La conformité à l'exercice forcé chez les rongeurs: Une norme critique pour évaluer l'impact d'exercice dans les troubles liés au vieillissement et la maladie

Summary

Exercise may alleviate behavioral impairments associated with neurodegenerative diseases. Studies of the mechanisms underlying exercise-mediated effects have increased in disease models, but the neurobiological background accompanying these diseases, specifically aging, is likely not considered. Here, we illustrate measures to increase the likelihood of a successful exercise paradigm in aged rats.

Abstract

Il ya une augmentation importante de la prise de conscience de l'impact positif de l'exercice sur l'amélioration de plusieurs états pathologiques avec les bases neurobiologiques; il s'agit notamment de l'amélioration de la fonction cognitive et la performance physique. En conséquence, on observe une augmentation du nombre d'études sur les animaux employant exercice. Il est soutenu qu'une valeur intrinsèque de l'exercice forcé, c'est que l'enquêteur a le contrôle sur les facteurs qui peuvent influencer l'impact de l'exercice sur les résultats comportementaux, exercer notamment la fréquence, la durée et l'intensité du régime de l'exercice. Toutefois, le respect de régimes d'exercice forcé peut être un problème, en particulier si les facteurs de confusion potentiels d'employer pied-chocs doivent être évités. Il est également important de considérer que puisque la plupart des troubles cognitifs et locomoteurs frappent à la personne âgée, la détermination de l'impact de l'exercice sur ces déficiences devrait envisager d'utiliser les rongeurs âgés avec un niveau plus élevé possible de conformité afin d'assurer un besoin minimal pour le test subjects. Ici, les étapes et les considérations nécessaires pour atteindre près de 100% de conformité pour exercice sur tapis roulant dans un modèle de rongeur ans pertinents seront présentés et discutés. Nonobstant les régime d'exercice particulières employées par l'enquêteur, notre protocole devrait être utile aux enquêteurs qui sont particulièrement intéressés à l'impact potentiel de l'exercice forcé sur les déficiences liées au vieillissement, y compris la maladie de Parkinson liée au vieillissement et la maladie de Parkinson.

Introduction

Stratégies de style de vie non invasives qui peuvent soit prévenir ou atténuer les troubles de la cognition et de la locomotion, à la fois souvent associée au vieillissement, gagnent du terrain comme des pratiques viables pour maintenir la santé et le bien-être ^1,2. Par exemple, exercice modéré à rigoureux sur une base hebdomadaire et cohérente chez les hommes d'âge moyen peut augmenter considérablement les capacités locomotrices par rapport à ses pairs du même âge avec l'avancement de ³ ans. En outre, plus de preuves suggère que ces stratégies de style de vie, comme l'exercice, peuvent atténuer, voire inverser les déficiences associées aux maladies neurodégénératives telles que la maladie (PD) ⁴ de Parkinson.

Les efforts visant à comprendre les mécanismes moléculaires de déficiences liées au vieillissement ont également été dirigés vers l'identification de la façon dont les stratégies non invasives, comme l'exercice, inverser ou atténuer les mécanismes qui contribuent à ces déficiences. Exercice sur tapis roulant est une telle stratstratégie de plus en plus utilisé dans les modèles de PD ^5-7 et les troubles cognitifs ^1, dans lequel les mécanismes à l'origine des améliorations dans locomotrice ou la fonction cognitive sont encore à déterminer. Cependant, il est important de souligner que le vieillissement est l'arrière-plan neurobiologique de la maladie de Parkinson. Ainsi, pour toute traduction potentiel de tout avantage d'exercice dans un modèle animal de se réaliser dans la condition humaine, il doit prendre en considération l'arrière-plan neurobiologique du vieillissement. Par exemple, les mécanismes de compensation qui conjurer locomoteur dépréciation lors de la progression de la MP pourrait être compromise par le processus de vieillissement ^8. Ainsi, il va de soi que les paradigmes de l'exercice doivent être développés non seulement en compte l'impact du vieillissement de la présence ou absence de pathologie de la maladie, mais qui pourraient aussi être instauré et suivi chez les rongeurs âgés.

Par conséquent, en tenant compte du vieillissement sur l'arrière-plan neurobiologique, la sélection de la souche de ratdoit être soigneusement examiné par l'investigateur. Plusieurs souches de rats sont disponibles pour les études de vieillissement, notamment le Fischer 344 et le Brown-Norway / Fischer 344 F ₁ (BNF) hybride. Le rat Sprague Dawley couramment utilisé (e de souche non consanguine) est également prête à une telle utilisation, car il est couramment utilisé dans des modèles de maladies neurodégénératives, telles que le modèle de DP 6-hydroxydopamine. Notre laboratoire utilise des souches à la fois le Sprague-Dawley et la BNF dans le vieillissement et le travail de la maladie neurodégénérative. Dans ce rapport, nous allons présenter les résultats mettant en évidence nos protocoles d'exercice en utilisant deux souches. Pour les enquêteurs en se concentrant seulement sur les études liées à l'âge, la souche BNF offre des avantages importants. Tout d'abord, il est relativement moins vulnérable aux troubles liés au vieillissement (comme les tumeurs) et a une longévité exceptionnelle (durée de vie typique est supérieur à 30 mois) par rapport aux autres souches. Ils ont également moins de variabilité dans une variété de résultats physiologiques et comportementaux ^_9, und conviennent également d'étudier des approches qui interviennent dans le processus de vieillissement. En outre, des expériences telles que l'exercice forcé exigent une manipulation considérable de l'enquêteur, et le caractère doux de la souche BNF est avantageux. Changements liés au vieillissement de la teneur en tissu de la dopamine du striatum et le mésencéphale, ainsi que les changements d'activité locomotrice sont similaires chez les rats et les primates ^10-11 BNF. Notre laboratoire possède également une vaste expérience avec la caractérisation et la manipulation du striatum et de la signalisation de la dopamine du mésencéphale, ainsi que l'activité locomotrice chez la souche BNF ^12-16. Par conséquent, parce que le risque d'autres maladies sur la base neurobiologique-augmente avec le vieillissement, les modèles animaux de la maladie neurodégénérative devraient envisager l'utilisation de souches de rongeurs avec une feuille de route complète de l'utilisation des études de vieillissement.

Notre protocole ici aborde également certaines questions essentielles que l'enquêteur doit tenir compte dans l'interprétation de leurs résultats obtained à partir d'un protocole d'exercice. L'appareil rongeur tapis roulant (dont l'utilisation nous allons mettre en évidence dans le présent rapport), est généralement équipé de bobines de choc électrique à l'arrière de chaque voie du tapis roulant qui peut être désactivé. Cependant, lorsque ces bobines de choc électrique sont activés, un petit choc électrique est délivré à l'objet qu'elle vient en contact avec les bobines. Cette stratégie est souvent utilisée dans les études d'exercice pour faciliter la conformité à exercice sur tapis roulant. Il s'agit d'un point critique pour examen, en particulier pour les chercheurs engagés dans des études comportementales qui sont influencés par la dopamine ou la noradrénaline-signalisation. Footshock électrique est un facteur de stress physiologique, et son impact sur ​​les systèmes de neurotransmetteurs est bien documenté, avec augmentation de l'activation de la tyrosine hydroxylase ^17-18. Ainsi, l'augmentation de la biosynthèse de l'un neurotransmetteur pourrait confondre l'interprétation de tout effet de l'exercice, ce qui rend l'enquêteur responsable de l'interprétation si unechangements observés dans le comportement après l'exercice est strictement due au régime d'exercice ou le stress choc électrique. Surtout, le projet de régime d'exercice forcé n'emploie pas l'utilisation de choc électrique en tout point de l'acclimatation de tapis roulant ou des périodes de formation.

Régimes d'exercice fructueux, il faut une conformité maximale à exercer des sujets de test. L'emploi de choc électrique afin d'assurer la conformité pourrait fausser l'interprétation des résultats expérimentaux lorsque la variable dépendante est liée à des neurotransmetteurs de signalisation qui est influencé par choc électrique (comme indiqué précédemment). Ainsi, le défi est d'obtenir des rongeurs, et en particulier les rongeurs âgés, de se conformer à un régime d'exercice. Un objectif souhaitable de tout régime d'exercice est d'obtenir près de 100% de conformité, comme cela permettra de réduire le nombre d'animaux nécessaires pour compléter le régime d'exercice. Plus précisément, le respect maximal de l'exercice et l'interprétation des résultats de l'exercice schéma thérapeutique peut be obtenu dans notre régime d'exercice à la suite de plusieurs procédures de pré-exercice, y compris, 1) un cycle lumière-obscurité inverse qui permet animaux d'exercer pendant leur sillage) cycle actif (2) assurant des critères de rendement de l'appareil locomoteur sont égaux avant la séparation des groupes de contrôle et d'exercice, et 3) présentant les sujets d'essai pour une période d'acclimatation qui les introduit progressivement aux exigences de la régime d'exercice. Ici, les considérations expérimentales mentionnées ci-dessus et les étapes nécessaires pour atteindre près de 100% de conformité pour exercice sur tapis roulant dans un rongeur âge (> 18 mois) seront évalués et présentés. Enfin, l'environnement associés à l'exercice peut s'avérer particulièrement stressant, et en tant que tels, présentent un potentiel confond pour déterminer les effets physiologiques spécifiques à l'exercice. Notre protocole tient également compte de l'exposition à l'environnement potentiel inducteur de stress du tapis roulant en incluant le groupe nonexercise dans tous les aspects de la phase d'acclimatation (y compris les modest tapis roulant en marche) et en les plaçant sur le tapis roulant stationnaire pendant l'entraînement sur tapis roulant d'exercice. Ainsi, ce protocole vise à décrire les mesures nécessaires pour déterminer l'impact physiologique de l'exercice.

Protocol

Toutes les procédures suivantes sont menées en conformité avec le soin et l'utilisation des animaux Commission institutionnelle à LSU Health Sciences Centre-Shreveport, et conformes à l'Institut national de la santé des lignes directrices. 1. procédures pré-exercice Note: Un calendrier de toutes les procédures applicables dans ce régime d'exercice forcé est schématisé sur la figure 1. <p class="jove_content" fo:keep-tog…

Representative Results

Un schéma de la chronologie des événements dans les trois phases du régime d'exercice forcé est illustré à la figure 1. Outre l'inversion du cycle lumière-obscurité, tous les jours de manutention avant tout essai expérimental, et l'étape 1 de la formation d'acclimatation, où les sujets sont assis sur le tapis roulant stationnaire pendant 5-10 min / jour pendant 3 jours consécutifs, ont été mis en œuvre pour accroître la conformité au régime de l'exercice forcé. Ce…

Discussion

Il existe des preuves pour suggérer que les stratégies de mode de vie, tels que l'exercice peut réduire le risque de maladies liées à l'âge chroniques et de leurs symptômes cardinaux, y compris ceux des maladies neurodégénératives comme la maladie d'Alzheimer et PD ^20. Le bénéfice de l'exercice forcé sur un tapis roulant, par opposition à l'exercice volontaire sur une roue qui tourne, c'est que l'enquêteur peut déterminer la fréquence, le taux et / ou de l'inte…

Materials

 

Table of Specific Materials/Equipment
Name of Material/Equipment	Company	Catalog Number	Comments/Description
Exer-4 Treadmill for Rats	Columbus Instruments	96157-2	Columbus has a variety of treadmills for animals with varying numbers of lanes, and other options such as metabolic measurements
Animal Activity Meter: Opto-Varimex 4-Auto Track	Columbus Instruments	0170-R4	Columbus has several options for activity chambers with varying arena sizes, beam spacing, and sensors