Подражая космического полета на Марс с использованием разгрузки задних конечностей и частичного веса подшипника в крыс
Summary
С помощью инновационной модели аналогового наземного базирования, мы способны имитировать космической миссии, включая поездки (0 g) и пребывания на Марсе (0,38 г) в крыс. Эта модель позволяет продольная оценки физиологических изменений, происходящих на двух этапах гипо гравитационные миссии.
Abstract
Грызун наземного базирования модели широко используются понять физиологические последствия космического полета на физиологические системы и регулярно применялись с 1979 года и развитие задних конечностей выгрузки (HLU). Однако последующие шаги в освоении космоса теперь включают поездки на Марс, где гравитация это 38% земной гравитации. Поскольку ни один человек не пережил этот уровень частичной гравитации, устойчивого земле-модель на основе необходимо исследовать, как тело, уже подорваны время, проведенное в условиях микрогравитации, будет реагировать на этой частичной нагрузки. Здесь мы использовали наши инновационные частичной-несущие (ПРБ) модели имитируют короткой миссии и остаться на Марсе оценить физиологические расстройства в мышц задних конечностей, индуцированных два различных уровня снижения тяжести, применяется в последовательном порядке. Это может предоставить модель Сейф, наземные исследования опорно-приспособления для гравитационных изменений и установить эффективные контрмеры для сохранения здоровья и функции астронавтов.
Introduction
Внеземной целей, в том числе на Луну и Марс, представляют собой будущее человека космоса, но оба имеют значительно более слабой гравитации, чем Земля. В то время как последствия невесомости на опорно-двигательный широко изучены в астронавты1,2,3,,45 и грызунов6, 7 , 8 , 9, последний благодаря устоявшейся задних конечностей выгрузки (HLU) модель10, очень мало известно о последствиях частичного гравитации. Марсианская гравитация это 38% земли и эта планета стала в центре внимания долгосрочной разведки11; Следовательно важно понять мышечные изменения, которые могут возникнуть в этой обстановке. Чтобы сделать это, мы разработали систему частичного веса подшипника (ПРБ) крыс12, на основе предыдущей работы, проделанной в мышей6,13, которая была проверена с помощью мышц и костей результатов. Однако исследования Марса будет предшествовать длительный период микрогравитации, который не был рассмотрен в нашем ранее описанных модель12. Таким образом в этом исследовании, мы изменили нашу модель, чтобы имитировать путешествие к Марсу, состоит из первой фазы выгрузки всего задних конечностей и сразу после второй этап частичного веса подшипника на 40% нормальной загрузки.
В отличие от большинства HLU моделей мы решили использовать таза упряжи (на основе описанной Чоудхури et al.9) вместо хвоста подвеска для улучшения комфорта животных и иметь возможность двигаться плавно и легко от HLU к ПРБ в считанные минуты. Совместно мы использовали клетки и устройства подвески, что мы ранее разработал и подробно описал12. Помимо надежного/последовательных данных, мы ранее также продемонстрировал, что фиксированная крепления точки подвески в центре стержня не мешает животных от перемещения, уход, кормление или пить. В этой статье мы расскажем как выгрузка животных задних конечностей (как полностью, так и частично), проверить их уровнях достигнуты гравитации, а также как функционально оценить полученный мышечные изменения с помощью ручек силы и мокрой мышечной массы. Эта модель будет чрезвычайно полезным для исследователей, стремящихся расследовать последствия частичной гравитации (искусственные или внеземной) на уже ослабленной костно-мышечной системы, тем самым позволяя им расследовать как организмов приспособиться к частичной перегрузочные и для разработки контрмер, которые могут быть разработаны для поддержания здоровья во время и после полетов человека в космос.
Protocol
Representative Results
Discussion
Эта модель представляет первый аналог наземного базирования развитых расследовать последовательные уровни механическая разгрузка и стремится подражать поездку и остаться на Марсе.
Многие шаги настоящего Протокола имеют решающее значение для обеспечения ее успеха и н…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Национальным управлением по аэронавтике и космическому пространству (НАСА: NNX16AL36G). Авторы хотели бы поблагодарить Карсон Семпл за предоставление чертежей, включенные в этой рукописи.
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).
