Summary
Høyintensiv trening i hypoksi er en protokoll som er bevist å indusere vaskulær tilpasninger potensielt gunstig hos noen pasienter og forbedre utøvernes gjentatt sprint evne. Her teste vi muligheten for trening mus ved hjelp av protokollen og identifisere de vaskulære tilpasninger bruker ex vivo vaskulær funksjonen vurdering.
Abstract
Trening er en viktig strategi for å opprettholde helse og forebygge mange kroniske sykdommer. Det er den første linjen behandling anbefalt av internasjonale retningslinjer for pasienter som lider av hjerte-karsykdommer, mer spesifikt, nedre ekstremitet arterien sykdommer, der pasientens gangavstand kapasitet betydelig endres, påvirker deres livskvalitet.
Tradisjonelt, har både lav kontinuerlig trening og intervalltrening blitt brukt. Nylig har supramaximal trening også vist seg å forbedre utøvernes forestillinger via vaskulær tilpasninger, blant andre. Kombinasjonen av denne typen trening med hypoksi kunne få en ekstra og/eller synergiske effekt, som kan være av interesse for bestemte patologi. Her beskriver vi hvordan du utfører supramaximal intensitet økter i hypoksi på sunne mus på 150% av deres maksimal fart, ved hjelp av en motorisert tredemølle og en hypoxic. Vi viser også hvordan å dissekere musen for å hente organer av interesse, spesielt lungearterien og abdominal aorta iliaca arterien. Endelig viser vi hvordan du utfører ex vivo vaskulær funksjonen vurdering på Hentet fartøyene, bruker isometrisk spenning studier.
Introduction
I hypoksi fører redusert inspirert brøkdel av oksygen (O2) til hypoksemi (redusert arterial trykk i hypoksi) og en endret O2 transport kapasitet1. Akutt hypoksi induserer en økt sympatisk vasoconstrictor aktivitet rettet mot Skjelettmuskel2 og en imot 'kompenserende' vasodilatation.
Submaximal intensitet i hypoksi er denne 'kompenserende' vasodilatation, i forhold til samme nivå av trening under normoxic forhold, godt etablert3. Denne vasodilation er avgjørende for å sikre en utvidet blodstrøm og vedlikehold (eller begrense endring) oksygen levering til aktive muskler. Adenosin ble vist ikke har en selvstendig rolle i dette svaret, mens nitrogenoksid (NO) synes endothelial hovedkilden siden betydelig blunting av utvidet vasodilatation ble rapportert med nitrogenoksid syntase (NOS) hemming under hypoxic Øvelse4. Flere andre vasoactive stoffer er sannsynligvis spiller en rolle i den kompenserende vasodilatation under en hypoxic trening.
Denne forbedrede hypoxic øvelse hyperemia er proporsjonal med hypoksi-indusert fallet i arterial O2 innhold og er større som øvelse intensitet øker, for eksempel under intens trinnvis øvelse i hypoksi.
NO-mediert komponenten av den kompenserende vasodilatation er regulert gjennom forskjellige baner med økende trening intensitet3: Hvis β-adrenerge reseptor-stimulert noen komponent vises viktig under lav intensitet hypoxic trening , kilden ikke bidra til kompenserende dilatasjon synes mindre avhengig av β-adrenerge mekanismer som treningsintensiteten øker. Det finnes andre kandidater for å stimulere ingen utslipp under høyere intensitet hypoxic øvelse, som ATP løslatt fra erytrocytter og/eller endothelial avledet prostaglandiner.
Supramaximal trening i hypoksi (kalt gjentatte sprint trening i hypoksi [RSH] i Øvelse fysiologi litteratur) er en siste trening metode5 gir ytelsesforbedring i lag - eller racket-sport spillere. Denne metoden er forskjellig fra intervalltrening i hypoksi på eller nær maksimal hastighet6 (Vmax) siden RSH utført på maksimal intensitet fører til en større muskler perfusjon og oksygenering7 og spesifikke muskelen transcriptional svar8. Flere mekanismer har vært foreslått å forklare effekten av RSH: under spurter i hypoksi, kompenserende vasodilatasjon og tilhørende høyere blodstrøm ha nytte raske-trekning fibrene mer enn bremse-trekning fibrene. Derfor er RSH effektivitet trolig bli fiber-type selektiv og intensitet avhengige. Vi spekulere at på grunn av det vaskulære systemet er av største betydning RSH.
Trening har vært grundig studert i mus, både hos friske individer og patologisk musen modeller9,10. Den vanligste måten å trene mus bruker en gnager tredemølle, og de tradisjonelt brukt diett er lav intensitet trening, på 40-60% av Vmax (bestemmes ved hjelp av en trinnvis tredemølle test11), for 30-60 min12,13 ,14,15. Maksimal intensity intervalltrening og dens innvirkning på patologi har blitt mye studert i mus16,17; Dermed har intervalltrening kjører protokoller for mus blitt utviklet. Disse protokollene består vanligvis av 10 bouts av kjører på 80%-100% av V-max på en gnager motorisert tredemølle, for 1-4 min, ispedd aktiv eller passiv resten16,18.
Interessen for mus trener på supramaximal intensitet (dvs. over den VMaks) i hypoksi kommer fra tidligere resultater at mikrovaskulær vasodilatory kompensasjon og intermitterende øvelse ytelsen er både mer økt på supramaximal enn på maksimal eller moderat intensitet. Men vi vet er det ingen tidligere rapport av en supramaximal trening protokollen i mus, enten i normoxia eller i hypoksi.
Første målet med denne studien var å teste muligheten for supramaximal intensitet trening i mus og fastsettelse av en tålelig og tilstrekkelig protokoll (intensitet, sprint varighet, gjenvinning, etc.). Andre målet var å vurdere effekten av ulike opplæring regime i normoxia og hypoksi vaskulær funksjonen. Derfor teste vi hypoteser at (1) mus tolererer godt supramaximal øvelse i hypoksi, og (2) at denne protokollen induserer en større forbedring i vaskulær funksjon enn øvelse i normoxia, men også enn øvelse i hypoksi på lavere intensitet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Lokale Statens dyr omsorg komité (Service de la Consommation et des Affaires Vétérinaires [SCAV], Lausanne, Sveits) godkjent alle eksperimenter (tillatelse VD3224; 01.06.2017) og alle eksperimentene ble utført i samsvar med relevante retningslinjer og regler.
1. animal bolig og forberedelse
- Huset 6 til 8 uke-gamle C57BL/6J mannlige mus i dyr anlegget i minst 1 uke før begynnelsen av eksperimenter for at mus å bli vant til sitt nye boforhold. Av praktiske årsaker ligger mus i samme forsøksgruppen vanligvis sammen.
- Holde musene i temperaturkontrollerte rom (22 ± 1 ° C) med en 12 h lys/mørke syklus ad lib tilgang til mat og vann.
2. fastsettelse av maksimal hastighet og Standard vurdering av ytelsesforbedring av tredemøllen inkrementelle Test
Merk: Følgende er avgjørende for å fullføre trening-protokoller.
- Bruke motoriserte tredemølle for mus der mus kan være på flere baner sammen med hverandre, med en 0° helling og montert med en elektrisk rutenettet satt til 0,2 mA på baksiden av kjørefelt, for å oppmuntre mus å kjøre.
-
Før den første testen, sende mus til 4 dager med Akklimatisering til tredemølle, i henhold til følgende protokollen.
- På dag 1, har du mus kjøre i 10 min på 4,8 m/min.
- På dag 2, har du mus kjøre i 10 min på 6 m/min.
- På dag 3, har du mus kjøre i 10 min på 7,2 m/min.
- På dag 4, har du mus kjøre i 10 min på 8,4 m/min.
-
På dag 5, sende mus til en inkrementelle test til utmattelse, i henhold til følgende protokollen.
- La musene varme opp 5 min på 4,8 m/min (på en 0 ° helling).
- Øke hastigheten av 1,2 m/min hver 3 minutter (f.eks 5 min på 4,8 m/min, deretter 3 min på 6 m/min, 3 minutter på 7,2 m/min, 3 minutter på 8,4 m/min, etc.) før utmattelse, som er nådd når musen enten bruker 3 sammenhengende sekunder på elektrisk rutenettet eller mottar 100 støt (vises av apparatet).
- Skriv ned oppnådd hastighet (regnet som V-max), varighet, avstand, antall støt, og totale tid brukt på rutenettet.
Merk: Vanligvis V-max var 28,8 ± 3.7 m/min. - Midten av trening, sende mus til denne testen for å justere hastigheten på opplæring til den oppdaterte VMaks av mus (f.eks om trening protokollen varer 8 uker, og deretter utføre en midt trening inkrementelle test på 4 uker. I så fall, erstatte ett av planlagte treninger av testen), og gjøre det igjen på slutten av studien for å vurdere ytelse.
- Implementere en 48t hvileperiode før og etter denne testen.
Merk: Alle inkrementelle tester ble utført i morgen.
3. hypoxic miljø
- For treninger i hypoksi, plasser tredemølle i boksen hypoxic (figur 1) koblet til en gass-mikser. Bruk en kalibrert oksymeter regelmessig kontrollere ambient brøkdel av oksygen (FjegO2 [dvs. nivå av oksygenmangel]) i boksen.
- Angir gass mikseren på 100% av nitrogen (N2) og bruker oksymeter kontrollere nivået av hypoksi. Når FjegO2 = 0,13, endre parameteren gass mikseren fra 100% N2 til 13% O2.
- For å unngå langvarig passiv eksponering for hypoksi, plasser musene i et midlertidig mindre bur med søppel og berikelse, og raskt plassere den i boksen når FjegO2 = 0,13 er nådd. Kontroller at miljøet er fortsatt på 13% O2 etter å sette buret. Hvis ikke, skal den justeres.
- Regelmessig kontrollere nivået av O2 i løpet av en treningsøkt for å sikre at det forblir på FiO2 = 0,13 ± 0,002.
4. Normoxic miljø
- For treninger i normoxia, holde tredemølle i boksen hypoxic, men fjerne hansker slik at det er luft (FjegO2 = 0,21). Målet er å gjenskape samme trening miljø som mus i hypoksi.
5. Supramaximal intensitet trening
-
Plasser musene på individuelle kjørefelt i tredemølle (på en 0° helling) og sende dem til følgende protokollen.
- Har musene varme opp 5 min på 4,8 m/min, etterfulgt av 5 min på 9 m/min.
- Angi hastigheten på sprints til 150% av den tidligere fastsatte V-max.
Merk: Vanligvis sprint hastigheten var 42.1 ± 5,5 m/min. - Trene mus for fire sett med 5 x 10 s spurter med 20 s hvile mellom hver sprint. Interset resten er 5 min (figur 2).
Merk: Legge til en cooldown periode hvis total arbeidsmengde for treningsøkten trenger å matche en annen treningsgruppe.
- Utføre dette trening 3 x per uke, med fortrinnsvis 48 timer mellom treningsøktene.
- Bruk bomull vattpinner som utfyllende til elektrisk sjokk for å oppmuntre mus å kjøre. Plasser en bomullspinne i et slit øverst på kjørefelt, mellom musen og elektrisk rutenettet og forsiktig skyve musen når baksiden av tredemøllen. Dette vil unngå levering av elektrisk støt og stimulere mus å kjøre på en mykere måte.
6. lav intensitet trening
-
Plasser musene på individuelle kjørefelt i tredemølle (på en 0° helling) og sende dem til følgende protokollen.
- Har musene varme opp 5 min på 4,8 m/min, etterfulgt av 5 min på 7,2 m/min.
- Angi hastigheten av kontinuerlig kjører økten til 40% av den tidligere fastsatte V-max.
Merk: Vanligvis var kontinuerlig kjører hastigheten 9.9 m/min. - Tog mus for 40 min.
- Utføre dette trening 3 x per uke med fortrinnsvis 48 timer mellom treningsøktene.
- Bruk bomull vattpinner som utfyllende til elektrisk sjokk for å oppmuntre mus å kjøre.
7. mus Euthanasia og orgel utvinning
- På slutten av trening protokollen og minst 24 timer etter siste inkrementelle test, bedøve musen i en induksjon kammer med isoflurane (4-5% i O2 å indusere anestesi og 1-2% i 100% O2 å opprettholde anestesi). Bekrefte riktig anesthetization bruke det pote retraksjon refleks (fast knip dyrets labben, anestesi anses riktig når dyret ikke reagerer på stimulans).
- Bruker en 25 G nål, utføre en PCI cardiac punktering, å samle maksimal blodvolum som beskrevet tidligere19.
- Utfør en cervical forvridning og fjerne hud på musen ved å skjære gjennom det første laget av huden på magen med runde-tip saks og trekke på de to sidene av innsnitt (mot hodet og halen).
- Skjære gjennom peritoneum under brystkasse på venstre side av musen med tynn-punkt-tip saks å nå milten og pakke den om nødvendig.
Merk: Dissekere ut musklene hvis nødvendig. -
Dissekere ut lungearterien.
- Bruke både liten saks og tang, fjerne thoracic buret og fjerner området hjerte-lunge.
- Med «selvlukkende» pinsett, knip hjertet så nær som mulig til toppen og trekk forsiktig å strekke foten av aortabuen og lungearterien.
- Bruker høyre hånd, tilbake sett inn buet pinsett under lungearterien og aorta og deretter flytte pinsett litt for å holde bare lungearterien (Figur 3).
- Bruke venstre hånd for å sette et annet par pinsett å erstatte den med høyre hånd.
- Bruker skarpe rett microscissors i høyre hånd, dissekere lungearterien som i nærheten som mulig på den ene siden og så langt borte som mulig på den andre siden.
Merk: Det spiller ingen rolle hvilken hånd holder hvilket instrument, selv om vi har funnet det lettere å kutte med høyre enn med venstre. - Sett det i en 2 mL tube med kaldt fosfat-bufret saltvann (PBS) buffer og holde på is.
-
Utføre en hele kroppen perfusjon.
- Øverst i høyre nedre lem av musen, bruke pinsett for å fjerne ekstern-intern rett iliaca arterien til høyre femoral subclavia (under lysken ligament). Bruke skarpe rett microscissors, lage en full kutt i arteria femoral.
- Sett inn en 5 mL 25 G sprøyte fylt med kaldt PBS inne det igjen hjertekammer av hjertet og forsiktig injisere kaldt PBS for å fjerne gjenværende blodet fra fartøyene.
Merk: På grunn av utvinning av lungearterien er det mulig at PBS ikke sirkulerer hele veien til innsnitt.
- Ved hjelp av pinsett, fjerne bløtvev rundt aorta fra venstre og høyre lysken leddbånd i hjertet så grundig som mulig.
Merk: Hjertet kan hentes for videre analyse om nødvendig. - Bruker både pinsett og microscissors, dissekere ut hjertet til det laveste punktet på eksterne iliaca arterien (i både venstre og høyre lemmer), og plasser den helt dissekert ut i 10 cm diameter parabol med kaldt PBS.
- Bruke pinsett og/eller microscissors, ferdig rengjøring gjenværende fett rundt aorta og arterier ved forsiktig trekke eller klippe det fra fartøyene.
- Bruker microscissors, klipp venstre iliaca subclavia venstre høyre iliaca arterien bifurkasjonen og lagre den for videre analyse.
- Bruker microscissors, kuttet abdominal aorta under venstre nyre arterien og plasserer utpakkede fartøyet i kalde PBS buffer på is (Figur 4).
- Holde gjenværende renset fartøyet, fra aortabuen høyre over venstre nyre arterien, lagring for videre analyse.
Figur 4 : Bilde av dissekert fartøyene. Utdraget skipet fra toppen av abdominal aorta (under venstre nyre subclavia) på slutten av høyre iliaca arterien, klar til å legges i kaldt PBS buffer på is. (1) magesmerter aorta. (2) høyre arteria iliaca communis. (3) eksterne iliaca arterien. (4) intern iliaca arterien. (5) Femoral arterien. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
8. ex Vivo vaskulær funksjonen vurdering
Merk: En vask svarer tømming og påfylling av kammer med Krebs.
- Ifølge en tidligere beskrevet protokollen20, skåret i isolerte lungearterien, abdominal aorta og rett iliaca arterien segmenter i vaskulær ringer 1.0-2.0 mm lang og montere hver ring på to 0,1 mm-diameter stigbøyler passerte lumen.
- Suspendere fartøyet ringene i loddrett orgel kammer fylt med 10 mL endret Krebs-ringe bikarbonat (118.3 mM NaCl 4.7 mM KCl, 2,5 CaCl2, 1.2 mM MgSO4, 1.2 mM KH2PO4, 25.0 mM NaHCO3og 11,1 mM glukose) opprettholdt på 37 ° C og karbonisert med 95% O2-5% CO2 (pH 7.4). Ene stigbøylen er forankret til bunnen av orgel kammeret og annenen er koblet til en påkjenning gauge for måling av isometrisk styrke i gram.
- Få fartøyene til deres optimal hviler spenningen: strekk ringer 0,5 g for lungearterien, 1,5 g for iliaca arterien og 2 g for abdominal aorta og vaske dem etter 20 min balanse. Gjenta strekk-balanse-wash trinn 1 x.
- For å teste om fartøyene, kontrakt ringer med 235 µL av KCl (10-1 M) for 10 min, vask dem for en annen 10 min, og igjen ved 235 µL av KCl (10-1 M) i ca 20 min fram et platå.
- Vaskestasjonene igjen for 10 min og legge 58.4 µL av indomethacin (10-5 M) (en inhibitor av cyclooxygenase aktivitet) for minst 20 min for å unngå mulig forstyrrelser av endogene prostanoids.
- Legg til akkumulerte doser av phenylephrine (Phe) fra 10-9 (10 µL) 10-4 M (eller 10-9 til 10-5 M for lungearterien; 9 µL for alle konsentrasjoner over 10-9 M) kontrakt fartøyene.
- Etter den siste dosen av Phe, vente ca 1t fartøyene nå en relativt stabil sammentrekning tilstand (platå).
- Legg til akkumulerte doser av endotelet avhengige av vasodilator acetylcholine (ACh), fra 10-9 til 10-4 M (58.4 µL for 10-9 M, og vekselvis 12.6 µL og 40 µL for alle konsentrasjoner over 10-9 M), å indusere nitrat oxide (NO)-mediert avslapning.
- På slutten av avslapning kurven, vaske skipene i 10 min, og legge 58.4 µL av indomethacin (10-5 M), samt 184 µL av NG-nitro-L-arginine (NLA, 10-4 M), som er en inhibitor av NOS, i minst 20 min.
- Kontrakt fartøyene igjen med en unik dose av 10 µL av Phe (10-5 og 10-4 M for lungearterien og 10-4 M abdominal aorta og arteria iliaca) 1t, å indusere en relativt stabil sammentrekning.
- Legge til en unik dose av 40 µL av ACh (10-4 M) fram et platå.
- Vaskestasjonene igjen for 10 min, før du legger til 58.4 µL av indomethacin (10-5 M) og 184 µL av NLA (10-4 M) for 20 min.
- Kontrakt fartøy med 10 µL av Phe (10-5 og 10-4 M) 1t.
- Legg til akkumulerte doser (10-9 [58.4 µL] til 10-4 M [40 µL for alle konsentrasjoner over 10-9 M]) ingen donor diethylamine (DEA) / nei, i for å vurdere endotelet-uavhengig NO-indusert avslapning.
- På slutten av eksperimentet, kan du lagre fartøyene i flytende nitrogen for fremtidige analyser om nødvendig.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Vi vet er studien først til å beskrive et program supramaximal intensitet trening i normoxia og hypoksi for mus. I denne protokollen kjørte mus fire sett med fem 10 s spurter med en 20 s frisk mellom hver sprint. Settene var ispedd 5 min av utvinning perioder. Det var ukjent om musene ville være i stand til å opprettholde slike en protokoll og fullføre den riktig. Men ifølge figur 5var vektøkning av mus gjennomgår supramaximal intensitet trening lik som mus under lav intensitet trening, både i normoxia og hypoksi.
Velvære av dyrene var overvåket to ganger i uken, med poengsummen ark, basert på følgende kriterier: utseende, naturlige atferd og kroppsvekt. Hver av disse kriterier ble sensurert til en score på 3, og en mus med en score på 3 i noen av disse vilkårene ble vurdert i smerte og/eller nød på grunn av vedvarende protokollen og fikk å bli euthanized. Ingen mus nådd noensinne en score på 3 i løpet av trening regimer (tabell 1).
Som presentert i innledningen, det har vært en teori om at supramaximal opplæring, spesielt kombinert med hypoksi, vil indusere en kompenserende vasodilatasjon. Dette fenomenet tar sikte på å gi tilstrekkelig O2 til avtalepartner muskler, og dermed kompensere for ubalansen mellom O2 supply and demand som forsterkes av kombinasjonen av supramaximal intensitet trening og hypoksi. For å undersøke denne hypotesen, vi brukte den andre metoden som presenteres her, ex vivo vaskulær funksjonen vurdering, lungearterien, abdominal aorta og arteria rett iliaca. Figur 6 viser dose-respons kurvene på slutten av protokollen, på abdominal aorta en mus fra gruppe trening på supramaximal intensitet i hypoksi. Denne grafen viser hele prosessen med sammentrekning-avslapping observert etter tillegg av ulike farmakologiske agenter (KCL, Phe, ACh, NLA og [DEA] postadressen) i orgel bad.
Figur 7 viser dose-respons avslapning kurven til høyre iliaca arterien til økende konsentrasjoner av ACh. To representert gruppene er gruppen supramaximal intensitet i normoxia (SupraN) og gruppen supramaximal intensitet i hypoksi (SupraH). Foreløpige resultatene viser at SupraH tendens til å forbedre ACh-indusert avslapning sammenlignet med SupraN, med betydelige forskjeller på 10-5 M og 10-4 M.
Figur 1 : Hypoxic oppsett. Tredemølle er plassert inne i en hjemmelaget glovebox, som er knyttet til en gass-mikser. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2 : Beskrivelse av en supramaximal intensitet treningsøkt. Mus utført fire sett med fem 10 s spurter, ispedd 20 s hvile. Interset resten var 5 min. Dette tallet er tilpasset fra Faiss et al.21. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3 : Skjematisk fremstilling av teknikken å hente lunge aorta. (1) sted pinsett under både lungearterien og aorta. (2) trekk tilbake pinsett i retning av nummer 2 for å holde pinsett under lunge aorta bare. (3) endelige plasseringen av pinsett. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5 : Kropp vekt utviklingen i løpet av eksperimentet. I grønt, lav intensitet treningsgrupper. i rødt, supramaximal intensitet trening gruppene. Det var ingen signifikant forskjell mellom noen av gruppene på noen av tiden punkter (n = 4 mus per gruppe; dataene presenteres som betyr ± SD). Statistisk analyse var utført ved hjelp av en toveis gjentatte mål ANOVA). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 6 : Vaskulær funksjonen vurdering kurver. Rekken av sammentrekning og avslapping indusert gjennom hele protokollen, uttrykt i gram. Representant opptak av variasjoner i fartøyet spenning svar på stoffer som anvendes, i en ring av abdominal aorta isolert fra mus trent på supramaximal intensitet i hypoksi. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 7 : Farmakologiske svar på en isolert iliaca arterie preconstructed med phenylephrine (Phe) til acetylkolin (ACh). Kumulative dose-respons avslapning kurve av rett iliaca arterien til økende konsentrasjoner av ACh (10-9 til 10-4 M). Resultatene er uttrykt som betyr ± SD av prosentverdien for endring i spenningen av vasodilator, med n = 3 i SupraN og n = 4 i SupraH. Statistisk analyse var utført ved hjelp av en toveis VARIANSANALYSE for gjentatte measures testen. p < 0,05 vs SupraN. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Tabell 1: typisk poengsummen ark av en mus trening på supramaximal intensitet i hypoksi. Vi brukte poengsummen ark for å overvåke velferden til mus. En score på 3 i ett av vilkårene angitt (utseende, naturlige atferd og kroppsvekt) eller en total poengsum på 5 (med tillegg av poengsummen for hver kategori) ment dyret var lidelse og fikk å bli euthanized.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Første målet med denne studien var å vurdere muligheten for hypoxic høyintensiv trening i mus og angi tilstrekkelig kjennetegn ved protokollen som ville være godt tolerert av mus. Hensikt, siden det er ingen data ved hjelp av supramaximal (dvs. mer enn V-max) intensitet trening i mus, måtte vi utføre studier basert på tidligere protokoller utviklet med utøvere, som besto av fire til fem sett med fem all-out spurter (ca 200% av Vmax), ispedd 20 s aktiv inkasso, med en interset aktive utvinning av 5 min21,22. Derfor, den første protokollen besto av seks apparater av seks 10 s spurter på 200% av Vmax, ispedd 20 s passiv utvinning og med en interset passiv utvinning av 3 min, utført fem ganger per uke. Etter noen prøve ut kjører på 200% av V-max, vurderer musene hadde problemer med å opprettholde slike en høy intensitet, vi besluttet å senke hastigheten til 150% av V-max. Med det treningsintensiteten, vi prøvde å kjøre mus over lengden på en full protokoll og justert både antall spurter i hvert sett og antall sett per økt. Til slutt, vi økt utvinning tid mellom sett og redusert frekvensen av treningsøktene. Etter en prøving og feiling metoden etablerte vi en siste optimal protokoll som er svært lik den som brukes på idrettsutøvere og gjort mulig for mus å tolerere denne supramaximal intensitet testen.
Det er en liten mulighet at ytelsen til mus kan være alvorlig undervurdert, som observert fra store forskjeller mellom tidligere studier utnytte dyr trening protokoller23,24. Men i dag studere, basert på verdier som før eksperimentet, det ville ha vært umulig å innføre en høyere relative intensiteten på dyrene vurderer behovet for å fullføre hele gjentatte sprint økten. Videre Vmax verdiene rapportert i denne studien (28,8 ± 3.7 m/min) synes å være i verdiområdet ble rapportert i den samme C57BL/6J belastning25,26,27,28. For eksempel rapporterte Lightfoot et al.25 ~ 28 m/min og Muller et al.27 verdier på 28.3 m/min. Derfor er vi overbevist om at supramaximal intensiteten tilsvarer sprint treningsintensiteten i disse musene.
Selv om kritisk turtall (CS) har vist (1) en verdifull bety for forskrivning treningsintensiteten i friske mennesker og pasienter29 og (2) bestemmes perfekt mus23,24,30, øvelsen intensitet resept basert på fastsettelse av V-max er relevante. Det er kjent at i mus, bestemt VO2peak og VO2max avhenger av protokollen, og som med mennesker, VO2max kan fastsettes med en rampe trening protokollen11. Siden formålet med denne studien var å finne ut muligheten for supramaximal gjentas sprint i mus, og til tross for relevansen av CS, vi tror ikke at bruker Vmax ville være en feil om målene med denne studien.
Mens observere mus atferd, ble det klart at elektrisk rutenettet på baksiden av tredemøllen riktignok oppfordret mus kjøre. men syntes det også å bidra til deres trøtthet. Faktisk, rutenettet blir litt forskjøvet kjører bandet musene hadde generere en ekstra innsats på kjørefelt. Vi besluttet å utfylle denne stimulering med en annen, mykere, en, nemlig bomull swab stimulering, som redusert antall sjokk mottatt av dyrene og forhindret dem fra å komme tilbake fra nettet til kjørefelt. Til tross for en anbefaling av Kregel et al.31, det er fortsatt uklart om stress reduseres med luft puff stimulering sammenlignet med elektrisk rutenettet32.
Så vidt vi vet, har bare én studie brukt "sprint intervalltrening"33. Men siden høyeste intensiteten studie korresponderte til 75%-80% av V-max og sprint varigheten var 1,5 min, som protokollen var svært forskjellig fra den nåværende (dvs. 150% av V-max, 10 s). Det var ukjent om supramaximal intensitet ville bli tolerert av musene. Studien gi vi resultater som viser at dyr utførte godt i denne supramaximal intensitet trening, både i hypoksi og normoxia. For eksempel viser figur 5 en økning i kroppsvekt over opplæringen perioden samme som observert i lav intensitet grupper. Tilsvarende viser tabell 1 hvilket velferd med score lavere enn 3 i alle grupper. Sammen indikerer de fysiologiske parameterne at både hypoksi og supramaximal intensitet trening var meget godt tolerert av mus.
Det andre målet med denne studien var å vurdere vaskulær funksjon lungearterien og abdominal aorta iliaca arterien, bruker isometrisk fartøyet spenning studier20. Denne teknikken kan avgjøre om intervensjonen rundt påvirket evne til skipene til kontrakten og slappe av i respons til farmakologisk narkotika. Som vist i figur 7, var arteria iliaca avslappet med økende konsentrasjoner av ACh. De observerte kurver gjenspeiler en progressiv økning i avslapning av fartøyene, mer markert for gruppen SupraH. Hvis noen av observerte kurvene hadde vært helt flatt og rundt 0% av velvære, det kan bety at stoffet ikke ble levert til orgel chamber, eller at fartøyene hadde blitt skadet under dissection eller montering på avskjedsbeger, eller at en av narkotika var ingen t administrert på optimale dosen eller for lang nok.
Supramaximal intensitet trening i hypoksi er nå overført til mus og kan potensielt brukes på patologisk modeller for å forbedre ulike parametere, inkludert vaskulær-funksjonen, som kan bli vurdert ved hjelp isometrisk fartøyet spenning studier.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne ikke avsløre.
Acknowledgments
Forfatterne vil gjerne takke Danilo Gubian og Stephane Altaus fra Lausanne universitetssykehuset (CHUV) mekanisk verksted for å skape hypoxic oppsettet. Forfatterne vil også gjerne takke Diane Macabrey og Melanie Sipion for deres hjelp med trening dyrene.
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).
