Summary
Høj-intensitetstræning i hypoxi er en protokol, der har vist sig at fremkalde kar tilpasninger potentielt gavnlig i nogle patienter og at forbedre atleters gentages sprint evne. Her tester vi mulighederne for uddannelse mus bruger, protokol og identificere de vaskulære tilpasninger ved hjælp af ex vivo vaskulære funktion vurdering.
Abstract
Motion uddannelse er en vigtig strategi for at bevare sundhed og forhindre mange kroniske sygdomme. Det er den første linje behandling anbefales i de internationale retningslinjer for patienter lider af hjerte-kar-sygdomme, mere specifikt, sænke ekstremitet arterie sygdomme, hvor patienternes omvandrende kapacitet betydeligt ændres, påvirker deres livskvalitet.
Traditionelt har været brugt både lav kontinuerlig motion og intervaltræning. For nylig, supramaximal træning har også vist sig at forbedre atleters præstationer via vaskulære tilpasninger, blandt andre mekanismer. Kombinationen af denne type uddannelse med hypoxi kunne bringe en supplerende og/eller synergisk effekt, som kunne være af interesse for bestemte patologier. Her, beskriver vi hvordan man udfører supramaximal intensitet træningssessioner i hypoxi på sund mus på 150% af deres maksimale hastighed, ved hjælp af en motoriseret løbebånd og en hypoksiske boks. Vi viser også hvordan man kan dissekere mus for at hente organer af interesse, især lungepulsåren, abdominal aorta og arteria iliaca. Endelig viser vi hvordan du udfører ex vivo vaskulære funktion vurdering på de hentede fartøjer, ved hjælp af isometriske spænding undersøgelser.
Introduction
I hypoxi medfører de nedsat inspireret brøkdel af ilt (O2) hypoxæmi (sænkes arterietryk i hypoxi) og en ændret O2 transport kapacitet1. Akut iltmangel inducerer en øget sympatisk vasokonstriktor aktivitet rettet mod skeletmuskulatur2 og en imod 'kompensation' vasodilatation.
På submaximal intensitet i hypoxi er denne 'kompensation' vasodilatation, i forhold til det samme niveau af motion på normoxic betingelser,, veletableret3. Denne vasodilation er afgørende for at sikre en augmented blodgennemstrømningen og vedligeholdelse (eller begrænse ændring) af ilt levering til de aktive muskler. Adenosin var vist ikke har en selvstændig rolle i dette svar, mens nitrogenoxid (NO) synes den primære endotel kilde da betydelig sløvhed af augmented vasodilatation blev rapporteret med nitrogenoxid syntase (NOS) hæmning under hypoxisk øvelse4. Flere andre vasoaktive stoffer sandsynligvis spille en rolle i den kompenserende vasodilatation under en hypoksiske træning.
Denne forbedrede hypoksiske motion hyperæmi er proportional med hypoxi-induceret faldet i arteriel O2 indhold og er større når motion intensitet øges, for eksempel under intens incremental træning i hypoxi.
Komponenten NO-medieret af den kompenserende vasodilatation er reguleret gennem forskellige veje med stigende motion intensitet3: Hvis β-adrenerge receptor-stimuleret ingen komponent vises altafgørende under low-intensitet hypoksiske træning , kilde til ingen bidrager til kompenserende dilatation synes mindre afhængig af β-adrenerge mekanismer som træningsintensiteten øges. Der er andre kandidater for at stimulere ingen frigivelse under højere intensitet hypoksiske træning, såsom ATP frigives fra erytrocytter og/eller endotel-afledte prostaglandiner.
Supramaximal motion i hypoxi (navngivet gentagne sprint træning i hypoxi [RSH] i øvelse fysiologi litteratur) er en nylig uddannelse metode5 giver ydelsesforbedring i team eller ketcher sport spillere. Denne metode adskiller sig fra intervaltræning i hypoxi udføres på eller i nærheden af maksimal hastighed6 (Vmax) da RSH udføres på maksimal intensitet fører til en større muskel perfusion og iltning7 og specifikke muskel transcriptional svar8. Flere mekanismer er blevet foreslået til at forklare effektiviteten af RSH: under sprints i hypoxi, kompenserende vasodilatation og tilknyttede højere blodgennemstrømning ville gavne fast-spjæt fibre mere end langsomt spjæt fibre. RSH effektivitet er derfor sandsynligvis være fiber-type selektive og intensiteten afhængig. Vi spekulere at den forbedret lydhørhed af det vaskulære system er altafgørende i RSH.
Motion uddannelse er blevet grundigt undersøgt i mus, både hos raske personer og patologiske mus modeller9,10. Den mest almindelige måde at træne mus bruger en gnaver løbebånd, og de traditionelt anvendte regime er low-intensitet træning, på 40%-60% af Vmax (bestemmes ved hjælp af en trinvis løbebånd test11), for 30-60 min.12,13 ,14,15. Maksimal intensitet intervaltræning og dens indvirkning på patologier er blevet meget studeret i mus16,17; således er intervaltræning kører protokoller for mus blevet udviklet. Disse protokoller består normalt af ca. 10 anfald af kører på 80%-100% af Vmax på en gnaver motoriseret løbebånd, for 1-4 min, spækket med aktiv eller passiv resten16,18.
Interessen for mus udøver på supramaximal intensitet (dvs. over Vmax) i hypoxi kommer fra tidligere resultater, at den mikrovaskulære vasodepressivt kompensation og intermitterende motion ydeevne er både mere øget på supramaximal end ved maksimal eller moderat intensitet. Dog, at vores viden, der er ingen tidligere betænkning af en supramaximal uddannelse protokollen i mus, enten i normoxia eller i hypoxi.
Det første mål for den aktuelle undersøgelse var at afprøve gennemførligheden af supramaximal intensitetstræning i mus og bestemmelse af en acceptabel og hensigtsmæssig protokol (intensitet, sprint varighed, nyttiggørelse, osv.). Det andet mål var at vurdere virkningerne af forskellige uddannelse regime i normoxia og hypoxi på den vaskulære funktion. Derfor tester vi hypoteser at (1) mus godt tåle supramaximal øvelse i hypoxi, og (2) at denne protokol inducerer en større forbedring i vaskulære funktion end øvelse i normoxia, men også end øvelse i hypoxi ved lavere intensitet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
De lokale statslige dyrs pleje Udvalget (Service de la forbrug et des Affaires Vétérinaires [SCAV], Lausanne, Schweiz) godkendt alle eksperimenter (tilladelse VD3224; 01.06.2017) og alle eksperimenter blev udført i overensstemmelse med de relevante retningslinjer og forordninger.
1. animalsk boliger og forberedelse
- Hus 6 til 8 uger gamle C57BL/6J mandlige mus i Dyrefacilitet for mindst 1 uge før begyndelsen af forsøgene i rækkefølge for musene at vænne sig til deres nye boligforhold. Af praktiske årsager, er mus i samme eksperimentelle gruppe normalt opstaldet sammen.
- Holde mus i en temperatur-kontrolleret rum (22 ± 1 ° C) med en 12-timers lys/mørke cyklus med ad libitum adgang til mad og vand.
2. bestemmelse af maksimal hastighed og standardvurdering af Performance forbedring af løbebånd Incremental Test
Bemærk: Følgende trin er afgørende for at færdiggøre uddannelsen protokoller.
- Bruge en motoriseret løbebånd mus hvor mus kan være på flere baner ved siden af hinanden, med en 0° hældning og monteret med en elektrisk gitter indstillet til 0.2 mA på bagsiden lane, for at tilskynde mus til at køre.
-
Før den første test, skal du indsende mus til 4 dages akklimatisering til løbebånd, efter følgende protokol.
- På dag 1, har mus kører i 10 min på 4,8 m/min.
- På dag 2, har mus kører i 10 min på 6 m/min.
- På dag 3, har mus kører i 10 min på 7,2 m/min.
- Dag 4, har mus kører i 10 min på 8,4 m/min.
-
På dag 5, indsende mus til en trinvis test til udmattelse, efter følgende protokol.
- Lad mus varme op 5 min på 4,8 m/min. (ved en 0 ° hældning).
- Øge hastigheden af 1,2 m/min. hver 3 min (fx 5 min på 4,8 m/min, derefter 3 min. på 6 m/min, 3 min. på 7,2 m/min, 3 min. på 8,4 m/min, osv.) indtil udmattelse, der er nået, når musen bruger enten 3 på hinanden følgende sekunder på gitteret elektriske eller modtager 100 chok (vises ved apparatet).
- Nedskrive den opnåede hastighed (betragtet som Vmax), varighed, distance, antal chok, og samlede tid brugt på nettet.
Bemærk: Typisk, Vmax var 28,8 ± 3.7 m/min. - Midten uddannelse, genindsende mus til denne test for at justere hastighederne af uddannelse til den opdaterede Vmax af mus (f.eks., hvis uddannelse protokollen varer 8 uger og derefter udføre en midten uddannelse incremental test på 4 uger. I dette tilfælde erstatte en af den planlagte træning af test), og gøre det igen i slutningen af studiet for at vurdere performance forbedringer.
- Gennemføre en 48 h hvileperiode før og efter denne test.
Bemærk: Alle de trinvise tests blev udført i morgen.
3. hypoksiske miljø
- For kurser i hypoxi, sted løbebånd i boksen hypoksiske (figur 1) forbundet med en gas mixer. Bruge en kalibreret oximeter regelmæssigt kontrollere de omgivende brøkdel af ilt (FjegO2 [dvs. niveau af hypoxi]) i boksen.
- Indstille gas mixer på 100% nitrogen (N2) og bruge oximeter for at kontrollere niveauet af hypoxi. En gang FjegO2 = 0,13, ændre parameter af gas mixer fra 100% N2 til 13% O2.
- For at undgå langvarig passiv eksponering for hypoxi, placere mus i en midlertidig mindre bur med strøelse og berigelse, og hurtigt placere den i boksen engang FjegO2 = 0,13 er nået. Kontroller, at miljøet er stadig på 13% O2 efter at sætte bur i; Hvis ikke, justere det.
- Regelmæssigt kontrollere niveauet for O2 i løbet af et træningspas for at sikre at det forbliver på FiO2 = 0,13 ± 0,002.
4. Normoxic miljø
- Til træning i normoxia, holde løbebåndet i boksen hypoksiske, men fjerne handsker, så der er luft (FjegO2 = 0,21). Målet er at genskabe den samme uddannelse miljø som mus i hypoxi.
5. Supramaximal intensitet træning
-
Placere mus på enkelte baner i løbebånd (på en 0° hældning) og forelægger dem følgende protokol.
- Har de varme op 5 min mus på 4,8 m/min, efterfulgt af 5 min på 9 m/min.
- Indstille hastigheden for sprints til 150% af den tidligere beregnede Vmax.
Bemærk: Typisk, sprint hastighed var 42.1 ± 5,5 m/min. - Træne mus for fire sæt af 5 x 10 s sprints med 20 s hviledag mellem hver sprint. Interset resten er 5 min (figur 2).
Bemærk: Tilføje en cooldown periode, hvis den samlede arbejdsbyrde for træningen skal passe til en anden uddannelse gruppe.
- Udføre dette uddannelse 3 x om ugen, og helst 48 h mellem træningspas.
- Bruge bomuld svaberprøver som en supplerende metode til elektriske stød for at tilskynde mus til at køre. Placer en vatpind i en slids øverst i vognbane, mellem musen og gitteret elektriske og forsigtigt skubbe musen, når den når bagsiden af løbebånd. Dette vil undgå leveringen af elektriske stød og stimulere de mus hen til indkøre en blødere måde.
6. lav intensitet træning
-
Placere mus på enkelte baner i løbebånd (på en 0° hældning) og forelægger dem følgende protokol.
- Har de varme op 5 min mus på 4,8 m/min, efterfulgt af 5 min på 7,2 m/min.
- Sæt hastigheden af den løbende kørende session til 40% af den tidligere beregnede Vmax.
Bemærk: Typisk, kontinuerlig kørende hastigheden var 9,9 m/min. - Træne mus i 40 min.
- Udføre dette uddannelse 3 x pr. uge med helst 48 h mellem træningspas.
- Bruge bomuld svaberprøver som en supplerende metode til elektriske stød for at tilskynde mus til at køre.
7. mus eutanasi og orgel udvinding
- For enden af uddannelse protokollen og mindst 24 timer efter den seneste trinvise test bedøver mus i en induktion kammer bruger isofluran (4-5% i O2 til at fremkalde anæstesi, og 1-2% i 100% O2 at opretholde anesthesia). Bekræfte korrekt anesthetization ved hjælp af den pote retraktion refleks (fast klemme dyrets pote; anæstesi er anses for korrekt, når dyret ikke reagerer på stimulus).
- Ved hjælp af en 25 G kanyle, udføre en perkutan hjerte punktering, for at indsamle maksimale blodvolumen som tidligere beskrevet19.
- Udføre en cervikal dislokation og fjerne hud med musen ved at skære gennem det første lag af huden på maven med runde-spids saks og trække på de to sider af indsnittet (mod hovedet og halen).
- Skære igennem bughinden under brystkassen på venstre side af musen med tynd-punkt-spids saks til at nå milten og pakke den ud hvis det er nødvendigt.
Bemærk: Dissekere ud muskler, hvis nødvendigt. -
Dissekere ud lungepulsåren.
- Bruge både lille saks og pincet, fjerne den thorax bur og rydde området hjerte-lunge.
- Med "selvlukkende" pincet, knivspids hjertet så tæt som muligt til apex og træk forsigtigt at strække base af aortabuen og lungepulsåren.
- Bruge højre hånd, tilbage Indsæt buet pincet under lungepulsåren og aorta, og derefter flytte pincet lidt for at holde kun lungepulsåren (figur 3).
- Bruge venstre hånd til at indsætte et andet par pincet til at erstatte den med højre hånd.
- Ved hjælp af skarpe lige microscissors i højre hånd, dissekere lungepulsåren som hjerte som muligt på den ene side, og så langt væk som muligt på anden siden.
Bemærk: Det betyder ikke noget hvilken hånd holder hvilket instrument, selv om vi har fundet det nemmere at skære med højre hånd end med venstre. - Sætte det i et 2 mL rør med kolde phosphat bufferet saltvand (PBS) buffer og holde på is.
-
Udføre en hel-krops perfusion.
- På toppen af den nederste højre del af musen, skal du bruge pincet til at rydde ud i det ydre-indre lige iliaca arterie ned til den rigtige femorale arterie (under lyskelymfeknuder ligament). Bruger skarpe lige microscissors, foretage en fuld cut i arteria femoralis.
- Indsæt en 5 mL 25 G sprøjte fyldt med koldt PBS i venstre hjertekammer af hjertet og forsigtigt injicere den kolde PBS for at fjerne de resterende blodet fra fartøjer.
Bemærk: Udvinding af lungepulsåren er det muligt, at PBS ikke cirkulere hele vejen til indsnittet.
- Brug af pincet, fjerne det bløde væv omkring aorta fra de venstre og højre lyskelymfeknuder ledbånd til hjertet så grundigt som muligt.
Bemærk: Hjertet kan udvindes for yderligere analyse, hvis nødvendigt. - Brug både pincet og microscissors, dissekere ud hjerte op til det laveste punkt af den eksterne iliaca arterie (i både venstre og højre lemmer) og placere afsnittet helt dissekeret ud i en 10 cm-diameter fad med kold PBS.
- Bruge pincet og/eller microscissors, er færdig med rengøring den resterende fedt rundt i aorta og arterierne af forsigtigt trække eller skære det væk fra fartøjer.
- Ved hjælp af microscissors, skære den venstre iliaca arterie ved højre-iliaca arterie tvedeling og gemme det til yderligere analyse.
- Ved hjælp af microscissors, skæres den abdominale aorta under venstre nyrearteriestenose, og Placer den udpakkede fartøj i kolde PBS buffer på is (figur 4).
- Holde den resterende renses fartøj, fra aortabuen til højre over venstre nyrearteriestenose, i lagerplads til yderligere analyse.
Figur 4 : Billede af de dissekeret fartøjer. Udtrukne fartøj fra toppen af den abdominale aorta (nedenunder den venstre nyrearteriestenose) til slutningen af den lige iliaca arterie, klar til at være placeret i kolde PBS buffer på is. (1) Abdominal aorta. (2) højre fælles iliaca arterie. (3) eksterne iliaca arterie. (4) indre iliaca arterie. (5) femorale arterie. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
8. ex Vivo vaskulære funktion vurdering
Bemærk: En vask svarer til tømning og genpåfyldning af afdelingerne med Krebs.
- Ifølge en tidligere beskrevne protokol20, skære isolerede lungepulsåren, abdominal aorta og lige iliaca arterie segmenter i vaskulære ringe 1,0-2,0 mm lang og montere hver ring på to 0,1 mm-diameter stigbøjler passeret lumen.
- Suspendere fartøjets ringene i vertikale orgel kamre fyldt med 10 mL af modificerede Krebs-Ringer bikarbonat løsning (118.3 mM NaCl, 4,7 mM KCl, 2,5 mM CaCl2, 1,2 mM MgSO4, 1,2 mM KH2PO4, 25,0 mM NaHCO3og 11,1 mM glukose) vedligeholdes ved 37 ° C og beluftet med 95% O2-5% CO2 (pH 7,4). En stigbøjle er forankret til orgel kammerets bund og anden, er tilsluttet en strain gauge for måling af isometrisk kraft i gram.
- Bringe fartøjerne til deres optimale hvilende spænding: strække ringe til 0,5 g for lungepulsåren, 1,5 g for den iliaca arterie og 2 g for den abdominale aorta, og vask dem efter en 20 min periode af ækvilibrering. Gentag stretch-ækvilibrering-vask trin 1 x.
- For at afprøve holdbarheden af fartøjerne, kontrakt ringe med 235 µL af KCl (10-1 M) i 10 min., vask dem for en anden 10 min, og kontrakten igen med 235 µL af KCl (10-1 M) i ca 20 min. indtil nå et plateau.
- Vaske fartøjer igen i 10 min og tilføje 58,4 µL af indometacin (10-5 M) (en hæmmer af cyclooxygenase aktivitet) i mindst 20 min. for at undgå mulige forstyrrelser af endogene prostanoids.
- Tilføje akkumulerede doser af phenylephrin (Phe) fra 10-9 (10 µL) til 10-4 M (eller 10-9 til 10-5 M for lungepulsåren; 9 µL til alle koncentrationer over 10-9 M) til at indgå fartøjerne.
- Efter den sidste dosis af Phe, vente ca 1 time indtil fartøjerne nå en relativt stabil sammentrækning tilstand (plateau).
- Tilføje akkumulerede doser af endotel afhængig af vasodilator acetylkolin (ACh), fra 10-9 til 10-4 M (58,4 µL til 10-9 M, og skiftevis 12,6 µL og 40 µL til alle koncentrationer over 10-9 M), til at fremkalde salpetersyre oxid (NO)-medieret afslapning.
- For enden af afslapning kurve vask fartøjer i 10 min, og tilføje 58,4 µL af indometacin (10-5 M), samt 184 µL af NG-nitro-L-Arginin (NLA, 10-4 M), som er en hæmmer af NOS, i mindst 20 min.
- Kontrakt fartøjer igen med en unik dosis af 10 µL af Phe (10-5 og 10-4 M for lungepulsåren og 10-4 M for den abdominale aorta og arteria iliaca) for 1 h, at fremkalde en relativt stabil sammentrækning.
- Tilføje en unik dosis af 40 µL af ACh (10-4 M) indtil nå et plateau.
- Vaske fartøjer igen i 10 min, før du tilføjer 58,4 µL af indometacin (10-5 M) og 184 µL af NLA (10-4 M) i 20 min.
- Kontrakt fartøjer med 10 µL af Phe (10-5 og 10-4 M) i 1 time.
- Tilføje akkumulerede doser (10-9 [58,4 µL] til 10-4 M [40 µL til alle koncentrationer over 10-9 M]) ingen donor Diethylamin (DEA) / nej, i orden for at vurdere endotel-uafhængig NO-induceret afslapning.
- I slutningen af forsøget, skal du gemme fartøjerne i flydende nitrogen for fremtidige analyser hvis nødvendigt.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Til vores viden er den nuværende undersøgelse først til at beskrive et program af supramaximal intensitetstræning i normoxia og hypoxi til mus. I denne protokol løb mus fire sæt af fem 10 s sprints med en 20 s opsving i mellem hver sprint. Sættene var spækket med 5 min af fredninger. Det var ukendt, om mus vil være i stand til at opretholde sådan en protokol og fuldføre det ordentligt. Kroppen vægtøgning hos musene gennemgår supramaximal intensitetstræning var imidlertid i henhold til figur 5, ligner de mus under low-intensitet uddannelse, både i normoxia og i hypoxi.
Wellness af dyrene blev overvåget to gange om ugen, ved hjælp af score sheets, baseret på følgende kriterier: udseende, naturlige adfærd og kropsvægt. Hver af disse kriterier blev gradueret op til en score på 3, og en mus med en score på 3 i nogen af disse kriterier blev overvejet i smerter og/eller angst på grund af den vedvarende protokol og måtte aflives. Ingen mus nået nogensinde en score på 3 i løbet af nogen af træning regimer (tabel 1).
Som præsenteret i indledningen, det har været en hypotese at supramaximal uddannelse, navnlig når de kombineres med hypoxi, ville fremkalde en kompenserende vasodilation. Dette fænomen sigter mod at give tilstrækkelig O2 til ordregivende musklerne, hvilket kompenserer for ubalance mellem O2 udbud af og efterspørgsel der er forbedret ved en kombination af supramaximal intensitetstræning og hypoxi. For at undersøge denne hypotese, brugte vi den anden teknik præsenteres her, ex vivo vaskulære funktion vurdering, om lungepulsåren, abdominal aorta og den lige iliaca arterie. Figur 6 viser dosis-respons kurver opnået ved afslutningen af protokollen om den abdominale aorta musen fra gruppe træning på supramaximal intensitet i hypoxi. Denne graf viser hele processen med sammentrækning-afslapning observeret efter tilsætning af forskellige farmakologiske stoffer (KCL, Phe, ACh, NLA og [DEA] / Nej) i orgel bade.
Figur 7 viser dosis-respons afslapning kurven for den lige iliaca arterie til stigende koncentrationer af ACh. De to repræsenterede grupper er supramaximal intensitet i normoxia gruppe (SupraN) og den supramaximal intensitet i hypoxi (SupraH). De foreløbige resultater viser, at SupraH havde en tendens til at forbedre ACh-induceret afslapning i forhold til SupraN, med betydelige forskelle på 10-5 M og 10-4 M.
Figur 1 : Hypoksiske setup. Løbebåndet er placeret inde den hjemmelavede handskerum, som er knyttet til en gas mixer. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2 : Beskrivelse af et supramaximal intensitet træningssession. Musene udført fire sæt af fem 10 s sprints, spækket med 20 s af resten. Interset resten var 5 min. Dette tal er tilpasset fra Faiss et al.21. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3 : Skematisk fremstilling af teknikken til at hente pulmonal aorta. (1) sted pincet under både lungepulsåren og aorta. (2) træk tilbage pincet i retning af nummer 2 for at holde pincet under pulmonal aorta kun. (3) endelige holdning pincet. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5 : Body vægt evolution i løbet af eksperimentet. I grøn, lav intensitet træning grupper; i rødt, supramaximal intensitet træning grupper. Der var ingen signifikant forskel mellem nogen af grupperne på nogen af tidspunkter (n = 4 mus pr. gruppe; dataene præsenteres som betyder ± SD). Statistiske analyser blev udført ved hjælp af en to-vejs gentagne foranstaltning ANOVA). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 6 : Vaskulære funktion vurdering kurver. Træk af sammentrækning og afslapning faser induceret i hele den hele protokol, udtrykt i gram. Repræsentative optagelse af variationer i fartøjet spænding som svar på de anvendte stoffer, i en ring af den abdominale aorta isoleret fra en mus er uddannet på supramaximal intensitet i hypoxi. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 7 : Farmakologiske svar af en isoleret iliaca arterie preconstructed med phenylephrin (Phe) til acetylkolin (ACh). Kumulative dosis-respons afslapning kurve af lige iliaca arterie til stigende koncentrationer af ACh (10-9 til 10-4 M). Resultaterne udtrykkes som betyder ± SD af procentdelen af ændring i spændingen induceret af vasodilator, med n = 3 i SupraN og n = 4 i SupraH. Statistiske analyser blev udført ved hjælp af en to-vejs ANOVA for gentagne foranstaltninger test. p < 0,05 vs. SupraN. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Tabel 1: typiske score ark en mus træning på supramaximal intensitet i hypoxi. Vi brugte score ark til at overvåge velfærd af mus. En score på 3 i nogen af kriterierne, der er angivet (udseende, naturlige adfærd og kropsvægt) eller en samlet score på 5 (ved tilsætning af ridse i hver kategori) mente dyret blev ramt og måtte aflives.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Det første mål for denne undersøgelse var at vurdere gennemførligheden af hypoksiske højintensive træning i mus og til at bestemme de passende Karakteristik af den protokol, som ville være tåles godt af mus. Bevidst, da der er ingen data ved hjælp af supramaximal (dvs. mere end Vmax) intensitetstræning i mus, var vi nødt til at udføre forsøg baseret på tidligere protokoller udviklet med atleter, som bestod af fire til fem sæt af fem all-out sprints (ca. 200% af Vmax), spækket med 20 s aktive inddrivelser, med en interset aktive inddrivelse af 5 min21,22. Derfor, den første protokol bestod af seks sæt af seks 10 s sprints på 200% af Vmax, spækket med 20 s af passive opsving og med en interset passiv inddrivelse af 3 min, udføres fem gange om ugen. Efter et par prøve-out kører på 200% af Vmax, overvejer at musene havde problemer med at opretholde en høj intensitet, besluttede vi at sænke hastigheden til 150% af Vmax. Med at udøve intensitet, vi prøvede at køre mus over længden af en fuld protokol og justeret både antallet af sprints inden for hvert sæt og antallet af sæt pr. session. Endelig, vi steg restitutionstid mellem sæt og faldt hyppigheden af træningen. Efter en trial-and-error metode etablerede vi en optimal slutprotokollen, der er meget lig den, anvendes på atleter og gjort det muligt for musene at tolerere denne supramaximal intensitet test.
Der er en lille mulighed, at udførelsen af mus kan være kraftigt undervurderet, da observeret fra store forskelle mellem tidligere undersøgelser udnytte dyr øvelse protokoller23,24. Men i nuværende undersøgelse, baseret på værdier, før forsøget, det ville have været umuligt at indføre en højere relativ intensitet på dyrene i betragtning af behovet for at fuldføre hele gentagne sprint session. Derudover Vmax værdier rapporteret i denne undersøgelse (28,8 ± 3.7 m/min) synes at være i værdiområdet tidligere rapporteret i den samme C57BL/6J stamme25,26,27,28. For eksempel, rapporterede Lightfoot et al.25 ~ 28 m/min. og Muller et al.27 værdier på 28,3 m/min. Vi er derfor overbeviste om, at supramaximal intensitet svarer til sprint træningsintensitet i disse mus.
Selv om kritiske hastighed (CS) har vist sig (1) at være en værdifuld betyde for ordination af træningsintensiteten i raske mennesker og patienter29 og (2) der fastsættes perfekt i mus23,24,30, udøvelsen intensitet recept baseret på bestemmelse af Vmax er stadig relevante. Det er kendt, at i mus, beslutsom VO2peak og VO2max afhænger af protokollen, og som med mennesker, VO2max kan bestemmes med en rampe motion protokol11. Da formålet med den aktuelle undersøgelse var at bestemme mulighederne for supramaximal gentages sprint i mus, og trods relevans af CS, tror vi, ikke at bruge Vmax ville være en fejl med hensyn til formålet med denne undersøgelse.
Mens observere mus adfærd, blev det klart, at den elektriske gitter på den bageste del af løbebåndet ganske vist tilskyndet mus til at køre; men det syntes også at bidrage til deres træthed. Gitteret flyttes lidt fra den kørende band, havde musene faktisk til at generere en ekstra indsats for at komme tilbage på banen. Vi besluttede at supplere denne stimulation med en anden, blødere, én, nemlig den bomuld vatpind stimulation, som faldt antallet af stød modtaget af dyrene og forhindrede dem i at komme tilbage fra nettet til vognbane. Trods anbefalingen af Kregel et al.31er det uklart om stress reduceres ved hjælp af luft pust stimulation i forhold til den elektriske gitter32.
Så vidt vi ved, har kun én undersøgelse brugt "sprint intervaltræning"33. Men siden den højeste intensitet i denne undersøgelse svarede til 75%-80% af Vmax og sprint varighed var 1,5 min, at protokollen var meget forskellig fra den nuværende, (dvs., 150% af Vmax; 10 s). Det var ukendt om supramaximal intensitet ville blive tolereret af mus. I den foreliggende undersøgelse leverer vi resultater viser, at dyrene udfører meget godt i denne supramaximal intensitetstræning, både i hypoxi og normoxia. For eksempel, viser figur 5 en stigning i kropsvægt i uddannelsesperiode svarende til den konstaterede i grupperne lav intensitet. Tilsvarende afspejler tabel 1 niveauet af dyrevelfærd med en score lavere end 3 i alle grupper. Helt, de fysiologiske parametre indikere at både hypoxi og supramaximal intensitetstræning var meget godt tolereret af mus.
Det andet mål i den aktuelle undersøgelse var at vurdere den vaskulære funktion af lungepulsåren, abdominal aorta og arteria iliaca, ved hjælp af isometriske fartøj spænding undersøgelser20. Denne teknik gør det muligt for bestemmelse om intervention af interesse påvirket muligheden for fartøjerne til kontrakten og slappe af i svar til farmakologiske stoffer. Som vist i figur 7, blev den iliaca arterie lempet ved hjælp af stigende koncentrationer af ACh. Den observerede kurver afspejler en gradvis stigning i en lempelse af de fartøjer, mere markant for gruppen SupraH. Hvis nogen af de observerede kurver havde været helt flad og omkring 0% af afslapning, det kunne betyde, at stoffet ikke blev leveret til orgel kammer, eller at fartøjerne havde været beskadiget under dissektion eller montering på bøjlerne, eller at en af lægemidlerne, var ingen t administreres på den optimale dosis eller længe nok.
Supramaximal intensitetstræning i hypoxi overføres nu til mus og kunne potentielt anvendes på patologisk modeller for at forbedre forskellige parametre, herunder vaskulære funktion, som kan vurderes ved hjælp af isometriske fartøj spænding undersøgelser.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ikke noget at oplyse.
Acknowledgments
Forfatterne vil gerne takke Danilo Gubian og Stephane Altaus fra Lausanne University Hospital (CHUV) mekanisk værksted for at hjælpe oprette hypoksiske opsætningen. Forfatterne vil også gerne takke Diane Macabrey og Melanie Sipion for deres hjælp med træning af dyr.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Cotton swab | Q-tip | ||
| Gas mixer Sonimix 7100 | LSI Swissgas, Geneva, Switzerland | Gas-flow: 10 L/min and 1 L/min for O2 and CO2, respectively | |
| Hypoxic Box | Homemade | Made in Plexiglas | |
| Motorized rodents treadmill Panlab LE-8710 | Bioseb, France | ||
| Oximeter Greisinger GOX 100 | GREISINGER electronic Gmbh, Regenstauf, Germany | ||
| Sedacom software | Bioseb, France | ||
| Strain gauge | PowerLab/8SP; ADInstruments |
References
- Calbet, J. A., et al. Determinants of maximal oxygen uptake in severe acute hypoxia. American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 284 (2), 291-303 (2003).
- Hanada, A., Sander, M., González-Alonso, J. Human skeletal muscle sympathetic nerve activity, heart rate and limb haemodynamics with reduced blood oxygenation and exercise. The Journal of Physiology. 551, Pt 2 635-647 (2003).
- Casey, D. P., Joyner, M. J. Compensatory vasodilatation during hypoxic exercise: mechanisms responsible for matching oxygen supply to demand. The Journal of Physiology. 590 (24), 6321-6326 (2012).
- Casey, D. P., et al. Nitric oxide contributes to the augmented vasodilatation during hypoxic exercise. The Journal of Physiology. 588, Pt 2 373-385 (2010).
- Girard, O., Brocherie, F., Millet, G. P. Effects of Altitude/Hypoxia on Single- and Multiple-Sprint Performance: A Comprehensive Review. Sports Medicine. 47 (10), 1931-1949 (2017).
- Faiss, R., Girard, O., Millet, G. P. Advancing hypoxic training in team sports: from intermittent hypoxic training to repeated sprint training in hypoxia. British Journal of Sports Medicine. 47, Suppl 1 45-50 (2013).
- Brocherie, F., Girard, O., Faiss, R., Millet, G. P. Effects of Repeated-Sprint Training in Hypoxia on Sea-Level Performance: A Meta-Analysis. Sports Medicine.(Auckland, N.Z). 47 (8), 1651-1660 (2017).
- Brocherie, F., et al. Repeated maximal-intensity hypoxic exercise superimposed to hypoxic residence boosts skeletal muscle transcriptional responses in elite team-sport athletes. Acta Physiologica. 222 (1), 12851 (2018).
- Pellegrin, M., et al. New insights into the vascular mechanisms underlying the beneficial effect of swimming training on the endothelial vasodilator function in apolipoprotein E-deficient mice. Atherosclerosis. 190 (1), 35-42 (2007).
- Picard, M., et al. Acute exercise remodels mitochondrial membrane interactions in mouse skeletal muscle. Journal of Applied Physiology. 115 (10), 1562-1571 (2013).
- Ayachi, M., Niel, R., Momken, I., Billat, V. L., Mille-Hamard, L. Validation of a Ramp Running Protocol for Determination of the True VO2max in Mice. Frontiers in Physiology. 7, (2016).
- Pellegrin, M., et al. Running Exercise and Angiotensin II Type I Receptor Blocker Telmisartan Are Equally Effective in Preventing Angiotensin II-Mediated Vulnerable Atherosclerotic Lesions. Journal of Cardiovascular Pharmacology and Therapeutics. 22 (2), (2016).
- Semin, I., Acikgöz, O., Gönenc, S. Antioxidant enzyme levels in intestinal and renal tissues after a 60-minute exercise in untrained mice. Acta Physiologica Hungarica. 88 (1), 55-62 (2001).
- Cho, J., et al. Treadmill Running Reverses Cognitive Declines due to Alzheimer Disease. Medicine & Science in Sports & Exercise. 47 (9), 1814-1824 (2015).
- Schill, K. E., et al. Muscle damage, metabolism, and oxidative stress in mdx mice: Impact of aerobic running. Muscle & Nerve. 54 (1), 110-117 (2016).
- Cho, J., Kim, S., Lee, S., Kang, H. Effect of Training Intensity on Nonalcoholic Fatty Liver Disease. Medicine & Science in Sports & Exercise. 47 (8), 1624-1634 (2015).
- Sabatier, M. J., Redmon, N., Schwartz, G., English, A. W. Treadmill training promotes axon regeneration in injured peripheral nerves. Experimental Neurology. 211 (2), 489-493 (2008).
- Rolim, N., et al. Aerobic interval training reduces inducible ventricular arrhythmias in diabetic mice after myocardial infarction. Basic Research in Cardiology. 110 (4), 44 (2015).
- Lab Animal Research. Blood Withdrawal I. JoVE Science Education Database. , Available from: https://www.jove.com/science-education/10246/blood-withdrawal-i (2018).
- Peyter, A. -C., et al. Muscarinic receptor M1 and phosphodiesterase 1 are key determinants in pulmonary vascular dysfunction following perinatal hypoxia in mice. American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology. 295 (1), 201-213 (2008).
- Faiss, R., et al. Significant Molecular and Systemic Adaptations after Repeated Sprint Training in Hypoxia. PLOS ONE. 8 (2), (2013).
- Faiss, R., et al. Repeated Double-Poling Sprint Training in Hypoxia by Competitive Cross-country Skiers. Medicine & Science in Sports & Exercise. 47 (4), 809-817 (2015).
- Billat, V. L., Mouisel, E., Roblot, N., Melki, J. Inter- and intrastrain variation in mouse critical running speed. Journal of Applied Physiology. 98 (4), 1258-1263 (2005).
- Ferguson, S. K., et al. Effects of living at moderate altitude on pulmonary vascular function and exercise capacity in mice with sickle cell anemia. The Journal of Physiology. , (2018).
- Lightfoot, J. T., Turner, M. J., Debate, K. A., Kleeberger, S. R. Interstrain variation in murine aerobic capacity. Medicine & Science in Sports & Exercise. 33 (12), (2001).
- Wojewoda, M., et al. Running Performance at High Running Velocities Is Impaired but V'O2max and Peripheral Endothelial Function Are Preserved in IL-6-/- Mice. PLOS ONE. 9 (2), (2014).
- Muller, C. R., Américo, A. L. V., Fiorino, P., Evangelista, F. S. Aerobic exercise training prevents kidney lipid deposition in mice fed a cafeteria diet. Life Sciences. 211, 140-146 (2018).
- Petrosino, J. M., et al. Graded Maximal Exercise Testing to Assess Mouse Cardio-Metabolic Phenotypes. PLOS ONE. 11 (2), 0148010 (2016).
- Poole, D. C., Jones, A. M. Oxygen Uptake Kinetics. Comprehensive Physiology. , (2012).
- Copp, S. W., Hirai, D. M., Musch, T. I., Poole, D. C. Critical speed in the rat: implications for hindlimb muscle blood flow distribution and fibre recruitment. The Journal of Physiology. 588, Pt 24 5077-5087 (2010).
- Kregel, K., et al. Resource Book for the Design of Animal Exercise Protocols. , American Physiological Society. (2006).
- Lamy, S., et al. Air puffs as refinement of electric shocks for stimulation during treadmill exercise test. The FASEB Journal. 30, 1 Supplement 1014 (2016).
- Koenen, K., et al. Sprint Interval Training Induces A Sexual Dimorphism but does not Improve Peak Bone Mass in Young and Healthy Mice. Scientific Reports. 7, (2017).
