Protocolo de ejercicios de natación y métodos de cuidado para ratas embarazadas
Summary
Aquí, presentamos un protocolo para delinear los métodos de reproducción de ratas, los procedimientos de entrenamiento de natación y los protocolos de enfermería posteriores a la reproducción para ratas embarazadas después del entrenamiento. Este protocolo proporciona un modelo animal para estudiar los efectos del ejercicio materno durante el embarazo en la descendencia y sus mecanismos subyacentes.
Abstract
El concepto de los orígenes del desarrollo de la salud y la enfermedad destaca el impacto de los entornos tempranos en las enfermedades crónicas no transmisibles como la diabetes, las enfermedades cardiovasculares y el cáncer. Los estudios que utilizan modelos animales han investigado cómo los factores maternos como la desnutrición, la sobrenutrición, la obesidad y la exposición a productos químicos o hipoxia afectan el desarrollo fetal y la salud de la descendencia, lo que conduce a problemas como bajo peso al nacer, presión arterial alta, dislipidemia y resistencia a la insulina. Dada la creciente prevalencia de sobrepeso y obesidad entre las mujeres en edad reproductiva, es fundamental contar con intervenciones eficaces. El ejercicio materno durante el embarazo se ha convertido en una intervención clave, que beneficia tanto a la madre como a la descendencia y reduce el riesgo de enfermedades. Este estudio compara las diferencias de tres modelos de ejercicio en ratas preñadas: correr con ruedas voluntarias, cintas de correr motorizadas y natación. La natación es la opción más beneficiosa debido a sus niveles de intensidad seguros y controlados. Este protocolo detalla los métodos de reproducción de ratas, el entrenamiento de natación durante el embarazo y los protocolos de enfermería posteriores a la reproducción. Este modelo, adecuado para varias especies de ratas y ratones, es útil para estudiar los beneficios del ejercicio materno en la salud de las crías y el bienestar intergeneracional.
Introduction
En las últimas dos décadas surgió el concepto de Orígenes del Desarrollo de la Salud y la Enfermedad (DOHaD), que ha demostrado que las influencias ambientales durante el desarrollo temprano afectan el riesgo de procesos fisiopatológicos posteriores asociados con las enfermedades crónicas no transmisibles (ENT), especialmente la diabetes, las enfermedades cardiovasculares y algunos tipos de cáncer1. Durante la fase más plástica del desarrollo fetal, en la que las crías están expuestas al entorno intrauterino, la interacción gen-ambiente y la perfusión uteroplacentaria son factores cruciales de la reprogramación fetal2. Estudios previos han utilizado predominantemente modelos animales para investigar los efectos perjudiciales, como la desnutrición materna, la sobrenutrición o la obesidad durante el embarazo, y la exposición prenatal a productos químicos o hipoxia, sobre el desarrollo fetal y los efectos fenotípicos a largo plazo en la descendencia3. Esto produjo bajo peso al nacer y crecimiento tardío y produjo efectos adversos en la descendencia, incluyendo presión arterial elevada, dislipidemia y resistencia a la insulina4. Dado que la tasa de sobrepeso y obesidad está aumentando rápidamente entre las mujeres en edad reproductiva, es urgentemente necesario establecer intervenciones efectivas para prevenir la transmisión intergeneracional de estos trastornos maternos deletéreos, lo que tiene un impacto importante en la salud de la población 5,6.
El ejercicio ha sido reconocido durante mucho tiempo como una importante terapia preventiva para la diabetes tipo 2, la hipertensión y varias otras enfermedades7. El ejercicio durante el embarazo tiene efectos beneficiosos para la madre y confiere efectos beneficiosos a la descendencia, reduciendo así la transmisión materna de enfermedades a la descendencia8. Varios años de investigación han demostrado la seguridad del ejercicio y sus profundos beneficios, incluyendo reducciones sustanciales en condiciones comunes del embarazo, como la diabetes mellitus gestacional 9,10. En cuanto a la seguridad materna y fetal, la realización de entrenamientos con ejercicios y protocolos posteriores a la lactancia es un desafío.
David11y cols. Modelos de ejercicio animal descritos aplicables a la investigación en salud cardiovascular. Los tres modelos de ejercicio comúnmente utilizados, correr con ruedas voluntarias, cintas de correr motorizadas y natación, tienen ventajas y desventajas. El funcionamiento voluntario de la rueda imita de cerca el comportamiento locomotor de las ratas, lo que les permite moverse de acuerdo con su ritmo circadiano. Sin embargo, este tipo de ejercicio necesita una regulación más precisa de la intensidad y la duración. La cinta de correr motorizada puede controlar la intensidad, el volumen y la duración del ejercicio, pero a veces necesita estimulación eléctrica, lo que puede desencadenar estrés físico y psicológico en los animales. La natación es ampliamente utilizada en estudios con roedores debido a la capacidad inherente de natación de las ratas, que también puede evitar la estimulación eléctrica o el daño mecánico en sus patas y colas12. En estudios sobre modelos de ejercicio prenatal13,14, la natación es una modalidad de ejercicio comúnmente utilizada. A medida que avanza el embarazo y el abdomen de la rata se hincha, los ejercicios de correr en cinta y en rueda pueden causar un contacto repetido del abdomen con superficies duras. Por el contrario, el entorno acuático de la natación proporciona flotabilidad, lo que reduce el riesgo de lesiones relacionadas con el ejercicio para las animales embarazadas.
Este protocolo presenta los métodos de cría de ratas, cómo realizar el entrenamiento de natación durante el embarazo y los protocolos de lactancia post-reproducción para ratas embarazadas después del entrenamiento. Este modelo de entrenamiento de natación en embarazadas se puede aplicar a una amplia gama de especies de ratas y ratones, lo que puede proporcionar un modelo de roedor útil para futuras investigaciones utilizando modelos basados en animales para estudiar los mecanismos que regulan los efectos beneficiosos del ejercicio materno en la salud de la descendencia y los beneficios del ejercicio a través de las generaciones.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este estudio tiene como objetivo establecer un programa de ejercicio factible para ratas embarazadas, incluyendo métodos detallados de apareamiento de ratas, protocolos de entrenamiento de natación y métodos de investigación para evaluar indicadores fisiológicos en fetos. Hemos desarrollado un modelo de entrenamiento de ejercicios prenatales de natación a través de la práctica, con las correspondientes soluciones a los posibles problemas que pueden surgir en el protocolo (<strong…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (32071174, 32200941, 32371183 y 31771312).
Materials
| Caliper | Mitutoyo Measuring Instruments (Shanghai) Co., Ltd | 530-101 N15 | Fetus dissect |
| Circular water bucket | Naliya | N/A | Rat swimming |
| Experimental Surgical Instrument | Shenzhen RWD Life Technology Co., LTD | SP0001-G | Fetus dissect |
| Glass Microscope Slides | Jiangsu Shitai experimental equipment Co., LTD | 80312-3161 | Vaginal smear |
| Glass petri dish | Merck Life Technologies | BR455751-10EA | Offspring rearing |
| Hairdryer | Panasonic | EH-WNE5H | Post-swimming care |
| Information Card | Zhongke Life Science | SS3 | Rat mating |
| Isoflurane | Shenzhen RWD Life Technology Co., LTD | R510-22-10 | Fetus dissect |
| Light microscope | Olympus | IX71-F22PH | Vaginal smear |
| Mating cage | Zhongke Life Science | SS3 | Rat mating |
| Medical Absorbent Cotton | Hongxiang Sanitary Materials Co., LTD | N/A | The pregnant rats are anticipating giving birth |
| Rodent Anesthesia Machine, Gas Anesthesia | Shenzhen RWD Life Technology Co., LTD | R500IE | Fetus dissect |
| Rodent breeding feed | Beijing Huafukang Biotechnology Co., LTD | 1032 | Pregnant rat feeding |
| Rodent maintenance feed | Beijing Huafukang Biotechnology Co., LTD | 1022 | Offspring rearing |
| Rodent sunflower seeds | Jolly | JP241 | Nutritional supplement |
| Soundproof cotton | Kufu Medical Instrument | N/A | The pregnant rats are anticipating giving birth |
| Sterile Cotton Swab (2 mm diameter) | Kufu Medical Instrument | N/A | Vaginal smear |
| Sterile gauze | Kufu Medical Instrument | N/A | Fetus dissect |
| Stroke-physiological Saline Solution (0.9% NaCl) | Shandong Hualu Pharmaceutical Co., LTD | N/A | Vaginal smear |
| Thermometer | Beekman organism | N/A | The monitoring of rat swimming |
| Towels | Grace | N/A | Post-swimming care |
| Transparent plastic container | Naliya | N/A | Swimming adaptive training |
| Ultraviolet light | Merck Life Technologies | Z169633-1EA | Post-swimming care |
| Water heater | Haier | EC6001-Q6S | Rat swimming |
| Weight Scale | Electronlc Acale | JM.A10001 | Body weight measurement |
| Wistar Rats | Vital river Laboratory Animal Technology Co., LTD | N/A | Experiment |
References
- Hanson, M. A., Gluckman, P. D. Early developmental conditioning of later health and disease: Physiology or pathophysiology. Physiol Rev. 94 (4), 1027-1076 (2014).
- Calkins, K., Devaskar, S. U. Fetal origins of adult disease. Curr Probl Pediatr Adolesc Health Care. 41 (6), 158-176 (2011).
- Chavatte-Palmer, P., Tarrade, A., Rousseau-Ralliard, D. Diet before and during pregnancy and offspring health: The importance of animal models and what can be learned from them. Int J Environ Res Public Health. 13 (6), 586 (2016).
- Lapehn, S., Paquette, A. G. The placental epigenome as a molecular link between prenatal exposures and fetal health outcomes through the dohad hypothesis. Curr Environ Health Rep. 9 (3), 490-501 (2022).
- Shrestha, A., Prowak, M., Berlandi-Short, V. M., Garay, J., Ramalingam, L. Maternal obesity: A focus on maternal interventions to improve health of offspring. Front Cardiovasc Med. 8, 696812 (2021).
- Haire-Joshu, D., Tabak, R. Preventing obesity across generations: Evidence for early life intervention. Annu Rev Public Health. 37, 253-271 (2016).
- Kusuyama, J., Alves-Wagner, A. B., Makarewicz, N. S., Goodyear, L. J. Effects of maternal and paternal exercise on offspring metabolism. Nat Metab. 2 (9), 858-872 (2020).
- Blaize, A. N., Pearson, K. J., Newcomer, S. C. Impact of maternal exercise during pregnancy on offspring chronic disease susceptibility. Exerc Sport Sci Rev. 43 (4), 198-203 (2015).
- Hinman, S. K., Smith, K. B., Quillen, D. M., Smith, M. S. Exercise in pregnancy: A clinical review. Sports Health. 7 (6), 527-531 (2015).
- Acog committee. Physical activity and exercise during pregnancy and the postpartum period: Acog committee opinion, number 804. Obstet Gynecol. 135 (4), e178-e188 (2020).
- Poole, D. C., et al. Guidelines for animal exercise and training protocols for cardiovascular studies. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 318 (5), H1100-H1138 (2020).
- Beleza, J., et al. Self-paced free-running wheel mimics high-intensity interval training impact on rats’ functional, physiological, biochemical, and morphological features. Front Physiol. 10, 593 (2019).
- August, P. M., Rodrigues, K. D. S., Klein, C. P., Dos Santos, B. G., Matté, C. Influence of gestational exercise practice and litter size reduction on maternal care. Neurosci Lett. 741, 135454 (2021).
- Li, S., et al. Prenatal exercise reprograms the development of hypertension progress and improves vascular health in shr offspring. Vascul Pharmacol. 139, 106885 (2021).
- Li, S., et al. Exercise during pregnancy enhances vascular function via epigenetic repression of ca(v)1.2 channel in offspring of hypertensive rats. Life Sci. 231, 116576 (2019).
- Musial, B., et al. Exercise alters the molecular pathways of insulin signaling and lipid handling in maternal tissues of obese pregnant mice. Physiol Rep. 7 (16), e14202 (2019).
- Dos Santos, A. S., et al. Resistance exercise was safe for the pregnancy and offspring’s development and partially protected rats against early life stress-induced effects. Behav Brain Res. 445, 114362 (2023).
- Barnes, M. D., Heaton, T. L., Goates, M. C., Packer, J. M. Intersystem implications of the developmental origins of health and disease: Advancing health promotion in the 21st century. Healthcare. 4 (3), 45 (2016).
- Bakrania, B. A., George, E. M., Granger, J. P. Animal models of preeclampsia: Investigating pathophysiology and therapeutic targets. Am J Obstet Gynecol. 226, S973-S987 (2022).
- Ferrari, N., et al. Exercise during pregnancy and its impact on mothers and offspring in humans and mice. J Dev Orig Health Dis. 9 (1), 63-76 (2018).
- Lerman, L. O., et al. Animal models of hypertension: A scientific statement from the american heart association. Hypertension. 73 (6), e87-e120 (2019).
- Mangwiro, Y. T. M., et al. Exercise initiated during pregnancy in rats born growth restricted alters placental mtor and nutrient transporter expression. J Physiol. 597 (7), 1905-1918 (2019).
- Kim, H., Lee, S. H., Kim, S. S., Yoo, J. H., Kim, C. J. The influence of maternal treadmill running during pregnancy on short-term memory and hippocampal cell survival in rat pups. Int J Dev Neurosci. 25 (4), 243-249 (2007).
- Harris, J. E., et al. Exercise-induced 3′-sialyllactose in breast milk is a critical mediator to improve metabolic health and cardiac function in mouse offspring. Nat Metab. 2 (8), 678-687 (2020).
- Zhang, Y., et al. Maternal exercise represses nox4 via sirt1 to prevent vascular oxidative stress and endothelial dysfunction in shr offspring. Front Endocrinol. 14, 1219194 (2023).
- Shan, M., et al. Maternal exercise upregulates the DNA methylation of agtr1a to enhance vascular function in offspring of hypertensive rats. Hypertens Res. 46 (3), 654-666 (2023).
