מחקה משימת החלל למאדים באמצעות Hindlimb פריקה חלקית משקל הנושאת בחולדות
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.
Protocol
Representative Results
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 התנהגו…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| 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).
