Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Протокол упражнений по плаванию и методы ухода за беременными крысами

1.9K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/66577

⸱

5 апреля 2024 г.

 ,  ,  ,  , 
1Department of Exercise Physiology, Beijing Sport University, 2Laboratory of Sports Stress and Adaptation of General Administration of Sport, Beijing Sport University, 3Key Laboratory of Physical Fitness and Exercise, Ministry of Education, Beijing Sport University

* These authors contributed equally

В этой статье

Краткое содержание

Здесь мы представляем протокол, описывающий методы разведения крыс, процедуры обучения плаванию и протоколы кормления беременных крыс после размножения. Этот протокол представляет собой животную модель для изучения влияния материнских упражнений во время беременности на потомство и лежащие в их основе механизмы.

Аннотация

Концепция «Истоки здоровья и болезней развития» подчеркивает влияние ранней среды на хронические неинфекционные заболевания, такие как диабет, сердечно-сосудистые заболевания и рак. Исследования с использованием животных моделей изучали, как материнские факторы, такие как недоедание, переедание, ожирение, воздействие химических веществ или гипоксия, влияют на развитие плода и здоровье потомства, что приводит к таким проблемам, как низкий вес при рождении, высокое кровяное давление, дислипидемия и резистентность к инсулину. Учитывая растущую распространенность избыточного веса и ожирения среди женщин репродуктивного возраста, решающее значение имеют эффективные вмешательства. Физические упражнения для матери во время беременности стали ключевым вмешательством, приносящим пользу как матери, так и потомству и снижающим риск заболеваний. В этом исследовании сравниваются различия трех моделей упражнений на беременных крысах: добровольный бег на колесах, моторизованные беговые дорожки и плавание. Плавание является наиболее выгодным вариантом из-за его безопасного и контролируемого уровня интенсивности. В этом протоколе подробно описаны методы разведения крыс, обучение плаванию во время беременности и протоколы кормления после осеменения. Эта модель, подходящая для различных видов крыс и мышей, полезна для изучения пользы физических упражнений для здоровья потомства и благополучия между поколениями.

Введение

В последние два десятилетия появилась концепция «Истоки здоровья и болезней в развитии» (DOHaD), которая показала, что влияние окружающей среды на ранних этапах развития влияет на риск более поздних патофизиологических процессов, связанных с хроническими неинфекционными заболеваниями (НИЗ), особенно диабета, сердечно-сосудистых заболеваний и некоторыхвидов рака1. Во время наиболее пластичной фазы внутриутробного развития плода, когда потомство подвергается воздействию внутриутробной среды, взаимодействие генов и окружающей среды и перфузия матки являются решающими факторамиперепрограммирования плода. В предыдущих исследованиях преимущественно использовались животные модели для изучения пагубных эффектов, таких как недоедание матери, переедание или ожирение во время беременности, а также пренатальное воздействие химических веществ или гипоксия, на развитие плода и долгосрочные фенотипические эффектыу потомства. Это привело к снижению массы тела при рождении и последующему росту, а также к неблагоприятным последствиям для потомства, включая повышенное кровяное давление, дислипидемию и резистентность к инсулину4. Поскольку уровень избыточного веса и ожирения среди женщин репродуктивного возраста быстро растет, срочно необходимо разработать эффективные меры для предотвращения передачи этих вредных материнских расстройств из поколения в поколение, что оказывает важное влияние на здоровьенаселения5,6.

Физические упражнения уже давно признаны важным профилактическим средством при сахарном диабете 2 типа, гипертонии и некоторых других заболеваниях7. Физические упражнения во время беременности оказывают благотворное воздействие на мать и оказывают благотворное влияние на потомство, тем самым снижая передачу болезней от матери потомству8. Несколько лет исследований продемонстрировали безопасность и глубокие преимущества физических упражнений, включая значительное снижение распространенных заболеваний беременности, таких как гестационный сахарный диабет 9,10. Что касается безопасности матери и плода, проведение тренировок по физическим упражнениям и протоколов после кормления грудью является сложной задачей.

David11et al. Описаны модели упражнений на животных, применимые к исследованиям сердечно-сосудистого здоровья. Три широко используемые модели упражнений — добровольный бег на колесах, беговые дорожки с электроприводом и плавание — имеют свои преимущества и недостатки. Произвольный бег колеса точно имитирует локомоторное поведение крыс, позволяя им двигаться в соответствии со своим циркадным ритмом. Тем не менее, этот вид упражнений требует более точного регулирования интенсивности и продолжительности. Моторизованная беговая дорожка может контролировать интенсивность, объем и продолжительность упражнений, но иногда ей требуется электрическая стимуляция, которая может вызвать физическое и психологическое напряжение у животных. Плавание широко используется в исследованиях на грызунах из-за присущей крысам способности плавать, что также позволяет избежать электрической стимуляции или механического повреждения ног ихвостов. В исследованиях на моделях пренатальных упражнений13,14 плавание является широко используемым методом упражнений. По мере прогрессирования беременности и увеличения живота крысы упражнения на беговой дорожке и колесе могут вызвать повторный контакт живота с твердыми поверхностями. Напротив, водная среда при плавании обеспечивает плавучесть, снижая риск травм, связанных с физическими упражнениями, у беременных животных.

В этом протоколе представлены методы разведения крыс, как проводить тренировки по плаванию во время беременности, а также протоколы кормления беременных крыс после вязки. Эта модель обучения плаванию беременных может быть применена к широкому кругу видов крыс и мышей, что, таким образом, может предоставить полезную модель грызунов для будущих исследований с использованием животных моделей для изучения механизмов, регулирующих благотворное влияние материнских упражнений на здоровье потомства и преимущества физических упражнений из поколения в поколение.

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

Протокол

Все описанные здесь методы были одобрены комитетом по этике животных Пекинского университета спорта и выполняются в соответствии с рекомендациями Национальных институтов здравоохранения (NIH) и китайскими законами о защите животных и институциональными рекомендациями.

1. Спаривание и кормление крыс

  1. Приобретайте 10-недельных самок крыс Wistar и 11-недельных крыс-самцов Wistar без патогенов (SPF).
  2. Внедрите адаптивное кормление: Кормите крыс Wistar в неограниченном количестве стандартной диетой для грызунов и обеспечьте доступ к водопроводной воде в течение одной недели в специально отведенном для этого помещении. Убедитесь, что все крысы содержатся в 12-часовом цикле «свет-темнота» при постоянной температуре 22 °C и влажности 45-55%.
  3. Осмотрите течку самки крысы.
    1. Подготовьте оборудование и материалы, включая предметные стекла для микроскопа из чистого стекла, ватные палочки диаметром 2 мм, солевой раствор (0,9% NaCl) и микроскоп.
    2. Пометьте каждое предметное стекло микроскопа датой и идентификацией крысы.
    3. Между 6 и 7 часами вечера, чтобы свести к минимуму стресс, осторожно удерживайте самку крысы. Возьмитесь за основание хвоста большим и указательным пальцами, одновременно оказывая давление другими пальцами на поясничный позвонок крысы.
    4. Поднимите кончик хвоста и обнажите влагалище. Смочите ватный тампон солевым раствором, затем введите кончик во влагалище и аккуратно скатайте кончик, чтобы собрать вагинальные выделения.
    5. Проведите кончиком тампона по предметному стеклу, избегая повторного нанесения на ту же область.
    6. Изучите мазок под микроскопом и используйте объектив с малым увеличением (10x) для обнаружения и наблюдения за клетками.
      Примечание: Во время течки у вагинального секрета более крупные эпителиальные ядра исчезают, заменяясь плоскоклеотившимися ороговевшими эпителиальными клетками, которые накапливаются в холмиках.
    7. Запишите стадию эстрального цикла для каждой крысы.
  4. Между 7 и 8 часами вечера поместите самца и самку крысы в клетку для спаривания.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Самки крыс должны находиться в проэструсе или течке для спаривания.
  5. На второй день, между 7 и 8 часами утра, осмотрите сопрягаемую клетку на предмет копулятивных пробок. Если копулятивная пробка обнаружена у основания брачной клетки, приступайте к выделению мазка из влагалища у самки крысы тем же методом, который описан в шагах 1.3.4-1.3.6.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Копулятивные пробки представляют собой молочно-белые или желтоватые студенистые материалы, изготовленные из семенных пузырьков самцов крыс и секрета предстательной железы в сочетании с вагинальными выделениями.
  6. Подтвердите беременность у самки крысы: после обнаружения копулятивных пробок в брачной клетке понаблюдайте за спермой на мазке из вагинального секрета. Обозначьте этот день как день беременности 1 (GD1).
  7. Изолируйте беременную крысу в отдельной клетке.
    Примечание: На начальных стадиях беременности крайне важно не допускать столкновения беременной крысы с незнакомыми самцами химических сигналов в окружающей среде или от сожительства с незнакомым самцом крысы.
  8. Период беременности крыс обычно длится 21-23 дня. Измерьте и запишите массу тела крыс от GD1 до GD20.
  9. На GD20 замените клетку беременной крысы на чистую и положите в клетку медицинскую вату (по размеру аналогичную крысе). Обеспечьте достаточное количество воды и пищи для выживания в течение семи дней и расположите клетку в тихом месте.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Не меняйте клетку в течение как минимум 1 недели после родов крыс. При переходе в чистую клетку переложите использованную вату из грязной клетки в новую, чтобы крысы могли распознавать запах своего потомства.
  10. На21-й день после родов разделите потомство по половому признаку и поместите их в две клетки.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Из-за меньшего размера 21-дневного потомства поместите гранулы жесткого корма в стеклянную чашку Петри внутри клетки.

2. Программа обучения плаванию для беременных

  1. Провести адаптационную подготовку всех подопытных самок крыс в течение 5 дней.
    1. Подготовьте прозрачную пластиковую емкость высотой не менее 20 см и наполните ее 10 см водой при температуре 34 ± 1°C.
    2. Возьмитесь за кончик хвоста крысы и поднимите его, затем опустите крысу в воду.
    3. Во время 15-минутной адаптивной тренировки внимательно следите за температурой воды каждые 5 минут, добавляя теплую воду для поддержания температуры.
    4. После тренировки переложите крысу в чистую воду с температурой 34 ± 1°C, чтобы вымыть ее шерсть. Затем переложите крысу в клетку с полотенцами и используйте фен, чтобы высушить ее шерсть.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Шум и жаркая среда могут вызвать стресс у крыс. Поэтому рекомендуется использовать регулируемый по температуре и тихий фен.
    5. Пожалуйста, верните крысу в соответствующие клетки.
  2. Спаривание крыс (выполните шаги 1.3-1.6).
  3. После шага 1.7 случайным образом распределите беременных крыс по группе сидячего образа жизни (SED) и группе упражнений (EX).
  4. Взвешивайте крысу ежедневно перед каждой тренировкой.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Во время адаптивной тренировки потеря веса крыс не должна превышать 3 г/день. Во время пренатальной подготовки вес крыс должен постепенно увеличиваться. Если крысы теряют более 3 г в день, сократите ежедневное время тренировок на 50%, чтобы обеспечить восстановление.
  5. Проводите пренатальные тренировки по плаванию для EX от GD1 до GD20, 6 дней в неделю, с 8:00 до 9:00 утра.
    1. Приготовьте круглое ведро для воды диаметром 50 см и минимальной высотой 50 см и наполните его 40 см водой при температуре 34 ± 1°C.
    2. Начиная с GD1 и GD5, первоначально выполняйте тренировки по плаванию по 20 минут в день и постепенно увеличивайте до 60 минут в день.
    3. С GD6 по GD20 продолжайте тренировку по 60 минут в день в течение 6 дней в неделю.
    4. Для последующего ухода обратитесь к шагам 2.1.4-2.1.5.
    5. После тренировки дайте EX rat 5 г семян подсолнечника грызуна для обеспечения питательной поддержки.
  6. Во время тренировки EX каждый день помещайте крысу с СЭД в ту же водную среду, что и на адаптивную тренировку (шаг 2.1.1). Пусть крыса с СЭД проводит в водной среде столько же времени, сколько и крыса с СЭД. После тренировки дайте крысе с СЭД 5 г семян подсолнечника грызунов, чтобы обеспечить им питательную поддержку и успокоить эмоции.
  7. После каждой тренировки по плаванию очищайте и дезинфицируйте все оборудование ультрафиолетовым светом, включая ведра с водой и полотенца.

3. Физические особенности плодов

  1. Утром GD20.5 обезболите самку крысы 3% изофлураном и усыпьте ее в камере CO2 .
  2. С помощью хирургического ножа сделайте разрез в нижней части живота крысы. Следите за тем, чтобы разрез был наклонен в обе стороны живота, обеспечивая полное оголение матки.
  3. Осторожно вскройте матку с помощью щипцов и ножниц, чтобы обнажить плод и плаценту. Аккуратно отделите тонкие амнионы, окружающие плоды, с помощью щипцов, чтобы избежать повреждения плода и плаценты, вызванного ножницами.
  4. Очистите тела плодов с помощью стерильной марли, чтобы удалить кровь и слизь. Последовательно разделяют плод и плаценту по их анатомическому положению, затем взвешивают их.
  5. Понаблюдайте за расстоянием между анусом и гениталиями, чтобы определить пол плода. Плод мужского пола имеет большее расстояние, чем женский. Запишите пол и количество плодов для дальнейшего использования.
  6. Измерьте длину плода с помощью штангенциркуля, лежа на поверхности. Поскольку зародыши еще живы, они могут свернуться калачиком после вскрытия, поэтому разверните их тела, чтобы сделать измерения.
    Примечание: Чтобы обеспечить согласованность экспериментальных результатов и согласованность методов измерения, один и тот же экспериментатор поддерживает одни и те же стандарты на протяжении всего эксперимента. Плод был усыплен в соответствии с рекомендациями учреждения, а образцы тканей были собраны для дальнейшего анализа по мере необходимости.

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

Результаты

В разделе «Методы разведения крыс» (рис. 1) мы определяем эстральный цикл самок крыс с помощью слайдов вагинального секрета для повышения успешности разведения. Эстральный цикл крыс длится 4-5 дней, включая проэструс, течку, метеструс и диэструс. Самки крыс у metestrus или diestrus демонстрируют такое поведение, как дистанцирование от самцов. В то же время те, кто находится в течке, охотно спариваются, а овуляция у самок крыс в основном происходит в конце течки. Во время проэструса образцы м...

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

Обсуждение

Это исследование направлено на создание осуществимой программы упражнений для беременных крыс, включая подробные методы спаривания крыс, протоколы обучения плаванию и методы исследования для оценки физиологических показателей у плода. Мы разработали пренатальную модель тренировок по плаванию на основе практики с соответствующими решениями потенциальных проблем, которые могут возникнуть в протоколе (Таблица 1). Этот протокол сделает его более практичным и поможет исследов...

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

Благодарности

Работа выполнена при поддержке Национального фонда естественных наук Китая (32071174, 32200941, 32371183 и 31771312).

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

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
ШтангенциркульMitutoyo Измерительные приборы (Шанхай) Co., Ltd530-101 N15Препарирование плода
Круглое ведро для водыNaliyaN/AКрысиное плавание
Экспериментальный хирургический инструмент Шэньчжэнь RWD Life Technology Co., LTDSP0001-GПрепарирование плода
Стеклянный микроскоп Предметные стеклаJiangsu Shitai experimental equipment Co., LTD80312-3161Вагинальный мазок
Стеклянная чашка ПетриMerck Life TechnologiesBR455751-10EAВыращивание потомства
ФенPanasonicEH-WNE5Hуходу после плавания
Zhongke Life ScienceSS3Спаривание крыс
ИзофлуранШэньчжэнь RWD Life Technology Co., LTDR510-22-10Препарирование плода
Световой микроскопOlympusIX71-F22PHВагинальный мазок
Клетка для спариванияZhongke Life ScienceSS3Спаривание крыс
Медицинский абсорбент ХлопокHongxiang Sanitary Materials Co., LtdN/AБеременные крысы ожидание родов
Аппарат для анестезии грызунов, газовая анестезияШэньчжэнь RWD Life Technology Co., LTDR500IEПрепарирование плода
Корм для разведения грызуновBeijing Huafukang Biotechnology Co., LTD1032Кормление беременных крыс
Поддерживающий корм для грызуновBeijing Huafukang Biotechnology Co., LTD1022Выращивание потомства
Семена подсолнечника грызуновJollyJP241Пищевая добавка
Звукоизолирующий хлопокМедицинский инструмент КуфуН/ДБеременные крысы в ожидании родов
Стерильный ватный тампон (диаметр 2 мм)Медицинский инструмент КуфуН/ДВагинальный мазок
Стерильная марляМедицинский инструмент Куфу Н/ДПрепарирование плода
Инсультно-физиологический раствор физиологического раствора (0,9% NaCl)Shandong Hualu Pharmaceutical Co., LtdN/AВагинальный мазок
ТермометрBeekman OrganismN/AМониторинг плавания крыс
ПолотенцаGraceN/AУход после плавания
Прозрачный пластиковый контейнерNaliyaN/AАдаптивная тренировка по плаванию
Ультрафиолетовый светMerck Life TechnologiesZ169633-1EAУход после плавания
ВодонагревательHaierEC6001-Q6SВесы для плавания крысы
Electronlc AcaleJM. A10001Измерение массы тела
Wistar RatsVital River Laboratory Animal Technology Co., LtdН/АЭксперимент
Информационная карточка по

Ссылки

  1. Hanson, M. A., Gluckman, P. D. Early developmental conditioning of later health and disease: Physiology or pathophysiology. Physiol Rev. 94 (4), 1027-1076 (2014).
  2. Calkins, K., Devaskar, S. U. Fetal origins of adult disease. Curr Probl Pediatr Adolesc Health Care. 41 (6), 158-176 (2011).
  3. Chavatte-Palmer, P., Tarrade, A., Rousseau-Ralliard, D. Diet before and during pregnancy and offspring health: The importance of animal models and what can be learned from them. Int J Environ Res Public Health. 13 (6), 586(2016).
  4. Lapehn, S., Paquette, A. G. The placental epigenome as a molecular link between prenatal exposures and fetal health outcomes through the dohad hypothesis. Curr Environ Health Rep. 9 (3), 490-501 (2022).
  5. Shrestha, A., Prowak, M., Berlandi-Short, V. M., Garay, J., Ramalingam, L. Maternal obesity: A focus on maternal interventions to improve health of offspring. Front Cardiovasc Med. 8, 696812(2021).
  6. Haire-Joshu, D., Tabak, R. Preventing obesity across generations: Evidence for early life intervention. Annu Rev Public Health. 37, 253-271 (2016).
  7. Kusuyama, J., Alves-Wagner, A. B., Makarewicz, N. S., Goodyear, L. J. Effects of maternal and paternal exercise on offspring metabolism. Nat Metab. 2 (9), 858-872 (2020).
  8. Blaize, A. N., Pearson, K. J., Newcomer, S. C. Impact of maternal exercise during pregnancy on offspring chronic disease susceptibility. Exerc Sport Sci Rev. 43 (4), 198-203 (2015).
  9. Hinman, S. K., Smith, K. B., Quillen, D. M., Smith, M. S. Exercise in pregnancy: A clinical review. Sports Health. 7 (6), 527-531 (2015).
  10. Acog committee. Physical activity and exercise during pregnancy and the postpartum period: Acog committee opinion, number 804. Obstet Gynecol. 135 (4), e178-e188 (2020).
  11. Poole, D. C., et al. Guidelines for animal exercise and training protocols for cardiovascular studies. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 318 (5), H1100-H1138 (2020).
  12. Beleza, J., et al. Self-paced free-running wheel mimics high-intensity interval training impact on rats' functional, physiological, biochemical, and morphological features. Front Physiol. 10, 593(2019).
  13. August, P. M., Rodrigues, K. D. S., Klein, C. P., Dos Santos, B. G., Matté, C. Influence of gestational exercise practice and litter size reduction on maternal care. Neurosci Lett. 741, 135454(2021).
  14. Li, S., et al. Prenatal exercise reprograms the development of hypertension progress and improves vascular health in shr offspring. Vascul Pharmacol. 139, 106885(2021).
  15. Li, S., et al. Exercise during pregnancy enhances vascular function via epigenetic repression of ca(v)1.2 channel in offspring of hypertensive rats. Life Sci. 231, 116576(2019).
  16. Musial, B., et al. Exercise alters the molecular pathways of insulin signaling and lipid handling in maternal tissues of obese pregnant mice. Physiol Rep. 7 (16), e14202(2019).
  17. Dos Santos, A. S., et al. Resistance exercise was safe for the pregnancy and offspring's development and partially protected rats against early life stress-induced effects. Behav Brain Res. 445, 114362(2023).
  18. Barnes, M. D., Heaton, T. L., Goates, M. C., Packer, J. M. Intersystem implications of the developmental origins of health and disease: Advancing health promotion in the 21st century. Healthcare. 4 (3), 45(2016).
  19. Bakrania, B. A., George, E. M., Granger, J. P. Animal models of preeclampsia: Investigating pathophysiology and therapeutic targets. Am J Obstet Gynecol. 226, S973-S987 (2022).
  20. Ferrari, N., et al. Exercise during pregnancy and its impact on mothers and offspring in humans and mice. J Dev Orig Health Dis. 9 (1), 63-76 (2018).
  21. Lerman, L. O., et al. Animal models of hypertension: A scientific statement from the american heart association. Hypertension. 73 (6), e87-e120 (2019).
  22. Mangwiro, Y. T. M., et al. Exercise initiated during pregnancy in rats born growth restricted alters placental mtor and nutrient transporter expression. J Physiol. 597 (7), 1905-1918 (2019).
  23. Kim, H., Lee, S. H., Kim, S. S., Yoo, J. H., Kim, C. J. The influence of maternal treadmill running during pregnancy on short-term memory and hippocampal cell survival in rat pups. Int J Dev Neurosci. 25 (4), 243-249 (2007).
  24. Harris, J. E., et al. Exercise-induced 3'-sialyllactose in breast milk is a critical mediator to improve metabolic health and cardiac function in mouse offspring. Nat Metab. 2 (8), 678-687 (2020).
  25. Zhang, Y., et al. Maternal exercise represses nox4 via sirt1 to prevent vascular oxidative stress and endothelial dysfunction in shr offspring. Front Endocrinol. 14, 1219194(2023).
  26. Shan, M., et al. Maternal exercise upregulates the DNA methylation of agtr1a to enhance vascular function in offspring of hypertensive rats. Hypertens Res. 46 (3), 654-666 (2023).

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

Перепечатки и разрешения

Больше статей

Физические нагрузки материметоды разведения крыспренатальные тренировки по плаваниюздоровье потомствауход во время беременностидиета с высоким содержанием жировэпигенетический механизмразвитие плода
Протокол упражнений по плаванию и методы ухода за беременными крысами
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.