Summary
Högintensiv träning i hypoxi är ett protokoll som har visat att inducera vaskulär anpassningar potentiellt fördelaktig hos vissa patienter och förbättra idrottarnas upprepade sprint förmåga. Här testar vi genomförbarheten av utbildning möss använder som protokoll och identifiera dessa vaskulära anpassningar med ex vivo vaskulär funktion bedömning.
Abstract
Träning är en viktig strategi för att upprätthålla hälsa och förebygga många kroniska sjukdomar. Det är den första raden av behandling som rekommenderas av internationella riktlinjer för patienter som lider av hjärt-kärlsjukdomar, närmare bestämt lägre extremitet artär sjukdomar, där patienternas gångavstånd kapacitet avsevärt ändras, som påverkar deras av livskvaliteten.
Traditionellt har har både låg kontinuerlig träning och intervallträning använts. Supramaximal utbildning har nyligen också visat sig förbättra idrottarnas föreställningar via vaskulär anpassningar, bland andra mekanismer. Kombinationen av denna typ av träning med hypoxi kan ge en ytterligare och/eller synergisk effekt, vilket kan vara av intresse för vissa sjukdomar. Här, beskriver vi hur du utför supramaximal intensitet utbildningstillfällen i hypoxi på friska möss på 150% av sin maximala hastighet, med hjälp av ett motordrivet löpband och en hypoxisk låda. Vi visar också hur du dissekera musen för att hämta organ av intresse, särskilt lungartären, bukaorta och bäckenartären. Slutligen visar vi hur du utför ex vivo vaskulär funktion bedömning på Hämtad fartyg, använda isometrisk spänning studier.
Introduction
I hypoxi leder minskad inspirerad fraktionen av syre (O2) till hypoxemi (sänkt arteriellt tryck i hypoxi) och en förändrad O2 transport kapacitet1. Akut hypoxi inducerar en ökad sympatisk vasokonstriktor verksamhet riktad mot skelettmuskulaturen2 och en motståndare 'kompensation' vasodilatation.
På submaximal intensitet i hypoxi är här 'kompensation' vasodilatation, i förhållande till samma nivå av träning under normoxic förhållanden, väl etablerad3. Detta vasodilatation är nödvändigt att säkerställa en förstärkt blodflödet och underhåll (eller begränsa ändringen) syre leverans till de aktiva musklerna. Adenosin visade sig inte ha en självständig roll i detta svar, även kväveoxid (NO) verkar endothelial primärkälla eftersom betydande Avtrubbning av den förstärkt vasodilatation rapporterades med kväveoxid syntas (NOS) hämning under hypoxisk Motion4. Flera andra vasoaktiva ämnen spelar sannolikt en roll i den kompenserande vasodilatation under en hypoxisk träning.
Detta förbättrade hypoxisk motion hyperemia är proportionell till hypoxi-inducerad nedgången i arteriell O2 innehåll och är större eftersom motion intensitet ökar, till exempel under intensiv stegvis övning i hypoxi.
Komponenten nr-medierad av den kompenserande vasodilatation regleras genom olika vägar med ökande motion intensitet3: om β-adrenerga receptorn-stimulerade ingen komponent visas paramount under lågintensiva hypoxisk träning , källan till ingen bidrar till kompensatorisk dilatation verkar mindre beroende av β-adrenerga mekanismer som träningsintensitet ökar. Det finns andra kandidater för att stimulera inga utsläpp under högre-hypoxisk träningsintensitet, såsom ATP släppt från erytrocyter och/eller endotel-derived prostaglandiner.
Supramaximal övning i hypoxi (heter upprepade sprint träning i hypoxi [RSH] i utövandet fysiologi litteraturen) är en nyligen utbildning metod5 som ger prestandaförbättringar i team - eller racket-sport spelare. Denna metod skiljer sig från intervallträning i hypoxi som utförs vid eller nära maximal hastighet6 (Vmax) eftersom RSH utförs på maximal intensitet leder till en större muskel perfusion och syresättning7 och specifik muskel transkriptionell svar8. Flera mekanismer har föreslagits att förklara effekten av RSH: under spurter i hypoxi, den kompenserande vasodilatation och associerade högre blodflödet skulle gynna de snabba muskelfibrerna mer än de långsamma muskelfibrerna. RSH effektivitet är följaktligen sannolikt att fiber-typen selektiv och intensitet beroende. Vi spekulerar att förbättra lyhördheten av kärlsystemet är avgörande för RSH.
Träning har studerats hos möss, både hos friska individer och patologiska mus modeller9,10. Det vanligaste sättet att utbilda möss använder en gnagare löpband, och de traditionellt Använd regimen är lågintensiv träning, på 40 – 60% av Vmax (bestäms med en inkrementell löpband test11), för 30 – 60 min12,13 ,14,15. Maximal intensitet intervallträning och dess inverkan på patologier har allmänt studerats hos möss16,17; Således, intervallträning löpande protokoll för möss har utvecklats. Dessa protokoll består normalt av ca 10 anfall av kör på 80 – 100% av Vmax på en gnagare motordrivna löpband, för 1 – 4 min, varvat med aktiv eller passiv vila16,18.
Intresset för möss som tränar på supramaximal intensitet (dvs. över den Vmax) i hypoxi kommer från tidigare resultat som mikrovaskulära vasodilaterande ersättningen och intermittent motion prestanda både mer ökade på supramaximal än vid maximal eller måttlig intensitet. Dock att vår kunskap finns det ingen tidigare rapport av en supramaximal utbildning protokollet i möss, antingen i normoxia eller hypoxi.
Det första syftet med föreliggande studie var att testa genomförbarheten av supramaximal intensitet utbildning hos möss och bestämningen av ett tolerabelt och adekvat protokoll (intensitet, sprint varaktighet, återhämtning, etc.). Det andra syftet var att bedöma effekterna av olika träningsprogram i normoxia och hypoxi på vaskulär funktion. Därför testar vi de hypoteser att (1) möss tolererar väl supramaximal övning i hypoxi, och (2) att detta protokoll inducerar en större förbättring i vaskulär funktion än träning i normoxia men också än övning i hypoxi vid lägre intensitet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Statens lokala Djurvård kommittén (Service de la Consommation et des Affaires Vétérinaires [SCAV], Lausanne, Schweiz) godkänt alla experiment (auktorisering VD3224; 01.06.2017) och alla experiment utfördes enligt relevanta riktlinjer och föreskrifter.
1. djurstallar och förberedelse
- Hus 6 till 8 veckor gamla C57BL/6J hanmöss i djuranläggningen i minst 1 vecka före början av experimenten för mössen att vänja sin nya boendeförhållanden. Av praktiska skäl ligger vanligtvis möss av samma experimentella gruppen tillsammans.
- Hålla mössen i en temperatur-kontrollerad rum (22 ± 1 ° C) med en 12 h ljus/mörk cykel med ad libitum tillgång till mat och vatten.
2. bestämning av Maximal hastighet och standardbedömning av prestandaförbättring av inkrementella Rullbandstest
Obs: Följande steg är kritiska till att slutföra utbildning protokollen.
- Använda ett motordrivet löpband för möss där möss kan vara på flera körfält bredvid varandra, med en 0° lutning och monteras med ett elnät inställd på 0.2 mA på baksidan av körfält, för att uppmuntra mössen att köra.
-
Före det första testet, lämna in möss till 4 dagars acklimatisering till löpbandet, enligt följande protokoll.
- Dag 1, har möss som kör i 10 min vid 4.8 m/min.
- Dag 2, har mössen springa i 10 min på 6 m/min.
- På dag 3, har mössen springa i 10 min på 7,2 m/min.
- På dag 4, har mössen springa i 10 min på 8,4 m/min.
-
Dag 5, lämna mössen en inkrementell prov till utmattning, enligt följande protokoll.
- Låt mössen varma upp för 5 min vid 4.8 m/min (vid 0 ° lutning).
- Öka hastigheten av 1,2 m/min varje 3 min (t.ex. 5 min vid 4.8 m/min, sedan 3 min på 6 m/min, 3 min på 7,2 m/min, 3 min på 8,4 m/min, etc.) tills utmattning, som infaller när musen tillbringar antingen 3 sammanhängande sekunder på rutnätet elektriska eller får 100 chocker (visas av apparaten).
- Skriv ned uppnådda hastigheten (som betraktas som den Vmax), varaktighet, avstånd, antal störningar och total tid som tillbringas på nätet.
Obs: Typiskt, Vmax var 28,8 ± 3,7 m/min. - Mitten av utbildning, skicka mössen att detta test för att justera hastigheten på utbildning till den uppdaterade Vmax av möss (t.ex. om utbildning protokollet varar 8 veckor och sedan utföra en halva utbildning stegvis test på 4 veckor. I så fall ersätta en av de schemalagda utbildningarna genom test), och göra så igen i slutet av studien för att bedöma prestandaförbättringar.
- Genomföra en viloperiod för 48 h före och efter detta test.
Obs: Alla inkrementella tester utfördes på morgonen.
3. hypoxiska miljö
- För träningspassen i hypoxi, placera löpbandet i rutan hypoxisk (figur 1) kopplad till en gas-mixer. Använd en kalibrerad oximeter att regelbundet kontrollera den omgivande fraktionen av syre (FjagO2 [dvs nivån av hypoxi]) i rutan.
- Ställ gas mixern på 100% av kväve (N2) och använda oximeter för att kontrollera nivån av hypoxi. En gång FjagO2 = 0,13, ändra parametern för gas mixern från 100% N2 till 13% O2.
- För att undvika långvarig passiv exponering för hypoxi, placera mössen i en tillfällig mindre bur med strö och anrikning och snabbt placera den i rutan en gång FjagO2 = 0,13 har nåtts. Kontrollera att miljön är fortfarande vid 13% O2 efter att sätta buren i; om inte, justera den.
- Regelbundet kontrollera nivån av O2 under loppet av en träning att se till att det förblir på FiO2 = 0,13 ± 0,002.
4. Normoxic miljö
- För träningspassen i normoxia, hålla löpbandet i rutan hypoxisk, men ta bort handskarna så att det är luften (FjagO2 = 0,21). Syftet är att återskapa samma utbildningsmiljö som mössen i hypoxi.
5. Supramaximal intensitet utbildning
-
Placera mössen på enskilda banor i löpbandet (vid 0° lutning) och skicka dem till följande protokoll.
- Har mössen varma upp för 5 min på 4,8 m/min, följt av 5 min vid 9 m/min.
- Ange hastigheten för spurter till 150% av den tidigare fastställda Vmax.
Obs: Typiskt, sprint hastigheten var 42,1 ± 5,5 m/min. - Träna på möss för fyra uppsättningar med 5 x 10 s spurter med 20 s vila mellan varje sprint. Interset resten är 5 min (figur 2).
Obs: Lägga till en cooldown period om den totala arbetsbelastningen under träningspasset måste matcha en annan utbildningsgrupp.
- Utföra detta utbildning 3 x per vecka, med företrädesvis 48 h mellan träningspassen.
- Använda bomullspinnar som en kompletterande metod att elchocker för att uppmuntra mössen att köra. Placera en bomullspinne i en skåra överst i körfältet, mellan musen och elektriska rutnätet, och försiktigt knuffa musen när den når baksidan av löpbandet. Detta kommer att undvika leverans av elchocker och stimulera mössen att köra på ett mjukare sätt.
6. lågintensiv träning
-
Placera mössen på enskilda banor i löpbandet (vid 0° lutning) och skicka dem till följande protokoll.
- Har mössen varma upp för 5 min på 4,8 m/min, följt av 5 min på 7,2 m/min.
- Ange hastigheten för kontinuerlig kör sessionen till 40% av den tidigare fastställda Vmax.
Obs: Vanligen var kontinuerlig löpande hastigheten 9,9 m/min. - Träna på möss för 40 min.
- Utföra detta utbildning 3 x per vecka med företrädesvis 48 h mellan träningspassen.
- Använda bomullspinnar som en kompletterande metod att elchocker för att uppmuntra mössen att köra.
7. möss dödshjälp och orgel utvinning
- I slutet av utbildning protocol och minst 24 h efter senaste inkrementella test, söva musen i en induktion kammare med isofluran (4 – 5% i O2 att inducera anestesi och 1 – 2% i 100% O2 att underhålla anestesi). Bekräfta rätt anesthetization med tass tillbakadragande reflexen (fast nypa djurets tass; anestesi anses korrekt när djuret inte reagerar på stimulans).
- Med en 25 G nål, utföra en perkutan hjärt punktering, för att samla in maximala blodvolym som tidigare beskrivits19.
- Utföra en cervikal Dislokation och ta bort huden på musen genom att skära igenom det första lagret av huden på buken med runda-tip sax och dra på de två sidorna av snittet (mot huvudet och svansen).
- Skär genom bukhinnan under bröstkorgen på vänster sida av musen med en tunn-punkt-tip sax att nå mjälte och extrahera den om det behövs.
Obs: Dissekera ut muskler om det behövs. -
Dissekera ut lungartären.
- Använda både liten sax och pincett, ta bort bröstkorgen och rensa området hjärt-lung.
- Med ”självstängande” pincett, nyp ihop hjärtat så nära som möjligt till apex och dra försiktigt för att sträcka på basen av aortabågen och lungartären.
- Använda höger hand, tillbaka infoga böjd pincett under lungartären och aorta och sedan flytta pincetten lite för att håller endast lungartären (figur 3).
- Använda vänster hand för att infoga ett annat par pincett att ersätta den med höger hand.
- Använda skarp raka microscissors i höger hand, dissekera lungartären som nära hjärtat som möjligt på ena sidan, och så långt bort som möjligt på den andra sidan.
Obs: Det spelar ingen roll vilken hand håller vilket instrument, även om vi har funnit det lättare att skära med höger hand än med vänster. - Lägg den i en 2 mL tub med kall fosfatbuffrad saltlösning (PBS) buffert och hålla på is.
-
Utföra en hela kroppen perfusion.
- På toppen av den högra nedre delen av musen, Använd pincett för att rensa ut den yttre-inre höger bäckenartären ner till rätt femoralartären (under inguinal ligament). Använda skarp raka microscissors, göra en full nedskärning av femoralartären.
- Infoga en 5 mL 25 G Spruta fylld med kall PBS i vänster kammare i hjärtat och försiktigt injicera kalla PBS ta bort återstående blodet från fartygen.
Obs: Utvinning av lungartären är det möjligt att PBS inte cirkulera hela vägen till snittet.
- Använda pincett, ta bort den mjuka vävnaden som omger aorta från vänster och höger inguinal ligament till hjärtat så grundligt som möjligt.
Obs: Hjärtat kan extraheras för ytterligare analys om det behövs. - Använda både pincett och microscissors, dissekera ut hjärtat upp till den lägsta punkten av den externa bäckenartären (i både vänster och höger ben) och placera avsnittet helt dissekerade-out i en 10 cm-diameter skål med kall PBS.
- Med hjälp av pincett eller microscissors, avsluta rengöring kvarvarande fettet runt aorta och artärerna genom att försiktigt dra eller klippte bort från fartygen.
- Använder microscissors, skär den vänstra bäckenartären vid vänster höger bäckenartären bifurkation och lagra den för vidare analys.
- Använder microscissors, skär bukaorta under den vänstra nedsatt artären, och placera extraherade fartyget i kalla PBS-bufferten på is (figur 4).
- Håll återstående rengjorda fartyget, från aortabågen till höger ovanför den vänstra nedsatt artären, i lagring för ytterligare analys.
Figur 4 : Bild av dissekerade fartygen. Extraherade fartyget från toppen av bukaorta (under den vänstra nedsatt artären) till slutet av den rätt bäckenartären, redo att placeras i kalla PBS-bufferten på is. (1), buksmärta aorta. (2) höger gemensamma bäckenartären. (3), externa bäckenartären. (4), inre bäckenartären. (5) lårbensartären. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
8. ex Vivo vaskulär funktion bedömning
Obs: En tvätt motsvarar tömning och påfyllning av kamrarna med Krebs.
- Enligt en tidigare beskrivna protokollet20, skär den isolerade lungartären, bukaorta och rätt bäckenartären segment i vaskulär ringar av 1,0 – 2,0 mm lång och montera varje ring på två 0,1 mm diameter stigbyglar passerade lumen.
- Avbryta fartyget ringarna i vertikala orgel kammare fylld med 10 mL modifierade Krebs-ringsignalen bikarbonat lösning (118.3 mM NaCl, 4,7 mM KCl, 2,5 mM CaCl2, 1,2 mM MgSO4, 1,2 mM KH2PO4, 25.0 mM NaHCO3och 11,1 mM glukos) hålls vid 37 ° C och kolsyrat med 95% O2-5% CO2 (pH 7,4). En stigbygel är förankrade den orgel kammaren botten och den andra en är ansluten till en töjningsmätaren för mätning av isometrisk styrka i gram.
- Föra fartyg till sin optimala vilande spänningen: sträcka ringarna att 0,5 g för lungartären, 1,5 g för bäckenartären och 2 g för bukaorta, och tvätta dem efter en 20 min Jämviktstiden. Upprepa stretch-Jämviktstiden-tvätten steg 1 x.
- För att testa lönsamheten för fartyg, kontrakt ringarna med 235 µL av KCl (10-1 M) för 10 min, tvätta dem för en annan 10 min och kontrakt igen med 235 µL av KCl (10-1 M) för ca 20 min tills de når en platå.
- Tvätta fartyg igen i 10 min och tillsätt 58,4 µL av indometacin (10-5 M) (en hämmare av cyklooxygenas aktivitet) i minst 20 min för att undvika eventuella störningar av endogena prostanoider.
- Lägg till kumulativa doser av fenylefrin (Phe) från 10-9 (10 µL) till 10-4 M (eller 10-9 till 10-5 M för lungartären; 9 µL för alla koncentrationer över 10-9 M) att ingå avtal fartyg.
- Efter den sista dosen av Phe, vänta ca 1 h tills fartygen nå en relativt stabil kontraktion tillstånd (platå).
- Lägg till kumulativa doser av endotel-beroende vasodilaterande acetylkolin (ACh), från 10-9 till 10-4 M (58,4 µL för 10-9 M, och växelvis 12,6 µL och 40 µL för alla koncentrationer över 10-9 M), för att inducera nitrat kväveoxid (NO)-medierad avkoppling.
- I slutet av kurvan avkoppling, tvätta fartyg i 10 min, och lägga till 58,4 µL av indometacin (10-5 M), samt 184 µL av NG-nitro-L-arginin (NLA, 10-4 M), som är en hämmare av NOS, för minst 20 min.
- Avtal fartyg igen med en unik dos av 10 µL Phe (10-5 och 10-4 M för lungartären och 10-4 M för bukaorta och bäckenartären) för 1 h, att framkalla en relativt stabil sammandragning.
- Lägga till en unik dos av 40 µL av ACh (10-4 M) tills de når en platå.
- Tvätta fartyg igen i 10 minuter innan du lägger till 58,4 µL av indometacin (10-5 M) och 184 µL av NLA (10-4 M) i 20 min.
- Avtal fartyg med 10 µL Phe (10-5 och 10-4 M) för 1 h.
- Lägg till kumulativa doser (10-9 [58,4 µL] till 10-4 M [40 µL för alla koncentrationer över 10-9 M]) av den nr givare Dietylamin (DEA) / Nej, i att kunna bedöma endotel-oberoende nr-inducerad avkopplingen.
- Vid slutet av experimentet, lagra fartygen i flytande kväve för framtida analyser om det behövs.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Vår kännedom om föreliggande studie är först att beskriva ett program av supramaximal intensitet utbildning i normoxia och hypoxi för möss. I detta protokoll sprang möss fyra uppsättningar av fem 10 s spurter med en 20 s återhämtning mellan varje sprint. Set var varvat med 5 min i återhämtningsperioder. Det var okänt huruvida möss skulle kunna upprätthålla sådant protokoll och slutföra det ordentligt. Men enligt figur 5var kroppen viktökning av möss som genomgår supramaximal intensitet utbildningen liknande till det av möss som genomgår det lågintensiv träning, både i normoxia och hypoxi.
Wellness av djuren var övervakas två gånger i veckan, använda poäng ark, baserat på följande kriterier: utseende, naturliga beteende och kroppsvikt. Var och en av dessa kriterier var graderade upp till 3 poäng och en mus med en poäng av 3 i något av dessa kriterier ansågs vara i smärta och lidande på grund av ihållande protokollet och var tvungen att bli euthanized. Ingen mus nådde någonsin en poäng av 3 under loppet av någon av de utbildning regimerna (tabell 1).
Som presenteras i inledningen, det har varit en hypotes om att supramaximal utbildning, i synnerhet när de kombineras med hypoxi, skulle framkalla en kompenserande vasodilatation. Detta fenomen syftar till att ge tillräcklig O2 till upphandlande musklerna, därigenom kompensera för obalansen mellan O2 obalansen som förstärks av kombinationen av supramaximal intensitet utbildning och hypoxi. För att undersöka denna hypotes, vi använde den andra tekniken presenteras här, ex vivo vaskulär funktion bedömning, lungartären, bukaorta och den rätt bäckenartären. Figur 6 visar dos-responskurvorna som erhållits i slutet av protokollet, om bukaorta musklick från grupputbildning med supramaximal intensitet i hypoxi. Denna graf visar hela processen av kontraktion-avslappning efter tillägg av olika farmakologiska agenter (KCL, Phe, ACh, NLA och [DEA] / No) i orgel bad.
Figur 7 visar dos-respons avkoppling kurvan för den just bäckenartären att ökande koncentrationer av ACh. De två representera grupperna är gruppen supramaximal-intensitet-i-normoxia (SupraN) och gruppen supramaximal-intensitet-i-hypoxi (SupraH). De preliminära resultaten visar att SupraH tenderade att förbättra ACh-inducerad avkoppling jämfört med SupraN, med betydande skillnader på 10-5 M och 10-4 M.
Figur 1 : Hypoxisk setup. Löpbandet är placerad inuti hemmagjord glovebox, som är kopplad till en gas-mixer. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2 : Beskrivning av supramaximal intensitet träningen. Mössen utförs fyra uppsättningar av fem 10 s spurter, varvat med 20 s vila. Interset resten var 5 min. Denna siffra är anpassad från Faiss et al.21. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3 : Schematisk representation av tekniken att hämta pulmonell aorta. (1) plats pincetten under både lungartären och aorta. (2) dra tillbaka pincetten i riktning mot nummer 2 för att hålla pincetten under pulmonell aorta bara. (3) slutpositionen för pincetten. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5 : Kropp vikt evolution under loppet av experimentet. I grönt, lågintensiv träning grupperna; i rött, de supramaximal intensitet träningsgrupper. Det var ingen signifikant skillnad mellan någon av grupperna vid alla tidpunkter (n = 4 möss per grupp; data presenteras som genomsnitt ± SD). Statistisk analys utfördes med hjälp av en upprepad åtgärd för tvåvägs ANOVA). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6 : Vaskulär funktion bedömning kurvor. Följd av kontraktion och avslappning faser inducerad i hela hela protokollet, uttryckt i gram. Representativa inspelning av variationerna i fartyget spänning som svar på de tillämpa ämnena, i en ring av bukaorta isolerade från en mus är utbildad vid supramaximal intensitet i hypoxi. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 7 : Farmakologiska Svaren av en isolerad bäckenartären preconstructed med fenylefrin (Phe) till acetylkolin (ACh). Kumulativ dos-respons avkoppling kurvan för den just bäckenartären att ökande koncentrationer av ACh (10-9 till 10-4 M). Resultaten uttrycks som genomsnitt ± SD av procentuella förändringen i den spänningen som framkallas av vasodilatorn, med n = 3 i SupraN och n = 4 i SupraH. Statistisk analys utfördes med en tvåvägs ANOVA för upprepade mätningar test. p < 0,05 vs. SupraN. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Tabell 1: typisk poäng blad av en mus utbildning med supramaximal intensitet i hypoxi. Vi använde poäng ark för att övervaka välfärd för möss. En poäng för 3 i något av kriterierna som anges (utseende, naturliga beteende och kroppsvikt) eller ett totalt betyg 5 (genom tillsats av poängen för varje kategori) innebar djuret var lidande och var tvungen att bli euthanized.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Det första syftet med denna studie var att utvärdera genomförbarheten av hypoxisk högintensiv träning hos möss och att fastställa egenskaperna som krävs av protokollet som skulle tolereras väl av möss. Avsiktligt, eftersom det finns inga data som använder supramaximal (dvs mer än Vmax) intensitet utbildning hos möss, hade vi att utföra prövningar baserat på tidigare protokoll utvecklat med idrottare, som bestod av fyra till fem uppsättningar av fem all-out spurter (ca 200% av Vmax), varvat med 20 s aktiva återvinningar, med en interset aktiv återhämtning 5 min21,22. Därför första protokollet bestod av sex uppsättningar av sex 10 s spurter på 200% av Vmax, varvat med 20 s på passiv återhämtning och med en interset passiv återhämtning 3 min, utföras fem gånger i veckan. Efter några try-out körs på 200% av den Vmax, med tanke på mössen hade problem att upprätthålla sådan en hög intensitet, beslutade vi att sänka hastigheten till 150% av den Vmax. Med som träningsintensitet, vi försökte köra möss över längden av ett fullständigt protokoll och justerat både antalet spurter inom varje uppsättning och antalet set per session. Slutligen, vi ökade tiden för återhämtning mellan seten och minskade frekvensen av träningspassen. Efter en trial-and-error metod etablerade vi en optimal slutprotokollet som är mycket lik den som används på idrottare och gjort möjligt för möss att tolerera detta supramaximal intensitet test.
Det finns en liten möjlighet att kanske prestandan hos mössen kraftigt underskattas, som observerade från stora skillnader mellan tidigare studier utnyttjar djurens övning protokoll23,24. Dock i förevarande studie, baserat på före experimentet värden, det skulle ha varit omöjligt att införa en högre relativ intensitet på djur med tanke på behovet av att komplettera hela upprepade sprint sessionen. Dessutom Vmax värden redovisas i denna studie (28,8 ± 3,7 m/min) verkar vara i intervallet av värden som tidigare rapporterats i samma C57BL/6J stam25,26,27,28. Till exempel rapporterade Lightfoot et al.25 ~ 28 m/min och Muller et al.27 värden på 28,3 m/min. Därför är vi övertygade om att supramaximal intensiteten motsvarar sprint träningsintensitet i dessa möss.
Trots kritisk hastighet (CS) har visats (1) att vara en värdefull medelvärdet för förskrivning träningsintensitet i friska människor och patienter29 och (2) bestämmas perfekt i möss23,24,30, utövandet intensitet recept baserat på bestämning av Vmax är fortfarande relevant. Det är känt att i möss, beslutsamma VO2peak och VO2max beror på protokollet, och som med människor, VO2max kan bestämmas med en ramp motion protokoll11. Eftersom syftet med föreliggande studie var att fastställa genomförbarheten av supramaximal upprepade sprint i möss, och trots betydelsen av CS, vi tror inte att använda Vmax skulle vara en brist när det gäller målen för denna studie.
Medan du observerar möss beteende, blev det klart att rutnätet electric baktill på löpbandet visserligen uppmuntras möss att köra; dock verkade det också att bidra till deras trötthet. Sannerligen hade rutnätet vältras något från det löpande bandet, mössen att generera en extra ansträngning för att komma tillbaka på banan. Vi beslutade att komplettera denna stimulering med en annan, mjukare, en, nämligen bomull svabb stimulering, vilket minskade antalet stötar emot av djuren och hindrade dem från att komma tillbaka från rutnätet till körfältet. Trots rekommendation av Kregel et al.31, det är fortfarande oklart huruvida stress reduceras med luft puff stimulering jämfört med elnätet32.
Såvitt vi vet har endast en studie använt ”sprint intervallträning”33. Men sedan den högsta intensiteten däri studie motsvarade till 75% – 80% av Vmax och sprint varaktighet var 1,5 min, det protokollet var mycket olika från nuläget (dvs 150% av Vmax; 10 s). Det var okänt huruvida supramaximal intensitet skulle tolereras av möss. I den aktuella studien tillhandahåller vi resultat som visar att djuren utvecklas mycket väl denna supramaximal intensitet utbildning, både i hypoxi och normoxia. Exempelvis visar figur 5 en ökning i kroppsvikt under utbildningsperioden liknande den som observerats i grupperna låg intensitet. På samma sätt speglar tabell 1 av välfärd med en poäng lägre än 3 i alla grupper. De fysiologiska parametrarna visar sammantaget att både hypoxi och träning med supramaximal intensitet var tolereras mycket väl av möss.
Det andra syftet med föreliggande studie var att bedöma lungartären, bukaorta och den bäckenartären, med isometrisk fartyget spänning studier20vaskulär funktion. Denna teknik gör att avgöra huruvida ingripande av intresse påverkade förmågan av fartygen till kontrakt och koppla av i svar på farmakologisk droger. I figur 7visas var bäckenartären avslappnad med ökande koncentrationer av ACh. Den observerade kurvor återspeglar en progressiv ökning av uppmjukning av fartyg, tydligare för gruppen SupraH. Om någon av de observerade kurvorna hade varit helt platt och runt 0% av avkoppling, det kan betyda att läkemedlet inte har levererats till orgel kammaren, eller att fartygen hade skadats under dissektion eller montering på stigbyglarna, eller att en av drogerna var ingen t administreras på optimal DOS eller för länge nog.
Supramaximal intensitet träningen i hypoxi överförs nu till möss och potentiellt skulle kunna användas på patologiska modeller för att förbättra olika parametrar, inklusive vaskulär funktion, som kan bedömas med isometrisk fartyget spänning studier.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har något att avslöja.
Acknowledgments
Författarna vill tacka Danilo Gubian och Stephane Altaus från Lausanne universitet Universitetssjukhuset CHUV mekaniska verkstad för att hjälpa skapa hypoxisk setup. Författarna vill även tacka Diane Macabrey och Melanie Sipion för hjälp med utbildning djuren.
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).
