Summary
על ידי שימוש חדשני קרקעיים אנלוגי מודל, אנחנו מסוגלים לחקות משימת החלל כולל טיול (0 גרם), שהייה על מאדים (0.38 g) בחולדות. דגם זה מאפשר הערכה האורך של השינויים הפיזיולוגיים המתרחשים במהלך שני השלבים היפו-כבידה של המשימה.
Abstract
מודלים קרקעיים מכרסמים נמצאים בשימוש נרחב כדי להבין את ההשלכות הפיזיולוגיות של חלל טיסה על המערכת הפיזיולוגית, יש כבר מועסקים באופן שגרתי מאז 1979, התפתחות הינד האיבר פריקה (HLU). עם זאת, השלבים הבאים בתחום חקר החלל עכשיו לכלול לנסוע אל מאדים איפה כוח המשיכה 38% כוח המשיכה של כדור הארץ. מאז לא אנושי חוותה את רמה זו הכבידה חלקית, דוגמנית בת קיימא מבוסס על הקרקע יש צורך לחקור איך יגיב הגוף, כבר לקוי על ידי הזמן המושקע של microgravity, זה מטען חלקי. כאן השתמשנו חדשני חלקית נושאת משקל (PWB) המודל שלנו לחקות משימה קצרה ולהישאר על מאדים כדי להעריך את מגבלות פיזיולוגיות בשרירי הגפיים האחוריות המושרה על ידי שתי רמות שונות של הכבידה מופחתת מיושם בצורה סדרתית. זה יכול לספק מודל בטוח, מבוססת על הקרקע כדי ללמוד על עיבודים השלד והשרירים לשינוי הכבידה ולהקים הנגד יעיל לשמירה על בריאות ותפקוד של האסטרונאוטים.
Introduction
מטרות מחוץ לכדור הארץ, כולל הירח ועל מאדים, מייצג את עתידה של חקר החלל האנושי, אבל בשניהם יש כוח משיכה חלש יותר במידה ניכרת מאשר בארץ. בעוד ההשלכות של חוסר משקל על מערכת השלד והשרירים נחקרו בהרחבה האסטרונאוטים1,2,3,4,5 , מכרסמים6, 7 , 8 , 9, שהאחרון הודות hindlimb ומבוססת פריקה (HLU) מודל10, מעט מאוד ידוע על השפעת הכבידה חלקית. כוח-הכבידה מאדים ב-38% מקולות של כדור הארץ, הכוכב הזה הפך להיות המוקד של חקר לטווח ארוך11; לפיכך, חשוב להבין את השינוי שרירים שעלולות להתרחש בתוך הגדרה זו. לשם כך, פיתחנו מערכת הנושאת (PWB) משקל חלקי חולדות12, בהתבסס על העבודה הקודמת עכברים6,13, אשר אומתה באמצעות תוצאות שרירים ועצמות. עם זאת, חקר מאדים להיות קדמו תקופה ממושכת של microgravity, אשר לא טופלה שלנו המודל שתואר לעיל12. לכן, במחקר זה, אנו שינו את המודל שלנו לחקות טיול למאדים, המורכב השלב הראשון של hindlimb הכולל פריקה, ומיד אחריו בשלב השני של נשיאת משקל חלקית ל-40 אחוז הטעינה נורמלי.
שלא כמו רוב הדגמים HLU, בחרנו להשתמש רתמה האגן (מבוסס על המתואר על-ידי צ'אדורי et al.9) במקום השעיה זנב כדי לשפר את הנוחות של בעלי החיים, ולהיות מסוגל לנוע בצורה חלקה וללא מאמץ מ HLU כדי PWB ב עניין של דקות. בשילוב, השתמשנו הכלובים והתקנים ההשעיה כי בעבר פיתח ו תיאר בהרחבה12. בנוסף לספק נתונים אמין/עקבי, אנחנו גם בעבר הוכיח כי הנקודה החזקה קבועה של מערכת המתלים במרכז של המוט לא מנעו את החיות של העברה, טיפוח, מאכילה או שתייה. במאמר זה נתאר איך לפרוק את הגפיים האחוריות החיה (גם לגמרי וגם חלקית), ודא שלהם רמות כוח המשיכה מושגת, גם איך להעריך באופן פונקציונלי התיקונים שרירים הנוצרת באמצעות ידית כוח, רטוב מסת שריר. מודל זה יהיה מאוד שימושי עבור חוקרים המבקשים לחקור את ההשלכות של הכבידה חלקית (מלאכותי או extra-terrestrial) על מערכת השלד והשרירים שכבר נפגעה, ובכך לאפשר להם לחקור איך אורגניזמים להסתגל חלקי שטוען, ועל הפיתוח של הנגד כי ניתן לפתח כדי לשמור על בריאות במהלך ואחרי אדם בחלל.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
כל השיטות המתוארות כאן אושרו על ידי טיפול בעלי חיים מוסדיים ועל שימוש הוועדה (IACUC) של המרכז הרפואי בית ישראל מסדר הדיאקוניסות תחת פרוטוקול מספר 067-2016.
הערה: משמשים Wistar זכר עכברים בגיל 14 שבועות בנקודת ההתחלה (יום 0). חולדות מלון בנפרד בסיסית מוקדמת 24 שעות הכלובים מותאם אישית כדי לאפשר והפיזיולוגי.
1. Hindlimb פריקה
הערה: ניתן לשים את הרתמה האגן על בעלי חיים או מורדם או ער. . כאן, התיאור של הפרוטוקול ניתנת על חיות מורדם. ללבוש ציוד מגן אישי המתאים (עיקרון השוויון הפוליטי) להתמודד עם בעלי חיים.
- מקם את החולדה קופסת הרדמה ועם 3.5% איזופלוריין של זרימת חמצן 2 ל'/min.
הערה: ההרדמה המתאים הוא אישר כאשר קמצוץ המשרד הכפה האחורי לא זכה לתגובה. - ברגע החיה הוא מורדם לחלוטין, מקום העכברוש על הספסל עם הגז המרדים מגיע nosecone עם 2% איזופלוריין והזרימה חמצן של 1.5 ליטר/דקה.
- למקם את החולדה במצב שכיבה, לשים את הרתמה האגן בתנועה rostro-סימטרית.
- בעדינות לכופף הרתמה האגן כדי לספק ולהצמיד מתאים תוך נזהר לא לסחוט את hindlimbs כדי למנוע שריטות ואי נוחות.
- לצרף את שרשרת נירוסטה עם האבזם המסתובב העליון של האגן הרתמה, איפה קרס מצורפת בבסיס הזנב.
- להסיר את החולדה מן ההרדמה והמקום החיה בכלוב מותאם אישית עם השרשרת מורחב מקסימום שלה.
- ברגע העכברוש הוא ער לחלוטין, ניידים, לקצר את השרשרת באמצעות האבזם המסתובב העליון עד הגפיים האחוריות כבר לא יכולים להגיע אל הרצפה.
- להתבונן החיה לכמה דקות להעריך את הנוחות שלו זה בכלל פעמים, שני הגפיים האחוריות נשארות לפרוק לחלוטין.
2. נשיאת משקל חלקית
הערה: שלב זה ניתן למימוש בבעלי חיים ערה וגם מרדימים.
- להמיר את המכשיר הבולם HLU השעיה PWB על-ידי הוספת החלק בצורת משולש, מורכב של רשתות נירוסטה מוט בגב.
- עזים ומתנגד החיה בעקבות אותם הליכים כמפורט עבור HLU (שלבים 1.1 ו- 1.2).
- למקם ז'קט הקשר של הגודל המתאים forelimbs של העכברוש (ז על חולדות של 400 גרם או פחות, L חולדות במשקל של מעל 400 גרם) ולסגור אותו באמצעות התקן ההרחבה בגב החזייה.
- לצרף הקרס ממוקם בגב החזייה ב- extender האבזם השני על הקרס ממוקם על הרתמה האגן בבסיס הזנב אבזם אחד של החלק בצורת משולש.
- לאפשר את החיה להתאושש מן ההרדמה בכלוב. ברגע ער, ודא ההשעיה היא שווה גם את forelimbs וגם את hindlimbs באמצעות קיצור השרשרת ועריכת המיקום של האבזם המסתובב התחתון במידת הצורך.
הערה: שלב זה גם ניתן למימוש באמצעות צלחת כוח כדי לאשר טעינת שווה על כל האיברים. - מקם את העכברוש בראש הסולם כדי להקליט את משקל הגוף "טעון", קרי, המשקל של בעלי חיים לבין המנגנון כולו, ללא קיצור השרשרת.
- לקצר את השרשרת עד הסולם מציג 40% משקל הגוף "טעון" ולהקליט מושגת רמת הכבידה (המבוטא כיחס בין משקל לפרוק ומשקל טעון).
- להתבונן החיה כדי לוודא כי המשקל לפרוק היא יציבה, העכברוש נטענה באופן שווה על כל האיברים.
- להסיר את כל המתקן קנה המידה באמצעות המוט ולמקם את החולדה לכלוב.
3. הערכה של hindlimb לאחוז בכוח
- החזק את החולדה באיפוק המסורתית על-ידי הצבת יד אחת מתחת forelimbs. החזק בעדינות את הזנב עם היד השנייה.
- לגשת הבר אחיזה עם הכפות האחורי וודאו כי בשתי כפות הרגליים מונחות באופן מלא על הבר.
הערה: אם החולדה לא לאחוז באופן מלא הבר או לא מציג ראיות מרתק מרצון, מעט לשחרר הריסון. אם זה לא מוצלח, לחזור העכברוש בכלוב ונסה שנית לאחר מספר דקות. - משוך בעדינות את החולדה ישר בחזרה עד שהוא משחרר מאחיזתו. להקליט את כוח מקסימלי המוצג על המתמר.
- רגע כ-30 s בין מדידות לחזור על הבדיקה 3 פעמים.
- לחשב את הממוצע של שלוש מדידות עבור ניקוד, לחשבון על עייפות.
4. הקלטה של שריר רטוב מסה
- מקם את החולדה בחדר המתת חסד2 CO. לאחר המתנה הזמן המתאים על פי הנחיות IACUC AVMA, לאשר המתת חסד על ידי אבחנה חזותית של חוסר נשימה.
- למקם את החולדה על השולחן לנתיחה במצב של שכיבה ולהסיר את הפרווה והעור מאת אם ליד הקרסול בעזרת מספריים קטנות לנתיחה. השתמש ידיים כדי לשלוף את שכבת העור.
- בעזרת מספריים קטנות לנתיחה, בעדינות לשבור fascia שריר ולבודד הגיד calcaneus.
הערה: הגיד calcaneus היא הנקודה החזקה של הסוליה והן את שרירי הסובך. - בעוד אתה מחזיק את גיד calcaneus עם זוג מספריים קטנות, להשתמש את המספריים לנתיחה כדי לבודד את שרירי הסובך, הסוליה מ הדו-ראשי, הממוקם מעל.
- מבודדת בעבר, חותכים את נקודת הצמדה של שרירי הסובך, הסוליה באיזור popliteal.
- בעדינות משוך את הסוליה הרחק הסובך, לנתק אותם על ידי חיתוך של גיד calcaneus.
- מקם את החולדה במצב פרקדן. בזהירות הסר fascia, לקלף את השוקתי הקדמי של הקרסול תנועה כלפי מעלה.
- חותכים את השוקתי הקדמי בנקודה מצורף מעולה.
- לתעד את המסה רטובה המדויקת של כל שריר נכרת באמצעות סולם tared precision וסירה במשקל.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
מנצל הכלובים החדשים כי קודם לכן עיצבנו, תיאר בפירוט12, היינו מכשיר ההשעיה מבוססת-רשת נירוסטה מתאים גם hindlimb פריקה (HLU, איור 1) וגם חלקית-נשיאת משקל (PWB, איור 2). היתרון קריטי של העיצוב שלנו היא היכולת ללכת מסוג אחד של פריקה השני ב עניין של דקות תוך שמירה על סביבה זהים לבעלי החיים. השתמשנו רתמה האגן בהזמנה אישית (איור 2 א) שאליו מחובר שרשרת בודד נירוסטה בהזמנה אישית עם אבזם המסתובב בכל צד עבור HLU. על מנת לשנות את התקן השעיה זה ולהשיג PWB, יש התוספת של חתיכה אחת בצורת משולש של רשת נירוסטה משולב רוד גב נוקשה, שנועדה לשבת מעל עמוד השדרה (איור 3) הדרישה היחידה. ניתן לבצע שלבים אלה חיות ער או מורדם.
עם הסביבה רב-תכליתי הניתנים בניסוי זה, שנוכל בהצלחה לפרוק את hindlimb של כל החיות שלנו במשך 7 ימים ללא סיבוכים ולא במהירות לחשוף אותן הכבידה חלקית ל-40 אחוז הטעינה הרגיל שלהם (PWB40, ממוצע מושגת כוח המשיכה רמת 0.4076 g ± 0.0036 g). במהלך השבוע הראשון של HLU הכולל, בעלי חיים מוצגים הגוף משמעותית במשקל (איור 4A:-7.19% ± 0.87%, n = 9, p < 0.001), אשר חוותה בשני מודלים14, אינו שונה באופן משמעותי מכל מה שראינו ב- חולדות חשוף PWB40 לשעתיים (-5.53% ± 1.44%, n = 10, p = 0.37). עם זאת, בעלי חיים המשיך לרדת במשקל לאורך זמן תוך לאחר מכן נחשפים PWB40 (-9.06% ± 1.35% מקו, p < 0.0001).
Hindlimb ידית כוח היא מדידה סטנדרטית של תפקוד השרירים יכול לשמש longitudinally (איור 4B). שמנו לב לשבוע של סה כ פריקה הובילה ירידה הממוצע כוח אחיזה של 50.16% ± 4.10% לעומת בסיסית (p < 0.0001). אחרי שבוע לאחר מכן אחד נושאת ב 40% טעינה נורמלי משקל חלקית, אנחנו לא הבחין כל עוד שינוי לגבי כוח אחיזה (-44.29% ± 4.67% בהשוואה בסיסית, p < 0.0001). כל הזמן-נקודות, השינוי באחוזים בכוח את האחיזה כף הרגל האחורית היה שונה באופן מהותי מן הפקדים מתאימים-גיל (p < 0.0001 ביום 7 וגם יום 14, n = 11). בנוסף, ראינו כי לאחר סיום המחקר, בעלי חיים שעברו הכוללת פריקה ואחריו נושאת (HLU-PWB40) משקל חלקי להציג לאובדן כוח אחיזה גדול יותר באופן משמעותי בהשוואה לקבוצה PWB40 (p = 0.03).
שרירים המוני רטוב שנרשם בסוף הניסוי, לעומת הנתונים שהתקבלו לאחר שבועיים של טעינה רגילה או שבועיים של PWB40 (איור 4C) ונתונים שפורסמו קודם לכן על ידי שלנו קבוצה12. מצאנו כי הקבוצות PWB40 ו- HLU-PWB40 יש באופן משמעותי נמוך יותר רטוב מסה של הסוליה (S), הסובך (ז), ואת השרירים השוקתי הקדמי (TA) מאשר פקדים מתאימים-גיל (PWB100). אכן, הקלטנו את המוני של הסוליה הממוצע ± 0.1681 g g 0.007 לבעלי שלנו אשר היה נמוך באופן משמעותי משל החולדה חשופים PWB100 ב 2 שבועות בניסויים הקודמים שלנו (-24.60% ± 3.18%, p < 0.0001). עבור הסובך, הקלטנו המסה רטובה הממוצע של 2.192 g ± 0.096 g (-10.55% ± 3.93%, p = 0.038 vs PWB100), גוש רטוב של 0.759 g ± 0.029 g עבור השוקתי הקדמי (-14.40% ± 3.27%, p = 0.009 vs PWB100). בזמן שלנו ערכת נתונים מודגש כי החיות נחשפים אנלוגי למאדים (HLU-PWB100) היה לי גוש רטוב ירידה של הסוליה שרירי הסובך לעומת החיות חשופים PWB40 ב 2 שבועות רציפה (-8.75% ± 3.84% ל--5.85% ± 4.14%, בהתאמה), אנו מבחינים לא הבדל משמעותי בין שתי הקבוצות הללו.
איור 1: תיאור של המכשירים ההשעיה וכיצד להמיר מ HLU ל- PWB. (א) מבוסס על העיצוב הקודם שלנו, השתמשנו של מוט אלומיניום יושב על הכלוב להחזיק השעיה קבוע המכשיר המורכב צרור מפתחות מאובטחות במרכז המוט (חץ 1), שרשרת נירוסטה (חץ 2), ולא שניים המסתובב אבזמי (חיצים 3). (B) כדי להמיר את המכשיר הבולם להשגת PWB, מבנה בצורת משולש מחובר באמצעות התחתון המסתובב האבזם. יצירה זו מורכבת רשתות נירוסטה מוט גב פוליוויניל כלוריד (PVC) שיושב מעל עמוד השדרה של החולדה (חץ 1). בכל צד של המוט האחורי הוא ממוקם אבזם כדי לצרף את הרתמה, הז'קט, בהתאמה (חץ 2). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2: הינד האיבר פריקה באמצעות רתמה אגן. (א) קדימה והצידה להציג ציורים של המבנה לרתום המשמשת לתמיכה הגפיים האחוריות של בעלי החיים. (B) הרתמה האגן הוצב כמתואר כדי להתאים מתכרבלת סביב הגפיים האחוריות של העכברוש. הקישור פלדת אל-חלד יונח מעל בסיס הזנב, המצורפת האבזם המסתובב. המיקום המדויק ואת צורת הרתמה יכול להשתנות בין חיות אבל חולדות אמור להיות נוח, זה הכרחי כי הגפיים האחוריות שלהם לעולם לא לגעת באדמה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3: נשיאת משקל חלקית. פריקת חלקית דורש התוספת של ג'קט לחיה על מנת לתמוך את הגפיים קבלה. הז'קט נסגר אז עם הרחבה של חזיית גב, קרס מחובר ב- extender, שוכב בין השכם. הז'קט והן את הרתמה האגן מחוברים אבזמי ממוקם בקצה אחד של המוט האחורי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 4: דוגמאות מעקב האורך אצל בעלי חיים שנחשפו לרמות פריקה שונות. (א) הגוף משקל שינוי (BW). חיות נשקלו שבועי ללא המשקל רתמה או מעילים וגוף הוקלט. PWB100 = משקל חלקי הנושאת על טעינה נורמלי; PWB40 = משקל חלקי הנושאת ל-40 אחוז הטעינה נורמלי; HLU-PWB40 = שבוע אחד hindlimb פריקה ואחריו שבוע אחד של PWB40. תוצאות הבדיקה לאחר הוק של Tukey בעקבות של 2-way ANOVA מוערם המוצגים כדמויות *: p < 0.05, * *: p < 0.01, * * *: p < 0.001, ו * * *: < 0.0001 p vs PWB100. (B) שינוי כוח אחיזת כף הרגל האחורית. כפת שבועי, אחורי לאחיזה כוח נמדד, התוצאות היו לידי שינוי מקו עבור כל חיה. תוצאות הבדיקה לאחר הוק של Tukey בעקבות של 2-way ANOVA מוערם המוצגים כדמויות * * *: p < 0.001 ו * * *: vs < 0.0001 p PWB100, α: p < 0.05 vs PWB40. (ג) השריר רטוב מסה לאחר 14 יום. שרירים המוני רטוב הוקלט על סולם precision מיד לאחר ההקרבה-14 ימים. התוצאות מוצגים אחוזים של המסה רטובה שהושגו בקבוצת הביקורת מתאימים-גיל (PWB100). S = הסוליה; G = הסובך; טה = השוקתי הקדמי. תוצאות הבדיקה לאחר הוק של Tukey בעקבות חד-כיווני אנובה מוצגות כחלק *: p < 0.05, * *: p < 0.01, ו * * *: < 0.0001 p vs PWB100. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
מודל זה מציג את הראשונה מבוססת על הקרקע אנלוגי שפותחו כדי לחקור לרמות רצופים לפריקת מכני, שואף לחקות טיול ולהישאר על מאדים.
שלבים רבים של פרוטוקול זה הם קריטיים כדי להבטיח את הצלחתה עליך להיבדק באופן הדוק. ראשית, חשוב לפקח על רווחתם של בעלי החיים ולהבטיח כי הם שמירה על התנהגות נורמלית (קרי, וביצוע משימות כגון אכילה, נח, חקר), במיוחד במהלך המדינה PWB איפה הם שומרים נורמליים יחסית תנוחה פיזיולוגית. שנית, למרות שרמת PWB להיות מאוד יציב לאורך זמן, הדורשים התערבות אנושית מינימלית12,14, זה חיוני כדי להקליט הכובד חלקית מושגת למזער וריאציות בין בעלי חיים. בנוסף, כאשר בעלי חיים הם מעבר מיגדרי כתוצאה מפירוק מכני הכולל כוח משיכה חלקית (PWB40), הם כבר מציגים ניוון שרירים ניכר ואובדן של הפונקציה6,9,15, מה שעשוי לגרום ארעי קשיים חידוש quadrupedal התנהגות נושאת משקל ובעקבותיהן שכזאת מביך רגעית.
בשל הסביבה משתנה, מספר בעיות יכול להיווצר צריך להיות מקרוב הקליט, התייחס. לדוגמה, משמרת נוזלים מתרחשת במהלך תקופת HLU עקב המיקום משופע של החיה, אמנם זה לא נוכח בזמן PWB16. במקרים מסוימים, לחלוקת נוזלים יכולים לגרום הבולטת ביותר עדין בצקת הפנים או את הכפות האחורי, נעלם בדרך כלל בשעות בעקבות טעינה מחדש. אנו מייעצים החוקרים כדי לצבור את חומרת הבצקת להעריך אותו מדי יום. אם הבצקת החמורה נמשכת מ- 48 שעות, חיות לא להיות כלולים הניסוי.
בעוד השימוש רתמה האגן מספק נוחות בעלי חיים, נוחות לחוקר, כמה חיות עשויה, לעתים, גם לחלוטין או באופן חלקי לברוח מן לרתום שלהם במהלך HLU או PWB. עקבנו פרוטוקול הדרה בהתבסס על העבודה הקודמת עכברים6 שבו כל חיה שבורח שלוש פעמים יוסר מן המחקר. בתור הערה צדדית, בריחה הם נדירים ביותר; העבודה שלנו היו פחות מ 1% של בעלי חיים ייכללו במשך שנה אחת (1 החיה חיות 148 למד). טיטרציה יומי של רמת PWB זהו רגע מכריע בו הנסיין יכול להבטיח להתאמה של המעיל והן את הרתמה האגן, ולכן מזעור הסיכון של בריחה. בעת הערכת משקל ורווחה של בעלי החיים צריך לשים שיקול מדי יום, מיוחד תוך שמירה על הרתמה האגן. בעוד בייעודי לאתר אובדן שיער הוא התוצאה הנפוצה ביותר, שחיקה יכולים להופיע אם הרתמה האגן פגום (קרי, לעס). אנו ממליצים חוקרים כדי לבדוק כל יום את מצב לרתום ולהחליף רכיבים כאשר פגום או הרתמה כולו בעת הצורך כדי למנוע את המראה של העור שחיקה. רווחה לפחות לכלול את השלבים הבאים: פיקוח על משקל הגוף, פורפיריה, צריכת המזון, נוכחות של שתן וצואה, נשירת שיער, עור שחיקה, בצקת.
להיות לכודים טפרים החיות מפעם לפעם קרס ולופ תופסן או בד, לפיכך להתפשר על האיזון שלהם. דרך פשוטה ויעילה כדי למנוע זאת היא בעדינות לקצץ ציפורניים תחת הרדמה לפני הצבת את הז'קט. ניתן לחזור על שלב זה בעת הצורך במהלך הלימודים.
תשומת לב מיוחדת צריכה להיות משולם במהלך המעבר מן HLU PWB. בעוד הבחנו כי כל בעלי החיים הם מסוגלים ללכת עם קושי קלה מיד לאחר שיוצבו PWB, משך הזמן הנדרש כדי לשים את אותה כמות של משקל הן בחזית והן את הגפיים האחוריות מגוונים בקרב חולדות. אם עכברוש לא להוכיח הילוך רגיל יחסית באמצעות כל האיברים ב- 24 שעות, מומלץ שזה לא להיות כלולים במחקר.
מודל זה הרומן כחיקוי רציפים סביבות הכבידה הוא בר קיימא ואמין לאורך זמן. עם זאת, מספר מגבלות קיים, עדיין יהיה צורך לטפל. ראשית, שילוב זה של דגמים נועד רק כדי להעריך את השינוי המתרחשים בגפיים האחוריות של בעלי החיים, כמו הדגם HLU רק יוצרת microgravity מלאכותיים על הגפיים האחוריות. לכן, זו מבוססת על הקרקע רציפים HLU-PWB אנלוגי אינה מתאימה לחקור קידמה בגפיים שינויים. שנית, במשך תקופה 14 יום, החיות שלנו מוצגים רציפה אך ללא סכנת חיים איבוד מסה לכל הגוף המדגיש את כוונון מחדש מורכבים של חולדות חלקית פריקה (איור 4A). במחקר שלנו הקודם PWB עכברוש מודל, החיות חשוף PWB40 ו- PWB20 עבור שבועיים הציג לאובדן משמעותי מעל רק 7 הימים הראשונים, חזרה משקל לאחר מכן12. נבע ככל הנראה בשל העובדה כי העכברים היו מסוגלים להסתגל פריקת quadrupedal לאחר תקופה ראשונית של הסתגלות. עם זאת, במחקר זה, החולדות בהתאמה לעולם לא מלאה שני פריקה/חלקית-טעינה מחדש של תקופות שונות של שבוע אחד כל אחת, סביר להניח להסביר את הירידה במשקל לאורך זמן. זה יהיה חשוב על מנת להרחיב אלה תקופות מלא ולא חלקי-פריקה כדי לאשר כי בעלי חיים ניתן להתאים באופן מלא יכנסו כל סביבה. רמות הלחץ לא הוערכו במודל זה עדיין, יכול בקלות להיות במעקב בעתיד באמצעות דגימה דם רגיל באמצעות הזנב הנשאר נגיש לחלוטין.
שלנו הערכות האורך של תפקוד השרירים, שריר המוני הראו לשבוע של פריקה hindlimb נגרמת ירידה עצומה בחיל אחיזת כף הרגל האחורית (איור 4B) עם אחד שלנו חולדות מפגין 70% צמצום כוח אחיזה. באופן לא מפתיע, אחרי 14 יום בעלי חיים מוצגים כוח אחיזה נמוך משמעותית מאשר כי נחשף ל-14 ימים של PWB40 שלנו המחקר הקודם12 ואילו הממוצע תרטיב ומסת השרירים hindlimb חיות לא שונות באופן משמעותי בין קבוצות PWB40 ו- HLU-PWB40, היינו מסוגלים ליצור מתאם לינארי חזק בין 3 הקבוצות שלנו (PWB100, PWB40 ו- HLU + PWB40) בנוגע הסוליה הממוצע בנפח גדול (R2 = 0.92, p < 0.0001).
תוצאות אלו מאשרים את חלקי טעינת בעקבות הכולל מכני לפריקת פשרות שריר בריאות יותר מאשר מה תיענה במהלך תקופה רציפה אך יציב של פריקה חלקית. עד עכשיו, זה פער בידע לא נחקר. הערכה נוספת של תופעה זו צריך להיות נרדף על מנת לפתח אמצעי יעיל נגד מניעת שריר deconditioning בהקשר של שליחות הירח או המאדים. כוחו של המודל שלנו שוכן גם צדדיות שלה שכן היא מאפשרת מגוון ניסויים שונים עם מספר דרגות טעינה ועבור ומחציתם.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים אין לחשוף.
Acknowledgments
עבודה זו נתמכה על ידי הלאומית לאווירונאוטיקה וחלל מינהל החלל (נאס א: NNX16AL36G). מחברים רוצה להודות Semple קרסון למתן את הציורים הכלולים כתב היד הזה.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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), S259-S264 (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), S23-4 (1979).
- NASA. 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).
