Avaliação da Murino exercício de resistência sem o uso de um choque grade: uma alternativa para o exercício forçado
Summary
A method to assess exercise endurance in laboratory mice without the use of a shock grid is demonstrated. This method is a humane refinement that can decrease the confounding effects of stress on experimental parameters.
Abstract
Usando modelos de ratos de laboratório, as vias moleculares responsáveis pelos benefícios metabólicos do exercício físico estão começando a ser definido. O método mais comum para avaliar exercícios de resistência em ratos utiliza forçado correr em uma esteira motorizada equipada com uma grade de choque. Animais que parar de correr são empurrados pela correia em movimento esteira dentro de uma grade que proporciona um choque elétrico no pé; para escapar do estímulo negativo, os ratos voltar a correr na esteira. No entanto, o comportamento de evitação e estresse psicológico devido ao uso de um aparelho de choque pode interferir na quantificação de correr resistência, bem como medidas de confundir os níveis hormonais e de citocinas no soro pós-exercício. Aqui, vamos demonstrar e validar um método sofisticado para medir resistência em execução no ingênuos C57BL / 6 de laboratório em uma esteira motorizada sem a utilização de uma grade de choque. Quando os ratos são preacclimated para a esteira, eles correm voluntariamente com a marcha velocidades específicas para cada mouse. Utilização da rede de choque é substituído por encorajamento suave por um operador humano, usando um depressor de língua, juntamente com a sensibilidade à disposição para ser executado voluntário da parte do rato. Endpoints claras para quantificar o tempo de colocação à exaustão para cada rato correndo são definidos e refletida em sinais comportamentais de exaustão, tais como postura espalmadas e dificuldade para respirar. Este método é um refinamento humano que também diminui os efeitos de confusão do estresse sobre os parâmetros experimentais.
Introduction
A obesidade, resistência à insulina e diabetes tipo 2 são doenças metabólicas inter-relacionadas que exercem efeitos profundos sobre a saúde de ambos os EUA e as populações em todo o mundo 1-4. Exercícios de endurance pode prevenir, bem como tratar, estas condições 5,6. Além disso, a avaliação da velocidade da marcha e resistência são utilizados testes clinicamente como diagnóstico para fragilidade, sarcopenia, e as consequências de outras doenças tais como a doença pulmonar obstrutiva crônica, em seres humanos 7.
As vias bioquímicas subjacentes aos efeitos benéficos do exercício físico sobre a composição corporal ea sensibilidade à insulina estão começando a ser elucidados, usando camundongos geneticamente modificados ou farmacologicamente que Enhanced display ou redução da capacidade de exercício 8-11. No entanto, muitos desses estudos têm utilizado esteiras motorizadas equipadas com grades de choque para forçar ratos para correr 8-11. Animais que parar de correr são empurrados pora correia em movimento esteira dentro de uma grade que proporciona um choque elétrico no pé; para escapar do estímulo negativo, os ratos voltar a correr na esteira. Tais procedimentos podem introduzir estresse psicológico e comportamento de evitação como fatores de confusão que afetam parâmetros experimentais 12. Outros métodos de medição de resistência, como a quantificação da atividade ambulatorial utilizando um aparelho de raio-break ou quantificação de in-gaiola roda de corrida, podem ser confundidos pela modulação dos ciclos circadianos, a ansiedade, a formação inadvertida, ou comida comportamento de busca 12-16. Além disso, estes procedimentos exigem o alojamento individual, outra fonte de estresse psicológico para os ratos. Portanto, é necessária uma medição direta do exercício de endurance não confundidos por stress.
Para obviar a estas preocupações, o nosso laboratório tem desenvolvido e validado um método para avaliar a capacidade de funcionamento máxima e sustentada em execução velocidade em destreinados, camundongos normais usando uma esteira motorizada não equipped com uma grade de choque. O espaço no fim da correia de execução, em que a grade de choque normalmente reside, em seguida, transforma-se uma plataforma para os ratos para descansar, e proporciona um local para ratos que se recusam a correr para sentar até ser removido a partir do aparelho. Ratos são incentivados a executar por um observador humano através de toque suave ou tocar com uma espátula, juntamente com a sensibilidade à disposição voluntária para ser executado por parte do mouse. Este método foi utilizado para quantificar as diferenças de resistência entre exercício geneticamente modificado e controlar ratinhos C57BL / 6, que diferem na expressão do músculo citocina derivada de interleucina-15 (IL-15), 16,17. Este método é um refinamento humano que diminui os efeitos de confusão do reforço negativo causado pelo uso de uma grade de choque.
Protocol
Representative Results
Discussion
Descrito aqui é um método para avaliar a corrida de resistência voluntária em ratos de laboratório usando uma esteira motorizada sem o uso de uma grade de choque. Este método pode revelar diferenças entre as sub-linhas de ratinhos C57BL / 6, que diferem na expressão da citocina IL-15, que por sua vez faz com que as diferenças na expressão de factores que estão na base de endurance 16,17. Em consonância com os princípios da "Três Rs" no laboratório de ciência animal, este método pode…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Apoiado por Mérito comentário # BX001026 do Departamento de Assuntos de Veteranos (LSQ), e uso de recursos e facilidades para Care System VA Puget Sound Health, o Core Transgênicos Recursos da Universidade de Washington Nathan Choque Centro de Excelência em Biologia Básica do Envelhecimento (NIA # 5P30AG-013.280), e da Universidade de Washington Diabetes Endocrinologia Research Center (NIH # P30 DK-17047). Agradecemos Cynthia Pekow DVM e Kari L. Koszdin DVM, VA Puget Sound, desde comentários úteis sobre o manuscrito.
Materials
| Open Rodent Treadmill Exer-3/6 | Columbus Instruments, Columbus OH | 1050RM | This catalog number is for models without shock grid. Shock grids can be removed manually from older models (Eco 3/6) |
| Sani Cloth Germicidal Towlettes | PDI- Professional Disposables, Inc., Orangeburg, NY | n/a; usually ordered through local facility | Contains 10% isopropyl alcohol; any equivalent product can be used. |
| Tongue depressors | any local supplier | n/a | |
| Laboratory timer | any supplier | n/a | |
| IL-15 TG mice* | JAX, Bar Harbor, ME | o11002 | Murine IL-15 transgene expressed from modified human alpha-skeletal actin promotor with altered signal sequence to facilitate secretion. |
| C57BL/6J mice (wild-type)* | JAX, Bar Harbor, ME | ooo664 | Control mice for IL-15 TG |
| IL-15 KO mice* | Taconic Farms, Germantown, NY | 4269-M | Homozygous IL-15 "knockout" mice on C57BL/6 background |
| C57BL/6NTac (wild-type)* | Taconic Farms, Germantown, NY | B6-M | Control mice for IL-15 KO |
| *Optional; mouse lines and treatments can be specific to the experimental protocol. |
References
- Hill, J. A., Wyatt, H. R., Reed, G. W., Peters, J. C. Obesity and the environment: where do we go from here?. Science. 299 (5608), 853-855 (2003).
- Kahn, S. E., Hull, R. L., Utzschneider, K. M. Mechanisms linking obesity to insulin resistance and type 2 diabetes. Nature. 444 (7121), 840-846 (2006).
- Van Gaal, L. F., Mertens, I. L., De Block, C. E. Mechanisms linking obesity with cardiovascular disease. Nature. 444 (7121), 875-880 (2006).
- Pischon, T., Nothlings, U., Boeing, H. Obesity and cancer. Proc Natl Acad Sci USA. 67 (2), 128-145 (2008).
- Benton, C. R., Wright, D. C., Bonen, A. PGC-1α-mediated regulation of gene expression and metabolism: Implications for nutrition and exercise prescriptions. Appl. Physiol. Nutr. Metab. 33 (5), 843-862 (2008).
- Handschin, C., Spiegelman, B. M. The role of exercise and PGC1alpha in inflammation and chronic disease. Nature. 454 (7203), 463-469 (2008).
- Vasunilashorn, S., et al. Use of the Short Physical Performance Battery score to predict loss of ability to walk 400 meters: analysis from the InCHIANTI study. J. Gerontol. A Biol. Med. Sci. 64 (2), 223-229 (2009).
- Wang, Y. X., et al. Regulation of muscle fiber type and running endurance by PPARδ. PLoS Bio. 2 (10), e294 (2004).
- LeBrasseur, N. K., et al. Myostatin inhibition enhances the effects of exercise on performance and metabolic outcomes in aged mice. J. Gerontol. A Biol. Med. Sci. 64 (9), 940-948 (2009).
- Burch, N., et al. Electric pulse stimulation of cultured murine muscle cells reproduces gene expression changes of trained mouse muscle. PLoS ONE. 5 (6), e10970 (2010).
- Li, L., et al. Mitochondrial biogenesis and peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α (PGC-1α) deacetylation by physical activity. Diabetes. 60 (1), 157-167 (2011).
- Knab, A. M., et al. Repeatability of exercise behaviors in mice. Physiol. & Behavior. 98 (4), 433-440 (2009).
- He, Y., et al. IL-15 Receptor deletion results in circadian changes of locomotor and metabolic behavior. J. Mol. Neurosci. 41 (2), 315-321 (2010).
- Wu, X., Hsuchou, H., Kastin, A. J., Rood, J. C., Pan, W. Essential role of interleukin-15 receptor in normal anxiety behavior. Brain Behav. Immun. 24 (8), 1340-1346 (2010).
- Pistilli, E. E., et al. Loss of IL-15 receptor α alters the endurance, fatigability, and metabolic characteristics of mouse fast skeletal muscles. J. Clin. Invest. 121 (8), 3120-3132 (2011).
- Quinn, L. S., Anderson, B. G., Conner, J. D., Wolden-Hanson, T. W. IL-15 overexpression promotes endurance, oxidative energy metabolism, and muscle PPARδ, SIRT1, PGC-1α, and PGC-1β expression in male mice. Endocrinology. 154 (1), 232-245 (2013).
- Quinn, L. S., Anderson, B. G., Conner, J. D., Wolden-Hanson, T., Marcell, T. J. IL-15 is required for post-exercise induction of the pro-oxidative mediators PPARdelta and SIRT1. Endocrinology. , (2013).
- Ward, J. M., Anver, M. R., Mahler, J. F., Devor-Henneman, D. E., Ward, J. M., Mahler, J. F., Maronpot, R. R., Sundberg, J. P. Chapter 13, Pathology of mice commonly used in genetic engineering (C57BL/6; 129; B6,129; and FVB/N). The Pathology of Genetically Engineered Mice. , 161-179 (2000).
- Lightfoot, J. T., Turner, M. J., Debate, K. A., Kleeberger, S. R. Interstrain variation in murine aerobic capacity. Med. Sci. Sports Exerc. 33 (12), 2053-2057 (2001).
- Turner, M. J., Kleeberger, S. R., Lightfoot, J. T. Influence of genetic background on daily running-wheel activity differs with aging. Physiol. Genomics. 22 (1), 76-85 (2005).
- Haight, T. J., van der Laan, M. J., Manini, T., Tager, I. B. Direct effects of leisure-time physical activity on walking speed. J. Nutr. Health Aging. 17 (8), 666-673 (2013).
- Studenski, S. Gait speed and survival in older adults. JAMA. 305 (1), 50-58 (2011).
- Jacobsen, K. R., Kalliokoski, O., Teilmann, A. C., Hau, J., Abelson, K. S. The effect of isoflurane anaesthesia and vasectomy on circulating corticosterone and ACTH in BALB/c mice. Gen. Comp. Endocrinol. 179 (3), 406-413 (2012).
- Sellers, T. L., Jaussi, A. W., Yang, H. T., Heninger, R. W., Winder, W. W. Effect of the exercise-induced increase in glucocorticoids on endurance in the rat. J. Appl. Physiol. 65 (1), 173-178 (1988).
- Cook, M. D., et al. Forced treadmill exercise training exacerbates inflammation and causes mortality while voluntary wheel training is protective in a mouse model of colitis. Brain Behav. Immun. 33, 46-56 (2013).
