Метод изучения влияния химически индуцированного угасание функции яичников на толерантность к физической нагрузке и кардиохирургии адаптации у мышей
Summary
Два упражнения парадигмы были протестированы на недавно разработанной химически индуцированного модели менопаузы мыши, чтобы изучить влияние менопаузы на толерантность к физической нагрузке и сердечной адаптации осуществлять.
Abstract
Риск сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ) возрастает в период после менопаузы женщины, тем не менее, роль физических упражнений, в качестве превентивной меры для риска ССЗ в период после менопаузы женщины не были должным образом изучены. Соответственно, мы исследовали влияние добровольного клетку колеса упражнения и принудительного беговой дорожке упражнения на сердечной адаптации в период менопаузы мышей. Наиболее часто используемый индуцибельный модель для имитации менопаузы у женщин является овариэктомии (OVX) грызунов. Однако модель OVX имеет несколько несходства от менопаузы в организме человека. В этом исследовании, мы вводили 4-винилциклогексен диэпоксида (VCD) самкам мышей, что ускоряет яичников как альтернативную модель менопаузы для изучения влияния физических упражнений на менопаузы мышей. VCD избирательно ускоряет потерю первичных и примордиальных фолликулов, что приводит к эндокринным государства, тесно имитирует естественное развитие от предварительно в пери-пост-менопаузы в организме человека. Чтобы определить влияние физических упражнений на упражненияЕмкость и сердечной адаптации в VCD обработанных самок мышей, были использованы два метода. Во-первых, мы подвержены группу VCD-обработанных и необработанных мышей к добровольному клетке колеса. Во-вторых, мы использовали принудительный бегущей дорожке, чтобы определить переносимость физических нагрузок в отдельную группу VCD-обработанных и необработанных мышей измеренных как терпимость осуществлять интенсивность и выносливость.
Introduction
Естественное начало менопаузы характеризуется истощением яичников примордиальных фолликулов через атрезии, в конечном итоге приводит к яичников старения. В Соединенных Штатах, более 30% жизни женской будут потрачены в постменопаузе. В ответ на снижение функции яичников, несколько физиологические и психологические последствия могут возникнуть, в том числе повышенной ожирения, сосудистой нестабильностью и настроения или нарушения сна. Из-за повышенного ожирения / ожирением по сравнению с пременопаузе коллегами 1,2, у женщин в постменопаузе, особенно более восприимчивы к развитию метаболического синдрома и связанных сопутствующих заболеваний, в том числе сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ) 3. Кроме того, становится все более очевидным, что успешное сердечной реабилитации для пациентов с сердечно-сосудистых заболеваний включает в себя регулярные аэробные упражнения, и что физические упражнения снижают сердечно-сосудистую заболеваемость и смертность по этим предметам 4,5. Тем не менее, как толерантность к физической нагрузке чаНГРЭС в ходе предварительного пост-менопаузы не были хорошо изучены. Что еще более важно, роль физических упражнений в качестве превентивной меры для риска ССЗ в период после менопаузы женщины остается удивительно изученной.
Наиболее часто используемый индуцибельный модель для имитации менопаузы у женщин является овариэктомии (OVX) грызунов. В последнее время профессиональная химическая 4-винилциклогексен диэпоксид (VCD) было показано, в частности, целью маленькие первичные и первичные фолликулов, ускоряя естественный процесс атрезии, в конечном счете, приводит к недостаточности яичников без очевидных токсичности, найденного в других тканях 6. Цикл течки у VCD мышей, обработанных, которая аналогична человеческой менструального цикла, прекращается в течение 2-3 месяцев после завершения VCD инъекций, которые в свою очередь приводит к постепенному выводу эстрогенов, имитируя пригородных чтобы постменопаузе переход. Таким образом, фолликул-разрушающим, яичников-нетронутыми животных близко приближается естественный человекапрогрессирование через предварительно в пери-пост-менопаузы 7-9. Кроме того, она обеспечивает нехирургических альтернатива модели OVX восстановительной хирургии осложнений, таких как инфекции. В этом исследовании мы использовали VCD-индуцированной менопаузы мышей для изучения влияния физических упражнений на сердечную адаптации в период менопаузы мышей.
Есть несколько случаев, которые позволяют предположить, связь между эстрогеном и клетка колеса упражнения у грызунов обоих полов 10-13. Эстроген истощение хирургическим OVX уменьшается добровольным мероприятием активность у мышей и крыс 14,15. Два способа осуществления были использованы в этом исследовании, чтобы проверить способность упражнений VCD-индуцированных менопаузы мышей. Кейдж колесо, идущее как правило, рассматривается как один из видов добровольного упражнения на животных моделях и осуществляется, по-видимому, в менее стрессовых условиях. Однако, клетка колесо, идущее не свидетельствует об относительной толерантности к физической нагрузке животных, что требует животных тестироватьсяЮ-В гораздо более высокий уровень. Принудительное бегущей дорожке, был использован для определения физической нагрузки, измеряемое как терпимость осуществлять интенсивность и выносливость. Кроме того, мы уже показали, что клетка колесо упражнение дает стимул для гипертрофии сердца, и это гипертрофическая рост секс-зависимых 16. Таким образом, мы также измерили сердечный адаптацию к клетке колеса упражнение в VCD-индуцированных менопаузы мышей.
Protocol
Representative Results
Discussion
Оба клетка колесо упражнения и беговой дорожке режимы тренировки были использованы в наших предыдущих исследованиях 16,21,22. Все животные содержатся в специальных тренажерных залах, чтобы минимизировать экологические или человека нарушения. Любое нарушение животных биологического ритма может существенно повлиять животных физической работоспособности. Таким образом, вся по уходу за животными, мониторинга производительности и запись, и осуществлять схемы должно быть сделано в том же ежедневной периода времени. Следователи должны стремиться избегать дополнительную нагрузку к животным, демонстрируя меры предосторожности, такие как ограничение длительности воздействия стресса и покрытия клетки при необходимости.
Кейдж колесо упражнения
При подготовке клетка колесо аппарата, колесо должны быть легко доступны для мыши монтировать и выйти. Там должно минимально постельные принадлежности в нижней части клетки, чтобы предотвратить мышей от вложенности вокруг колеса и препятствует Freе колеса движение. Магнитный датчик был помещен на неподвижной части колеса и магнита, прикрепленного к свободного хода, чтобы считать каждый вращение колеса как мышь осуществлено. Устройство записи прикреплен к магнитному датчику должен быть размещен над проволочной крышки клетки, и все оголенные провода должны быть либо лентой или хранить в недоступном от мышей, так, чтобы обеспечить барьер против жевательной повреждения. Датчик магнит и магнитные также выявляется в соответствующие структуры, чтобы предотвратить как повреждения и нежелательного перемещения. Во время сбора ежедневной данных все записанные на пленку провода должны быть тесно проверку для гарантии провода остаются нетронутыми и должен быть retaped по мере необходимости. Так как это может потребовать несколько дней для мышей, чтобы акклиматизироваться к новым условиям и начать осуществление на регулярной основе, записи данных должны быть приспособлены к каждого отдельного животного. Хотя животные, как правило, проводят много час на колесе, большую часть хода происходит в ночное время. Таким образом, некоторые животные могут выявить HIGч деятельность производительность, даже если они появляются в спящем состоянии в дневное время. Кроме того, это не редкость, что некоторые животные будут проявлять ограниченный ход клетка колеса. Как правило, клетка колеса деятельность, которая составляет в среднем 1 км / день или меньше является результатом случайного клетке деятельности и не связаны с какой-либо значительной проточной стимула. Таким образом, животные, чьи работает параметры находятся на 1 км / день или 1 час / день или меньше, должны быть исключены в заключительных nonrunners анализа данных.
В зависимости от конкретных целей отдельного исследования и линий мышей, вовлеченных, длина осуществления могут быть изменены. Наш предыдущий исследование показало, что для обеих линий мышей, участвующих, средние колесные хода скорости и продолжительность упражнений на клетке колесо постепенно увеличивается с течением времени и плато на 4 недели.
Кейдж колесо, идущее является одним из видов добровольного упражнения на животных моделях, которые как правило, принимаются как выполняемые при менее напряженных условиях. UnlАйк на бегущей дорожке, в котором некоторые параметры могут быть заданы, все работающие в каждой клетке является добровольным и может влиять на экологические или поведенческие сигналы. Таким образом, сравнение между различными экспериментальных условиях, как правило, избегать, если не используются большие экспериментальные группы чисел. Другие потенциальные области исследований, которые могут извлечь выгоду из этого вида упражнений парадигмы исследования, которые включают поведенческие реакции с физиологическими последствиями, такими как когнитивной нейронауки. Для исследований с использованием добровольного клетку колесо парадигму, наиболее важные шаги клетка настроить и мониторинг осуществления деятельности.
Беговая дорожка упражнения
Шаги акклиматизации необходимо подготовить животных для протокола упражнений беговой дорожке. В зависимости от конкретной цели индивидуального исследования, продолжительность периода акклиматизации может варьироваться. В этом исследовании, в период одной недели был выбран, чтобы позволить животным acclimели на беговой дорожке аппарата и шум двигателя в клетке, согреть периоды являются важным шагом в упражнения тренировочный режим. Подобно человеческие аналоги, мыши должны быть разогрет прежде чем попасть в любых интенсивных схемы упражнений, чтобы избежать травм и потенциальных артефактов данных. В этом исследовании, мы начали ремень на минимальной скорости возможно (4 м / мин) с ударные сетки выключен в течение 15 мин. Все мыши, участвующие бросился бежать и выключать пояса. Ударные сетки были затем включены и скорость движения ленты поддерживали на уровне 4 м / мин. Чтобы избежать чрезмерной подчеркнув мышей мы устанавливаем электрическим током при мягким уровне (1 Гц). В течение нескольких дней, все мыши адаптированы к беговой дорожке пояса.
Продолжительность хода, а также ускорение также могут быть адаптированы к каждой экспериментальной конструкции. Рекомендуемая начальная скорость ускорение 1 м / мин. Беговая дорожка полосы мышей с признаками истощения должен быть выключен сразу. Обычно признаки истощения, проявляемые мисе на беговой дорожке являются:
- Продолжительное воздействие ударной сетки для> 5-10 сек,
- Потеря работает потенциала в результате ударной воздействия сетки> 5x в течение одного режим упражнений, и
- Потеря работает потенциала в результате ударной воздействия сетки> 2 сек по крайней мере, 3x в течение одного режим упражнений.
Значения, приведенные выше, должны использоваться, прежде всего, в качестве руководящих принципов для конкретного эксперимента. Эти параметры должны быть определены для каждого протокола упражнений, как она колеблется от линии мышей, чтобы линии мышей, опыта к опыту, и следователя следователя.
В отличие клетка колеса упражнения, беговой дорожке исследования необходимо повторять несколько раз, чтобы устранить последствия экологических и биологических факторов на эксплуатационные качества. Это не редкость, чтобы увидеть колебания в управлении производительность между испытаний даже для того же животного. Так как каждый режим упражнений выставляет работает мышей к Streсс, соответствующий интервал отдыха между тестами необходимо. По нашему опыту, 2-3 дня перерывах между каждого теста было достаточно для мышей, чтобы восстановиться.
Как человеку беговой дорожке упражнения, скорость для упражнения на выносливость лучше всего определяется по ЧСС или насыщения крови кислородом, технически трудный подвиг с исследований на мышах. Наиболее важным шагом в беговой дорожке исследований является определение истощения, который обычно колеблется между отдельными мышей, и был установлен как 80% максимальной скорости. На собственном опыте запись результатов могут значительно отличаться между отдельными исследователями, так как критерии истощения в основном субъективный характер. Таким образом, последовательное применение одних и тех же критериев во время записи имеет решающее значение.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана NIH грант (HL 098256), по национальной и наставником Исследования развития науки Award (K01 AR052840) и независимого ученого премии (K02 HL105799) от NIH присуждена JP Konhilas и междисциплинарной подготовки Грант в сердечно-сосудистых наук (HL007249 ). Поддержка была получена из сердечного центра Sarver в Университете Аризоны и от Стивен М. Gootter Foundation.
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).
