Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Özet

Yenilikçi bir yere tabanlı analog modeli kullanarak, biz (0 g) bir gezi ve bir konaklama Mars (0.38 g) de, fareler gibi bir boşluk göreve simüle etmek edebiliyoruz. Bu modeli görevi iki hipo-çekim aşaması sırasında meydana gelen fizyolojik değişiklikler boyuna bir değerlendirmesine olanak sağlar.

Abstract

Kemirgen yer temelli modelleri alan fizyolojik sonuçlarını fizyolojik sistemde uçuş ve 1979 yılından bu yana düzenli olarak istihdam ve hind gelişimi uzuv boşaltma (HLU) anlamak için yaygın olarak kullanılır. Ancak, uzay araştırmaları şimdi sonraki adımda yerçekimi Dünya’nın yerçekimi % 38 nerede Mars’a seyahat için ekleyin. Bu yana hiçbir insan kısmi yerçekimi bu düzeyde yaşadı, sürdürülebilir bir yer temelli model vücut zaten mikrogravite içinde harcanan zaman tarafından bozulmuş, bu kısmi yük nasıl tepki vereceğini araştırmak gereklidir. Burada, bizim yenilikçi kısmi ağırlık taşıyan (PWB) model kısa bir görev taklit ve düşük yerçekimi sıralı biçimde uygulanan iki farklı düzeyde tarafından indüklenen arka bacak kasları fizyolojik bozukluklar değerlendirmek için Mars üzerinde kalmak için kullanılır. Bu kas-iskelet uyarlamalar yerçekimi değiştirmek için çalışma ve astronotların sağlık ve işlev korumak için etkili önlemler kurmak için bir güvenli, yer temelli model sağlayabilir.

Introduction

Dünya dışı hedefleri, ay ve Mars, dahil olmak üzere insan uzay araştırmaları geleceği temsil, ama her ikisi de önemli ölçüde zayıf yerçekimi dünya daha var. Kas-iskelet sistemi üzerinde ağırlıksız sonuçlarını kapsamlı astronotlar^1,2,3,4,5 ve kemirgenler^6, incelenmiştir iken ^{7 , 8 , 9}, ikinci sayesinde köklü hindlimb boşaltma (HLU) model¹⁰, kısmi yerçekimi etkileri hakkında çok az bilinmektedir. Mars yerçekimi Dünya’nın % 38 ve bu gezegen uzun vadeli keşif¹¹odak noktası haline gelmiştir; Bu nedenle, bu ayarda oluşabilecek kas değişiklikleri anlamak çok önemlidir. Bunu yapmak için bir kısmi ağırlığı (PWB) taşıyan sistem sıçan¹²hangi kas ve kemik sonuçları kullanarak doğrulandı fareler^6,13‘ te, önceki işin temel ‘ geliştirdi. Ancak, Mars keşif bizim yukarıda açıklanan model¹²‘ giderilmeyen mikrogravite uzun bir süre önünde. Bu nedenle, bu çalışmada biz Mars bir turu taklit etmek için bizim modeli değiştirilmiş, toplam hindlimb boşaltma ilk aşaması oluşur ve normal yükleme % 40’ını, kısmi ağırlık taşıyan ikinci faz tarafından hemen ardından.

En HLU modelleri farklı olarak (Chowdhury vd.⁹‘ da açıklanan bağlı olarak) bir pelvik koşum takımı bir kuyruk süspansiyon hayvanların konfor geliştirmek ve sorunsuz bir şekilde hareket edebilmek için yerine ve zahmetsizce HLU PWB için birkaç dakika seçtik. Birlikte, biz kafesleri ve daha önce geliştirilen ve geniş biçimde anlatılmıştır¹²süspansiyon cihazlar kullanılır. Güvenilir/tutarlı veri sağlamaya ek olarak, biz de daha önce sabit eki noktası çubuk Merkezi süspansiyon sisteminin taşımasını, bakım, besleme veya içme hayvanlar önlemek değil gösterdi. Bu makalede, nasıl (tamamen ve kısmen) hayvanların arka bacaklarda kaldırma, işlevsel olarak tutuş kullanarak elde edilen kas değişiklikler değerlendirmek için kuvvet ıslak kütle kas ve nasıl onların elde yerçekimi, de doğrulayın anlatacağım. Bu model zaten güvenliği aşılan bir kas-iskelet sistemi üzerinde kısmi yerçekimi (yapay veya Extra-Terrestrial) sonuçlarını araştırmak isteyen araştırmacılar böylece onları nasıl organizmalar uyum araştırmak izin için son derece yararlı olacaktır Kısmi yeniden yükleme ve sırasında ve sonrasında insan uçuşunda sağlığını korumak için geliştirilebilir karşı önlemler geliştirilmesi için.

Protocol

Tüm yöntem tanımlamak burada protokol numarası 067-2016 altında kurumsal hayvan bakım ve kullanım Komitesi (IACUC) Beth Israel Deaconess Tıp Merkezi tarafından kabul edildi. Not: temel (0 gün) adlı 14 hafta fareler yaşlı erkek Wistar kullanılır. Fareler tek tek özel kafesleri 24 saat önceden temel calıştıkları için izin vermek için yerleştirilmiştir. 1. Hindlimb boşaltma Not: Pelvik koşum takımı imzalat ya da uyanık hayvanlar üzerinde koyabilirsiniz. Burada, protokol açıklaması imzalat hayvanlar üzerinde verilir. Uygun kişisel koruyucu ekipman (PPE) hayvanlar işlemek için giymek. Fareyi % 3,5 isoflurane ve 2 L/min bir oksijen akışı bir anestezi kutusu yerleştirin.Not: arka pençe sağlam bir tutam bir tepki temin etmez zaman uygun anesthetization doğrulandı. Bir kez belgili tanımlık hayvan tam anestezi, fareyi bankta anestezik gaz nosecone % 2 isoflurane ve 1, 5 L/min bir oksijen akışı ile gelen yerleştirin. Fareyi yüzükoyun sígara yerleştirin ve rostro Kaudal hareketinde pelvik koşum takımı giy. Yavaşça bend dikkatli olurken pelvik koşum bir rahat sağlamak için uygun değil abrazyon ve rahatsızlık önlemek için hindlimbs sıkmak. Paslanmaz çelik zincir döner toka ile pelvik koşum bir kanca kuyruk tabanında nereye bağlı, üst iliştirin. Fareyi anesteziden çıkarın ve onun en yüksek seviyede genişletilmiş zinciri ile özel bir kafes içinde hayvan yerleştirin. Bir kez tam olarak uyanık ve mobil faredir, hind bacaklarda artık yere ulaşana kadar üst döner toka kullanarak zinciri kısaltın. Tamamen boş kalır hayvan onun konfor değerlendirmek ve bu kez, her iki arka bacaklarda hiç emin olmak bir kaç dakikalığına gözlemlemek. 2. kısmi ağırlık taşıyan Not: Bu adımı uyanık ve imzalat hayvanlarda gerçekleştirilebilir. HLU süspansiyon aygıt PWB süspansiyon arka paratoner ve paslanmaz çelik zincir oluşan üçgen şeklindeki bölüm ekleyerek dönüştürmek. HLU (Adım 1.1 ve 1.2) için aynı yordamları detaylı olarak takip hayvan anestezi. Uygun büyüklükte bir urgan ceket ön ayakları sıçan (400 g veya alt, L 400 gr ağırlığında fareler için fareler için M) yerleştirin ve arka sutyen extender kullanarak kapatın. Üçgen şeklindeki Bölümü’nün bir toka arka sutyen extender ve ters toka pelvik koşum takımı kuyruk dibinde bulunan kanca üzerinde bulunan kanca iliştirin. Hayvan içinde belgili tanımlık kafes anestezi kurtarmak izin verir. Sonra uyanık, süspansiyon zincir kısalma ve gerekirse alt döner toka konumunu değiştirme ön ayakları ve hindlimbs üzerinde eşit olduğundan emin olun.Not: Bu adım tüm uzuvların üzerinde eşit yükleme onaylamak için bir kuvvet plaka kullanılarak da gerçekleştirilebilir. Yani, “yüklü” vücut ağırlığı kaydetmek için ölçek ağırlığı hayvan ve tüm cihazları, üzerine fare zinciri kısaltma olmadan yerleştirin. Ölçek “yüklü” vücut ağırlığı ve kaydı elde % 40’ını görüntüleyinceye kadar zinciri kısaltmak yerçekimi düzeyi (boş ağırlığı ve yüklü ağırlığı arasındaki oran olarak ifade edilir). Boş ağırlığı kararlı ve fare aynı derecede tüm uzuvların yüklenir emin olmak için hayvan gözlemlemek. Çubuk kullanarak ölçeğin tüm cihazları çıkarın ve fareyi onun kafes geri yerleştirin. 3. hindlimb değerlendirilmesi kavrama gücü Geleneksel bir kısıtlama fareyle ön ayakları altında bir el koyarak tutun. Yavaşça ikinci el ile kuyruk tutun. Arka pençeleri olan tutuş çubuk yaklaşım ve her iki pençeleri tam çubuğunda bulunmadığından emin olun.Not: fare tam bar kavrama değil veya gönüllü sürükleyici herhangi bir kanıt görüntülemez, biraz kısıtlama bırakın. Bu başarısız olursa, fareyi onun kafes dönmek ve birkaç dakika sonra yeniden deneyin. Yavaşça geri onun kavrama bültenleri kadar fareyi düz çekin. Dönüştürücü üzerinde görüntülenen maksimal kuvvet kaydedin. Bekle yaklaşık 30 s ölçümler ve tekrar testi 3 kez arasında. Yorgunluk için hesabına puanlama için üç ölçüm ortalamasını hesaplamak. 4. kayıt kas kütlesi ıslak Fareyi bir CO2 ötenazi odaya koyun. IACUC ve travma yönergelere uygun saat bekledikten sonra ötenazi nefes eksikliği görsel bir gözlem tarafından onaylayın. Fareyi yüzükoyun diseksiyon tabloda yer ve çıkarmak belgili tanımlık kürk ve deri küçük diseksiyon makası kullanarak ayak bileği incising tarafından. Cilt katman yapmak için elini kullan. Küçük diseksiyon makası kullanarak, yavaşça kas fasya kırmak ve calcaneus tendon yalıtır.Not: Calcaneus tendon eki soleus ve gastroknemius kas noktasıdır. Calcaneus tendon cımbız küçük bir çift ile tutarak, diseksiyon makası gastroknemius ve soleus kas pazı kemiği, yukarıda yer alan gelen belirlemek için kullanın. Bir zamanlar eki noktası popliteal bölgede gastroknemius ve soleus kaslarının kesti. Yavaşça gastroknemius uzak soleus çekin ve onları calcaneus tendon keserek ayırmak. Fareyi sırtüstü pozisyonda yerleştirin. Dikkatle fasya kaldırmak ve yukarı doğru bir hareket içinde ayak bileği ön tibialis soyma. Tibialis anterior onun üstün eki noktada kesmek. Bir şeytan hassas ölçek ve tartı tekne kullanarak her eksize kas tam ıslak kitle kaydedin.

Representative Results

Çekici avantaj-in yeni kafes biz önceden tasarlanmış ve ayrıntı12′ açıklanan, kullandığımız hindlimb boşaltma (HLU, şekil 1) ve kısmi ağırlık taşıyan (PWB, için uygun olan bir paslanmaz çelik askı zinciri tabanlı aygıt Şekil 2). Bizim tasarım kritik avantajı diğer birkaç dakika süre aynı ortamda hayvanlar için paraca desteklemek için boşaltma türünden diğerine gitmek i…

Discussion

Bu model ardışık mekanik boşaltma seviyeleri araştırmak için geliştirilen ilk yer temelli analog sunar ve bir gezi taklit ve Mars’ta kalmak amaçlamaktadır.

Bu protokol birçok adım başarısını sağlamak ve yakından incelenmesine gerek için kritik öneme sahiptir. İlk olarak, hayvan refah izlemek ve özellikle nerede onlar nispeten normal korumak PWB durumu sırasında normal bir davranış (yemek, dinlenme ve keşfetmek gibi yani, performans gösteren görevler), bakımı sağ…

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