Het nabootsen van een ruimtemissie naar Mars met behulp van stuk lossen en gedeeltelijke gewicht dragen bij ratten
Summary
Met behulp van een innovatieve grond analoge model, zijn we in staat om te simuleren een ruimtemissie met inbegrip van een reis naar (0 g) en een verblijf op Mars (0.38-g) bij ratten. Dit model zorgt voor een longitudinale beoordeling van de fysiologische veranderingen die zich voordoen tijdens de twee hypo-gravitationele fasen van de missie.
Abstract
Knaagdier grond-gebaseerde modellen worden veel gebruikt om te begrijpen van de fysiologische gevolgen van de ruimte vlucht op het fysiologische systeem en routinematig hebben gewerkt sinds 1979 en de ontwikkeling van hind ledematen lossen (HLU). Echter, omvatten de volgende stappen in de verkenning van de ruimte nu om te reizen naar Mars waar de zwaartekracht is 38% van de aardse zwaartekracht. Omdat geen mens dit niveau van gedeeltelijke zwaartekracht ervaren heeft, is een duurzaam model van de grond nodig om te onderzoeken hoe het lichaam, al aangetast door de tijd doorgebracht in microzwaartekracht, zou reageren op deze gedeeltelijke belasting. Hier, we gewend onze innovatieve gedeeltelijke gewicht dragende (PWB) model na te bootsen van een korte missie en blijf op Mars te beoordelen van de fysiologische afboekingen in de spieren van de hind-limb geïnduceerd door twee verschillende niveaus van de verminderde zwaartekracht op sequentiële wijze toegepast. Dit kan zorgen voor een veilige, op de grond gebaseerde model te bestuderen van de spier-en aanpassingen van gravitationele verandering en om doeltreffende tegenmaatregelen voor het behoud van de gezondheid en de functie van de astronauten.
Introduction
Buitenaardse streefcijfers, met inbegrip van de maan en Mars, de toekomst van menselijke ruimtevaart vertegenwoordigen, maar beide hebben aanzienlijk zwakker zwaartekracht dan de aarde. Terwijl de gevolgen van gewichtloosheid op het bewegingsapparaat zijn uitvoerig bestudeerd astronauten1,2,3,4,5 en knaagdieren6, 7 , 8 , 9, het laatste dankzij de gevestigde stuk lossen (HLU) model10, is weinig bekend over de effecten van gedeeltelijke zwaartekracht. Martian zwaartekracht is 38% van het aardoppervlak en deze planeet geworden de focus van langdurige exploratie-11; Daarom is het cruciaal om te begrijpen van de gespierde wijzigingen voordoen bij deze instelling. Om dit te doen, ontwikkeld we een gedeeltelijke gewicht dragen (PWB) systeem in ratten12, op basis van eerdere werkzaamheden in muizen6,13, waarin werd gevalideerd met behulp van zowel spieren en botten resultaten. Echter, de verkenning van Mars zal worden voorafgegaan door een langdurige periode van microzwaartekracht, die niet werd behandeld in ons eerder beschreven model12. Daarom in deze studie, we gewijzigd van ons model om na te bootsen van een reis naar Mars, bestaat uit een eerste fase van totale stuk lossing en onmiddellijk gevolgd door een tweede fase van gedeeltelijke gewicht lager op 40% van het normale laden.
In tegenstelling tot de meeste HLU modellen, kozen we voor een bekken harnas (gebaseerd op beschreven door Chowdhury et al.9) gebruiken in plaats van een schorsing van de staart om dieren comfort en te kunnen bewegen naadloos en moeiteloos van HLU naar PWB in een kwestie van minuten. In combinatie gebruikten we de kooien en schorsing apparaten dat we eerder ontwikkeld en uitgebreid12beschreven. Naast het verstrekken van betrouwbare/consistente gegevens, toonden we ook eerder aan dat de vaste bevestigingspunt van het systeem inzake schorsing in het midden van de staaf niet de dieren dat belette uit verplaatsen, verzorgen, eten of drinken. In dit artikel beschrijven we hoe uitladen van de dieren hind ledematen (zowel volledig als gedeeltelijk), controleren van bereikte zwaartekracht kwalificatieniveaus, evenals hoe functioneel beoordelen de resulterende gespierd aanpassingen met behulp van de greep kracht en natte spiermassa. Dit model zou zeer nuttig zijn voor onderzoekers willen onderzoeken de gevolgen van gedeeltelijke zwaartekracht (kunstmatige of Extra-Terrestrial) op een reeds geïnfecteerd houdings-en bewegingsapparaat, waardoor ze om te onderzoeken hoe organismen zich aanpassen aan gedeeltelijke herladen, en voor de ontwikkeling van de tegenmaatregelen die zouden kunnen worden ontwikkeld om de gezondheid te behouden tijdens en na de bemande ruimtevaart.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit model presenteert de eerste grond analoge ontwikkeld om te onderzoeken van opeenvolgende mechanische lossen niveaus en wil nabootsen van een reis naar en verblijf op Mars.
Vele stappen van dit protocol zijn essentieel voor het welslagen en moeten grondig worden onderzocht. Ten eerste, het is cruciaal dat toezicht op het welzijn van de dieren en zorgen dat ze het behoud van een normaal gedrag (dat wil zeggen, uitvoerende taken zoals eten, rusten en verkennen), met name tijdens de PWB staat …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gesteund door de National Aeronautics and Space Administration (NASA: NNX16AL36G). Auteurs bedank Carson Semple voor het verstrekken van de tekeningen die zijn opgenomen in dit manuscript.
Materials
| 10G Insulated Solid Copper Wire | Grainger | 4WYY8 | 100 ft solid building wire with THHN wire type and 10 AWG wire size, black |
| 2 Custom design plexiglass walls | P&K Custom Acrylics Inc. | N/A | 2 clear plexiglass custom wall 3/16" tick, width 12 3/16", height 18 13/16", 1 rounded slot 0.25 in of diameter located at the center top of the wall |
| 3M Transpore Surgical Tape | Fisher Scientific | 18-999-380 | Transpore Surgical Tape |
| Accessory Grasping Bar Rat | Harvard Apparatus | 76-0479 | Accessory grasping bar rat, front or hind paws |
| Analytical Scale | Fisher Scientific | 01-920-251 | OHAUS Adventurer Analytic Balance |
| Animal Scale | ZIEIS by Amazon | N/A | 70 lb capacity digital scale big top 11.5" x 9.3" dura platform z-seal 110V adapter 0.5 ounce accuracy |
| Back Bra Extenders | Luzen by Amazon | N/A | 17 pcs 2 hook 3 rows assorted random color women spacing bra clip extender strap |
| Digital Force Gage | Wagner Instruments | DFE2-010 | 50 N Capacity Digital Grip Force Meter Chatillon DFE II |
| Gauze | Fisher Scientific | 13-761-52 | Non-sterile Cotton Gauze Sponges |
| Key rings and swivel claps | Paxcoo Direct by Amazon | N/A | PaxCoo 100 pcs metal swivel lanyard snap hook with key rings |
| Lobster Claps | Panda Jewelry International Limited by Amazon | N/A | Pandahall 100 pcs grade A stainless steel lobster claw clasps 13x8mm |
| Rat Tether Jacket – Large | Braintree Scientific | RJ L | Rodent Jacket |
| Rat Tether Jacket – Medium | Braintree Scientific | RJ M | Rodent Jacket |
| Silicone tubing | Versilon St Gobain Ceramics and Plastics | ABX00011 | SPX-50 Silicone Tubing |
| Stainless Steel Chains | Super Lover by Amazon | N/A | 4.5m 15FT stainless steel cable chain link in bulk 6x8mm |
References
- Desplanches, D. Structural and Functional Adaptations of Skeletal Muscle to Weightlessness. International Journal of Sports Medicine. 18 (S4), (1997).
- Fitts, R. H., Riley, D. R., Wildrick, J. J. Physiology of a microgravity environment : Invited review : microgravity and skeletal muscle. Journal of Applied Physiology. 89, 823-839 (2000).
- Fitts, R. H., Riley, D. R., Widrick, J. J. Functional and structural adaptations of skeletal muscle to microgravity. The Journal of Experimental Biology. 204 (Pt 18), 3201-3208 (2001).
- Narici, M. V., De Boer, M. D. Disuse of the musculo-skeletal system in space and on earth. European Journal of Applied Physiology. 111 (3), 403-420 (2011).
- di Prampero, P. E., Narici, M. V. Muscles in microgravity: from fibres to human motion. Journal of Biomechanics. 36 (3), 403-412 (2003).
- Wagner, E. B., Granzella, N. P., Saito, H., Newman, D. J., Young, L. R., Bouxsein, M. L. Partial weight suspension: a novel murine model for investigating adaptation to reduced musculoskeletal loading. Journal of Applied Physiology (Bethesda, Md. : 1985). 109 (2), 350-357 (2010).
- Sung, M., et al. Spaceflight and hind limb unloading induce similar changes in electrical impedance characteristics of mouse gastrocnemius muscle. Journal of Musculoskeletal and Neuronal Interactions. 13 (4), 405-411 (2013).
- Mcdonald, K. S., Blaser, C. A., Fitts, R. H. Force-velocity and power characteristics of rat soleus muscle fibers after hindlimb suspension. Journal of Applied Physiology. 77 (4), 1609-1616 (1994).
- Chowdhury, P., Long, A., Harris, G., Soulsby, M. E., Dobretsov, M. Animal model of simulated microgravity: a comparative study of hindlimb unloading via tail versus pelvic suspension. Physiological Reports. 1 (1), e00012 (2013).
- Morey, E. R., Sabelman, E. E., Turner, R. T., Baylink, D. J. A new rat model simulating some aspects of space flight. The Physiologist. 22 (6), (1979).
- . National Space Exploration Campaign Report Available from: https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/nationalspaceexplorationcampaign.pdf (2018)
- Mortreux, M., Nagy, J. A., Ko, F. C., Bouxsein, M. L., Rutkove, S. B. A novel partial gravity ground-based analogue for rats via quadrupedal unloading. Journal of Applied Physiology. 125, 175-182 (2018).
- Ellman, R., et al. Combined effects of botulinum toxin injection and hind limb unloading on bone and muscle. Calcified Tissue International. 94 (3), (2014).
- Swift, J. M., et al. Partial Weight Bearing Does Not Prevent Musculoskeletal Losses Associated with Disuse. Medicine & Science in Sports & Exercise. 45 (11), 2052-2060 (2013).
- Morey-Holton, E. R., Globus, R. K. Hindlimb unloading rodent model: technical aspects. Journal of Applied Physiology. 92 (4), 1367-1377 (2002).
- Andreev-Andrievskiy, A. A., Popova, A. S., Lagereva, E. A., Vinogradova, O. L. Fluid shift versus body size: changes of hematological parameters and body fluid volume in hindlimb-unloaded mice, rats and rabbits. Journal of Experimental Biology. 221 (Pt 17), (2018).
