Summary
Met behulp van een innovatieve grond analoge model, zijn we in staat om te simuleren een ruimtemissie met inbegrip van een reis naar (0 g) en een verblijf op Mars (0.38-g) bij ratten. Dit model zorgt voor een longitudinale beoordeling van de fysiologische veranderingen die zich voordoen tijdens de twee hypo-gravitationele fasen van de missie.
Abstract
Knaagdier grond-gebaseerde modellen worden veel gebruikt om te begrijpen van de fysiologische gevolgen van de ruimte vlucht op het fysiologische systeem en routinematig hebben gewerkt sinds 1979 en de ontwikkeling van hind ledematen lossen (HLU). Echter, omvatten de volgende stappen in de verkenning van de ruimte nu om te reizen naar Mars waar de zwaartekracht is 38% van de aardse zwaartekracht. Omdat geen mens dit niveau van gedeeltelijke zwaartekracht ervaren heeft, is een duurzaam model van de grond nodig om te onderzoeken hoe het lichaam, al aangetast door de tijd doorgebracht in microzwaartekracht, zou reageren op deze gedeeltelijke belasting. Hier, we gewend onze innovatieve gedeeltelijke gewicht dragende (PWB) model na te bootsen van een korte missie en blijf op Mars te beoordelen van de fysiologische afboekingen in de spieren van de hind-limb geïnduceerd door twee verschillende niveaus van de verminderde zwaartekracht op sequentiële wijze toegepast. Dit kan zorgen voor een veilige, op de grond gebaseerde model te bestuderen van de spier-en aanpassingen van gravitationele verandering en om doeltreffende tegenmaatregelen voor het behoud van de gezondheid en de functie van de astronauten.
Introduction
Buitenaardse streefcijfers, met inbegrip van de maan en Mars, de toekomst van menselijke ruimtevaart vertegenwoordigen, maar beide hebben aanzienlijk zwakker zwaartekracht dan de aarde. Terwijl de gevolgen van gewichtloosheid op het bewegingsapparaat zijn uitvoerig bestudeerd astronauten1,2,3,4,5 en knaagdieren6, 7 , 8 , 9, het laatste dankzij de gevestigde stuk lossen (HLU) model10, is weinig bekend over de effecten van gedeeltelijke zwaartekracht. Martian zwaartekracht is 38% van het aardoppervlak en deze planeet geworden de focus van langdurige exploratie-11; Daarom is het cruciaal om te begrijpen van de gespierde wijzigingen voordoen bij deze instelling. Om dit te doen, ontwikkeld we een gedeeltelijke gewicht dragen (PWB) systeem in ratten12, op basis van eerdere werkzaamheden in muizen6,13, waarin werd gevalideerd met behulp van zowel spieren en botten resultaten. Echter, de verkenning van Mars zal worden voorafgegaan door een langdurige periode van microzwaartekracht, die niet werd behandeld in ons eerder beschreven model12. Daarom in deze studie, we gewijzigd van ons model om na te bootsen van een reis naar Mars, bestaat uit een eerste fase van totale stuk lossing en onmiddellijk gevolgd door een tweede fase van gedeeltelijke gewicht lager op 40% van het normale laden.
In tegenstelling tot de meeste HLU modellen, kozen we voor een bekken harnas (gebaseerd op beschreven door Chowdhury et al.9) gebruiken in plaats van een schorsing van de staart om dieren comfort en te kunnen bewegen naadloos en moeiteloos van HLU naar PWB in een kwestie van minuten. In combinatie gebruikten we de kooien en schorsing apparaten dat we eerder ontwikkeld en uitgebreid12beschreven. Naast het verstrekken van betrouwbare/consistente gegevens, toonden we ook eerder aan dat de vaste bevestigingspunt van het systeem inzake schorsing in het midden van de staaf niet de dieren dat belette uit verplaatsen, verzorgen, eten of drinken. In dit artikel beschrijven we hoe uitladen van de dieren hind ledematen (zowel volledig als gedeeltelijk), controleren van bereikte zwaartekracht kwalificatieniveaus, evenals hoe functioneel beoordelen de resulterende gespierd aanpassingen met behulp van de greep kracht en natte spiermassa. Dit model zou zeer nuttig zijn voor onderzoekers willen onderzoeken de gevolgen van gedeeltelijke zwaartekracht (kunstmatige of Extra-Terrestrial) op een reeds geïnfecteerd houdings-en bewegingsapparaat, waardoor ze om te onderzoeken hoe organismen zich aanpassen aan gedeeltelijke herladen, en voor de ontwikkeling van de tegenmaatregelen die zouden kunnen worden ontwikkeld om de gezondheid te behouden tijdens en na de bemande ruimtevaart.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle methoden die hier worden beschreven zijn door de institutionele Animal Care en gebruik Comité (IACUC) van Beth Israël diaken Medical Center onder protocolnummer 067-2016 goedgekeurd.
NB: Mannelijke Wistar ratten leeftijd van 14 weken op basislijn (dag 0) worden gebruikt. Ratten zijn individueel gehuisvest in aangepaste kooien 24u voorafgaande basislijn toe voor acclimatisatie.
1. stuk lossen
Opmerking: Het bekken harnas kan worden gelegd op de narcose of wakker dieren. Hier wordt de beschrijving van het protocol op narcose dieren gegeven. Draag de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM) te behandelen dieren.
- Schakel de rat in een verdoving met 3,5% Isofluraan en een stroom van zuurstof van 2 L/min.
Opmerking: Juiste afstomping wordt bevestigd wanneer een stevige snuifje van de achterste poot is niet een reactie uitlokken. - Nadat het dier is volledig verdoofd, plaatsen de rat op de Bank met verdoving gas vanuit een neuskegel met 2% Isofluraan en een zuurstof stroom van 1,5 L/min.
- Plaats van de rat in een liggend en zet het bekken harnas op in een rostro-caudal beweging.
- Bocht het bekken harnas te verstrekken een snug passen terwijl voorzichtig Knijp zachtjes niet de hindlimbs om te voorkomen dat schaafwonden en ongemak.
- Bevestig de keten van roestvrij staal met de draaibare gesp aan de bovenkant van het bekken harnas, waarop een haak is aangesloten aan de voet van de staart.
- De rat uit narcose verwijderen en plaatsen van het dier in een aangepaste kooi met de keten uitgebreid op zijn maximum.
- Zodra de rat volledig wakker en mobiele is, verkorten de keten met behulp van de bovenste draaibare gesp, tot de achterste ledematen kan niet langer het woord.
- Observeer het dier voor een paar minuten om te beoordelen zijn comfort en zorg ervoor dat op alle tijden, beide hind ledematen blijven volledig gelost.
2. gedeeltelijke gewicht dragende
Opmerking: Deze stap kan worden gerealiseerd in zowel wakker en narcose dieren.
- Het apparaat van de schorsing HLU converteren naar een PWB schorsing door toevoeging van de driehoek-vormige deel samengesteld uit RVS kettingen en een terug staaf.
- Anesthetize het dier na de gedetailleerde regels voor de HLU (stap 1.1 en 1.2).
- Plaats van een ketting jasje van de juiste grootte op de voorpoten van de rat (M voor ratten van 400 g of lager, L voor ratten met een gewicht boven 400 g) en sluit het gebruik van de extender terug beha.
- Bevestig een gesp van de driehoek-vormige deel aan de haak ligt op de rug BH-extender en de tegenovergestelde gesp op de haak ligt op het bekken harnas aan de voet van de staart.
- Laat het dier om te herstellen van verdoving in de kooi. Eenmaal wakker is, Controleer of de schorsing gelijk op zowel de hindlimbs als de voorpoten door verkorting van de keten en wijzigen van de locatie van de bodem draaibare gesp indien nodig.
Opmerking: Deze stap kan ook worden gerealiseerd met behulp van een plaat van de kracht om te bevestigen het gelijk laden op alle ledematen. - Plaats de rat op de top van de schaal voor het opnemen van het "geladen" lichaamsgewicht, dat wil zeggen, het gewicht van het dier en het hele apparaat, zonder verkorting van de keten.
- Verkorten van de keten, totdat de schaal wordt weergegeven 40% van de "geladen" lichaamsgewicht en record het bereikte niveau van de zwaartekracht (uitgedrukt als de verhouding tussen gelost gewicht en geladen gewicht).
- Observeer het dier om ervoor te zorgen dat het gelost gewicht stabiel is en dat de rat op alle ledematen even geladen is.
- Het hele apparaat verwijderen uit de schaal met behulp van de staaf en de rat plaats terug in zijn kooi.
3. beoordeling van stuk grip kracht
- Houd de rat met een traditionele beperking door het plaatsen van één hand onder de voorpoten. Zachtjes Houd de staart met de tweede hand.
- Aanpak van de bar van de greep met de achterste poten en ervoor te zorgen dat beide poten volledig op de balk rusten.
Opmerking: Als de rat doet niet volledig grip de bar of enig bewijs van vrijwillige aangrijpend niet wordt weergegeven, enigszins laat de terughoudendheid. Als dit mislukt, de rat terug te keren naar zijn kooi en na een paar minuten opnieuw. - Trek voorzichtig de rat rechte terug tot het vrijkomen van zijn greep. Record de maximale kracht die op de transducer wordt weergegeven.
- Wacht ongeveer 30 s tussen metingen en herhaal de test 3 keer.
- Bereken het gemiddelde van de drie meetwaarden voor scoren, bij account voor vermoeidheid.
4. opname van spier natte massa
- Plaats de rat in een zaal CO2 euthanasie. Na het wachten op het juiste moment volgens de richtlijnen van de IACUC en AVMA, euthanasie te bevestigen door een visuele waarneming van een gebrek aan ademhaling.
- De rat plaats op de tafel van de dissectie in een horizontale positie en verwijder de vacht en huid gebeuren in de buurt van de enkel met behulp van kleine dissectie schaar. Gebruik de handen de huidlaag om af te trekken.
- Met behulp van kleine dissectie schaar, zachtjes breken de spier fascia en isoleren van de pees van de calcaneus.
Opmerking: De pees hielbeen is het bevestigingspunt voor zowel de soleus en de gastrocnemius spieren. - Houd de pees hielbeen met een kleine pincet en gebruik de dissectie schaar te isoleren van de gastrocnemius en soleus spieren van de musculus biceps femoris, gelegen boven.
- Het geïsoleerde, snijd het bevestigingspunt van de gastrocnemius en soleus spieren in de popliteale gebied.
- Zachtjes trekken de soleus uit de buurt van de gastrocnemius en losmaken van hen door het snijden van de pees van de calcaneus.
- Plaats de rat in een liggende positie. Zorgvuldig verwijderen van de fascia en schil de tibialis anterior van de enkel in een opwaartse beweging.
- Snijd de tibialis anterior op haar superieure bevestigingspunt.
- Noteer de exacte natte massa van elke verwijderde spier met behulp van een getarreerde precisie-schaal en een gewicht van de boot.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Profiteren van de nieuwe kooien dat we eerder ontworpen en beschreven in detail12, we een roestvrij stalen ketting gebaseerde schorsing-apparaat dat is geschikt voor zowel stuk lossen gebruikten (HLU, Figuur 1) en gedeeltelijke gewicht dragende (PWB, Figuur 2). Het cruciale voordeel van ons ontwerp is de mogelijkheid om te gaan van het ene type van lossing naar de andere in een kwestie van minuten terwijl het handhaven van een identieke omgeving voor de dieren. We gebruikten een op maat gemaakte bekken harnas (figuur 2A) die is gekoppeld aan een enkele op maat gemaakte RVS ketting met een draaibare gesp aan elke kant voor HLU. Om deze schorsing apparaat wijzigen en PWB te bereiken, is de toevoeging van een driehoek-vormige stuk van roestvast staal-keten die overgenomen van een inflexibele terug rod, ontworpen om te zitten net boven de wervelkolom (Figuur 3) de enige vereiste. Deze stappen kunnen worden uitgevoerd in wakker of narcose dieren.
Met de veelzijdige omgeving waarin dit experiment, konden wij met succes het stuk van al onze dieren geheugen voor 7 dagen zonder complicaties en hen snel bloot te stellen aan een gedeeltelijke zwaartekracht op 40% van hun normale lading (PWB40, gemiddelde bereikt zwaartekracht niveau van ± 0.4076 g 0.0036 g). Tijdens de eerste week van de totale HLU, dieren een belangrijke lichaam gewichtsverlies weergegeven (figuur 4A:-7.19 ± 0,87%, n = 9, p < 0.001), die is al getuige geweest van in andere modellen van14, en verschilt niet veel van wat we waargenomen ratten blootgesteld aan PWB40 voor dezelfde duur (-5.53 ± 1,44%, n = 10, p = 0.37). Dieren bleef echter afvallen na verloop van tijd terwijl vervolgens blootgesteld aan PWB40 (-9.06 ± 1.35% vanaf basislijn, p < 0.0001).
Stuk greep kracht is een standaard meting voor spier-functie die lengterichting kan worden gebruikt (figuur 4B). We hebben gemerkt dat een week van totale lossing geleid tot een gemiddelde daling van greep kracht van 50.16 ± 4.10% ten opzichte van baseline (p < 0.0001). Na een volgende week van gedeeltelijke gewicht dragen bij 40% van de normale laden we merkte niet een verdere verandering met betrekking tot greep kracht (-44.29 ± 4,67% ten opzichte van baseline, p < 0.0001). Op alle tijd-punten, de procentuele verandering in achterste poot greep kracht was wijkt sterk af van de leeftijd-matched controles (p < 0,0001 voor zowel dag 7 en dag 14, n = 11). Bovendien, we kunnen constateren dat na voltooiing van de studie, dieren die onderging totale lossen gevolgd door gedeeltelijke gewicht dragen (HLU-PWB40) een aanzienlijk groter greep kracht verlies in vergelijking met de PWB40 groep weergegeven (p = 0,03).
Spier natte massa werd opgenomen aan het einde van het experiment en vergeleken met gegevens verkregen na twee weken van normale lading of twee weken na de PWB40 (figuur 4C) en gegevens die eerder gepubliceerd door onze fractie12. We vonden dat de PWB40 en HLU-PWB40 groepen aanzienlijk lager hebben NAT massa van soleus (S), (G), gastrocnemius en tibialis anterior (TA) spieren dan leeftijd-matched controles (PWB100). Inderdaad, we registreerden een gemiddelde soleus massa van 0.1681 g ± 0.007 g voor onze dieren, die aanzienlijk lager dan de ratten die blootgesteld aan PWB100 voor 2 weken in onze eerdere experimenten was (-24.60 ± 3,18%, p < 0.0001). Voor de gastrocnemius, we registreerden een gemiddelde natte massa van 2.192 g ± 0.096 g (-10.55 ± 3,93%, p = 0.038 vs PWB100) en een natte massa van 0.759 g ± 0.029 g voor de tibialis anterior (-14.40 ± 3.27%, p = 0,009 vs PWB100). Terwijl onze gegevensset die belicht de dieren blootgesteld aan een Mars-missie analoge (HLU-PWB100) had een verminderde natte massa van de soleus en gastrocnemius spieren in vergelijking met de dieren blootgesteld aan PWB40 voor 2 aaneengesloten weken (-8.75 ± 3.84% en-5.85% ± 4,14%, respectievelijk), deden we een significant verschil tussen deze twee groepen niet waarnemen.
Figuur 1: beschrijving van de apparatuur van de opschorting en hoe converteren van HLU naar PWB. (A) op basis van onze vorige ontwerp, gebruikten we een aluminium staaf zit op de top van de kooi te houden een gestage schorsing apparaat bestaat uit een ring sleutel beveiligd in het midden van de staaf (pijl 1), een roestvrij stalen ketting (pijl 2), en twee draaibaar slotjes (pijlen 3). (B) om te zetten van het apparaat van de schorsing om PWB, een driehoek-vorm structuur is aangesloten met behulp van de onderste draaibare gesp. Dit stuk bestaat uit RVS kettingen en een polyvinylchloride (PVC) rug staaf die boven de rat stekel (pijl 1 zit). Aan elke kant van de rug staaf is gelegen een gesp te hechten aan de kabelboom en de jas, respectievelijk (pijl 2). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2: Hind-limb lossen met behulp van een bekken harnas. (A) voorzijde en zijkant tekeningen van de structuur van de kabelboom gebruikt ter ondersteuning van de achterste ledematen van de dieren te bekijken. (B) het bekken harnas was geplaatst zoals beschreven past snuggly rond de hind ledematen van de rat. De RVS-link is gepositioneerd over de basis van de staart en aan de draaibare gesp. De exacte locatie en vorm van het harnas kunnen variëren tussen dieren maar ratten moeten worden comfortabel en het is nodig dat hun achterste ledematen nooit de grond raken. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 3: gedeeltelijke gewicht dragende. De gedeeltelijke lossing vereist de toevoeging van een jas aan het dier ter ondersteuning van de voorste ledematen. De jas wordt dan afgesloten met een extender terug beha en een haak is aangesloten op de extender, liggen tussen de scapulae. Zowel de jas als het bekken harnas zijn gekoppeld aan slotjes gelegen aan beide uiteinden van de staaf terug. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 4: voorbeelden van longitudinale follow-up in dieren blootgesteld aan verschillende lossen. (A) lichaam gewicht (BW) verandering. Dieren werden wekelijks gewogen zonder het harnas of jassen en lichaamsgewicht werd opgenomen. PWB100 = gedeeltelijke gewicht dragen bij normale laden; PWB40 = gedeeltelijke gewicht dragen bij 40% van de normale laden; HLU-PWB40 = één week van stuk lossing gevolgd door een week van PWB40. De resultaten van de Tukey post hoc test na een gestapelde 2-way ANOVA worden gepresenteerd als *: p < 0,05, **: p < 0,01, ***: p < 0.001, en ***: p < 0,0001 vs PWB100. (B) verandering in de achterste poot greep kracht. Wekelijks, achterste poot greep kracht werd gemeten en resultaten werden uitgedrukt in de procentuele verandering van basislijn voor elk dier. De resultaten van de Tukey post hoc test na een gestapelde 2-way ANOVA worden gepresenteerd als ***: p < 0.001 en ***: p < 0,0001 vs PWB100, α: p < 0.05 vs PWB40. (C) spier natte massa na 14 dagen. Spier natte massa werd opgenomen op een schaal van precisie onmiddellijk na offer na 14 dagen. Resultaten worden gepresenteerd als percentage van de natte massa verkregen in de leeftijd-matched controlegroep (PWB100). S = Soleus; G = Gastrocnemius; TA = Tibialis anterior. De resultaten van de Tukey post hoc test na een one-way ANOVA worden gepresenteerd als *: p < 0,05, **: p < 0,01, en ***: p < 0,0001 vs PWB100. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Dit model presenteert de eerste grond analoge ontwikkeld om te onderzoeken van opeenvolgende mechanische lossen niveaus en wil nabootsen van een reis naar en verblijf op Mars.
Vele stappen van dit protocol zijn essentieel voor het welslagen en moeten grondig worden onderzocht. Ten eerste, het is cruciaal dat toezicht op het welzijn van de dieren en zorgen dat ze het behoud van een normaal gedrag (dat wil zeggen, uitvoerende taken zoals eten, rusten en verkennen), met name tijdens de PWB staat waar zij een relatief normale behouden fysiologische houding. Ten tweede, ondanks het niveau van PWB wordt uiterst stabiel na verloop van tijd en vereist minimale menselijke tussenkomst12,14, het is essentieel om te registreren de bereikte gedeeltelijke Ernst om te minimaliseren van variaties onder dieren. Bovendien, wanneer de dieren zijn overgestapt van de totale mechanische lossing tot gedeeltelijke Ernst (PWB40), weergegeven zij al in het aanzienlijke spieratrofie en verlies van functie6,9,15, die leiden voorbijgaande aard tot kan moeilijkheden bij het hervatten van viervoetig gewicht dragende gedrag en leiden tot een kortstondige onhandig gait.
Als gevolg van de variabele omgeving, kunnen verschillende problemen ontstaan en moet worden nauw opgenomen en aangepakt. Een vloeistof verschuiving doet zich bijvoorbeeld voor in de periode van de HLU dankzij de schuine ligging van het dier, hoewel het niet aanwezig zijn tijdens PWB16. In sommige gevallen vloeistof herverdeling kan leiden tot subtiele merkbaarste oedeem in het gezicht of de achterste poten, en verdwijnt doorgaans in de uren na herladen. Wij adviseren de onderzoekers te scoren de ernst van het oedeem en beoordelen het dagelijks. Als ernstig oedeem blijft bestaan voor meer dan 48 uur, dienen dieren van het experiment worden uitgesloten.
Hoewel het gebruik van een bekken harnas biedt comfort aan de dieren en meer gemak aan de onderzoeker, sommige dieren kunnen, af en toe, hetzij geheel of gedeeltelijk ontsnappen aan hun harnas tijdens HLU of PWB. We hebben het protocol van de uitsluiting gebaseerd op het eerdere werk in muizen6 waarbij elk dier dat driemaal ontsnapt is verwijderd uit de studie gevolgd. Als een terzijde zijn ontsnapt uiterst zeldzaam; in ons werk moest minder dan 1% van de dieren een periode van 1 jaar (1 dier uit 148 dieren studeerde) worden uitgesloten. De dagelijkse titratie van het PWB niveau is een cruciaal moment waar de experimentator kan zorgen voor de goede pasvorm van de jas en het bekken harnas, dus het minimaliseren van het risico van ontsnapping. Terwijl de beoordeling van gewicht en welzijn van de dieren moet dagelijks, speciale aandacht worden gebracht in het onderhoud van het bekken harnas. Terwijl site-specific haaruitval de meest voorkomende gevolg is, schuren kan worden weergegeven als het bekken harnas beschadigd is (dat wil zeggen, gekauwd). Wij adviseren de onderzoekers dagelijks het harnas conditie controleren en vervangen van onderdelen wanneer beschadigd of de gehele kabelboom wanneer nodig om te voorkomen dat het uiterlijk van de huid schuren. Welzijn moet ten minste de volgende stappen bevatten: controle van porfyrie, voedselinname, lichaamsgewicht, aanwezigheid van urine en ontlasting, haaruitval, huid schuren, oedeem.
De dieren claws kunnen ook af en toe worden gevangen in de haak-en-loop bevestiger of doek, derhalve afbreuk te doen aan hun evenwicht. Een eenvoudige en efficiënte manier om dit te voorkomen is om voorzichtig de klauwen onder verdoving trim alvorens de jas. Deze stap kan worden herhaald als nodig is in de loop van de studie.
Bijzondere aandacht moet worden besteed tijdens de overgang van HLU aan PWB. Terwijl we waargenomen dat alle dieren zijn in staat om te lopen met weinig moeite onmiddellijk na wordt geplaatst in PWB, de hoeveelheid tijd die nodig is om dezelfde hoeveelheid gewicht op zowel de voorzijde als de achterste ledematen gevarieerd onder ratten. Als een rat relatief normale gang met alle ledematen in 24 h niet aantoont, is het raadzaam dat het moet worden uitgesloten van de studie.
Dit nieuwe model ontworpen na te bootsen sequentiële gravitationele omgevingen is betrouwbaar en duurzaam na verloop van tijd. Echter enkele beperkingen bestaan en nog moeten worden aangepakt. Eerst, deze combinatie van modellen is alleen ontworpen om te beoordelen van de veranderingen die zich voordoen in de achterste ledematen van de dieren, zoals het HLU-model alleen kunstmatige microzwaartekracht op de achterste ledematen gemaakt. Deze analoge sequentiële HLU-PWB grond is dus niet geschikt om te onderzoeken voorgrond ledematen wijzigingen. In de tweede plaats over de periode van 14 dagen weergegeven onze dieren een continu maar niet-levensbedreigende verlies van gehele lichaam massa markeren de complexe aanpassing van de ratten aan gedeeltelijke lossing (figuur 4A). In onze vorige PWB rat model studie, de dieren blootgesteld aan PWB40 en PWB20 voor twee weken gepresenteerd een aanzienlijk verlies over alleen de eerste 7 dagen en herwonnen gewicht vervolgens12. Dit was waarschijnlijk wijten aan het feit dat de ratten konden aanpassen aan de viervoetig lossen na een initiële periode van aanpassing. Echter, in deze studie, de ratten nooit volledig aangepast aan de twee verschillende lossen/gedeeltelijke-herladen perioden van een week, waarschijnlijk uitleggen het duurzaam gewichtsverlies. Het zou belangrijk zijn verder uit te breiden deze periodes van volledige en gedeeltelijke-lossen om te bevestigen dat de dieren volledig kunnen aanpassen en in elke omgeving regelen. Stress niveaus zijn niet geëvalueerd in dit model nog en kon gemakkelijk worden gecontroleerd in de toekomst met regelmatige bloedmonsters met behulp van de staart die volledig toegankelijk blijft.
Onze longitudinale analyses van functie van de spier en spier massa bleek dat een week van stuk lossing veroorzaakt een enorme afname van de achterste poot greep kracht (figuur 4B) met één van onze ratten vertonen een 70% daling van de greep kracht. Niet verwonderlijk dat na 14 dagen, dieren weergegeven een aanzienlijk lagere greep kracht dan dieren die waren blootgesteld aan 14 dagen van PWB40 in onze eerdere studie12 overwegende dat de gemiddelde massa van de spieren stuk NAT niet aanzienlijk tussen verschilt de PWB40 en HLU-PWB40 groepen, we waren in staat om een sterke lineaire correlatie tussen onze 3 groepen (PWB100, PWB40 en HLU + PWB40) met betrekking tot de gemiddelde soleus massa (R2 = 0.92, p < 0.0001).
Deze resultaten bevestigen dat gedeeltelijke laden na een totale mechanische lossing compromissen spier gezondheid meer dan wat zou worden waargenomen tijdens een continue maar stabiele periode van gedeeltelijke lossing. Deze lacunes in de kennis tot nu toe is niet onderzocht. Verdere beoordeling van dit verschijnsel moet worden voortgezet teneinde doeltreffende tegenmaatregelen voorkomen spier deconditionering in het kader van een missie naar de maan of Mars. De kracht van ons model woont ook in zijn veelzijdigheid, omdat het zorgt voor een verscheidenheid van verschillende experimenten met verschillende graden van lossing en verschillende lengtes van tijd.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Dit werk werd gesteund door de National Aeronautics and Space Administration (NASA: NNX16AL36G). Auteurs bedank Carson Semple voor het verstrekken van de tekeningen die zijn opgenomen in dit manuscript.
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).
