تطبيق التحفيز المزمن لدراسة التعديلات المظهرية الهيكل العظمى والعضلات الهوس الفئران التي يسببها النشاط
Summary
ويصف هذا البروتوكول استخدام طراز نشاط الهوس المزمن لممارسة مراقبة تكييفات المستحثة بتحفيز العضلات في اللكتات الفئران.
Abstract
الهيكل العظمى والعضلات أنسجة القدرة على التكيف، كما خصائصه البيوكيميائية والفسيولوجية تتغير إلى حد كبير في الاستجابة لممارسة المزمنة. للتحقيق في الآليات الكامنة التي تجلب عن مختلف العضلات التكيف، استخدمت عددا من البروتوكولات ممارسة مثل المطحنة وتشغيل عجلة القيادة، وممارسة السباحة في الدراسات الحيوانية. ومع ذلك، وهذه ممارسة نماذج تتطلب فترة طويلة من الزمن لتحقيق التكيفات العضلية، التي يجوز أن ينظم أيضا عوامل خلطيه أو عصبية، مما يحد من تطبيقاتها في دراسة التعديلات الناجمة عن انكماش العضلات على حدة. التحفيز غير المباشر ذات التردد المنخفض (10 هرتز) للحث على النشاط الهوس المزمن (CCA) استخدمت كنموذج بديل لممارسة التدريب، كما يمكن أن يؤدي بنجاح إلى تكييفات المتقدرية العضلات في غضون 7 أيام، مستقلة عن العوامل النظمية. هذه الورقة تفاصيل التقنيات الجراحية المطلوبة لتطبيق العلاج للتقييم القطري المشترك على الهيكل العظمى والعضلات للفئران، لتطبيقها على نطاق واسع في المستقبل دراسات.
Introduction
يمكن تكييف الهيكل العظمى والعضلات ممارسة التدريب من خلال التغييرات في الاستقلاب والهيكل المادي1. أحد التعديلات الرئيسية الناجمة عن تدريب التحمل هو نشوء حيوي الميتوكوندريا، التي يمكن تقييمها بزيادة في التعبير عن مكونات الميتوكوندريا (مثلاً، الفسفرة التأكسدية [كوكس] مفارز)، فضلا عن التعبير عن كواكتيفاتور النسخي، PGC-1α2. عدد متزايد من الدراسات قد أشارت إلى أن العديد من عوامل أخرى، بما في ذلك معدل دوران الميتوكوندريا وميتوفاجي، أيضا هامة للتكيفات العضلية. غير أن آليات ممارسة الحادة أو المزمنة التي تنظم هذه العمليات في الهيكل العظمى والعضلات لا تزال غير واضحة.
لتحديد المسارات التي تنظم التعديلات الناجمة عن ممارسة العضلات، كانت مختلف ممارسة نماذج شائعة الاستعمال في دراسات القوارض، بما في ذلك حلقة مفرغة، تشغيل عجلة القيادة، وممارسة السباحة. بيد أن هذه البروتوكولات لها بعض القيود في ذلك ~ 4-12 أسابيع ضرورية لمراقبة هذه التغيرات المظهرية3،،من45. كأسلوب بديل تجريبية، منخفضة التردد الناجم عن تحفيز المزمنة الهوس النشاط (CCA) فعالية استخدمت، فإنه يمكن أن يؤدي إلى تعديلات العضلات في فترة أقصر بكثير (أي، تصل إلى 7 أيام) وتظهر آثارها على أن تكون قابلة للمقارنة إلى، أو حتى أكبر من البروتوكولات الأخرى لممارسة. وعلاوة على ذلك، وجود الهرمونية6، درجة الحرارة7، وآثار عصبية8 قد تجعل من الصعب على فهم الاستجابات الخاصة بالعضلات لممارسة المزمنة. على سبيل المثال، هرمون الغدة الدرقية9،10 ويشبه الأنسولين عامل النمو (IGF)-1 تم تحديد11 التوسط من أجل التعديلات الناجمة عن تدريب العضلات، التي قد تنظم أيضا مسارات إشارات أخرى في الهيكل العظمى العضلات. جدير بالذكر أن الآثار الناجمة عن التقييم القطري المشترك الحد الأدنى ينظم العوامل النظامية، مما يتيح التركيز على استجابة مباشرة للهيكل العظمى والعضلات للنشاط الهوس.
الوحدة الخارجية للتقييم القطري المشترك قدم لأول مرة قبل تايلر ورأيت12، وقد تم تطويره مع التعديلات12. باختصار، الوحدة تتكون من ثلاثة أجزاء رئيسية: كاشف الأشعة تحت حمراء التي يمكن تشغيل وإيقاف تشغيله بواسطة التعرض للأشعة تحت الحمراء، ومولد نبض، ومؤشر نبض (الشكل 1). وقد تم تصميم الدوائر التفصيلية لوحدة مشجعا الموصوفة سابقا13. يمكن العثور ملامح مفصلة ومحددة للتقييم القطري المشترك في زيادة التعمق في عدد من استعراض المواد14،15،،من1617. بإيجاز، تم تصميم البروتوكول التحفيز لتنشيط العصب الشظوي المشترك في الترددات المنخفضة (أي 10 هرتز)، وتجبر العضلات إينيرفاتيد (الظنبوبي الأمامي [تا] وعضلة باسطة أصابع طويلة [مؤسسة كهرباء لبنان]) على عقد مسبقاً تحديد طول الفترة الزمنية (مثلاً، ح 3-6). مع مرور الوقت، هذه التحولات العضلات المذكورة آنفا إلى النمط الظاهري أكثر هوائية، أظهرت زيادة في كثافة شعري18 و المحتوى المتقدرية19،،من2021. وهكذا، هذا الأسلوب نموذج ثبت لتقليد بعض التكيفات تدريب التحمل الرئيسية داخل الهيكل العظمى والعضلات للفئران.
وتعرض هذه الورقة إجراء مفصل لجراحة زرع قطب كهربائي للحث على التقييم القطري المشترك حيث أن الباحثين يمكن تطبيق هذا النموذج في دراساتهم ممارسة. التقييم القطري المشترك نموذج ممتاز لدراسة مسار الوقت التكيفات العضلية، مما يوفر أداة فعالة لتحقيق الأحداث الجزيئية وإشارات مختلفة في كل من النقاط الزمنية المبكرة ولاحقا بعد بدء ممارسة التدريب.
Protocol
Representative Results
Discussion
طراز نشاط الهوس المزمن (CCA) العملية، ومن خلال العضلات منخفضة التردد التحفيز في فيفو، نموذج ممتاز لدراسة التعديلات المظهرية العضلات ممارسة13،،من2425 , 26-كما هو مبين في الدراسات السابقة20،27<…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ونحن ممتنون تيرون ليام للخبراء قراءة المخطوطة. وأيد هذا العمل التمويل من العلوم الطبيعية والهندسة بحوث المجلس من كندا (مقدمة) “دال ألف غطاء محرك السيارة”. دال هود ألف هو أيضا صاحب كرسي أبحاث كندا في “فيزيولوجيا الخلية”.
Materials
| Sprague Dawley Rat | Charles River | Strain 400 | |
| Chronic contractile activity unit | Home-made | n/a | |
| CCA unit protective box (3.5 x 3.5 x 2.5 cm) | Home-made | n/a | Box should be made of opaque material or covered in an opague tape |
| Coin lithium ion batteries (3V) | Panasonic | CR2016 | |
| Medwire | Leico Industries | 316SS7/44T | |
| Solder pin (socket) | Digi-Key | ED6218-ND | |
| Zonas porous tape | Johnson & Johnson | 5104 | |
| Suture silk (Size 5) | Ethicon | 640G | |
| Suture silk (Size 6) | Ethicon | 706G | |
| Curved blunt scissor (11.5 cm Length) | F.S.T. | 14075-11 | |
| Curved blunt scissor (15 cm Length) | F.S.T. | 14111-15 | |
| Delicate haemostatic forceps (16 cm Length) | Lawton | 06-0230 | |
| Scalpel | Feather | 3 | |
| Curved forceps | F.S.T. | 11052-10 | |
| Stainless-steel rod (30 cm; 7mm diameter) | Home-made | n/a | Rod should have 5 mm slit in one end to hold the wire for tunneling under the skin |
| Clip applying forceps | KLS Martin | 20-916-12 | |
| Staples (clips) | Bbraun | BN507R | |
| Metal hooks/retractor | Home-made | n/a | |
| Povidone-iodine (500 mL) | Rougier | #NPN00172944 | |
| Ampicillin sodium | Novopharm | #DIN00872644 | |
| Metacam | Boehringer | #DIN02240463 | |
| Digital multimeter (voltmeter) | Soar Corporation | ME-501 | |
| LED digital stroboscope | Lutron Electronic Enterprise | DT-2269 |
Referências
- Holloszy, J. O., Coyle, E. F. Adaptations of skeletal muscle to endurance exercise and their metabolic consequences. J Appl Physiol Respir Environ Exerc Physiol. 56 (4), 831-838 (1984).
- Hood, D. A. Invited Review: contractile activity-induced mitochondrial biogenesis in skeletal muscle. J Appl Physiol. 90 (3), 1137-1157 (2001).
- Fernandes, T., et al. Exercise training restores the endothelial progenitor cells number and function in hypertension: implications for angiogenesis. J Hypertens. 30 (11), 2133-2143 (2012).
- Chabi, B., Adhihetty, P. J., O’Leary, M. F., Menzies, K. J., Hood, D. A. Relationship between Sirt1 expression and mitochondrial proteins during conditions of chronic muscle use and disuse. J Appl Physiol. 107 (6), 1730-1735 (2009).
- Lessard, S. J., et al. Resistance to aerobic exercise training causes metabolic dysfunction and reveals novel exercise-regulated signaling networks. Diabetes. 62 (8), 2717-2727 (2013).
- Irrcher, I., Adhihetty, P. J., Sheehan, T., Joseph, A. M., Hood, D. A. PPARgamma coactivator-1alpha expression during thyroid hormone- and contractile activity-induced mitochondrial adaptations. Am J Physiol Cell Physiol. 284 (6), C1669-C1677 (2003).
- Tamura, Y., et al. Postexercise whole body heat stress additively enhances endurance training-induced mitochondrial adaptations in mouse skeletal muscle. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 307 (7), R931-R943 (2014).
- Mosole, S., et al. Long-term high-level exercise promotes muscle reinnervation with age. J Neuropathol Exp Neurol. 73 (4), 284-294 (2014).
- Irrcher, I., Walkinshaw, D. R., Sheehan, T. E., Hood, D. A. Thyroid hormone (T3) rapidly activates p38 and AMPK in skeletal muscle in vivo. J Appl Physiol. 104 (1), 178-185 (2008).
- Lesmana, R., et al. The change in thyroid hormone signaling by altered training intensity in male rat skeletal muscle. Endocr J. 63 (8), 727-738 (2016).
- Hokama, J. Y., Streeper, R. S., Henriksen, E. J. Voluntary exercise training enhances glucose transport in muscle stimulated by insulin-like growth factor I. J Appl Physiol. 82 (2), 508-512 (1997).
- Tyler, K. R., Wright, A. J. A. Light weight portable stimulators for stimulation of skeletal muscles at different frequencies and for cardiac pacing. J Physiol Lond. 307, 6-7 (1980).
- Takahashi, M., Rana, A., Hood, D. A. Portable electrical stimulator for use in small animals. J Appl Physiol. 74 (2), 942-945 (1993).
- Ljubicic, V., Adhihetty, P. J., Hood, D. A. Application of animal models: chronic electrical stimulation-induced contractile activity. Can J Appl Physiol. 30 (5), 625-643 (2005).
- Pette, D., Vrbova, G. What does chronic electrical stimulation teach us about muscle plasticity?. Muscle Nerve. 22 (6), 666-677 (1999).
- Pette, D. Historical Perspectives: plasticity of mammalian skeletal muscle. J Appl Physiol. 90 (3), 1119-1124 (2001).
- Pette, D., Vrbova, G. The Contribution of Neuromuscular Stimulation in Elucidating Muscle Plasticity Revisited. Eur J Transl Myol. 27 (1), 6368 (2017).
- Skorjanc, D., Jaschinski, F., Heine, G., Pette, D. Sequential increases in capillarization and mitochondrial enzymes in low-frequency-stimulated rabbit muscle. Am J Physiol. 274 (3 Pt 1), C810-C818 (1998).
- Kim, Y., Hood, D. A. Regulation of the autophagy system during chronic contractile activity-induced muscle adaptations. Physiol Rep. 5 (14), (2017).
- Memme, J. M., Oliveira, A. N., Hood, D. A. Chronology of UPR activation in skeletal muscle adaptations to chronic contractile activity. Am J Physiol Cell Physiol. 310 (11), C1024-C1036 (2016).
- Ljubicic, V., et al. Molecular basis for an attenuated mitochondrial adaptive plasticity in aged skeletal muscle. Aging (Albany NY). 1 (9), 818-830 (2009).
- Schwarz, G., Leisner, E., Pette, D. Two telestimulation systems for chronic indirect muscle stimulation in caged rabbits and mice. Pflugers Arch. 398 (2), 130-133 (1983).
- Simoneau, J. A., Pette, D. Species-specific effects of chronic nerve stimulation upon tibialis anterior muscle in mouse, rat, guinea pig, and rabbit. Pflugers Arch. 412 (1-2), 86-92 (1988).
- Ohlendieck, K., et al. Effects of chronic low-frequency stimulation on Ca2+-regulatory membrane proteins in rabbit fast muscle. Pflugers Arch. 438 (5), 700-708 (1999).
- Brown, M. D., Cotter, M. A., Hudlicka, O., Vrbova, G. The effects of different patterns of muscle activity on capillary density, mechanical properties and structure of slow and fast rabbit muscles. Pflugers Arch. 361 (3), 241-250 (1976).
- Skorjanc, D., Traub, I., Pette, D. Identical responses of fast muscle to sustained activity by low-frequency stimulation in young and aging rats. J Appl Physiol. 85 (2), 437-441 (1998).
- Kim, Y., Triolo, M., Hood, D. A. Impact of Aging and Exercise on Mitochondrial Quality Control in Skeletal Muscle. Oxid Med Cell Longev. 2017, 3165396 (2017).
- Callewaert, L., Puers, B., Sansen, W., Jarvis, J. C., Salmons, S. Programmable implantable device for investigating the adaptive response of skeletal muscle to chronic electrical stimulation. Med Biol Eng Comput. 29 (5), 548-553 (1991).
- Kern, H., et al. Electrical stimulation counteracts muscle decline in seniors. Front Aging Neurosci. 6, 189 (2014).
- Zampieri, S., et al. Physical exercise in aging human skeletal muscle increases mitochondrial calcium uniporter expression levels and affects mitochondria dynamics. Physiol Rep. 4 (24), (2016).
