Um mecanismo baseado em roda de corrida inovadora para melhorar o desempenho Rat Formação
Summary
Este estudo apresenta um sistema de mobilidade animais inovadora à base de roda de corrida para quantificar uma atividade efetivo exercício em ratos. Um testbed ideal para rato é construído, usando uma curva de aceleração adaptativa predefinido, e uma alta correlação entre a taxa de efetivo exercício eo volume de infarto sugere o potencial do protocolo para experiências de prevenção de acidente vascular cerebral.
Abstract
Este estudo apresenta um sistema de mobilidade dos animais, equipada com uma roda de corrida posicionamento (PRW), como uma maneira de quantificar a eficácia de uma actividade de exercício para reduzir a gravidade dos efeitos do acidente vascular cerebral em ratos. Este sistema fornece o treinamento físico dos animais mais eficaz do que os sistemas disponíveis no mercado, tais como esteiras e rodas de funcionamento motorizados (MRWs). Em contraste com a MRW que só podem atingir velocidades abaixo de 20 m / min, os ratos são autorizados a circular a uma velocidade estável de 30 m / min em uma faixa mais espaçoso e borracha running de alta densidade suportado por uma roda de acrílico de 15 cm de largura, com um diâmetro de 55 cm neste trabalho. Utilizando uma curva de aceleração adaptativa predefinido, o sistema não só reduz o erro do operador, mas também treina os ratos para executar persistentemente até uma intensidade especificado for atingido. Como uma maneira de avaliar a eficácia de exercício, posição em tempo real de uma ratazana é detectada por quatro pares de sensores de infravermelhos implantados na roda de funcionamento. uma vez que umcurva de aceleração adaptativa é iniciada usando um microcontrolador, os dados obtidos pelos sensores de infravermelhos são automaticamente registados e analisados num computador. Para fins de comparação, três semanas de treinamento é realizado em ratos usando uma escada rolante, um MRW e uma PRW. Depois de induzir cirurgicamente oclusão da artéria cerebral média (MCAo), as pontuações modificados neurológicos severidade (MNSS) e um teste de plano inclinado foram conduzidos para avaliar os danos neurológicos aos ratos. PRW é validada experimentalmente como o mais eficaz entre tais sistemas de mobilidade animal. Além disso, uma medida de eficácia exercício, com base na análise posição de rato, mostrou que existe uma alta correlação negativa entre o exercício eficaz e o volume de enfarte, e podem ser utilizados para quantificar a formação de um rato em qualquer tipo de danos cerebrais experiências de redução.
Introduction
Strokes existe continuamente como um encargo financeiro para os países em todo o mundo, deixando inúmeros pacientes deficientes físicos e mentais 1, 2. Há evidências clínicas que sugerem que o exercício regular pode melhorar a regeneração do nervo e fortalecer conexões neurais 3, 4, e também é mostrado que o exercício pode diminuir o risco de sofrer acidentes vasculares cerebrais isquêmicos 5. Com qualquer uma esteira ou uma roda de corrida como um sistema de treinamento físico, roedores, tais como ratos, servir como um proxy para os seres humanos para testar a eficácia de exercícios de uma grande maioria dos experimentos clínicos 6 – 8. Um sistema de formação normalmente envolve a formação de um rato por um determinado período de tempo, durante o qual um rato corre a uma determinada velocidade. Portanto, a intensidade de treinamento é geralmente calculado de acordo com a velocidade e duração de exercício 6-8. A mesma abordagem é aplicada aosestimar a quantidade de exercício necessária para a proteção neurofisiológica. No entanto, os exercícios experimentais às vezes são considerados ineficazes, tais como quando um esbarra rato, quedas, ou agarra os trilhos uma vez que eles são incapazes de acompanhar a corrida de velocidade da roda 9-11. Escusado será dizer que os incidentes de exercícios ineficazes reduzir significativamente o benefício do exercício. Mesmo que não há qualquer abordagem universalmente aceito atualmente para quantificar os exercícios eficazes para reduzir os danos cerebrais, o nível de exercícios eficazes ainda permanece como uma avaliação objetiva para os investigadores clínicos para ilustrar os benefícios do exercício na disciplina de neurofisiologia.
Existem uma série de limitações em sistemas de mobilidade em animais disponíveis comercialmente usados em danos cerebrais experimentos de redução de hoje 12. Num caso tapete rolante, os ratos são forçados a rodar por meio de descargas eléctricas, induzindo tremenda psicológicastress nos animais e, assim, a interferência no teste neurofisiológico os resultados finais 8, 13, 14. rodas em execução podem ser classificados em dois tipos, ou seja, voluntários e forçados. Rodas de corrida voluntária permitir que os ratos a correr naturalmente, criando variabilidade excessiva devido às diferenças de características e habilidades 15 físicas dos ratos, enquanto motorizados rodas em execução (MRWs) empregam um motor para girar a roda, forçando os ratos para ser executado. Apesar de ser também uma forma de treinamento forçado, MRWs impõe menos stress psicológico em ratos do que escadas rolantes 13, 16, 17. No entanto, experimentos usando MRWs relataram que ratos às vezes interromper o exercício, agarrando os trilhos na pista roda e recusando-se a correr a velocidades superiores a 20 m / min 9. Estes exemplos mostram que os sistemas de mobilidade dos animais actualmente disponíveis têm uma desvantagem inerente que inibe eficaz exercício. Parafins de treinamento rato objectivos, o desenvolvimento de um sistema de formação altamente eficaz, mas com baixa interferência é, portanto, vista como uma questão urgente para experimentos exercício neurofisiológicos.
Este estudo apresenta um sistema de roda de funcionamento altamente eficaz para experiências em reduzir a gravidade dos efeitos do acidente vascular cerebral 11. Além de um número reduzido de fatores de interferência durante um processo de formação, este sistema detecta a posição de marcha de um rato usando sensores infravermelhos embutidos no volante, conseguindo assim uma estimativa mais confiável da atividade de exercício eficaz. O estresse psicológico imposto pela esteiras tradicionais e as interrupções de exercícios frequentes na MRWs tanto distorcer a objetividade das estimativas de exercício resultantes. Um sistema de roda de posicionamento em execução (PRW) apresentada neste estudo é desenvolvido em uma tentativa de minimizar a interferência indesejada, proporcionando um modelo de formação confiável para quantificar exe eficazrcise.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo descreve um sistema de roda de funcionamento altamente eficaz para reduzir a gravidade dos efeitos do acidente vascular cerebral em animais. Como um teste ideal para rato, esta plataforma está concebido também de tal modo que uma velocidade de funcionamento estável pode ser mantida por ratos ao longo de um processo de execução por meio de uma curva de aceleração adaptativa predeterminado. Em sistemas de formação típicas, as velocidades de formação programadas e durações são ajustados manual…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to thank Dr. Jhi-Joung Wang, who is the Vice Superintendent of Education at Chi-Mei Medical Center, and Dr. Chih-Chan Lin from the Laboratory Animal Center, Department of Medical Research, Chi-Mei Medical Center, 901 Zhonghua, Yongkang Dist., Tainan City 701, Taiwan, for providing the shooting venue. They would also like to thank Miss Ling-Yu Tang and Mr. Chung-Ham Wang from the Department of Medical Research, Chi-Mei Medical Center, Tainan, Taiwan, for their valuable assistance in demonstrating the prototype system in real experiments with rats. The author gratefully acknowledges the support provided for this study by the Ministry of Science and Technology (MOST 104- 2218-E-167-001-) of Taiwan.
Materials
| Brushless DC motor | Oriental Motor | BLEM512-GFS | |
| Motor driver | Oriental Motor | BLED12A | |
| Motor reducer | Oriental Motor | GFS5G20 | |
| Speedometer | Oriental Motor | OPX-2A | |
| Treadmill | Columbus Instruments | Exer-6M | |
| Infrared transmitter | Seeed Studio | TSAL6200 | |
| Infrared Receiver | Seeed Studio | TSOP382 | |
| Microcontroller | Silicon Labs | C8051F330 | |
| CCD camera | Canon Inc. | EOS 450D | |
| Image processing software | Adobe Systems Incorporated | ADOBE Photoshop CS5 12.0 | |
| Image analysis | Media Cybernetics | Pro Plus 4.50.29 | |
| Sodium pentobarbital | Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA) | SIGMA P-3761 | |
| Ketamine | Pfizer (Kent, UK) | 1867-66-9 | |
| Atropine | Taiwan Biotech Co., Ltd. (Taoyuan, Taiwan) | A03BA01 | |
| Xylazine | Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA) | SIGMA X1126 | |
| Buprenorphine | Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA) | B9275 | |
| Anesthesia | Sigma Chemical |
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