تقييم الفئران تمرين التحمل من دون استخدام الشبكة من الصدمة: بديل لممارسة القسري
Summary
A method to assess exercise endurance in laboratory mice without the use of a shock grid is demonstrated. This method is a humane refinement that can decrease the confounding effects of stress on experimental parameters.
Abstract
باستخدام نماذج الماوس المختبر، والمسارات الجزيئية المسؤولة عن الفوائد الأيضية لممارسة التحمل هي بداية لتكون محددة. الأسلوب الأكثر شيوعا لتقييم ممارسة التحمل في الفئران يستخدم القسري تشغيل في حلقة مفرغة مجهزة بمحرك شبكة صدمة. يتم دفع الحيوان الذي استقال من تشغيل الحزام المتحرك مفرغة على شبكة من شأنها أن توفر صدمة القدم الكهربائية؛ هربا من التحفيز السلبي، الفئران تعود لتعمل على الحزام. ومع ذلك، سلوك التهرب والضغط النفسي بسبب استخدام جهاز الصدمة يمكن أن تتداخل مع تحديد الكميات من تشغيل التحمل، وكذلك القياسات نخلط المصل بوستيكسيرسيسي الهرمونات ومستويات خلوى. هنا، علينا أن نظهر والتحقق من صحة اتباع أسلوب دقيق لقياس القدرة على التحمل في تشغيل ساذجة C57BL / 6 الفئران المعملية في حلقة مفرغة الآلية دون اللجوء إلى استخدام شبكة صدمة. عندما يتم preacclimated الفئران إلى حلقة مفرغة، أنها تعمل طوعا مع مشية بسرعة محددة لكل مذكرات التفاهمه. يتم استبدال استخدام الشبكة صدمة من التشجيع لطيف من قبل مشغل البشري باستخدام خافض اللسان، إلى جانب الحساسية للاستعداد طوعي لتشغيل على جزء من الفأرة. يتم تعريف النهاية واضحة لقياس تشغيل الوقت للوصول الى استنفاد لكل الماوس وينعكس في علامات سلوكية استنفاد مفلطحة مثل الحالات المزاجية وصعوبة في التنفس. هذا الأسلوب هو صقل إنسانية مما يقلل أيضا من آثار الخلط الضغط على المعلمات التجريبية.
Introduction
البدانة ومقاومة الانسولين والسكري من النوع 2 هي الاضطرابات الأيضية المترابطة التي تمارس تأثيرات عميقة على صحة كل من الولايات المتحدة والسكان في جميع أنحاء العالم 1-4. ممارسة التحمل يمكن أن تمنع، وكذلك علاج، هذه الظروف 5،6. وعلاوة على ذلك، يتم استخدام تقييم سرعة المشي والتحمل اختبارات التشخيص سريريا بالنسبة للهشاشة، sarcopenia، وعواقب الاضطرابات الأخرى مثل مرض الانسداد الرئوي المزمن، في مواضيع الإنسان 7.
المسارات البيوكيميائية التي يقوم عليها آثار مفيدة من التمارين التحمل على تكوين الجسم والحساسية للانسولين هي بداية إلى توضيح، وذلك باستخدام الفئران المعدلة وراثيا أو دواء يتم عرضها تعزيز أو تخفيض القدرة على ممارسة الرياضة 8-11. ومع ذلك، فقد استخدمت العديد من هذه الدراسات المطاحن الآلية مجهزة شبكات صدمة لإجبار الفئران لتشغيل 8-11. يتم دفع الحيوان الذي استقال تشغيل بواسطةحزام متحرك مفرغة على شبكة من شأنها أن توفر صدمة القدم الكهربائية؛ هربا من التحفيز السلبي، الفئران تعود لتعمل على الحزام. هذه الإجراءات قد يعرض الضغط النفسي والسلوك وتجنب عوامل خارجية تؤثر على المعلمات التجريبية 12. أساليب أخرى لقياس التحمل، مثل الكميات النشاط المتنقلة باستخدام جهاز شعاع كسر أو الكميات من داخل قفص عجلة دوارة، يمكن مرتبك من تعديل الدورات الإيقاعية، والقلق، والتدريب غير مقصود، أو الطعام تسعى السلوك 12-16. وعلاوة على ذلك، تتطلب هذه الإجراءات السكن واحد، مصدر آخر من الضغط النفسي للفئران. ولذلك، هناك حاجة إلى القياس المباشر من ممارسة التحمل لا مرتبك بسبب الإجهاد.
لتفادي هذه المخاوف، وقد وضعت مختبرنا والتحقق من صحة طريقة لتقييم القدرة القصوى الركض ومستدامة تشغيل السرعة في غير المدربة والفئران ساذجة باستخدام بمحركات مفرغه لا EQUIpped مع شبكة صدمة. الفضاء في نهاية الحزام على التوالي، حيث تكمن شبكة صدمة عادة، ثم يصبح منبرا للفئران للراحة، ويوفر مكانا لالفئران التي ترفض تشغيل الجلوس حتى إزالتها من الجهاز. ويتم تشجيع الفئران لتشغيل من قبل مراقب البشري باستخدام التنصت أو لمس لطيف مع خافضة اللسان، إلى جانب الحساسية للاستعداد طوعي لتشغيل على جزء من الفأرة. وقد استخدم هذا الأسلوب لتحديد الاختلافات في ممارسة التحمل بين معدلة وراثيا والتحكم C57BL / 6 الفئران التي تختلف في التعبير عن العضلات المستمدة خلوى انترلوكين 15 (IL-15) 16،17. هذا الأسلوب هو صقل إنسانية أن يقلل من آثار الخلط من التعزيز السلبي الناجم عن استخدام شبكة صدمة.
Protocol
Representative Results
Discussion
الموصوفة هنا هي طريقة لتقييم التحمل تشغيل التطوعي في فئران المختبر باستخدام حلقة مفرغة بمحرك من دون استخدام شبكة صدمة. هذه الطريقة يمكن أن تكشف عن الفروق بين خطوط فرعية من C57BL / 6 الفئران التي تختلف في التعبير عن خلوى IL-15، والذي بدوره يسبب الاختلافات في التعبير عن العو?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
بدعم من مراجعة الاستحقاق # BX001026 من وزارة شؤون المحاربين القدامى (LSQ)، واستخدام الموارد والتسهيلات في نظام VA بوجيه ساوند الرعاية الصحية، والموارد الأساسية المعدلة وراثيا في جامعة واشنطن ناثان صدمة مركز التميز في البيولوجيا الأساسية الشيخوخة (NIA # 5P30AG-013280)، وجامعة واشنطن مركز السكري والغدد الصماء بحوث (NIH # P30 DK-17047). نشكر المقدمة سينثيا Pekow DVM وكاري L. Koszdin DVM، VA بوجيه ساوند، وتعليقات مفيدة على المخطوطة.
Materials
| Open Rodent Treadmill Exer-3/6 | Columbus Instruments, Columbus OH | 1050RM | This catalog number is for models without shock grid. Shock grids can be removed manually from older models (Eco 3/6) |
| Sani Cloth Germicidal Towlettes | PDI- Professional Disposables, Inc., Orangeburg, NY | n/a; usually ordered through local facility | Contains 10% isopropyl alcohol; any equivalent product can be used. |
| Tongue depressors | any local supplier | n/a | |
| Laboratory timer | any supplier | n/a | |
| IL-15 TG mice* | JAX, Bar Harbor, ME | o11002 | Murine IL-15 transgene expressed from modified human alpha-skeletal actin promotor with altered signal sequence to facilitate secretion. |
| C57BL/6J mice (wild-type)* | JAX, Bar Harbor, ME | ooo664 | Control mice for IL-15 TG |
| IL-15 KO mice* | Taconic Farms, Germantown, NY | 4269-M | Homozygous IL-15 "knockout" mice on C57BL/6 background |
| C57BL/6NTac (wild-type)* | Taconic Farms, Germantown, NY | B6-M | Control mice for IL-15 KO |
| *Optional; mouse lines and treatments can be specific to the experimental protocol. |
References
- Hill, J. A., Wyatt, H. R., Reed, G. W., Peters, J. C. Obesity and the environment: where do we go from here?. Science. 299 (5608), 853-855 (2003).
- Kahn, S. E., Hull, R. L., Utzschneider, K. M. Mechanisms linking obesity to insulin resistance and type 2 diabetes. Nature. 444 (7121), 840-846 (2006).
- Van Gaal, L. F., Mertens, I. L., De Block, C. E. Mechanisms linking obesity with cardiovascular disease. Nature. 444 (7121), 875-880 (2006).
- Pischon, T., Nothlings, U., Boeing, H. Obesity and cancer. Proc Natl Acad Sci USA. 67 (2), 128-145 (2008).
- Benton, C. R., Wright, D. C., Bonen, A. PGC-1α-mediated regulation of gene expression and metabolism: Implications for nutrition and exercise prescriptions. Appl. Physiol. Nutr. Metab. 33 (5), 843-862 (2008).
- Handschin, C., Spiegelman, B. M. The role of exercise and PGC1alpha in inflammation and chronic disease. Nature. 454 (7203), 463-469 (2008).
- Vasunilashorn, S., et al. Use of the Short Physical Performance Battery score to predict loss of ability to walk 400 meters: analysis from the InCHIANTI study. J. Gerontol. A Biol. Med. Sci. 64 (2), 223-229 (2009).
- Wang, Y. X., et al. Regulation of muscle fiber type and running endurance by PPARδ. PLoS Bio. 2 (10), e294 (2004).
- LeBrasseur, N. K., et al. Myostatin inhibition enhances the effects of exercise on performance and metabolic outcomes in aged mice. J. Gerontol. A Biol. Med. Sci. 64 (9), 940-948 (2009).
- Burch, N., et al. Electric pulse stimulation of cultured murine muscle cells reproduces gene expression changes of trained mouse muscle. PLoS ONE. 5 (6), e10970 (2010).
- Li, L., et al. Mitochondrial biogenesis and peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α (PGC-1α) deacetylation by physical activity. Diabetes. 60 (1), 157-167 (2011).
- Knab, A. M., et al. Repeatability of exercise behaviors in mice. Physiol. & Behavior. 98 (4), 433-440 (2009).
- He, Y., et al. IL-15 Receptor deletion results in circadian changes of locomotor and metabolic behavior. J. Mol. Neurosci. 41 (2), 315-321 (2010).
- Wu, X., Hsuchou, H., Kastin, A. J., Rood, J. C., Pan, W. Essential role of interleukin-15 receptor in normal anxiety behavior. Brain Behav. Immun. 24 (8), 1340-1346 (2010).
- Pistilli, E. E., et al. Loss of IL-15 receptor α alters the endurance, fatigability, and metabolic characteristics of mouse fast skeletal muscles. J. Clin. Invest. 121 (8), 3120-3132 (2011).
- Quinn, L. S., Anderson, B. G., Conner, J. D., Wolden-Hanson, T. W. IL-15 overexpression promotes endurance, oxidative energy metabolism, and muscle PPARδ, SIRT1, PGC-1α, and PGC-1β expression in male mice. Endocrinology. 154 (1), 232-245 (2013).
- Quinn, L. S., Anderson, B. G., Conner, J. D., Wolden-Hanson, T., Marcell, T. J. IL-15 is required for post-exercise induction of the pro-oxidative mediators PPARdelta and SIRT1. Endocrinology. , (2013).
- Ward, J. M., Anver, M. R., Mahler, J. F., Devor-Henneman, D. E., Ward, J. M., Mahler, J. F., Maronpot, R. R., Sundberg, J. P. Chapter 13, Pathology of mice commonly used in genetic engineering (C57BL/6; 129; B6,129; and FVB/N). The Pathology of Genetically Engineered Mice. , 161-179 (2000).
- Lightfoot, J. T., Turner, M. J., Debate, K. A., Kleeberger, S. R. Interstrain variation in murine aerobic capacity. Med. Sci. Sports Exerc. 33 (12), 2053-2057 (2001).
- Turner, M. J., Kleeberger, S. R., Lightfoot, J. T. Influence of genetic background on daily running-wheel activity differs with aging. Physiol. Genomics. 22 (1), 76-85 (2005).
- Haight, T. J., van der Laan, M. J., Manini, T., Tager, I. B. Direct effects of leisure-time physical activity on walking speed. J. Nutr. Health Aging. 17 (8), 666-673 (2013).
- Studenski, S. Gait speed and survival in older adults. JAMA. 305 (1), 50-58 (2011).
- Jacobsen, K. R., Kalliokoski, O., Teilmann, A. C., Hau, J., Abelson, K. S. The effect of isoflurane anaesthesia and vasectomy on circulating corticosterone and ACTH in BALB/c mice. Gen. Comp. Endocrinol. 179 (3), 406-413 (2012).
- Sellers, T. L., Jaussi, A. W., Yang, H. T., Heninger, R. W., Winder, W. W. Effect of the exercise-induced increase in glucocorticoids on endurance in the rat. J. Appl. Physiol. 65 (1), 173-178 (1988).
- Cook, M. D., et al. Forced treadmill exercise training exacerbates inflammation and causes mortality while voluntary wheel training is protective in a mouse model of colitis. Brain Behav. Immun. 33, 46-56 (2013).
