محاكاة رحلة فضائية إلى كوكب المريخ باستخدام تفريغ اللكتات وتحمل في الفئران الوزن الجزئي
Summary
باستخدام نموذج مبتكر التماثلية القائمة على أرض الواقع، ونحن قادرة على محاكاة مهمة الفضاء بما في ذلك القيام برحلة إلى (0 ز) والبقاء على سطح المريخ (0.38 غ) في الفئران. يسمح هذا النموذج لإجراء تقييم طولية للتغيرات الفسيولوجية التي تحدث أثناء مرحلتي هيبو الجاذبية للبعثة.
Abstract
نماذج القوارض أرضية تستخدم على نطاق واسع لفهم الآثار الفسيولوجية للفضاء الطيران على نظام الفسيولوجية، وقد استخدمت بصورة روتينية منذ عام 1979 وتطوير هند أطرافهم التفريغ (لو). ومع ذلك، تتضمن الخطوات التالية في استكشاف الفضاء الآن للسفر إلى المريخ حيث تكون الجاذبية 38% الجاذبية الأرضية. حيث شهدت أي إنسان هذا المستوى من الجاذبية الجزئي، نموذج مستدام على الأرض اللازمة للتحقيق في الجسم، وضعف الفعل بالوقت الذي يقضيه في الجاذبية الصغرية، وكيف سيكون رد فعل لهذا التحميل الجزئي. هنا، كنا نموذجنا (PWB) تحمل الوزن الجزئي مبتكرة تحاكي بعثة قصيرة، والبقاء على سطح المريخ لتقييم العاهات الفسيولوجية في العضلات أطرافهم هند المستحث بمستويين مختلفين من انخفاض الجاذبية تطبق بطريقة متسلسلة. هذا يمكن أن توفر نموذجا آمنة، وأرضية لدراسة التكيفات العضلية الهيكلية إلى تغيير الجاذبية ووضع تدابير مضادة فعالة للحفاظ على صحة رواد والدالة.
Introduction
أهداف خارج كوكب الأرض، بما في ذلك القمر والمريخ، تمثل مستقبل استكشاف الفضاء البشرية، ولكن كلا من الجاذبية أضعف بشكل كبير من الأرض. وفي حين آثار انعدام الوزن على العضلي درست على نطاق واسع في رواد الفضاء1،2،3،،من45 والقوارض6، 7 , 8 , 9، هذه الأخيرة بفضل اللكتات راسخة التفريغ (لو) النموذجي10، القليل جداً يعرف عن آثار الجاذبية الجزئي. خطورة المريخ هو 38 في المائة الأرض وهذا الكوكب أصبح تركيز طويل الأجل استكشاف11؛ ومن ثم فمن الأهمية بمكان لفهم التعديلات العضلات التي قد تحدث في هذا الإعداد. للقيام بذلك، قمنا بتطوير نظام وزن جزئي واضعة (PWB) في الفئران12، استناداً إلى العمل السابق الذي قامت في الفئران6،13، والتي تم التحقق من صحتها باستخدام نتائج كل من العضلات والعظام. ومع ذلك، سيسبق استكشاف المريخ فترة طويلة من الجاذبية الصغرى، التي لم تعالج في نموذج هو موضح سابقا لدينا12. ولذلك في هذه الدراسة، غيرت نموذجنا لمحاكاة رحلة إلى المريخ، وتتألف المرحلة الأولى من مجموع اللكتات وتفريغ وتليها مباشرة مرحلة ثانية من تأثير الوزن الجزئي في 40% تحميل العادي.
خلافا لمعظم النماذج لو، اخترنا استخدام تسخير الحوض (تستند الموضحة شودري et al.9) بدلاً من تعليق ذيل لتحسين الراحة للحيوانات وتكون قادرة على الانتقال بسلاسة ودون عناء من لو إلى PWB في دقائق معدودة. بالتزامن، استخدمنا الأقفاص وأجهزة تعليق أننا وضعت سابقا وعلى نطاق واسع ووصف12. بالإضافة إلى توفير بيانات موثوقة/متسقة، أثبتنا سابقا أيضا أن النقطة مرفق ثابت لنظام التعليق في المركز قضيب لم تمنع الحيوانات من نقل، والاستمالة، والتغذية أو الشرب. في هذا المقال، ونحن سوف تصف كيفية تفريغ هند أطرافه الحيوانات (كلياً وجزئياً)، والتحقق من مستويات الخطورة المحققة، كذلك كيفية تقييم التعديلات العضلات الناتجة عن استخدام قبضة وظيفيا الرطب وقوة العضلات. ستكون مفيدة للغاية للباحثين تسعى إلى التحقيق في آثار الجاذبية الجزئي (مصطنعة أو خارج الأرض) على نظام العضلات والعظام خطر فعلا، مما يسمح لهم بالتحقيق في كيفية تكيف الكائنات الحية لهذا النموذج الجزئية إعادة شحن، ووضع التدابير المضادة التي يمكن تطويرها للمحافظة على الصحة أثناء وبعد رحلات الفضاء البشرية.
Protocol
Representative Results
Discussion
هذا النموذج يعرض التناظرية الأرضية الأولى وضعت للتحقيق في مستويات التفريغ الميكانيكي المتعاقبة ويهدف إلى محاكاة رحلة إلى والبقاء على سطح المريخ.
خطوات كثيرة لهذا البروتوكول أمرا حاسما لضمان نجاحها، وتحتاج إلى أن تدرس بعناية. أولاً، من الأهمية بمكان رصد رفاه الحيوانات وال…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيده هذا العمل بالإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء (ناسا: NNX16AL36G). المؤلف يود أن يشكر “سمبل كارسون” لتوفير الرسومات المدرجة في هذه المخطوطة.
Materials
| 10G Insulated Solid Copper Wire | Grainger | 4WYY8 | 100 ft solid building wire with THHN wire type and 10 AWG wire size, black |
| 2 Custom design plexiglass walls | P&K Custom Acrylics Inc. | N/A | 2 clear plexiglass custom wall 3/16" tick, width 12 3/16", height 18 13/16", 1 rounded slot 0.25 in of diameter located at the center top of the wall |
| 3M Transpore Surgical Tape | Fisher Scientific | 18-999-380 | Transpore Surgical Tape |
| Accessory Grasping Bar Rat | Harvard Apparatus | 76-0479 | Accessory grasping bar rat, front or hind paws |
| Analytical Scale | Fisher Scientific | 01-920-251 | OHAUS Adventurer Analytic Balance |
| Animal Scale | ZIEIS by Amazon | N/A | 70 lb capacity digital scale big top 11.5" x 9.3" dura platform z-seal 110V adapter 0.5 ounce accuracy |
| Back Bra Extenders | Luzen by Amazon | N/A | 17 pcs 2 hook 3 rows assorted random color women spacing bra clip extender strap |
| Digital Force Gage | Wagner Instruments | DFE2-010 | 50 N Capacity Digital Grip Force Meter Chatillon DFE II |
| Gauze | Fisher Scientific | 13-761-52 | Non-sterile Cotton Gauze Sponges |
| Key rings and swivel claps | Paxcoo Direct by Amazon | N/A | PaxCoo 100 pcs metal swivel lanyard snap hook with key rings |
| Lobster Claps | Panda Jewelry International Limited by Amazon | N/A | Pandahall 100 pcs grade A stainless steel lobster claw clasps 13x8mm |
| Rat Tether Jacket – Large | Braintree Scientific | RJ L | Rodent Jacket |
| Rat Tether Jacket – Medium | Braintree Scientific | RJ M | Rodent Jacket |
| Silicone tubing | Versilon St Gobain Ceramics and Plastics | ABX00011 | SPX-50 Silicone Tubing |
| Stainless Steel Chains | Super Lover by Amazon | N/A | 4.5m 15FT stainless steel cable chain link in bulk 6x8mm |
References
- Desplanches, D. Structural and Functional Adaptations of Skeletal Muscle to Weightlessness. International Journal of Sports Medicine. 18 (S4), (1997).
- Fitts, R. H., Riley, D. R., Wildrick, J. J. Physiology of a microgravity environment : Invited review : microgravity and skeletal muscle. Journal of Applied Physiology. 89, 823-839 (2000).
- Fitts, R. H., Riley, D. R., Widrick, J. J. Functional and structural adaptations of skeletal muscle to microgravity. The Journal of Experimental Biology. 204 (Pt 18), 3201-3208 (2001).
- Narici, M. V., De Boer, M. D. Disuse of the musculo-skeletal system in space and on earth. European Journal of Applied Physiology. 111 (3), 403-420 (2011).
- di Prampero, P. E., Narici, M. V. Muscles in microgravity: from fibres to human motion. Journal of Biomechanics. 36 (3), 403-412 (2003).
- Wagner, E. B., Granzella, N. P., Saito, H., Newman, D. J., Young, L. R., Bouxsein, M. L. Partial weight suspension: a novel murine model for investigating adaptation to reduced musculoskeletal loading. Journal of Applied Physiology (Bethesda, Md. : 1985). 109 (2), 350-357 (2010).
- Sung, M., et al. Spaceflight and hind limb unloading induce similar changes in electrical impedance characteristics of mouse gastrocnemius muscle. Journal of Musculoskeletal and Neuronal Interactions. 13 (4), 405-411 (2013).
- Mcdonald, K. S., Blaser, C. A., Fitts, R. H. Force-velocity and power characteristics of rat soleus muscle fibers after hindlimb suspension. Journal of Applied Physiology. 77 (4), 1609-1616 (1994).
- Chowdhury, P., Long, A., Harris, G., Soulsby, M. E., Dobretsov, M. Animal model of simulated microgravity: a comparative study of hindlimb unloading via tail versus pelvic suspension. Physiological Reports. 1 (1), e00012 (2013).
- Morey, E. R., Sabelman, E. E., Turner, R. T., Baylink, D. J. A new rat model simulating some aspects of space flight. The Physiologist. 22 (6), (1979).
- . National Space Exploration Campaign Report Available from: https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/nationalspaceexplorationcampaign.pdf (2018)
- Mortreux, M., Nagy, J. A., Ko, F. C., Bouxsein, M. L., Rutkove, S. B. A novel partial gravity ground-based analogue for rats via quadrupedal unloading. Journal of Applied Physiology. 125, 175-182 (2018).
- Ellman, R., et al. Combined effects of botulinum toxin injection and hind limb unloading on bone and muscle. Calcified Tissue International. 94 (3), (2014).
- Swift, J. M., et al. Partial Weight Bearing Does Not Prevent Musculoskeletal Losses Associated with Disuse. Medicine & Science in Sports & Exercise. 45 (11), 2052-2060 (2013).
- Morey-Holton, E. R., Globus, R. K. Hindlimb unloading rodent model: technical aspects. Journal of Applied Physiology. 92 (4), 1367-1377 (2002).
- Andreev-Andrievskiy, A. A., Popova, A. S., Lagereva, E. A., Vinogradova, O. L. Fluid shift versus body size: changes of hematological parameters and body fluid volume in hindlimb-unloaded mice, rats and rabbits. Journal of Experimental Biology. 221 (Pt 17), (2018).
