Методическая статья

Подражая космического полета на Марс с использованием разгрузки задних конечностей и частичного веса подшипника в крыс

DOI:

10.3791/59327

⸱

4 апреля 2019 г.

 ,  ,  , 
1Department of Neurology, Harvard Medical School - Beth Israel Deaconess Medical Center, 2Department of Orthopaedics, Harvard Medical School - Beth Israel Deaconess Medical Center

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

С помощью инновационной модели аналогового наземного базирования, мы способны имитировать космической миссии, включая поездки (0 g) и пребывания на Марсе (0,38 г) в крыс. Эта модель позволяет продольная оценки физиологических изменений, происходящих на двух этапах гипо гравитационные миссии.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Грызун наземного базирования модели широко используются понять физиологические последствия космического полета на физиологические системы и регулярно применялись с 1979 года и развитие задних конечностей выгрузки (HLU). Однако последующие шаги в освоении космоса теперь включают поездки на Марс, где гравитация это 38% земной гравитации. Поскольку ни один человек не пережил этот уровень частичной гравитации, устойчивого земле-модель на основе необходимо исследовать, как тело, уже подорваны время, проведенное в условиях микрогравитации, будет реагировать на этой частичной нагрузки. Здесь мы использовали наши инновационные частичной-несущие (ПРБ) модели имитируют короткой миссии и остаться на Марсе оценить физиологические расстройства в мышц задних конечностей, индуцированных два различных уровня снижения тяжести, применяется в последовательном порядке. Это может предоставить модель Сейф, наземные исследования опорно-приспособления для гравитационных изменений и установить эффективные контрмеры для сохранения здоровья и функции астронавтов.

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Внеземной целей, в том числе на Луну и Марс, представляют собой будущее человека космоса, но оба имеют значительно более слабой гравитации, чем Земля. В то время как последствия невесомости на опорно-двигательный широко изучены в астронавты1,2,3,,45 и грызунов6, 7 , 8 , 9, последний благодаря устоявшейся задних конечностей выгрузки (HLU) модель10, очень мало известно о последствиях частичного гравитации. Марсианская гравитация это 38% земли и эта планета стала в центре внимания долгосрочной разведки11; Следовательно важно понять мышечные изменения, которые могут возникнуть в этой обстановке. Чтобы сделать это, мы разработали систему частичного веса подшипника (ПРБ) крыс12, на основе предыдущей работы, проделанной в мышей6,13, которая была проверена с помощью мышц и костей результатов. Однако исследования Марса будет предшествовать длительный период микрогравитации, который не был рассмотрен в нашем ранее описанных модель12. Таким образом в этом исследовании, мы изменили нашу модель, чтобы имитировать путешествие к Марсу, состоит из первой фазы выгрузки всего задних конечностей и сразу после второй этап частичного веса подшипника на 40% нормальной загрузки.

В отличие от большинства HLU моделей мы решили использовать таза упряжи (на основе описанной Чоудхури et al.9) вместо хвоста подвеска для улучшения комфорта животных и иметь возможность двигаться плавно и легко от HLU к ПРБ в считанные минуты. Совместно мы использовали клетки и устройства подвески, что мы ранее разработал и подробно описал12. Помимо надежного/последовательных данных, мы ранее также продемонстрировал, что фиксированная крепления точки подвески в центре стержня не мешает животных от перемещения, уход, кормление или пить. В этой статье мы расскажем как выгрузка животных задних конечностей (как полностью, так и частично), проверить их уровнях достигнуты гравитации, а также как функционально оценить полученный мышечные изменения с помощью ручек силы и мокрой мышечной массы. Эта модель будет чрезвычайно полезным для исследователей, стремящихся расследовать последствия частичной гравитации (искусственные или внеземной) на уже ослабленной костно-мышечной системы, тем самым позволяя им расследовать как организмов приспособиться к частичной перегрузочные и для разработки контрмер, которые могут быть разработаны для поддержания здоровья во время и после полетов человека в космос.

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

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Все методы, описанные здесь были утверждены институциональный уход животных и использование Комитет (IACUC) Бет Израиля Deaconess медицинский центр под протокол № 067-2016.

Примечание: Мужской Wistar крыс в возрасте 14 недель на базовых (день 0) используются. Крысы индивидуально размещаются в пользовательских клетки 24 h до базовой линии для адаптационного.

1. задних конечностей разгрузки

Примечание: Таза ремень можно поставить на наркотизированных или просыпаются животные. Здесь на наркотизированных животных дано описание протокола. Носите надлежащего средства индивидуальной защиты (СИЗ) для обработки животных.

  1. Место крыса в анестезии коробку с 3,5% изофлюрановая и поток кислорода 2 Л/мин.
    Примечание: Надлежащего анестезии подтверждается, когда фирма щепотка задние лапы не вызвать реакцию.
  2. Как только животное полностью под наркозом, место крысы на скамейке с анестезирующий газ, поступающий с ураном с 2% изофлюрановая и поток кислорода 1,5 Л/мин.
  3. Место крыса в положении лежа и надел таза ремень в rostro хвостового движения.
  4. Аккуратно Бенд таза Упряжь для предоставления snug вписываются во время стараясь не сдавливать гомотерия для предотвращения царапин и дискомфорта.
  5. Прикрепите цепь из нержавеющей стали с застежкой шарнирного соединения к верхней части таза упряжи, где крючок прилагается у основания хвоста.
  6. Удалить крысы из наркоза и место животное в клетке пользовательских с цепи, продлил его максимум.
  7. После того, как крысы полностью проснуться и мобильных, Укоротите цепь с использованием верхнего шарнирного соединения застежкой до задних конечностей могут больше не доставали до пола.
  8. Наблюдать за животное на несколько минут, чтобы оценить его удобство и убедитесь, что на все времена, оба задних конечностей остаются полностью выгружается.

2. частичный вес подшипника

Примечание: Этот шаг может быть реализован в awake и осознающие животных.

  1. Преобразуйте HLU подвеска устройство в ПРБ подвеска, добавив треугольную часть состоит из цепи из нержавеющей стали и задней штанги.
  2. Анестезировать животное так же, как описано для HLU (шаги 1.1 и 1.2).
  3. Поместите куртку троса соответствующего размера на передние конечности крыса (M для крыс 400 g или ниже, Л для крыс, весом свыше 400 г) и закрыть его с помощью задней бюстгальтер расширитель.
  4. Прикрепите один застежка треугольную часть на крючок, расположенный на задней бюстгальтер расширитель и противоположной застежка на крючок, расположенный на тазовые ремень у основания хвоста.
  5. Разрешить животное, чтобы оправиться от анестезии в клетке. После того, как спать, убедитесь, что подвеска является равны на передние конечности и гомотерия путем сокращения цепи и изменение расположения внизу застежка шарнирного соединения при необходимости.
    Примечание: Этот шаг может также быть реализована с помощью сил плиты для подтверждения равных нагрузки на все конечности.
  6. Место крысы на верхней шкале для записи «загруженные» веса, т.е., вес животного и весь аппарат, без сокращения цепи.
  7. Укоротить цепь до тех пор, пока шкала отображает 40% веса тела «загрузки» и запись достигнутого уровня тяжести (выражается как соотношение между расгруженный вес и загруженного веса).
  8. Наблюдать за животное, чтобы убедиться, что расгруженный вес стабильным и что крыса одинаково загружается на всех конечностей.
  9. Удалите весь аппарат из масштаб, используя стержня и место крыса обратно в своей клетке.

3. Оценка задних конечностей сцепление силы

  1. Держите Крыса с традиционной сдержанностью, поместив одну руку под Передние конечности. Аккуратно прижмите хвост с вторая рука.
  2. Подход ручка бар с задние лапы и убедитесь, что обе лапы полностью опирается на баре.
    Примечание: Если крыса не полностью сцепление баре или не отображает никаких доказательств добровольной захвата, слегка выпустить сдержанность. Если это неудачной, вернуться к своей клетке крыса и повторите попытку через несколько минут.
  3. Осторожно потяните крыса прямо обратно до тех пор, пока она выпускает свою хватку. Рекорд максимальной силы, отображаться на датчике.
  4. Подождите около 30 s между измерениями и повторите тест 3 раза.
  5. Вычислить среднее из трех измерений для озвучивания, счет для усталость.

4. запись мышц влажные массы

  1. Место крыса в камере эвтаназии CO2 . После ожидания в соответствующее время согласно IACUC и AVMA руководящие принципы, подтвердите эвтаназии, визуальное наблюдение за отсутствие дыхания.
  2. Место крысы на таблице рассечение в положении лежа и удалите меха и кожи, промо вблизи лодыжку, с помощью небольших Рассечение ножницами. Используйте руки, чтобы снять слой кожи.
  3. С помощью небольших Рассечение ножницами, аккуратно сломать мышечной фасции и изолировать пяточной кости сухожилия.
    Примечание: Сухожилие пяточной кости является точка прикрепления мышц икроножной мышцы и камбаловидной.
  4. Удерживая пяточной кости сухожилия с младшей парой пинцетов, используйте Рассечение ножницами для изоляции мышц икроножной мышцы и камбаловидной от двуглавой мышцы бедра, расположенных выше.
  5. После того, как изолированные, вырежьте точка прикрепления мышц икроножной мышцы и камбаловидной в подколенной области.
  6. Осторожно потяните камбаловидной от икроножной мышцы и отсоединить их путем разрезания пяточной кости сухожилия.
  7. Место крыса в лежачем положении. Осторожно удалите фасции и корки tibialis передней от лодыжки в восходящем движении.
  8. Вырежьте tibialis передней точке своей превосходной вложений.
  9. Запишите точное влажной массы каждой подакцизным мышцы с помощью тарированного точность масштаба и взвешивания лодку.

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

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Воспользовавшись новых клеток, что мы ранее и описано в деталях12, мы использовали из нержавеющей стали на основе цепь подвески устройство, которое подходит для разгрузки задних конечностей (HLU, рис. 1) и частично-несущие (ПРБ, Рисунок 2). Важнейшим конкурентным преимуществом нашего дизайна является способность идти от одного типа разгрузки в другой в считанные минуты при сохранении одинаковых условий дл...

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

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Эта модель представляет первый аналог наземного базирования развитых расследовать последовательные уровни механическая разгрузка и стремится подражать поездку и остаться на Марсе.

Многие шаги настоящего Протокола имеют решающее значение для обеспечения ее успеха и необходимо внимательно изучить. Во-первых важно контролировать благополучия животных и убедитесь, что они сохраняют нормальное поведение (т.е. выполнение задачи еды, отдыха и осмотра), особенно во время PWB государства, где они подде...

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

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы не имеют ничего сообщать.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Эта работа была поддержана Национальным управлением по аэронавтике и космическому пространству (НАСА: NNX16AL36G). Авторы хотели бы поблагодарить Карсон Семпл за предоставление чертежей, включенные в этой рукописи.

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

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
10G Изолированный сплошной медный проводGrainger4WYY8100 футов сплошной строительный провод с типом провода THHN и размером провода 10 AWG, черный
2 Стены из плексигласа по индивидуальному дизайнуP& K Custom Acrylics Inc.Н/Д2 прозрачные стенки из плексигласа на заказ 3/16" тик, ширина 12 3/16", высота 18 13/16", 1 закругленный паз диаметром 0,25 дюйма, расположенный в центре верхней части стены
3M Transpore Surgical TapeFisher Scientific18-999-380Transpore Surgical Tape 
Аксессуар Хватательная планка RatHarvard Apparatus76-0479Аксессуар Хватательная штанга крыса, передние или задние лапы
Аналитические весы FisherScientific01-920-251OHAUS Adventurer Analytic Balance
Animal ScaleZIEIS by AmazonN/A70 фунтов емкость цифровые весы большой купол 11,5 x 9,3 дюйма dura платформа z-seal 110 В адаптер 0,5 унции точность
Задний бюстгальтер УдлинителиLuzen byAmazon N/A17 шт. 2 крючка 3 ряда ассорти случайного цвета женский интервал бюстгальтер зажим удлинитель ремень
цифровой силовой измерительWagner InstrumentsDFE2-01050 Н Емкость Цифровой измеритель силы захвата Chatillon DFE II
МарляFisher Scientific13-761-52Нестерильные хлопчатобумажные марлевые губки 
Брелоки и поворотные хлопкиPaxcoo Direct от AmazonN/APaxCoo 100 шт. металлический вращающийся шнурок с защелками с брелоками
Лобстер ХлопкиPanda Jewelry International Limited by AmazonN/APandahall 100 шт. нержавеющая сталь класс А застежки для когтей омара 13x8 мм
Куртка для привязи к крысе - большаякуртка дляScientific RJ LКуртка для грызунов
Куртка с привязью к крысе - средняяBraintree ScientificRJ MКуртка для грызунов
силиконовая трубкаVersilon St Gobain Керамика и пластикABX00011SPX-50 силиконовые трубки
цепи из нержавеющей сталиSuper Lover by AmazonN/A4,5 м 15 футов нержавеющая сталь кабельная цепь оптом 6x8 мм
грызунов Braintree

Ссылки

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

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

Похожие статьи