Применение хронической стимуляции для изучения сократительной активности индуцированной крыса скелетных мышц Фенотипическая адаптация
Summary
Этот протокол описывает использование модели хронической сократительной активности упражнения соблюдать адаптации стимуляции индуцированного скелетных мышц в крыса задних конечностей.
Abstract
Скелетных мышц является весьма гибкой ткани, как его биохимических и физиологических свойств значительно изменяются в ответ на упражнения хроническом. Для изучения основных механизмов, которые приводят различные приспособления мышц, ряд упражнений протоколов, таких как беговая дорожка, колесо работает и плавательный Упражнения были использованы в исследованиях на животных. Однако, осуществлять эти модели требуют длительного периода времени, чтобы достичь мышцы адаптации, которые также могут регулироваться гуморальные или неврологические факторов, тем самым ограничивая их применение в изучении сужением индуцированной адаптации конкретных мышц. Косвенные низкой частоты стимуляции (10 Гц) вызвать хронические сократительной активности (ОСО) использовался как альтернативная модель для осуществления профессиональной подготовки, как он успешно может привести к мышечной митохондриальной адаптации в течение 7 дней, независимо от системных факторов. Этот документ детализирует хирургические методы, обязаны применять лечение ОСО в скелетных мышцах крыс, для широкого применения в будущих исследований.
Introduction
Скелетных мышц может адаптироваться для осуществления профессиональной подготовки путем внесения изменений в его биоэнергетики и физической структуры1. Одним из основных изменений, вызванных выносливости является биогенеза митохондрий, которые можно оценить путем увеличения в выражении митохондриальной компонентов (например, цитохрома с-оксидазы [Кокс] подразделения), а также выражение transcriptional coactivator, PGC-1α2. Растущее количество исследований указали, что множество других факторов, включая митохондриальной оборот и mitophagy, также имеют важное значение для адаптации мышц. Однако, механизмы, который острый или хронический упражнения регулировать эти процессы в скелетных мышцах до сих пор неясны.
Определить пути, которые регулируют мышцы упражнения индуцированной адаптаций, различные упражнения модели широко использовались в грызунов исследований, включая беговая дорожка, колесо бег и плавание упражнения. Однако эти протоколы имеют некоторые ограничения в том, что необходимо соблюдать эти фенотипические изменения3,,45~ 4-12 недель. Как альтернативный экспериментальный метод, низкочастотной стимуляции индуцированного хронический сократительной активности (ОСО) эффективно использовался, как это может привести к мышечной адаптации в значительно более короткий период (т.е., до 7 дней) и его последствия быть сопоставимы с, или даже больше, чем другие протоколы упражнения. Кроме того присутствие гормональные6, температура7и8 неврологические эффекты могут сделать это трудно понять мышц конкретные ответы на упражнения хроническом. Например, гормон щитовидной железы9,10 и инсулина подобный фактор роста (IGF) -1 посредником адаптации обучения индуцированная мышц, которые также может регулировать другие сигнальные пути в скелетных было выявлено11 мышцы. В частности ОСО индуцированные эффекты минимально регулируется системных факторов, позволяя сосредоточиться на прямой ответ скелетных мышц сократительной активности.
Внешний блок для ОАС был впервые введен12Тайлер и Райт и был разработан с изменения12. Иными словами, группа состоит из трех основных частей: инфракрасный детектор, который может быть включен и выключен под воздействием инфракрасного света, генератор импульсов и Импульсный индикатор (рис. 1). Подробная схема дизайн блока стимулятор был ранее описанные13. Подробные и конкретные особенности ОСО можно найти в большей глубины в ряде обзор статей14,,1516,17. В краткой, стимуляции протокол предназначен для активации общего малоберцового нерва низкой частотой (т.е., 10 Гц), и вынуждены контракт на иннервируемые мышцы (передней tibialis [т] и [EDL] Лонг разгибатель пальцев) предопределило продолжительность времени (например, 3-6 ч). Со временем это сдвигает вышеупомянутых мышцы более аэробных фенотип, свидетельствует увеличение плотность капиллярной18 и митохондриальной содержание19,,2021. Таким образом этот метод является проверенную модель для имитации некоторых из основных выносливость обучения адаптации в скелетных мышцах крыс.
Этот документ представляет подробную процедуру хирургии имплантации электродов побудить ОАС, так что исследователи можно применить эту модель в их исследованиях упражнения. ОСО является прекрасной моделью для изучения время курс мышц адаптаций, обеспечивая тем самым эффективным инструментом для исследования различных молекулярных и сигнализации событий в обеих точках раннее и позднее время после начала осуществления обучения.
Protocol
Representative Results
Discussion
Хронический сократительной активности (ОСО) модель упражнения, через низкочастотные мышечной стимуляции в естественных условиях, является прекрасной моделью для изучения мышцы Фенотипическая адаптация осуществлять13,24,25 , …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарны Liam Тайрон за его эксперт чтении рукописи. Эта работа была поддержана финансирование от естественных наук и инженерных исследований Совет Канады (СЕНТИ) D. A. Худ. Д. а. капот также является обладателем Канада исследований кафедры физиологии клетки.
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 |
References
- 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).
