить крыс, которые не могут завершить фазу акклиматизации в связи с несоблюдением и / или травмы, которая предотвращает предметы от осуществления (например, это включает в себя крыс, которые зарабатывают на беговой дорожке упражнения тренировочный 1 балл более чем на один день подряд акклиматизации обучения).
10. Среднее значение на основании оценки беговой дорожке через каждый период обучения (например, акклиматизация подготовки и лечебной физкультуры), чтобы определить упражнения возможности каждого субъекта. Убедитесь, что все крысы способны заработать балл упражнений на беговой дорожке из 4 во время тренировки к концу периода акклиматизации.
    1. Если некоторые крысы не совместимы с максимальной скоростью упражнениями другими всей тренировки, регулировать скорость для этих крыс, чтобы они были в состоянии продолжать тренировки для того же самого количества времени, но на более низкой скорости в течение учебных занятий. В этом случае, обучать более медленные крыс в Совместноеели сессий и увеличить скорость как субъекты приспособиться к более медленных скоростях.
11. Чтобы избежать потенциал для полосы смещения на беговой дорожке во время тредмил упражнениях, вращать каждую крысу среди доступных полос беговой дорожке, чтобы они обучающихся в другом переулке с каждой последующей сессии упражнений.

4 Беговая дорожка Упражнение Обучение

1. Начните упражнение учебных занятий на следующий день после тренировки в прошлом акклиматизации, и продолжать осуществлять крыс в течение 12 дней подряд. Проведение этих сессий во время активного цикла животного, и 1-2 ч до изменения цикла свет-темнота.
2. Выполните те же процедуры настройки для каждой тренировки беговая дорожка тренировки, используемого в акклиматизации обучения, как описано в шагах 3,2 и 3,4.
3. В начале каждой сессии, включите на беговой дорожке на более низкую, разминки скорости (8 м / мин), чем скорость обучения (9-11 м / мин), что будет поддерживаться через вмия оставшаяся часть упражнения тренировки. Продолжить с этим разминки скорости в течение 5-10 мин в начале сессии. Отрегулируйте скорость до 9-11 м / мин в течение оставшейся части тренировки. Поезд подвергает в среднем 30 минут каждый день за всю 12 дней лечебной физкультуры.
4. После каждой тренировки упражнения, назначить балл бегущей дорожке, чтобы всех крыс в групповых упражнениях с использованием той же системы упражнений скоринга, описанные в шаге 3.9. Не назначайте счет обучения во время беговой тренировки период обучения в nonexercise крыс.
5. Проводить упражнения и nonexercise сессий отдельно. Поместите nonexercise крыс на стационарной беговой дорожке в течение того же срока, что их осуществление когорты подготовленных во время каждого сеанса.
6. Как описано в шаге 3,11, вращать каждую крысу среди доступных полос беговой дорожки так, что они проходят подготовку в другой полосе с каждой последующей сессии тренировки.
7. После завершения одного раундаупражнения, отдохнуть предметы в течение 14 дней. ПРИМЕЧАНИЕ: Это период отдыха был выбран на основе результатов пилотного исследования, описанного в рис 2А и 2В.
8. При желании проводить различные поведенческие и / или нейрохимических оценки в конце 12-дневного периода подготовки. И наоборот, продолжить последующих раундах лечебной физкультуры после 14 дневного отдыха.

Результаты

Схема временной шкале событий во всех трех фазах принудительного режим упражнений показано на рисунке 1. Кроме вспять цикла свет-темнота, ежедневно обработки до любой экспериментальной проверки, и этап 1 из акклиматизации обучения, где предметы сидеть на стационарном беговой дорожке в течение 5-10 мин / день в течение 3 дней подряд, были реализованы на более полное соблюдение к принудительному режим упражнений. Эти процедуры были добавлены к протоколу в целях минимизации стресса, связанного с новыми сре...

Обсуждение

Существует доказательства того, что стратегии образа жизни, такие как упражнения, может снизить риск хронических возрастных заболеваний и их основных симптомов, в том числе из нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и Паркинсона ^20. Благо принудительного упражнений на беговой дорожке, в отличие от добровольным мероприятием на ходового колеса, является то, что следователь может определить частоту, скорость и / или интенсивность упражнения, и продолжительность тренировки. Таким образом, к...

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье

Имя	Компания	Каталожный номер	Комментарии
Беговая дорожка для крыс Exer-4	Columbus Instruments	96157-2	Columbus предлагает широкий выбор беговых дорожек для животных с различным количеством дорожек и другими опциями, такими как измерение метаболизма
Измеритель активности животных: Opto-Varimex 4-Auto Track	Columbus Instruments	0170-R4	Columbus имеет несколько вариантов камер для занятий с различными размерами арены, расстоянием между лучами и датчиками