Summary
Qui, presentiamo un protocollo per introdurre un modello del ratto di affaticamento centrale utilizzando la modifica metodo di piattaforma multiplo (MMPM).
Abstract
In questo articolo, abbiamo introdotto un modello del ratto di affaticamento centrale utilizzando la modifica metodo di piattaforma multiplo (MMPM). La casella più piattaforma è stata progettata come un serbatoio di acqua con piattaforme strette sul fondo. I ratti di modello sono state inserire nel serbatoio e levato in piedi sulle piattaforme per 14 h (18:00-08:00) al giorno per 21 giorni consecutivi, con un gruppo di controllo vuoto impostato per contrasto. Alla fine della modellazione, ratti nel gruppo modello hanno mostrato un'evidente aspetto affaticato. Per valutare il modello, abbiamo effettuato numerosi test comportamentali, tra cui il campo aperto test (OFT), l'elevato plus prova del labirinto (EPM) e la prova di nuoto esaustivo (ES). I risultati hanno mostrato quell'ansia, compromissione della cognizione spaziale, performance muscolare povero e rifiutato attività volontaria presentata nei ratti di modello confermano la diagnosi di affaticamento centrale. Modifiche dei neurotrasmettitori centrali inoltre verificato il risultato. In conclusione, il modello simulato con successo centrale fatica, e lo studio futuro con il modello può aiutare a rivelare il meccanismo patologico della malattia.
Introduction
La fatica è uno dei fattori principali che minacciano la salute umana1. Negli ultimi decenni, varie ricerche hanno dimostrato che la stanchezza è marginalmente-triggered ma centrale-driven e sempre accompagnato con disturbi emotivi e cognitivi. Fisiologo italiano r. Mosso inizialmente proposto la parola fatica centrale2. È generalmente definito come attività volontaria limitata e cognizione danno dovuto disfunzione della trasmissione degli impulsi nel sistema nervoso centrale (SNC)3. Confrontato con affaticamento muscolare periferico, affaticamento centrale sottolinea cambiamenti nel SNC, nonché il conseguenti disturbi emozionali/comportamentistici, tra cui depressione, ansia, cognizione danno e perdita di memoria. Uno studio mostra che molti fattori possono indurre fatica centrale, tra cui un'eccessiva attività fisica e lo stress mentale sono abbastanza indispensabile4. Per quanto riguarda la patogenesi, le teorie come il triptofano-kynurenine pathway ipotesi5 spiegano i cambiamenti in determinate vie; Tuttavia, studi più approfonditi sono comunque tenuti a rivelare le correlazioni di centrale-periferico di affaticamento centrale.
Poiché il meccanismo di fondo di affaticamento centrale è ancora chiaro, un modello animale efficace è molto importante per ulteriori ricerche. I modelli esistenti di affaticamento sono per lo più indotta da esercizio fisico eccessivo, come tapis roulant6 e nuoto peso caricato7, con poca preoccupazione su fattori mentali. Per meglio simulare lo sviluppo di affaticamento centrale, il nostro gruppo ha sviluppato un modello del ratto con la MMPM. Durante il processo di modellazione, ratti rimangono in piedi sulle piattaforme strette nella casella piattaforma Multiple per lunghe ore, tra cui parte del tempo di sonno. Diverso dai modelli di esercizio fisico eccessivo, il modello MMPM utilizza privazione parziale di sonno come un fattore mentale in considerazione la patogenesi complessa di affaticamento centrale.
Per la valutazione del modello, usiamo i test OFT ed EPM per determinare ansia umore e attività di volontariato. Il test di ES viene eseguito per misurare le prestazioni dei muscoli periferici. Inoltre, prendiamo del cervello del ratto e rilevare la dopamina (DA) / contenuto di serotonina (5-HT) in entrambi hypothalamuses per osservare le differenze di neurotrasmettitore centrale.
Il protocollo presentato di seguito è progettato per affaticamento centrale modello indotto da ripetute attività fisica e la mancanza di sonno, che imita una condizione comune nella vita umana. Tuttavia, regolando la durata del modello, può essere utilizzato in molti altri campi, come negli studi di osservazione e lo stress di sonno. In futuro ricerca, speriamo che questo modello vi aiuterà a scoprire altre CNS cambiamenti e la loro connessione con il sistema periferico, per rivelare il meccanismo di patogenesi di affaticamento centrale.
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Protocol
Tutti gli animali sono stati mantenuti in conformità con le linee guida dalla legislazione cinese sull'uso etico e cura degli animali di laboratorio.
1. pre-modellazione preparazione
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Preparazione in laboratorio
- Eseguire la lampada UV per almeno 30 min prima dell'esperimento.
- Controllo della temperatura di laboratorio a 25 ± 3 ° C e umidità relativa 30% circa.
- Accendere il luce alle 06:00 laboratorio e spegnerlo alle 18:00 per stabilire un ciclo luce/buio di 12 h/12 h.
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Costruzione di box piattaforma multiple
- Costruire un serbatoio di plastica opaco senza una copertura di 110 × 60 × 40 cm3.
- Difficoltà quindici piattaforme circolari (h = 8 cm, d = 6,5 cm) sul fondo del serbatoio, quale inserviente distribuire in tre righe e cinque colonne. Lasciare spazio sufficiente tra ogni piattaforma, circa 10 cm tra colonne e 13 cm tra le righe.
- Impostare una presa di acqua sulla parte laterale del serbatoio e installare un rubinetto.
- Fare un coperchio di ferro-rete metallica per il carro armato con una scatola di cibo appesi su di esso.
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Raggruppamento e ratti di alloggiamento
Nota: I ratti maschii di Wistar di 8 settimane di vita, peso di circa 200-210 g, sono utilizzati nell'esperimento. I ratti vivono in gruppi durante il processo di modellazione.- Numero di radici di coda dei ratti con un pennarello.
- Pesare i ratti, escludere l'estremamente leggeri o pesanti e dividere il resto in modo casuale nei gruppi modello e controllo.
- Mettere delicatamente i ratti in gabbie pulite e consentire loro di ambientarsi al laboratorio per almeno 3 giorni. Fornire acqua sufficiente e approvvigionamento di generi alimentari.
2. modellazione con MMPM
Nota: Il processo inizia alle 18:00 e finisce alle 08:00 del giorno successivo, per un totale di 14 h al giorno, per 21 giorni. Per evitare i fattori di interferenza, la stessa persona è tenuta ad effettuare l'intero esperimento, mentre indossa il cappotto del laboratorio stesso. 10 ratti Wistar sono usati nell'esperimento.
- Appoggiate il serbatoio su una superficie piana, ad esempio, il piano. Quindi riempire il serbatoio con circa 7 cm di acqua tiepida (25 ± 3 ° C), circa 1 cm sotto la piattaforma piana.
- Preparare abbastanza cibo e bevande per tutti i ratti nel serbatoio per 1 giorni. Messo di foraggio e acqua nel contenitore di cibo e appenderlo sulla copertina.
Nota: Alcuni ratti intelligenti imparano a riposare sulla casella di cibo. Se è così, li guida nel serbatoio. - Prendere i ratti del gruppo modello fuori dalla gabbia, li afferra per la coda e metterli delicatamente nel serbatoio. Avviare tutti i ratti nell'acqua invece le piattaforme per motivare la loro paura dell'acqua. Assicurarsi che ogni ratto ottiene una piattaforma per stare su, mentre ratti del gruppo di controllo rimangono nelle loro gabbie originale con cibo e acqua sufficienti.
- Coprire il serbatoio. Monitorare i ratti per evitare lesioni accidentali. Se un ratto rimane in acqua per più di 1 ora senza salire sulla piattaforma, prenderlo dal serbatoio e rimuoverlo dal test.
- Dopo 14h, prendere i ratti di modello dal serbatoio e asciugare i capelli con un phon. Re-mark code dei ratti se si affievolisce. Restituire i ratti a loro gabbie originale e fornire loro cibo e acqua sufficienti.
- Lavare ogni angolo della vasca. Elevare un lato del carro armato e aprire il rubinetto per il liquame di deflusso.
- Disinfettare il serbatoio con uno spray di etanolo 75% ed esporlo alla luce UV.
3. modello di valutazione: Test comportamentali
Nota: Tutte le prove sono eseguite in laboratorio comportamentale. Rumore e luce supplementare non consentiti durante la prova per evitare disturbi. Se possibile, utilizzare la stessa persona (e) per condurre ogni test. Un cappotto scuro e guanti sono necessari per il riconoscimento di scala di grigi nell'elaborazione dell'immagine. Eseguire l'OFT prima come ha il minimo effetto sul comportamento del ratto.
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OFT
- Controllare il registratore sulla casella campo aperto per assicurarsi che esso sia collegato correttamente alla workstation e copre ogni angolo della scatola. Regolare l'illuminazione per eliminare le ombre nella casella.
- Spostare i ratti in laboratorio comportamentale nelle loro gabbie originale. Consentire loro di acclimatare per almeno 1 h prima del test.
- Pulire e disinfettare la casella con etanolo al 75% per garantire che non c'è nessun escremento o odore lasciato da esperimento precedente.
- Rimuovere un ratto dalla gabbia con il suo schienale e inserirlo delicatamente l'area centrale della finestra. Ritirarsi rapidamente le braccia dalla casella per non bloccare il tiro.
- Inserire il numero del ratto e avviare la registrazione. Contare e registrare la frequenza di attività verticali del ratto, tra cui l'allevamento e l'arrampicata.
- Dopo 5 min, interrompere la registrazione, prendere il topo fuori dalla scatola e restituirlo alla gabbia.
- Ripetere i passaggi da 3.1.3 - 3.1.6 finché tutti i ratti hanno terminato il test.
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EPM
- Eseguire la procedura di verifica preliminare e acclimatazione per quanto riguarda l'OFT (passaggi 3.1.1 - 3.1.2).
- Rimuovere un ratto dalla gabbia con il suo schienale e metterla delicatamente sulla parte di giunzione dei due bracci. Atterrare il topo verso il braccio sinistro aperto e lasciare in fretta per non bloccare il tiro.
- Inserire il numero del ratto e avviare la registrazione. Contare e registrare la frequenza delle entrate differenti del braccio. Se il ratto scende il labirinto nel test, pick up e rispedirlo a labirinto. Registrare informazioni dettagliate per l'analisi dei dati.
- Dopo 5 min, interrompere la registrazione, prendere il topo fuori e restituirlo alla gabbia.
- Rimuovere gli escrementi e pulire il labirinto con etanolo di 75% per eliminare l'odore del ratto ex.
- Ripetere i passaggi 3.2.2 - 3.2.5 finché tutti i ratti hanno terminato il test.
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Test di ES
- Riempire il serbatoio di nuoto (70 × 30 × 110 cm3) con 80 centimetri di acqua calda (25 ± 3 ° C).
Nota: Se c'è un termostato nel serbatoio, la temperatura dell'acqua dovrebbe essere impostata circa 37 ° C, che è simile alla temperatura corporea del ratto. In caso contrario, impostarlo a temperatura ambiente per mantenere costante. - Fanno un carico per ogni ratto con perno grappoli e legarlo delicatamente sulla sua radice della coda. Il carico pesa 10% del peso del ratto.
- Afferrare un topo dalla coda e gettarlo nel carro armato di swimming. Se i ratti huddle o aggrappano alla parete, li contraddistingue e spingerli indietro nell'acqua.
- Avviare il cronometraggio al momento quando il ratto viene messo in acqua e i tempi di arresto quando è esaurita, che è dimostrato come il fallimento a lottare fuori dall'acqua con la bocca e il naso sotto l'acqua per più di 10 s.
Nota: A volte, esaurimento e annegamento si verificano all'improvviso. Essere sicuri di avere abbastanza sperimentatori per registrare e salvare l'animale allo stesso tempo. - Rimuovere i ratti esausti fuori dall'acqua senza interrompere gli altri. Asciugare i capelli, ri-contrassegnare i loro numeri e rimandarli a gabbia.
- Al termine di un gruppo, cambiare l'acqua nel serbatoio. Al termine di tutti i ratti, svuotare il serbatoio di nuoto e pulire e sterilizzarlo con etanolo e luce UV.
- Riempire il serbatoio di nuoto (70 × 30 × 110 cm3) con 80 centimetri di acqua calda (25 ± 3 ° C).
4. modello di valutazione: Neurotrasmettitore centrale rilevazione
- Anestetizzare il topo con l'iniezione intra-peritoneale di idrato di cloralio 10% (3 mL/kg) fino a quando è incosciente.
- Decapita il ratto.
- Fare un'incisione longitudinale lungo la linea post-mediale, aprire il cranio ad entrambi i lati ed esporre il cervello. Capovolgere il cranio, il cervello di rimuovere e mettere il cervello su un sacchetto di ghiaccio.
- Separare e rimuovere l'ipotalamo, che è la zona a forma di diamante nella parte centrale della base del cervello che ha un chiaro confine con tessuti circostanti. Posto in una provetta sterile e congelarlo con azoto liquido. Conservare tutti i campioni in frigorifero-80 ° C.
- Rilevare il contenuto di DA e 5-HT nell'ipotalamo mediante cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC)8.
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Representative Results
Descriviamo un modello del ratto di affaticamento centrale utilizzando MMPM. 24 ratti Wistar sono divisi a caso nel gruppo di controllo e il gruppo di modelli, con 12 ratti in ogni gruppo. L'apparato di modello è stato progettato come un serbatoio di acqua con piattaforme strette sul fondo (Figura 1). Ratti di modello stanno sulle piattaforme per 14 h al giorno, compreso il tempo parziale di sonno, per 21 giorni (Figura 2).
Test comportamentali vengono eseguiti dopo la modellazione di valutare i cambiamenti fisici ed emozionali nei ratti. Il risultato OFT (Figura 3) indica che, rispetto al gruppo di controllo (n = 10), c'è una diminuzione significativa nel allevamento movimento e velocità media delle attività di volontariato (p < 0,05, p < 0,01) nei ratti di modello (n = 10) e un evidente aumento della latenza del fuori anello ingresso (p < 0,01). Il test EPM (Figura 4) dimostra che i 21 giorni di modellazione diminuito entrambi frequenza di braccio aperto voci e durata in braccio aperto significativamente rispetto al gruppo di controllo (n = 10) (p < 0,05, p < 0,01), mentre c'era un aumento in entrambi frequenza di movimenti di braccia e durata in braccio stretta (p < 0,05). Il risultato del test ES (Figura 5) Mostra che la durata di nuoto del gruppo modello (n = 10) è significativamente più breve rispetto al gruppo di controllo (n = 10) (p < 0,001).
Successivamente, rileviamo DA e 5-HT contenuto in entrambi hypothalamuses per osservare le differenze di neurotrasmettitore centrale. Risultati show (Figura 6) che DA nell'ipotalamo e il rapporto di DA a 5-HT diminuisce significativamente nel gruppo modello (n = 10) rispetto al gruppo di controllo (n = 10) (p < 0,05, p < 0,01), mentre aumenta il contenuto di 5-HT significativamente (p < 0,05).
Figura 1: schematico della casella di piattaforma più. Vista frontale (A). (B) vista dall'alto. La casella più piattaforma è un serbatoio di plastica coverless (110 × 60 × 40 cm3) con quindici piattaforme acrilici fissato sulla parte inferiore e un rubinetto sulla parte laterale. Ogni piattaforma è costituita da un pilastro e un piatto circolare (d = 6,5 cm) piattaforma più grande della parte superiore del pilastro. Le piattaforme (h = 8 cm) distribuire in tre righe e cinque colonne. Le piattaforme adiacenti sono separati nelle colonne e 13 cm nelle righe di 10 centimetri. Il serbatoio può contenere un massimo di 15 ratti. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: una foto di modellazione. La condizione di ratto sulla piattaforma era il giorno 15 di modellazione. Suoi capelli secchi e occhi dim suggeriscono uno stato di stanchezza evidente.
Figura 3: analisi di OFT. (A) confronto della frequenza dell'attività verticali. I dati sono presentati come media ± SEM (n = 10). Con varianza (F = 9.877, p = 0,006 < 0.05), significato è stata determinata mediante t-test di campioni indipendenti, t = 2.226, p = 0,049 < 0.05. La frequenza dell'attività verticale (allevamento) diminuisce in ratti di modello (n = 10) rispetto ai ratti di controllo (n = 10). (B) un confronto sulla velocità media dell'attività volontaria. I dati sono presentati come media ± IQR (n = 10). Significato è stato determinato di Mann-Whitney U test, z =-2.685, p = 0,007 < 0.01. La velocità media dell'attività volontaria nei ratti modello diminuisce in confronto ai ratti di controllo. (C) confronto alla latenza del fuori anello ingresso. I dati sono presentati come media ± SEM (n = 10). Con varianza (F = 5.748, p = 0,028 < 0.05), significato è stata determinata mediante test t, t =-3.724, p = 0,03 < 0.01. La latenza del fuori anello ingresso aumenta nei ratti di modello, il che significa che spendono più tempo prima di entrare sul ring e fuori rispetto ai ratti di controllo. Nota: p< 0.05 (*); p <0.01 (*); p < 0,001 (*).
Figura 4: analisi di EPM test. (A) confronto sulla frequenza delle voci braccio aperto. I dati sono presentati come media ± SEM (n = 10). Con uguale varianza (F = 0.982, p = 0,348 > 0,05), significato è stata determinata mediante test t, t = 2,710, p = 0,014 < 0.05. La frequenza delle voci braccio aperto nei ratti di modello (n = 10) diminuisce rispetto ai ratti di controllo (n = 10). (B) confronto sulla durata a braccia aperte. I dati sono presentati come media ± SEM (n = 10). Con uguale varianza (F = 0.100, p = 0.755 > 0,05), significato è stata determinata mediante test t, t = 3,304, p = 0,004 < 0.01. La durata del braccio aperto nel modello ratti diminuisce rispetto ai ratti di controllo, che significa che i ratti di modello trascorrere meno tempo a braccia aperte. (C) confronto sulla frequenza delle voci braccio stretta. I dati sono presentati come media ± SEM (n = 10). Con uguale varianza (F = 0.141, p = 0.712 > 0,05), significato è stata determinata mediante test t, t =-2.466, p = 0,024 < 0.05. La frequenza delle voci braccio stretta nel modello ratti aumenta rispetto ai ratti di controllo. Confronto (D) sulla durata in braccio stretto. I dati sono presentati come media ± SEM (n = 10). Con varianza (F = 4.796, p = 0,042 < 0.05), significato è stata determinata mediante test t, t =-2.736, p = 0.0016 < 0.05. La durata del braccio stretta nel modello ratti aumenta rispetto ai ratti di controllo, che significa che più tempo per i ratti di modello nel braccio stretto. Nota: p < 0.05 (*); p <0.01 (*); p < 0,001 (*). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5: analisi di nuoto esaustivo test. I dati sono presentati come media ± IQR (n = 10) e vengono segnalati come p < 0.05 (*), p < 0.01 (*), p < 0,001 (*). Significato è stato determinato di Mann-Whitney U test, z =-3.326, p = 0,001. Il tempo di nuoto dei ratti modello (n = 10) è significativamente più breve di ratti di controllo (n = 10).
Figura 6: analisi del contenuto di neurotrasmettitore centrale. (A) confronto sui contenuti DA. I dati sono presentati come media ± SEM (n = 10). Con uguale varianza (F = 0,088, p = 0.771 > 0,05), significato è stata determinata mediante test t, t = 3,717, p = 0,002 < 0.01. Il contenuto DA entrambi hypothalamuses diminuisce in ratti di modello (n = 10), rispetto ai ratti di controllo (n = 10). (B) confronto sui contenuti di 5-HT. I dati sono presentati come media ± SEM (n = 10). Con varianza (F = 5.282, p = 0,034 < 0.05), significato è stata determinata mediante test t, t =-2.997, p = 0,012 < 0.05. Il contenuto di 5-HT in entrambi hypothalamuses diminuisce nei ratti di modello, rispetto ai ratti di controllo. (C) rapporto di confronto. I dati sono presentati come media ± IQR (n = 10). Significato è stato determinato di Mann-Whitney U test, z = -3.175, p = 0,001. Il rapporto di DA a 5-HT diminuisce significativamente nei ratti di modello, rispetto ai ratti di controllo. Nota: p < 0.05 (*); p <0.01 (*); p < 0,001 (*).
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Discussion
Il MMPM è originariamente progettato per privazione di sonno9. Ratti sono lanciati in un serbatoio d'acqua con piattaforme fissate sul fondo. Spinti dalla paura istintiva di acqua, ratti rimangono in piedi sulle piattaforme e si verifica senza dormire. Lo studio dimostra che diverse ore di privazione di sonno conducono ai vari cambiamenti nel comportamento del ratto e dell'umore, tra cui riconoscimento danno10, emozioni negative11e fatica centrale. Alcuni ricercatori dimostrano che privazione di sonno cronica con il metodo di singola piattaforma (SPM) può indurre stanchezza centrale, con riconoscimento disturbi12danno e sociale. L'altra ricerca indica che la privazione intermittente in giorni consecutivi può causare disturbi emotivi e fatica centrale, che può essere trattata con endorfine13. Il nostro studio precedente dimostra che confrontato con 5 giorni e 14 giorni, 21 giorni privazione induce affaticamento più centrale piuttosto che disturbi legati allo stress emozione14. Molti fattori di MMPM possono causare affaticamento centrale, tra cui le lunghe ore di in piedi, lo spazio stretto riparo, ambiente noioso e ripetuto, come pure la mancanza di sonno. La sottostante correlazione fra la privazione di sonno e affaticamento centrale può associare con l'asse ipotalamo-ipofisi-surrene (HPA) diversi livelli, tra cui monoamino neurotrasmettitori cambiamenti possono svolgere un ruolo chiave.
In questo protocollo, sviluppiamo un modello di affaticamento centrale utilizzando MMPM e valutarlo con rilevamento di neurotrasmettitore e test comportamentali. Primo, abbiamo creato un ciclo luce/buio di 12 h/12 h (06:00-18:00) in laboratorio per imitare il ritmo circadiano naturale del ratto Wistar, cui tempo medio di sonno è 12,6 h, circa 2.4 - 4.2 h durante la notte e 8,2-9.6 h al giorno15. Quindi i ratti di modello vengono inseriti nella casella piattaforma più riposare per 14 h (18:00-08:00) al giorno per 21 giorni consecutivi, con un gruppo di controllo impostato per contrasto. Alla fine dell'esperimento, ratti nel gruppo modello mostrano un'apparenza evidente stanchezza, tra cui pelo opaco, colore debole della coda, occhi dim e diminuzione dell'attività nella gabbia.
I risultati dei test comportamentali mostrano cambiamenti in entrambi gli aspetti fisici ed emotivi. OFT è ampiamente usato nella valutazione del modello del roditore per valutare il comportamento di esplorazione e di attività di volontariato16. Roditori hanno l'istinto di tigmotassia, vale a dire, una volta che sono messi in un campo aperto, tendono a muoversi rapidamente verso il ring e fuori vicino alla parete. Allo stesso tempo, sono curiosi di sapere il nuovo ambiente e sono desiderosi di esplorare la zona centrale di elevazione verticale e orizzontale. Il conflitto delle due motivazioni riflette l'ansia umore17. Il risultato dell'OFT suggerisce attività di volontariato è diminuito nei ratti modello basato sulla loro velocità media in diminuzione. Inoltre, la frequenza di allevamento nei ratti modello significativamente diminuisce rispetto ai ratti di controllo, che possono implicare la commozione di ansia. Inoltre, il modello ratti tendono a spendere più tempo prima di entrare il out anello con nessuna preferenza evidente nell'esplorazione, suggerendo disturbi cognizione spaziale nei ratti di modello. Il test EPM è un classico test per valutare l'ansia. Ratti con ansia tendono a rimanere nel braccio stretto per la sicurezza invece di esplorare il braccio aperto18. Gli spettacoli di risultato che rispetto ai ratti di controllo, i ratti di modello trascorrere più tempo tra le braccia stretta e meno tempo a braccia aperte, e questo la frequenza di ingresso delle diverse armi di parallels e nel complesso consente di verificare lo stato d'animo di ansia nei ratti di modello. Nel test di ES, la durata di nuoto dei ratti modello è molto più breve di ratti di controllo, suggerendo le prestazioni poveri muscolari causate dalla fatica. In conclusione, ansia, danno di cognizione, performance muscolare povero e limitata attività volontaria appaiono in ratti di modello, affaticamento centrale che indica tutti.
Per quanto riguarda il sistema nervoso centrale, tutte le modifiche in neurotrasmettitori centrali suggeriscono affaticamento centrale. Troviamo una diminuzione significativa nel contenuto DA e un aumento di 5-HT dell'ipotalamo. 5-HT è un neurotrasmettitore di monoammina sintetizzato dall'aminoacido triptofano (TRP). Intensa attività aumenterà la 5-HT generazione rilasciando più TRP libero nel sangue; la 5-HT accumulati in cambio, trattiene il controllo centrale dell'apparato loco-motore, che conduce a muscolare poveri porformance19. DA è un neurotrasmettitore eccitabile, che aumenta all'inizio dell'attività di loco-motore e scende dalla comparsa di affaticamento20. DA e 5-HT correlare e interagiscono come un sistema di eccitazione-inibizione che gli effetti del controllo centrale del sistema loco-motore21. Così, la goccia nel rapporto di DA a 5-HT è un importante indicatore di affaticamento centrale.
Ci sono alcune note nel protocollo che sono critici per il successo. In primo luogo, il modello durata e condizioni vengono testate con ratti maschii di Wistar. La durata di sonno e di preferenza di temperatura differiscono tra i ceppi e i sessi14. In secondo luogo, i ratti dovrebbero vivere in gruppi, con al massimo 6 ratti in una gabbia e fornito con sufficiente cibo e acqua in tutto l'esperimento. Durante le prime due settimane di modellazione, i ratti sono abbastanza irritati e possono combattere sia nel serbatoio e nelle gabbie. Continuare a monitorare e prevenire i ratti feriti dalla morte. Inoltre, ricordatevi di asciugare i capelli dei ratti dopo che sono stati rimossi dal serbatoio, soprattutto in inverno per evitare condizioni di freddo.
Anche se il modello è stato progettato per affaticamento centrale, è possibile aggiungere fattori complessi per ingrandire il suo utilizzo. Ad esempio, installiamo motori di vibrazione e molle alla piattaforma per imitare le onde nel mare e cambiare il modello di privazione nel tentativo di stabilire un modello di affaticamento di navigazione. Regolando la durata del modello, può essere utilizzato in molti altri campi. Come uno studio di modello animale, la ricerca ha il suo limite. In primo luogo, non ci è prova di validità predittiva del modello. In uno studio futuro, dovremmo eseguire il trattamento anti-fatica sui ratti e valutare il loro recupero per dimostrare la validità del modello. Inoltre, valutazione corrente del modello si concentra più su emozione negativa e CNS modifiche; Tuttavia, affaticamento centrale si manifesta anche come una difficoltà di apprendimento e prevenzione sociale12. Test comportamentali come il labirinto ad acqua di Morris e interazione sociale test può essere condotto in futuro per ottenere una comprensione più completa della malattia. Speriamo che il modello di affaticamento centrale introdotto qui può aiutare a esplorare il meccanismo patologico di affaticamento centrale.
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Disclosures
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Acknowledgments
Questo lavoro è stato supportato da Natural Science Foundation di Pechino (No.7162124) e Xin-ao Foundation per Pechino all'Università di medicina cinese.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| multiple platform sleep deprivation water tank | Customization,it is provided by the neuroimmunological laboratory of Beijing University of Chinese Medicine | 110cm x 60cm x 40cm. There are 15 plastic small platforms at the bottom. The small platform is 6.5cm in diameter and 8cm high | |
| Wistar rats | Beijing Weitong Lihua Experimental Animal Technology Company | license number SYXK (Beijing) 2016-0011 | Use 32 Wistar healthy male rats ,8 week old (200-210 g) |
| Agilent 1100LC high performance liquid chromatograph | Agilent | G1379A, G1311A, G1313A , G1316A | G1379A, G1311A type chromatographic pump, G1313A automatic sampler, G1316A column temperature box |
| DECADE II SDC electrochemical detector | Dutch ANTEC company | glassy carbon electrode, Ag/AgCl reference electrode, workstations (Clarity CHS) | |
| Biofuge Stratos high-speed refrigeration centrifuge | HERAEUS | ||
| VCX130 ultrasonic fracturing instrument | SONICS | ||
| ACS-ZEAS electronic scale | Phos technology development, Beijing. | The weight of the weighing rats can be accurate to 0.1g. | |
| Open Field Box | Customization,it is provided by the neuroimmunological laboratory of Beijing University of Chinese Medicine | wooden box of open field 100 cm by 100 cm x 40 cm, inside wall and bottom as the gray.The bottom is divided into 25 equal area squares, each of which is 20cm x 20cm, and the 16 grids along the outer wall are the external ones, and the other 9 grids are central.The camera is mounted above the median. | |
| Elevated Plus-maze | Beijing zhongshi dechuang technology development co. LTD. | The open arms and close arms of the cross are composed of 30cm x 5cm x 15cm, and the central area is 5cm x 5cm, with a camera mounted above the center and 45cm high. | |
| rat swimming bucket. | Zhenhua biological instrument equipment co., LTD. Anhui,China. | The volume of plastic drum is 70cm x 30cm x 110cm, which is used for swimming in rats. | |
| Thermometer | Shiya instrument co., LTD., changzhou,China. | Control water temperature | |
| Small water pump | Xincheng technology co., LTD., chengdu,China. | Used for water tank and swimming behavior. | |
| Ethovition3.0 behavioral software. | Nuldus,Netherlands | Measurement analysis of rat behavior videos. |
References
- Ishii, A., Tanaka, M., Yamano, E., Watanabe, Y. The neural substrates of physical fatigue sensation to evaluate ourselves: a magnetoencephalography study. Neuroscience. 261, 60-67 (2014).
- Dalsgaard, M. K., Secher, N. H. The Brain at Work: A Cerebral Metabolic Manifestation of Central Fatigue? Journal of Neuroscience Research. 85 (15), 3334-3339 (2007).
- Chaudhuri, A., Behan, P. O. Fatigue in neurological disorders. The Lancet. 363, 978-988 (2004).
- Baston, G. Exercise-induced central fatigue: a review of the literature with implications for dance science research. Journal of Dance Medicine & Science. 17 (2), 53-62 (2013).
- Yamashita, M., Yamamoto, T. Tryptophan and Kynurenic Acid May Produce an Amplified Effect in Central Fatigue Induced by Chronic Sleep Disorder. International Journal of Tryptophan Research. 7, 9-14 (2014).
- Lee, S. W., et al. The impact of duration of one bout treadmill exercise on cell proliferation and central fatigue in rats. Journal of Exercise Rehabilitation. 9 (5), 463-469 (2013).
- Su, kY., et al. Rutin, a flavonoid and principal component of saussurea involucrata, attenuates physical fatigue in a forced swimming mouse model. International Journal of Medical Sciences. 11 (5), 528-537 (2014).
- Hashemi, F., Laufer, R., Szegi, P., Csomor, V., Kal ász, H., Tekes, K. HPLC determination of brain biogenic amines following treatment with bispyridinium aldoxime K203. Acta Physiologica Hungarica. 101 (1), 40-46 (2014).
- Machado, R. B., Hipo'lide, D. C., Benedito-Silva, A. A., Tufik, S. Sleep deprivation induced by the modified multiple platform technique: quantification of sleep loss and recovery. Brain Research. 1004 (1-2), 45-51 (2004).
- Alzoubi, K. H., Khabour, O. F., Tashtoush, N. H., AI-Azzam, S. I., Mhaidat, N. M. Evaluation of the Effect of Pentoxifylline on Sleep-Deprivation Induced Memory Impairment. Hippocampus. 23 (9), 812-819 (2013).
- Pires, G. N., Tufik, S., Andersen, M. L. Grooming analysis algorithm: Use in the relationship between sleep deprivation and anxiety-like behavior. Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry. 41, 6-10 (2013).
- Yamashita, M., Yamamoto, T. Establishment of a rat model of central fatigue induced by chronic sleep disorder and excessive brain tryptophan. Japanese Journal of Cognitive Neuroscience. 15, 67-74 (2013).
- Arai, M., Yamazaki, M., Inoue, K., Fushiki, T. Effects of intracranial injection of transforming growth factor-beta relevant to central fatigue on the waking electroencephalogram of rats Comparison with effects of exercise. Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry. 26 (2), 307-312 (2002).
- Han, C. X., et al. Distinct behavioral and brain changes after different durations of the modified multiple platform method on rats: An animal model of central fatigue. PloS One. 12 (5), e0176850 (2017).
- Tang, X., Yang, L., Sanford, L. D. Individual variation in sleep and motor activity in rats. Behavioural Brain Research. 180 (1), 62-68 (2007).
- Stanford, S. C. The Open Field Test: reinventing the wheel. Journal of Psychopharmacology. 21 (2), 134-135 (2007).
- Ahn, S. H., et al. Basal anxiety during an open field test is correlated with individual differences in contextually conditioned fear in mice. Animal Cells and Systems. 17 (3), 154 (2013).
- Costa, A. A., Morato, S., Roque, A. C., Tin ós, R. A computational model for exploratory activity of rats with different anxiety levels in elevated plus-maze. Journal of Neuroscience Methods. 236, 44-50 (2014).
- Liu, Z., Wu, Y., Liu, T., Li, R., Xie, M. Serotonin regulation in a rat model of exercise-induced chronic fatigue. Neuroscience. 349, 27-34 (2017).
- Foley, T. E., Fleshner, M. Neuroplasticity of dopamine circuits after exercise: implications for central fatigue. NeuroMolecular Medicine. 10 (2), 67-80 (2008).
- Leite, L. H., Rodrigues, A. G., Soares, D. D., Marubayashi, U., Coimbra, C. C. Central fatigue induced by losartan involves brain serotonin and dopamine content. Medicine & Science in Sports & Exercise. 42 (8), 1469-1476 (2010).
