Методическая статья

Оценка мышиной упражнений на выносливость без применения ударной сетке: альтернатива принудительной упражнения

19.5K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/51846

⸱

14 августа 2014 г.

 ,  , 
1Research Service, VA Puget Sound Health Care System, 2Seattle Institute for Biomedical and Clinical Research, 3Division of Gerontology and Geriatric Medicine, Department of Medicine, University of Washington, 4Geriatric Research, Education, and Clinical Center, VA Puget Sound Health Care System

В этой статье

Краткое содержание

Продемонстрирован метод оценки выносливости к физическим нагрузкам у лабораторных мышей без использования ударной сетки. Этот метод представляет собой гуманное усовершенствование, которое может уменьшить искажающее воздействие стресса на экспериментальные параметры.

Аннотация

Использование моделей лаборатория мыши, молекулярные пути, ответственные за метаболических пользе физических упражнений на выносливость начинают определяться. Наиболее распространенным методом оценки упражнений на выносливость мышей утилизирует вынуждены работать на моторизованной беговой дорожке, снабженный ударной сетки. Животные, которые бросили работает выталкиваются движущейся беговой дорожке пояса на сетку, которая обеспечивает поражение электрическим током ног; , чтобы избежать негативного стимула, мыши вернуться к управлению на поясе. Тем не менее, поведение избегания и психологический стресс в связи с использованием ударной аппарата может помешать количественного управлением выносливости, а также смешивать измерений гормонов и цитокинов уровнях postexercise сыворотки. Здесь мы демонстрируем и проверить изысканный метод измерения работает выносливость в наивных C57BL / 6 лабораторных мышей на моторизованной беговой дорожке без использования ударную сетку. Когда мышей preacclimated к беговой дорожке, они бегут добровольно с походкой ускоряет специфичны для каждого МОВэ. Использование ударной сетки заменяется нежным поощрения человеком-оператором с использованием депрессора языка, в сочетании с чувствительностью к добровольной готовности для запуска на части мыши. Очистить конечных точек для количественного работает время выхода на истощение для каждой мыши определяются и отражаются в поведенческих признаков истощения, таких как растопыренные осанки и затрудненного дыхания. Этот метод является гуманным уточнение, которое также уменьшает смешанное воздействие стресса на экспериментальных параметров.

Введение

Ожирение, инсулинорезистентность и сахарный диабет 2 типа являются взаимосвязанными нарушения обмена веществ, которые оказывают глубокое воздействие на здоровье и в США и во всем мире популяций 1-4. Выносливость упражнения могут предотвратить, а также лечить эти условия 5,6. Кроме того, оценка скорости походки и выносливости используются клинически как диагностические тесты для хрупкости, саркопении и последствия других заболеваний, таких как хроническая обструктивная болезнь легких, в людях 7.

Биохимические пути, лежащие в основе благотворное воздействие упражнений на выносливость на состав тела и чувствительности к инсулину начинают быть выяснены, используя генетически или фармакологически модифицированных мышей, которые отображают усиление или ослабление физической нагрузки 8-11. Однако многие такие исследования используются моторизованные беговые дорожки, оборудованные ударных сеток, чтобы заставить мышей для запуска 8-11. Животные, которые бросили работает выталкиваютсяперемещение беговой пояса на сетку, которая обеспечивает поражение электрическим током ног; , чтобы избежать негативного стимула, мыши вернуться к управлению на поясе. Такие процедуры могут ввести психологический стресс и поведение избегания как вмешивающихся факторов, влияющих на экспериментальные параметры 12. Другие методы измерения выносливости, таких как количественного амбулаторной деятельности с использованием аппарата преломления луча или количественное в-клетку колеса бега, может быть озадачены модуляции циркадных циклов, тревоги, непреднамеренного обучения, или еда ищет поведение 12-16. Кроме того, эти процедуры требуют единый корпус, еще один источник психологического стресса для мышей. Поэтому прямое измерение физической выносливости не путали стресса необходим.

Чтобы избежать этих проблем, наша лаборатория разработала и утверждена метод оценки максимального пробега потенциала и устойчивого скорость бега у нетренированных, наивных мышей с помощью моторизованного беговую дорожку не Оборpped с ударной сетке. Пространство в конце беговое полотно, где ударная сетки обычно проживает, то становится платформой для мышей, чтобы отдохнуть, и предоставляет место для мышей, которые отказываются работать сидеть до удаляется из аппарата. Мыши предлагается в ведении человека-наблюдателя, используя мягкий стук или прикосновения с шпателя, в сочетании с чувствительностью к добровольной готовности для запуска на части мыши. Этот метод был использован для количественного различия в физической выносливости между генетически-модифицированной и контролировать C57BL / 6 мышей, которые отличаются в экспрессии мышц происходит цитокин интерлейкин-15 (IL-15) 16,17. Этот метод является гуманным уточнение, что уменьшается смешанное воздействие отрицательного подкрепления, вызванные использованием ударной сетке.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

Описанная здесь процедура была одобрена Комитетом по В.А. Пьюджет-Саунд Институциональная уходу и использованию животных на, и соответствует Руководству Илар по уходу и использованию лабораторных животных.

1 Экспериментальная Подготовка

  1. Решите заранее, если в крови или коллекция тканей вскоре после упражнения необходимо, и если да, определить интервал после тренировки для проведения таких процедур. Примеры включают определение физической индуцированного гормона или высвобождения цитокинов в обращении (, требующего сбора крови), определение физической индуцированной экспрессии мРНК видов, представляющих интерес (, требующего эвтаназии с последующим сбором тканей). Если немедленное штабные учения крови или коллекция тканей указывается, есть материалы для этих процедур на руках в процедурной комнате. Получите доска одобрение этическими и выполнять в соответствии с нормативной документацией. Не все эксперименты требуют postexercise крови или тканей Collectiна; простое сравнение выполняется выносливости может быть все, что необходимо.
  2. Решите заранее на экспериментальных групп и процедур postexercise для мышей (см описание выше).
  3. Устанавливайте беговую дорожку на крепкий стол в тихой комнате, посвященной течение работающих испытаний в этой процедуре.
  4. Установите беговую дорожку для мыши размером полос и при наклоне соответствующего протоколу. Наклон 5 O используется здесь, чтобы устранить повреждения вследствие эксцентричного упражнения (удлинение мышцы, в то же время, как сокращение) мышц, которое происходит во время скоростного спуска работает.
  5. Разместить абсорбирующей прокладки ниже беговой дорожке пояса поймать фекалии.

2 Акклиматизация мышей к беговой дорожке

Решите, если "сидячий" (не упражнения) группа мышей не надо, и подвергать сидячий мышей к беговой дорожке без запуска, как описано в шагах 2.1 - 2.5. Определите, если требуется 2 или 4 экспериментальные группы,. например, Сидячий / Упражнение (2 группы); По выполненным управления / по выполненным Лечение (2 группы, не сидячий животные); или, Сидячий / Исполнено х Control / Лечение (4 группы). "Лечение" может быть трансгенной или нокаут генотип, фармакологическая режим, специальная диета, или другие экспериментальные вмешательства.

  1. Разрешить мышь, чтобы акклиматизироваться к процедурной комнате в его транспортируемого клетку, с сепаратором товарищей, за 1 - 2 часа.
  2. Выберите одну мышь и рекордное количество тегов; весят мыши и рекордное вес.
  3. Место мыши в беговой дорожке без двигателя включен для акклиматизации, около 5 мин. Включите питание, без работающем беговой пояса, и пусть мышь акклиматизироваться к шуму машин для еще 5 мин.
  4. Удалить мышей в «сидячих» групп (если используется; см Примечание 1) от беговой дорожке в этот момент и вернуть их в клетке или проводить процедуры после тренировок в соответствии с экспериментального проектирования (Примечание 2).

3. Начиная тест Run-к-Exhaustion

  1. После акклиматизации, поверните ремень для низкой скорости (10 м / мин), когда животное изучает ремень и не на платформе.
  2. Слегка постучите или поднять заднюю часть из мыши с языком депрессорных, одного до трех раз, чтобы стимулировать неохотно животных, чтобы остаться на беговой дорожке и перспективе.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Большинство мышей будет работать легко, но они иногда останавливаются в течение коротких периодов. Когда это происходит, используйте язык депрессорных мягко нажмите или поднимите заднюю часть животного поощрять возобновление работы. Часто у мышей не нужно коснуться с шпателя; замечая руку с шпателя приходить к ним вызывает у мышей запустить еще немного.
  3. Начните лабораторный таймер раз мышь работает на начальной скорости 10 м / мин.
  4. Поверните скорость медленно, когда мышь находится в верхнем (в гору конце) пояса, с шагом 1 м / мин, примерно каждые 2 мин.
  5. Поверните скорость допредыдущее значение, если мышь неоднократно работает короткими очередями, а не в устойчивом темпе.
  6. Определите максимальное устойчивый скорость бега каждой мыши (обычно 14 - 17 м / мин для C57BL / 6 мышей), регулируя скорость и наблюдая мыши. Запишите эту скорость.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Расположение животного на беговой дорожке киев следователя относительно готовности животного для запуска на более высокой скорости. Если мышь в дальнем (в гору) конца и собирается запустить в стену, он готов к работе на более высокой скорости. Если мышь работает в устойчивом темпе в середине беговой дорожки может быть на его максимальной скорости, или может требуют дополнительной регулировки, в зависимости от качества ходу.

4. Конечные точки и мыши, что Stop

  1. Используйте язык депрессорных чтобы слегка постучите или поднять заднюю часть из животных, которые останавливаются, чтобы стимулировать возобновление работы (Примечание 3.2). Не остановить таймер для временных перерывов в управлении.
  2. Выявление и убре мышей, которые отказываются работать. Обратите внимание, это в техническом паспорте. В зависимости от вашего эксперимента, мышей, которые отказываются может быть повторно в другой день
    ПРИМЕЧАНИЕ: Некоторые мыши будет полностью отказываются работать. Такие мыши будет работать короткими очередями, то остановить жениху или "педаль", то есть, сидят на платформе и используют свои передние ноги на поясе. Поза этих мышей является сгорбившись, с все четыре ноги, посаженные под животного, чтобы не оттесняют на беговой дорожке по шпателя. Иногда мышь становится агрессивным к шпателя, когда не желают работать, кусая язык депрессорных или поднимаясь его как способ бегства. Понятно, в течение первых 5 мин судебного разбирательства ли мышь, или не будет, запустить. Удалить мышей, которые отказываются работать с анализа, но не считать их "сидячих" мышей.
  3. Определить исчерпал мышей и остановки таймера.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Исчерпание определяется тремя последовательными остановками и отказа в повторнойстим работает, несмотря на нежный поощрения, а также физических признаков истощения, таких как затрудненное дыхание и растопыренными позе. Мыши оправиться от истощения в течение от 30 до 60 мин.
  4. Запишите общее количество времени, потраченное на работу на всех скоростях.
  5. В зависимости от схемы эксперимента, либо вернуть мышь в клетку, или проводить процедуры немедленного postexercise такие как кровь или коллекции тканей как в институциональных принципов.
  6. Протрите ремень чистый с бактерицидной салфеткой после тестирования каждого отдельного мышь так, чтобы запах предыдущего мыши не влияют на поведение последующих испытанию мышей.
  7. Протестируйте следующий мышь. Используйте свежий язык депрессор каждой мыши. Мыши, которые находятся в одной клетке может быть проверена последовательно в тот же день без дополнительной акклиматизации к процедурной комнате.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Эта процедура для измерения физических упражнений выносливость точно отражает молекулярную и метаболический профиль различных штаммов мышей C57BL / 6, которые отличаются по экспрессии цитокина IL-15, 16,17. Трансгенные мыши, которые сверхэкспрессируют IL-15 (IL-15 TG мышей) экспонат значительно увеличилось Выполнение до изнеможения раз по сравнению с контрольной группой однопометница, в то время как мыши, лишенные IL-15 (IL-15 KO мышей) выставляется значительно уменьшенные времени работы до достижения истощен...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Описанный здесь метод оценки добровольного бега выносливость в лабораторных мышей с помощью моторизованного беговую дорожку без использования ударной сетке. Этот метод может выявить различия между суб-линий C57BL / 6 мышей, которые отличаются по экспрессии цитокина IL-15, который, в свою очередь, вызывает различия в экспрессии факторов, которые лежат в основе упражнений на выносливость 16,17. В соответствии с принципами "три важные вещи" в лабораторных животных науки, этот метод может быть использов...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторы не имеют конфликта интересов по раскрытию.

Благодарности

Поддерживается Merit рассмотрению # BX001026 от Департамента по делам ветеранов (LSQ), и использования ресурсов и средств на VA Пьюджет-Саунд системы здравоохранения, в трансгенных ресурсов Основной университета Вашингтона Натан Шок Центра передового опыта в Основном биологии старения (НИА # 5P30AG-013280), и Университета диабета эндокринологического научного центра Вашингтона (NIH # P30 DK-17047). Мы благодарим Синтия Pekow DVM и Кари Л. Koszdin DVM, В. А. Пьюджет-Саунд, дали полезные замечания по рукописи.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Беговая дорожка для грызунов Open Rodent Exer-3/6Columbus Instruments, Columbus OH1050RMЭтот каталожный номер относится к моделям без амортизаторной сетки. Амортизаторы могут быть удалены вручную со старых моделей (Eco 3/6)
Sani Cloth Germicidal TowlettesPDI- Professional Disposables, Inc., Orangeburg, NY,обычно заказывается на местном предприятииСодержит 10% изопропилового спирта; можно использовать любой эквивалентный продукт.
Депрессоры языкаЛюбой местный поставщик
Лабораторный таймерЛюбой поставщик
IL-15 TG мыши*JAX, Bar Harbor, ME011002Мышиный трансген IL-15, экспрессированный из модифицированного промотора альфа-скелетного актина человека с измененной последовательностью сигналов для облегчения секреции.
Мыши C57BL/6J (дикий тип)*JAX, Bar Harbor, ME000664Контрольные мыши для мышей IL-15 TG
IL-15 KO*Taconic Farms, Germantown, NY4269-MГомозиготные мыши IL-15 "нокаут" на фоне C57BL/6
C57BL/6NTac (дикий тип)*Taconic Farms, Germantown, NYB6-MControl мыши для IL-15 KO
*Опционально; линии мышей и методы лечения могут быть специфичными для эксперимента протокол.

Ссылки

  1. Hill, J. A., Wyatt, H. R., Reed, G. W., Peters, J. C. Obesity and the environment: where do we go from here? Science. 299 (5608), 853-855 (2003).
  2. Kahn, S. E., Hull, R. L., Utzschneider, K. M. Mechanisms linking obesity to insulin resistance and type 2 diabetes. Nature. 444 (7121), 840-846 (2006).
  3. Van Gaal, L. F., Mertens, I. L., De Block, C. E. Mechanisms linking obesity with cardiovascular disease. Nature. 444 (7121), 875-880 (2006).
  4. Pischon, T., Nothlings, U., Boeing, H. Obesity and cancer. Proc Natl Acad Sci USA. 67 (2), 128-145 (2008).
  5. Benton, C. R., Wright, D. C., Bonen, A. PGC-1α-mediated regulation of gene expression and metabolism: Implications for nutrition and exercise prescriptions. Appl. Physiol. Nutr. Metab. 33 (5), 843-862 (2008).
  6. Handschin, C., Spiegelman, B. M. The role of exercise and PGC1alpha in inflammation and chronic disease. Nature. 454 (7203), 463-469 (2008).
  7. Vasunilashorn, S., et al. Use of the Short Physical Performance Battery score to predict loss of ability to walk 400 meters: analysis from the InCHIANTI study. J. Gerontol. A Biol. Med. Sci. 64 (2), 223-229 (2009).
  8. Wang, Y. X., et al. Regulation of muscle fiber type and running endurance by PPARδ. PLoS Bio. 2 (10), e294(2004).
  9. LeBrasseur, N. K., et al. Myostatin inhibition enhances the effects of exercise on performance and metabolic outcomes in aged mice. J. Gerontol. A Biol. Med. Sci. 64 (9), 940-948 (2009).
  10. Burch, N., et al. Electric pulse stimulation of cultured murine muscle cells reproduces gene expression changes of trained mouse muscle. PLoS ONE. 5 (6), e10970(2010).
  11. Li, L., et al. Mitochondrial biogenesis and peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α (PGC-1α) deacetylation by physical activity. Diabetes. 60 (1), 157-167 (2011).
  12. Knab, A. M., et al. Repeatability of exercise behaviors in mice. Physiol. & Behavior. 98 (4), 433-440 (2009).
  13. He, Y., et al. IL-15 Receptor deletion results in circadian changes of locomotor and metabolic behavior. J. Mol. Neurosci. 41 (2), 315-321 (2010).
  14. Wu, X., Hsuchou, H., Kastin, A. J., Rood, J. C., Pan, W. Essential role of interleukin-15 receptor in normal anxiety behavior. Brain Behav. Immun. 24 (8), 1340-1346 (2010).
  15. Pistilli, E. E., et al. Loss of IL-15 receptor α alters the endurance, fatigability, and metabolic characteristics of mouse fast skeletal muscles. J. Clin. Invest. 121 (8), 3120-3132 (2011).
  16. Quinn, L. S., Anderson, B. G., Conner, J. D., Wolden-Hanson, T. W. IL-15 overexpression promotes endurance, oxidative energy metabolism, and muscle PPARδ, SIRT1, PGC-1α, and PGC-1β expression in male mice. Endocrinology. 154 (1), 232-245 (2013).
  17. Quinn, L. S., Anderson, B. G., Conner, J. D., Wolden-Hanson, T., Marcell, T. J. IL-15 is required for post-exercise induction of the pro-oxidative mediators PPARdelta and SIRT1. Endocrinology. , (2013).
  18. Ward, J. M., Anver, M. R., Mahler, J. F., Devor-Henneman, D. E. Chapter 13, Pathology of mice commonly used in genetic engineering (C57BL/6; 129; B6,129; and FVB/N). The Pathology of Genetically Engineered Mice. Ward, J. M., Mahler, J. F., Maronpot, R. R., Sundberg, J. P. , Iowa State University Press. Ames, IA, Chapter. 161-179 (2000).
  19. Lightfoot, J. T., Turner, M. J., Debate, K. A., Kleeberger, S. R. Interstrain variation in murine aerobic capacity. Med. Sci. Sports Exerc. 33 (12), 2053-2057 (2001).
  20. Turner, M. J., Kleeberger, S. R., Lightfoot, J. T. Influence of genetic background on daily running-wheel activity differs with aging. Physiol. Genomics. 22 (1), 76-85 (2005).
  21. Haight, T. J., van der Laan, M. J., Manini, T., Tager, I. B. Direct effects of leisure-time physical activity on walking speed. J. Nutr. Health Aging. 17 (8), 666-673 (2013).
  22. Studenski, S. Gait speed and survival in older adults. JAMA. 305 (1), 50-58 (2011).
  23. Jacobsen, K. R., Kalliokoski, O., Teilmann, A. C., Hau, J., Abelson, K. S. The effect of isoflurane anaesthesia and vasectomy on circulating corticosterone and ACTH in BALB/c mice. Gen. Comp. Endocrinol. 179 (3), 406-413 (2012).
  24. Sellers, T. L., Jaussi, A. W., Yang, H. T., Heninger, R. W., Winder, W. W. Effect of the exercise-induced increase in glucocorticoids on endurance in the rat. J. Appl. Physiol. 65 (1), 173-178 (1988).
  25. Cook, M. D., et al. Forced treadmill exercise training exacerbates inflammation and causes mortality while voluntary wheel training is protective in a mouse model of colitis. Brain Behav. Immun. 33, 46-56 (2013).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

IL 15

Похожие статьи