הערכה של Murine תרגיל סיבולת ללא השימוש ברשת הלם: אלטרנטיבי לתרגיל בכפייה
Summary
A method to assess exercise endurance in laboratory mice without the use of a shock grid is demonstrated. This method is a humane refinement that can decrease the confounding effects of stress on experimental parameters.
Abstract
שימוש במודלים של עכברי מעבדה, המסלולים המולקולריים האחראים להטבות מטבולים של פעילות אירובית מתחילים להיות מוגדרים. השיטה הנפוצה ביותר להערכת סיבולת תרגיל בעכברים מנצלת נאלצה לרוץ על הליכון ממונע מצויד ברשת הלם. בעלי חיים שהפסיקו ריצה נדחפים על ידי חגורת הליכון המרגש על רשת המספקת הלם רגל חשמלי; כדי להימלט מהגירוי השלילי, העכברים לחזור לריצה על החגורה. עם זאת, הימנעות התנהגות ומתח נפשי עקב שימוש במתקן הלם חשמלי יכולים להפריע לכמת את סיבולת ריצה, כמו גם מדידות לבלבל של רמות הורמונים וציטוקינים בסרום postexercise. הנה, אנחנו מדגימים ולאמת שיטה מעודנת למדוד סיבולת ריצה בC57BL / 6 עכברי מעבדה נאיביים על הליכון ממונע ללא ניצול רשת הלם. כאשר העכברים preacclimated להליכון, הם רצים מרצון עם הליכה במהירויות ספציפית לכל mousדואר. שימוש ברשת ההלם הוא הוחלף על ידי עידוד עדין על ידי מפעיל אנושי באמצעות כפיס עץ, בשילוב עם רגישות לנכונות וולונטריות לרוץ על החלק של העכבר. נקודות קצה ברורות לכימות זמן ריצה לתשישות לכל עכבר מוגדרים ובאו לידי ביטוי בסימנים התנהגותיים של תשישות כגון תנוחת רגליה פשוקות ונשימה מאומצת. שיטה זו היא עידון אנושי שגם מקטין את תופעות של הבלבול של לחץ על פרמטרים של ניסוי.
Introduction
השמנה, עמידות לאינסולין, וסוכרת מהסוג 2 הם הפרעות בחילוף חומרים הקשורים זה שיפעיל השפעה עמוקה על הבריאות של ארה"ב ובאוכלוסיות בעולם 1-4. אימוני סיבולת יכול למנוע, כמו גם לטיפול, 5,6 תנאים אלה. יתר על כן, הערכה של מהירות הליכה וסיבולת מנוצלות בדיקות קליניות לאבחון כלחולשה, sarcopenia, ואת ההשלכות של הפרעות אחרות כגון מחלת ריאות חסימתית כרונית, בבני אדם 7.
התהליכים הביוכימיים שבבסיס את ההשפעות המיטיבות של פעילות אירובית על הרכב גוף ורגישות לאינסולין מתחילים הובהרו, באמצעות עכברים גנטיים או פרמקולוגית שונה המציגים משופר או מופחת יכולת הגופנית 8-11. עם זאת, מחקרים רבים כאלה מנוצלים הליכונים ממונעים מצוידים ברשתות הלם לכפות עכברים לרוץ 8-11. בעלי חיים שהפסיקו ריצה נדחפים על ידיחגורת הליכון המרגש על רשת המספקת הלם רגל חשמלי; כדי להימלט מהגירוי השלילי, העכברים לחזור לריצה על החגורה. נהלים אלה עשויים להציג את לחץ פסיכולוגי והימנעות התנהגות כגורמים מבלבלים משפיעים פרמטרים ניסיוניים 12. שיטות אחרות של סיבולת מדידה, כגון לכמת את פעילות אמבולטורי באמצעות מנגנון הקורה הפסקה או לכמת את ריצת גלגל בכלוב, עשויות להיות מבולבלות על ידי אפנון של מחזורי היממה, חרדה, אימון שלא במתכוון, או מזון מחפש התנהגות 12-16. יתר על כן, נהלים אלה מחייבים דיור אחת, מקור נוסף ללחץ פסיכולוגי לעכברים. לכן, יש צורך במדידה ישירה של סיבולת תרגיל לא מבולבלת על ידי מתח.
כדי לייתר את החששות האלה, המעבדה שלנו פיתחה ומאומתים שיטה להעריך את יכולת ריצה מקסימלי ומתמשכת מהירות ריצה בעכברים מאומנים, נאיביים באמצעות הליכון ממונע לא שוהpped עם רשת הלם. החלל בסוף מסילת הריצה, שבו רשת ההלם בדרך כלל מתגוררת, ואז הופך פלטפורמה לעכברים לשאר, ומספק מקום לעכברים שמסרבים לרוץ לשבת עד הוסר מהמכשיר. עכברים מעודדים מנוהלים על ידי משקיף אדם באמצעות הקשה עדינה או נגיעה עם כפיס עץ, בשילוב עם רגישות לנכונות וולונטריות לרוץ על החלק של העכבר. שיטה זו נעשתה שימוש כדי לכמת הבדלים בסיבולת גופנית בין C57BL / 6 עכברים גנטי שונה ולשלוט שונים בביטוי של ציטוקינים הנגזרים שריר interleukin-15 (IL-15) 16,17. שיטה זו היא עידון אנושי שמקטין את תופעות של הבלבול של חיזוק שלילי שנגרם על ידי שימוש ברשת הלם.
Protocol
Representative Results
Discussion
שתואר כאן הוא שיטה להערכת סיבולת ריצה מרצון בעכברי מעבדה באמצעות הליכון ממונע ללא שימוש ברשת הלם. שיטה זו יכולה לחשוף הבדלים בין תתי ענפים של C57BL עכברים / 6 שנבדלים בביטוי של ציטוקינים IL-15, אשר בתורו גורם להבדלים בביטוי של גורמים העומדים בבסיס 16,17 סיבולת תרגיל. בק?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
נתמך על ידי BX001026 סקירת הצטיינות # מהמחלקה לענייני יוצאי צבא (LSQ), ושימוש במשאבים ומתקנים במערכת VA Puget Sound בריאות, המהונדסים המשאבים Core באוניברסיטת מרכז ההלם נתן וושינגטון למצוינות בביולוגיה בסיסית של הזדקנות (NIA # 5P30AG-013,280), ואוניברסיטת וושינגטון סוכרת אנדוקרינולוגיה מרכז מחקר (# P30 NIH DK-17,047). אנו מודים לסינתיה Pekow DVM וקארי ל 'Koszdin DVM, VA Puget Sound, סיפקו הערות מועילות על כתב היד.
Materials
| Open Rodent Treadmill Exer-3/6 | Columbus Instruments, Columbus OH | 1050RM | This catalog number is for models without shock grid. Shock grids can be removed manually from older models (Eco 3/6) |
| Sani Cloth Germicidal Towlettes | PDI- Professional Disposables, Inc., Orangeburg, NY | n/a; usually ordered through local facility | Contains 10% isopropyl alcohol; any equivalent product can be used. |
| Tongue depressors | any local supplier | n/a | |
| Laboratory timer | any supplier | n/a | |
| IL-15 TG mice* | JAX, Bar Harbor, ME | o11002 | Murine IL-15 transgene expressed from modified human alpha-skeletal actin promotor with altered signal sequence to facilitate secretion. |
| C57BL/6J mice (wild-type)* | JAX, Bar Harbor, ME | ooo664 | Control mice for IL-15 TG |
| IL-15 KO mice* | Taconic Farms, Germantown, NY | 4269-M | Homozygous IL-15 "knockout" mice on C57BL/6 background |
| C57BL/6NTac (wild-type)* | Taconic Farms, Germantown, NY | B6-M | Control mice for IL-15 KO |
| *Optional; mouse lines and treatments can be specific to the experimental protocol. |
References
- Hill, J. A., Wyatt, H. R., Reed, G. W., Peters, J. C. Obesity and the environment: where do we go from here?. Science. 299 (5608), 853-855 (2003).
- Kahn, S. E., Hull, R. L., Utzschneider, K. M. Mechanisms linking obesity to insulin resistance and type 2 diabetes. Nature. 444 (7121), 840-846 (2006).
- Van Gaal, L. F., Mertens, I. L., De Block, C. E. Mechanisms linking obesity with cardiovascular disease. Nature. 444 (7121), 875-880 (2006).
- Pischon, T., Nothlings, U., Boeing, H. Obesity and cancer. Proc Natl Acad Sci USA. 67 (2), 128-145 (2008).
- Benton, C. R., Wright, D. C., Bonen, A. PGC-1α-mediated regulation of gene expression and metabolism: Implications for nutrition and exercise prescriptions. Appl. Physiol. Nutr. Metab. 33 (5), 843-862 (2008).
- Handschin, C., Spiegelman, B. M. The role of exercise and PGC1alpha in inflammation and chronic disease. Nature. 454 (7203), 463-469 (2008).
- Vasunilashorn, S., et al. Use of the Short Physical Performance Battery score to predict loss of ability to walk 400 meters: analysis from the InCHIANTI study. J. Gerontol. A Biol. Med. Sci. 64 (2), 223-229 (2009).
- Wang, Y. X., et al. Regulation of muscle fiber type and running endurance by PPARδ. PLoS Bio. 2 (10), e294 (2004).
- LeBrasseur, N. K., et al. Myostatin inhibition enhances the effects of exercise on performance and metabolic outcomes in aged mice. J. Gerontol. A Biol. Med. Sci. 64 (9), 940-948 (2009).
- Burch, N., et al. Electric pulse stimulation of cultured murine muscle cells reproduces gene expression changes of trained mouse muscle. PLoS ONE. 5 (6), e10970 (2010).
- Li, L., et al. Mitochondrial biogenesis and peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α (PGC-1α) deacetylation by physical activity. Diabetes. 60 (1), 157-167 (2011).
- Knab, A. M., et al. Repeatability of exercise behaviors in mice. Physiol. & Behavior. 98 (4), 433-440 (2009).
- He, Y., et al. IL-15 Receptor deletion results in circadian changes of locomotor and metabolic behavior. J. Mol. Neurosci. 41 (2), 315-321 (2010).
- Wu, X., Hsuchou, H., Kastin, A. J., Rood, J. C., Pan, W. Essential role of interleukin-15 receptor in normal anxiety behavior. Brain Behav. Immun. 24 (8), 1340-1346 (2010).
- Pistilli, E. E., et al. Loss of IL-15 receptor α alters the endurance, fatigability, and metabolic characteristics of mouse fast skeletal muscles. J. Clin. Invest. 121 (8), 3120-3132 (2011).
- Quinn, L. S., Anderson, B. G., Conner, J. D., Wolden-Hanson, T. W. IL-15 overexpression promotes endurance, oxidative energy metabolism, and muscle PPARδ, SIRT1, PGC-1α, and PGC-1β expression in male mice. Endocrinology. 154 (1), 232-245 (2013).
- Quinn, L. S., Anderson, B. G., Conner, J. D., Wolden-Hanson, T., Marcell, T. J. IL-15 is required for post-exercise induction of the pro-oxidative mediators PPARdelta and SIRT1. Endocrinology. , (2013).
- Ward, J. M., Anver, M. R., Mahler, J. F., Devor-Henneman, D. E., Ward, J. M., Mahler, J. F., Maronpot, R. R., Sundberg, J. P. Chapter 13, Pathology of mice commonly used in genetic engineering (C57BL/6; 129; B6,129; and FVB/N). The Pathology of Genetically Engineered Mice. , 161-179 (2000).
- Lightfoot, J. T., Turner, M. J., Debate, K. A., Kleeberger, S. R. Interstrain variation in murine aerobic capacity. Med. Sci. Sports Exerc. 33 (12), 2053-2057 (2001).
- Turner, M. J., Kleeberger, S. R., Lightfoot, J. T. Influence of genetic background on daily running-wheel activity differs with aging. Physiol. Genomics. 22 (1), 76-85 (2005).
- Haight, T. J., van der Laan, M. J., Manini, T., Tager, I. B. Direct effects of leisure-time physical activity on walking speed. J. Nutr. Health Aging. 17 (8), 666-673 (2013).
- Studenski, S. Gait speed and survival in older adults. JAMA. 305 (1), 50-58 (2011).
- Jacobsen, K. R., Kalliokoski, O., Teilmann, A. C., Hau, J., Abelson, K. S. The effect of isoflurane anaesthesia and vasectomy on circulating corticosterone and ACTH in BALB/c mice. Gen. Comp. Endocrinol. 179 (3), 406-413 (2012).
- Sellers, T. L., Jaussi, A. W., Yang, H. T., Heninger, R. W., Winder, W. W. Effect of the exercise-induced increase in glucocorticoids on endurance in the rat. J. Appl. Physiol. 65 (1), 173-178 (1988).
- Cook, M. D., et al. Forced treadmill exercise training exacerbates inflammation and causes mortality while voluntary wheel training is protective in a mouse model of colitis. Brain Behav. Immun. 33, 46-56 (2013).
