Efterligne en plads Mission til Mars ved hjælp af Hindlimb losning og delvis vægtbærende i rotter
Summary
Ved hjælp af en innovativ jordbaserede analoge model, er vi i stand til at simulere en rummission, herunder en tur til 0 g og et ophold på Mars (0,38 g) i rotter. Denne model giver mulighed for en langsgående vurdering af de fysiologiske forandringer i de to hypo-gravitationelle faser af missionen.
Abstract
Gnavere jordbaserede modeller er almindeligt anvendt til at forstå de fysiologiske konsekvenser af space flyvning på den fysiologiske system og har været rutinemæssigt ansat siden 1979 og udviklingen af hind limb losning (HLU). Men de næste skridt i udforskningen af rummet nu omfatter rejse til Mars, hvor grovhed er 38% af jordens tyngdekraft. Da intet menneske har oplevet dette plan delvis tyngdekraften, er en bæredygtig jordbaserede model nødvendigt at undersøge, hvordan kroppen, allerede nedsat af tiden i vægtløshed, ville reagere på denne delvis belastning. Her, brugte vi vores innovative delvis vægtbærende (PWB) model til at efterligne en kort mission og bo på Mars til at vurdere de fysiologiske svækkelser i hind lemmer muskler induceret af to forskellige niveauer af reduceret tyngdekraften anvendes i sekventielle mode. Dette kunne give en sikker, jordbaserede model til at studere bevægeapparatet tilpasninger til tyngdekraften skift og at etablere effektive modforanstaltninger for at bevare astronauternes sundhed og funktion.
Introduction
Udenjordisk mål, herunder månen og Mars, repræsenterer fremtiden for menneskelig rumudforskning, men begge har betydeligt svagere tyngdekraft end jorden. Mens konsekvenserne af vægtløshed på bevægeapparatet er blevet grundigt undersøgt i astronauter1,2,3,4,5 og i gnavere6, 7 , 8 , 9, sidstnævnte takket være den veletablerede hindlimb losning (HLU) model10, er meget lidt kendt om virkningerne af delvis tyngdekraften. Martian tyngdekraften er 38% af jordens og denne planet er blevet fokus for langsigtede udforskning11; Derfor er det afgørende at forstå de muskulære forandringer, der kan opstå i denne indstilling. For at gøre det, udviklet vi en delvis vægt bærer (PWB) system i rotter12, baseret på tidligere arbejde i mus6,13, der blev valideret ved hjælp af både muskler og knogler resultater. Men udforskningen af Mars vil blive efterfulgt af en langvarig periode med vægtløshed, som ikke blev behandlet i vores tidligere beskrevne model12. Derfor, i denne undersøgelse, vi ændret vores model for at efterligne en tur til Mars, består af en første fase med total hindlimb losning og umiddelbart efterfulgt af en anden fase af delvis vægtbærende på 40% af normal belastning.
I modsætning til de fleste HLU modeller valgte vi at bruge et bækken sele (baseret på beskrevet af Chowdhury et al.9) i stedet for en hale suspension at forbedre dyrenes komfort og være i stand til at bevæge sig problemfrit og ubesværet fra HLU til PWB i løbet af få minutter. Sammen brugte vi bure og suspension enheder, vi tidligere har udviklet og beskrevet udførligt12. Ud over at give pålidelige/konsistente data, demonstreret vi også tidligere, at faste vedhæftet fil point af suspensionsordningen i centrum af stangen ikke forhindre dyrene fra bevæger sig, grooming, fodring eller drikke. I denne artikel vil vi beskrive, hvordan at læsse dyr hind lemmer (både fuldstændig og delvis), skal du kontrollere deres opnåede tyngdekraften niveauer, samt hvordan funktionelt vurdere de resulterende muskuløs ændringer ved hjælp af greb kraft og våde muskelmasse. Denne model ville være yderst nyttigt for forskere søger at undersøge konsekvenserne af delvis tyngdekraften (kunstige eller ekstra-jordbaserede) på en allerede kompromitteret bevægeapparat, hvilket giver dem til at undersøge, hvordan organismer tilpasser sig delvis genpålæsning, og for udviklingen af modforholdsregler, der kunne udvikles for at bevare sundhed under og efter bemandede rumflyvninger.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne model præsenterer den første jordbaserede analoge udviklet for at undersøge successive mekanisk aflæsning niveauer og har til formål at efterligne en rejse til og ophold på Mars.
Mange skridt i denne protokol er afgørende for at sikre dens succes og skal undersøges nøje. For det første er afgørende at overvåge dyrenes velfærd og sikre, at de er at opretholde en normal adfærd (dvs. udfører opgaver som at spise, hvile og udforske), især i løbet af PWB tilstand hvor de opre…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af National Aeronautics and Space Administration (NASA: NNX16AL36G). Forfatterne vil gerne takke Carson Semple for at give de tegninger, inkluderet i dette håndskrift.
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).
