Un aparato de ejercicio de pez cebra inducido por la natación para enfoques de entrenamiento versátiles
Summary
El aparato de ejercicio diseñado para peces menos afortunados facilita la implementación de diversos protocolos de ejercicio con diferentes intensidades mediante la manipulación de la velocidad del flujo de agua, alcanzable a través de la reotaxis.
Abstract
Para investigar de manera exhaustiva los efectos del ejercicio en la salud y la enfermedad, los modelos animales desempeñan un papel fundamental. El pez cebra, un organismo modelo de vertebrado ampliamente utilizado, ofrece una plataforma única para este tipo de estudios. Este estudio introdujo el desarrollo de un aparato rentable adaptado para los estudios de ejercicio del pez cebra utilizando materiales fácilmente disponibles. El dispositivo se basa en los principios de un túnel de natación y abarca una red de tuberías y válvulas conectadas a una bomba sumergible. El caudal de agua se controla meticulosamente mediante un sensor y se regula mediante válvulas. Para evaluar la efectividad del aparato, se implementaron dos protocolos de entrenamiento: entrenamiento continuo de intensidad moderada (MICT) y entrenamiento interválico de alta intensidad (HIIT). Los peces fueron entrenados colectivamente y su rendimiento en la natación se evaluó a través de una prueba de resistencia. Ambos protocolos de entrenamiento condujeron a mejoras en el rendimiento de la natación después de 30 días de entrenamiento e indujeron alteraciones en la respuesta molecular al ejercicio en comparación con un grupo de control sedentario. En particular, HIIT demostró una eficiencia superior a MICT. El sistema de entrenamiento del pez cebra demostró ser una herramienta valiosa para las investigaciones en fisiología del ejercicio y avanza aún más en la utilidad del modelo de pez cebra en este campo.
Introduction
El ejercicio físico abarca cualquier movimiento corporal realizado por los músculos esqueléticos que resulte en un mayor gasto de energía, siendo el ejercicio un subconjunto estructurado y repetitivo de las actividades físicas1. El ejercicio, una actividad multifactorial y rentable que involucra a todo el cuerpo, produce numerosos beneficios para la salud, como la prevención del síndrome metabólico y la sarcopenia2. En consecuencia, el campo de la fisiología del ejercicio tiene un interés significativo, ya que busca dilucidar cómo el cuerpo se adapta al estrés agudo del ejercicio, el estrés crónico del entrenamiento físico y el impacto general del ejercicio enla salud.
La realización de estudios de fisiología del ejercicio en humanos puede ser costosa y requerir mucho tiempo debido a los desafíos en el diseño experimental y el seguimiento de los participantes3. Por lo tanto, el uso de modelos animales en entornos de laboratorio ha sido muy recomendable debido a su uniformidad genética y fisiológica. Además, en condiciones controladas de laboratorio, los animales suelen tener estilos de vida sedentarios y una ingesta de alimentos regulada4. Entre los modelos animales, los roedores han sido los más utilizados en la investigación relacionada con el ejercicio físico1. Sin embargo, el pez cebra (Danio rerio; Hamilton, 1822) es un modelo complementario a los murinos y a otras especies para los estudios del ejercicio 5,6,7,8.
En la investigación del pez cebra, el ejercicio físico se puede llevar a cabo utilizando túneles de natación disponibles comercialmente o hechos a medida. Entre las opciones disponibles en el mercado, el túnel tipo Blazka, desarrollado por el Sistema Loligo, es el más utilizado 7,9,10. Este sistema induce la natación forzada a través de una hélice acoplada a un motor eléctrico, generando un flujo continuo de agua dentro del túnel. Esta capacidad de natación se basa en el principio de la reotaxis, un comportamiento innato en los peces que los impulsa a nadar contra las corrientes de agua y mantenersu posición. La reotaxis permite la medición de la velocidad crítica de natación (Ucrit), que representa la velocidad máxima que un pez puede mantener durante un período específico. Sin embargo, vale la pena señalar que este equipo, si bien es valioso para evaluar el comportamiento de natación y el consumo de oxígeno, tiene un costo significativo12.
Los investigadores han desarrollado aparatos alternativos para ejercitar al pez cebra, a menudo basados en el mecanismo de tipo Blazka10,13,14 o mecanismos más simples 8,15,16. No obstante, estos métodos pueden estar limitados por las demandas técnicas del protocolo, incluidas las duraciones prolongadas, los gastos sustanciales de equipo y las limitaciones en el rendimiento y la precisión. En consecuencia, el objetivo principal del estudio fue diseñar un sistema de ejercicio de pez cebra asequible y fácil de usar utilizando materiales fácilmente disponibles, proporcionando un nuevo aparato alternativo para el ejercicio físico en peces. Un objetivo secundario fue implementar regímenes de ejercicio aeróbico y anaeróbico en pez cebra, avanzando aún más en la utilización del modelo de pez cebra como estrategia de intervención en la investigación del ejercicio.
Protocol
Representative Results
Discussion
En este estudio, se desarrolló un sistema de ejercicio innovador y rentable inspirado en el respirómetro de túnel de natación de Loligo Systems21 y el sistema de canal22 para el examen exhaustivo del rendimiento de natación del pez cebra. La Umax se determinó aumentando sistemáticamente el caudal de agua en etapas discretas, con incrementos de velocidad que ocurrieron en intervalos cortos (20-30 min) hasta que el pez alcanzó el agot…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Se extiende su gratitud al Dr. Omar Mertins por proporcionar generosamente acceso al laboratorio para el mantenimiento de los peces y la realización de pruebas. Además, se reconocía a la FAPESP, al CNPq y a la CAPES por la concesión de becas para apoyar esta investigación.
Materials
| CPVC Female 90-Degree Elbow for Plumbing | Tigre | 22150260 | 3/4-inch |
| 24AWG Wire | Sky Cablo Store | Connection between components in the Perforated Circuit Board (1m) | |
| Acrylic pipe | The Clear Plastic Shop | 41138408 | 3/4-inch |
| Aquarium Submersible Fish Tank | Aqua Tank | 300w | |
| CPVC Pipe | Tigre | 10121787 | 3/4-inch |
| Female Threaded Gate Water Valve | Tigre | 27950310 | 3/4-inch |
| Female Threaded Globe Water Valve | Tigre | 27940510 | 3/4-inch |
| hrough-hole resistor | BXV | 10 kΩ, 0.25W t | |
| Lab Support Stand With Clamp with 30 inch rod | Masiye Labs | RSC0001 | Support the horizontal pipes |
| LCD screen | Eichip | 16 x 2, model JHD162A | |
| Male x Male Dupont Jumpers | Chyan | Connection between arduino and flow sensor (30 cm) | |
| Perforated Circuit Board single sided | KY WIN ROBOT | 5 x 10 cm | |
| Potentiometer | LUSYA | DL-ALPSA01 | 10kΩ |
| Roll of Water Blocking Tape | One World | 5603131000 | To avoid leaks |
| Silicone hose | Tigre | 14211250 | 2 cm inner |
| Solder Station | QHTITEC | EU/US PLUG | Arduine system welding |
| Solder Wire Spool | BEEYIHF | I001-A001-Set | Arduine system welding |
| Threaded Male Socket and Unthreaded Female Socket CPVC Pipe Fitting | TIgre | 35447849 | 3/4-inch |
| Tricaine (MS-222) | Sigma-Aldrich | E10521 | Anesthetic |
| UNO-R3 board UNO R3 CH340G+MEGA328P Chip 16Mhz | FSXSEMI | For Arduino UNO R3 Development board | |
| Unthreaded CPVC Tee Pipe Fitting, Female | Tigre | 22200267 | 3/4-inch |
| Unthreaded Female CPVC Socket Pipe Fitting | Tigre | 22170260 | 3/4-inch |
| Water Flow Sensor model YF-B5 | Siqma Robotics | SQ8659 | 1-25 L/min |
| Water Pump | Sunsun | Model HJ-2041, 3000L/h, 65W | |
| Water reservoir | Custom | 30 L |
Referencias
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