Bu protokol, artan egzersiz testi (AET) sırasında kemirgenlerde kardiyorespiratuvar sistem adaptasyonunun izlenmesi için basit ve invaziv olmayan bir yöntem sunar.25Bu yaklaşım, yalnızca egzersiz fizyolojisini incelemek açısından değil, aynı zamanda istirahat halinde belirgin olmayan, patolojik modellerin neden olduğu işlevsel değişiklikleri ortaya çıkarmayı amaçlayan protokoller açısından da özellikle önemlidir.2,3.
Protokol kolay uygulanacak şekilde tasarlanmış olsa da, uygun yelek boyutunun seçilmesine özel dikkat edilmelidir. Yelek ve koşu bandına alıştırma aşamaları en kritik adımlardır. Ayrıca, kayıt başlamadan önce sinyal kalitesinin kontrol edilmesi esastır. Veri güvenilirliğini sağlamak için bu çeşitli noktaların ayarlanması veya sorun giderilmesi gerekebilir. Bu kontrol noktaları aşağıda ayrıntılı olarak açıklanmıştır.
Ceket uygunluk doğrulaması
Eğer bir hayvan alıştırma dönemi boyunca kılıfını çıkarabiliyorsa ya da rahatsız görünüyorsa, üretici firmanın önerilerine başvurarak doğru boyutun seçildiğinden emin olmak amacıyla kılıfın oturumunu yeniden kontrol edin.'s boyutlandırma önerileri23. Hayvana ceket takılabilir ancak uyum konusunda şüpheler varsa, ceket ile hayvan arasında bir parmak geçirmeyi deneyin’hayvanın göğüs bandlarının aşırı sıkıştırıp sıkmadığını kontrol etmek için omzuna dokunun’s gövdesi. Bir parmak kolayca içinden geçebilmeli ve ceket hafifçe gerildiğinde kumaş yumuşak kalmalıdır. Eğer bir parmak sokmak zor oluyorsa veya kumaştan dolayı aşırı basınç hissediliyorsa, hayvanın sıkışmış olma ihtimali nedeniyle ceket çıkarılmalıdır. Tersine, çok büyük olan bir ceket takıldıktan sonra uzun süre yerinde kalmaz ve hayvanın çıkarması kolay olur. Büyük bir ceket takılabiliyor olsa bile genellikle omuz küreklerinin gerisine doğru kayma eğilimindedir. Eğer ceket hafifçe bile hareket ederse, hayvan dış kenardan bir pençesini sokabilir ve sonunda tüm cihazı çıkarabilir.
Aklimatizasyon & Ceket uyumu
Adaptasyon aşaması, deneyin yapılacağı gün stresin en aza indirilmesi açısından kritik bir adımdır. Aslında invaziv olmayan prosedürler veya rutin işlemler bile geçici stres tepkileri oluşturabilir.26,27Aklimatizasyon süresi, hem hayvanların hem de deney yapan kişilerin prosedüre alışmasını sağlar ve hayvanların telemetri cihazının ekstra ağırlığına (yaklaşık 15 g) kademeli olarak adapte olmasını mümkün kılar; bu ağırlık, önerilen ağırlık aralığındaki bir yetişkin sıçanın vücut ağırlığının %10'undan azdır.
Beş günlük bir alıştırma süresi bu protokolde kullanılmış olsa da bu süre gösterge niteliğindedir ve ihtiyaç duyulursa ayarlanabilir. Gerçekten de sonuçlar, Şekil 7A–C 1 saatlik dengelemeden sonra kaydedilen HR, RespR ve AL değerlerinin üç gün sonra platoya ulaştığını gösterir, daha önceki çalışmaları doğrular niteliktedir17,19,21 başarıyla üç günlük bir protokol kullanmıştır. Her durumda, alıştırma seansı sırasında kalp ve solunum fonksiyonlarının normalleşmemesi, hayvanın rahatsızlığının güçlü bir göstergesi olarak kabul edilmeli ve bu nedenle yetersiz alıştırma olarak değerlendirilmelidir. Eğer bu tür bir durum yeleğin oturumu ne olursa olsun meydana gelirse, sıçanların kontrol edilmesi şiddetle önerilir' stres faktörlerini ortadan kaldırmak için çevre ve barınma koşulları28,29Ayrıca, tanıdık olmayan bir duruma maruz kalmanın neden olduğu başlıca geçici davranışlar olan kılıfı kemirmeye çalışma veya porfirin salgılama (kırmızı gözyaşı) gibi davranışları ayırt etmek esastır.26, ceketi giymekteki sürekli isteksizlikten kaynaklanabilir ki bu durum hâlâ olağandışıdır. İlk durumda, bu tür davranışların sıklığı alışma ilerledikçe azalmalıdır ve bu durum hayvanın’prosedürün kademeli kabulüne. İkinci durumda, yeleği giymeye karşı isteksizlik azalmaz ve tekrarlanan maruziyet olumsuz pekiştirme oluşturabilir. Bu makalede sunulan deneylerde, 16 sıçandan yalnızca biri alıştırma döneminin ilk gününde yeleği kemirmeye çalıştı ve bu davranış sonraki oturumlarda gözlemlenmedi. Tüm hayvanlar nihayetinde yeleği tolere etti ancak bireylerden belirli birinin yeleği giymeyi sürekli reddetmesi olasılığı devam etmekte olup bu durum, hayvanın deneyden çıkarılmasını gerektirebilir.
Treadmill alıştırma ve üçgen protokolü
Her ne kadar önerilen alışma protokolü yaygın olarak kullanılır30,31; iki ayrı deneyden elde edilen zıt sonuçlar, bireyler ve kohortlar arasında doğal değişkenliği yansıtmaktadır. Aynı standart alıştırma protokolünden geçmelerine rağmen, Grup 2 daha düşük hız aşamalarında etik şok sınırına ulaşmıştır ki bu, hedeflenen egzersiz hızlarına ulaşmak için yetersiz uyumun bir göstergesidir. Özellikle dikkat çekici olanı, 20 cm/s hızında Grup 2'deki ortalama kalp atış hızının Grup 1'e kıyasla daha yüksek olmasıdır.⁻1 benzer temel değerlerine rağmen bu aşamada olabilir ve artmış stres yanıtı, düşük kardiyovasküler uygunluk veya bireysel değişkenliğe yansıyabilir; ancak sınırlı örneklem büyüklüğü (bu hızın ötesinde Grup 2'de n=1) kesin bir yorum yapılmasını engeller. Bu, alışma süreci boyunca sürekli izlemenin gerekliliğini vurgular ve deneyler arası değişkenliği etkileyen çevresel faktörleri ya da grup özelliklerini dikkate almak amacıyla protokolün dinamik olarak ayarlanmasını gerektirir. Yeterli hazırlığı sağlamak için her bir hayvan'Habituasyon dönemi boyunca, gelişim ve on günlük süre içinde alınan şok sayısı izlenmelidir ve bireylerin artımlı testte hedeflenen maksimum hıza ulaşma süreçlerinin düzenli olarak yeniden değerlendirilmesine dayalı protokol ayarlamalarına olanak tanınmalıdır. Genel bir gösterge olarak, hayvanların düşük hızlarda (10'un altında) koşu bandında koşmaya alışması genellikle ilk iki ile üç seansını alır–20 cm.s⁻1), daha yüksek hızlara (20–30 cm/s⁻1) orta oturumlar (3. gün ile 6. gün) sırasında. Son alıştırma oturumlarına gelindiğinde, iyi uyum sağlamış hayvanlar hedef hızı (yaklaşık 40 cm/s) sürdürebilecek duruma gelmelidir.⁻1) 10. gün öncesine kadar, şok sınırına ulaşmadan oturumun tam süresi boyunca. Her hayvanı doğrulamak için ön test artan oturumu önerilir'hedef hıza ulaşma kabiliyetini ölçer. Bu adım, bu aşamayı tatmin edici bir şekilde tamamlayamayan hayvanlar için habituasyon süresinin uzatılmasına olanak tanıyan nihai bir kontrol görevi görür. Sonuç olarak habituasyon seanslarının maksimumun altında kalması kritik öneme sahiptir; bu seanslar fiziksel antrenman oluşturmamalı ve ardından yapılacak IET sırasında performansı etkilememelidir30,31. Yöntemsel bir başarısızlık olarak değil, burada her iki sonucun da yer alması kasıtlıdır ve kullanıcıya uygulamada beklenen tepkilerin aralığını gerçekçi bir şekilde gösterir. Bu protokol iki amaç için kullanılır: hayvanları ekipmana alıştırmak ve gerekli egzersizi yapamayacak olanları belirlemek. Ancak 'koşmayanlar' yayınlanan raporlarda sıkça bahsedilmese de, literatür verileri sıçanların %10'dan fazlasının habituasyon sürecini tamamlayamayabileceğini göstermektedir32Sonuç olarak, bu bireyler erken tanımlanmalı ve çalışmaya dahil edilmemelidir. Treadmill'e uymama ve ceket reddetme nedeniyle hayvanların çıkarılma potansiyeli göz önünde bulundurularak, istatistiksel olarak güçlü bir örneklem büyüklüğünü korumak amacıyla her kohorte bir veya iki ek hayvan dahil edilmesi önerilir.
Sinyal kalitesi
Başka bir sık karşılaşılan sorun giderme senaryosu, kaydedilen sinyal kalitesinin düşük olmasına çözüm bulmayı içerir (Şekil'de gösterildiği gibi) Şekil 6, "temsili sonuçlar"). EKG kalitesi 2 dakika sonra hâlâ kötüyse–3 dakika (jelin cilt ile elektrotlar arasında uygun teması sağlayabilmesi için gereken süre) sonra aşağıdaki düzeltici önlemler alınabilir: 1. Girişim kontrolü: Cilt kıvrımlarının, ceket kıvrımlarının veya tüylerin yeniden çıkmasının elektrot temasını engellemediğinden emin olun. 2. İletkenliği artırma: Elektrotların üzerindeki cilde hafifçe masaj yapın. Gerekirse, elektrotların yapışkan yüzeyinin ortasındaki siyah noktalara doğrudan ek iletken jel uygulayın. 3. Ekipmanı inceleme: Elektrotları ve kabloları hasar belirtileri açısından dikkatlice inceleyin ve sinyal kalitesi hâlâ kötüyse veya hasar görünürse elektrotların değiştirilmesini düşünün. RIP sinyali gürültülüyse, öncelikle ceketin boyutunu ve içine dikili sensörlerin bütünlüğünü doğrulayın. Boyut uygun değilse veya sensörler hasar görmüşse, sinyal kalitesini geri kazanmanın tek etkili çözümü olarak ceketin değiştirilmesi gerekir. Genel sinyal kalitesi, hareketten kaynaklanan mekanik gürültünün artan baz çizgisi salınımı ve hareket artefaktları şeklinde ortaya çıkması nedeniyle, temel kayıt seviyelerine kıyasla daha yüksek hızlarda azalabilir. Bu artefaktların etkisi ve buna karşılık gelen azaltma stratejileri başka bir yerde kapsamlı bir şekilde tanımlanmıştır.21.
Bu çalışma, bir koşu bandında artan egzersiz sırasında çok modlu fizyolojik değerlendirmeleri (kardiyak, ventilatuvar ve aktigrafi) gerçekleştirmek amacıyla kemirgenlere özgü bir ceket kullanır. Önceki çalışmalarda bu cihazın, kardiyak değerlendirmelerde invaziv yöntemlerle karşılaştırılabilir sonuçlar verdiği gösterilmiştir.16,33,34 ve ventilasyon15 fonksiyonlarıdır ve bu yöntemler altın standart olarak kabul edilir. Ancak bu invaziv yöntemlerin çoğu, serbestçe hareket eden hayvanlarda uygulanan egzersiz protokolleriyle genellikle uyumsuzdur. Yalnızca implant edilebilir telemetri sensörlerinin kullanılması (bir derleme için bkz.35) bu tür deneylerin yapılmasını mümkün kılar. Ancak bu sensörlerin yerleştirilmesi, hayvan refahını postoperatif ağrı, cerrahi yaraların konumu veya cihazın hacminden kaynaklanan rahatsızlık yoluyla olumsuz etkileyebilecek kapsamlı bir cerrahi işlem gerektirir ve nihayetinde hayvanı değiştirme's fenotipi veya egzersiz yapabilme yeteneği8,9,36. Bu bağlamda, hayvanın korunması’araştırmalar sırasında fiziksel bütünlüğünü koruması bu yöntemin önemli bir avantajıdır. Ayrıca, özel metabolik koşu bandı cihazları oksijen tüketiminin ölçülmesine olanak sağlarken (
) ve karbon dioksit üretimi (
), kalp veya solunum performansının doğrudan işlevsel göstergelerini sağlamazlar. Bu protokolde kullanılan dış telemetri sistemi bu ekipmanla uyumludur ve bu eksikliği, bu yöntemlerle erişilebilen son noktaları etkili bir şekilde tamamlayarak giderir. Son olarak, koşu bandı hızı sıklıkla IET sırasında yapılan mekanik işin bir göstergesi olarak kullanılsa da, bir ivmeölçer entegrasyonu aktigrafinin doğrudan ölçülmesine olanak tanır ve böylece hayvan aktivitesiyle ilgili daha zengin veriler sunar ve basit lokomotor hızın ötesinde hareket analizine imkân verir.
Egzersiz fizyolojisi ötesinde, bu ceketli telemetri sistemi cerrahi dışı, yürüyen kardiyorespiratuvar izleme gerektiren deneysel ortamlarda daha geniş bir uygulama alanına sahip olabilir. Uygun alıştırma süresinin ardından, 48 saate kadar uzun süreli kayıtlar uygulanmıştır.33, bu da sirkadiyen veya uykuyla ilgili fizyoloji çalışmalarına ve uzun süreli izleme protokollerine yönelik yeni olanaklar sunar. Burada sunulan egzersiz protokolünün yanı sıra, bu teknoloji daha önce iskemik kardiyomiyopati modellerinde EKG'den elde edilen parametrelerin ve kalp atış hızı değişkenliğinin raporlandığı hastalıklara ait kardiyovasküler fenotipleme gibi diğer alanlarda da uygulanmıştır.20 ve kronik böbrek hastalığı ile ilişkili kardiyovasküler disfonksiyonun37, akut egzersiz ortamları dışındaki alanlarda da uygulanabilirliğini göstermektedir. Bu yaklaşım, spontan veya tetiklenen aktiviteyi içeren diğer preklinik uygulamalar için de ilgi çekici olabilir ve bunlara nöbet veya epilepsi modelleri, güvenlik farmakolojisi çalışmaları dahildir17,19ve ameliyat sonrası iyileşme izlemi38. Bu uygulamalar mevcut çalışmada özel olarak değerlendirilmese de, bu cerrahi olmayan izleme platformunun çok yönlülüğünü ve translasyonel potansiyelini göstermektedir. Mevcut yöntem birkaç sınırlamaya sahiptir ve bunların dikkate alınması gerekir. İlk olarak, önerilen protokol genel amaçlıdır ve sağlıklı hayvanlar için tasarlanmıştır. Bu nedenle, yeleğin oturması ve hayvan tarafından tolere edilmesi, hayvanın büyüklüğüne, vücut kompozisyonuna, ırkına, cinsiyetine ve fizyolojik durumuna bağlı olarak değişebilir ve bu da çok küçük, obez ya da hastalıklı hayvanlarda uygulanabilirliğini sınırlayabilir. Ayrıca, özel modellerle (örneğin obez hayvanlar) çalışan araştırmacılar, ölçüm sisteminin bağımsız olarak uyarlanması gereken egzersiz programını kendileri ayarlamalıdır.
Ana deneyi yapmadan önce potansiyel kısıtlamaları kapsamlı bir şekilde değerlendirmek amacıyla küçük bir hayvan grubu üzerinde ön test yapılması şiddetle önerilir. Ayrıca bu protokolün ticari bir ceketli telemetri sistemi kullanılarak geliştirildiği belirtilmelidir. Burada açıklanan genel ilkeler geniş ölçüde uygulanabilir olsa da sinyal kalitesi, ceket uyumu ve veri çıktısı formatı gibi performans özellikleri diğer telemetri platformlarından farklılık gösterebilir. Bu nedenle araştırmacıların ana deneyi yapmadan önce kendi sistemlerini doğrulamaları önerilir. Ek olarak, klinik öncesi araştırmaların etik ve toplumsal yönleri dikkate alındığında, burada sunulan egzersizi kontrol etmek amacıyla hafif itici bir uyaran (düşük yoğunluklu elektriksel stimülasyon) kullanılması tartışmaya açık olabilir. Düzenleyici denetimin artmasına rağmen bu yaklaşım hâlâ en yaygın kullanılan yöntemdir. Yakın zamanda Okamoto tarafından yapılan incelemede belirtildiği gibi ve diğerleri39, kesin bir şekilde egzersiz yoğunluğu ve süresinin kontrol edilmesi gerektiğinde hâlâ tercih edilen seçenektir. Bunun aksine, egzersizin katı bir şekilde kontrol edilmesi gerekli olmadığında bazı çalışmalarda elektriksel uyarımın, potansiyel olarak daha az olumsuz etkili uyaranlarla—örneğin sıkıştırılmış hava, dokusal ipuçları veya gürültüyle—değiştirilmesi önerilmektedir (bir gözden geçirme için bakınız40). Benzer şekilde, kaçındırıcı uyaranlara alternatif olarak ödül temelli paradigmaların kullanımı da on yıldan fazla bir süredir araştırılmaktadır41; ancak yalnızca olumlu pekiştirmeye dayalı standartlaştırılmış egzersiz protokolleri henüz geliştirilmemiştir. Bu yöntemin potansiyel uygulamaları oldukça geniştir ve hem özel araştırma alanlarını hem de eğitim ortamlarını kapsar. Araştırma alanlarında, bu yaklaşım kardiyorespiratuvar fonksiyonu değerlendirmek için kontrollü bir egzersiz protokolü gerektiren çalışmalara geniş ölçüde uygulanabilir. Ana uygulamaları şunları içerir: i) Sağlıklı ve patolojik durumlarda kardiyorespiratuvar sistemin adaptif kapasitesini doğru bir şekilde değerlendirmek amacıyla insanlarda kullanılan testlere karşılaştırılabilir egzersiz testleri yapmak; ii) Deneysel hastalıkların çeşitli hayvan modelleri arasında eğitim veya rehabilitasyon protokollerini standartlaştırmak; iii) Uzun süreli dönemler boyunca eğitim veya rehabilitasyonun neden olduğu fizyolojik etkilerin uzunlamasına izlenmesini kolaylaştırmak; iv) Dinlenme halinde hayvanlarda belirgin olmayan kalp yetmezliğiyle ilişkili değişiklikler gibi fizyolojik bozuklukları tespit etmek. Pedagojik açıdan değerlendirildiğinde, bu model üniversite uygulamalı eğitimine önemli katkılar sunar ve böylelikle 3R ilkelerine doğrudan ya da dolaylı olarak uyum sağlar.4 : “İyileştirme”, “İndirgeme” ve “Değişim” hayvan kullanımında. Bu, “İyileştirme” tamamen invaziv olmayan yapısı sayesinde, hayvanın korunmasını sağlar’fiziksel bütünlüğünü korur, bu da kardiyorespiratuvar fizyolojiyi incelemek için geleneksel yöntemlerden farklıdır. Ayrıca, bu çok modlu yaklaşım, öğrencilerin tek bir oturumda tek bir sistem kullanarak kardiyak ve respiratuvar fizyolojiyi incelemesine olanak tanıyarak fizyolojik homeostazın entegre bir gösterimini sağlar. Bu durum dolaylı olarak bir “İndirgeme” hayvan sayısında. Eğitim bağlamında bu sistem aynı zamanda destekleyebilir “Değişim” fizyoloji eğitimi kapsamında pratik eğitim ve simülasyon temelli öğrenmeyi desteklemek ve çeşitli fizyolojik senaryoları göstermek amacıyla gerçekçi fizyolojik veri tabanlarının oluşturulmasını sağlayarak42Gerçekten de eğitim amaçları için bu protokolde açıklanan sorun giderme senaryoları özellikle değerlidir çünkü bireyler arası değişkenliğin ve teknik zorlukların gösterilebileceği gerçek deneysel koşullardan türetilmiş örnekler sunar. Üniversitelerin hayvan kullanımını artan oranda simülasyon araçlarıyla desteklemesi veya değiştiriyor olması nedeniyle bu tür örneklerin kullanılabilir olması önemlidir. Ayrıca, bu protokol sırasında elde edilen video verileriyle fizyolojik kayıtların zenginleştirilmesi, tepkisiz hayvan örnekleri de dahil olmak üzere öğrencilere görsel bağlam sağlayarak yorumlama ve öğrenmeyi artırabilir.