Contractile fare faaliyet kaynaklı kas iskelet fenotipik uyarlamalar çalışmaya kronik stimulasyon uygulanması
Summary
Bu iletişim kuralı sıçan hindlimb iskelet kas uyarımı kaynaklı uyarlamalar gözlemlemek için egzersiz kronik contractile etkinlik modeli açıklar.
Abstract
Biyokimyasal ve fizyolojik özelliklerini büyük ölçüde yanıt kronik egzersiz olarak değişmiş gibi iskelet kas son derece uyarlanabilir bir doku olduğunu. Çeşitli kas uyarlamaları hakkında getirmek temel mekanizmaları araştırmak için bir dizi egzersiz Protokolü koşu bandı, tekerlek koşu ve yüzme egzersiz gibi hayvan çalışmalarında kullanılmıştır. Ancak, bunlar modelleri egzersiz de Böylece daralma kaynaklı kas özgü uyarlamalar eğitim uygulamaları sınırlama humoral veya nörolojik faktörler tarafından düzenlenmiş olabilir kas uyarlamalar ulaşmak için uzun bir süre gerektirir. Bu başarıyla 7 gün içinde sistemik faktörler bağımsız kas mitokondrial uyarlamaları için açabilir gibi dolaylı düşük frekans stimülasyon (10 Hz) Kronik contractile etkinliği (CCA) ikna etmek için alternatif bir model egzersiz eğitim için kullanılmıştır. Bu kağıt CCA tedavisi için sıçan, kas iskelet uygulamak için gelecekte yaygın uygulama çalışmaları için gereken cerrahi teknik ayrıntıları.
Introduction
İskelet kası bioenergetics ve fiziksel yapısı1değişiklikler ile eğitim egzersiz uyarlayabilirsiniz. Dayanıklılık eğitim tarafından getirdiği önemli değişiklikler bir artış mitokondrial bileşenler (Örneğin, sitokrom c oksidaz [COX] alt birimleri) ifadesi değerlendirilebilir, mitokondrial Biyogenez ifadesinin yanı sıra biridir Transkripsiyon coactivator PGC-1α2. Çalışmalar giderek artan sayıda mitokondrial ciro ve mitophagy, dahil olmak üzere çok sayıda diğer faktörler de kas uyarlamaları için önemli olduğunu belirttiler. Ancak, hangi akut veya kronik egzersiz tarafından mekanizmaları bunlar düzenleyici kas iskelet süreçlerinde hala belirsiz.
Egzersizden kaynaklanan kas uyarlamalar düzenleyen yolları betimlemek için çeşitli egzersiz modelleri genellikle tekerlek çalışan ve egzersiz yüzme koşu bandı, dahil kemirgen çalışmalarda kullanılmıştır. Ancak, bu iletişim kuralları ~ 4-12 hafta bu fenotipik değişiklikler3,4,5gözlemlemek için gerekli olan bazı sınırlamalar sahip. Bu önemli ölçüde daha kısa bir sürede kas uyarlamaları için açabilir gibi alternatif bir deneysel yöntem düşük frekanslı stimülasyon kaynaklı kronik contractile etkinliği (CCA) etkili, kullanılmış olan (Yani, 7 gün) ve etkileri gibi görünüyor olmak karşılaştırılabilir ya da diğer egzersiz protokolleri bile daha büyüktür. Ayrıca, hormonal6, sıcaklık7ve nörolojik etkiler8 varlığı bu kronik egzersiz kas özel yanıt anlamak zor hale getirebilir. Örneğin, tiroid hormon9,10 ve insülin benzeri büyüme faktörü (IGF) -111 da iskelet diğer sinyal yollar düzenleyen eğitim kaynaklı kas uyarlamaları, arabuluculuk tespit edilmiştir Kas. Özellikle, CCA kaynaklı etkileri en az odak kas iskelet doğrudan yanıt contractile aktivite olarak yerleştirilmesini sağlayan sistemik faktörler tarafından düzenlenmektedir.
Dış ünitenin CCA için ilk Tyler ve Wright12tarafından tanıtıldı ve değişiklikler12ile geliştirilmiştir. Kısacası, birim üç ana bölümden oluşmaktadır: açma ve kapatma-ebilmek var olmak dönük kızılötesi ışık, bir darbe jeneratör ve nabız göstergesi (şekil 1) maruz bir kızılötesi Dedektör. Detaylı devre tasarımı in Stimülatörü birim oldu daha önce açıklanan13. CCA detaylı ve belirli özellikleri daha fazla bulunabilir bir dizi inceleme derinlemesine makaleler14,15,16,17. Kısacası, stimülasyon Protokolü ortak peroneal sinir düşük frekansta etkinleştirmek için tasarlanmıştır (Yani, 10 Hz), ve innervated kasları (tibialis anterior [TA] ve ekstansiyon digitorum longus [Edi] kas) için sözleşme zorunda kalan bir önceden belirlenmiş süre (örneğin, 3-6 h). Zaman içinde bu bir daha aerobik fenotip, kapiller yoğunluk18 ve mitokondrial içerik19,20,21artış gösterdiği söz konusu kasları geçirir. Bu nedenle, bu yöntem bazı fareler büyük dayanıklılık eğitim adaptasyonu kas iskelet içinde taklit etmek için kanıtlanmış bir modeldir.
Bu kağıt böylece araştırmacılar kendi egzersiz çalışmaları bu modelde uygulayabilirsiniz CCA ikna etmek için elektrot implantasyonu ameliyatı detaylı bir yordam sunar. CCA böylece egzersiz eğitim başlangıcı takip hem erken ve daha sonra zaman noktalarda çeşitli moleküler ve sinyal olayların soruşturma için etkili bir araç sağlayan kas uyarlamaları, saat ders çalışmak için mükemmel bir model var.
Protocol
Representative Results
Discussion
13,24,25 egzersiz kas fenotipik uyarlamalar çalışmak için mükemmel bir model egzersiz yoluyla düşük frekanslı kas uyarımı vivo içindekronik contractile etkinliği (CCA) modeldir , 26. önceki çalışmalar20,27‘ de gösterildiği CCA hangi tarafından araştırmacılar denetim eğitim birimleri ve Frekanslar (Ya…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Liam Tyron el yazması uzman onun okuma için minnettarız. Bu eser Doğa Bilimleri ve mühendislik Araştırma Konseyi, Kanada (NSERC) ö. A. Hood için fon tarafından desteklenmiştir. Ö. A. Hood ayrıca Kanada araştırma sandalye hücre fizyolojisi sahiptir.
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).
