שיטה לחקר ההשפעה של כשל שחל מושרה כימי ביכולת גופנית ולב הסתגלות בעכברים
Summary
שתי פרדיגמות תרגיל נבדקו על חדש שפותח במודל עכבר בגיל המעבר כימי שגרם לבחון את ההשפעה של גיל המעבר על יכולת גופנית והסתגלות לב לפעילות גופנית.
Abstract
הסיכון למחל לב וכלי דם (CVD) מגביר בנשים בגיל הבלות, ובכל זאת, את התפקיד של פעילות גופנית, כאמצעי מניעה לסיכון CVD בנשים בגיל הבלות לא נחקר כראוי. בהתאם לכך, אנחנו בדקנו את ההשפעה של פעילות גופני כלוב גלגל מרצון ופעילות גופני הליכון נכפתה על הסתגלות לב בעכברים בגיל המעבר. המודל מושרה הנפוץ ביותר לחיקוי גיל המעבר אצל נשים הוא מכרסם ovariectomized (OVX). עם זאת, יש במודל OVX כמה שוני מגיל המעבר בבני אדם. במחקר זה, אנו מנוהלים diepoxide 4 vinylcyclohexene-(VCD) לנקבות עכברים, אשר מאיץ את הכשל שחלה כמודל גיל המעבר חלופי לחקור את ההשפעה של פעילות גופנית בעכברים בגיל המעבר. VCD סלקטיבי מאיץ את האובדן של זקיקים ראשוניים וקמאיים וכתוצאה מכך מדינה האנדוקרינית המחקה מקרוב את ההתקדמות הטבעית ממראש לפרי שלאחר גיל המעבר בבני אדם. כדי לקבוע את ההשפעה של פעילות גופנית על פעילות גופניתקיבולת והסתגלות לב בנקבות עכברים שטופלו VCD, שתי שיטות היו בשימוש. ראשית, אנו חשופים קבוצה של עכברים שטופלו VCD ואינו מטופלים לגלגל בכלוב מרצון. שנית, השתמשנו בתרגיל הליכון נאלץ לקבוע את היכולת הגופנית בעכברים ואינם מטופלים שטופלו VCD נפרדים קבוצה נמדדים כסובלנות לעצימות אימון וסיבולת.
Introduction
התפרצות הטבעית של גיל המעבר מאופיין בדלדול של זקיקים בשחלות באמצעות קדמוניים atresia, סופו של דבר וכתוצאה מהזדקנות השחלות. בארצות הברית, מעל 30% מהחיים של נשים יוקדש בגיל הבלות. בתגובה לירידה בתפקוד השחלות, כמה השלכות פיסיולוגיות ופסיכולוגיות עלולות להתרחש, כוללים השמנה מוגברת, חוסר יציבות של כלי דם, ומצב רוח או הפרעות בשינה. בגלל עליה בהשמנת יתר / השמנה בהשוואה לעמיתיהם לפני גיל המעבר 1,2, נשים לאחר גיל המעבר הן במיוחד רגישות יותר לתסמונת מטבולית ומחלות הרקע נלווה, כולל מחלות לב וכלי דם (CVD) 3. יתר על כן, זה הופך ברור יותר ויותר כי שיקום לב מוצלח בחולים עם CVD כולל פעילות גופנית אירובית על בסיס קבועה, וכי הפעילות הגופנית מפחיתה את התחלואה לב וכלי דם ותמותה בנושאים אלה 4,5. ובכל זאת, איך צ'ה היכולת הגופניתnges במהלך המעבר מראש כדי שלאחר גיל המעבר לא נחקר היטב. חשוב מכך, תפקידה של פעילות גופנית כאמצעי מניעה לסיכון CVD בנשים בגיל הבלות נשאר להפליא understudied.
המודל מושרה הנפוץ ביותר לחיקוי גיל המעבר אצל נשים הוא מכרסם ovariectomized (OVX). לאחרונה, diepoxide התעסוקתי הכימי 4 vinylcyclohexene-(VCD) הוכח במיוחד למטרת זקיקים בשחלות ראשוניות וקמאיים קטנים על ידי האצת התהליך הטבעי של אטרזיה, סופו של דבר וכתוצאה מכך כשל שחלה ללא רעילות ברורה שנמצאה ברקמות אחרות 6. מחזור הייחום של עכברים שטופלו VCD, שהוא מקביל למחזור אדם, מפסיק בתוך 2-3 חודשים לאחר השלמת זריקות VCD, שבתורה גוררת בנסיגה הדרגתית של אסטרוגן, מחקה את פרי שלאחר גיל המעבר מעבר. לפיכך, זקיק-ימוצה, בעלי חיים השחלה-פגע קירוב אנושי הטבעי מקרובהתקדמות דרך מראש לפרי למעבר בגיל ההבלות 7-9. יתר על כן, הוא מספק אלטרנטיבה לא ניתוחית למודל OVX צמצום סיבוכים מניתוח, כגון זיהום. במחקר זה, אנו מועסקים עכברים בגיל המעבר מושרה VCD כדי לחקור את ההשפעה של פעילות גופנית על אימוצו של הלב בעכברים בגיל המעבר.
ישנם כמה מקרים שמצביעים על הקשר בין אסטרוגן ופעילות גופני גלגל כלוב במכרסמים משני המינים 10-13. דלדול אסטרוגן על ידי OVX כירורגית מקטין פעילות גופנית מרצון בעכברים וחולדות 14,15. שתי שיטות של פעילות גופנית ששימשו במחקר זה על מנת לבחון את היכולת הגופנית של עכברים בגיל המעבר מושרה VCD. ריצה גלגל קייג' נחשב בדרך כלל כסוג של פעילות גופני מרצון במודלים של בעלי חיים ושבוצעה, ככל הנראה, בתנאים פחות מלחיצים. עם זאת, הריצה גלגל כלוב אינה מעידה על היכולת ביחס המימוש של בעלי חיים, אשר דורשת בעלי חיים לexercise ברמות הרבה יותר גבוהה. תרגיל הליכון כפייה שימש כדי לקבוע את היכולת הגופנית, שנמדדה כסובלנות לעצימות אימון וסיבולת. בנוסף, יש לנו הראינו בעבר כי תרגיל גלגל כלוב מספק גירוי להיפרטרופיה לבבית וצמיחת hypertrophic הזה היא מין תלוי 16. לכן, אנחנו גם נמדדו הסתגלות לב לגלגל בכלוב תרגיל בעכברים בגיל המעבר מושרה VCD.
Protocol
Representative Results
Discussion
גם פעילות גופני גלגל בכלוב והליכון ריצת משטרי תרגיל נעשה שימוש במחקרים הקודמים שלנו 16,21,22. כל בעלי החיים נשמרים בחדרי כושר ייעודיים כדי למזער הפרעות אנושיות או סביבתיות. כל הפרעה של בעלי החיים "קצב הביולוגי יכולה להשפיע באופן משמעותי בעלי החיים 'ביצועי פעילות גופני. לכן, יש לעשות כל משטרי הטיפול בבעלי החיים, ניטור ביצועים והקלטה, ופעילות גופנית בתוך אותה מסגרת זמן יומית. חוקרים צריכים לשאוף להימנע מלחצים מיותרים לבעלי החיים על ידי הפגנה באמצעי זהירות כגון הגבלת משך הזמן של חשיפה ללחץ ומכסה את הכלובים בעת הצורך.
תרגיל גלגל קייג'
כאשר מכינים את מנגנון הגלגל בכלוב, הגלגל צריך להיות נגיש לעכבר להר ויציאה. לא צריכים מצעים מינימאליים בחלק התחתון של הכלוב כדי למנוע עכברים מהקינון סביב ההגה ופוגע freתנועת גלגל דואר. החיישן המגנטי הושם על החלק נייח של הגלגל והמגנט מאובטח לגלגל החופשי, כדי לספור כל סיבוב של ההגה כממש את העכבר. מכשיר ההקלטה המחובר לחיישן המגנטי צריך להיות ממוקם מעל המכסה התיל של הכלוב, וכל החוטים החשופים צריכים להיות או מוקלטים או נשמרו מחוץ להישג יד מהעכברים, כדי לספק מחסום נגד לעיסת נזק. חיישן המגנט והמגנטי גם היו מודבק למבנים המתאימים למניעת נזק וגם תנועה לא רצויה. במהלך איסוף הנתונים יומי, כל החוטים המודבקים חייבים להיבדק באופן הדוק על מנת להבטיח את החוטים נותרו על כנן וצריכה להיות retaped בהתאם לצורך. מאז זה עשוי לדרוש כמה ימים לעכברים להתאקלם לסביבה החדשה ולהתחיל בפעילות גופנית קבועה, הקלטת הנתונים צריכה להיות מותאמת לכל בעל חיים בודדים. למרות שבעלי חיים נוטים לבלות שעות רבות על ההגה, רוב הריצה מתרחש בלילה. לכן, חלק מבעלי החיים עשויים לחשוף גדולותפעילות ביצועי שעות גם אם הם נראים רדומים בשעתי יום. יתר על כן, אין זה נדיר שבעלי חיים מסוימים יפגינו ריצה גלגל כלוב מוגבלת. בדרך כלל, פעילות הגלגל בכלוב שמסתכמת לסך של 1 קילומטר / יום ממוצע או פחות מזה היא התוצאה של פעילות כלוב אקראית ואינה קשור לכל גירוי ריצה משמעותי. לכן, בעלי חיים פרמטרים ריצה שנמצאים במרחק 1 / יום או 1 שעות / יום או פחות צריכים להיות שליליים בnonrunners ניתוח הנתונים הסופי.
בהתאם למטרות הספציפיות של מחקר וזנים של עכברים המעורבים אישיים, באורך של פעילות גופנית יכול להיות שונה. המחקר הקודם שלנו הראה כי עבור שני זני העכבר המעורבים, מהירות ריצה בגלגל בממוצע והמשך הזמן של פעילות גופנית על הגלגל בכלוב גדלו בהדרגה לאורך זמן והתייצבו ב -4 שבועות.
ריצה גלגל קייג' היא סוג של פעילות גופני מרצון במודלים של בעלי חיים, אשר בדרך כלל נלקח כמתבצע בתנאים פחות מלחיצים. Unlתרגיל הליכון אייק שבו ניתן מראש פרמטרים מסוימים, כל הריצה בכלוב המבחן היא בהתנדבות ובקלות מושפעת רמזים התנהגותיים או סביבתיים. לכן, ההשוואה בין הגדרות ניסויים השונות הן בדרך כלל להימנע, אלא אם כן מספרי קבוצות ניסוי גדולים נמצאים בשימוש. אזורים פוטנציאליים אחרים של מחקר שיכול להפיק תועלת מסוג זה של פעילות גופנית הם הפרדיגמה מחקרים המשלבים תגובות התנהגותיות עם השלכות פיסיולוגיות, כגון מדעי המוח הקוגניטיביים. ללימודי ניצול הפרדיגמה גלגל כלוב מרצון, השלבים הקריטיים ביותר הם כלוב שהוקם וניטור של הפעילות הגופנית.
תרגיל הליכון
צעדי הסתגלות נדרשים כדי להכין את בעלי חיים לפרוטוקול הפעילות הגופנית על הליכון. בהתאם לצורך הספציפי של המחקר הבודד, משך תקופת ההסתגלות יכול להשתנות. במחקר זה, לתקופה של שבוע אחד נבחרה כדי לאפשר לבעלי חיים לacclimאכלתי למנגנון הליכון ורעש מנוע בכלוב, תקופות להתחמם הן צעד חשוב במשטר האימונים של פעילות גופנית. בדומה לעמיתיהם אדם, העכברים חייבים להיות התחממו לפני שנכנס לכל משטרי פעילות גופני אינטנסיביים, כדי למנוע פגיעה וחפצי נתונים פוטנציאליים. במחקר זה, שהתחלנו את החגורה במהירות הנמוכה ביותר האפשרית (4 מ '/ דקה) עם רשתות ההלם כבויה במשך 15 דקות. כל העכברים המעורבים התחילו לרוץ ולכבות את החגורה. רשתות ההלם ואז היו מופעלות ומתוחזק על מהירות חגורה ב 4 מ '/ דקה. כדי להימנע מהעכברים והדגישו יתר על המידה, אנו קובעים את ההלם החשמלי ברמה קלה (1 הרץ). בתוך כמה ימים, כל העכברים מותאמים לחגורת הליכון.
משך הריצה כמו גם האצה יכול גם להיות מותאמת לכל עיצוב ניסיוני. מומלץ שיעור ההאצה מתחיל הוא 1 מ '/ דקה. נתיבי הליכון של עכברים מראים סימנים של תשישות חייבים להיות כבויים באופן מיידי. בדרך כלל סימנים של תשישות הוצגו על ידי מילce על ההליכון הם כדלקמן:
- חשיפה ממושכת לרשת ההלם ל> 5-10 שניות,
- אובדן של ריצה וכתוצאה מכך יכולת חשיפת רשת הלם> 5x במהלך משטר אימונים בודדים, ו
- אובדן של ריצה וכתוצאה מכך יכולת חשיפת רשת הלם> 2 שניות לפחות פי 3 במהלך משטר אימונים בודדים.
הערכים המפורטים לעיל הוא לשמש בעיקר כקווים מנחים לניסוי ספציפי. פרמטרים אלה צריכים להיקבע עבור כל פרוטוקול פעילות גופני כפי שהוא משתנה מזן עכבר לזן עכבר, ניסוי לניסוי, וחוקר לחוקר.
בניגוד לפעילות גופני גלגל בכלוב, מחקרי הליכון יש לחזור מספר פעמים על מנת לחסל את ההשפעות של גורמים סביבתיים וביולוגיים על ביצועים בריצה. אין זה נדיר לראות תנודות בביצועים בריצה בין בדיקות אפילו לאותה חיה. מאז כל משטר אימוני ריצה חושף עכברים לstress, מרווח מנוחה הולם בין הבדיקות הכרחי. מניסיוננו, 2-3 ימים מנוחה תקופה שבין כל בדיקה היו מספיק לעכברים כדי להתאושש.
כמו תרגיל הליכון אנושי, את המהירות לתרגיל סיבולת נקבעת על ידי מיטב קצב הלב או רוויון חמצן בדם, הישג קשה מבחינה טכנית עם לימודי עכבר. השלב הקריטי ביותר של מחקרי הליכון הוא נחישות של תשישות, שלרוב נעה בין עכברים בודדים, ונקבע כ80% מהירות מקסימלי. בחוויה שלנו את ההקלטה של תוצאות עשויות להיות שונה באופן משמעותי בין חוקרים בודדים, שכן הקריטריונים לתשישות הם בעיקר סובייקטיבי. לפיכך, היישום העקבי של אותם הקריטריונים במהלך ההקלטה הוא קריטי.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי מענק NIH (HL 098,256), הפרס לאומי והנחייתם מחקר מדע פיתוח (K01 AR052840) ועצמאי פרס מדען (K02 HL105799) מ-NIH על ידי העניק לJP Konhilas וגרנט הבינתחומי ההדרכה במדעי לב וכלי דם (HL007249 ). תמיכה התקבלה ממרכז לב הסרבר באוניברסיטת אריזונה ומסטיוון Gootter הקרן.
Materials
| 4-vinylcyclohexene diepoxide (VCD) | Sigma, cat# V-3630 | ||
| 11.5-cm-diameter wheel with a 5.0-cm-wide running surface | Petsmart,model 6208 | ||
| Digital magnetic counter | Sigma Sport,model BC 600 | ||
| Treadmill exercise | Columbus Instruments , model 1055SDRM |
References
- Lindheim, S. R., et al. Comparison of estimates of insulin sensitivity in pre- and postmenopausal women using the insulin tolerance test and the frequently sampled intravenous glucose tolerance test. J. Soc. Gynecol. Invest. 1, 150-154 (1994).
- Dubnov-Raz, G., Pines, A., Berry, E. M. Diet and lifestyle in managing postmenopausal obesity. Climacteric. 10 Suppl 2, 38-41 (2007).
- Grundy, S. M. Metabolic syndrome: connecting and reconciling cardiovascular and diabetes worlds. J. Am. Coll. Cardiol. 47, 1093-1100 (2006).
- Sharma, S., Firoozi, S., McKenna, W. J. Value of exercise testing in assessing clinical state and prognosis in hypertrophic cardiomyopathy. Cardiol. Rev. 9, 70-76 (2001).
- Guyatt, G. H., Devereaux, P. J. A review of heart failure treatment. Mt. Sinai. J. Med. 71, 47-54 (2004).
- Mayer, L. P., et al. Long-term effects of ovarian follicular depletion in rats by 4-vinylcyclohexene diepoxide. Reprod. Toxicol. 16, 775-781 (2002).
- Mayer, L. P., Devine, P. J., Dyer, C. A., Hoyer, P. B. The follicle-deplete mouse ovary produces androgen. Biol. Reprod. 71, 130-138 (2004).
- Lohff, J. C., Christian, P. J., Marion, S. L., Hoyer, P. B. Effect of duration of dosing on onset of ovarian failure in a chemical-induced mouse model of perimenopause. Menopause. 13, 482-488 (2006).
- Wright, L. E., et al. Comparison of skeletal effects of ovariectomy versus chemically induced ovarian failure in mice. J. Bone Miner Res. 23, 1296-1303 (2008).
- Ogawa, S., Chan, J., Gustafsson, J. A., Korach, K. S., Pfaff, D. W. Estrogen increases locomotor activity in mice through estrogen receptor alpha: specificity for the type of activity. Endocrinology. 144, 230-239 (2003).
- Roy, E. J., Wade, G. N. Role of estrogens in androgen-induced spontaneous activity in male rats. J. Comp. Physiol. Psychol. 89, 573-579 (1975).
- Fahrbach, S. E., Meisel, R. L., Pfaff, D. W. Preoptic implants of estradiol increase wheel running but not the open field activity of female rats. Physiol. Behav. 35, 985-992 (1985).
- Morgan, M. A., Pfaff, D. W. Effects of estrogen on activity and fear-related behaviors in mice. Horm. Behav. 40, 472-482 (2001).
- Gorzek, J. F., et al. Estradiol and tamoxifen reverse ovariectomy-induced physical inactivity in mice. Med. Sci. Sports Exerc. 39, 248-256 (2007).
- Kadi, F., et al. The effects of physical activity and estrogen treatment on rat fast and slow skeletal muscles following ovariectomy. J. Muscle Res. Cell Motil. 23, 335-339 (2002).
- Konhilas, J. P., et al. Sex modifies exercise and cardiac adaptation in mice. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 287, 2768-2776 (2004).
- Caligioni, C. S. Assessing reproductive status/stages in mice. Curr. Protoc. Neurosci. 4, (2009).
- Goldman, J. M., Murr, A. S., Cooper, R. L. The rodent estrous cycle: characterization of vaginal cytology and its utility in toxicological studies. Birth Defects Res. B. Reprod. Toxicol. 80, 84-97 (2007).
- McLean, A. C., Valenzuela, N., Fai, S., Bennett, S. A. Performing vaginal lavage, crystal violet staining, and vaginal cytological evaluation for mouse estrous cycle staging identification. J. Vis. Exp. , (2012).
- McKee, L. A., et al. Sexually dimorphic myofilament function and cardiac troponin I phosphospecies distribution in hypertrophic cardiomyopathy mice. Arch. Biochem. Biophys. 535, 39-48 (2013).
- Konhilas, J. P., et al. Exercise can prevent and reverse the severity of hypertrophic cardiomyopathy. Circ. Res. 98, 540-548 (2006).
- Perez, N. J., Chen, H., Regan, J. A., Emert, A., Constantopoulos, E., Lynn, M., Konhilas, J. P. The impact of chemically-induced ovarian failure on voluntary cage wheel exercise and cardiac adaptation in mice. Compar. Med. In press, (2013).
