Method Article

Hindlimb boşaltma ve kısmi ağırlık taşıyan fareler Mars uzay görevi taklit

DOI:

10.3791/59327

⸱

April 4th, 2019

 ,  ,  , 
1Department of Neurology, Harvard Medical School - Beth Israel Deaconess Medical Center, 2Department of Orthopaedics, Harvard Medical School - Beth Israel Deaconess Medical Center

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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 astronotlar1,2,3,4,5 ve kemirgenler6, 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 fareler6,13' 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.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

  1. 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.
  2. 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.
  3. Fareyi yüzükoyun sígara yerleştirin ve rostro Kaudal hareketinde pelvik koşum takımı giy.
  4. Yavaşça bend dikkatli olurken pelvik koşum bir rahat sağlamak için uygun değil abrazyon ve rahatsızlık önlemek için hindlimbs sıkmak.
  5. Paslanmaz çelik zincir döner toka ile pelvik koşum bir kanca kuyruk tabanında nereye bağlı, üst iliştirin.
  6. Fareyi anesteziden çıkarın ve onun en yüksek seviyede genişletilmiş zinciri ile özel bir kafes içinde hayvan yerleştirin.
  7. Bir kez tam olarak uyanık ve mobil faredir, hind bacaklarda artık yere ulaşana kadar üst döner toka kullanarak zinciri kısaltın.
  8. 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.

  1. HLU süspansiyon aygıt PWB süspansiyon arka paratoner ve paslanmaz çelik zincir oluşan üçgen şeklindeki bölüm ekleyerek dönüştürmek.
  2. HLU (Adım 1.1 ve 1.2) için aynı yordamları detaylı olarak takip hayvan anestezi.
  3. 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.
  4. Üçgen şeklindeki Bölümü'nün bir toka arka sutyen extender ve ters toka pelvik koşum takımı kuyruk dibinde bulunan kanca üzerinde bulunan kanca iliştirin.
  5. 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.
  6. Yani, "yüklü" vücut ağırlığı kaydetmek için ölçek ağırlığı hayvan ve tüm cihazları, üzerine fare zinciri kısaltma olmadan yerleştirin.
  7. 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).
  8. Boş ağırlığı kararlı ve fare aynı derecede tüm uzuvların yüklenir emin olmak için hayvan gözlemlemek.
  9. Çubuk kullanarak ölçeğin tüm cihazları çıkarın ve fareyi onun kafes geri yerleştirin.

3. hindlimb değerlendirilmesi kavrama gücü

  1. Geleneksel bir kısıtlama fareyle ön ayakları altında bir el koyarak tutun. Yavaşça ikinci el ile kuyruk tutun.
  2. 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.
  3. Yavaşça geri onun kavrama bültenleri kadar fareyi düz çekin. Dönüştürücü üzerinde görüntülenen maksimal kuvvet kaydedin.
  4. Bekle yaklaşık 30 s ölçümler ve tekrar testi 3 kez arasında.
  5. Yorgunluk için hesabına puanlama için üç ölçüm ortalamasını hesaplamak.

4. kayıt kas kütlesi ıslak

  1. Fareyi bir CO2 ötenazi odaya koyun. IACUC ve travma yönergelere uygun saat bekledikten sonra ötenazi nefes eksikliği görsel bir gözlem tarafından onaylayın.
  2. 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.
  3. Küçük diseksiyon makası kullanarak, yavaşça kas fasya kırmak ve calcaneus tendon yalıtır.
    Not: Calcaneus tendon eki soleus ve gastroknemius kas noktasıdır.
  4. Calcaneus tendon cımbız küçük bir çift ile tutarak, diseksiyon makası gastroknemius ve soleus kas pazı kemiği, yukarıda yer alan gelen belirlemek için kullanın.
  5. Bir zamanlar eki noktası popliteal bölgede gastroknemius ve soleus kaslarının kesti.
  6. Yavaşça gastroknemius uzak soleus çekin ve onları calcaneus tendon keserek ayırmak.
  7. Fareyi sırtüstü pozisyonda yerleştirin. Dikkatle fasya kaldırmak ve yukarı doğru bir hareket içinde ayak bileği ön tibialis soyma.
  8. Tibialis anterior onun üstün eki noktada kesmek.
  9. Bir şeytan hassas ölçek ve tartı tekne kullanarak her eksize kas tam ıslak kitle kaydedin.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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 için yeteneğidir. Biz bir tek özel pasl...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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 sağlamak önemlidir fizyolojik duruş...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu eser Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi tarafından desteklenmiştir (NASA: NNX16AL36G). Yazarlar Carson Semple bu el yazması dahil çizimler sağlamak için teşekkür etmek istiyorum.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
10G İzoleli Katı Bakır TelGrainger4WYY8THHN tel tipi ve 10 AWG tel boyutu ile 100 ft katı yapı teli, siyah
2 Özel tasarım pleksiglas duvarP & K Özel Akrilik A.Ş.Yok2 şeffaf pleksiglas özel duvar 3/16 "kene, genişlik 12 3/16", yükseklik 18 13/16 ", duvarın orta üst kısmında bulunan 0,25 inç çapında 1 yuvarlak yuva
3M Transpore Cerrahi BantFisher Scientific18-999-380Transpore Cerrahi Bant 
Aksesuar Kavrama Çubuğu SıçanHarvard Aparatı76-0479Aksesuar kavrama çubuğu faresi, ön veya arka pençeler
Analitik ÖlçekFisher Scientific01-920-251OHAUS Maceracı Analitik Denge
Hayvan ÖlçeğiZIEIS by AmazonN/A70 lb kapasiteli dijital ölçek büyük üst 11.5 "x 9.3" dura platformu z-seal 110V adaptör 0.5 ons doğruluk
Sırt Sütyen UzatıcılarLuzen by AmazonN/A17 adet 2 kanca 3 sıra çeşitli rastgele renk kadın aralığı sütyen klips uzatıcı kayış
Dijital Kuvvet ÖlçerWagner InstrumentsDFE2-01050 N Kapasiteli Dijital Kavrama Kuvveti Ölçer Chatillon DFE II
GazlıBez Fisher Scientific13-761-52Steril Olmayan Pamuklu Gazlı Bez Süngerler 
Anahtarlıklar ve döner tokalarPaxcoo Direct by AmazonN/APaxCoo 100 adet metal döner kordon çıtçıtlı kanca, anahtarlıklı
Istakoz AlkışlarPanda Jewelry International Limited, AmazonN/APandahall 100 adet A sınıfı paslanmaz çelik ıstakoz pençesi tokalar 13x8mm
Sıçan Bağlama Ceketi - BüyükBraintree ScientificRJ LKemirgen Ceket
Sıçan Bağlama Ceketi - OrtaBraintree ScientificRJ MKemirgen Ceket
Silikon boruVersilon St Gobain Seramik ve PlastikABX00011SPX-50 Silikon Boru
Paslanmaz Çelik ZincirlerAmazon tarafından Süper SevgiliN / A4.5m 15FT paslanmaz çelik kablo zincir bağlantısı toplu olarak 6x8mm

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Desplanches, D. Structural and Functional Adaptations of Skeletal Muscle to Weightlessness. International Journal of Sports Medicine. 18 (S4), S259-S264 (1997).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. di Prampero, P. E., Narici, M. V. Muscles in microgravity: from fibres to human motion. Journal of Biomechanics. 36 (3), 403-412 (2003).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. NASA. National Space Exploration Campaign Report. , Available from: https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/nationalspaceexplorationcampaign.pdf (2018).
  12. 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).
  13. Ellman, R., et al. Combined effects of botulinum toxin injection and hind limb unloading on bone and muscle. Calcified Tissue International. 94 (3), (2014).
  14. 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).
  15. Morey-Holton, E. R., Globus, R. K. Hindlimb unloading rodent model: technical aspects. Journal of Applied Physiology. 92 (4), 1367-1377 (2002).
  16. 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).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Hindlimb UnloadingPartial Weight BearingMars Gravity SimulationRat Hindlimb MusclesGrip Force AssessmentBody Weight LossSoleus Muscle AnalysisGastrocnemius MuscleTibialis Anterior MuscleCustom Suspension Device

Related Articles