Nachahmung einer Weltraum-Mission zum Mars mit Megalosauridae entladen und teilweisen Belastung bei Ratten
Summary
Durch eine innovative bodengebundenen analogen Modell, können wir eine Weltraummission, die unter anderem eine Reise nach (0 g) und einen Aufenthalt auf dem Mars (0,38 g) bei Ratten zu simulieren. Dieses Modell erlaubt eine longitudinale Bewertung der physiologischen Veränderungen während der zwei Hypo-Schwerkraft Phasen der Mission.
Abstract
Nagetier bodengebundene Modelle sind weit verbreitet, die physiologischen Konsequenzen des Raumes Flug auf dem physiologischen System und seit 1979 regelmäßig eingesetzt und die Entwicklung der hinteren Gliedmaßen entladen (HLU) zu verstehen. Jedoch sind die nächsten Schritte in der Weltraumforschung jetzt zum Mars zu reisen, wo ist die Schwerkraft 38 % der Erdanziehungskraft. Da kein Mensch dieses Niveau der teilweisen Schwerkraft erlebt hat, ist ein nachhaltiges bodengebundenen Modell notwendig zu untersuchen, wie der Körper bereits durch die Verweildauer in der Schwerelosigkeit, beeinträchtigt auf diesem Teillast reagieren würde. Hier haben wir unsere innovativen teilweise tragende (PWB) Modell zu imitieren eine kurze Mission auf dem Mars zu beurteilen, die physiologischen Beeinträchtigungen in den hinteren Gliedmaßen Muskeln induziert durch zwei verschiedene Ebenen der reduzierten Schwerkraft in sequenzieller Weise angewendet. Dies könnte eine sichere, bodengestützte Modell, die Muskel-Skelett-Anpassungen an Schwerkraft Änderung zu studieren und wirksame Gegenmaßnahmen zur Erhaltung von Gesundheit und Funktion der Astronauten zu etablieren bieten.
Introduction
Außerirdische Ziele, einschließlich der Mond und Mars, die Zukunft der menschlichen Raumfahrt repräsentieren, aber beide haben deutlich schwächer Schwerkraft als die Erde. Während die Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf den Bewegungsapparat ausgiebig in Astronauten1,2,3,4,5 und Nagetiere6, untersucht wurden 7 , 8 , 9, etablierten Megalosauridae entladen (HLU) Model10, Letzteres ist sehr wenig über die Wirkung der Schwerkraft teilweise bekannt. Mars Schwerkraft ist 38 % der Erdoberfläche und diesem Planeten geworden im Mittelpunkt der langfristigen Exploration11; Daher ist es wichtig zu verstehen, die muskulären Veränderungen, die in dieser Umgebung auftreten können. Dazu entwickelten wir ein teilweise Gewicht tragen (PWB) System in Ratten12, basierend auf früheren Arbeit in Mäusen6,13, die mit Muskeln und Knochen Ergebnisse validiert wurde. Jedoch wird die Erforschung des Mars durch einen längeren Zeitraum der Schwerelosigkeit, vorausgehen, die nicht in unsere oben beschriebenen Modell12gerichtet war. Daher in dieser Studie verändert unser Modell um eine Reise zum Mars simulieren wir, bestehend aus einer ersten Phase des gesamten Megalosauridae entladen und unmittelbar gefolgt von einer zweiten Phase des teilweisen Gewichtsbelastung bei 40 % der normalen Belastung.
Im Gegensatz zu den meisten HLU Modellen wählten wir einen Becken-Gurt (basierend auf dem von Chowdhury Et Al.9beschrieben) verwenden anstatt einer Rute Suspension, Komfort der Tiere zu verbessern und sich nahtlos bewegen können und mühelos von HLU, PWB in wenigen Minuten. In Verbindung verwendeten wir die Käfige und Aussetzung Geräte, die wir zuvor entwickelt und12ausführlich beschrieben. Neben der Bereitstellung von zuverlässigen/konsistenten Daten, haben wir auch zuvor gezeigt, dass die festen Befestigungspunkt des Federungssystems in der Mitte des Stabes nicht verhindern, die Tiere dass von Bewegung, Pflege, Fütterung oder trinken. In diesem Artikel beschreiben wir wie Sie entladen der Tiere Hinterbeine (sowohl vollständig als auch teilweise), überprüfen ihre erzielten Schwerkraft-Ebenen, sowie wie funktional die resultierenden muskulären Veränderungen mit Griff bewerten Kraft und nass Muskelmasse. Dieses Modell wäre äußerst nützlich für Forscher versuchen, untersuchen die Folgen der teilweisen Schwerkraft (künstliche oder extra-terrestrial) auf einem bereits infizierten Muskel-Skelett-System, so dass sie zu untersuchen, wie Organismen anpassen teilweise Nachladen, und für die Entwicklung von Gegenmaßnahmen, die zur Erhaltung der Gesundheit während und nach der bemannten Raumfahrt entwickelt werden könnte.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dieses Modell stellt die erste bodengebundenen analog entwickelt, um aufeinander folgende mechanische entladen Ebenen untersuchen und zielt darauf ab, eine Reise zu imitieren und bleiben auf dem Mars.
Viele Schritte dieses Protokolls sind entscheidend für ihren Erfolg zu sichern und müssen genau untersucht werden. Erstens ist es entscheidend für das Wohlbefinden der Tiere zu überwachen und sicherzustellen, dass sie ein normales Verhalten (d. h. Aufgaben wie Essen, ausruhen und erforschen),…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde unterstützt durch die National Aeronautics and Space Administration (NASA: NNX16AL36G). Autoren möchten Carson Semple danken für die Bereitstellung der Zeichnungen in dieser Handschrift enthalten.
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).
